WO2018003843A1 - 二次電池及びその製造方法 - Google Patents

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WO2018003843A1
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positive electrode
plate
negative electrode
electrode plate
tab
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政雄 福永
亮一 脇元
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三洋電機株式会社
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    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052Li-accumulators
    • H01M10/0525Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • HELECTRICITY
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    • H01M50/50Current conducting connections for cells or batteries
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    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the present invention relates to a secondary battery and a manufacturing method thereof.
  • Secondary batteries such as alkaline secondary batteries and non-aqueous electrolyte secondary batteries are used in power sources for driving such as electric vehicles (EV) and hybrid electric vehicles (HEV, PHEV).
  • EV electric vehicles
  • HEV hybrid electric vehicles
  • a battery case is formed by a bottomed cylindrical prismatic outer body having an opening and a sealing plate that seals the opening.
  • an electrode body composed of a positive electrode plate, a negative electrode plate, and a separator is accommodated together with an electrolytic solution.
  • a positive electrode terminal and a negative electrode terminal are attached to the sealing plate.
  • the positive electrode terminal is electrically connected to the positive electrode plate via the positive electrode current collector, and the negative electrode terminal is electrically connected to the negative electrode plate via the negative electrode current collector.
  • the positive electrode plate includes a metal positive electrode core and a positive electrode active material mixture layer formed on the surface of the positive electrode core. A part of the positive electrode core is formed with a positive electrode core exposed portion where the positive electrode active material mixture layer is not formed. A positive electrode current collector is connected to the positive electrode core exposed portion.
  • the negative electrode plate includes a metal negative electrode core and a negative electrode active material mixture layer formed on the surface of the negative electrode core. A negative electrode core exposed portion in which the negative electrode active material mixture layer is not formed is formed on a part of the negative electrode core. A negative electrode current collector is connected to the negative electrode core exposed portion.
  • Patent Document 1 proposes a rectangular secondary battery in which a positive electrode tab and a negative electrode tab are arranged at the end of the electrode body on the sealing plate side.
  • An object of the present invention is to provide a secondary battery having a high volumetric energy density and higher reliability.
  • the manufacturing method of the prismatic secondary battery according to one aspect of the present invention is as follows.
  • An electrode body including a positive electrode plate having a positive electrode tab, a negative electrode plate having a negative electrode tab, and a separator disposed between the positive electrode plate and the negative electrode plate;
  • a positive electrode current collector electrically connected to the positive electrode plate;
  • a negative electrode current collector electrically connected to the negative electrode plate;
  • An exterior body having an opening and accommodating the electrode body;
  • a sealing plate for sealing the opening, The positive electrode tab and the negative electrode tab are arranged on the sealing plate side of the electrode body,
  • the positive electrode plate includes a positive electrode core and a positive electrode active material mixture layer formed on the positive electrode core,
  • the positive electrode plate has a main body portion on which the positive electrode active material mixture layer is formed on the positive electrode core,
  • the positive electrode tab protrudes from an end of the main body,
  • a notch is provided at the base of the positive electrode tab in the main body of the positive electrode plate,
  • the positive electrode tab and the negative electrode tab are arranged on the sealing plate side of the electrode body, and the positive electrode tab and the negative electrode tab are connected to the positive electrode current collector and the negative electrode current collector in a curved state, respectively.
  • the positive electrode tab and the negative electrode tab are in a curved state, even if a strong impact or vibration is applied to the secondary battery, the positive electrode tab or the negative electrode tab can be prevented from being damaged or broken.
  • the portion near the base of the positive electrode tab on the positive electrode plate may be distorted, or a gap may be generated between the portion near the base of the positive electrode tab on the positive electrode plate and the separator. There is. In such a case, the positive electrode active material mixture layer may be damaged or the charge / discharge reaction may not be performed smoothly.
  • the notch is provided in the base portion of the positive electrode tab in the positive electrode plate, so that even if the positive electrode tab is curved, the vicinity of the base portion of the positive electrode tab in the positive electrode plate is distorted, Or it can prevent that a clearance gap produces between the base vicinity part of the positive electrode tab in a positive electrode plate, and a separator. Therefore, a secondary battery with higher reliability can be obtained with the above-described configuration.
  • the prismatic secondary battery is An electrode body including a positive electrode plate having a positive electrode tab, a negative electrode plate having a negative electrode tab, and a separator disposed between the positive electrode plate and the negative electrode plate; A positive electrode current collector electrically connected to the positive electrode plate; A negative electrode current collector electrically connected to the negative electrode plate; An exterior body having an opening and accommodating the electrode body; A sealing plate for sealing the opening, The positive electrode tab and the negative electrode tab are arranged on the sealing plate side of the electrode body,
  • the positive electrode plate includes a positive electrode core and a positive electrode active material mixture layer formed on the positive electrode core,
  • the positive electrode plate has a main body portion on which the positive electrode active material mixture layer is formed on the positive electrode core,
  • the positive electrode tab protrudes from an end of the main body, A notch is provided at the base of the positive electrode tab in the main body of the positive electrode plate, The positive electrode tab and the negative electrode tab are in a curved state.
  • the positive electrode tab and the negative electrode tab are arranged on the sealing plate side of the electrode body, and the positive electrode tab and the negative electrode tab are connected to the positive electrode current collector and the negative electrode current collector in a curved state, respectively.
  • the positive electrode tab and the negative electrode tab are in a curved state, even if a strong impact or vibration is applied to the secondary battery, the positive electrode tab or the negative electrode tab can be prevented from being damaged or broken.
  • the portion near the base of the positive electrode tab on the positive electrode plate may be distorted, or a gap may be generated between the portion near the base of the positive electrode tab on the positive electrode plate and the separator. There is. In such a case, the positive electrode active material mixture layer may be damaged or the charge / discharge reaction may not be performed smoothly.
  • the notch is provided in the base portion of the positive electrode tab in the positive electrode plate, so that even if the positive electrode tab is curved, the vicinity of the base portion of the positive electrode tab in the positive electrode plate is distorted, Or it can prevent that a clearance gap produces between the base vicinity part of the positive electrode tab in a positive electrode plate, and a separator. Therefore, with the above-described configuration, a more reliable secondary battery is obtained.
  • the secondary battery has a high volumetric energy density and higher reliability.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line II-II in FIG.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line III-III in FIG.
  • FIG. 4 is a sectional view taken along line IV-IV in FIG. 2.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line VV in FIG. 2.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view taken along line VI-VI in FIG. 2. It is a top view of the positive electrode plate and negative electrode plate which concern on embodiment. It is a top view of the electrode body element which concerns on embodiment. It is sectional drawing of the electric current interruption mechanism vicinity along the longitudinal direction of a sealing board.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view taken along line XII-XII in FIG. 11. It is sectional drawing of a short circuit mechanism.
  • the configuration of the prismatic secondary battery 20 according to the embodiment will be described below.
  • the present invention is not limited to the following embodiment.
  • the rectangular secondary battery 20 includes a rectangular exterior body 1 having an opening and a sealing plate 2 that seals the opening.
  • the rectangular exterior body 1 and the sealing plate 2 are preferably made of metal, and can be made of, for example, aluminum or an aluminum alloy.
  • the rectangular exterior body 1 has a bottom 1a, a pair of large area side walls 1b, and a pair of small area side walls 1c.
  • the rectangular exterior body 1 is a rectangular bottomed tubular exterior body having an opening at a position facing the bottom 1a.
  • a stacked electrode body 3 in which a plurality of positive plates and a plurality of negative plates are stacked via a separator is accommodated together with an electrolyte.
  • the positive electrode plate 4 includes a positive electrode core made of metal and a positive electrode active material mixture layer 4a containing a positive electrode active material formed on the positive electrode core.
  • the positive electrode plate 4 has a positive electrode core exposed portion 4b where the positive electrode core is exposed at one end.
  • aluminum foil or aluminum alloy foil as a positive electrode core.
  • the negative electrode plate 5 has a metal negative electrode core and a negative electrode active material mixture layer 5a including a negative electrode active material formed on the negative electrode core.
  • the negative electrode plate 5 has a negative electrode core exposed portion 5b where the negative electrode core is exposed at one end.
  • the positive electrode core exposed portion 4b constitutes the positive electrode tab 4c
  • the negative electrode core exposed portion 5b constitutes the negative electrode tab 5c.
  • the positive electrode tab 4c is provided so as to protrude from the end of the main body 4f where the positive electrode active material mixture layer 4a is formed on the positive electrode core.
  • the negative electrode tab 5c is provided so as to protrude from the end of the main body 5f in which the negative electrode active material mixture layer 5a is formed on the negative electrode core.
  • the positive electrode tab 4c is laminated at the end on the sealing plate 2 side and arranged in a state of forming a positive electrode tab group (4x, 4y), and the negative electrode tab 5c is laminated to form a negative electrode tab group (5x, 5y) is arranged.
  • the laminated positive electrode tab 4 c is connected to the lead portion 6 c of the positive electrode current collector 6.
  • the positive electrode terminal 7 is electrically connected to the positive electrode current collector 6.
  • the laminated negative electrode tab 5 c is connected to the lead portion 8 c of the negative electrode current collector 8.
  • the negative electrode terminal 9 is electrically connected to the negative electrode current collector 8.
  • a pressure-sensitive current interruption mechanism 40 is provided in the conductive path between the positive electrode plate 4 and the positive electrode terminal 7.
  • the current interrupting mechanism 40 operates when the pressure inside the battery becomes a predetermined value or more, and the current is interrupted by cutting the conductive path between the positive electrode plate 4 and the positive electrode terminal 7.
  • a pressure-sensitive current interrupting mechanism 40 may be provided in the conductive path between the negative electrode plate 5 and the negative electrode terminal 9.
  • the positive electrode terminal 7 is attached to the sealing plate 2 while being electrically insulated from the sealing plate 2 by the inner insulating member 10 and the outer insulating member 11. Further, the negative electrode terminal 9 is attached to the sealing plate 2 in a state of being electrically insulated from the sealing plate 2 by the inner insulating member 12 and the outer insulating member 13.
  • the inner insulating members 10 and 12 and the outer insulating members 11 and 13 are preferably made of resin.
  • the positive terminal 7 is provided with a terminal through hole 7x, and the terminal through hole 7x is sealed with a terminal plug 7y.
  • the electrode body 3 is accommodated in the rectangular exterior body 1 while being covered with the insulating sheet 14.
  • the insulating sheet 14 it is preferable to use a resin sheet folded in a box shape or a bag-shaped resin sheet.
  • the sealing plate 2 is joined to the opening edge of the rectangular exterior body 1 by laser welding or the like.
  • the sealing plate 2 has an electrolyte solution injection hole 15, and the electrolyte solution injection hole 15 is sealed by a sealing plug 16 after the electrolyte solution is injected.
  • the sealing plate 2 is formed with a gas discharge valve 17 that is activated when the pressure inside the battery becomes a predetermined value or more and discharges the gas inside the battery to the outside of the battery.
  • the operating pressure of the gas discharge valve 17 is set to a value higher than the operating pressure of the current interrupt mechanism 40.
  • a positive electrode slurry containing lithium nickel cobalt manganese composite oxide as a positive electrode active material, polyvinylidene fluoride (PVdF) as a binder, a carbon material as a conductive agent, lithium carbonate, and N-methylpyrrolidone (NMP) is prepared. Note that the mixing ratio of positive electrode active material: binder: conductive agent: lithium carbonate was 87: 3: 9: 1 in terms of mass ratio.
  • This positive electrode slurry is applied to both sides of a rectangular aluminum foil having a thickness of 15 ⁇ m as a positive electrode core. At this time, the positive electrode core exposed portion is formed on both sides of the long positive electrode core along the longitudinal direction at the end in the width direction.
  • the positive electrode core exposed portion is cut into a predetermined shape to form the positive electrode tab 4c. Moreover, it is the area
  • a negative electrode slurry containing graphite as a negative electrode active material, styrene butadiene rubber (SBR) as a binder, carboxymethyl cellulose (CMC) as a thickener, and water is prepared.
  • the mixing ratio of negative electrode active material: binder: thickener was 98: 1: 1 by mass ratio.
  • This negative electrode slurry is applied on both sides of a rectangular copper foil having a thickness of 8 ⁇ m as a negative electrode core. At this time, the negative electrode core exposed portion is formed on both sides of the long negative electrode core along the longitudinal direction at the end in the width direction.
  • the water in a negative electrode slurry is removed, and a negative electrode active material mixture layer is formed on a negative electrode core. Thereafter, the negative electrode active material mixture layer is compressed so as to have a predetermined thickness. The negative electrode plate thus obtained is cut into a predetermined shape.
  • FIG. 7 is a plan view of the positive electrode plate 4 ((a) in FIG. 7) and the negative electrode plate 5 ((b) in FIG. 7) after cutting.
  • the positive electrode plate 4 has a rectangular main body portion 4f in which a positive electrode active material mixture layer 4a is formed on both surfaces of a positive electrode core body, and a positive electrode core body exposed portion 4b is formed as a positive electrode tab 4c on one side thereof.
  • the negative electrode plate 5 has a rectangular main body portion 5f in which negative electrode active material mixture layers 5a are formed on both surfaces of a negative electrode core, and a negative electrode core exposed portion 5b is formed as a negative electrode tab 5c on one side thereof.
  • the size of the positive electrode plate 4 is slightly smaller than the size of the negative electrode plate 5.
  • An insulating layer or a protective layer 4d having a higher electric resistance than the positive electrode core and the positive electrode active material mixture layer can be provided at the base portion of the positive electrode tab 4c.
  • the protective layer 4d is not an essential component and is not necessarily provided.
  • the shape of the main-body part of the positive electrode plate 4 and the negative electrode plate 5 is not specifically limited.
  • the shapes of the main body portions of the positive electrode plate 4 and the negative electrode plate 5 are preferably substantially rectangular, and a cutout or the like may be formed in the corner portion, or the corner portion may have an R shape.
  • the width of the positive electrode tab 4c and the width of the negative electrode tab 5c are each preferably 10 mm or more, and preferably 50 mm or less.
  • the positive electrode plate 4 is a main body portion 4f, and a notch 4e is provided at the base portion of the positive electrode tab 4c.
  • the notch 4e may be formed when the positive electrode plate is cut to form the positive electrode tab 4c. Or after forming the positive electrode tab 4c, you may form separately.
  • Electrode body elements Fifty positive electrode plates 4 and 51 negative electrode plates 5 are produced by the above-described method, and these are laminated through a polyolefin square separator to produce a laminated electrode body element (3x, 3y). As shown in FIG. 8, in the stacked electrode body element (3x, 3y), the positive electrode tab 4c of each positive electrode plate 4 is stacked at one end, and the negative electrode tab 5c of each negative electrode plate 5 is stacked. It is produced as follows. Separators are disposed on both outer surfaces of the electrode body elements (3x, 3y), and can be fixed in a state in which each electrode plate and the separators are laminated by a tape 18 or the like.
  • an adhesive layer may be provided on the separator so that the separator and the positive electrode plate 4 and the separator and the negative electrode plate 5 are bonded to each other.
  • the size of the separator in plan view is the same as that of the negative electrode plate 5 or larger than that of the negative electrode plate 5.
  • the positive electrode plate 4 may be disposed between the two separators, and the periphery of the separator may be thermally welded, and then the positive electrode plate 4 and the negative electrode plate 5 may be laminated.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of the vicinity of the current interrupt mechanism 40 along the longitudinal direction of the sealing plate 2.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of the vicinity of the current interrupt mechanism 40 along the short direction of the sealing plate 2.
  • a through hole is formed in the sealing plate 2 as the positive electrode terminal mounting hole 2a.
  • the outer insulating member 11 is disposed on the battery outer surface side of the positive electrode terminal mounting hole 2a, and the inner insulating member 10 and the conductive member 41 are disposed on the battery inner surface side.
  • the positive electrode terminal 7 is inserted from the outside of the battery into the through holes formed in the external insulating member 11, the sealing plate 2, the internal insulating member 10, and the conductive member 41, and the tip of the positive electrode terminal 7 is connected to the conductive member 41. Clamp on top. Further, it is preferable to weld the crimped portion at the tip of the positive electrode terminal 7 onto the conductive member 41.
  • the conductive member 41 preferably has a cup shape having an opening 41x on the electrode body 3 side.
  • the conductive member 41 includes a base portion 41a disposed in parallel with the sealing plate 2 and a cylindrical portion 41b extending from the base portion 41a to the electrode body 3 side.
  • the cylindrical part 41b may be cylindrical or may be a rectangular cylindrical part.
  • the conductive member 41 is made of metal, for example, preferably made of aluminum or aluminum alloy.
  • the positive terminal 7 is connected to the base portion 41a.
  • the positive electrode terminal 7 and the conductive member 41 may be an integral part. In this case, the positive electrode terminal 7 is inserted into the through hole of each component from the inside of the battery and is crimped on the outside of the battery.
  • the inner insulating member 10 includes an insulating member main body portion 10a disposed between the sealing plate 2 and the base portion 41a of the conductive member 41, and electrode bodies from both ends in the short direction of the sealing plate 2 of the insulating member main body portion 10a.
  • a pair of insulating member first side walls 10b extending to the side 3 and a pair of insulating member second side walls 10c extending from both ends in the longitudinal direction of the sealing plate 2 of the insulating member body 10a to the electrode body 3 side are provided.
  • a convex portion 10d is formed on the outer surface of the insulating member first side wall 10b.
  • the deformable plate 42 is disposed so as to close the opening 41x on the electrode body 3 side of the conductive member 41, and the outer peripheral edge of the deformable plate 42 is joined to the conductive member 41 by laser welding or the like. Thereby, the opening 41x on the electrode body 3 side of the conductive member 41 is hermetically sealed.
  • the deformation plate 42 is made of metal, for example, preferably made of aluminum or an aluminum alloy.
  • the insulating plate 43 is disposed on the surface of the deformation plate 42 on the electrode body 3 side.
  • the insulating plate 43 has both ends in the short direction of the insulating plate main body 43a disposed between the deformation plate 42 and the current collector main body 6a of the positive electrode current collector 6 and the sealing plate 2 of the insulating plate main body 43a.
  • a pair of insulating plate first side walls 43b extending from the side toward the sealing plate 2 side.
  • the insulating plate main body 43a is formed with an insulating plate through hole 43c, a first protrusion 43d1, a second protrusion 43d2, a third protrusion 43d3, and a fourth protrusion 43d4.
  • a recess 43e is formed on the inner surface of the insulating plate first side wall 43b.
  • the protruding portion 42a formed at the center of the deformable plate 42 is inserted into the insulating plate through hole 43c formed in the insulating plate main body 43a. Further, the inner surface of the insulating plate first side wall 43b is disposed so as to face the outer surface of the insulating member first side wall 10b. And the inner side insulation member 10 and the insulating board 43 are connected by the convex part 10d fitting with the recessed part 43e.
  • the recess 43e may be a through hole.
  • the flange part 41c is provided in the edge part by the side of the electrode body 3 of the electrically-conductive member 41. As shown in FIG. And it is preferable to provide the hook fixing part hooked by the flange part 41c of the electrically-conductive member 41 in the surface at the side of the sealing board 2 of the insulating-plate main-body part 43a. Thereby, the insulating plate 43 is fixed to the conductive member 41.
  • the positive electrode current collector 6 has a current collector main body 6a, a lead 6c, and a current collector connection 6b that connects the current collector main body 6a and the lead 6c.
  • the current collector body 6a is formed with a connecting through hole 6d, and a thin portion 6e is formed around the connecting through hole 6d.
  • An annular groove 6f is formed in the thin portion 6e so as to surround the connecting through hole 6d.
  • the thickness (remaining thickness) of the groove 6f is smaller than that of the thin portion 6e.
  • the annular groove 6 f becomes a fragile portion and breaks with the deformation of the deformation plate 42. That is, this fragile portion is a portion to be broken.
  • transformation board 42 and the electrical power collector main-body part 6a can also be made into a weak part, without providing the thin part 6e and the groove part 6f.
  • the deformable plate 42 may be provided with a weak portion such as a thin wall portion or a groove portion.
  • the connecting through hole 6d is not an essential configuration, and a thin portion provided in the current collector main body 6a can be connected to the deformable plate 42.
  • the current collector body 6a is provided with a first fixing through hole 6y1, a second fixing through hole 6y2, a third fixing through hole 6y3, and a fourth fixing through hole 6y4.
  • a recess is provided around each of the first fixing through hole 6y1, the second fixing through hole 6y2, the third fixing through hole 6y3, and the fourth fixing through hole 6y4.
  • the positive electrode current collector 6 described above is disposed on the surface of the insulating plate 43 on the electrode body 3 side. At this time, the first protrusion 43d1, the second protrusion 43d2, the third protrusion 43d3, and the fourth protrusion 43d4 formed on the insulating plate 43 are respectively connected to the first fixing through holes 6y1 formed on the positive electrode current collector 6. The second fixing through hole 6y2, the third fixing through hole 6y3, and the fourth fixing through hole 6y4 are inserted.
  • the positive electrode current collector 6 is fixed to the insulating plate 43 by increasing the diameters of the tips of the first protrusion 43d1, the second protrusion 43d2, the third protrusion 43d3, and the fourth protrusion 43d4. Thereby, the first fixing portion 70a, the second fixing portion 70b, the third fixing portion 70c, and the fourth fixing portion 70d are formed.
  • the gas is sent from the outside of the battery through the terminal through hole 7x formed in the positive electrode terminal 7, and the deformation plate 42 is pressed against the current collector body 6a of the positive electrode current collector 6.
  • the edge of the connecting through hole 6d provided in the current collector body 6a of the positive electrode current collector 6 and the deformation plate 42 are joined by laser welding or the like.
  • the connecting through-hole 6d is not an essential configuration, and the current collector body 6a that does not have the connecting through-hole 6d can be joined to the deformable plate.
  • the terminal through hole 7x is sealed with a terminal plug 7y.
  • the current collector body 6a of the positive electrode current collector 6 is disposed on the surface of the insulating plate 43 on the battery inner side.
  • a current collector connection 6b extending from the current collector body 6a toward the sealing plate 2 is provided.
  • reed part 6c is provided so that it may extend in the gas exhaust valve 17 side along the sealing plate 2 from the edge part by the side of the sealing plate 2 of the electrical power collector connection part 6b.
  • the lead part 6 c is arranged in parallel to the sealing plate 2.
  • the lead portion 6c is disposed on the sealing plate 2 via a lead portion insulating member 19 (positive electrode insulating member).
  • the lead insulating member 19 may be formed integrally with the inner insulating member 10 or the insulating plate 43.
  • a through hole is formed in the sealing plate 2 as the negative electrode terminal mounting hole 2b.
  • the outer insulating member 13 is disposed on the outer surface side of the negative electrode terminal mounting hole 2b, and the inner insulating member 12 and the current collector body 8a of the negative electrode current collector 8 are disposed on the inner surface side.
  • the current collector body 8a is provided with a through hole 8d. Then, the negative electrode terminal 9 is inserted into the through hole formed in each of the external insulating member 13, the sealing plate 2, the internal insulating member 12, and the current collector body 8 a of the negative electrode current collector 8 from the outside of the battery, The tip of the negative electrode terminal 9 is crimped onto the negative electrode current collector 8. Then, the crimped portion of the negative electrode terminal 9 is welded to the negative electrode current collector 8.
  • the first electrode body element 3x is disposed on one side of the sealing plate 2 in the short direction (vertical direction in FIG. 11 and horizontal direction in FIG. 12), and the second electrode is disposed on the other side.
  • the body element 3y is arranged.
  • the first positive electrode tab group 4x of the first electrode body element 3x is disposed on the lead portion 6c of the positive electrode current collector 6, and the first negative electrode tab group 5x of the first electrode body element 3x is disposed on the negative electrode current collector 8. It arrange
  • the second positive electrode tab group 4y of the second electrode body element 3y is disposed on the lead portion 6c of the positive electrode current collector 6, and the second negative electrode tab group 5y of the second electrode body element 3y is disposed on the negative electrode current collector 8. It arrange
  • each positive electrode tab 4c constituting the first positive electrode tab group 4x is bundled on the lower surface 3x2 side of the first electrode body element 3x.
  • Each negative electrode tab 5c constituting the first negative electrode tab group 5x is bundled on the lower surface 3x2 side of the first electrode body element 3x.
  • each positive electrode tab 4c constituting the second positive electrode tab group 4y is bundled on the lower surface 3y2 side of the second electrode body element 3y, and each of the second negative electrode tab group 5y constituting the second negative electrode tab group 5y.
  • the negative electrode tab 5c is bundled on the lower surface 3y2 side of the second electrode body element 3y.
  • the first positive electrode tab group 4x is irradiated with a high energy beam such as a laser beam from the upper side to the first positive electrode tab group 4x and the second positive electrode tab group 4y disposed on the lead portion 6c of the positive electrode current collector 6.
  • the second positive electrode tab group 4y is welded to the lead portion 6c.
  • the first negative electrode tab group 5x is irradiated with a high energy beam such as a laser beam from above from the first negative electrode tab group 5x and the second negative electrode tab group 5y disposed on the lead portion 8c of the negative electrode current collector 8.
  • the second negative electrode tab group 5y is welded to the lead portion 8c. Thereby, the welding parts 50x, 50y, 60x, and 60y are formed.
  • the positive electrode tabs 4c are joined in advance by welding or the like, and the preliminary joint portions 51x and 51y are connected. It may be formed.
  • the negative electrode tabs 5c may be bonded in advance to form a preliminary bonded portion.
  • the positive electrode auxiliary conductive member and the negative electrode auxiliary conductive member may be connected in advance to the positive electrode tab group (4x, 4y) and the negative electrode tab group (5x, 5y), respectively.
  • the positive electrode auxiliary conductive member and the negative electrode auxiliary conductive member joined to the positive electrode tab group (4x, 4y) and the negative electrode tab group (5x, 5y), respectively, are fixed to the sealing plate 2, respectively. You may connect to an electric body.
  • the electrode body 3 attached to the sealing plate 2 is covered with an insulating sheet 14 and inserted into the rectangular exterior body 1. And the sealing board 2 and the square exterior body 1 are joined by laser welding etc., and the opening of the square exterior body 1 is sealed. Thereafter, a nonaqueous electrolyte containing an electrolyte solvent and an electrolyte salt is injected from an electrolyte solution injection hole 15 provided in the sealing plate 2. Then, the electrolyte injection hole 15 is sealed with a sealing plug 16.
  • the positive electrode tab 4 c and the negative electrode tab 5 c are arranged on the sealing plate 2 side in the electrode body 3. That is, the positive electrode tab 4 c and the negative electrode tab 5 c are disposed between the sealing plate 2 and the power generation unit in which the positive electrode plate 4 and the negative electrode plate 5 are stacked via the separator in the electrode body 3. Further, the positive electrode tab 4c and the negative electrode tab 5c are connected to the positive electrode current collector and the negative electrode current collector in a curved state, respectively. For this reason, the space which the part which does not participate in electric power generation occupies can be made smaller, and it becomes a secondary battery with a higher volumetric energy density.
  • the positive electrode tab 4c and the negative electrode tab 5c are in a curved state, the positive electrode tab 4c or the negative electrode tab 5c is prevented from being damaged or broken even if a strong impact or vibration is applied to the prismatic secondary battery 20. it can.
  • a notch 4e is provided at the base of the positive electrode tab 4c in the positive electrode plate 4. For this reason, even if the positive electrode tab 4c is in a curved state, the portion near the root of the positive electrode tab 4c in the positive electrode plate 4 is distorted or there is a gap between the portion near the root of the positive electrode tab 4c in the positive electrode plate 4 and the separator. Can be prevented. Therefore, it can prevent that a positive electrode active material mixture layer is damaged or it becomes impossible to perform charging / discharging reaction smoothly.
  • the notch 4e is provided in the positive electrode core at the position where the positive electrode active material mixture layer 4a is formed. For this reason, the positive electrode active material mixture layer 4a is disposed on the positive electrode core at the edge of the notch 4e. Therefore, since the positive electrode core is reinforced by the positive electrode active material mixture layer 4a, it is possible to prevent the positive electrode plate 4 from tearing from the notch 4e.
  • the first positive electrode tab group 4x and the first negative electrode tab group 5x of the first electrode body element 3x, and the second positive electrode tab group 4y and the second negative electrode tab group 5y of the second electrode body element 3y. are configured to bend in different directions. This facilitates a secondary battery with a higher volumetric energy density.
  • Such a configuration is particularly effective when the thickness of the electrode body 3 is 20 mm or more.
  • the thickness of the electrode body 3 is 50 mm or less.
  • the surface of the positive electrode active material mixture layer 4a of the positive electrode plate 4 and the separator are preferably bonded. Thereby, it can suppress more effectively that a load is added to the circumference
  • the positive electrode plate 4 is adhere
  • the periphery of the notch 4e is preferably bonded to the separator. Since the periphery of the notch 4e can be reinforced by the separator, it is possible to more reliably prevent the positive electrode plate 4 from being split starting from the notch 4e.
  • the surface of the negative electrode active material mixture layer 5a of the negative electrode plate 5 and the separator are preferably bonded.
  • a protective layer 4d having electrical insulation properties or a higher electric resistance than the positive electrode core and the positive electrode active material mixture layer, and a portion of the edge of the notch 4e has a positive electrode active material mixture. It is preferable that the agent layer 4a is formed, and the protective layer 4d is formed on a part of the edge of the notch 4e.
  • the positive electrode active material mixture layer preferably contains lithium carbonate.
  • the notch 4e provided in the positive electrode plate 4 becomes a passage for the gas generated in the positive electrode active material mixture layer 4a to the sealing plate 2 side. For this reason, it becomes possible to operate the current interruption mechanism more smoothly, which is more preferable.
  • this short-circuit mechanism that operates when the battery internal pressure becomes a predetermined value or more may be provided instead of the current interrupt mechanism described in the above-described embodiment.
  • this short-circuit mechanism is provided with a deformable portion 80 that deforms when the battery internal pressure becomes a predetermined value or more on the sealing plate 2, and is electrically connected to the negative electrode plate outside the deformable portion 80.
  • a negative external conductive member 81 is disposed.
  • the deformable portion 80 is electrically connected to the positive electrode plate, and the deformable portion 80 and the negative electrode external conductive member 81 are electrically connected by deformation of the deformable portion 80.
  • the positive electrode plate and the negative electrode plate are electrically connected.
  • the secondary battery has a short-circuit mechanism, it is preferable to provide a fuse portion in the positive electrode current collector, the negative electrode current collector, or the like.
  • transformation part 80 is an inversion board arrange
  • lithium carbonate is contained in the positive electrode active material mixture layer.
  • the sealing plate has two deformed portions, a positive external conductive member electrically connected to the positive plate is disposed above one deformed portion, and the negative plate is disposed above the other deformed portion. It can also be set as the form which has arrange
  • the amount of lithium carbonate contained in the positive electrode active material mixture layer is preferably 0.1 to 5% by mass, more preferably 0.5 to 3% by mass with respect to the positive electrode active material. Moreover, it is preferable that lithium phosphate is further contained in the positive electrode active material mixture layer.
  • connection method between the positive electrode tab and the positive electrode current collector and the connection method between the negative electrode tab and the negative electrode current collector are not particularly limited, and resistance welding, welding by irradiation with high energy rays such as laser, ultrasonic welding, and the like can be used. .
  • the electrode body element is not limited to the laminated type.
  • a belt-like positive electrode plate and a belt-like negative electrode plate can be wound around a belt-like separator to form an electrode body element.
  • Second negative electrode tab group 6 ... Positive current collector 6a ... Current collector body 6b ... current collector connection part 6c ... Lead part 6d: Connection through hole 6e ... Thin part 6f ... groove 6y1 ... first fixing through hole 6y2 ... second fixing through hole 6y3 ... Third fixing through hole 6y4 ... 4th fixing through hole 7: Positive terminal 7x: Terminal through hole 7y ... Terminal plug 8 ... Negative electrode current collector 8a ... Current collector body 8c ... Lead part 8d ... Through hole 9 ... Negative electrode terminals 10, 12 ... Inner side insulating member 10a ... Insulating member main body 10b: Insulating member first side wall 10c ... Insulating member second side wall 10d ... Convex parts 11, 13 ...
  • External insulating member 14 External insulating member 14 ... Insulating sheet 15 ... Electrolyte injection hole 16 ... Sealing plug 17 ... ⁇ Gas discharge valve 18 ... Tape 19 ... Lead insulation member 20 ... Square secondary battery 40 ... Current interrupting mechanism 41 ... Conductive member 41a ... Base part 41b ... cylindrical part 41c ... Flange part 42 ... Deformation plate 42a ... Projection 43 ... Insulating plate 43a ... Insulating plate body 43b ... Insulating plate first side wall 43c: Insulating plate through hole 43d1: First protrusion 43d2 ... second protrusion 43d3 ... third projection 43d4 ... fourth protrusion 50x, 50y ... welded part 51x, 51y ... pre-joined part 60x, 60y ... welded part 70a ... 1st fixing

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Abstract

正極タブ(4c)を有する正極板(4)、負極タブ(5c)を有する負極板(5)及びセパレータを有する電極体を備え、正極タブ(4c)は湾曲した状態で正極集電体に接続され、前記負極タブ(5c)は湾曲した状態で負極集電体に接続された二次電池において、正極板(4)として、正極芯体上に正極活物質合剤層(4a)が形成された領域において正極タブ(4c)の根元に切り欠き(4e)が設けられたものを用いる二次電池の製造方法。

Description

二次電池及びその製造方法
 本発明は二次電池及びその製造方法に関する。
 電気自動車(EV)やハイブリッド電気自動車(HEV、PHEV)等の駆動用電源において、アルカリ二次電池や非水電解質二次電池等の二次電池が使用されている。
 これらの二次電池としての角形二次電池では、開口を有する有底筒状の角形外装体と、その開口を封口する封口板により電池ケースが形成される。電池ケース内には、正極板、負極板及びセパレータからなる電極体が電解液と共に収容される。封口板には正極端子及び負極端子が取り付けられる。正極端子は正極集電体を介して正極板に電気的に接続され、負極端子は負極集電体を介して負極板に電気的に接続される。
 正極板は、金属製の正極芯体と、正極芯体表面に形成された正極活物質合剤層を含む。正極芯体の一部には正極活物質合剤層が形成されない正極芯体露出部が形成される。そして、この正極芯体露出部に正極集電体が接続される。また、負極板は金属製の負極芯体と、負極芯体表面に形成された負極活物質合剤層を含む。負極芯体の一部には負極活物質合剤層が形成されない負極芯体露出部が形成される。そして、この負極芯体露出部に負極集電体が接続される。
 例えば下記特許文献1においては、電極体における封口板側の端部に、正極タブ及び負極タブを配置した角形二次電池が提案されている。
特開2015-159087号公報
 本願発明は、高い体積エネルギー密度を有し、且つより信頼性の高い二次電池を提供することを一つの目的とする。
 本発明の一様態の角形二次電池の製造方法は、
 正極タブを有する正極板、負極タブを有する負極板、及び前記正極板と前記負極板の間に配置されたセパレータを含む電極体と、
 前記正極板に電気的に接続された正極集電体と、
 前記負極板に電気的に接続された負極集電体と、
 開口を有し、前記電極体を収容する外装体と、
 前記開口を封口する封口板と、を備え、
 前記正極タブ及び前記負極タブは、前記電極体の前記封口板側に配置され、
 前記正極板は、正極芯体と、前記正極芯体上に形成された正極活物質合剤層を含み、
 前記正極板は、前記正極芯体上に前記正極活物質合剤層が形成された本体部を有し、
 前記正極タブは、前記本体部の端部から突出し、
 前記正極板の前記本体部における前記正極タブの根元には切り欠きが設けられ、
 前記正極タブ及び前記負極タブが湾曲した状態とされた二次電池の製造方法であって、
 前記正極芯体において前記正極活物質合剤層が形成された部分に前記切り欠きを設ける切り欠き工程と、
 前記正極板及び前記負極板を用いて前記電極体を作製する電極体作製工程と、
 前記正極タブを前記正極集電体に接続する接続工程を有する。
 上述の構成においては、正極タブ及び負極タブが電極体における封口板側に配置され、且つ、正極タブ及び負極タブがそれぞれ湾曲した状態で正極集電体及び負極集電体に接続される。これにより、より体積エネルギー密度が高い二次電池となる。また、正極タブ及び負極タブが湾曲した状態とされることで、二次電池に強い衝撃や振動が加わったとしても、正極タブないし負極タブが損傷・破断することを防止できる。
 ここで、正極タブが湾曲した状態となっていると、正極板における正極タブの根元近傍部分が歪んだり、あるいは、正極板における正極タブの根元近傍部分とセパレータの間に隙間が生じたりする虞がある。このような場合、正極活物質合剤層が損傷したり、充放電反応がスムーズに行えない可能性がある。上述の構成においては、正極板において正極タブの根元部分に切り欠きが設けられていることにより、正極タブが湾曲した状態となっていても、正極板における正極タブの根元近傍部分が歪んだり、あるいは、正極板における正極タブの根元近傍部分とセパレータとの間に隙間が生じたりすることを防止できる。よって、上述の構成により、より信頼性の高い二次電池が得られる。
 本発明の一様態の角形二次電池は、
 正極タブを有する正極板、負極タブを有する負極板、及び前記正極板と前記負極板の間に配置されたセパレータを含む電極体と、
 前記正極板に電気的に接続された正極集電体と、
 前記負極板に電気的に接続された負極集電体と、
 開口を有し、前記電極体を収容する外装体と、
 前記開口を封口する封口板と、を備え、
 前記正極タブ及び前記負極タブは、前記電極体の前記封口板側に配置され、
 前記正極板は、正極芯体と、前記正極芯体上に形成された正極活物質合剤層を含み、
 前記正極板は、前記正極芯体上に前記正極活物質合剤層が形成された本体部を有し、
 前記正極タブは、前記本体部の端部から突出し、
 前記正極板の前記本体部における前記正極タブの根元には切り欠きが設けられており、
 前記正極タブ及び前記負極タブが湾曲した状態とされている。
 上述の構成においては、正極タブ及び負極タブが電極体における封口板側に配置され、且つ、正極タブ及び負極タブがそれぞれ湾曲した状態で正極集電体及び負極集電体に接続される。これにより、より体積エネルギー密度が高い二次電池となる。また、正極タブ及び負極タブが湾曲した状態とされることで、二次電池に強い衝撃や振動が加わったとしても、正極タブないし負極タブが損傷・破断することを防止できる。
 ここで、正極タブが湾曲した状態となっていると、正極板における正極タブの根元近傍部分が歪んだり、あるいは、正極板における正極タブの根元近傍部分とセパレータの間に隙間が生じたりする虞がある。このような場合、正極活物質合剤層が損傷したり、充放電反応がスムーズに行えない可能性がある。上述の構成においては、正極板において正極タブの根元部分に切り欠きが設けられていることにより、正極タブが湾曲した状態となっていても、正極板における正極タブの根元近傍部分が歪んだり、あるいは、正極板における正極タブの根元近傍部分とセパレータとの間に隙間が生じたりすることを防止できる。よって、上述の構成により、より信頼性の高い二次電池となる。
 本発明によれば、高い体積エネルギー密度を有し、より信頼性の高い二次電池となる。
実施形態に係る角形二次電池の斜視図である。 図1のII-II線の断面図である。 図2のIII-III線に沿った断面図である。 図2のIV-IV線に沿った断面図である。 図2のV-V線に沿った断面図である。 図2のVI-VI線に沿った断面図である。 実施形態に係る正極板及び負極板の平面図である。 実施形態に係る電極体要素の平面図である。 封口板の長手方向に沿った電流遮断機構近傍の断面図である。 封口板の短手方向に沿った電流遮断機構近傍の断面図である。 集電体等が取り付けられた封口板の電池内面側を示す図である。 図11のXII―XII線に沿った断面図である。 短絡機構の断面図である。
 実施形態に係る角形二次電池20の構成を以下に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されない。
 図1~6に示すように、角形二次電池20は、開口を有する角形外装体1と、当該開口を封口する封口板2を備える。角形外装体1及び封口板2は、それぞれ金属製であることが好ましく、例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金製とすることができる。角形外装体1は、底部1a、一対の大面積側壁1b及び一対の小面積側壁1cを有する。角形外装体1は、底部1aと対向する位置に開口を有する角形の有底筒状の外装体である。角形外装体1内には、複数の正極板と複数の負極板がセパレータを介して積層された積層型の電極体3が電解質と共に収容されている。
 正極板4は、金属製の正極芯体と、正極芯体上に形成された正極活物質を含む正極活物質合剤層4aを有する。正極板4は一つの端辺に正極芯体が露出する正極芯体露出部4bを有する。なお、正極芯体としてはアルミニウム箔又はアルミニウム合金箔を用いることが好ましい。負極板5は、金属製の負極芯体と、負極芯体上に形成された負極活物質を含む負極活物質合剤層5aを有する。負極板5は一つの端辺に負極芯体が露出する負極芯体露出部5bを有する。なお、負極芯体としては銅箔又は銅合金箔を用いることが好ましい。角形二次電池20では、正極芯体露出部4bが正極タブ4cを構成し、負極芯体露出部5bが負極タブ5cを構成している。正極タブ4cは、正極芯体上に正極活物質合剤層4aが形成された本体部4fの端部から突出するように設けられている。負極タブ5cは、負極芯体上に負極活物質合剤層5aが形成された本体部5fの端部から突出するように設けられている。
 電極体3において、封口板2側の端部に、正極タブ4cが積層され正極タブ群(4x、4y)を構成した状態で配置され、また、負極タブ5cが積層され負極タブ群(5x、5y)を構成した状態で配置されている。積層された正極タブ4cは正極集電体6のリード部6cに接続されている。そして、この正極集電体6に正極端子7が電気的に接続されている。積層された負極タブ5cは負極集電体8のリード部8cに接続されている。そして、この負極集電体8に負極端子9が電気的に接続されている。正極板4と正極端子7の間の導電経路には感圧式の電流遮断機構40が設けられている。電流遮断機構40は電池内部の圧力が所定値以上となったときに作動し、正極板4と正極端子7の間の導電経路が切断されることにより電流が遮断される。なお、負極板5と負極端子9の間の導電経路に感圧式の電流遮断機構40が設けてもよい。
 正極端子7は内部側絶縁部材10及び外部側絶縁部材11により封口板2と電気的に絶縁された状態で封口板2に取り付けられている。また、負極端子9は内部側絶縁部材12及び外部側絶縁部材13により封口板2と電気的に絶縁された状態で封口板2に取り付けられている。内部側絶縁部材10、12及び外部側絶縁部材11、13はそれぞれ樹脂製であることが好ましい。正極端子7には、端子貫通穴7xが設けられており、端子貫通穴7xは端子栓7yにより封止されている。
 電極体3は絶縁シート14に覆われた状態で角形外装体1内に収容されている。絶縁シート14としては、箱状に折り曲げられた樹脂シート、あるいは袋状の樹脂シートを用いることが好ましい。封口板2は角形外装体1の開口縁部にレーザ溶接等により接合されている。封口板2は電解液注液孔15を有し、この電解液注液孔15は電解液を注液した後、封止栓16により封止される。封口板2には電池内部の圧力が所定値以上となった場合に作動し、電池内部のガスを電池外部に排出するためのガス排出弁17が形成されている。なお、ガス排出弁17の作動圧は、電流遮断機構40の作動圧よりも高い値に設定する。
 次に角形二次電池20の製造方法について説明する。
 [正極板の作製]
 正極活物質としてのリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物、結着剤としてのポリフッ化ビニリデン(PVdF)、導電剤としての炭素材料、炭酸リチウム及びN-メチルピロリドン(NMP)を含む正極スラリーを作製する。なお、正極活物質:結着剤:導電剤:炭酸リチウムの混合割合を質量比で87:3:9:1とした。この正極スラリーを、正極芯体としての厚さ15μmの矩形状のアルミニウム箔の両面に塗布する。このとき、長尺状の正極芯体に、幅方向の端部に長手方向に沿って両面に正極芯体露出部が形成されるようにする。そして、これを乾燥させることにより、正極スラリー中のN-メチルピロリドンを取り除き、正極芯体上に正極活物質合剤層を形成する。その後、正極芯体露出部を所定の形状に切断し、正極タブ4cを形成する。また、正極芯体において正極活物質合剤層が形成された領域であって、正極タブ4cの根元に切り欠き4eを設ける。その後、正極活物質合剤層を所定厚みになるように圧縮処理を行う。このようにして得られた正極板を所定の形状に裁断する。
 [負極板の作製]
 負極活物質としての黒鉛、結着剤としてのスチレンブタジエンゴム(SBR)、増粘剤としてのカルボキシメチルセルロース(CMC)、及び水を含む負極スラリーを作製する。なお、負極活物質:結着剤:増粘剤の混合割合を質量比で98:1:1とした。この負極スラリーを、負極芯体としての厚さ8μmの矩形状の銅箔の両面に塗布する。このとき、長尺状の負極芯体に、幅方向の端部に長手方向に沿って両面に負極芯体露出部が形成されるようにする。そして、これを乾燥させることにより、負極スラリー中の水を取り除き、負極芯体上に負極活物質合剤層を形成する。その後、負極活物質合剤層を所定厚みになるように圧縮処理を行う。このようにして得られた負極板を所定の形状に裁断する。
 図7は裁断後の正極板4(図7中の(a))、負極板5(図7中の(b))の平面図である。正極板4は、正極芯体の両面に正極活物質合剤層4aが形成された方形状の本体部4fを有し、その一辺に正極芯体露出部4bが正極タブ4cとして形成されている。負極板5は、負極芯体の両面に負極活物質合剤層5aが形成された方形状の本体部5fを有し、その一辺に負極芯体露出部5bが負極タブ5cとして形成されている。なお、正極板4の大きさは負極板5の大きさよりも僅かに小さくされている。正極タブ4cの根本部分には絶縁層ないし、正極芯体及び正極活物質合剤層よりも電気抵抗が高い保護層4dを設けることができる。なお、保護層4dは必須の構成ではなく、必ずしも設ける必要はない。また、正極板4及び負極板5の本体部の形状は特に限定されない。正極板4及び負極板5の本体部の形状は略矩形状であることが好ましく、コーナー部に切り欠き等が形成されていてもよいし、コーナー部がR形状とされていてもよい。正極タブ4cの幅、負極タブ5cの幅はそれぞれ10mm以上であることが好ましく、50mm以下であることが好ましい。
 図7に示すように、正極板4は本体部4fであって、正極タブ4cの根元部分に切り欠き4eが設けられている。この切り欠き4eは、正極板を切断し正極タブ4cを形成する際に形成してもよい。あるいは、正極タブ4cを形成した後、別途形成してもよい。
 [電極体要素の作製]
 50枚の正極板4及び51枚の負極板5を上述の方法で作製し、これらをポリオレフィン製の方形状のセパレータを介して積層し積層型の電極体要素(3x、3y)を作製する。図8に示すように、積層型の電極体要素(3x、3y)は、一方の端部において、各正極板4の正極タブ4cが積層され、各負極板5の負極タブ5cが積層されるように作製される。電極体要素(3x、3y)の両外面にはセパレータが配置され、テープ18等により各極板及びセパレータが積層された状態に固定することができる。あるいは、セパレータに接着層を設け、セパレータと正極板4、セパレータと負極板5がそれぞれ接着されるようにしてもよい。なおセパレータの平面視の大きさは負極板5と同じ、あるいは負極板5よりも大きくする。2枚のセパレータの間に正極板4を配置し、セパレータの周縁を熱溶着した状態とした後、正極板4と負極板5を積層してもよい。
 <正極端子及び電流遮断機構の封口板への取り付け>
 図9は、封口板2の長手方向に沿った電流遮断機構40近傍の断面図である。図10は、封口板2の短手方向に沿った電流遮断機構40近傍の断面図である。
 封口板2には、正極端子取り付け孔2aとして貫通穴が形成されている。正極端子取り付け孔2aの電池外面側に外部側絶縁部材11を配置し、電池内面側に内部側絶縁部材10及び導電部材41を配置する。そして、外部側絶縁部材11、封口板2、内部側絶縁部材10及び導電部材41のそれぞれに形成された貫通穴に電池外部側から正極端子7を挿入し、正極端子7の先端を導電部材41上に加締める。なお、さらに正極端子7の先端の加締め部を導電部材41上に溶接することが好ましい。
 導電部材41は電極体3側に開口部41xを有するカップ形状であることが好ましい。導電部材41は、封口板2と平行に配置されるベース部41aと、ベース部41aから電極体3側に延びる筒状部41bを有する。筒状部41bは円筒形であってもよく、角形の筒状部であってもよい。導電部材41は金属製であり、例えばアルミニウム又はアルミニウム合金製であることが好ましい。正極端子7はベース部41aに接続される。なお、正極端子7と導電部材41が一体的な部品としてもよい。この場合、正極端子7は、電池内部側から各部品の貫通穴に挿入され、電池外部側で加締められる。
 内部側絶縁部材10は、封口板2と導電部材41のベース部41aの間に配置される絶縁部材本体部10aと、絶縁部材本体部10aの封口板2の短手方向における両端部から電極体3側に延びる一対の絶縁部材第1側壁10bと、絶縁部材本体部10aの封口板2の長手方向における両端部から電極体3側に延びる一対の絶縁部材第2側壁10cを有する。絶縁部材第1側壁10bの外面には凸部10dが形成されている。
 次に、変形板42を導電部材41の電極体3側の開口部41xを塞ぐように配置し、変形板42の外周縁を導電部材41にレーザ溶接等により接合する。これにより、導電部材41の電極体3側の開口部41xを気密に封止する。変形板42は金属製であり、例えばアルミニウム又はアルミニウム合金製であることが好ましい。
 次に絶縁板43を変形板42の電極体3側の面に配置する。絶縁板43は、変形板42と正極集電体6の集電体本体部6aの間に配置される絶縁板本体部43aと、絶縁板本体部43aの封口板2の短手方向における両端部から封口板2側に延びる一対の絶縁板第1側壁43bを有する。絶縁板本体部43aには、絶縁板貫通穴43c、第1突起43d1、第2突起43d2、第3突起43d3、第4突起43d4が形成されている。また、絶縁板第1側壁43bの内面には、凹部43eが形成されている。
 絶縁板本体部43aに形成された絶縁板貫通穴43cには変形板42の中央部に形成された突出部42aが挿入される。また、絶縁板第1側壁43bの内面は、絶縁部材第1側壁10bの外面と対向するように配置される。そして、凸部10dが凹部43eと嵌合することにより、内部側絶縁部材10と絶縁板43が接続される。なお、この凹部43eを貫通穴としてもよい。
 導電部材41の電極体3側の端部にフランジ部41cが設けられている。そして、絶縁板本体部43aの封口板2側の面には、導電部材41のフランジ部41cに引っ掛けられる引っ掛け固定部を設けることが好ましい。これにより、絶縁板43を導電部材41に固定する。
 <正極集電体>
 図9~11に示すように、正極集電体6は、集電体本体部6aと、リード部6cと、集電体本体部6aとリード部6cを繋ぐ集電体接続部6bを有する。
 集電体本体部6aには、接続用貫通穴6dが形成されており、この接続用貫通穴6dの周囲には薄肉部6eが形成されている。また、薄肉部6e内には環状の溝部6fが接続用貫通穴6dを囲むように形成されている。溝部6fの厚み(残厚み)は、薄肉部6eよりも小さくなっている。ここで、環状の溝部6fが脆弱部となり、変形板42の変形に伴い破断する。即ち、この脆弱部が破断予定部となっている。なお、脆弱部の破断により導電経路が切断されればよいため、薄肉部6e及び溝部6fを両方設ける必要はない。薄肉部6eのみ、あるいは溝部6fのみを設けるようにしてもよい。あるいは、薄肉部6eや溝部6fを設けず、変形板42と集電体本体部6aの接続部を脆弱部とすることもできる。あるいは、変形板42に薄肉部ないし溝部等の脆弱部を設けることもできる。なお、接続用貫通穴6dは必須の構成ではなく、集電体本体部6aに設けた薄肉部を変形板42に接続することもできる。
 集電体本体部6aには第1固定用貫通穴6y1、第2固定用貫通穴6y2、第3固定用貫通穴6y3、第4固定用貫通穴6y4が設けられている。第1固定用貫通穴6y1、第2固定用貫通穴6y2、第3固定用貫通穴6y3、及び第4固定用貫通穴6y4のそれぞれの周囲には凹部が設けられている。
 [正極集電体の取り付け]
 上述の正極集電体6を絶縁板43の電極体3側の面に配置する。このとき、絶縁板43に形成された第1突起43d1、第2突起43d2、第3突起43d3、第4突起43d4を、それぞれ、正極集電体6に形成された第1固定用貫通穴6y1、第2固定用貫通穴6y2、第3固定用貫通穴6y3、第4固定用貫通穴6y4に挿入する。そして第1突起43d1、第2突起43d2、第3突起43d3、第4突起43d4の先端を拡径することにより、絶縁板43に正極集電体6を固定する。これにより第1固定部70a、第2固定部70b、第3固定部70c、第4固定部70dが形成される。
 正極端子7に形成された端子貫通穴7xを通じ電池外部側からガスを送り込み、変形板42を正極集電体6の集電体本体部6aに押し付けた状態とする。この状態で、正極集電体6の集電体本体部6aに設けられた接続用貫通穴6dの縁部と変形板42をレーザ溶接等により接合する。なお、接続用貫通穴6dは必須の構成ではなく、接続用貫通穴6dを有していない集電体本体部6aを変形板42に接合することもできる。端子貫通穴7xは端子栓7yで封止する。
 図9~図11に示すように、絶縁板43の電池内部側の面には正極集電体6の集電体本体部6aが配置される。集電体本体部6aの端部には、集電体本体部6aから封口板2側に延びる集電体接続部6bが設けられている。そして、集電体接続部6bの封口板2側の端部から封口板2に沿ってガス排出弁17側に延びるようにリード部6cが設けられている。リード部6cは封口板2に対して平行に配置されている。リード部6cはリード部絶縁部材19(正極絶縁部材)を介して封口板2上に配置されている。なお、リード部絶縁部材19は、内部側絶縁部材10又は絶縁板43と一体的に形成されていてもよい。
 <負極端子の封口板への取り付け>
 封口板2には、負極端子取り付け孔2bとして貫通穴が形成されている。負極端子取り付け孔2bの外面側に外部側絶縁部材13を配置し、内面側に内部側絶縁部材12及び負極集電体8の集電体本体部8aを配置する。集電体本体部8aには、貫通穴8dが設けられている。そして、外部側絶縁部材13、封口板2、内部側絶縁部材12及び負極集電体8の集電体本体部8aのそれぞれに形成された貫通穴に電池外部側から負極端子9を挿入し、負極端子9の先端を負極集電体8上に加締める。そして、負極端子9において加締められた部分を負極集電体8に溶接する。
 <タブ部と集電体の接続>
 図11及び図12に示すように、封口板2の短手方向(図11では上下方向、図12では左右方向)における一方側に第1電極体要素3xを配置し、他方側に第2電極体要素3yを配置する。そして、第1電極体要素3xの第1正極タブ群4xを正極集電体6のリード部6c上に配置し、第1電極体要素3xの第1負極タブ群5xを負極集電体8のリード部8c上に配置する。また、第2電極体要素3yの第2正極タブ群4yを正極集電体6のリード部6c上に配置し、第2電極体要素3yの第2負極タブ群5yを負極集電体8のリード部8c上に配置する。このとき第1電極体要素3xにおいて、第1正極タブ群4xを構成する各正極タブ4cは、第1電極体要素3xの下面3x2側に束ねられている。また、第1負極タブ群5xを構成する各負極タブ5cは、第1電極体要素3xの下面3x2側に束ねられている。同様に、第2電極体要素3yにおいて、第2正極タブ群4yを構成する各正極タブ4cは、第2電極体要素3yの下面3y2側に束ねられ、第2負極タブ群5yを構成する各負極タブ5cは、第2電極体要素3yの下面3y2側に束ねられている。
 そして、上方からレーザ光等の高エネルギー線を、正極集電体6のリード部6c上に配置された第1正極タブ群4x及び第2正極タブ群4yに照射し、第1正極タブ群4x及び第2正極タブ群4yをリード部6cに溶接する。また、上方からレーザ光等の高エネルギー線を、負極集電体8のリード部8c上に配置された第1負極タブ群5x及び第2負極タブ群5yに照射し、第1負極タブ群5x及び第2負極タブ群5yをリード部8cに溶接する。これにより、溶接部50x、50y、60x及び60yが形成される。
 なお、第1電極体要素3x及び第2電極体要素3yのそれぞれについて、タブ部を集電体に接続する前に、予め正極タブ4c同士を溶接等により接合し、予備接合部51x、51yを形成してもよい。また、負極側についても同様に、予め負極タブ5c同士を接合し、予備接合部を形成してもよい。また、予め正極タブ群(4x、4y)及び負極タブ群(5x、5y)に、それぞれ正極補助導電部材及び負極補助導電部材を接続してもよい。そして、正極タブ群(4x、4y)及び負極タブ群(5x、5y)にそれぞれ接合された正極補助導電部材及び負極補助導電部材をそれぞれ、封口板2に固定された正極集電体及び負極集電体に接続してもよい。
 <電極体作製>
 図12における第1電極体要素3xの上面3x1と第2電極体要素3yの上面3y1とが接するように第1正極タブ群4x、第2正極タブ群4y、第1負極タブ群5x及び第2負極タブ群5yを湾曲させる。これにより、第1電極体要素3xと第2電極体要素3yを一つに纏め、図3~6に示すように一つの電極体3とする。
 <角形二次電池の組み立て>
 封口板2に取り付けられた電極体3を絶縁シート14で覆い、角形外装体1に挿入する。そして、封口板2と角形外装体1をレーザ溶接等により接合し、角形外装体1の開口を封口する。その後、電解質溶媒及び電解質塩を含有する非水電解質を封口板2に設けられた電解液注液孔15より注液する。そして、電解液注液孔15を封止栓16で封止する。
 <角形二次電池20について>
 角形二次電池20においては、正極タブ4c及び負極タブ5cが電極体3における封口板2側に配置されている。即ち、正極タブ4c及び負極タブ5cが、電極体3において正極板4と負極板5がセパレータを介して積層された発電部と、封口板2の間に配置される。また、正極タブ4c及び負極タブ5cがそれぞれ湾曲した状態で正極集電体及び負極集電体に接続されている。このため、発電に関与しない部分が占めるスペースをより小さくすることができ、より体積エネルギー密度の高い二次電池となる。
 また、正極タブ4c及び負極タブ5cが湾曲した状態とされることで、角形二次電池20に強い衝撃や振動が加わったとしても、正極タブ4cないし負極タブ5cが損傷・破断することを防止できる。
 更に、正極板4において正極タブ4cの根元部分に切り欠き4eが設けられている。このため、正極タブ4cが湾曲した状態となっていても、正極板4における正極タブ4cの根元近傍部分が歪んだり、あるいは、正極板4における正極タブ4cの根元近傍部分とセパレータの間に隙間が生じたりすることを防止できる。よって、正極活物質合剤層が損傷したり、充放電反応がスムーズに行えなくなることを防止できる。
 切り欠き4eは、正極芯体において、正極活物質合剤層4aが形成された位置に設けられている。このため、切り欠き4eの縁の正極芯体上には正極活物質合剤層4aが配置されている。よって、正極芯体が正極活物質合剤層4aにより補強されているため、切り欠き4eを起点に正極板4が裂けることを防止できる。
 角形二次電池20においては、第1電極体要素3xの第1正極タブ群4x及び第1負極タブ群5xと、第2電極体要素3yの第2正極タブ群4y及び第2負極タブ群5yがそれぞれ異なる方向に湾曲する構成としている。これにより、より体積エネルギー密度の高い二次電池とし易くなる。また、一つの電極体の正極タブ群及び負極タブ群が同じ方向に湾曲する構成とするよりも、正極板4における正極タブ4cの根元近傍の撓み等をより効果的に防止できる。このような構成は、電極体3の厚みが20mm以上のとき特に効果的である。なお、電極体3の厚みが50mm以下であることが好ましい。
 正極板4の正極活物質合剤層4aの表面とセパレータは接着されていることが好ましい。これにより、切り欠き4eの周囲に負荷が加わり、正極板4に裂けが生じることをより効果的に抑制できる。なお、正極タブ4cを湾曲させる工程の前に、正極板4がセパレータに接着されることが好ましい。これにより、正極板4において正極活物質合剤層4aが形成された領域であって、正極タブ4cの根元近傍の部分に歪等が生じ難くなると共に、正極板が補強されるため、切り欠きを基点とした裂け等が生じることを防止できる。正極タブ4cを正極集電体6に接続する際に、正極板4が位置ずれすることも防止できる。
 正極板4において、切り欠き4eの周囲がセパレータに接着されていることが好ましい。切り欠き4eの周囲をセパレータにより補強できるため、より確実に切り欠き4eを起点として正極板4に裂け等が生じることを防止できる。
 負極板5の負極活物質合剤層5aの表面とセパレータが接着されていることが好ましい。
 正極タブ4c上に、電気絶縁性、あるいは正極芯体及び正極活物質合剤層よりも電気抵抗の大きい保護層4dが形成されており、切り欠き4eの縁の一部には正極活物質合剤層4aが形成され、切り欠き4eの縁の一部には保護層4dが形成されていることが好ましい。
 上記実施例においては、角形の電池ケースの主要な6つの面のうち、最も面積の小さい面に封口板を配置する例を示したが、他の面に封口板を配置することも可能である。但し、上記実施例のように、最も面積の小さい面に封口板を配置すると、よりエネルギー密度の高い二次電池となる。
 角形二次電池20のように、電池内圧が所定値以上となった際に作動する電流遮断機構を有することが好ましい。この場合、正極活物質合剤層には炭酸リチウムが含有されることが好ましい。これにより、角形二次電池20が過充電状態となったとき、炭酸リチウムが分解しガスが発生し、電流遮断機構を短時間で作動させることができる。この場合、正極板4に設けられた切り欠き4eが、正極活物質合剤層4a内で発生したガスの封口板2側への抜け道となる。このため、よりスムーズに電流遮断機構を作動させることが可能となり、より好ましい。
 なお、上述の実施例において説明した電流遮断機構に変えて、電池内圧が所定値以上となった時に作動する短絡機構を設けてもよい。この短絡機構は、例えば図13に示すように封口板2に電池内圧が所定値以上となった時に変形する変形部80を設け、当該変形部80の外側には負極板に電気的に接続された負極外部導電部材81を配置する。そして、変形部80を正極板と電気的に接続しておき、変形部80の変形により変形部80と負極外部導電部材81とが電気的に接続されるようにしておく。これにより、短絡機構が作動すると正極板と負極板が電気的に接続されるようにする。二次電池が短絡機構を有する場合は、正極集電体、負極集電体等にヒューズ部を設けることが好ましい。また、ヒューズ部は、正極端子や正極端子の電池外部側に接続される正極外部導電部材に設けてもよい。そして、このヒューズ部が短絡機構の作動に伴い流れる短絡電流により溶断するようにすることが好ましい。なお、変形部80は、封口板2に設けられた封口板貫通穴2xを塞ぐようにして配置される反転板であることが好ましい。二次電池が短絡機構を有する場合も、正極活物質合剤層に炭酸リチウムが含有されることが好ましい。
 短絡機構としては、封口板が二つの変形部を有し、一方の変形部の上方に正極板に電気的に接続された正極外部導電部材を配置し、他方の変形部の上方に負極板に電気的に接続された負極外部導電部材を配置した形態とすることもできる。このような形態では、通常時、封口板及び二つの変形部は、正極板及び負極板のいずれにも電気的に接続されていない。電池内圧の上昇に伴い二つの変形部が変形することにより、正極板と負極板が、正極外部導電部材、一方の変形部、封口板、他方の変形部、負極外部導電部材を介して電気的に接続される。
 正極活物質合剤層中に含有される炭酸リチウムの量は、正極活物質に対して0.1~5質量%とすることが好ましく、0.5~3質量%とすることがより好ましい。また、正極活物質合剤層に更にリン酸リチウムが含有されることが好ましい。
 正極タブと正極集電体の接続方法、負極タブと負極集電体の接続方法は特に限定されず、抵抗溶接、レーザ等の高エネルギー線の照射による溶接、超音波溶接等を用いることができる。
 電極体要素は積層型に限定されない。帯状の正極板と、帯状の負極板を、帯状のセパレータを介して巻回して電極体要素とすることもできる。
1・・・角形外装体 
 1a・・・底部 
 1b・・・大面積側壁 
 1c・・・小面積側壁
2・・・封口板 
 2a・・・正極端子取り付け孔
 2b・・・負極端子取り付け孔

3・・・電極体
 3x・・・第1電極体要素
 3y・・・第2電極体要素

4・・・正極板
 4a・・・正極活物質合剤層 
 4b・・・正極芯体露出部 
 4c・・・正極タブ  
 4d・・・保護層
 4e・・・切り欠き
 4f・・・本体部
 4x・・・第1正極タブ群 
 4y・・・第2正極タブ群

5・・・負極板
 5a・・・負極活物質合剤層 
 5b・・・負極芯体露出部
 5c・・・負極タブ
 5f・・・本体部
 5x・・・第1負極タブ群  
 5y・・・第2負極タブ群

6・・・正極集電体
 6a・・・集電体本体部 
 6b・・・集電体接続部 
 6c・・・リード部 
 6d・・・接続用貫通穴   
 6e・・・薄肉部 
 6f・・・溝部
 6y1・・・第1固定用貫通穴 
 6y2・・・第2固定用貫通穴 
 6y3・・・第3固定用貫通穴 
 6y4・・・第4固定用貫通穴 

7・・・正極端子
 7x・・・端子貫通穴  
 7y・・・端子栓
8・・・負極集電体
 8a・・・集電体本体部
 8c・・・リード部
 8d・・・貫通穴

9・・・負極端子
10、12・・・内部側絶縁部材
 10a・・・絶縁部材本体部 
 10b・・・絶縁部材第1側壁 
 10c・・・絶縁部材第2側壁
 10d・・・凸部
11、13・・・外部側絶縁部材
14・・・絶縁シート
15・・・電解液注液孔
16・・・封止栓
17・・・ガス排出弁
18・・・テープ
19・・・リード部絶縁部材

20・・・角形二次電池

40・・・電流遮断機構
41・・・導電部材 
 41a・・・ベース部 
 41b・・・筒状部  
 41c・・・フランジ部
42・・・変形板 
 42a・・・突出部
43・・・絶縁板
 43a・・・絶縁板本体部 
 43b・・・絶縁板第1側壁 
 43c・・・絶縁板貫通穴
 43d1・・・第1突起 
 43d2・・・第2突起 
 43d3・・・第3突起 
 43d4・・・第4突起

 50x、50y・・・溶接部
 51x、51y・・・予備接合部
 60x、60y・・・溶接部

 70a・・・第1固定部 
 70b・・・第2固定部
 70c・・・第3固定部 
 70d・・・第4固定部

80・・・変形部
81・・・負極外部導電部材

Claims (13)

  1.  正極タブを有する正極板、負極タブを有する負極板、及び前記正極板と前記負極板の間に配置されたセパレータを含む電極体と、
     前記正極板に電気的に接続された正極集電体と、
     前記負極板に電気的に接続された負極集電体と、
     開口を有し、前記電極体を収容する外装体と、
     前記開口を封口する封口板と、を備え、
     前記正極タブ及び前記負極タブは、前記電極体の前記封口板側に配置され、
     前記正極板は、正極芯体と、前記正極芯体上に形成された正極活物質合剤層を含み、
     前記正極板は、前記正極芯体上に前記正極活物質合剤層が形成された本体部を有し、
     前記正極タブは、前記本体部の端部から突出し、
     前記正極板の前記本体部における前記正極タブの根元には切り欠きが設けられ、
     前記正極タブ及び前記負極タブが湾曲した状態とされた二次電池の製造方法であって、
     前記正極芯体において前記正極活物質合剤層が形成された部分に前記切り欠きを設ける切り欠き工程と、
     前記正極板及び前記負極板を用いて前記電極体を作製する電極体作製工程と、
     前記正極タブを前記正極集電体に接続する接続工程を有する二次電池の製造方法。
  2.  前記正極板において前記正極活物質合剤層が形成された領域の面積は、前記負極板において負極活物質合剤層が形成された領域の面積よりも小さい請求項1に記載の二次電池の製造方法。
  3.  前記接続工程の前に、前記セパレータと前記正極板を接着する工程を有する請求項1又は2に記載の二次電池の製造方法。
  4.  前記接続工程の前に、前記セパレータと前記負極板を接着する工程を有する請求項1~3のいずれかに記載の二次電池の製造方法。
  5.  前記正極板において、前記切り欠きの周囲が前記セパレータに接着されている請求項1~4のいずれかに記載の二次電池の製造方法。
  6.  前記電極体作製工程において、前記正極板、前記負極板、及び前記セパレータを含む第1電極体要素と、前記正極板、前記負極板、及び前記セパレータを含む第2電極体要素と、を作製し、
     前記接続工程において、前記正極集電体に、前記第1電極体要素に含まれる前記正極板の前記正極タブと、前記第2電極体要素に含まれる前記正極板の前記正極タブとを電気的に接続し、
     前記接続工程の後、前記第1電極体要素と前記第2電極体要素を一つに纏めて前記電極体とする請求項1~5のいずれかに記載の二次電池の製造方法。
  7.  前記電極体の厚みが20mm以上である請求項6に記載の二次電池の製造方法。
  8.  正極タブを有する正極板、負極タブを有する負極板、及び前記正極板と前記負極板の間に配置されたセパレータを含む電極体と、
     前記正極板に電気的に接続された正極集電体と、
     前記負極板に電気的に接続された負極集電体と、
     開口を有し、前記電極体を収容する外装体と、
     前記開口を封口する封口板と、を備え、
     前記正極タブ及び前記負極タブは、前記電極体の前記封口板側に配置され、 前記正極板は、正極芯体と、前記正極芯体上に形成された正極活物質合剤層を含み、
     前記正極板は、前記正極芯体上に前記正極活物質合剤層が形成された本体部を有し、
     前記正極タブは、前記本体部の端部から突出し、
     前記正極板の前記本体部における前記正極タブの根元には切り欠きが設けられており、
     前記正極タブ及び前記負極タブが湾曲した状態とされた二次電池。
  9.  前記正極板において前記正極活物質合剤層が形成された領域の面積は、前記負極板において負極活物質合剤層が形成された領域の面積よりも小さい請求項8に記載の二次電池。
  10.  前記セパレータと前記正極板が接着された請求項8又は9に記載の二次電池。
  11.  前記セパレータと前記負極板が接着された請求項8~10のいずれかに記載の二次電池。
  12.  前記正極板において、前記切り欠きの周囲が前記セパレータに接着された請求項8~11のいずれかに記載の二次電池。
  13.  前記電極体の厚みが20mm以上である請求項8~12のいずれかに記載の二次電池。
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