WO2018021372A1 - 二次電池 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a secondary battery.
- EV electric vehicles
- HEV hybrid electric vehicles
- PHEV hybrid electric vehicles
- a battery case is configured 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 the 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 a square electrode using a wound electrode body having a positive electrode core exposed part wound around one end and a negative electrode core exposed part wound around the other end. Secondary batteries have been proposed. Patent Document 2 proposes a prismatic secondary battery using an electrode body in which a positive electrode core exposed portion and a negative electrode core exposed portion are provided at one end. *
- An object of the present invention is to provide a secondary battery having a high volumetric energy density and higher reliability.
- a secondary battery includes an electrode body including a positive electrode plate and a negative electrode plate, an exterior body having an opening for housing the electrode body, a sealing plate for sealing the opening, and an attachment to the sealing plate
- An external terminal a tab provided on the positive electrode plate or the negative electrode plate, and a first current collector and a second current collector that electrically connect the tab portion and the external terminal
- the tab portion is disposed on the sealing plate side of the electrode body, the tab portion is connected to the second current collector, the first current collector has a current collector projection, and the second current collector Has a current collector opening, the current collector protrusion is disposed in the current collector opening, and an edge portion of the current collector protrusion and the current collector opening is connected by welding.
- the second current collector includes a tab part connection region to which the tab part is connected and a current collector connection region to which the first current collector is connected, and the tab part connection region and the current collector are connected to each other. In the direction perpendicular to the sealing plate, a distance between the sealing plate and the tab connecting region is greater than the distance between the sealing plate and the current collector connecting region. Is preferably small.
- a secondary battery having a high volumetric energy density and higher reliability can be provided.
- FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line II-II in FIG. It is a top view of the positive electrode plate which concerns on embodiment. It is a top view of the negative electrode plate which concerns on embodiment. It is a top view of the electrode body element which concerns on embodiment. It is a bottom view of the sealing board after attaching each component. It is sectional drawing of the VII-VII line in FIG.
- FIG. 8 is an enlarged view of the vicinity of a first positive electrode current collector, a second positive electrode current collector, and a current interrupt mechanism in FIG. 7.
- FIG. 8 is an enlarged view of the vicinity of a first negative electrode current collector and a second negative electrode current collector in FIG. 7.
- FIG. 1 It is a figure which shows the process of connecting a tab part to a 2nd electrical power collector. It is sectional drawing which shows the process of connecting a tab part to a 2nd electrical power collector. It is sectional drawing along the longitudinal direction of the sealing board after the 2nd positive electrode collector is connected to the 1st positive electrode collector, and the 2nd negative electrode collector is connected to the 1st negative electrode collector. It is a bottom view of the sealing board after attaching each component in the square secondary battery which concerns on the modification 1.
- FIG. It is a figure which shows the process of connecting a tab part to the 2nd electrical power collector in the square secondary battery which concerns on the modification 1.
- FIG. 17 is an enlarged view of the vicinity of the first positive electrode current collector, the second positive electrode current collector, and the current interrupt mechanism in FIG. 16.
- the configuration of the rectangular secondary battery 20 according to the embodiment will be described below.
- the present invention is not limited to the following embodiment.
- FIG. 1 is a perspective view of a square secondary battery 20. 2 is a cross-sectional view taken along line II-II in FIG.
- the rectangular secondary battery 20 includes a battery case 100 including a bottomed rectangular tube-shaped rectangular exterior body 1 having an opening and a sealing plate 2 that seals the opening of the rectangular exterior body 1.
- the rectangular exterior body 1 and the sealing plate 2 are preferably made of metal, for example, preferably made of aluminum or an aluminum alloy.
- 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 electrolytic solution.
- An insulating sheet 14 is disposed between the electrode body 3 and the rectangular exterior body 1.
- a positive electrode tab portion 40 and a negative electrode tab portion 50 are provided at the end of the electrode body 3 on the sealing plate 2 side.
- the positive electrode tab portion 40 is electrically connected to the positive electrode external terminal 7 via the second positive electrode current collector 6b and the first positive electrode current collector 6a.
- the negative electrode tab portion 50 is electrically connected to the negative electrode external terminal 9 through the second negative electrode current collector 8b and the first negative electrode current collector 8a.
- the positive electrode tab portion 40 is connected to the surface of the second positive electrode current collector 6b on the electrode body 3 side, and the positive electrode tab 40 is in a curved state. For this reason, it is a secondary battery with a higher volumetric energy density.
- the negative electrode tab portion 50 is connected to the surface of the second negative electrode current collector 8b on the electrode body 3 side, and the negative electrode tab portion 50 is in a curved state. For this reason, it is a secondary battery with a higher volumetric energy density.
- the positive external terminal 7 is fixed to the sealing plate 2 via an external insulating member 11 made of resin.
- the negative external terminal 9 is fixed to the sealing plate 2 via an external insulating member 13 made of resin.
- the positive external terminal 7 is preferably made of metal, and more preferably made of aluminum or an aluminum alloy.
- the negative electrode external terminal 9 is preferably made of metal, and more preferably made of copper or a copper alloy. Further, it is more preferable that the negative electrode external terminal 9 has a portion made of copper or a copper alloy on the inner side of the battery case 100 and has a portion made of aluminum or an aluminum alloy on the outer side of the battery case 100.
- nickel plating etc. are given to the surface of the negative electrode external terminal 9.
- the conductive path between the positive electrode plate and the positive electrode external terminal 7 is activated when the pressure in the battery case 100 exceeds a predetermined value, and interrupts the current path that interrupts the conductive path between the positive electrode plate and the positive electrode external terminal 7.
- a mechanism 60 is preferably provided.
- a current interruption mechanism may be provided in the conductive path between the negative electrode plate and the negative electrode external terminal 9.
- the sealing plate 2 is provided with a gas discharge valve 17 that is broken when the pressure in the battery case 100 exceeds a predetermined value and discharges the gas in the battery case 100 to the outside of the battery case 100.
- the operating pressure of the gas discharge valve 17 is set to a value larger than the operating pressure of the current interrupt mechanism 60.
- the sealing plate 2 is provided with an electrolytic solution injection hole 15. After the electrolytic solution is injected into the battery case 100 from the electrolytic solution injection hole 15, the electrolytic solution injection hole 15 is sealed with a sealing plug 16. Stopped.
- a positive electrode comprising 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, and N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) as a dispersion medium
- PVdF polyvinylidene fluoride
- NMP N-methyl-2-pyrrolidone
- FIG. 3 is a plan view of the positive electrode plate 4 manufactured by the above-described method.
- the positive electrode plate 4 has a main body part in which a positive electrode active material mixture layer 4b is formed on both surfaces of a rectangular positive electrode core 4a.
- a positive electrode tab portion 40 is provided on the positive electrode plate 4.
- the positive electrode core body 4 a protrudes from the end side of the main body, and the protruding positive electrode core body 4 a constitutes the positive electrode tab portion 40.
- the positive electrode tab portion 40 3 may be a part of the positive electrode core 4a as shown in FIG. 3, or other members may be connected to the positive electrode core 4a to form the positive electrode tab portion 40.
- a positive electrode protective layer 4d having a higher electrical resistance than the positive electrode active material mixture layer 4b is provided in a portion adjacent to the positive electrode active material mixture layer 4b in the positive electrode tab portion 40.
- the positive electrode protective layer 4d preferably contains ceramic particles such as alumina, silica, zirconia, and a binder.
- the positive electrode protective layer 4d further preferably includes conductive particles such as a carbon material.
- 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.
- 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. And by drying this, the water in a negative electrode slurry is removed, and a negative electrode active material mixture layer is formed on a negative 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. 4 is a plan view of the negative electrode plate 5 produced by the above-described method.
- the negative electrode plate 5 has a main body portion in which a negative electrode active material mixture layer 5b is formed on both surfaces of a rectangular negative electrode core 5a.
- a negative electrode tab portion 50 is provided on the negative electrode plate 5.
- the negative electrode core 5 a protrudes from the end side of the main body, and this negative electrode core 5 a constitutes the negative electrode tab portion 50.
- the negative electrode tab portion 50 may be a part of the negative electrode core body 5a as shown in FIG. 4, or other members may be connected to the negative electrode core body 5a to form the negative electrode tab portion 50.
- 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 laminated electrode body elements (3a, 3b). As shown in FIG. 5, in the stacked electrode body elements (3a, 3b), the positive electrode tab portion 40 of each positive electrode plate 4 is stacked at one end, and the negative electrode tab portion 50 of each negative electrode plate 5 is stacked. To be made. Separators are disposed on both outer surfaces of the electrode body elements (3a, 3b), and can be fixed in a state where the electrode plates and the separators are laminated with a tape or the like. Alternatively, 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 preferably 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.
- the positive electrode plate 4 and the negative electrode plate 5 can be laminated using a long separator while making the long separator into ninety-nine folds.
- the positive electrode plate 4 and the negative electrode plate 5 can also be laminated
- FIG. 1 A method of attaching the positive external terminal 7 and the first positive electrode current collector 6a to the sealing plate 2 and the configuration of the current interruption mechanism 60 will be described with reference to FIGS. 2, 6, 7 and 8.
- FIG. The outer insulating member 11 is disposed on the outer surface side of the positive electrode terminal mounting hole 2a provided in the sealing plate 2, and the inner insulating member 10 and the cup-shaped conductive member 61 are disposed on the inner surface side of the positive electrode terminal mounting hole 2a.
- the positive external terminal 7 is inserted into each of the through hole of the external insulating member 11, the positive terminal attaching hole 2 a of the sealing plate 2, the through hole of the internal insulating member 10, and the through hole of the conductive member 61.
- the tip of the positive electrode external terminal 7 is crimped onto the conductive member 61.
- the positive electrode external terminal 7, the external insulating member 11, the sealing plate 2, the internal insulating member 10, and the conductive member 61 are fixed.
- the crimped portion of the positive external terminal 7 and the conductive member 61 are preferably welded by laser welding or the like.
- the inner side insulating member 10 and the outer side insulating member 11 are each made of resin.
- the conductive member 61 has an opening on the electrode body 3 side.
- the disc-shaped deformation plate 62 is disposed so as to close the opening of the conductive member 61, and the periphery of the deformation plate 62 is welded to the conductive member 61. As a result, the opening of the conductive member 61 is sealed by the deformation plate 62.
- the conductive member 61 and the deformation plate 62 are preferably made of metal, and more preferably made of aluminum or an aluminum alloy.
- the shape of the opening provided on the electrode body 3 side of the conductive member 61 is not limited to a circle, but may be a square. Further, the deformation plate 62 may have any shape that can seal the opening of the conductive member 61.
- the first insulating member 63 made of resin is disposed on the electrode body 3 side of the deformation plate 62.
- the first insulating member 63 has a connecting portion, and it is preferable that this connecting portion is connected to the inner insulating member 10.
- the first insulating member 63 is provided with a claw-like hook fixing portion
- the conductive member 61 is provided with a flange portion, a concave portion or a convex portion
- the first insulating member 63 is hooked and fixed with the flange portion, the concave portion. Or it is preferable to fix to a convex part.
- a fixing protrusion 63a is formed on the surface of the first insulating member 63 on the electrode body 3 side.
- the first insulating member 63 includes an insulating member first region 63x disposed below the deformation plate 62, and an insulating member second region 63y extending from the end portion of the insulating member first region 63x toward the sealing plate 2.
- the insulating member third region 63z extending in the horizontal direction from the end of the insulating member second region 63y is preferably provided.
- an insulating member opening 63b is provided at a position facing the electrolyte solution injection hole 15 of the sealing plate 2.
- an insulating member protrusion 63c that protrudes toward the electrode body 3 is provided at the edge of the insulating member opening 63b.
- the first positive electrode current collector 6 a is disposed on the electrode body 3 side of the first insulating member 63.
- the first positive electrode current collector 6a has a fixing through hole 6d.
- the fixing protrusion 63a of the first insulating member 63 is inserted into the fixing through hole 6d of the first positive electrode current collector 6a, the diameter of the tip of the fixing protrusion 63a is expanded, and the first insulating member 63 and the first positive electrode The current collector 6a is fixed.
- fixed part 70 is formed.
- the fixing portion 70 is preferably provided at four locations so as to surround the connecting portion between the deformation plate 62 and the first positive electrode current collector 6 a.
- the first positive electrode current collector 6a preferably has a thin portion 6c, and the thin plate portion 6c is preferably welded to the deformation plate 62. It is preferable that an opening is provided at the center of the thin portion 6c, and the edge of the opening is welded to the deformation plate 62. Further, it is more preferable that the thin portion 6c is provided with an annular notch portion so as to surround the connection portion between the deformation plate 62 and the first positive electrode current collector 6a.
- the first insulating member 63 and the first positive electrode current collector 6a are connected in advance, and the first insulating member 63 to which the first positive electrode current collector 6a is connected is disposed on the electrode body 3 side of the deformation plate 62. You can also.
- the deformation plate 62 When the pressure in the battery case 100 becomes equal to or higher than a predetermined value, the deformation plate 62 is deformed so that the central portion of the deformation plate 62 moves upward (positive electrode external terminal 7 side). With the deformation of the deformation plate 62, the thin-walled portion 6c of the first positive electrode current collector 6a is broken. As a result, the conductive path between the positive electrode plate 4 and the positive electrode external terminal 7 is cut.
- the positive electrode external terminal 7 is provided with a terminal through hole 7b, and a gas is allowed to flow into the current interrupting mechanism 60 through the terminal through hole 7b, so that a leak check of the connection portion between the conductive member 61 and the deformation plate 62 can be performed. . Further, the deformable plate 62 and the first positive electrode current collector 6a can be welded and connected in a state where the deformable plate 62 is pressed against the first positive electrode current collector 6a by gas. Finally, the terminal through hole 7b is sealed by the terminal sealing member 7a.
- the terminal sealing member 7a preferably includes a metal plate 7x and a rubber member 7y.
- the first positive electrode current collector 6a includes a current collector first region 6a1 disposed below the deformation plate 62, and a current collector second region extending from the end of the current collector first region 6a1 toward the sealing plate 2.
- a region 6a2 and a current collector third region 6a3 extending in the horizontal direction from the upper end of the current collector second region are provided.
- Current collector protrusions 6x are provided on the surface of the current collector third region 6a3 on the electrode body 3 side.
- the current collector first region 6a1 of the first positive electrode current collector 6a is disposed so as to face the insulating member first region 63x of the first insulating member 63.
- the current collector second region 6a2 of the first positive electrode current collector 6a is disposed so as to face the insulating member second region 63y of the first insulating member 63.
- the current collector third region 6a3 of the first positive electrode current collector 6a is disposed to face the insulating member third region 63z of the first insulating member 63.
- a method of attaching the negative electrode external terminal 9 and the first negative electrode current collector 8a to the sealing plate 2 will be described with reference to FIG. 2, FIG. 6, FIG. 7, and FIG.
- the outer insulating member 13 is disposed on the outer surface side of the negative electrode terminal mounting hole 2b provided in the sealing plate 2, and the inner insulating member 12 and the first negative electrode current collector 8a are disposed on the inner surface side of the negative electrode terminal mounting hole 2b.
- the negative electrode external terminal 9 is inserted into the through hole of the external insulating member 13, the negative electrode terminal mounting hole 2b of the sealing plate 2, the through hole of the internal insulating member 12, and the through hole of the first negative electrode current collector 8a. insert.
- the tip of the negative electrode external terminal 9 is crimped onto the first negative electrode current collector 8a.
- the outer side insulating member 13, the sealing board 2, the inner side insulating member 12, and the 1st negative electrode collector 8a are fixed.
- the crimped portion of the negative electrode external terminal 9 and the first negative electrode current collector 8a are preferably welded by laser welding or the like.
- the inner side insulating member 12 and the outer side insulating member 13 are each made of resin.
- FIG. 10 is a diagram showing a method for connecting the positive electrode tab portion 40 (40a, 40b) to the second positive electrode current collector 6b and a method for connecting the negative electrode tab portion 50 (50a, 50b) to the second negative electrode current collector 8b. It is.
- Two electrode body elements are produced by the above-described method, and are defined as a first electrode body element 3a and a second electrode body element 3b, respectively.
- the first electrode body element 3a and the second electrode body element 3b may have the same configuration or different configurations.
- the second positive electrode current collector 6b and the second negative electrode current collector 8b are arranged between the first electrode body element 3a and the second electrode body element 3b. Then, a plurality of stacked positive electrode tab portions 40a protruding from the first electrode body element 3a are disposed on the second positive electrode current collector 6b, and a plurality of stacked sheets protruding from the first electrode body element 3a.
- the negative electrode tab portion 50a is disposed on the second negative electrode current collector 8b. Further, a plurality of stacked positive electrode tab portions 40b protruding from the second electrode body element 3b are arranged on the second positive electrode current collector 6b, and a plurality of stacked sheets protruding from the second electrode body element 3b.
- the negative electrode tab portion 50b is disposed on the second negative electrode current collector 8b.
- the positive electrode tab portion 40a and the positive electrode tab portion 40b are welded and connected to the second positive electrode current collector 6b, respectively, to form a weld connection portion 90.
- the negative electrode tab portion 50a and the negative electrode tab portion 50b are welded and connected to the second negative electrode current collector 8b, respectively, and a weld connection portion 90 is formed.
- the welding connection is preferably performed as follows.
- the tab portions positive electrode tab portions 40a, 40b, negative electrode tab portions 50a, 50b
- current collectors second positive electrode current collector 6b, second negative electrode
- the current collector 8b is sandwiched and welding is performed.
- the welding method is preferably ultrasonic welding or resistance welding.
- the laminated tab portion and the current collector are more securely welded.
- welding jigs 95 are a pair of resistance welding electrodes in the case of resistance welding, and a horn and an anvil in the case of ultrasonic welding.
- the positive electrode tab portion 40a of the first electrode body element 3a is connected to one side of the second positive electrode current collector 6b from the central portion in the width direction of the second positive electrode current collector 6b.
- the positive electrode tab part 40b of the 2nd electrode body element 3b is connected to the other side rather than the center part in the width direction of the 2nd positive electrode current collector 6b in the 2nd positive electrode current collector 6b.
- the negative electrode tab portion 50a of the second electrode body element 3a is connected to one side of the second negative electrode current collector 8b from the central portion in the width direction of the second negative electrode current collector 8b. In the second negative electrode current collector 8b, the negative electrode tab portion 50b of the second electrode body element 3b is connected to the other side of the central portion in the width direction of the second negative electrode current collector 8b.
- the second positive electrode current collector 6b is provided with an opening 6z.
- the opening 6 z is disposed at a position corresponding to the electrolyte solution injection hole 15 of the sealing plate 2.
- the positive electrode tab part 40a of the 1st electrode body element 3a is connected to the one side rather than the opening part 6z in the width direction of the 2nd positive electrode collector 6b.
- the positive electrode tab portion 40b of the second electrode body element 3b is connected to the other side of the opening 6z in the width direction of the second positive electrode current collector 6b.
- the second positive electrode current collector 6b When the second positive electrode current collector 6b, the positive electrode tab portion 40a, and the positive electrode tab portion 40b are viewed from the direction perpendicular to the sealing plate 2, the second positive electrode current collector 6b is formed in the positive electrode tab portion 40a and the positive electrode tab portion 40b. It is preferable that a portion disposed substantially in parallel with the opening 6z does not overlap. Thereby, it can prevent that the 2nd positive electrode collector 6b thru
- the first positive electrode current collector 6a is provided with a current collector protrusion 6x.
- the second positive electrode current collector 6b is provided with a current collector opening 6y.
- the current collector protrusion 6x of the first cathode current collector 6a is positioned in the current collector opening 6y of the second cathode current collector 6b, so that the second cathode current collector
- the body 6 b is disposed on the insulating member third region 63 z of the first insulating member 63.
- the edge part of the collector protrusion 6x of the 1st positive electrode collector 6a and the collector opening 6y of the 2nd positive electrode collector 6b is welded by irradiation of energy rays, such as a laser.
- energy rays such as a laser.
- the 1st positive electrode collector 6a and the 2nd positive electrode collector 6b are connected.
- a current collector first recess 6f is provided around the current collector opening 6y of the second positive electrode current collector 6b. That is, the current collector opening 6y is formed at the center of the current collector first recess 6f.
- the first positive electrode current collector 6a and the second positive electrode current collector 6b are connected by welding.
- the current collector first recess 6f is formed around the current collector opening 6y, the first positive electrode current collector 6a and the second positive electrode current collector are not increased without increasing the height of the current collector protrusion 6x. 6b can be welded.
- the second positive electrode current collector 6b has a tab portion connection region 6b1 to which the positive electrode tab portion 40 is connected and a current collector connection region 6b2 to which the first positive electrode current collector 6a is connected. Further, a step portion 6A is formed between the tab portion connection region 6b1 and the current collector connection region 6b2. In the direction perpendicular to the sealing plate 2, the distance between the sealing plate 2 and the tab portion connection region 6b1 is smaller than the distance between the sealing plate 2 and the current collector connection region 6b2. With such a configuration, the space occupied by the current collector can be made smaller, and a secondary battery with a higher volumetric energy density can be obtained.
- the tab portion connection region 6b1 is preferably arranged so as to be substantially parallel to the sealing plate 2 (for example, the inclination is within ⁇ 20 °).
- target holes 6e are provided on both sides of the current collector opening 6y.
- the target hole 6e is preferably used as a target for image correction. It is preferable to detect an image of the target hole 6e, perform position correction, and irradiate energy rays along the shape of the current collector opening 6y.
- the target hole 6e may be a recess instead of a through hole.
- the area of the target hole 6e in plan view is preferably smaller than the area of the current collector opening 6y in plan view.
- the current collector openings 6y and the target holes 6e are arranged on a straight line.
- a current collector second recess 6w is formed on the surface of the first positive electrode current collector 6a facing the first insulating member 63 and on the back side of the current collector protrusion 6x. This is preferable because it is easy to form a larger welded connection between the first positive electrode current collector 6a and the second positive electrode current collector 6b.
- the current collector second recess 6w is formed, the first insulating member is damaged by heat during welding when the first positive electrode current collector 6a and the second positive electrode current collector 6b are connected by welding. Can be prevented.
- the lower end (electrode body 3 side) of the insulating member protrusion 63c of the first insulating member 63 is lower than the lower surface around the opening 6z in the second positive electrode current collector 6b (electrode). It is preferable that it protrudes to the body 3 side. Thereby, it can prevent reliably that the sealing stopper 16 and the 2nd positive electrode collector 6b contact. This is particularly effective when the sealing plug 16 for sealing the electrolyte solution injection hole 15 provided in the sealing plate 2 protrudes downward (on the electrode body 3 side) from the lower surface of the sealing plate 2.
- the insulating member protrusion 63c is preferably annular. However, the insulating member protrusion 63c does not necessarily have an annular shape, and may have a partially cut shape.
- the fixing member fixed to the second positive electrode current collector 6b is formed in the insulating member third region 63z of the first insulating member 63.
- a claw-shaped fixing portion is formed on the first insulating member 63 and can be hooked and fixed on the second positive electrode current collector 6b.
- the first insulating member 63 is provided with a protrusion
- the second positive electrode current collector 6b is provided with a fixing opening or notch
- the insulating member first region 63x of the first insulating member 63 is arranged to face the current collector first region 6a1 of the first positive electrode current collector 6a. Moreover, it arrange
- the first positive electrode current collector 6a and the deformable plate 62 are not connected. It is possible to reliably prevent a conductive path from being formed between the positive electrode current collector 6 a and the conductive member 61.
- the first negative electrode current collector 8a is provided with a current collector protrusion 8x.
- the second negative electrode current collector 8b is provided with a current collector opening 8y.
- the second negative electrode current collector 8b is formed such that the current collector protrusion 8x of the first negative electrode current collector 8a is positioned in the current collector opening 8y of the second negative electrode current collector 8b. Is disposed on the inner insulating member 12.
- the edge part of the collector protrusion 8x of the 1st negative electrode collector 8a and the collector opening 8y of the 2nd negative electrode collector 8b is welded by irradiation of energy rays, such as a laser.
- energy rays such as a laser.
- the 1st negative electrode collector 8a and the 2nd negative electrode collector 8b are connected.
- a current collector first recess 8f is provided around the current collector opening 8y of the second negative electrode current collector 8b. That is, the current collector opening 8y is formed at the center of the current collector first recess 8f.
- the first negative electrode current collector 8a and the second negative electrode current collector 8b are connected by welding.
- the second negative electrode current collector 8b is provided with a target hole 8e.
- the first negative electrode current collector 8a and the second negative electrode current collector 8b are preferably made of copper or a copper alloy, respectively. It is preferable to provide a nickel layer on the surface of each of the first negative electrode current collector 8a and the second negative electrode current collector 8b. It is preferable to provide a nickel layer on the surface of the current collector protrusion 8x in the first negative electrode current collector 8a. In the second negative electrode current collector 8b, a nickel layer is preferably provided on the surface around the current collector opening 8y.
- a current collector second recess 8w is formed on the back surface of the current collector projection 8x on the surface facing the inner insulating member 12 of the first negative electrode current collector 8a. This is preferable because it becomes easier to form a larger weld connection between the first negative electrode current collector 8a and the second negative electrode current collector 8b. Further, since the current collector second recess 8w is formed, when the first negative electrode current collector 8a and the second negative electrode current collector 8b are connected by welding, the internal insulating member 12 is caused by heat during welding. It can be prevented from being damaged.
- the second negative electrode current collector 8b has a tab portion connection region 8b1 to which the negative electrode tab portion 50 is connected and a current collector connection region 8b2 to which the first negative electrode current collector 8a is connected. . Further, a step portion 8A is formed between the tab portion connection region 8b1 and the current collector connection region 8b2. In the direction perpendicular to the sealing plate 2, the distance between the sealing plate 2 and the tab portion connection region 8b1 is smaller than the distance between the sealing plate 2 and the current collector connection region 8b2. With such a configuration, the space occupied by the current collector can be made smaller, and a secondary battery with a higher volumetric energy density can be obtained.
- fixed part fixed to the 2nd negative electrode collector 8b is formed in the internal side insulating member 12.
- a claw-shaped fixing portion is formed on the inner insulating member 12, and the claw-shaped fixing portion of the inner insulating member 12 can be hooked and fixed on the second negative electrode current collector 8b.
- a protrusion of the inner insulating member 12 is provided, a fixing opening or notch is provided in the second negative electrode current collector 8b, and an inner insulating member is provided in the fixing opening or notch of the second negative electrode current collector 8b. 12 protrusions may be inserted and fixed by expanding the tip of the protrusion of the inner insulating member 12.
- the current collector protrusion 6x provided on the first positive electrode current collector 6a and the current collector protrusion 8x provided on the first negative electrode current collector 8a have different shapes. Accordingly, it is possible to reliably prevent the first positive electrode current collector 6a and the second negative electrode current collector 8b, and the first negative electrode current collector 8a and the second positive electrode current collector 6b from being erroneously connected.
- Current collector protrusions 6x provided on the first positive electrode current collector 6a are provided so that their long axes extend in the short direction of the sealing plate 2.
- the current collector protrusion 8 x provided on the first negative electrode current collector 8 a is provided such that its long axis extends in the longitudinal direction of the sealing plate 2.
- the current collector protrusion 6x provided on the first positive electrode current collector 6a and the current collector protrusion 8x provided on the first negative electrode current collector 8a have different shapes.
- the current collector projections 6x and the current collector projections 8x are each preferably non-circular, and preferably have a square shape, an elliptical shape, or a track shape.
- the positive electrode A current interruption mechanism is provided on the side, and the long axis of the current collector protrusion 6x provided on the first positive electrode current collector 6a extends in the short direction of the sealing plate 2 so as to be provided on the first negative electrode current collector 8a. It is preferable that the long axis of the current collector protrusion 8x extends in the longitudinal direction of the sealing plate 2. Thereby, the space which a current collection part occupies can be made smaller.
- 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.
- the insulating sheet 14 is preferably formed by bending a flat plate into a box or bag shape.
- 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.
- a non-aqueous electrolyte containing an electrolyte solvent and an electrolyte salt is injected from an electrolyte injection hole 15 provided in the sealing plate 2. Then, the electrolyte injection hole 15 is sealed with a sealing plug 16.
- the proportion of the space occupied by the current collector can be reduced, and the secondary battery has a higher volumetric energy density.
- the plurality of stacked tab portions and the second current collector can be welded and connected more stably and firmly, a secondary battery with high reliability can be obtained.
- FIG. 13 is a bottom view of the sealing plate after each component is attached in the prismatic secondary battery according to the first modification.
- FIG. 14 is a diagram illustrating a process of connecting a tab portion to the second current collector in the prismatic secondary battery according to the first modification.
- the shapes of the prismatic secondary battery 20 according to the above-described embodiment, the first negative electrode current collector, and the second negative electrode current collector are different.
- the current collector protrusion 108x formed on the first negative electrode current collector 108a is formed such that its long axis extends in the short direction of the sealing plate 2.
- the current collector opening 108y formed in the second negative electrode current collector 108b is formed such that its long axis extends in the short direction of the sealing plate 2. . With such a configuration, the space occupied by the current collector can be further reduced.
- a current collector first recess 108f is formed around the current collector opening 108y. Similar to the second negative electrode current collector 8b, the second negative electrode current collector 108b is provided with a target hole 108e. A current collector second recess 108w is formed on the surface of the first negative electrode current collector 108a facing the inner insulating member 12 and on the back side of the current collector protrusion 108x.
- FIG. 15 is a bottom view of the sealing plate after each component is attached in the prismatic secondary battery according to Modification 2.
- FIG. 16 is a cross-sectional view along the longitudinal direction of the sealing plate after each component is attached.
- FIG. 17 is an enlarged view of the vicinity of the first positive electrode current collector, the second positive electrode current collector, and the current interruption mechanism in FIG. 16.
- the prismatic secondary battery according to Modification 2 is different from the prismatic secondary battery according to Modification 1 in the shapes of the first positive electrode current collector, the second positive electrode current collector, and the first insulating member.
- the current collector protrusion 106x is formed in a region of the first positive electrode current collector 106a disposed below the deformation plate 62 (on the electrode body 3 side).
- the second positive electrode current collector 106b includes a tab part connection region 106b1 to which the positive electrode tab part is connected, a connection region 106b2 extending downward (from the electrode body 3 side) from the end of the tab part connection region 106b1, and a connection region.
- a current collector connection region 106b3 extending in the horizontal direction from the end of 106b2 is provided.
- a current collector opening 106y is formed in the current collector connection region 106b3, and an edge portion of the current collector opening 106y is welded to the current collector projection 106x by laser welding or the like. With such a configuration, the space occupied by the current collector can be reduced.
- the tab connection region 106b1 of the second positive electrode current collector 106b is disposed so as to face the insulating member third region 163z of the first insulating member 163.
- the connection region 106b2 of the second positive electrode current collector 106b is disposed to face the insulating member second region 163y of the first insulating member 163.
- the first positive electrode current collector 106a is disposed so as to face the insulating member first region 163x.
- the first positive electrode current collector 106 a is formed with a thin portion 106 c as in the case of the first positive electrode current collector 6 a, and the thin portion 106 c is connected to the deformation plate 62 by welding.
- a current collector second recess 106w is formed on the surface of the first positive electrode current collector 106a facing the first insulating member 163 and on the back side of the current collector protrusion 106x.
- a current collector first recess 106f is formed around the current collector opening 106y.
- an opening 106z is formed at a position facing the electrolyte solution injection hole 15 formed in the sealing plate 2.
- the first insulating member 163 has an insulating member opening 163 b at a position facing the electrolyte solution injection hole 15 formed in the sealing plate 2.
- An insulating member protrusion 163c protruding downward is provided at the edge of the insulating member opening 163b.
- the positions where the fixing portions 70 of the first insulating member 163 and the first positive electrode current collector 6a are formed are different from those of the prismatic secondary battery 20 according to the above-described embodiment.
- the two fixing portions 70 are arranged along the short direction of the sealing plate 2.
- the first insulating member 163 in the prismatic secondary battery according to Modification 2 is different from the first insulating member 63 in the prismatic secondary battery 20 in the above-described embodiment in the position where the fixing protrusion is formed.
- the electrode body 3 includes the two electrode body elements 3a and 3b has been described.
- the electrode body 3 may be a single stacked electrode body.
- the electrode body 3 may be a single wound electrode body in which a long positive electrode plate and a long negative electrode plate are wound via a separator.
- the two electrode body elements 3a and 3b are not limited to laminated electrode bodies, but are wound electrode bodies in which a long positive electrode plate and a long negative electrode plate are wound via a separator. May be.
- connection between the first positive electrode current collector and the second positive electrode current collector and the connection between the first negative electrode current collector and the second negative electrode current collector are made by irradiation with energy rays such as a laser, an electron beam, and an ion beam, respectively. preferable.
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Abstract
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を提供する。正極板と負極板を含む電極体と、開口を有し電極体を収納する外装体と、外装体の開口を封口する封口板(2)と、正極板に設けられた正極タブ部と、正極板に電気的に接続されると共に封口板(2)に取り付けられた正極外部端子(7)と、正極タブ部と正極外部端子(7)を電気的に接続する第1正極集電体(6a)及び第2正極集電体(6b)を備えた二次電池であって、第1正極集電体(6a)は集電体突起(6x)を有し、第2正極集電体(6b)は集電体開口(6y)を有し、集電体突起(6x)は集電体開口(6y)内に配置され、集電体突起(6x)と集電体開口(6y)の縁部が溶接接続された二次電池。
Description
本発明は二次電池に関する。
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角形二次電池が使用されている。
これら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構成される。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納される。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合剤質層を含む。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。
例えば特許文献1においては、一方の端部に巻回された正極芯体露出部を有し、他方の端部に巻回された負極芯体露出部を有する巻回電極体を用いた角形二次電池が提案されている。また、特許文献2においては、一方の端部に正極芯体露出部及び負極芯体露出部が設けられた電極体を用いた角形二次電池が提案されている。
車載用二次電池、特にEVやPHEV等に用いられる二次電池に関しては、より体積エネルギー密度が高く、より電池容量の大きな二次電池の開発が求められる。上記特許文献1に開示されている角形二次電池の場合、電池ケース内には、巻回された正極芯体露出部及び巻回された負極芯体露出部が配置される左右のスペース、及び封口板と巻回電極体の間の上部のスペースが必要であり、二次電池の体積エネルギー密度を増加させることが困難である原因となっている。
これに対し、上記特許文献2に開示されている角形二次電池のように、一方の端部に正極芯体露出部及び負極芯体露出部が設けられた電極体を用いると、体積エネルギー密度の高い角形二次電池が得られ易くなる。
本発明は、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を提供することを目的とする。
本発明の一様態の二次電池は、正極板と負極板を含む電極体と、開口を有し前記電極体を収納する外装体と、前記開口を封口する封口板と、前記封口板に取り付けられた外部端子と、前記正極板又は前記負極板に設けられたタブ部と、前記タブ部と前記外部端子とを電気的に接続する第1集電体及び第2集電体を備え、前記タブ部は前記電極体の前記封口板側に配置され、前記タブ部は前記第2集電体に接続され、前記第1集電体は集電体突起を有し、前記第2集電体は集電体開口を有し、前記集電体突起は前記集電体開口内に配置され、前記集電体突起と前記集電体開口の縁部が溶接接続される。
上述の構成によると、より体積エネルギー密度が高い二次電池となり易く、且つ電極板から外部端子への導電経路を構成する第1集電体と第2集電体の接続部をより強固にでき、より信頼性の高い二次電池となる。なお、前記第2集電体は、前記タブ部が接続されたタブ部接続領域と、前記第1集電体が接続された集電体接続領域を有し、前記タブ部接続領域と前記集電体接続領域の間に段差部が形成され、前記封口板に対して垂直な方向において、前記封口板と前記タブ部接続領域の距離は、前記封口板と前記集電体接続領域の距離よりも小さいことが好ましい。
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を提供できる。
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。
施形態に限定されない。
図1は角形二次電池20の斜視図である。図2は図1のII-II線の断面図である。図1及び図2に示すように角形二次電池20は、開口を有する有底角筒状の角形外装体1と、角形外装体1の開口を封口する封口板2からなる電池ケース100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好ましい。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が電解液と共に収容されている。電極体3と角形外装体1の間には絶縁シート14が配置されている。
電極体3の封口板2側の端部には、正極タブ部40及び負極タブ部50が設けられている。正極タブ部40は第2正極集電体6b及び第1正極集電体6aを介して正極外部端子7に電気的に接続されている。負極タブ部50は第2負極集電体8b及び第1負極集電体8aを介して負極外部端子9に電気的に接続されている。
第2正極集電体6bにおける電極体3側の面に正極タブ部40が接続されており、正極タブ40が湾曲した状態となっている。このため、より体積エネルギー密度の高い二次電池となっている。また、第2負極集電体8bにおける電極体3側の面に負極タブ部50が接続されており、負極タブ部50が湾曲した状態となっている。このため、より体積エネルギー密度の高い二次電池となっている。
第2正極集電体6bにおける電極体3側の面に正極タブ部40が接続されており、正極タブ40が湾曲した状態となっている。このため、より体積エネルギー密度の高い二次電池となっている。また、第2負極集電体8bにおける電極体3側の面に負極タブ部50が接続されており、負極タブ部50が湾曲した状態となっている。このため、より体積エネルギー密度の高い二次電池となっている。
正極外部端子7は、樹脂製の外部側絶縁部材11を介して封口板2に固定されている。負極外部端子9は、樹脂製の外部側絶縁部材13を介して封口板2に固定されている。正極外部端子7は金属製であることが好ましく、アルミニウム又はアルミニウム合金製であることがより好ましい。負極外部端子9は金属製であることが好ましく、銅又は銅合金製であることがより好ましい。また、負極外部端子9は、電池ケース100の内部側に銅又は銅合金からなる部分を有し、電池ケース100の外部側にアルミニウム又はアルミニウム合金からなる部分を有することが更に好ましい。なお、負極外部端子9の表面にニッケルメッキ等が施されていることが好ましい。
正極板と正極外部端子7の間の導電経路には、電池ケース100内の圧力が所定値以上となった際に作動し、正極板と正極外部端子7の間の導電経路を遮断する電流遮断機構60が設けられることが好ましい。なお、負極板と負極外部端子9の間の導電経路に電流遮断機構を設けてもよい。
封口板2には電池ケース100内の圧力が所定値以上となった際に破断し、電池ケース100内のガスを電池ケース100外に排出するガス排出弁17が設けられている。なお、ガス排出弁17の作動圧は、電流遮断機構60の作動圧よりも大きい値に設定する。
封口板2には電解液注液孔15が設けられており、電解液注液孔15から電池ケース100内に電解液を注液した後、電解液注液孔15は封止栓16により封止される。
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、及び分散媒としてのN-メチル-2-ピロリドン(NMP)を含む正極スラリーを作製する。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。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-2-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切断する。
[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、及び分散媒としてのN-メチル-2-ピロリドン(NMP)を含む正極スラリーを作製する。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。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-2-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切断する。
図3は、上述の方法で作製した正極板4の平面図である。図3に示すように、正極板4は、矩形状の正極芯体4aの両面に正極活物質合剤層4bが形成された本体部を有する。正極板4には正極タブ部40が設けられている。本体部の端辺から正極芯体4aが突出しており、この突出した正極芯体4aが正極タブ部40を構成する。なお、正極タブ部40
は、図3に示すように正極芯体4aの一部であっても良いし、他の部材を正極芯体4aに接続し、正極タブ部40としてもよい。また、正極タブ部40において正極活物質合剤層4bと隣接する部分には、正極活物質合剤層4bよりも電気抵抗の大きい正極保護層4dが設けられることが好ましい。この正極保護層4dは、アルミナ、シリカ、ジルコニア等のセラミック粒子、及びバインダーを含むことが好ましい。また、正極保護層4dは、炭素材料等の導電性粒子を含むことが更に好ましい。
は、図3に示すように正極芯体4aの一部であっても良いし、他の部材を正極芯体4aに接続し、正極タブ部40としてもよい。また、正極タブ部40において正極活物質合剤層4bと隣接する部分には、正極活物質合剤層4bよりも電気抵抗の大きい正極保護層4dが設けられることが好ましい。この正極保護層4dは、アルミナ、シリカ、ジルコニア等のセラミック粒子、及びバインダーを含むことが好ましい。また、正極保護層4dは、炭素材料等の導電性粒子を含むことが更に好ましい。
[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。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。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切断する。
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。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。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切断する。
図4は、上述の方法で作製した負極板5の平面図である。図4に示すように、負極板5は、矩形状の負極芯体5aの両面に負極活物質合剤層5bが形成された本体部を有する。負極板5には負極タブ部50が設けられている。本体部の端辺から負極芯体5aが突出しており、この突出した負極芯体5aが負極タブ部50を構成する。なお、負極タブ部50は、図4に示すように負極芯体5aの一部であっても良いし、他の部材を負極芯体5aに接続し、負極タブ部50としてもよい。
[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(3a、3b)を作製する。図5に示すように、積層型の電極体要素(3a、3b)は、一方の端部において、各正極板4の正極タブ部40が積層され、各負極板5の負極タブ部50が積層されるように作製される。電極体要素(3a、3b)の両外面にはセパレータが配置され、テープ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。
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(3a、3b)を作製する。図5に示すように、積層型の電極体要素(3a、3b)は、一方の端部において、各正極板4の正極タブ部40が積層され、各負極板5の負極タブ部50が積層されるように作製される。電極体要素(3a、3b)の両外面にはセパレータが配置され、テープ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よりも大きくすることが好ましい。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。なお、電極体要素(3a、3b)を作製するに当たり、長尺状のセパレータを用い、長尺状のセパレータを九十九折状にしながら正極板4及び負極板5を積層することもできる。また、長尺状のセパレータを用い、長尺状のセパレータを巻回しながら正極板4及び負極板5を積層することもできる。
[封口体の組立て]
図2、図6、図7及び図8を用いて、封口板2への正極外部端子7及び第1正極集電体6aの取り付け方法及び電流遮断機構60の構成を説明する。
封口板2に設けられた正極端子取り付け孔2aの外面側に外部側絶縁部材11を配置し、正極端子取り付け孔2aの内面側に内部側絶縁部材10及びカップ状の導電部材61を配置する。次に、正極外部端子7を、外部側絶縁部材11の貫通孔、封口板2の正極端子取り付け孔2a、内部側絶縁部材10の貫通孔及び導電部材61の貫通孔のそれぞれに挿入する。そして、正極外部端子7の先端を導電部材61上にカシメる。これにより、正極外部端子7、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61が固定される。なお、正極外部端子7においてカシメられた部分と導電部材61はレーザ溶接等により溶接されることが好ましい。また、内部側絶縁部材10及び外部側絶縁部材11はそれぞれ樹脂製であることが好ましい。
図2、図6、図7及び図8を用いて、封口板2への正極外部端子7及び第1正極集電体6aの取り付け方法及び電流遮断機構60の構成を説明する。
封口板2に設けられた正極端子取り付け孔2aの外面側に外部側絶縁部材11を配置し、正極端子取り付け孔2aの内面側に内部側絶縁部材10及びカップ状の導電部材61を配置する。次に、正極外部端子7を、外部側絶縁部材11の貫通孔、封口板2の正極端子取り付け孔2a、内部側絶縁部材10の貫通孔及び導電部材61の貫通孔のそれぞれに挿入する。そして、正極外部端子7の先端を導電部材61上にカシメる。これにより、正極外部端子7、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61が固定される。なお、正極外部端子7においてカシメられた部分と導電部材61はレーザ溶接等により溶接されることが好ましい。また、内部側絶縁部材10及び外部側絶縁部材11はそれぞれ樹脂製であることが好ましい。
導電部材61は電極体3側に開口部を有する。円盤状の変形板62は、導電部材61の開口部を塞ぐように配置され、変形板62の周縁が導電部材61に溶接接続される。これにより、導電部材61の開口部が変形板62により密閉されている。なお、導電部材61及び変形板62はそれぞれ金属製であることが好ましく、アルミニウム又はアルミニウム合金製であることがより好ましい。導電部材61の電極体3側に設けられた開口部の形状は円形に限定されず、角形であってもよい。また、変形板62の形状は、導電部材61の開口部を密閉できる形状であればよい。
次に、変形板62の電極体3側に、樹脂製の第1絶縁部材63が配置される。第1絶縁部材63は接続部を有し、この接続部が内部側絶縁部材10に接続されることが好ましい。また、第1絶縁部材63に爪状の引っ掛け固定部を設け、導電部材61にフランジ部、凹部又は凸部を設け、第1絶縁部材63の引っ掛け固定部を、導電部材61にフランジ部、凹部又は凸部に固定することが好ましい。
第1絶縁部材63の電極体3側の面には固定用突起63aが形成されている。また、第1絶縁部材63は、変形板62の下方に配置される絶縁部材第1領域63xと、絶縁部材第1領域63xにおける端部から封口板2に向かって延びる絶縁部材第2領域63yと、絶縁部材第2領域63yの端部から水平方向に延びる絶縁部材第3領域63zを有することが好ましい。絶縁部材第3領域63zにおいて、封口板2の電解液注液孔15と対向する位置には、絶縁部材開口63bが設けられている。また、絶縁部材開口63bの縁部には、電極体3に向かって突出する絶縁部材突起63cが設けられている。
次に、第1正極集電体6aを第1絶縁部材63の電極体3側に配置する。第1正極集電体6aは、固定用貫通孔6dを有する。そして、第1絶縁部材63の固定用突起63aを第1正極集電体6aの固定用貫通孔6dに挿入し、固定用突起63aの先端を拡径し、第1絶縁部材63と第1正極集電体6aを固定する。これにより固定部70が形成される。固定部70は、図6に示すように、変形板62と第1正極集電体6aの接続部を囲むように4箇所に設けられることが好ましい。
その後、第1絶縁部材63に設けられた貫通孔を通じて、変形板62と第1正極集電体6aが溶接接続される。なお、第1正極集電体6aは、薄肉部6cを有し、この薄肉部6cにおいて変形板62と溶接接続されることが好ましい。薄肉部6cの中央には開口が設けられ、この開口の縁部を変形板62と溶接接続することが好ましい。また、薄肉部6cには、変形板62と第1正極集電体6aの接続部を囲むように、環状のノッチ部を設けることがより好ましい。なお、予め第1絶縁部材63と第1正極集電体6aを接続し、第1正極集電体6aが接続された第1絶縁部材63を、変形板62の電極体3側に配置することもできる。
電池ケース100内の圧力が所定値以上となったとき、変形板62の中央部が上方(正極外部端子7側)に移動するように変形板62が変形する。この変形板62の変形に伴い、第1正極集電体6aの薄肉部6cが破断する。これにより、正極板4と正極外部端子7の導電経路が切断される。
なお、正極外部端子7に端子貫通孔7bを設けておき、この端子貫通孔7bを通じて電流遮断機構60内部にガスを流し込み、導電部材61と変形板62の接続部のリークチェックを行うことができる。また、ガスにより変形板62を第1正極集電体6aに押し付けた状態で変形板62と第1正極集電体6aを溶接接続することもできる。最終的に端子貫通孔7bは、端子封止部材7aにより封止される。端子封止部材7aは、金属板7xとゴム部材7yを有することが好ましい。
第1正極集電体6aは、変形板62の下方に配置される集電体第1領域6a1と、集電体第1領域6a1の端部から封口板2に向かって延びる集電体第2領域6a2と、集電体第2領域の上端から水平方向に延びる集電体第3領域6a3を有する。集電体第3領域6a3の電極体3側の面には集電体突起6xが設けられている。
第1正極集電体6aの集電体第1領域6a1は、第1絶縁部材63の絶縁部材第1領域63xと対向するように配置される。第1正極集電体6aの集電体第2領域6a2は、第1絶縁部材63の絶縁部材第2領域63yと対向するように配置される。第1正極集電体6aの集電体第3領域6a3は、第1絶縁部材63の絶縁部材第3領域63zと対向するように配置される。
図2、図6、図7、及び図9を用いて、封口板2への負極外部端子9及び第1負極集電体8aの取り付け方法を説明する。
封口板2に設けられた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、負極端子取り付け孔2bの内面側に内部側絶縁部材12及び第1負極集電体8aを配置する。次に、負極外部端子9を、外部側絶縁部材13の貫通孔、封口板2の負極端子取り付け孔2b、内部側絶縁部材12の貫通孔及び第1負極集電体8aの貫通孔のそれぞれに挿入する。そして、負極外部端子9の先端を第1負極集電体8a上にカシメる。これにより、外部側絶縁部材13、封口板2、内部側絶縁部材12及び第1負極集電体8aが固定される。なお、負極外部端子9においてカシメられた部分と第1負極集電体8aはレーザ溶接等により溶接されることが好ましい。また、内部側絶縁部材12及び外部側絶縁部材13はそれぞれ樹脂製であることが好ましい。
封口板2に設けられた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、負極端子取り付け孔2bの内面側に内部側絶縁部材12及び第1負極集電体8aを配置する。次に、負極外部端子9を、外部側絶縁部材13の貫通孔、封口板2の負極端子取り付け孔2b、内部側絶縁部材12の貫通孔及び第1負極集電体8aの貫通孔のそれぞれに挿入する。そして、負極外部端子9の先端を第1負極集電体8a上にカシメる。これにより、外部側絶縁部材13、封口板2、内部側絶縁部材12及び第1負極集電体8aが固定される。なお、負極外部端子9においてカシメられた部分と第1負極集電体8aはレーザ溶接等により溶接されることが好ましい。また、内部側絶縁部材12及び外部側絶縁部材13はそれぞれ樹脂製であることが好ましい。
[第2集電体とタブ部の接続]
図10は、第2正極集電体6bへの正極タブ部40(40a、40b)の接続方法、第2負極集電体8bへの負極タブ部50(50a、50b)の接続方法を示す図である。上述の方法で2つの電極体要素を作製し、それぞれ第1の電極体要素3a、第2の電極体要素3bとする。なお、第1の電極体要素3aと第2の電極体要素3bは全く同じ構成であってもよいし、異なる構成であってもよい。
図10は、第2正極集電体6bへの正極タブ部40(40a、40b)の接続方法、第2負極集電体8bへの負極タブ部50(50a、50b)の接続方法を示す図である。上述の方法で2つの電極体要素を作製し、それぞれ第1の電極体要素3a、第2の電極体要素3bとする。なお、第1の電極体要素3aと第2の電極体要素3bは全く同じ構成であってもよいし、異なる構成であってもよい。
第1の電極体要素3aと第2の電極体要素3bの間に、第2正極集電体6bと第2負極集電体8bを配置する。そして、第1の電極体要素3aから突出する積層された複数枚の正極タブ部40aを第2正極集電体6b上に配置し、第1の電極体要素3aから突出する積層された複数枚の負極タブ部50aを第2負極集電体8b上に配置する。また、第2の電極体要素3bから突出する積層された複数枚の正極タブ部40bを第2正極集電体6b上に配置し、第2の電極体要素3bから突出する積層された複数枚の負極タブ部50bを第2負極集電体8b上に配置する。正極タブ部40a及び正極タブ部40bはそれぞれ第2正極集電体6bに溶接接続され溶接接続部90が形成される。負極タブ部50a及び負極タブ部50bはそれぞれ第2負極集電体8bに溶接接続され溶接接続部90が形成される。溶接接続は、以下のように行うことが好ましい。
図11に示すように、上下から溶接治具95により積層されたタブ部(正極タブ部40a、40b、負極タブ部50a、50b)と集電体(第2正極集電体6b、第2負極集電体8b)を挟み込み、溶接を行う。ここで溶接方法は、超音波溶接、あるいは抵抗溶接が好ましい。これにより、積層されたタブ部と集電体がより確実に溶接接続される。タブ部の積層数が多い場合、例えば積層数が20枚以上の場合、レーザ溶接等と比較し、一対の溶接治具95により挟み込んだ状態で溶接を行えるため超音波溶接又は抵抗溶接の方がより信頼性の高い溶接接続部を形成することができる。なお、一対の溶接治具95は、抵抗溶接の場合は一対の抵抗溶接用電極であり、超音波溶接の場合はホーン及びアンビルであ
る。
る。
第1の電極体要素3aの正極タブ部40aは、第2正極集電体6bにおいて、第2正極集電体6bの幅方向における中央部よりも一方側に接続される。第2の電極体要素3bの正極タブ部40bは、第2正極集電体6bにおいて、第2正極集電体6bの幅方向における中央部よりも他方側に接続される。
第2の電極体要素3aの負極タブ部50aは、第2負極集電体8bにおいて、第2負極集電体8bの幅方向における中央部よりも一方側に接続される。第2の電極体要素3bの負極タブ部50bは、第2負極集電体8bにおいて、第2負極集電体8bの幅方向における中央部よりも他方側に接続される。
第2の電極体要素3aの負極タブ部50aは、第2負極集電体8bにおいて、第2負極集電体8bの幅方向における中央部よりも一方側に接続される。第2の電極体要素3bの負極タブ部50bは、第2負極集電体8bにおいて、第2負極集電体8bの幅方向における中央部よりも他方側に接続される。
図10に示すように、第2正極集電体6bには開口部6zが設けられている。第2正極集電体6bを第1正極集電体6aに接続した後、開口部6zは封口板2の電解液注液孔15と対応する位置に配置される。そして、第1の電極体要素3aの正極タブ部40aは、第2正極集電体6bの幅方向において開口部6zよりも一方側に接続されている。また、第2の電極体要素3bの正極タブ部40bは、第2正極集電体6bの幅方向において開口部6zよりも他方側に接続されている。封口板2に対して垂直な方向から第2正極集電体6b、正極タブ部40a及び正極タブ部40bを見たとき、正極タブ部40a及び正極タブ部40bにおいて、第2正極集電体6bと略平行に配置される部分が、開口部6zと重ならないようにされることが好ましい。これにより、第2正極集電体6bないし正極タブ部40a、正極タブ部40bが電解液の注液を妨げることを防止できる。
なお、封口板2に第1正極集電体6a及び第1負極集電体8aを固定する固定工程と、第2正極集電体6b及び第2負極集電体8bにそれぞれ正極タブ部40及び負極タブ部50を接続する接続工程は、いずれを先に行ってもよい。また、第2正極集電体に正極タブ部を接続し、第2負極集電体に負極タブ部を接続した後、第1正極集電体に第2正極集電体を接続し、第1負極集電体に第2負極集電体を接続することが好ましい。
[第1正極集電体と第2正極集電体の接続]
図6及び図7に示すように、第1正極集電体6aには、集電体突起6xが設けられている。そして、図10に示すように、第2正極集電体6bには集電体開口6yが設けられている。図7及び8に示すように、第1正極集電体6aの集電体突起6xが、第2正極集電体6bの集電体開口6y内に位置するようにして、第2正極集電体6bを第1絶縁部材63の絶縁部材第3領域63z上に配置する。そして、第1正極集電体6aの集電体突起6xと第2正極集電体6bの集電体開口6yの縁部をレーザ等のエネルギー線の照射により溶接する。これにより、第1正極集電体6aと第2正極集電体6bが接続される。なお、第2正極集電体6bの集電体開口6yの周囲には集電体第1凹部6fが設けられている。即ち、集電体第1凹部6fの中央に、集電体開口6yが形成されている。集電体第1凹部6fにおいて、第1正極集電体6aと第2正極集電体6bが溶接接続されている。集電体開口6yの周囲に集電体第1凹部6fが形成されていると、集電体突起6xの高さを大きくすることなく、第1正極集電体6aと第2正極集電体6bを溶接接続することができる。
図6及び図7に示すように、第1正極集電体6aには、集電体突起6xが設けられている。そして、図10に示すように、第2正極集電体6bには集電体開口6yが設けられている。図7及び8に示すように、第1正極集電体6aの集電体突起6xが、第2正極集電体6bの集電体開口6y内に位置するようにして、第2正極集電体6bを第1絶縁部材63の絶縁部材第3領域63z上に配置する。そして、第1正極集電体6aの集電体突起6xと第2正極集電体6bの集電体開口6yの縁部をレーザ等のエネルギー線の照射により溶接する。これにより、第1正極集電体6aと第2正極集電体6bが接続される。なお、第2正極集電体6bの集電体開口6yの周囲には集電体第1凹部6fが設けられている。即ち、集電体第1凹部6fの中央に、集電体開口6yが形成されている。集電体第1凹部6fにおいて、第1正極集電体6aと第2正極集電体6bが溶接接続されている。集電体開口6yの周囲に集電体第1凹部6fが形成されていると、集電体突起6xの高さを大きくすることなく、第1正極集電体6aと第2正極集電体6bを溶接接続することができる。
図8に示すように、第2正極集電体6bは、正極タブ部40が接続されるタブ部接続領域6b1と第1正極集電体6aが接続される集電体接続領域6b2を有する。また、タブ部接続領域6b1と集電体接続領域6b2の間には段差部6Aが形成される。そして、封口板2に対して垂直な方向において、封口板2とタブ部接続領域6b1の距離は、封口板2と集電体接続領域6b2の距離よりも小さい。このような構成であると、集電部が占めるスペースをより小さくでき、より体積エネルギー密度の高い二次電池となる。タブ部接続領域6b1は、封口板2に対して略平行(例えば、傾きが±20°以内)になるように
配置されることが好ましい。
配置されることが好ましい。
図10に示すように、第2正極集電体6bにおいて、集電体開口6yの両側にターゲット孔6eが設けられている。第1正極集電体6aと第2正極集電体6bをレーザ等のエネルギー線の照射により溶接する際、ターゲット孔6eを画像補正用のターゲットとすることが好ましい。ターゲット孔6eを画像検出し、位置補正を行い、集電体開口6yの形状に沿ってエネルギー線の照射を行うことが好ましい。なお、ターゲット孔6eは貫通孔とせず、凹部とすることもできる。なお、ターゲット孔6eの平面視における面積は、集電体開口6yの平面視における面積よりも小さいことが好ましい。また、第2正極集電体6bの幅方向において、直線上に集電体開口6yとターゲット孔6eが並ぶように配置することが好ましい。
図8に示すように、第1正極集電体6aの第1絶縁部材63と対向する面であって、集電体突起6xの裏側には集電体第2凹部6wが形成されている。これにより、第1正極集電体6aと第2正極集電体6bの間により大きな溶接接続部を形成し易くなるため好ましい。また、集電体第2凹部6wが形成されていることにより、第1正極集電体6aと第2正極集電体6bを溶接接続する際に、溶接時の熱により第1絶縁部材が損傷することを防止できる。
図8に示すように、第1絶縁部材63の絶縁部材突起63cの下方(電極体3側)の先端が、第2正極集電体6bにおいて、開口部6zの周囲の下面よりも下方(電極体3側)に突出していることが好ましい。これにより、封止栓16と第2正極集電体6bが接触することを確実に防止できる。封口板2に設けられた電解液注液孔15を封止する封止栓16が、封口板2の下面よりも下方(電極体3側)に突出している場合、特に有効である。なお、絶縁部材突起63cは環状であることが好ましい。但し、絶縁部材突起63cは、必ずしも環状の必要はなく、一部切り欠かれた形状であってもよい。
第2正極集電体6bにおいて封口板2に設けられた電解液注液孔15と対向する位置には開口部6zが設けられている。なお、第1絶縁部材63の絶縁部材第3領域63zには、第2正極集電体6bに固定される固定部が形成されていることが好ましい。例えば、第1絶縁部材63に爪状の固定部が形成され、第2正極集電体6bに引っ掛け固定することができる。あるいは、第1絶縁部材63に突起を設け、第2正極集電体6bに固定用の開口や切り欠きを設け、第2正極集電体6bに設けた固定用の開口や切り欠きに第1絶縁部材63の突起を挿入し、第1絶縁部材63の突起の先端部を拡径することにより固定してもよい。
図8に示すように、第1正極集電体6aの集電体第1領域6a1には第1絶縁部材63の絶縁部材第1領域63xが対向するように配置されている。また、第1正極集電体6aの集電体第2領域6a2には第1絶縁部材63の絶縁部材第2領域63yが対向するように配置されている。これにより、電流遮断機構60が作動し第1正極集電体6aと変形板62の間の電気的接続が切断された後、第1正極集電体6aと変形板62の間ないし、第1正極集電体6aと導電部材61の間に導電経路が形成されることを確実に防止できる。
[第1負極集電体と第2負極集電体の接続]
図6及び図7に示すように、第1負極集電体8aには、集電体突起8xが設けられている。そして、図9及び図12に示すように、第2負極集電体8bには集電体開口8yが設けられている。図12に示すように、第1負極集電体8aの集電体突起8xが、第2負極集電体8bの集電体開口8y内に位置するようにして、第2負極集電体8bを内部側絶縁部材12上に配置する。そして、第1負極集電体8aの集電体突起8xと第2負極集電体8bの集電体開口8yの縁部をレーザ等のエネルギー線の照射により溶接する。これによ
り、第1負極集電体8aと第2負極集電体8bが接続される。なお、第2負極集電体8bの集電体開口8yの周囲には集電体第1凹部8fが設けられている。即ち、集電体第1凹部8fの中央に、集電体開口8yが形成されている。集電体第1凹部8fにおいて、第1負極集電体8aと第2負極集電体8bが溶接接続されている。第2負極集電体8bには、第2正極集電体6bと同様にターゲット孔8eが設けられている。
図6及び図7に示すように、第1負極集電体8aには、集電体突起8xが設けられている。そして、図9及び図12に示すように、第2負極集電体8bには集電体開口8yが設けられている。図12に示すように、第1負極集電体8aの集電体突起8xが、第2負極集電体8bの集電体開口8y内に位置するようにして、第2負極集電体8bを内部側絶縁部材12上に配置する。そして、第1負極集電体8aの集電体突起8xと第2負極集電体8bの集電体開口8yの縁部をレーザ等のエネルギー線の照射により溶接する。これによ
り、第1負極集電体8aと第2負極集電体8bが接続される。なお、第2負極集電体8bの集電体開口8yの周囲には集電体第1凹部8fが設けられている。即ち、集電体第1凹部8fの中央に、集電体開口8yが形成されている。集電体第1凹部8fにおいて、第1負極集電体8aと第2負極集電体8bが溶接接続されている。第2負極集電体8bには、第2正極集電体6bと同様にターゲット孔8eが設けられている。
第1負極集電体8a及び第2負極集電体8bは、それぞれ銅又は銅合金製とすることが好ましい。第1負極集電体8a及び第2負極集電体8bの表面に、それぞれニッケル層を設けることが好ましい。第1負極集電体8aにおける集電体突起8xの表面にニッケル層を設けることが好ましい。また、第2負極集電体8bにおいて、集電体開口8yの周囲の表面にニッケル層を設けることが好ましい。
図9に示すように、第1負極集電体8aの内部側絶縁部材12と対向する面であって、集電体突起8xの裏側には集電体第2凹部8wが形成されている。これにより、第1負極集電体8aと第2負極集電体8bの間により大きな溶接接続部を形成し易くなるため好ましい。また、集電体第2凹部8wが形成されていることにより、第1負極集電体8aと第2負極集電体8bを溶接接続する際に、溶接時の熱により内部側絶縁部材12が損傷することを防止できる。
図9に示すように、第2負極集電体8bは、負極タブ部50が接続されるタブ部接続領域8b1と、第1負極集電体8aが接続される集電体接続領域8b2を有する。また、タブ部接続領域8b1と集電体接続領域8b2の間には段差部8Aが形成される。そして、封口板2に対して垂直な方向において、封口板2とタブ部接続領域8b1の距離は、封口板2と集電体接続領域8b2の距離よりも小さい。このような構成であると、集電部が占めるスペースをより小さくでき、より体積エネルギー密度の高い二次電池となる。
なお、内部側絶縁部材12には、第2負極集電体8bに固定される固定部が形成されていることが好ましい。例えば、内部側絶縁部材12に爪状の固定部が形成され、内部側絶縁部材12の爪状の固定部を第2負極集電体8bに引っ掛け固定することができる。あるいは、内部側絶縁部材12の突起を設け、第2負極集電体8bに固定用の開口や切り欠きを設け、第2負極集電体8bに固定用の開口や切り欠きに内部側絶縁部材12の突起を挿入し、内部側絶縁部材12の突起の先端部を拡径することにより固定してもよい。
ここで、第1正極集電体6aに設けられた集電体突起6xと、第1負極集電体8aに設けられた集電体突起8xとが異なる形状となっているため。これにより、第1正極集電体6aと第2負極集電体8b、第1負極集電体8aと第2正極集電体6bを誤って接続することを確実に防止できる。
第1正極集電体6aに設けられた集電体突起6xは、その長軸が封口板2の短手方向に延びるように設けられている。また、第1負極集電体8aに設けられた集電体突起8xは、その長軸が封口板2の長手方向に延びるように設けられている。このような構成であると、第1正極集電体6aに設けられた集電体突起6xと第1負極集電体8aに設けられた集電体突起8xの中心間距離、および第2正極集電体6bに設けられた集電体開口6yと第2負極集電体8bに設けられた集電体開口8yの中心間距離の差を吸収することができる。これにより、正極側、負極側の双方で位置あわせ行う場合の組み付け不良の虞、一方で位置あわせを行う場合はもう一方の位置あわせができず位置精度が不足する虞を回避することができる。
なお第1正極集電体6aに設けられた集電体突起6xと、第1負極集電体8aに設けられた集電体突起8xを異なる形状とすることが好ましい。なお、集電体突起6x及び集電体突起8xはそれぞれ非真円であることが好ましく、方形状、楕円状やトラック形状であることが好ましい。
第1正極集電体6aに設けられた集電体突起6x及び第1負極集電体8aに設けられた
集電体突起8xの一方と他方でその長軸方向が異なるようにする場合、正極側に電流遮断機構を設け、第1正極集電体6aに設けられた集電体突起6xの長軸が封口板2の短手方向に延びるようにし、第1負極集電体8aに設けられた集電体突起8xの長軸が封口板2の長手方向に延びるようにすることが好ましい。これにより集電部が占めるスペースをより小さくすることができる。
集電体突起8xの一方と他方でその長軸方向が異なるようにする場合、正極側に電流遮断機構を設け、第1正極集電体6aに設けられた集電体突起6xの長軸が封口板2の短手方向に延びるようにし、第1負極集電体8aに設けられた集電体突起8xの長軸が封口板2の長手方向に延びるようにすることが好ましい。これにより集電部が占めるスペースをより小さくすることができる。
<電極体作製>
図10における第1の電極体要素3aの上面と第2の電極体要素3bの上面とが接するように正極タブ部40a、正極タブ部40b、負極タブ部50a及び負極タブ部50bを折り曲げる。これにより、第1の電極体要素3aと第2の電極体要素3bを纏めて、一つの電極体3とする。
図10における第1の電極体要素3aの上面と第2の電極体要素3bの上面とが接するように正極タブ部40a、正極タブ部40b、負極タブ部50a及び負極タブ部50bを折り曲げる。これにより、第1の電極体要素3aと第2の電極体要素3bを纏めて、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。なお、絶縁シート14は平板状のものを箱状ないし袋状に曲げ成形したものであることが好ましい。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液を封口板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。
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。なお、絶縁シート14は平板状のものを箱状ないし袋状に曲げ成形したものであることが好ましい。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液を封口板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。
<角形二次電池の製造方法について>
上述の方法によると、正極タブ部40、第1正極集電体6a、第2正極集電体6b、負極タブ部50、第1負極集電体8a、第2負極集電体8b等からなる集電部が占める空間の割合を削減でき、より体積エネルギー密度の高い二次電池となる。更に、上述の構成によると、積層された複数枚のタブ部と第2集電体をより安定的に且つより強固に溶接接続できるため信頼性が高い二次電池となる。
上述の方法によると、正極タブ部40、第1正極集電体6a、第2正極集電体6b、負極タブ部50、第1負極集電体8a、第2負極集電体8b等からなる集電部が占める空間の割合を削減でき、より体積エネルギー密度の高い二次電池となる。更に、上述の構成によると、積層された複数枚のタブ部と第2集電体をより安定的に且つより強固に溶接接続できるため信頼性が高い二次電池となる。
[変形例1]
図13は、変形例1に係る角形二次電池における、各部品を取り付けた後の封口板の下面図である。図14は、変形例1に係る角形二次電池における、第2集電体にタブ部を接続する工程を示す図である。変形例1に係る角形二次電池では、上述の実施形態に係る角形二次電池20と、第1負極集電体と第2負極集電体の形状が異なる。
図13は、変形例1に係る角形二次電池における、各部品を取り付けた後の封口板の下面図である。図14は、変形例1に係る角形二次電池における、第2集電体にタブ部を接続する工程を示す図である。変形例1に係る角形二次電池では、上述の実施形態に係る角形二次電池20と、第1負極集電体と第2負極集電体の形状が異なる。
変形例1に係る角形二次電池において、第1負極集電体108aに形成される集電体突起108xは、その長軸が封口板2の短手方向に延びるように形成されている。また、変形例1に係る角形二次電池において、第2負極集電体108bに形成される集電体開口108yは、その長軸が封口板2の短手方向に延びるように形成されている。このような形態であると、より集電部が占めるスペースをより小さくすることができる。
第2負極集電体108bにおいては、集電体開口108yの周囲に集電体第1凹部108fが形成されている。第2負極集電体108bには、第2負極集電体8bと同様にターゲット孔108eが設けられている。また、第1負極集電体108aの内部側絶縁部材12と対向する面であって、集電体突起108xの裏側には集電体第2凹部108wが形成されている。
[変形例2]
図15は、変形例2に係る角形二次電池における、各部品を取り付けた後の封口板の下面図である。図16は、各部品を取り付けた後の封口板の長手方向に沿った断面図である。図17は、図16における第1正極集電体、第2正極集電体及び電流遮断機構の近傍の拡大図である。変形例2に係る角形二次電池では、変形例1に係る角形二次電池と、第1正極集電体、第2正極集電体、及び第1絶縁部材の形状が異なる。
図15は、変形例2に係る角形二次電池における、各部品を取り付けた後の封口板の下面図である。図16は、各部品を取り付けた後の封口板の長手方向に沿った断面図である。図17は、図16における第1正極集電体、第2正極集電体及び電流遮断機構の近傍の拡大図である。変形例2に係る角形二次電池では、変形例1に係る角形二次電池と、第1正極集電体、第2正極集電体、及び第1絶縁部材の形状が異なる。
変形例2では、第1正極集電体106aにおいて、変形板62の下方(電極体3側)に配置される領域に集電体突起106xが形成されている。そして、第2正極集電体106bは、正極タブ部が接続されるタブ部接続領域106b1と、タブ部接続領域106b1の端部から下方(電極体3側)に延びる連結領域106b2と、連結領域106b2の端部から水平方向に延びる集電体接続領域106b3を有する。そして、集電体接続領域106b3に集電体開口106yが形成されており、集電体開口106yの縁部が集電体突起106xとレーザ溶接等により溶接接続されている。このような形態であると、集電部が占めるスペースを小さくすることができる。
第2正極集電体106bのタブ部接続領域106b1は、第1絶縁部材163の絶縁部材第3領域163zと対向するように配置される。第2正極集電体106bの連結領域106b2は、第1絶縁部材163の絶縁部材第2領域163yと対向するように配置される。第1正極集電体106aは、絶縁部材第1領域163xに対向するように配置される。
第1正極集電体106aには、第1正極集電体6aと同様に薄肉部106cが形成さ、この薄肉部106cが変形板62と溶接接続されている。また、第1正極集電体106aの第1絶縁部材163と対向する面であって、集電体突起106xの裏側には集電体第2凹部106wが形成されている。
第2正極集電体106bには、集電体開口106yの周囲に集電体第1凹部106fが形成されている。また、第2正極集電体106bにおいて、封口板2に形成された電解液注液孔15と対向する位置には、開口部106zが形成されている。第1絶縁部材163は、封口板2に形成された電解液注液孔15と対向する位置に絶縁部材開口163bを有する。絶縁部材開口163bの縁には、下方に突出する絶縁部材突起163cが設けられている。
変形例2に係る角形二次電池において、第1絶縁部材163と第1正極集電体6aの固定部70が形成される位置は、上述の実施形態に係る角形二次電池20と異なる。変形例2に係る角形二次電池においては、図16に示すように、封口板2の短手方向に沿って二つの固定部70が並ぶように形成されている。変形例2に係る角形二次電池における第1絶縁部材163は、上述の実施形態における角形二次電池20における第1絶縁部材63と、固定用突起が形成される位置が異なる。
<その他>
上述の実施形態においては、電極体3が二つの電極体要素3a、3bからなる例を示したが、これに限定されない。電極体3が一つの積層型電極体であってもよい。また、電極体3が、長尺状の正極板と長尺状の負極板をセパレータを介して巻回した一つの巻回型電極体であってもよい。また、二つの電極体要素3a、3bは、それぞれ積層型電極体に限定されず、長尺状の正極板と長尺状の負極板をセパレータを介して巻回した巻回型電極体であってもよい。
上述の実施形態においては、電極体3が二つの電極体要素3a、3bからなる例を示したが、これに限定されない。電極体3が一つの積層型電極体であってもよい。また、電極体3が、長尺状の正極板と長尺状の負極板をセパレータを介して巻回した一つの巻回型電極体であってもよい。また、二つの電極体要素3a、3bは、それぞれ積層型電極体に限定されず、長尺状の正極板と長尺状の負極板をセパレータを介して巻回した巻回型電極体であってもよい。
第1正極集電体と第2正極集電体の接続、第1負極集電体と第2負極集電体の接続はそれぞれ、レーザ、電子ビーム、イオンビーム等のエネルギー線の照射による接続が好ましい。
20・・・角形二次電池
100・・・電池ケース
1・・・角形外装体
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
3a、3b・・・電極体要素
4・・・正極板
4a・・・正極芯体
4b・・・正極活物質合剤層
4d・・・正極保護層
40、40a、40b・・・正極タブ部
5・・・負極板
5a・・・負極芯体
5b・・・負極活物質合剤層
50、50a、50b・・・負極タブ部
6a・・・第1正極集電体
6a1・・・集電体第1領域
6a2・・・集電体第2領域
6a3・・・集電体第3領域
6c・・・薄肉部
6d・・・固定用貫通孔
6w・・・集電体第2凹部
6x・・・集電体突起
6b・・・第2正極集電体
6b1・・・タブ部接続領域
6b2・・・集電体接続領域
6e・・・ターゲット孔
6f・・・集電体第1凹部
6y・・・集電体開口
6z・・・開口部
6A・・・段差部
7・・・正極外部端子
7a・・・端子封止部材
7x・・・金属板
7y・・・ゴム部材
7b・・・端子貫通孔
8a・・・第1負極集電体
8w・・・集電体第2凹部
8x・・・集電体突起
8b・・・第2負極集電体
8b1・・・タブ部接続領域
8b2・・・集電体接続領域
8e・・・ターゲット孔
8f・・・集電体第1凹部
8y・・・集電体開口
8A・・・段差部
9・・・負極外部端子
10・・・内部側絶縁部材
11・・・外部側絶縁部材
12・・・内部側絶縁部材
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
60・・・電流遮断機構
61・・・導電部材
62・・・変形板
63・・・第1絶縁部材
63a・・・固定用突起
63b・・・絶縁部材開口
63c・・・絶縁部材突起
63x・・・絶縁部材第1領域
63y・・・絶縁部材第2領域
63z・・・絶縁部材第3領域
70・・・固定部
90・・・溶接接続部
95・・・溶接治具
106a・・・第1正極集電体
106c・・・薄肉部
106w・・・集電体第2凹部
106x・・・集電体突起
106b・・・第2正極集電体
106b1・・・タブ部接続領域
106b2・・・連結領域
106b3・・・集電体接続領域
106f・・・集電体第1凹部
106y・・・集電体開口
106z・・・開口部
108a・・・第1負極集電体
108w・・・集電体第2凹部
108x・・・集電体突起
108b・・・第2負極集電体
108y・・・集電体開口
108e・・・ターゲット孔
108f・・・集電体第1凹部
163・・・第1絶縁部材
163b・・・絶縁部材開口
163c・・・絶縁部材突起
163x・・・絶縁部材第1領域
163y・・・絶縁部材第2領域
163z・・・絶縁部材第3領域
100・・・電池ケース
1・・・角形外装体
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
3a、3b・・・電極体要素
4・・・正極板
4a・・・正極芯体
4b・・・正極活物質合剤層
4d・・・正極保護層
40、40a、40b・・・正極タブ部
5・・・負極板
5a・・・負極芯体
5b・・・負極活物質合剤層
50、50a、50b・・・負極タブ部
6a・・・第1正極集電体
6a1・・・集電体第1領域
6a2・・・集電体第2領域
6a3・・・集電体第3領域
6c・・・薄肉部
6d・・・固定用貫通孔
6w・・・集電体第2凹部
6x・・・集電体突起
6b・・・第2正極集電体
6b1・・・タブ部接続領域
6b2・・・集電体接続領域
6e・・・ターゲット孔
6f・・・集電体第1凹部
6y・・・集電体開口
6z・・・開口部
6A・・・段差部
7・・・正極外部端子
7a・・・端子封止部材
7x・・・金属板
7y・・・ゴム部材
7b・・・端子貫通孔
8a・・・第1負極集電体
8w・・・集電体第2凹部
8x・・・集電体突起
8b・・・第2負極集電体
8b1・・・タブ部接続領域
8b2・・・集電体接続領域
8e・・・ターゲット孔
8f・・・集電体第1凹部
8y・・・集電体開口
8A・・・段差部
9・・・負極外部端子
10・・・内部側絶縁部材
11・・・外部側絶縁部材
12・・・内部側絶縁部材
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
60・・・電流遮断機構
61・・・導電部材
62・・・変形板
63・・・第1絶縁部材
63a・・・固定用突起
63b・・・絶縁部材開口
63c・・・絶縁部材突起
63x・・・絶縁部材第1領域
63y・・・絶縁部材第2領域
63z・・・絶縁部材第3領域
70・・・固定部
90・・・溶接接続部
95・・・溶接治具
106a・・・第1正極集電体
106c・・・薄肉部
106w・・・集電体第2凹部
106x・・・集電体突起
106b・・・第2正極集電体
106b1・・・タブ部接続領域
106b2・・・連結領域
106b3・・・集電体接続領域
106f・・・集電体第1凹部
106y・・・集電体開口
106z・・・開口部
108a・・・第1負極集電体
108w・・・集電体第2凹部
108x・・・集電体突起
108b・・・第2負極集電体
108y・・・集電体開口
108e・・・ターゲット孔
108f・・・集電体第1凹部
163・・・第1絶縁部材
163b・・・絶縁部材開口
163c・・・絶縁部材突起
163x・・・絶縁部材第1領域
163y・・・絶縁部材第2領域
163z・・・絶縁部材第3領域
Claims (10)
- 正極板と負極板を含む電極体と、
開口を有し、前記電極体を収納する外装体と、
前記開口を封口する封口板と、
前記封口板に取り付けられた外部端子と、
前記正極板又は前記負極板に設けられたタブ部と、
前記タブ部と前記外部端子とを電気的に接続する第1集電体及び第2集電体を備え、
前記タブ部は前記電極体の前記封口板側に配置され、
前記タブ部は前記第2集電体に接続され、
前記第1集電体は集電体突起を有し、
前記第2集電体は集電体開口を有し、
前記集電体突起は前記集電体開口内に配置され、前記集電体突起と前記集電体開口の縁部が溶接接続された二次電池。 - 前記第2集電体は、前記タブ部が接続されたタブ部接続領域と、前記第1集電体が接続された集電体接続領域を有し、
前記タブ部接続領域と前記集電体接続領域の間に段差部が形成され、
前記封口板に対して垂直な方向において、前記封口板と前記タブ部接続領域の距離は、前記封口板と前記集電体接続領域の距離よりも小さい請求項1に記載の二次電池。 - 前記第1集電体の前記封口板側の面には絶縁部材が配置されており、
前記第1集電体において前記絶縁部材と対向する面であって、前記集電体突起の裏面には第1凹部が形成された請求項1又は2に記載の二次電池。 - 前記集電体開口の周囲であって、前記電極体側の面には第2凹部が形成され、
前記第2凹部内で前記集電体突起と、前記第2集電体が溶接接続された請求項1~3のいずれかに記載の二次電池。 - 前記封口板には電解液注液孔が形成され、
前記第2集電体において前記電解液注液孔と対向する位置には開口部が形成された請求項1~4のいずれかに記載の二次電池。 - 前記第2集電体の前記封口板側の面には絶縁部材が配置され、
前記第2集電体の前記封口板側の面に配置された絶縁部材には、前記電極体側に突出する絶縁部材突起が設けられ、
前記絶縁部材突起が前記開口部内に配置された請求項5に記載の二次電池。 - 前記タブ部と前記外部端子の間の導電経路には、前記外装体及び前記封口板により構成される電池ケース内の圧力が所定値以上となった時に作動する電流遮断機構が設けられており、
前記電流遮断機構は、前記電池ケース内の圧力が所定値以上となった時に変形する変形板を含み、前記第1集電体と前記第2集電体の接続部が前記変形板よりも前記電極体側に配置された請求項1~6のいずれかに記載の二次電池。 - 前記第2集電体には前記集電体開口より平面視における面積が小さい、孔又は凹部が形成された請求項1~7のいずれかに記載の二次電池。
- 前記タブ部は、前記正極板に設けられた正極タブ部であり、
前記外部端子は、前記正極タブ部に電気的に接続された正極外部端子であり、
前記第1集電体は第1正極集電体であり、
前記第2集電体は第2正極集電体であり、
前記集電体突起は正極集電体突起であり、
前記集電体開口は正極集電体開口であり、
前記封口板に取り付けられた負極外部端子と、
前記負極板に設けられた負極タブ部と、
前記負極タブ部と前記負極外部端子とを電気的に接続する第1負極集電体及び第2負極集電体を備え、
前記負極タブ部は前記電極体の前記封口板側に配置され、
前記負極タブ部は前記第2負極集電体に接続され、
前記第1負極集電体は負極集電体突起を有し、
前記第2負極集電体は負極集電体開口を有し、
前記負極集電体突起は前記負極集電体開口内に配置され、前記負極集電体突起と前記負極集電体開口の縁部が溶接接続された請求項1~8のいずれかに記載の二次電池。 - 前記正極集電体突起の平面視の形状と、前記負極集電体突起の平面視の形状が異なる請求項9に記載の二次電池。
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