WO2021124796A1 - 非水電解質二次電池 - Google Patents

Abstract

非水電解質二次電池は、正極板と負極板とを含む電極体と、開口を有し電極体を収容した角形外装体と、封口板と、封口板に設けられた電極端子と、電極体と封口板との間に配置され電極端子に接続された第１集電体と、封口板と第１集電体との間に配置された絶縁部材と、電極体と角形外装体の側壁との間に配置され、第１集電体に接続された第２集電体と、電極体から側壁側に延出し、第２集電体に接続されたタブ群と、を備える。第２集電体は、側壁に平行な面を有する平板からなる。タブ群は、第２集電体に接続され、且つ、第２集電体との接続部側において、側壁に平行に折り曲げられている。第２集電体は、絶縁部材から延出したガイド部によって、第１集電体に位置決めされている。

Description

非水電解質二次電池

　本開示は、非水電解質二次電池に関する。

　リチウムイオン電池等の非水電解質二次電池において、角形外装体に収容された電極体から延出したタブ群が、集電体を介して、封口板に設けられた外部端子に接続された構成が知られている。

　特許文献１には、封口板と電極体との間に配置された基台部と、基台部の端部から、外装体の側壁に沿って底部方向に延びる脚部とで構成された集電体が開示されている。基台部は、外部端子に接続され、脚部は、電極体から引き出された極板積層部（タブ群）に接続されている。

特開２０１６－８５８７５号公報

　特許文献１に開示された集電体において、脚部は、電極体と外装体の側壁との間に配置されるため、脚部が配置された空間は、発電に寄与しないデッドスペースになる。そのため、電池の体積エネルギー密度を低下させる要因になる。

　本開示に係る非水電解質二次電池は、正極板と負極板とを含む電極体と、開口を有し、上記電極体を収容した角形外装体と、上記開口を封口した封口板と、上記封口板に設けられた電極端子と、上記電極体と上記封口板との間に配置され、上記電極端子に接続された第１集電体と、上記封口板と上記第１集電体との間に配置された絶縁部材と、上記電極体と、上記角形外装体における側壁との間に配置され、上記第１集電体に接続された第２集電体と、上記電極体から上記側壁側に延出し、上記第２集電体に接続されたタブ群と、を備え、上記第２集電体は、上記側壁に平行な面を有する平板からなり、上記タブ群は、上記第２集電体に接続され、且つ、上記第２集電体との接続部側において、上記側壁に平行に折り曲げられており、上記第２集電体は、上記絶縁部材から延出したガイド部によって、上記第１集電体に位置決めされている。

　本開示によれば、体積エネルギー密度が高く、且つ、組み立てやすい構造を有する非水電解質二次電池を提供することができる。

図１は、非水電解質二次電池を示す斜視図である。 図２は、先の出願に係る非水電解質二次電池の内部構造を示す断面図である。 図３は、タブ群の折り曲げ前において、第２集電体とタブ群との接続部近傍を示す図である。 図４は、タブ群の折り曲げ後において、第２集電体とタブ群との接続部近傍を示す図である。 図５は、先の出願に係る、第１集電体及び第２集電体により互いに接続された複数の電極体と封口板とを示す図である。 図６は、本実施形態に係る非水電解質二次電池の内部構造を示す断面図である。 図７は、封口板近傍を示す斜視図である。 図８は、封口板近傍の部材を分解して示す分解斜視図である。 図９は、第２集電体を示す斜視図である。 図１０は、タブ群に第２集電体が接続された複数の電極体を配列した状態で示す図である。 図１１は、第２集電体を第１集電体に接続する態様を示す図である（タブ群の折り曲げ前）。 図１２は、第２集電体を第１集電体に接続する態様を示す図である（タブ群の折り曲げ後）。 図１３は、本実施形態の変形例１に係るガイド部を示す図である。 図１４は、本実施形態の変形例２に係るガイド部を示す図である。 図１５は、その他の実施形態に係る図１２相当図である。

　本願出願人は、非水電解質二次電池の構造を、先の出願（特願２０１９－１７４８７８）の明細書に開示している。

　上記明細書に開示した非水電解質二次電池２０は、図１，２に示すように、角形外装体１に収容された電極体３のタブ群４０と、封口板２に設けられた電極端子８とが、第１集電体６１及び第２集電体６２によって、互いに電気的に接続されている。

　第１集電体６１は、電極体３と封口板２との間に配置され、電極端子８に接続されている。第２集電体６２は、電極体３と角形外装体１における側壁１ｂとの間に配置され、側壁１ｂに平行な面を有する平板からなり、第１集電体６１に接続されている。

　タブ群４０は、図３に示すように、電極体３から側壁１ｂ側に延出し、第２集電体６２に接続されている。タブ群４０は、図４に示すように、第２集電体６２との接続部６３側において、側壁１ｂに平行に折り曲げられている。

　かかる構成によれば、第２集電体６２を折り曲げることなく、タブ群４０を折り曲げることができる。これにより、簡単な方法によって、体積エネルギー密度の高い非水電解質二次電池を作製することができる。

　しかしながら、上記構成では、折り曲げられたタブ４０群は、まっすぐに戻ろうとする作用が働くため、タブ群４０に接続された第２集電体６２は、タブ群４０から反力を受ける。そのため、第２集電体６２を第１集電体６１に位置決めして、両者を接合する際、位置決めが正確にできないという問題があった。

　特に、図５に示すように、複数の電極体３を備える場合、各電極体３のタブ群４０にそれぞれ第２集電体６２が接続されるが、各タブ群４０の折れ曲がり方が一様でないため、各第２集電体６２が受ける反力も一様でない。そのため、各第２集電体６２を第１集電体６１に位置決めして、両者を接続する際、各第２集電体６２の第１集電体６１に対する位置や姿勢がばらついてしまう。その結果、各第２集電体６２と第１集電体６１との接合を安定して行うことができず、導通不良や接合強度不足等の問題が発生する。

　本願発明者等は、第２集電体６２を第１集電体６１に位置決めするガイド部を設けることによって、上記問題を解決できると考え、本発明に想到するに至った。

　以下、本開示の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本開示、その適用物あるいはその用途を制限することを意図するものでは全くない。なお、本実施形態における非水電解質二次電池の基本的な構成は、先の出願と同じであるため、先の出願の説明において使用した図１，３，４をそのまま使用する。

　図１は、本開示の実施形態に係る非水電解質二次電池２０を示す斜視図である。図６は、非水電解質二次電池２０の内部構造を示す断面図である。なお、図６は、後述するガイド部９１，９２の図示以外、図２と同じである。図１，６に示すように、非水電解質二次電池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と、からなる電池ケース１００を備える。

　角形外装体１は、底部１ａと、一対の第１側壁１ｂ，１ｃと、一対の第２側壁１ｄ，１ｅと、を有する。一対の第１側壁１ｂ，１ｃは、互いに対向する向きに配置されている。一対の第２側壁１ｄ，１ｅは、互いに対向する向きに配置されている。一対の第１側壁１ｂ，１ｃは、封口板２の長手方向に垂直であり、一対の第１側壁１ｂ，１ｃの面積は、一対の第２側壁１ｄ、１ｅの面積よりも小さい。

　角形外装体１内には、正極板４と負極板５とを含む電極体３が電解質と共に収容されている。本実施形態では、電極体３は、正極板４と負極板５とがセパレータを介して巻回された扁平状の電極体である。電極体３の巻回軸は、第１側壁１ｂ，１ｃに対して垂直、且つ、第２側壁１ｄ，１ｅに対して平行に延びる。なお、電極体３は、巻回電極体に限定されず、例えば正極板４と負極板５とがセパレータを介して積層された積層電極体でもよい。

　なお、図６において、符号１４は、角形外装体１の内部に配置され、電極体３を収容する箱状ないし袋状の絶縁シートである。符号１５は、封口板２に設けられた電解液注液孔である。符号１６は、電解液注液孔１５を封止する封止部材である。符号１７は、封口板２に設けられたガス排出弁である。

　非水電解質二次電池２０は、電極体３の巻回軸が延びる方向において、一方側を正極側、他方側を負極側としている。以下、主に正極側について説明し、負極側については、説明を省略する場合がある。

　電極体３において、巻回軸が延びる方向における一方の端部には正極タブ群４０が設けられている。具体的には、正極タブ群４０は、電極体３における一方の端部から側壁１ｂ側に延出している。正極タブ群４０は、複数の正極タブの積層により形成されている。

　図７は、封口板２近傍を示す。図８は、封口板２近傍の各部材を分解して示す。封口板２の外部側には、電極端子としての正極端子８が設けられている。正極端子８は、本体部８ａ及びリベット部８ｂで構成されている。リベット部８ｂは、本体部８ａに着脱可能に取り付けられており、本体部８ａから封口板２側に延出している。封口板２と正極端子８の本体部８ａとの間には、外部側絶縁部材１０が配置されている。

　封口板２の内部側には、正極集電体６の第１正極集電体６１が設けられている。第１正極集電体６１は、断面略Ｌ字状であり、電極体３と封口板２との間に配置されている。具体的には、第１正極集電体６１は、封口板２に沿って配置された第１領域６１ａと、第１領域６１ａの端部から折り曲げられた第２領域６１ｂと、を有する。第２領域６１ｂは、第１側壁１ｂに沿って底部１ａ側へ延出している。

　封口板２と第１正極集電体６１の第１領域６１ａとの間には、内部側絶縁部材１１が配置されている。内部側絶縁部材１１は、第１正極集電体６１に対応する断面略Ｌ字状である。具体的には、内部側絶縁部材１１は、第１正極集電体６１の第１領域６１ａを覆う本体部１１ａと、本体部１１ａの端部から折り曲げられたガイド部９１と、を有する。

　ガイド部９１は、内部側絶縁部材１１における本体部１１ａの端部から、第１側壁１ｂに沿って底部１ａ側へ延出している。ガイド部９１の詳細については、後述する。

　リベット部８ｂの頭部と封口板２との間には、ガスケット１８が設けられている。

　外部側絶縁部材１０、ガスケット１８、封口板２、内部側絶縁部材１１、及び第１正極集電体６１各々には、同心状に貫通孔が設けられている。正極端子８のリベット部８ｂを、本体部８ａに取り付けた状態で、外部側から当該貫通孔に挿入する。そして、正極端子８のリベット部８ｂを、第１正極集電体６１上でカシメる。これにより、第１正極集電体６１は、正極端子８に接続される。

　正極集電体６の第２正極集電体６２は、電極体３と角形外装体１における第１側壁１ｂとの間に配置されている。具体的には、第２正極集電体６２は、第１側壁１ｂに平行な面を有する平板からなり、第１側壁１ｂに沿って底部１ａ側へ延びている。第２正極集電体６２は、第１正極集電体６１に接続されている。

　図９は、第２正極集電体６２を示す。第２正極集電体６２は、集電体接続部６２ａと、傾斜部６２ｂと、タブ接続部６２ｃと、を有する。集電体接続部６２ａは、第１正極集電体６１に接続される。タブ接続部６２ｃには、正極タブ群４０が接続される。傾斜部６２ｂは、集電体接続部６２ａとタブ接続部６２ｃとを連結しており、両者に対して傾斜している。集電体接続部６２ａには、凹部６２ｄが設けられている。凹部６２ｄにおいて、集電体接続部６２ａが第１正極集電体６１に接合される。

　第２正極集電体６２には、ヒューズ部６６が設けられている。ヒューズ部６６は、平板の他の部位よりも断面積が小さいため、第２正極集電体６２に過電流が流れたとき、溶断される。ここで、断面積は、平板の幅方向に平行な断面における面積をいう。

　第２正極集電体（平板）６２の幅方向両端部には、幅方向内側に凹む一対の凹部６２ｆが設けられている。凹部６２ｆによって、断面積が絞られて、ヒューズ部６６が形成されている。

　次に、正極タブ群４０の折り曲げ及び正極タブ群４０と第２正極集電体６２との接続について、説明する。図３は、正極タブ群４０の折り曲げ前において、第２正極集電体６２と正極タブ群４０との接続部近傍を示す。

　正極タブ群４０は、第２正極集電体６２におけるタブ接続部６２ｃに接続されている。具体的には、図３に示すように、正極タブ群４０の折り曲げ前において、第２正極集電体６２におけるタブ接続部６２ｃ上に正極タブ群４０を配置した状態で、タブ接続部６２ｃと正極タブ群４０とを接合（溶接）することによって、接続部６３が形成されている。

　ここで、正極タブ群４０は、図３に示すように、平板の幅方向一方側（図３における右側）に寄って、第２正極集電体６２におけるタブ接続部６２ｃに接続されている。すなわち、正極タブ群４０とタブ接続部６２ｃとの接続部６３は、平板の幅方向における正極タブ群４０の根本側（幅方向一方側、図３における右側）に寄っている。これにより、正極タブ群４０を折り曲げた際、より確実に正極タブ群４０の根本近傍に安定的に湾曲形状を形成することができる。

　なお、正極タブ群４０は、平板の幅方向中央において、第２正極集電体６２におけるタブ接続部６２ｃに接続されてもよい。

　図４は、正極タブ群４０の折り曲げ後において、第２正極集電体６２と正極タブ群４０との接続部近傍を示す。電極体３の第１主面３ａ及び第２主面３ｂに対して略平行に配置されていた（図３参照）第２正極集電体６２におけるタブ接続部６２ｃを、正極タブ群４０を折り曲げることによって、電極体３の巻回軸に対して略垂直な向きとする。すなわち、正極タブ群４０は、第２正極集電体６２との接続部６３側において、第１側壁１ｂに平行に折り曲げられる。折り曲げられた状態の正極タブ群４０は、テープ８０によって電極体３に固定される。

　図１０に示すように、非水電解質二次電池２０は、複数の電極体３を備えている。各電極体３の正極タブ群４０には、それぞれ第２正極集電体６２が接続されている。複数の電極体３を配列して、テープで纏めて固定することで、電極体群３００が形成される。各電極体３に設けられた第２正極集電体６２は、それぞれ、封口板２に設けられた１つの第１正極集電体６１に接続される。

　図１１，１２は第２正極集電体６２を第１正極集電体６１に接続する態様を示す図であり、図１１は正極タブ群４０の折り曲げ前の状態、図１２は正極タブ群４０の折り曲げ後の状態を示す。

　図１１に示すように、正極タブ群４０の折り曲げ前において、各第２正極集電体６２が第１正極集電体６１に臨む位置に、封口板２を配置する。図１２に示すように、各正極タブ群４０を折り曲げて、各第２正極集電体６２を、第１正極集電体６１に対面させる。

　このとき、各第２正極集電体６２は、ガイド部９１によって、第１正極集電体６１に位置決めされる。なお、「位置決め」とは、第２正極集電体６２を目標とする位置に停止させるのみならず、目標とする姿勢を維持させることも含む。

　以下、ガイド部９１について、詳細に説明する。上述したように、ガイド部９１は、内部側絶縁部材１１の本体部１１ａの端部から、第１側壁１ｂに沿って底部１ａ側へ延出している。具体的には、ガイド部９１は、一対の延在部９１ａを有する。一対の延在部９１ａは、第２正極集電体６２の幅方向両端部各々に沿って延びている。第２正極集電体６２は、一対の延在部９１ａによって、第１正極集電体６１に位置決めされている。

　一対の延在部９１ａの幅方向内側には、一対の凸部９１ｂが設けられている。一対の凸部９１ｂは、幅方向内側に突出し、各第２正極集電体６２における一対の凹部６２ｆに係合する。

　なお、本実施形態では、図１２に示すように、ガイド部９１は、延在部９１ａを３つ有している。中央の延在部９１ａは、幅方向両側の第２正極集電体６２各々の幅方向片側端部に沿って延びており、両方の第２正極集電体６２の位置決めに兼用されている。

　ガイド部９１は、絶縁材からなり、内部側絶縁部材１１と一体形成されていることが好ましい。

　かかる構成によれば、ガイド部９１によって、各第２正極集電体６２を第１正極集電体６１に位置決めすることで、両者の接続を容易に行うことができる。

　特に、本実施形態のように、複数の電極体３を備える場合には、各第２正極集電体６２の第１正極集電体６１に対する位置や姿勢を、互いに揃えることができる。これにより、各第２正極集電体６２が各正極タブ群４０から受ける反力の違いに起因する、各第２正極集電体６２の第１正極集電体６１に対する位置や姿勢のばらつきを、抑制することができる。したがって、各第２正極集電体６２と第１正極集電体６１との接合を安定して行うことができ、導通不良や接合強度不足等の発生を抑制することができる。

　以上の通り、体積エネルギー密度が高く、且つ、組み立てやすい構造を有する非水電解質二次電池を提供することができる。

　一対の延在部９１ａが第２正極集電体６２の幅方向両端部に当接することで、第２正極集電体６２の幅方向の位置決めを、より確実に行うことができる。

　一対の延在部９１ａにおける一対の凸部９１ｂと、第２正極集電体６２における一対の凹部６２ｆとが互いに係合することで、第２正極集電体６２の長さ方向（図１２における上下方向）の位置決めを、より確実に行うことができる。

　ガイド部９１を、内部側絶縁部材１１と一体形成することで、組み立て工数を削減することができる。

　図１３は、本実施形態の変形例１に係るガイド部９１を示す。本変形例において、一対の凸部９１ｂ各々には、ストッパー９１ｃが設けられている。ストッパー９１ｃは、第２正極集電体６２の厚み方向の移動を規制する。かかる構成によれば、第２正極集電体６２が第１正極集電体６１から離れにくくなる。

　図１４は、本実施形態の変形例２に係るガイド部９１を示す。本変形例において、ガイド部９１は、連結部９１ｄを有する。連結部９１ｄは、一対の延在部９１ａ各々の先端部同士を互いに連結する。かかる構成によれば、ガイド部９１は、連結部９１ｄによって補強され、強度が向上する。

　負極側も正極側と同様の構成であり、図６おいて、符号９は負極端子、符号５０は負極タブ群、符号７は負極集電体、符号７１は第１負極集電体、符号７２は第２負極集電体、符号１２は外部側絶縁部材、符号１３は内部側絶縁部材、符号９２はガイド部を示す。

　以上、本発明を好適な実施形態により説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、勿論、種々の改変が可能である。

　上記実施形態に係る非水電解質二次電池２０は、複数の電極体３を備え、電極体群３００を形成していたが、これに限定されない。図１５に示すように、非水電解質二次電池２０は、電極体３を１つだけ備える構成としてもよい。

　上記実施形態では、ガイド部９１は、内部側絶縁部材１１と一体形成されていたが、これに限定されない。例えば、ガイド部９１は、ボルト・ナット等によって、内部側絶縁部材１１に取り付けられてもよい。

　また、ガイド部９１，９２の材質は、絶縁材に限定されない。正極側のガイド部９１の材質は、例えばアルミ又はアルミ合金でもよい。負極側のガイド部９２の材質は、例えば銅又は銅合金でもよい。

　ガイド部９１は、必ずしも、内部側絶縁部材１１に、直接的に設けられなくてもよい。すなわち、ガイド部９１は、内部側絶縁部材１１に、間接的に設けられてもよい。ガイド部は９１、例えば、内部側絶縁部材１１の内部側に接続され、且つ、第１集電体６１を内部側から覆う保護カバーに、設けられてもよい。

　本実施形態では、一対の凹部６２ｆで断面積を絞ることによって、ヒューズ部６６を形成したが、これに限定されない。ヒューズ部６６は、先の出願のように、平板の幅方向にスリットを設けることで形成されてもよい（図５参照）。この場合、一対の凹部６２ｆは、ヒューズ部６６の機能とは無関係に設けられる。また、ヒューズ部６６は、第２集電体６２ではなく、第１集電体６１に設けられてもよい。この場合、第２集電体６２には、ヒューズ部６６が設けられないが、一対の凹部６２ｆは設けられる。なお、第２集電体６２における一対の凹部６２ｆ及びガイド部９１の一対の延在部９１ａにおける一対の凸部９１ｂは、必ずしも設ける必要はない。

１　　角形外装体
１ｂ　　第１側壁（側壁）
２　　封口板
３　　電極体
４　　正極板
５　　負極板
８　　正極端子（電極端子）
１１　　内部側絶縁部材（絶縁部材）
２０　　非水電解質二次電池
４０　　正極タブ群（タブ群）
６１　　第１正極集電体（第１集電体）
６２　　第２正極集電体（第２集電体）
６２ｆ　　一対の凹部
６３　　接続部
９１　　ガイド部
９１ａ　　一対の延在部
９１ｂ　　一対の凸部
９１ｃ　　ストッパー
９１ｄ　　連結部

Claims (7)

1. 　正極板と負極板とを含む電極体と、
   　開口を有し、前記電極体を収容した角形外装体と、
   　前記開口を封口した封口板と、
   　前記封口板に設けられた電極端子と、
   　前記電極体と前記封口板との間に配置され、前記電極端子に接続された第１集電体と、
   　前記封口板と前記第１集電体との間に配置された絶縁部材と、
   　前記電極体と、前記角形外装体における側壁との間に配置され、前記第１集電体に接続された第２集電体と、
   　前記電極体から前記側壁側に延出し、前記第２集電体に接続されたタブ群と、
   を備え、
   　前記第２集電体は、前記側壁に平行な面を有する平板からなり、
   　前記タブ群は、前記第２集電体に接続され、且つ、該第２集電体との接続部側において、前記側壁に平行に折り曲げられており、
   　前記第２集電体は、前記絶縁部材から延出したガイド部によって、前記第１集電体に位置決めされている、非水電解質二次電池。
2. 　前記ガイド部は、前記第２集電体の幅方向両端部各々に沿って延びる一対の延在部を有し、
   　前記第２集電体は、前記一対の延在部によって、前記第１集電体に位置決めされている、請求項１に記載の非水電解質二次電池。
3. 　前記第２集電体の幅方向両端部には、該幅方向内側に凹む一対の凹部が設けられており、
   　前記一対の延在部の幅方向内側には、該幅方向内側に突出し、前記一対の凹部に係合する一対の凸部が設けられている、請求項２に記載の非水電解質二次電池。
4. 　前記一対の凸部各々には、前記第２集電体の移動を規制するストッパーが設けられている、請求項３に記載の非水電解質二次電池。
5. 　前記ガイド部は、前記一対の延在部各々の先端部同士を互いに連結する連結部を有する、請求項２に記載の非水電解質二次電池。
6. 　前記ガイド部は、絶縁材からなり、前記絶縁部材と一体形成されている、請求項１に記載の非水電解質二次電池。
7. 　前記電極体を複数備え、
   　前記各電極体の前記タブ群に、それぞれ前記第２集電体が接続されており、
   　前記各第２集電体は、それぞれ前記ガイド部によって、前記第１集電体に位置決めされている、請求項１に記載の非水電解質二次電池。

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