WO2022209061A1 - 二次電池 - Google Patents

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WO2022209061A1
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secondary battery
terminal portion
negative electrode
terminal
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泰地 葛本
吉一 堀越
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株式会社村田製作所
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    • H01M50/566Terminals characterised by their manufacturing process by welding, soldering or brazing

Definitions

  • This technology relates to secondary batteries.
  • the electrode body is housed inside the exterior case, and a sealing member is interposed between the case body and the flat electrode terminal member (see Patent Document 1, for example).
  • An electrode group is housed inside a battery case, and the battery case is provided with a conductive spring-like protrusion (see, for example, Patent Document 2).
  • An electrode plate laminate is housed inside a battery can having a crimping structure (see Patent Documents 3 to 7, for example).
  • JP 2019-046639 A Japanese Patent Publication No. 01-019739 JP-A-11-067278 JP 2009-123375 A JP-A-2007-335232 JP-A-2006-080072 JP-A-09-120826
  • a secondary battery includes an exterior member having a through hole, a battery element that is housed inside the exterior member and includes a positive electrode and a negative electrode, and is arranged outside the exterior member and penetrates the battery element. It has an electrode terminal that shields the mouth, an insulating sealing member arranged between the electrode terminal and the exterior member, and a positive electrode wiring connected to the positive electrode.
  • the exterior member includes a housing portion having an opening for housing the battery element inside, and a lid portion having a through hole and closing the opening. The housing portion and the lid portion are welded together.
  • the electrode terminal includes at least a first terminal portion arranged inside the through hole and welded to the positive electrode wiring, and a second terminal portion arranged outside the lid portion and connected to the first terminal portion. .
  • the first terminal portion includes an aluminum-containing material and the second terminal portion includes a metallic material having a longitudinal elastic modulus greater than the longitudinal elastic modulus of the aluminum-containing material.
  • Aluminum-containing material is a general term for materials containing aluminum as a constituent element. Therefore, the aluminum-containing material may be aluminum alone or an aluminum alloy. The details of this aluminum-containing material will be described later.
  • the electrode terminal includes the first terminal portion and the second terminal portion, the first terminal portion is arranged at least inside the through hole, and the second terminal portion is arranged inside the through hole.
  • a terminal portion is disposed outside the lid portion, a positive electrode wire is welded to a second terminal portion, the first terminal portion includes an aluminum-containing material, and the second terminal portion includes an aluminum-containing material. Since it contains a metal material having a longitudinal elastic modulus greater than the elastic modulus of , it is possible to obtain excellent deformation resistance properties and excellent electrical conduction properties.
  • FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view showing the configuration of the secondary battery shown in FIG. 1;
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing a configuration of an external terminal shown in FIG. 2;
  • FIG. 3 is an enlarged sectional view showing the configuration of the battery element shown in FIG. 2;
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing the configuration of a secondary battery of a first comparative example;
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing the configuration of a secondary battery of a second comparative example;
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing a configuration (part 1) of a secondary battery of modification 1;
  • FIG. 10 is a cross-sectional view showing the configuration of a secondary battery of Modification 2.
  • the secondary battery described here has a columnar three-dimensional shape. Therefore, as will be described later, the secondary battery has a pair of bottom portions facing each other and side wall portions connected to the pair of bottom portions, respectively.
  • the secondary battery is a so-called coin-side or button-type secondary battery, and the height of the secondary battery is smaller than the outer diameter.
  • the “outer diameter” is the diameter (maximum diameter) of each of the pair of bottoms, and the “height” is the distance (maximum distance) from one bottom to the other.
  • the secondary battery includes a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte, and the charge capacity of the negative electrode is greater than the discharge capacity of the positive electrode. That is, the electrochemical capacity per unit area of the negative electrode is set to be larger than the electrochemical capacity per unit area of the positive electrode. This is to prevent electrode reactants from depositing on the surface of the negative electrode during charging.
  • the type of electrode reactant is not particularly limited, but specifically light metals such as alkali metals and alkaline earth metals.
  • alkali metals are lithium, sodium and potassium
  • alkaline earth metals are beryllium, magnesium and calcium.
  • lithium ion secondary battery A secondary battery whose battery capacity is obtained by utilizing the absorption and release of lithium is a so-called lithium ion secondary battery.
  • lithium ion secondary battery lithium is intercalated and deintercalated in an ionic state.
  • FIG. 1 shows a perspective configuration of a secondary battery.
  • FIG. 2 is an enlarged sectional view of the secondary battery shown in FIG.
  • FIG. 3 shows a cross-sectional configuration of the external terminal 30 shown in FIG.
  • FIG. 4 is an enlarged sectional view of the battery element 20 shown in FIG. However, in FIG. 4, only part of the battery element 20 is shown.
  • the upper side in FIGS. 2 and 3 is the upper side of the secondary battery
  • the lower side in FIGS. 2 and 3 is the lower side of the secondary battery
  • the secondary battery shown in FIG. 1 is a button type secondary battery having an outer diameter D and a height H, it has a three-dimensional shape in which the height H is smaller than the outer diameter D, that is, a flat and columnar three-dimensional shape. It has a typical shape.
  • the three-dimensional shape of the secondary battery is flat and cylindrical (columnar)
  • the ratio D/H of the outer diameter D to the height H is greater than one.
  • the specific dimensions of the secondary battery are not particularly limited.
  • the ratio D/H is preferably 25 or less.
  • this secondary battery comprises an outer can 10, a battery element 20, an external terminal 30, a gasket 40, a positive electrode lead 51 and a negative electrode lead 52, an insulating plate 60, a sealant 70.
  • the exterior can 10 is a hollow exterior member that houses the battery element 20 and the like, and has a through hole 10K.
  • the outer can 10 has a flat and cylindrical three-dimensional shape according to the three-dimensional shape of the secondary battery, which is flat and cylindrical. Therefore, the outer can 10 has a side wall portion M3 as well as an upper bottom portion M1 and a lower bottom portion M2 facing each other.
  • the side wall portion M3 is arranged between the upper base portion M1 and the lower base portion M2, and is connected to the upper base portion M1 and the lower base portion M2, respectively.
  • the planar shape of each of the upper base portion M1 and the lower base portion M2 is circular, and the surface of the side wall portion M3 is an outwardly convex curved surface.
  • the outer can 10 includes a storage portion 11 and a lid portion 12 that are welded together. That is, as will be described later, since the lid portion 12 is welded to the storage portion 11, the storage portion 11 is sealed by the lid portion 12 (see FIG. 5).
  • the housing portion 11 is a flat and columnar substantially container-like member (lower bottom portion M2 and side wall portion M3) that houses therein the battery element 20 and the like.
  • the storage portion 11 has a structure in which the lower bottom portion M2 and the side wall portion M3 are integrated with each other. Since the housing portion 11 has a hollow structure with an open upper end and a closed lower end, it has an opening 11K at its upper end.
  • the lid portion 12 is a substantially plate-like member (upper bottom portion M1) that closes the opening portion 11K, and has the through hole 10K described above.
  • the through-hole 10K is a place where the lower terminal portion 31 is arranged, as will be described later.
  • the lid portion 12 In the secondary battery after completion, that is, in the secondary battery after the lid portion 12 is welded to the storage portion 11, the lid portion 12 is already welded to the storage portion 11. The portion 11K is closed by the lid portion 12 . In this state, even if the external appearance of the secondary battery is observed, it is conceivable that it is not possible to confirm after the fact whether or not the storage portion 11 has the opening portion 11K.
  • the lid portion 12 has a thickness T12.
  • the thickness T12 is an average value of five thicknesses T12 measured at five locations separated from each other.
  • the lid portion 12 has a recess portion 12U.
  • the lid portion 12 is bent so as to be partially recessed toward the inside of the storage portion 11, so that a portion of the lid portion 12 is bent to form a downward step.
  • the through-hole 10K described above is provided in the recessed portion 12U.
  • the shape of the recessed portion 12U that is, the shape defined by the outer edge of the recessed portion 12U when the secondary battery is viewed from above is not particularly limited.
  • the shape of the recessed portion 12U is circular.
  • the inner diameter and depth of the recessed portion 12U are not particularly limited, they can be set arbitrarily.
  • the outer can 10 is a can (a so-called welded can) in which two members (the storage portion 11 and the lid portion 12) that are physically separated from each other are welded together.
  • the outer can 10 since the outer can 10 is physically one member as a whole, it cannot be separated into two members (the storage portion 11 and the lid portion 12) afterwards.
  • the outer can 10 which is a welded can, is a can (so-called crimpless can) different from a crimped can formed using caulking. This is because the energy density per unit volume (so-called volumetric energy density) increases because the element space volume increases inside the outer can 10 .
  • This “element space volume” is the volume (effective volume) of the internal space of the outer can 10 that can be used to house the battery element 20 .
  • the armored can 10 which is a welded can, does not have a portion in which two or more members overlap each other, and does not have a portion in which two or more members overlap each other.
  • Does not have a portion folded over means that the outer can 10 is not processed (bent) so that a part of the outer can 10 is folded over. Further, “not having a portion where two or more members overlap each other” means that the outer can 10 is physically one member after the completion of the secondary battery. It literally means that it cannot be separated into two or more members. In other words, the state of the outer can 10 is not a state in which two or more members are combined while overlapping each other so that they can be separated later.
  • each of the storage portion 11 and the lid portion 12 has conductivity. Since the outer can 10 is connected to the battery element 20 (negative electrode 22 to be described later) through the negative electrode lead 52 , it is electrically connected to the negative electrode 22 . As a result, the outer can 10 functions as an external connection terminal for the negative electrode 22 . Since the secondary battery does not need to be provided with an external connection terminal for the negative electrode 22 separately from the outer can 10, the decrease in the element space volume due to the presence of the external connection terminal for the negative electrode 22 is suppressed. is. As a result, the element space volume increases, so the volumetric energy density increases.
  • each of the outer can 10, that is, the storage portion 11 and the lid portion 12 contains one or more of conductive materials such as metal materials and alloy materials, and the conductive materials
  • conductive materials such as metal materials and alloy materials
  • conductive materials include iron, copper, nickel, stainless steel, iron alloys, copper alloys and nickel alloys.
  • specific examples include SUS304 and SUS316.
  • the material for forming the storage portion 11 and the material for forming the lid portion 12 may be the same as or different from each other.
  • the lid portion 12 is insulated via a gasket 40 from an external terminal 30 functioning as an external connection terminal for the positive electrode 21, as will be described later. This is because contact (short circuit) between the outer can 10 (terminal for external connection of the negative electrode 22) and the external terminal 30 (terminal for external connection of the positive electrode 21) is prevented.
  • the battery element 20 is a power generating element that advances charge/discharge reactions, and is housed inside the outer can 10. As shown in FIG.
  • the battery element 20 includes a positive electrode 21, a negative electrode 22, a separator 23, and an electrolytic solution (not shown) that is a liquid electrolyte.
  • the battery element 20 described here is a so-called wound electrode body. That is, in the battery element 20, the positive electrode 21 and the negative electrode 22 are laminated with the separator 23 interposed therebetween, and the positive electrode 21, the negative electrode 22 and the separator 23 are wound. Accordingly, since the positive electrode 21 and the negative electrode 22 are wound while facing each other with the separator 23 interposed therebetween, the battery element 20 has a winding center space 20K that is a winding core.
  • the battery element 20 Since the battery element 20 has a three-dimensional shape similar to the three-dimensional shape of the outer can 10, it has a flat and cylindrical three-dimensional shape. Compared to the case where the battery element 20 has a three-dimensional shape different from the three-dimensional shape of the outer can 10, when the battery element 20 is accommodated inside the outer can 10, dead space (the outer can 10 and the battery element 20) is less likely to occur, and the internal space of the outer can 10 is effectively utilized. As a result, the element space volume increases, so the volumetric energy density increases.
  • the positive electrode 21 includes a positive electrode current collector 21A and a positive electrode active material layer 21B.
  • the positive electrode current collector 21A is a conductive support that supports the positive electrode active material layer 21B, and has a pair of surfaces on which the positive electrode active material layer 21B is provided.
  • the positive electrode current collector 21A contains one or more of conductive materials such as metal materials, and a specific example of the metal material is aluminum.
  • the positive electrode active material layer 21B is provided on both sides of the positive electrode current collector 21A, and contains one or more of positive electrode active materials capable of intercalating and deintercalating lithium.
  • the positive electrode active material layer 21B may be provided only on one side of the positive electrode current collector 21A on the side where the positive electrode 21 faces the negative electrode 22 .
  • the positive electrode active material layer 21B may further contain one or more of additives such as a positive electrode binder and a positive electrode conductive agent.
  • a method for forming the positive electrode active material layer 21B is not particularly limited, but a specific example is a coating method.
  • the positive electrode active material contains a lithium compound. This is because a high energy density can be obtained.
  • This lithium compound is a compound containing lithium as a constituent element, and more specifically, a compound containing lithium and one or more transition metal elements as constituent elements.
  • the lithium compound may further contain one or more of elements other than lithium and transition metal elements.
  • the type of lithium compound is not particularly limited, but specific examples include oxides, phosphoric acid compounds, silicic acid compounds and boric acid compounds. Specific examples of oxides include LiNiO 2 , LiCoO 2 and LiMn 2 O 4 . Specific examples of phosphoric acid compounds include LiFePO4 and LiMnPO4 .
  • the positive electrode binder contains one or more of synthetic rubber and polymer compounds.
  • the synthetic rubber is styrene-butadiene rubber and the like, and the polymer compound is polyvinylidene fluoride and the like.
  • the positive electrode conductive agent contains one or more of conductive materials such as carbon materials, such as graphite, carbon black, acetylene black, and ketjen black.
  • the conductive material may be a metal material, a polymer compound, or the like.
  • the negative electrode 22 includes a negative electrode current collector 22A and a negative electrode active material layer 22B.
  • the negative electrode current collector 22A is a conductive support that supports the negative electrode active material layer 22B, and has a pair of surfaces on which the negative electrode active material layer 22B is provided.
  • the negative electrode current collector 22A contains one or more of conductive materials such as metal materials, and a specific example of the metal material is copper.
  • the negative electrode active material layer 22B is provided on both surfaces of the negative electrode current collector 22A, and contains one or more of negative electrode active materials capable of intercalating and deintercalating lithium.
  • the negative electrode active material layer 22B may be provided only on one side of the negative electrode current collector 22A on the side where the negative electrode 22 faces the positive electrode 21 .
  • the negative electrode active material layer 22B may further contain one or more of additives such as a negative electrode binder and a negative electrode conductor. The details of the negative electrode binder and the negative electrode electrical conductor are the same as the details of the positive electrode binder and the positive electrode electrical conductor.
  • the method of forming the negative electrode active material layer 22B is not particularly limited, but specifically, any one of a coating method, a vapor phase method, a liquid phase method, a thermal spraying method, a firing method (sintering method), or the like, or Two or more types.
  • the negative electrode active material includes one or both of a carbon material and a metal-based material. This is because a high energy density can be obtained.
  • Carbon materials include graphitizable carbon, non-graphitizable carbon and graphite (natural graphite and artificial graphite).
  • a metallic material is a material containing as constituent elements one or more of metallic elements and semi-metallic elements capable of forming an alloy with lithium. , silicon and tin.
  • the metallic material may be a single substance, an alloy, a compound, a mixture of two or more thereof, or a material containing two or more phases thereof. Specific examples of metallic materials include TiSi 2 and SiO x (0 ⁇ x ⁇ 2 or 0.2 ⁇ x ⁇ 1.4).
  • the separator 23 is an insulating porous film interposed between the positive electrode 21 and the negative electrode 22 and allows lithium ions to pass therethrough while preventing contact (short circuit) between the positive electrode 21 and the negative electrode 22 .
  • This separator 23 contains a polymer compound such as polyethylene.
  • the electrolyte is impregnated in each of the positive electrode 21, the negative electrode 22 and the separator 23 and contains a solvent and an electrolyte salt.
  • the solvent contains one or more of non-aqueous solvents (organic solvents) such as a carbonate-based compound, a carboxylic acid ester-based compound, and a lactone-based compound, and includes the non-aqueous solvent.
  • the electrolytic solution is a so-called non-aqueous electrolytic solution.
  • the electrolyte salt contains one or more of light metal salts such as lithium salts.
  • the external terminal 30 is an electrode terminal connected to an electronic device when the secondary battery is mounted on the electronic device, as shown in FIGS.
  • the external terminal 30 is arranged outside the outer can 10 and shields the through hole 10K.
  • the external terminal 30 is supported by the outer can 10 via a gasket 40 , and more specifically, is thermally welded to the lid portion 12 via the gasket 40 . Thereby, the external terminal 30 is fixed to the lid portion 12 via the gasket 40 while being insulated from the lid portion 12 via the gasket 40 .
  • the external terminal 30 is electrically connected to the positive electrode 21 because it is connected to the battery element 20 (the positive electrode 21 described above) via the positive electrode lead 51 .
  • the external terminal 30 functions as an external connection terminal for the positive electrode 21 .
  • the secondary battery is connected to the electronic device via the external terminal 30 (the terminal for external connection of the positive electrode 21) and the outer can 10 (the terminal for external connection of the negative electrode 22). becomes operable using a secondary battery as a power source.
  • the external terminal 30 is a substantially plate-shaped member that partially protrudes toward the battery element 20 .
  • the external terminal 30 includes a lower terminal portion 31 and an upper terminal portion 32, and is a so-called clad material.
  • the lower terminal portion 31 is a first terminal portion arranged inside the through-hole 10K, and has a substantially cylindrical three-dimensional shape.
  • the lower terminal portion 31 is separated from the lid portion 12 .
  • the lower terminal portion 31 has an outer diameter D31 and a thickness T31.
  • the outer diameter D31 is the average value of the five outer diameters D31 measured at five locations separated from each other
  • the thickness T31 is the five thicknesses measured at the five locations separated from each other. It is the average value of T31.
  • the lower terminal portion 31 is arranged inside the through hole 10K, the lower terminal portion 31 is exposed inside the outer can 10 (the storage portion 11 and the lid portion 12). . Thereby, the lower terminal portion 31 is connected to the positive electrode lead 51 , more specifically, welded to the positive electrode lead 51 .
  • the lower terminal portion 31 contains one or more of aluminum-containing materials.
  • the reason why the lower terminal portion 31 contains the aluminum-containing material and the positive electrode lead 51 is welded to the lower terminal portion 31 is compared with the case where the lower terminal portion 31 does not contain the aluminum-containing material. As a result, even if the lower terminal portion 31 becomes a high potential, it becomes difficult to melt. As a result, the positive electrode lead 51 is easily welded to the lower terminal portion 31 , thereby ensuring electrical continuity between the lower terminal portion 31 and the positive electrode lead 51 . In addition, a short circuit between the positive electrode 21 and the negative electrode 22 caused by the melted material of the lower terminal portion 31 is prevented.
  • the content of aluminum in the aluminum alloy is not particularly limited, it is preferably 50% by weight or more. That is, the aluminum alloy is preferably an alloy containing aluminum as its main component (main constituent element). This is because the lower terminal portion 31 becomes more difficult to melt.
  • the secondary battery is disassembled, the lower terminal portion 31 is collected, and then the lower terminal portion 31 is measured.
  • the longitudinal modulus of elasticity may be measured.
  • the longitudinal elastic modulus of the aluminum-containing material may be measured by separately preparing the material of (aluminum-containing material).
  • the modulus of longitudinal elasticity is not measured when the material (type of aluminum-containing material) forming the lower terminal portion 31 is known.
  • the modulus of longitudinal elasticity may be examined using encyclopedias, literature, catalogs, and the like.
  • the type of welding method is not particularly limited, but specifically, one or more of resistance welding and laser welding.
  • the details of the welding method described here are the same hereinafter.
  • the welding method used for welding the positive electrode lead 51 to the lower terminal portion 31 is preferably the laser welding method. This is because the positive electrode lead 51 can be easily and stably welded to the lower terminal portion 31 , thereby sufficiently improving the electrical conductivity between the lower terminal portion 31 and the positive electrode lead 51 .
  • the welding depth P of the positive electrode lead 51 to the lower terminal portion 31 is not particularly limited. As shown in FIG. 3 , this “welding depth P” means that the lower terminal portion 31 is heated due to the heat generated during the welding process of the positive electrode lead 51 to the lower terminal portion 31 . More specifically, it is the depth from the lower surface of the lower terminal portion 31 .
  • the upper limit (heating upper limit) of the range in which the lower terminal portion 31 is heated is indicated by a dashed line.
  • the welding depth P is the distance from the lower surface of the lower terminal portion 31 to the heating upper limit (broken line).
  • the welding depth P is preferably smaller than the thickness T31 of the lower terminal portion 31. That is, when the positive electrode lead 51 is welded to the lower terminal portion 31, the upper terminal portion 32 is not heated together with the lower terminal portion 31, and only the lower terminal portion 31 is partially heated. preferable. Since melting of the upper terminal portion 32 is suppressed in the welding process of the positive electrode lead 51 to the lower terminal portion 31, the welding strength of the positive electrode lead 51 to the lower terminal portion 31 is maintained and the external terminal 30 is further deformed. This is because it becomes difficult to
  • the upper terminal portion 32 is a second terminal portion arranged outside the lid portion 12 and has a substantially plate-like three-dimensional shape. Since the gasket 40 is interposed between the upper terminal portion 32 and the lid portion 12 , the upper terminal portion 32 is insulated from the lid portion 12 via the gasket 40 .
  • the upper terminal portion 32 has an outer diameter D32 and a thickness T32.
  • the outer diameter D32 is the average value of the five outer diameters D32 measured at five locations separated from each other
  • the thickness T32 is the five thicknesses measured at the five locations separated from each other. It is the average value of T32.
  • the upper terminal portion 32 is connected to the lower terminal portion 31 , it is electrically connected to the lower terminal portion 31 . That is, since the external terminal 30 including the lower terminal portion 31 and the upper terminal portion 32 is made of the clad material as described above, the lower terminal portion 31 and the upper terminal portion 32 are rolled and joined to each other.
  • the upper terminal portion 32 is made of a metal material (hereinafter referred to as “elastic metal material”) having a longitudinal elastic modulus larger than that of the material (aluminum-containing material) forming the lower terminal portion 31 . contains any one or two or more of
  • the reason why the upper terminal portion 32 contains an elastic metal material is that the upper terminal portion 32 is deformed when the internal pressure of the outer can 10 increases, compared to the case where the upper terminal portion 32 does not contain an elastic metal material. This is because it becomes difficult to The reason why the internal pressure of the outer can 10 rises is that the decomposition reaction of the electrolytic solution proceeds excessively when the secondary battery is charged under the condition of a large current or when the secondary battery is overcharged. This is because a large amount of gas is generated inside the can 10 . This makes it difficult for the external terminal 30 to deform, thereby suppressing swelling of the secondary battery. In this case, even if the cover portion 12 is deformed when the internal pressure is increased, the external terminals 30 are less likely to be deformed, so swelling of the secondary battery is effectively suppressed.
  • the procedure for identifying the modulus of longitudinal elasticity of the upper terminal portion 32 containing the elastic metal material is the same as the procedure for identifying the modulus of longitudinal elasticity of the lower terminal portion 31 containing the aluminum-containing material described above. That is, the longitudinal elastic modulus of the upper terminal portion 32 may be measured, the longitudinal elastic modulus of an elastic metal material prepared separately from the upper terminal portion 32 may be measured, or a catalog or the like may be used to measure the longitudinal elastic modulus. The longitudinal modulus may also be examined.
  • the relationship between the thickness T12 of the lid portion 12 and the thickness T32 of the upper terminal portion 32 is not particularly limited, but the thickness T32 is preferably larger than the thickness T12. This is because the rigidity of the upper terminal portion 32 is higher than that of the lid portion 12, so that the upper terminal portion 32 is less likely to deform in response to an external force. As a result, the external terminals 30 are less likely to deform when the internal pressure increases, and thus the secondary battery is less likely to swell.
  • the rigidity of the upper terminal portion 32 since the rigidity of the upper terminal portion 32 is ensured, the rigidity of the lid portion 12 may be low. Thereby, the thickness T12 of the lid portion 12 can be made as thin as possible.
  • the relationship between the outer diameter D31 of the lower terminal portion 31 and the outer diameter D32 of the upper terminal portion 32 is not particularly limited, it is preferable that the outer diameter D32 is larger than the outer diameter D31. Since the heat-welding area of the upper terminal portion 32, that is, the area where the upper terminal portion 32 is heat-welded to the lid portion 12 via the gasket 40, increases, the external terminal 30 is easily fixed to the lid portion 12 via the gasket 40. Because it becomes As a result, the external terminals 30 are less likely to deform when the internal pressure increases, and thus the secondary battery is less likely to swell.
  • the external terminal 30, more specifically the upper terminal portion 32 is arranged inside the recess portion 12U. That is, the upper terminal portion 32 is housed inside the recessed portion 12U so as not to protrude outside the recessed portion 12U. This is because the height H of the secondary battery is smaller than in the case where the upper terminal portion 32 protrudes outward beyond the recessed portion 12U, thereby increasing the volumetric energy density.
  • the upper terminal portion 32 is separated from the lid portion 12 at its periphery. This is to prevent the external terminal 30 functioning as an external connection terminal for the positive electrode 21 and the outer can 10 functioning as an external connection terminal for the negative electrode 22 from coming into contact with each other.
  • the gasket 40 is an insulating sealing member arranged between the external terminal 30 and the outer can 10 so as not to block the through hole 10K. More specifically, the gasket 40 is arranged between the upper terminal portion 32 and the lid portion 12 . However, the installation range of the gasket 40 may be expanded as necessary.
  • the gasket 40 contains one or more of insulating and thermally fusible polymer compounds, and a specific example of the polymer compound is polypropylene. As a result, the external terminal 30 is thermally welded to the lid portion 12 via the gasket 40 .
  • the gasket 40 does not block the through-hole 10K as described above, it has a ring-shaped three-dimensional shape having a through-hole at a location corresponding to the through-hole 10K.
  • the three-dimensional shape of the gasket 40 is not particularly limited, it can be arbitrarily changed.
  • the positive electrode lead 51 is a positive electrode wiring that is housed inside the outer can 10 and connected to the positive electrode 21, as shown in FIG.
  • the positive electrode lead 51 is welded to the positive electrode current collector 21A and welded to the lower terminal portion 31 .
  • the secondary battery has one positive electrode lead 51 here, it may have two or more positive electrode leads 51 . This is because the electrical resistance of the battery element 20 decreases as the number of the positive electrode leads 51 increases.
  • the details of the material forming the positive electrode lead 51 are the same as the details of the material forming the positive electrode current collector 21A. However, the material for forming the positive electrode lead 51 and the material for forming the positive electrode current collector 21A may be the same as or different from each other.
  • the positive electrode lead 51 is connected to each of the positive electrode 21 and the lower terminal portion 31 as described above. For this reason, the positive electrode lead 51 extends from the connection point for the positive electrode 21 to the connection point for the lower terminal portion 31 between the lid portion 12 and the battery element 20 . Thereby, the positive electrode lead 51 is protected by the sealant 70 between the positive electrode 21 and the lower terminal portion 31 .
  • the positive electrode lead 51 preferably extends between the lid portion 12 and the battery element 20 while being welded to the lower terminal portion 31 without being folded halfway. This is because the volume energy density increases, and the battery capacity increases.
  • the volume occupied by the positive electrode lead 51 inside the outer can 10 increases, so the volume occupied by the battery element 20 inside the outer can 10 decreases. do.
  • the height of the battery element 20, that is, the height of each of the positive electrode 21 and the negative electrode 22 is reduced by the amount that the positive electrode lead 51 is folded back, so that the volumetric energy density is reduced.
  • the volume occupied by the positive electrode lead 51 inside the outer can 10 decreases, so the volume occupied by the battery element 20 inside the outer can 10 increases. To increase. This increases the height of the battery element 20, thereby increasing the volumetric energy density.
  • the positive electrode lead 51 may terminate at a connection point to the lower terminal portion 31 or may extend beyond the connection point to the lower terminal portion 31 . In the latter case, it is preferable that the positive electrode lead 51 is protected by the sealant 70 even before the connection to the lower terminal portion 31 .
  • FIG. 2 shows the case where the positive electrode lead 51 extends beyond the connection point with the lower terminal portion 31 .
  • the positive electrode lead 51 is physically separated from the positive electrode current collector 21A, it is separated from the positive electrode current collector 21A. However, since the positive electrode lead 51 is physically continuous with the positive electrode current collector 21A, it may be integrated with the positive electrode current collector 21A.
  • the negative electrode lead 52 is, as shown in FIG.
  • the negative electrode lead 52 is welded to the negative electrode current collector 22A and is also welded to the storage portion 11 .
  • the secondary battery has one negative electrode lead 52 here, it may have two or more negative electrode leads 52 . This is because the electrical resistance of the battery element 20 decreases as the number of the negative electrode leads 52 increases.
  • the details of the material forming the negative electrode lead 52 are the same as the details of the material forming the negative electrode current collector 22A. However, the material for forming the negative electrode lead 52 and the material for forming the negative electrode current collector 22A may be the same as or different from each other.
  • the negative electrode lead 52 is physically separated from the negative electrode current collector 22A, it is separated from the negative electrode current collector 22A. However, since the negative electrode lead 52 is physically continuous with the negative electrode current collector 22A, it may be integrated with the negative electrode current collector 22A.
  • the insulating plate 60 is an insulating member arranged between the lid portion 12 and the battery element 20, as shown in FIG.
  • the insulating plate 60 contains one or more of insulating materials such as polymer compounds, and a specific example of the polymer compound is polyimide.
  • the insulating plate 60 preferably has a through hole 60K at a position that overlaps part or all of the winding center space 20K.
  • a through hole 60K at a position that overlaps part or all of the winding center space 20K.
  • the sealant 70 is a member that protects the positive electrode lead 51 and has a tube-like structure covering the periphery of the positive electrode lead 51 .
  • the sealant 70 contains an insulating material such as a polymer compound, and a specific example of the polymer compound is polyimide. Thereby, the positive electrode lead 51 is insulated from each of the lid portion 12 and the negative electrode 22 via the sealant 70 .
  • the positive electrode lead 51 is not covered with the sealant 70 and is exposed at a portion facing the lower terminal portion 31 . This is because the positive electrode lead 51 is welded to the lower terminal portion 31 .
  • the external terminal 30 is pushed outward according to the internal pressure.
  • the pressing force that pushes the external terminal 30 outward is greater than the adhesive force with which the external terminal 30 is adhered (thermally welded) to the lid 12 via the gasket 40, the lid 12 will Since the external terminal 30 is partially or wholly separated from the lid 12, a gap is formed between the lid 12 and the external terminal 30. As shown in FIG. As a result, the internal pressure is released using the gap, so that the outer can 10 is prevented from bursting.
  • FIG. 5 shows a perspective configuration corresponding to FIG. 1 in order to explain the manufacturing method of the secondary battery. However, FIG. 5 shows a state in which the storage portion 11 and the lid portion 12 are separated from each other.
  • FIG. 1 to FIG. 4 already described will be referred to along with FIG.
  • the positive electrode 21 and the negative electrode 22 are prepared and the electrolytic solution is prepared according to the procedure illustrated below, and then the secondary battery is assembled using the positive electrode 21, the negative electrode 22 and the electrolytic solution. At the same time, the secondary battery after assembly is stabilized.
  • a storage portion 11 and a lid portion 12 that are physically separated from each other are used to form the outer can 10 .
  • the storage section 11 has the opening 11K.
  • the lid portion 12 has the recess portion 12U, and the external terminals 30 (the lower terminal portion 31 and the upper terminal portion 32) are preliminarily connected to the lid portion 12 via the gasket 40. are heat-sealed.
  • a paste-like positive electrode mixture slurry is prepared by putting a positive electrode mixture in which a positive electrode active material, a positive electrode binder, and a positive electrode conductor are mixed together into a solvent.
  • This solvent may be an aqueous solvent or an organic solvent.
  • the cathode active material layer 21B is formed by applying the cathode mixture slurry to both surfaces of the cathode current collector 21A.
  • the cathode active material layer 21B is compression-molded using a roll press or the like. In this case, the positive electrode active material layer 21B may be heated and the compression molding process may be repeated multiple times. As a result, the cathode active material layers 21B are formed on both surfaces of the cathode current collector 21A, so that the cathode 21 is produced.
  • a paste-like negative electrode mixture slurry is prepared by putting a negative electrode mixture in which a negative electrode active material, a negative electrode binder, and a negative electrode conductor are mixed together into a solvent.
  • the anode active material layer 22B is formed by applying the anode mixture slurry to both surfaces of the anode current collector 22A.
  • the negative electrode active material layer 22B is compression-molded using a roll press or the like. The details of the compression molding process of the negative electrode active material layer 22B are the same as the details of the compression molding process of the positive electrode active material layer 21B. As a result, the negative electrode 22 is manufactured because the negative electrode active material layers 22B are formed on both surfaces of the negative electrode current collector 22A.
  • the positive electrode lead 51 is connected to the positive electrode current collector 21A of the positive electrode 21 using a welding method or the like.
  • sealant 70 is used to partially cover positive lead 51 .
  • the negative electrode lead 52 is connected to the negative electrode current collector 22A of the negative electrode 22 by using a welding method or the like.
  • a wound body 20Z having The wound body 20Z has the same structure as the battery element 20 except that the positive electrode 21, the negative electrode 22 and the separator 23 are not impregnated with the electrolytic solution.
  • the insulating plate 60 is stored together with the wound body 20Z inside the storage portion 11 through the opening 11K.
  • the welding method is used to connect the negative electrode lead 52 to the housing portion 11 .
  • the electrolytic solution is injected into the storage portion 11 through the opening portion 11K.
  • the wound body 20Z (the positive electrode 21, the negative electrode 22, and the separator 23) is impregnated with the electrolytic solution, so that the battery element 20 is produced.
  • part of the electrolytic solution is supplied to the inside of the winding central space 20K, so that the electrolytic solution impregnates the wound body 20Z from the inside of the winding central space 20K.
  • the storage portion is welded using a welding method.
  • a lid portion 12 is welded to 11 .
  • the positive electrode lead 51 is connected to the lower terminal portion 31 using a welding method.
  • the end portion of the positive electrode lead 51 is overlapped on the lower terminal portion 31, and then the positive electrode lead 51 is A welding laser is applied to the end of the Thereby, the positive electrode lead 51 is welded to the lower terminal portion 31 .
  • Conditions such as the type and wavelength of laser light can be arbitrarily set.
  • the gasket 40 When the gasket 40 is used to heat-seal the external terminal 30 to the lid portion 12, the gasket 40 is interposed between the lid portion 12 and the external terminal 30, and then the gasket 40 is heated.
  • the heating temperature can be arbitrarily set according to conditions such as the material forming the gasket 40 .
  • the storage part 11 and the lid part 12 are welded together, so that the outer can 10 is formed, and the battery element 20 and the like are accommodated inside the outer can 10, so that the secondary battery is assembled.
  • the secondary battery after assembly is charged and discharged.
  • Various conditions such as the environmental temperature, the number of charge/discharge times (number of cycles), and charge/discharge conditions can be arbitrarily set.
  • films are formed on the respective surfaces of the positive electrode 21 and the negative electrode 22 in the battery element 20, so that the state of the secondary battery is electrochemically stabilized.
  • the external terminal 30 includes a lower terminal portion 31 (aluminum-containing material) and an upper terminal portion 32 (an elastic metal material), and the positive electrode lead 51 is welded to the lower terminal portion 31. It is Therefore, for the reasons explained below, excellent deformation resistance and electrical conductivity can be obtained.
  • the secondary battery of the present embodiment and two types of secondary batteries of comparative examples are compared with each other to explain the difference in action and effect.
  • FIG. 6 shows the cross-sectional structure of the secondary battery of the first comparative example, and corresponds to FIG.
  • the secondary battery of this first comparative example is similar to the secondary battery of the present embodiment shown in FIG. It has the same configuration as the configuration.
  • the external terminal 130 has the same configuration as the external terminal 30 except that it does not include the lower terminal portion 31 but includes only the upper terminal portion 32 . That is, since the configuration of the external terminal 130 is the same as the configuration of the upper terminal portion 32, the external terminal 130 has a substantially plate shape (flat plate shape). Thereby, the external terminal 130 is made of an elastic metal material, and the positive electrode lead 51 is welded to the external terminal 130 through the inside of the through hole 10K.
  • FIG. 7 shows the cross-sectional structure of the secondary battery of the second comparative example, and corresponds to FIG.
  • the secondary battery of this second comparative example is similar to the secondary battery of the present embodiment shown in FIG. It has the same configuration as the configuration.
  • This external terminal 230 has a structure in which the lower terminal portion 31 and the upper terminal portion 32 are integrated with each other, and is made of an aluminum-containing material. It has a similar configuration.
  • the external terminal 230 includes a protruding portion 230R corresponding to the lower terminal portion 31, and the positive lead 51 is welded to the protruding portion 230R.
  • the external terminals 130 are made of an elastic metal material, the external terminals 130 are less likely to deform in response to external force. As a result, even if the internal pressure of the outer can 10 increases, the external terminal 130 is less likely to deform, and thus the secondary battery is less likely to swell.
  • the external terminal 130 does not include the lower terminal portion 31, nothing is arranged inside the through hole 10K.
  • the positive electrode lead 51 since the distance between the external terminal 130 and the positive electrode lead 51 is large, in the welding process of the positive electrode lead 51 to the external terminal 130 , the positive electrode lead 51 is largely detoured so as to approach the external terminal 130 . That is, the positive electrode lead 51 must be partially bent greatly. Accordingly, if the positive electrode lead 51 is not sufficiently close to the surface of the external terminal 130, the positive electrode lead 51 will not be sufficiently welded to the external terminal 130, and in some cases the positive electrode lead 51 will not be welded to the external terminal 130. . As a result, the positive electrode lead 51 becomes less likely to be connected to the external terminal 130 , and electrical continuity between the external terminal 130 and the positive electrode lead 51 tends to decrease.
  • the flat external terminal 130 welded to the positive electrode lead 51 is made of an elastic metal material, when the positive electrode lead 51 is welded to the external terminal 130, the positive electrode lead 51 is welded to the elastic metal material. be done.
  • the elastic metal material comes into contact with the electrolytic solution, the elastic metal material is likely to melt when the external terminal 130 is at a high potential. The tendency for the elastic metal material to melt more easily becomes more pronounced as the welding strength increases. As a result, the welding strength of the positive electrode lead 51 to the external terminal 130 is reduced, and from this point of view as well, electrical continuity between the external terminal 130 and the positive electrode lead 51 is likely to be reduced. Furthermore, a short circuit between the positive electrode 21 and the negative electrode 22 due to the melted material of the external terminal 130 is likely to occur.
  • external terminal 230 includes projecting portion 230R, and projecting portion 230R is disposed inside through-hole 10K.
  • the distance between the projecting portion 230R and the positive electrode lead 51 is small, it is necessary to detour the positive electrode lead 51 widely so as to approach the external terminal 230 in the welding process of the positive electrode lead 51 to the external terminal 230. In other words, there is no need to partially bend the positive electrode lead 51 greatly.
  • the positive electrode lead 51 is easily and stably welded to the external terminal 130 , so that the positive electrode lead 51 is sufficiently welded to the external terminal 130 . Therefore, the positive lead 51 can be easily connected to the external terminal 130 , thereby ensuring electrical continuity between the external terminal 130 and the positive lead 51 .
  • the external terminal 230 welded to the positive electrode lead 51 is made of an aluminum-containing material, the external terminal 230 is less likely to melt even when the potential is high. As a result, the welding strength of the positive electrode lead 51 to the external terminal 230 is maintained, and the short circuit between the positive electrode 21 and the negative electrode 22 caused by the melted material of the external terminal 230 is prevented. and the positive electrode lead 51 are secured.
  • the external terminals 230 are made of an aluminum-containing material, the external terminals 230 are easily deformed according to external force. As a result, when the internal pressure of the outer can 10 rises, the external terminal 230 is easily deformed, so that the secondary battery is easily swollen.
  • the upper terminal portion 32 of the external terminals 30 contains the elastic metal material, so that the upper terminal portion 32 is less likely to deform in response to external force. As a result, even if the internal pressure of the outer can 10 increases, the external terminal 30 is less likely to be deformed, and thus the secondary battery is less likely to swell.
  • the lower terminal portion 31 of the external terminals 30 is arranged inside the through hole 10K.
  • the positive electrode lead 51 is moved so as to approach the lower terminal portion 31.
  • There is no need to make a large detour that is, there is no need to bend the positive electrode lead 51 to a large extent.
  • the positive electrode lead 51 is easily and stably welded to the external terminal 30 , so that the positive electrode lead 51 is sufficiently welded to the external terminal 30 . Therefore, the positive lead 51 can be easily connected to the external terminal 30 , thereby ensuring electrical continuity between the external terminal 30 and the positive lead 51 .
  • the lower terminal portion 31 welded to the positive electrode lead 51 contains an aluminum-containing material, the lower terminal portion 31 is less likely to melt even when the potential is high. As a result, the welding strength of the positive electrode lead 51 to the external terminal 30 is maintained, and the short circuit between the positive electrode 21 and the negative electrode 22 caused by the molten material of the lower terminal portion 31 is prevented. Electrical continuity between 30 and positive lead 51 is reduced.
  • the secondary battery of the present embodiment also has advantages in the following points as compared with the secondary battery of the first comparative example.
  • the positive electrode lead 51 in the process of welding the positive electrode lead 51 to the external terminal 130, the positive electrode lead 51 must be bent so as to approach the external terminal 130.
  • the welding area of the positive electrode lead 51 to the external terminal 130 in order to sufficiently weld the positive electrode lead 51 to the external terminal 130, the welding area of the positive electrode lead 51 to the external terminal 130 must be increased, so it is necessary to increase the inner diameter of the through hole 10K. .
  • the positive electrode lead 51 in the process of welding the positive electrode lead 51 to the external terminal 30, the positive electrode lead 51 does not need to be bent so as to approach the lower terminal portion 31. good.
  • the positive electrode lead 51 is sufficiently welded to the external terminal 30, that is, the welding area of the positive electrode lead 51 to the external terminal 30 is sufficiently large, so there is no need to increase the inner diameter of the through hole 10K.
  • the installation range of the gasket 40 is sufficiently large, the bonding strength of the external terminals 30 bonded to the lid portion 12 via the gasket 40 is increased. This improves the sealing performance of the outer can 10 using the gasket 40 .
  • the external terminal 130 that can come into contact with the electrolytic solution contains an elastic metal material, so that the external terminal 130 is easily melted as described above.
  • the electrolytic solution is likely to be contaminated by the melted material of the external terminal 130, so that the charging/discharging reaction using the electrolytic solution is difficult to progress. This impedes a smooth and stable charging/discharging reaction in the secondary battery.
  • the lower terminal portion 31 that can come into contact with the electrolytic solution contains the aluminum-containing material, as described above, the lower terminal portion 31 is less likely to melt. Become. In this case, since the electrolytic solution is less likely to be contaminated by the melted material of the lower terminal portion 31, the charging/discharging reaction using the electrolytic solution proceeds easily. This ensures smooth and stable charging and discharging reactions in the secondary battery.
  • the rigidity of the upper terminal portion 32 is higher than the rigidity of the lid portion 12. Therefore, when the internal pressure of the outer can 10 increases, the external terminals 30 are less likely to deform, so that a higher effect can be obtained.
  • the external terminal 30 can be easily fixed to the lid portion 12 via the gasket 40. Therefore, when the internal pressure of the outer can 10 increases, the external terminals 30 are less likely to deform, so that a higher effect can be obtained.
  • the welding depth P is smaller than the thickness T31 of the lower terminal portion 31, melting of the upper terminal portion 32 is suppressed in the welding process of the positive electrode lead 51 to the lower terminal portion 31. Therefore, since the external terminals 30 are less likely to deform, a higher effect can be obtained.
  • the positive electrode lead 51 is welded to the lower terminal portion 31 between the lid portion 12 and the battery element 20 and extends without being folded back, the height of the battery element 20 (the positive electrode 21 and the negative electrode 22 ) increases, the volumetric energy density increases. Therefore, since the battery capacity is increased, a higher effect can be obtained.
  • the lid portion 12 has the recessed portion 12U and the upper terminal portion 32 is arranged inside the recessed portion 12U, the height H of the secondary battery is reduced. Therefore, since the volume energy density increases, a higher effect can be obtained.
  • the outer can 10 functions as an external connection terminal for the negative electrode 22 .
  • the secondary battery does not need to be provided with an external connection terminal for the negative electrode 22 separately from the outer can 10, so the element space volume increases. Therefore, since the volume energy density increases, a higher effect can be obtained.
  • the secondary battery is a flat and columnar secondary battery, deformation is effectively suppressed even in a small secondary battery in which the internal pressure of the outer can 10 tends to increase, so that a higher effect can be obtained. can.
  • the secondary battery is a lithium-ion secondary battery
  • a sufficient battery capacity can be stably obtained by utilizing the absorption and release of lithium, so a higher effect can be obtained.
  • the lower terminal portion 31 is arranged inside the through hole 10K. However, as shown in FIGS. 8 and 9 corresponding to FIG. 3, the lower terminal portion 31 extends to the outside of the through-hole 10K, that is, to the outside of the lid portion 12. A part may be interposed between the gasket 40 and the upper terminal portion 32 . 2 and 3 will be referred to along with FIGS. 8 and 9 from time to time below.
  • the lower terminal portion 31 is arranged from the inside of the through hole 10K to the outside of the lid portion 12, and the outer diameter D31 of the lower terminal portion 31 is larger than the inner diameter of the through hole 10K. is also larger and smaller than the outer diameter D32 of the upper terminal portion 32 .
  • the lower terminal portion 31 is arranged from the inside of the through hole 10K to the outside of the lid portion 12, and the outer diameter D31 of the lower terminal portion 31 is larger than the inner diameter of the through hole 10K. In addition, it is equal to the outer diameter D32 of the upper terminal portion 32 .
  • the lower terminal portion 31 shown in FIGS. 8 and 9 includes a lower narrow width portion and an upper wide portion connected to the narrow width portion.
  • the narrow width portion and the wide width portion may be integrated with each other or may be separated from each other.
  • the external terminal 30 since the external terminal 30 includes the lower terminal portion 31 and the upper terminal portion 32, the same effects as in the case shown in FIG. 3 can be obtained.
  • the contact area between the lower terminal portion 31 containing the aluminum-containing material and the gasket 40 that can be impregnated with the electrolytic solution increases, compared to the case shown in FIG. Contamination of the electrolytic solution due to the melted material of the lower terminal portion 31 can be further prevented.
  • FIG. 9 where the contact area between the lower terminal portion 31 and the gasket 40 is maximized, it is possible to remarkably prevent the generation of melted matter and the contamination of the electrolytic solution.
  • the upper terminal portion 32 is arranged on the lower terminal portion 31. is preferably not exposed on the upper surface of the upper terminal portion 32 .
  • the lid portion 12 has a recessed portion 12U, and the upper terminal portion 32 is arranged inside the recessed portion 12U.
  • the lid portion 12 may not have the recess portion 12U.
  • the upper terminal portion 32 and the gasket 40 are arranged outside the lid portion 12 which is flat and plate-like.
  • the external terminal 30 includes the lower terminal portion 31 and the upper terminal portion 32, the same effect as in the case shown in FIG. 2 can be obtained.
  • the secondary battery shown in FIGS. 1 and 2 is a button type secondary battery whose height H is smaller than its outer diameter D.
  • the secondary battery may be a cylindrical secondary battery having a height H larger than the outer diameter D. Note that the ratio D/H can be set arbitrarily.
  • the external terminal 30 includes the lower terminal portion 31 and the upper terminal portion 32, the same effects as those shown in FIGS. 1 and 2 can be obtained.
  • a laminated separator includes a porous membrane having a pair of surfaces and a polymer compound layer provided on one or both sides of the porous membrane. This is because the adhesiveness of the separator to each of the positive electrode 21 and the negative electrode 22 is improved, so that the winding misalignment of the battery element 20 is suppressed. As a result, even if a decomposition reaction of the electrolytic solution occurs, the secondary battery is less likely to swell.
  • the polymer compound layer contains a polymer compound such as polyvinylidene fluoride. This is because polyvinylidene fluoride or the like has excellent physical strength and is electrochemically stable.
  • One or both of the porous film and the polymer compound layer may contain one or more of a plurality of insulating particles. This is because the plurality of insulating particles dissipate heat when the secondary battery generates heat, thereby improving the safety (heat resistance) of the secondary battery.
  • the insulating particles include one or both of inorganic particles and resin particles. Specific examples of inorganic particles are particles such as aluminum oxide, aluminum nitride, boehmite, silicon oxide, titanium oxide, magnesium oxide and zirconium oxide. Specific examples of resin particles are particles of acrylic resins, styrene resins, and the like.
  • the precursor solution is applied to one or both sides of the porous membrane.
  • the porous membrane may be immersed in the precursor solution.
  • a plurality of insulating particles may be contained in the precursor solution.
  • the positive electrode 21 and the negative electrode 22 are laminated with the separator 23 and the electrolyte layer interposed therebetween, and the positive electrode 21, the negative electrode 22, the separator 23 and the electrolyte layer are wound.
  • This electrolyte layer is interposed between the positive electrode 21 and the separator 23 and interposed between the negative electrode 22 and the separator 23 .
  • the electrolyte layer may be interposed only between the positive electrode 21 and the separator 23 or may be interposed only between the negative electrode 22 and the separator 23 .
  • the electrolyte layer contains a polymer compound together with an electrolytic solution, and the electrolytic solution is held by the polymer compound. This is because leakage of the electrolytic solution is prevented.
  • the composition of the electrolytic solution is as described above.
  • Polymer compounds include polyvinylidene fluoride and the like.
  • the secondary battery includes a wound battery element 20 (wound electrode assembly).
  • the secondary battery may include a laminated battery element (laminated electrode body).
  • the laminated battery element has the same configuration as the wound battery element 20, except for the following description.
  • a laminated battery element includes a positive electrode, a negative electrode, and a separator, and the positive electrode and the negative electrode are alternately laminated with the separator interposed therebetween. Therefore, a laminated battery element includes one or more positive electrodes, one or more negative electrodes, and one or more separators.
  • the laminated battery element When the laminated battery element includes a plurality of positive electrodes and a plurality of negative electrodes, a positive electrode lead is connected to the positive electrode current collector of each of the plurality of positive electrodes, and the negative electrode of each of the plurality of negative electrodes is connected. Since the negative lead is connected to the current collector, the secondary battery has a plurality of positive leads and a plurality of negative leads. The plurality of positive leads are connected to the external terminal 30 while being joined together, and the plurality of negative leads are connected to the storage portion 11 while being joined to each other.
  • a layer 21B was formed.
  • the positive electrode active material layer 21B was compression-molded using a roll press. Thus, the positive electrode 21 was produced.
  • the positive electrode lead 51 (aluminum) was welded to the positive electrode current collector 21A of the positive electrode 21 by resistance welding, and the negative electrode lead was welded to the negative electrode current collector 22A of the negative electrode 22 by resistance welding.
  • 52 (aluminum) was welded.
  • a positive electrode lead 51 partially covered with a sealant 70 (polyimide tape) was used.
  • the negative electrode lead 52 was welded to the storage portion 11 using a resistance welding method.
  • the positive electrode lead 51 was welded to the lower terminal portion 31 using laser welding.
  • the wound body 20Z (the positive electrode 21, the negative electrode 22, and the separator 23) was impregnated with the electrolytic solution, so that the battery element 20 was produced, and the lid portion 12 was welded to the storage portion 11, so that the outer can 10 was formed. Been formed. Accordingly, since the battery element 20 and the like were sealed inside the outer can 10, the secondary battery was assembled.
  • the thickness T12 of the lid portion 12 and the thickness T32 of the upper terminal portion 32 were set.
  • an external terminal 130 was used in place of the external terminal 30, and a secondary battery was fabricated by the same procedure except that the positive electrode lead 51 was welded to the external terminal 130. was produced (Comparative Example 1).
  • an elastic metal material SUS304 was used as a material for forming the external terminals 130.
  • a secondary battery was fabricated by the same procedure except that an external terminal 230 was used instead of the external terminal 30 and the positive electrode lead 51 was welded to the projecting portion 230R ( Comparative example 2).
  • an aluminum-containing material Al
  • the "Configuration” column shows the drawing numbers corresponding to the external terminals 30, 130, and 230, respectively.
  • the "lower terminal portion” and “upper terminal portion” columns indicate the presence/absence and material of the lower terminal portion 31 and the presence/absence and material of the upper terminal portion 32, respectively. That is, in Examples 1 to 3 using the lower terminal portion 31 and the upper terminal portion 32, the material of the lower terminal portion 31 is shown in the column of "lower terminal portion", and the “upper terminal portion” column shows the material of the upper terminal portion 32 .
  • Al is indicated in the column combining the “lower terminal portion” and the “upper terminal portion” because, as shown in FIG. 31 and the upper terminal portion 32, and shows that an aluminum-containing material (Al) is used as a material for forming the external terminal 230. As shown in FIG.
  • the height of the secondary battery (the height before the float test) was measured in a room temperature environment.
  • the height of this secondary battery is a value measured at the central portion of each of the external terminals 30 , 130 , 230 .
  • a float test was conducted using a secondary battery.
  • constant current charging is performed at a current of 10 mA until the voltage reaches 4.4 V, and then constant voltage charging is performed at the voltage of 4.4 V, whereby continuous charging is performed until the total charging period reaches 30 days. did.
  • the height of the secondary battery after the float test was measured.
  • swelling ratio (%) [(height after float test - height before float test)/height before float test] x 100 for evaluating deformation resistance
  • the cathode lead 51 was welded to each of the lower terminal portion 31 and the external terminals 130 and 230 using the laser welding method in the manufacturing process of the secondary battery.
  • the quality of the welded state was determined.
  • 100 secondary batteries (the number of tests) were used to determine the quality of the welded state.
  • the secondary battery in which the electrical conduction condition of the positive electrode lead 51 was good was determined as a non-defective product.
  • a secondary battery whose positive electrode lead 51 was defective in electrical continuity was determined to be defective. In the defective secondary battery, the welding state of the positive electrode lead 51 was uneven, or the positive electrode lead 51 was not welded.
  • the welding good product rate (%) (number of good products/100 pieces) x 100 was used to calculate the weld good product rate, which is an index for evaluating electrical conduction characteristics.
  • the swelling rate is further reduced, and the thickness T32 is greater than the thickness T32. Greater than T23 (Example 2) further reduced the swelling rate.
  • the external terminal 30 includes a lower terminal portion 31 (aluminum-containing material) and an upper terminal portion 32 (an elastic metal material), to which the positive electrode lead 51 is welded.
  • a lower terminal portion 31 aluminum-containing material
  • an upper terminal portion 32 an elastic metal material
  • the electrode reactant is lithium
  • the electrode reactant is not particularly limited.
  • the electrode reactants may be other alkali metals such as sodium and potassium, or alkaline earth metals such as beryllium, magnesium and calcium, as described above.
  • the electrode reactant may be other light metals such as aluminum.

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Abstract

二次電池は、貫通口を有する外装部材と、その外装部材の内部に収納されると共に正極および負極を含む電池素子と、その外装部材の外側に配置されると共に貫通口を遮蔽する電極端子と、その電極端子と外装部材との間に配置された絶縁性の封止部材と、その正極に接続された正極配線とを備える。外装部材は、開口部を有すると共に電池素子を内部に収納する収納部と、貫通口を有すると共に開口部を閉塞する蓋部とを含み、その収納部および蓋部は、互いに溶接されている。電極端子は、少なくとも貫通口の内部に配置されると共に正極配線に溶接された第1端子部と、蓋部の外側に配置されると共に第1端子部に連結された第2端子部とを含む。第1端子部は、アルミニウム含有材料を含み、第2端子部は、そのアルミニウム含有材料の縦弾性係数よりも大きい縦弾性係数を有する金属材料を含む。

Description

二次電池
 本技術は、二次電池に関する。
 携帯電話機などの多様な電子機器が普及しているため、小型かつ軽量であると共に高エネルギー密度が得られる電源として二次電池の開発が進められている。この二次電池は、外装部材の内部に収納された電池素子を備えており、その二次電池の構成に関しては、様々な検討がなされている。
 具体的には、外装ケースの内部に電極体が収納されており、ケース本体と平板状電極端子部材との間にシール部材が介在している(例えば、特許文献1参照。)。電池ケースの内部に電極群が収納されており、その電池ケースに導電性のバネ性突起物が設けられている(例えば、特許文献2参照。)。加締め構造を有する電池缶の内部に電極板積層体が収納されている(例えば、特許文献3~7参照。)。
特開2019-046639号公報 特公平01-019739号公報 特開平11-067278号公報 特開2009-123375号公報 特開2007-335232号公報 特開2006-080072号公報 特開平09-120826号公報
 二次電池の構成に関する様々な検討がなされているが、その二次電池の耐変形特性および電気的導通特性は未だ十分でないため、改善の余地がある。
 よって、優れた耐変形特性および優れた電気的導通特性を得ることが可能である二次電池が望まれている。
 本技術の一実施形態の二次電池は、貫通口を有する外装部材と、その外装部材の内部に収納されると共に正極および負極を含む電池素子と、その外装部材の外側に配置されると共に貫通口を遮蔽する電極端子と、その電極端子と外装部材との間に配置された絶縁性の封止部材と、その正極に接続された正極配線とを備えたものである。外装部材は、開口部を有すると共に電池素子を内部に収納する収納部と、貫通口を有すると共に開口部を閉塞する蓋部とを含み、その収納部および蓋部は、互いに溶接されている。電極端子は、少なくとも貫通口の内部に配置されると共に正極配線に溶接された第1端子部と、蓋部の外側に配置されると共に第1端子部に連結された第2端子部とを含む。第1端子部は、アルミニウム含有材料を含み、第2端子部は、そのアルミニウム含有材料の縦弾性係数よりも大きい縦弾性係数を有する金属材料を含む。
 なお、「アルミニウム含有材料」とは、アルミニウムを構成元素として含む材料の総称である。このため、アルミニウム含有材料は、アルミニウムの単体でもよいし、アルミニウムの合金でもよい。このアルミニウム含有材料の詳細に関しては、後述する。
 本技術の一実施形態の二次電池によれば、電極端子が第1端子部および第2端子部を含んでおり、その第1端子部が少なくとも貫通口の内部に配置されていると共に第2端子部が蓋部の外側に配置されており、その第2端子部に正極配線が溶接されており、その第1端子部がアルミニウム含有材料を含んでおり、その第2端子部がアルミニウム含有材料の縦弾性係数よりも大きい縦弾性係数を有する金属材料を含んでいるので、優れた耐変形特性および優れた電気的導通特性を得ることができる。
 なお、本技術の効果は、必ずしもここで説明された効果に限定されるわけではなく、後述する本技術に関連する一連の効果のうちのいずれの効果でもよい。
本技術の一実施形態における二次電池の構成を表す斜視図である。 図1に示した二次電池の構成を拡大して表す断面図である。 図2に示した外部端子の構成を表す断面図である。 図2に示した電池素子の構成を拡大して表す断面図である。 二次電池の製造方法を説明するための斜視図である。 第1比較例の二次電池の構成を表す断面図である。 第2比較例の二次電池の構成を表す断面図である。 変形例1の二次電池の構成(その1)を表す断面図である。 変形例1の二次電池の構成(その2)を表す断面図である。 変形例2の二次電池の構成を表す断面図である。
 以下、本技術の一実施形態に関して、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、説明する順序は、下記の通りである。

 1.二次電池
  1-1.構成
  1-2.動作
  1-3.製造方法
  1-4.作用および効果
 2.変形例
<1.二次電池>
 まず、本技術の一実施形態の二次電池に関して説明する。
 ここで説明する二次電池は、柱状の立体的形状を有している。このため、二次電池は、後述するように、互いに対向する一対の底部と、その一対の底部のそれぞれに連結された側壁部とを有している。
 ここでは、二次電池は、いわゆるコイン側またはボタン型と呼称される二次電池であり、その二次電池では、外径よりも高さが小さくなっている。この「外径」とは、一対の底部のそれぞれの直径(最大直径)であると共に、「高さ」とは、一方の底部から他方の底部までの距離(最大距離)である。
 二次電池の充放電原理は、特に限定されないが、以下では、電極反応物質の吸蔵放出を利用して電池容量が得られる場合に関して説明する。この二次電池は、正極および負極と共に電解質を備えており、その負極の充電容量は、正極の放電容量よりも大きくなっている。すなわち、負極の単位面積当たりの電気化学容量は、正極の単位面積当たりの電気化学容量よりも大きくなるように設定されている。充電途中において負極の表面に電極反応物質が析出することを防止するためである。
 電極反応物質の種類は、特に限定されないが、具体的には、アルカリ金属およびアルカリ土類金属などの軽金属である。アルカリ金属の具体例は、リチウム、ナトリウムおよびカリウムなどであると共に、アルカリ土類金属の具体例は、ベリリウム、マグネシウムおよびカルシウムなどである。
 以下では、電極反応物質がリチウムである場合を例に挙げる。リチウムの吸蔵放出を利用して電池容量が得られる二次電池は、いわゆるリチウムイオン二次電池である。このリチウムイオン二次電池では、リチウムがイオン状態で吸蔵および放出される。
<1-1.構成>
 図1は、二次電池の斜視構成を表している。図2は、図1に示した二次電池の断面構成を拡大している。図3は、図2に示した外部端子30の断面構成を表している。図4は、図2に示した電池素子20の断面構成を拡大している。ただし、図4では、電池素子20の一部だけを示している。
 以下の説明では、便宜上、図2および図3中の上側を二次電池の上側とすると共に、図2および図3中の下側を二次電池の下側とする。
 図1に示した二次電池は、外径Dおよび高さHを有するボタン型の二次電池であるため、その外径Dよりも高さHが小さい立体的形状、すなわち扁平かつ柱状の立体的形状を有している。ここでは、二次電池の立体的形状は、扁平かつ円筒(円柱)状であるため、高さHに対する外径Dの比D/Hは、1よりも大きくなっている。
 二次電池の具体的な寸法は、特に限定されない。一例を挙げると、外径D=3mm~30mmであると共に、高さH=0.5mm~70mmである。なお、比D/Hは、25以下であることが好ましい。
 この二次電池は、図1~図4示したように、外装缶10と、電池素子20と、外部端子30と、ガスケット40と、正極リード51および負極リード52と、絶縁板60と、シーラント70とを備えている。
[外装缶]
 外装缶10は、図1および図2に示したように、電池素子20などを収納する中空の外装部材であり、貫通口10Kを有している。
 ここでは、外装缶10は、扁平かつ円柱状である二次電池の立体的形状に応じて、扁平かつ円柱状の立体的形状を有している。このため、外装缶10は、互いに対向する上底部M1および下底部M2と共に、側壁部M3を有している。この側壁部M3は、上底部M1と下底部M2との間に配置されていると共に、その上底部M1および下底部M2のそれぞれに連結されている。ここでは、上底部M1および下底部M2のそれぞれの平面形状は、円形であると共に、側壁部M3の表面は、外側に向かって凸型の湾曲面である。
 この外装缶10は、互いに溶接された収納部11および蓋部12を含んでいる。すなわち、後述するように、蓋部12は、収納部11に溶接されているため、その収納部11は、蓋部12により封止されている(図5参照)。
 収納部11は、電池素子20などを内部に収納する扁平かつ円柱状の略器状の部材(下底部M2および側壁部M3)である。ここでは、収納部11は、下底部M2と側壁部M3とが互いに一体化された構造を有している。この収納部11は、上端が開放されると共に下端が閉塞された中空の構造を有しているため、その上端に開口部11Kを有している。
 蓋部12は、開口部11Kを閉塞する略板状の部材(上底部M1)であり、上記した貫通口10Kを有している。この貫通口10Kは、後述するように、下側端子部31の配置場所である。
 なお、完成後の二次電池、すなわち収納部11に蓋部12が溶接された後の二次電池では、その蓋部12が既に収納部11に溶接されているため、上記したように、開口部11Kが蓋部12により閉塞されている。この状態では、二次電池の外観を見ても、収納部11が開口部11Kを有していたかどうかを事後的に確認できないとも考えられる。
 しかしながら、収納部11に蓋部12が溶接されていると、外装缶10の表面、より具体的には収納部11と蓋部12との境界に溶接痕が残っているはずである。このため、溶接痕の有無に応じて、収納部11が開口部11Kを有していたかどうかを事後的に確認できる。
 具体的には、外装缶10の表面に溶接痕が残っている場合には、収納部11が開口部11Kを有していたということである。これに対して、外装缶10の表面に溶接痕が残っていない場合には、収納部11が開口部11Kを有していなかったということである。
 この蓋部12は、厚さT12を有している。ただし、厚さT12は、互いに離隔された5箇所において測定された5個の厚さT12の平均値である。
 ここでは、蓋部12は、窪み部12Uを有している。この窪み部12Uでは、蓋部12が収納部11の内部に向かって部分的に窪むように屈曲しているため、その蓋部12の一部が下向きの段差を形成するように折れ曲がっている。上記した貫通口10Kは、窪み部12Uに設けられている。
 窪み部12Uの形状、すなわち二次電池を上方から見た場合において窪み部12Uの外縁により画定される形状は、特に限定されない。ここでは、窪み部12Uの形状は、円形である。なお、窪み部12Uの内径および深さは、特に限定されないため、任意に設定可能である。
 上記したように、外装缶10は、互いに物理的に分離されていた2個の部材(収納部11および蓋部12)が互いに溶接された缶(いわゆる溶接缶)である。これにより、外装缶10は、全体として物理的に1個の部材であるため、事後的に2個の部材(収納部11および蓋部12)に分離できない状態である。
 溶接缶である外装缶10は、加締め加工を用いて形成されたクリンプ缶とは異なる缶(いわゆるクリンプレス缶)である。外装缶10の内部において素子空間体積が増加するため、単位体積当たりのエネルギー密度(いわゆる体積エネルギー密度)が増加するからである。この「素子空間体積」とは、電池素子20を収納するために利用可能である外装缶10の内部空間の体積(有効体積)である。
 また、溶接缶である外装缶10は、互いに折り重なった部分を有していないと共に、2個以上の部材が互いに重なった部分を有していない。
 「互いに折り重なった部分を有していない」とは、外装缶10の一部が互いに折り重なるように加工(折り曲げ加工)されていないことを意味している。また、「2個以上の部材が互いに重なった部分を有していない」とは、二次電池の完成後において外装缶10が物理的に1個の部材であるため、その外装缶10が事後的に2個以上の部材に分離できないことを意味している。すなわち、外装缶10の状態は、事後的に分離できるように2個以上の部材が互いに重なりながら組み合わされている状態でない。
 ここでは、外装缶10が導電性を有しているため、収納部11および蓋部12のそれぞれが導電性を有している。この外装缶10は、負極リード52を介して電池素子20(後述する負極22)に接続されているため、その負極22と電気的に接続されている。これにより、外装缶10は、負極22の外部接続用端子として機能する。二次電池が外装缶10とは別個に負極22の外部接続用端子を備えていなくてもよいため、その負極22の外部接続用端子の存在に起因する素子空間体積の減少が抑制されるからである。これにより、素子空間体積が増加するため、体積エネルギー密度が増加する。
 具体的には、外装缶10、すなわち収納部11および蓋部12のそれぞれは、金属材料および合金材料などの導電性材料のうちのいずれか1種類または2種類以上を含んでおり、その導電性材料の具体例は、鉄、銅、ニッケル、ステンレス鋼、鉄合金、銅合金およびニッケル合金などである。ステンレス鋼の種類は、特に限定されないが、具体的には、SUS304およびSUS316などである。ただし、収納部11の形成材料と蓋部12の形成材料とは、互いに同じでもよいし、互いに異なってもよい。
 なお、蓋部12は、後述するように、正極21の外部接続用端子として機能する外部端子30からガスケット40を介して絶縁されている。外装缶10(負極22の外部接続用端子)と外部端子30(正極21の外部接続用端子)との接触(短絡)が防止されるからである。
[電池素子]
 電池素子20は、図1、図2および図4に示したように、充放電反応を進行させる発電素子であり、外装缶10の内部に収納されている。この電池素子20は、正極21、負極22およびセパレータ23と共に、液状の電解質である電解液(図示せず)を含んでいる。
 ここで説明する電池素子20は、いわゆる巻回電極体である。すなわち、電池素子20では、正極21および負極22がセパレータ23を介して互いに積層されていると共に、その正極21、負極22およびセパレータ23が巻回されている。これにより、正極21および負極22は、セパレータ23を介して互いに対向しながら巻回されているため、電池素子20は、巻芯部である巻回中心空間20Kを有している。
 この電池素子20は、外装缶10の立体的形状と同様の立体的形状を有しているため、扁平かつ円柱状の立体的形状を有している。電池素子20が外装缶10の立体的形状とは異なる立体的形状を有している場合と比較して、その外装缶10の内部に電池素子20が収納された際にデッドスペース(外装缶10と電池素子20との間の余剰空間)が発生しにくくなるため、その外装缶10の内部空間が有効に利用されるからである。これにより、素子空間体積が増加するため、体積エネルギー密度が増加する。
(正極)
 正極21は、正極集電体21Aおよび正極活物質層21Bを含んでいる。
 正極集電体21Aは、正極活物質層21Bを支持する導電性の支持体であり、その正極活物質層21Bが設けられる一対の面を有している。この正極集電体21Aは、金属材料などの導電性材料のうちのいずれか1種類または2種類以上を含んでおり、その金属材料の具体例は、アルミニウムなどである。
 ここでは、正極活物質層21Bは、正極集電体21Aの両面に設けられており、リチウムを吸蔵放出可能である正極活物質のうちのいずれか1種類または2種類以上を含んでいる。ただし、正極活物質層21Bは、正極21が負極22に対向する側において正極集電体21Aの片面だけに設けられていてもよい。また、正極活物質層21Bは、さらに、正極結着剤および正極導電剤などの添加剤のうちのいずれか1種類または2種類以上を含んでいてもよい。正極活物質層21Bの形成方法は、特に限定されないが、具体的には、塗布法などである。
 正極活物質は、リチウム化合物を含んでいる。高いエネルギー密度が得られるからである。このリチウム化合物は、リチウムを構成元素として含む化合物であり、より具体的には、リチウムと共に1種類または2種類以上の遷移金属元素を構成元素として含む化合物である。ただし、リチウム化合物は、さらに、リチウムおよび遷移金属元素のそれぞれ以外の他元素のうちのいずれか1種類または2種類以上を含んでいてもよい。
 リチウム化合物の種類は、特に限定されないが、具体的には、酸化物、リン酸化合物、ケイ酸化合物およびホウ酸化合物などである。酸化物の具体例は、LiNiO、LiCoOおよびLiMnなどである。リン酸化合物の具体例は、LiFePOおよびLiMnPOなどである。
 正極結着剤は、合成ゴムおよび高分子化合物などのうちのいずれか1種類または2種類以上を含んでいる。合成ゴムは、スチレンブタジエン系ゴムなどであると共に、高分子化合物は、ポリフッ化ビニリデンなどである。正極導電剤は、炭素材料などの導電性材料のうちのいずれか1種類または2種類以上を含んでおり、その炭素材料は、黒鉛、カーボンブラック、アセチレンブラックおよびケッチェンブラックなどである。ただし、導電性材料は、金属材料および高分子化合物などでもよい。
(負極)
 負極22は、負極集電体22Aおよび負極活物質層22Bを含んでいる。
 負極集電体22Aは、負極活物質層22Bを支持する導電性の支持体であり、その負極活物質層22Bが設けられる一対の面を有している。この負極集電体22Aは、金属材料などの導電性材料のうちのいずれか1種類または2種類以上を含んでおり、その金属材料の具体例は、銅などである。
 ここでは、負極活物質層22Bは、負極集電体22Aの両面に設けられており、リチウムを吸蔵放出可能である負極活物質のうちのいずれか1種類または2種類以上を含んでいる。ただし、負極活物質層22Bは、負極22が正極21に対向する側において負極集電体22Aの片面だけに設けられていてもよい。また、負極活物質層22Bは、さらに、負極結着剤および負極導電剤などの添加剤のうちのいずれか1種類または2種類以上を含んでいてもよい。負極結着剤および負極導電剤のそれぞれに関する詳細は、正極結着剤および正極導電剤のそれぞれに関する詳細と同様である。負極活物質層22Bの形成方法は、特に限定されないが、具体的には、塗布法、気相法、液相法、溶射法および焼成法(焼結法)などのうちのいずれか1種類または2種類以上である。
 負極活物質は、炭素材料および金属系材料のうちの一方または双方などを含んでいる。高いエネルギー密度が得られるからである。炭素材料は、易黒鉛化性炭素、難黒鉛化性炭素および黒鉛(天然黒鉛および人造黒鉛)などである。金属系材料は、リチウムと合金を形成可能である金属元素および半金属元素のうちのいずれか1種類または2種類以上を構成元素として含む材料であり、その金属元素および半金属元素の具体例は、ケイ素およびスズなどである。ただし、金属系材料は、単体でもよいし、合金でもよいし、化合物でもよいし、それらの2種類以上の混合物でもよい、それらの2種類以上の相を含む材料でもよい。金属系材料の具体例は、TiSiおよびSiO(0<x≦2または0.2<x<1.4)などである。
(セパレータ)
 セパレータ23は、正極21と負極22との間に介在している絶縁性の多孔質膜であり、その正極21と負極22との接触(短絡)を防止しながらリチウムイオンを通過させる。このセパレータ23は、ポリエチレンなどの高分子化合物を含んでいる。
(電解液)
 電解液は、正極21、負極22およびセパレータ23のそれぞれに含浸されており、溶媒および電解質塩を含んでいる。溶媒は、炭酸エステル系化合物、カルボン酸エステル系化合物およびラクトン系化合物などの非水溶媒(有機溶剤)のうちのいずれか1種類または2種類以上を含んでおり、その非水溶媒を含んでいる電解液は、いわゆる非水電解液である。電解質塩は、リチウム塩などの軽金属塩のうちのいずれか1種類または2種類以上を含んでいる。
[外部端子]
 外部端子30は、図1~図3に示したように、二次電池が電子機器に搭載される際に、その電子機器に接続される電極端子である。この外部端子30は、外装缶10の外側に配置されていると共に、貫通口10Kを遮蔽している。
 また、外部端子30は、ガスケット40を介して外装缶10により支持されており、より具体的には、そのガスケット40を介して蓋部12に熱溶着されている。これにより、外部端子30は、ガスケット40を介して蓋部12から絶縁されながら、そのガスケット40を介して蓋部12に固定されている。
 ここでは、外部端子30は、正極リード51を介して電池素子20(上記した正極21)に接続されているため、その正極21と電気的に接続されている。これにより、外部端子30は、正極21の外部接続用端子として機能する。二次電池の使用時には、外部端子30(正極21の外部接続用端子)および外装缶10(負極22の外部接続用端子)を介して二次電池が電子機器に接続されるため、その電子機器が二次電池を電源として用いて動作可能になる。
 この外部端子30は、電池素子20に向かって部分的に突出している略板状の部材である。具体的には、外部端子30は、下側端子部31および上側端子部32を含んでおり、いわゆるクラッド材である。
(下側端子部)
 下側端子部31は、貫通口10Kの内部に配置されている第1端子部であり、略円柱状の立体的形状を有している。この下側端子部31は、蓋部12から離隔されている。
 なお、下側端子部31は、外径D31および厚さT31を有している。ただし、外径D31は、互いに離隔された5箇所において測定された5個の外径D31の平均値であると共に、厚さT31は、互いに離隔された5箇所において測定された5個の厚さT31の平均値である。
 上記したように、貫通口10Kの内部に下側端子部31が配置されているため、その下側端子部31は、外装缶10(収納部11および蓋部12)の内部において露出している。これにより、下側端子部31は、正極リード51に接続されており、より具体的には、正極リード51に溶接されている。
 また、下側端子部31は、アルミニウム含有材料のうちのいずれか1種類または2種類以上を含んでいる。この「アルミニウム含有材料」とは、上記したように、アルミニウムを構成元素として含む材料の総称である。このため、アルミニウム含有材料は、アルミニウムの単体(純度=99.5重量%,縦弾性係数=68.6kPa)でもよいし、アルミニウムの合金でもよい。アルミニウム合金の種類は、特に限定されないが、具体的には、超々ジュラルミン A7075-T6(縦弾性係数=70.7kPa)などである。
 下側端子部31がアルミニウム含有材料を含んでいると共に、その下側端子部31に正極リード51が溶接されているのは、その下側端子部31がアルミニウム含有材料を含んでいない場合と比較して、その下側端子部31が高電位になっても溶融しにくくなるからである。これにより、正極リード51が下側端子部31に溶接されやすくなるため、その下側端子部31と正極リード51との電気的導通性が担保される。また、下側端子部31の溶融物に起因した正極21と負極22との短絡が防止される。
 アルミニウムの合金におけるアルミニウムの含有量は、特に限定されないが、中でも、50重量%以上であることが好ましい。すなわち、アルミニウムの合金は、そのアルミニウムを主成分(主要な構成元素)とする合金であることが好ましい。下側端子部31がより溶融しにくくなるからである。
 なお、アルミニウム含有材料を含んでいる下側端子部31の縦弾性係数を特定するためには、二次電池を解体することにより、下側端子部31を回収したのち、その下側端子部31の縦弾性係数を測定してもよい。
 ただし、二次電池から下側端子部31を回収することが困難である場合には、その下側端子部31の縦弾性係数を測定する代わりに、その下側端子部31の形成材料と同様の材料(アルミニウム含有材料)を別途準備することにより、そのアルミニウム含有材料の縦弾性係数を測定してもよい。もちろん、縦弾性係数の値は材料に応じて決定される固有値であるため、下側端子部31の形成材料(アルミニウム含有材料の種類)が明らかである場合には、縦弾性係数を測定せずに、事典、文献およびカタログなどを用いて縦弾性係数を調べてもよい。
 溶接法の種類は、特に限定されないが、具体的には、抵抗溶接法およびレーザ溶接法などのうちのいずれか1種類または2種類以上である。ここで説明した溶接法に関する詳細は、以降においても同様である。中でも、下側端子部31に正極リード51を溶接するために用いられる溶接法は、レーザ溶接法であることが好ましい。正極リード51が下側端子部31に容易かつ安定に溶接されやすくなるため、その下側端子部31と正極リード51との電気的導通性が十分に向上するからである。
 レーザ溶接法を用いて下側端子部31に正極リード51を溶接する場合において、その下側端子部31に対する正極リード51の溶接深さPは、特に限定されない。この「溶接深さP」とは、図3に示したように、下側端子部31に対する正極リード51の溶接工程において、その溶接時に発生した熱に起因して下側端子部31が加熱される範囲(深さ)であり、より具体的には、下側端子部31の下面からの深さである。
 図3では、下側端子部31が加熱される範囲の上限(加熱上限)に破線を付している。この場合において、溶接深さPは、下側端子部31の下面から加熱上限(破線)までの距離である。
 中でも、溶接深さPは、下側端子部31の厚さT31よりも小さいことが好ましい。すなわち、下側端子部31に対する正極リード51の溶接時には、その下側端子部31と共に上側端子部32まで加熱されておらず、その下側端子部31だけが部分的に加熱されていることが好ましい。下側端子部31に対する正極リード51の溶接工程において上側端子部32の溶融が抑制されるため、その下側端子部31に対する正極リード51の溶接強度が維持されると共に、外部端子30がより変形しにくくなるからである。
(上側端子部)
 上側端子部32は、蓋部12の外側に配置されている第2端子部であり、略板状の立体的形状を有している。ガスケット40は、上側端子部32と蓋部12との間に介在しているため、その上側端子部32は、ガスケット40を介して蓋部12から絶縁されている。
 なお、上側端子部32は、外径D32および厚さT32を有している。ただし、外径D32は、互いに離隔された5箇所において測定された5個の外径D32の平均値であると共に、厚さT32は、互いに離隔された5箇所において測定された5個の厚さT32の平均値である。
 この上側端子部32は、下側端子部31に連結されているため、その下側端子部31と電気的に接続されている。すなわち、下側端子部31および上側端子部32を含む外部端子30は、上記したように、クラッド材であるため、その下側端子部31および上側端子部32は、互いに圧延接合されている。
 また、上側端子部32は、下側端子部31の形成材料(アルミニウム含有材料)の縦弾性係数よりも大きい縦弾性係数を有する金属材料(以下、「弾性金属材料」と呼称する。)のうちのいずれか1種類または2種類以上を含んでいる。
 上側端子部32が弾性金属材料を含んでいるのは、その上側端子部32が弾性金属材料を含んでいない場合と比較して、外装缶10の内圧が上昇した際に上側端子部32が変形しにくくなるからである。外装缶10の内圧が上昇するのは、大電流の条件下において二次電池が充電された場合および二次電池が過充電された場合などにおいて電解液の分解反応が過剰に進行するため、外装缶10の内部において大量のガスが発生するからである。これにより、外部端子30が変形しにくくなるため、二次電池の膨れが抑制される。この場合には、特に、内圧が上昇した際に蓋部12が変形したとしても外部端子30が変形しにくくなるため、二次電池の膨れが効果的に抑制される。
 弾性金属材料の種類は、特に限定されないが、具体的には、ステンレス鋼(SUS304,縦弾性係数=193GPa)およびニッケル(縦弾性係数=200GPa)などである。外部端子30が十分に変形しにくくなるため、二次電池の膨れが十分に抑制されるからである。
 なお、弾性金属材料を含んでいる上側端子部32の縦弾性係数を特定する手順は、上記したアルミニウム含有材料を含んでいる下側端子部31の縦弾性係数を特定する手順と同様である。すなわち、上側端子部32の縦弾性係数を測定してもよいし、その上側端子部32とは別個に準備された弾性金属材料の縦弾性係数を測定してもよいし、カタログなどを用いて縦弾性係数を調べてもよい。
 ここで、蓋部12の厚さT12と上側端子部32の厚さT32との関係は、特に限定されないが、中でも、厚さT32は、厚さT12よりも大きいことが好ましい。上側端子部32の剛性が蓋部12の剛性よりも高くなるため、その上側端子部32が外力に応じて変形しにくくなるからである。これにより、内圧が上昇した際に外部端子30がより変形しにくくなるため、二次電池がより膨れにくくなる。
 この場合には、上側端子部32の剛性が担保されるため、蓋部12の剛性は低くてもよい。これにより、蓋部12の厚さT12をできるだけ薄くすることができる。
 また、下側端子部31の外径D31と上側端子部32の外径D32との関係は、特に限定されないが、中でも、外径D32は、外径D31よりも大きいことが好ましい。上側端子部32の熱溶着面積、すなわち上側端子部32がガスケット40を介して蓋部12に熱溶着される面積は増加するため、外部端子30がガスケット40を介して蓋部12に固定されやすくなるからである。これにより、内圧が上昇した際に外部端子30がより変形しにくくなるため、二次電池がより膨れにくくなる。
 ここでは、外部端子30、より具体的には上側端子部32は、窪み部12Uの内部に配置されている。すなわち、上側端子部32は、窪み部12Uよりも外側に突出しないように、その窪み部12Uの内部に収納されている。上側端子部32が窪み部12Uよりも外側に突出している場合と比較して、二次電池の高さHが小さくなるため、体積エネルギー密度が増加するからである。
 なお、上側端子部32の外径は、窪み部12Uの内径よりも小さくなっているため、その上側端子部32は、周囲において蓋部12から離隔されている。正極21の外部接続用端子として機能する外部端子30と負極22の外部接続用端子として機能する外装缶10とが互いに接触することを防止するためである。
[ガスケット]
 ガスケット40は、図2に示したように、貫通口10Kを遮蔽しないように外部端子30と外装缶10との間に配置されている絶縁性の封止部材である。より具体的には、ガスケット40は、上側端子部32と蓋部12との間に配置されている。ただし、ガスケット40の設置範囲は、必要に応じて拡張されていてもよい。
 このガスケット40は、絶縁性かつ熱溶融性を有する高分子化合物のうちのいずれか1種類または2種類以上を含んでおり、その高分子化合物の具体例は、ポリプロピレンなどである。これにより、外部端子30は、ガスケット40を介して蓋部12に熱溶着されている。
 ここでは、ガスケット40は、上記したように、貫通口10Kを遮蔽していないため、その貫通口10Kに対応する箇所に貫通口を有するリング状の立体的形状を有している。ただし、ガスケット40の立体的形状は、特に限定されないため、任意に変更可能である。
[正極リード]
 正極リード51は、図2に示したように、外装缶10の内部に収納されていると共に、正極21に接続されている正極配線である。この正極リード51は、正極集電体21Aに溶接されていると共に、下側端子部31に溶接されている。
 ここでは、二次電池は、1本の正極リード51を備えているが、2本以上の正極リード51を備えていてもよい。正極リード51の本数が増加すると、電池素子20の電気抵抗が低下するからである。
 正極リード51の形成材料に関する詳細は、正極集電体21Aの形成材料に関する詳細と同様である。ただし、正極リード51の形成材料と正極集電体21Aの形成材料とは、互いに同じでもよいし、互いに異なってもよい。
 この正極リード51は、上記したように、正極21および下側端子部31のそれぞれに接続されている。このため、正極リード51は、蓋部12と電池素子20との間において、正極21に対する接続箇所から下側端子部31に対する接続箇所まで延在している。これにより、正極リード51は、正極21と下側端子部31との間においてシーラント70により保護されている。
 この場合において、正極リード51は、蓋部12と電池素子20との間において、下側端子部31に溶接されながら途中で折り返されずに延在していることが好ましい。体積エネルギー密度が増加するため、電池容量が増加するからである。
 詳細には、正極リード51が途中で折り返されている場合には、外装缶10の内部において正極リード51の占有体積が増加するため、その外装缶10の内部において電池素子20の占有体積が減少する。これにより、正極リード51が折り返されている分だけ電池素子20の高さ、すなわち正極21および負極22のそれぞれの高さが減少するため、体積エネルギー密度が減少する。
 これに対して、正極リード51が途中で折り返されていない場合には、外装缶10の内部において正極リード51の占有体積が減少するため、その外装缶10の内部において電池素子20の占有体積が増加する。これにより、電池素子20の高さが増加するため、体積エネルギー密度が増加する。
 なお、正極リード51は、下側端子部31に対する接続箇所において終端していてもよいし、その下側端子部31に対する接続箇所よりも先まで延長されていてもよい。後者の場合には、正極リード51は、下側端子部31に対する接続箇所より先においてもシーラント70により保護されていることが好ましい。図2では、下側端子部31に対する接続箇所よりも先まで正極リード51が延長されている場合を示している。
 ここでは、正極リード51は、正極集電体21Aから物理的に分離されているため、その正極集電体21Aとは別体化されている。ただし、正極リード51は、正極集電体21Aと物理的に連続しているため、その正極集電体21Aと一体化されていてもよい。
[負極リード]
 負極リード52は、図2に示したように、外装缶10の内部に収納されていると共に、負極22に接続されている負極配線である。この負極リード52は、負極集電体22Aに溶接されていると共に、収納部11に溶接されている。
 ここでは、二次電池は、1本の負極リード52を備えているが、2本以上の負極リード52を備えていてもよい。負極リード52の本数が増加すると、電池素子20の電気抵抗が低下するからである。
 負極リード52の形成材料に関する詳細は、負極集電体22Aの形成材料に関する詳細と同様である。ただし、負極リード52の形成材料と負極集電体22Aの形成材料とは、互いに同じでもよいし、互いに異なってもよい。
 ここでは、負極リード52は、負極集電体22Aから物理的に分離されているため、その負極集電体22Aとは別体化されている。ただし、負極リード52は、負極集電体22Aと物理的に連続しているため、その負極集電体22Aと一体化されていてもよい。
[絶縁板]
 絶縁板60は、図2に示したように、蓋部12と電池素子20との間に配置されている絶縁部材である。この絶縁板60は、高分子化合物などの絶縁性材料のうちのいずれか1種類または2種類以上を含んでおり、その高分子化合物の具体例は、ポリイミドなどである。
 なお、絶縁板60は、巻回中心空間20Kのうちの一部または全体と重なる位置に貫通口60Kを有していることが好ましい。後述するように、二次電池の製造工程において、巻回体20Z(図5参照)が収納されている収納部11の内部に電解液が注入された際に、その電解液の一部が巻回中心空間20Kの内部に供給されるため、その巻回体20Zが電解液により含浸されやすくなるからである。貫通口10K,60Kおよび巻回中心空間20Kのそれぞれは、互いに重なる位置に配置されている。
[シーラント]
 シーラント70は、図2に示したように、正極リード51を保護する部材であり、その正極リード51の周囲を被覆するチューブ状の構造を有している。このシーラント70は、高分子化合物などの絶縁性材料を含んでおり、その高分子化合物の具体例は、ポリイミドなどである。これにより、正極リード51は、シーラント70を介して蓋部12および負極22のそれぞれから絶縁されている。
 なお、正極リード51は、下側端子部31に対向する箇所ではシーラント70により被覆されておらずに露出している。正極リード51が下側端子部31に溶接されるからである。
<1-2.動作>
 二次電池は、以下で説明するように動作する。ここででは、充放電時の動作に関して説明したのち、異常発生時の動作に関して説明する。
[充放電時の動作]
 充電時には、電池素子20において、正極21からリチウムが放出されると共に、そのリチウムが電解液を介して負極22に吸蔵される。一方、放電時には、電池素子20において、負極22からリチウムが放出されると共に、そのリチウムが電解液を介して正極21に吸蔵される。この充放電時には、リチウムがイオン状態で吸蔵および放出される。
[異常発生時の動作]
 電池素子20が発熱すると、電解液の分解反応などに起因してガスが発生するため、外装缶10の内圧が上昇する。この場合には、外部端子30が開放弁として機能するため、外装缶10が破裂する前に内圧が開放される。
 具体的には、外装缶10の内圧が上昇すると、その内圧に応じて外部端子30が外側に向かって押される。この場合には、外部端子30がガスケット40を介して蓋部12に接着(熱溶着)されている接着力よりも、その外部端子30を外側に向かって押し上げる押圧力が大きくなると、蓋部12から外部端子30が部分的または全体的に分離されるため、その蓋部12と外部端子30との間に隙間が形成される。これにより、隙間を利用して内圧が開放されるため、外装缶10の破裂が防止される。
<1-3.製造方法>
 図5は、二次電池の製造方法を説明するために、図1に対応する斜視構成を表している。ただし、図5では、収納部11と蓋部12とが互いに分離されている状態を示している。以下の説明では、随時、図5と共に、既に説明した図1~図4を参照する。
 二次電池を製造する場合には、以下で例示する手順により、正極21および負極22を作製すると共に電解液を調製したのち、その正極21、負極22および電解液を用いて二次電池を組み立てると共に、その組み立て後の二次電池の安定化処理を行う。
 ここでは、図5に示したように、外装缶10を形成するために、互いに物理的に分離されている収納部11および蓋部12を用いる。上記したように、収納部11は、開口部11Kを有している。また、上記したように、蓋部12は、窪み部12Uを有していると共に、その蓋部12には、あらかじめ外部端子30(下側端子部31および上側端子部32)がガスケット40を介して熱溶着されている。
[正極の作製]
 最初に、正極活物質、正極結着剤および正極導電剤が互いに混合された正極合剤を溶媒に投入することにより、ペースト状の正極合剤スラリーを調製する。この溶媒は、水性溶媒でもよいし、有機溶剤でもよい。ここで説明した溶媒に関する詳細は、以降においても同様である。続いて、正極集電体21Aの両面に正極合剤スラリーを塗布することにより、正極活物質層21Bを形成する。最後に、ロールプレス機などを用いて正極活物質層21Bを圧縮成型する。この場合には、正極活物質層21Bを加熱してもよいと共に、圧縮成型処理を複数回繰り返してもよい。これにより、正極集電体21Aの両面に正極活物質層21Bが形成されるため、正極21が作製される。
[負極の作製]
 最初に、負極活物質、負極結着剤および負極導電剤が互いに混合された負極合剤を溶媒に投入することにより、ペースト状の負極合剤スラリーを調製する。続いて、負極集電体22Aの両面に負極合剤スラリーを塗布することにより、負極活物質層22Bを形成する。最後に、ロールプレス機などを用いて負極活物質層22Bを圧縮成型する。負極活物質層22Bの圧縮成型処理に関する詳細は、正極活物質層21Bの圧縮成型処理に関する詳細と同様である。これにより、負極集電体22Aの両面に負極活物質層22Bが形成されるため、負極22が作製される。
[電解液の調製]
 溶媒に電解質塩を投入する。これにより、溶媒中において電解質塩が分散または溶解されるため、電解液が調製される。
[二次電池の組み立て]
 最初に、溶接法などを用いて、正極21のうちの正極集電体21Aに正極リード51を接続させる。この場合には、シーラント70を用いて正極リード51を部分的に被覆する。また、溶接法などを用いて、負極22のうちの負極集電体22Aに負極リード52を接続させる。
 続いて、セパレータ23を介して正極21および負極22を互いに積層させたのち、その正極21、負極22およびセパレータ23を巻回させることにより、図5に示したように、巻回中心空間20Kを有する巻回体20Zを作製する。この巻回体20Zは、正極21、負極22およびセパレータ23のそれぞれに電解液が含浸されていないことを除いて、電池素子20の構成と同様の構成を有している。
 続いて、開口部11Kから収納部11の内部に巻回体20Zと共に絶縁板60を収納する。この場合には、溶接法を用いて、収納部11に負極リード52を接続させる。
 続いて、開口部11Kから収納部11の内部に電解液を注入する。これにより、巻回体20Z(正極21、負極22およびセパレータ23)に電解液が含浸されるため、電池素子20が作製される。この場合には、電解液の一部が巻回中心空間20Kの内部に供給されるため、その電解液が巻回中心空間20Kの内部から巻回体20Zに含浸される。
 続いて、外部端子30(下側端子部31および上側端子部32)がガスケット40を介して熱溶着されている蓋部12を用いて開口部11Kを遮蔽したのち、溶接法を用いて収納部11に蓋部12を溶接する。この場合には、溶接法を用いて下側端子部31に正極リード51を接続させる。
 下側端子部31に対する正極リード51の接続工程において、溶接法としてレーザ溶接法を用いる場合には、その下側端子部31の上に正極リード51の端部を重ねたのち、その正極リード51の端部に溶接用のレーザを照射する。これにより、正極リード51が下側端子部31に溶接される。レーザ光の種類および波長などの条件は、任意に設定可能である。
 なお、ガスケット40を用いて蓋部12に外部端子30を熱溶着する場合には、その蓋部12と外部端子30との間にガスケット40を介在させたのち、そのガスケット40を加熱する。加熱温度は、ガスケット40の形成材料などの条件に応じて任意に設定可能である。
 これにより、収納部11および蓋部12が互いに溶接されるため、外装缶10が形成されると共に、その外装缶10の内部に電池素子20などが収納されるため、二次電池が組み立てられる。
[二次電池の安定化]
 組み立て後の二次電池を充放電させる。環境温度、充放電回数(サイクル数)および充放電条件などの各種条件は、任意に設定可能である。これにより、電池素子20において正極21および負極22のそれぞれの表面に被膜が形成されるため、二次電池の状態が電気化学的に安定化する。
 よって、外装缶10の内部に電池素子20などが封入されるため、二次電池が完成する。
<1-4.作用および効果>
 この二次電池によれば、以下で説明する作用および効果が得られる。
[主な作用および効果]
 本実施形態の二次電池では、外部端子30が下側端子部31(アルミニウム含有材料)および上側端子部32(弾性金属材料)を含んでおり、その下側端子部31に正極リード51が溶接されている。よって、以下で説明する理由により、優れた耐変形特性および優れた電気的導通特性を得ることができる。
 以下では、本実施形態の二次電池と2種類の比較例の二次電池とを互いに比較することにより、作用および効果の差異に関して説明する。
(第1比較例の二次電池の構成)
 図6は、第1比較例の二次電池の断面構成を表しており、図2に対応している。この第1比較例の二次電池は、図6に示したように、外部端子30の代わりに外部端子130を備えていることを除いて、図2に示した本実施形態の二次電池の構成と同様の構成を有している。
 この外部端子130は、下側端子部31を含んでおらずに上側端子部32だけを含んでいることを除いて、外部端子30の構成と同様の構成を有している。すなわち、外部端子130の構成は、上側端子部32の構成と同様であるため、その外部端子130は、略板状(平板状)である。これにより、外部端子130は、弾性金属材料により形成されていると共に、正極リード51は、貫通口10Kの内部を経由して外部端子130に溶接されている。
(第2比較例の二次電池の構成)
 図7は、第2比較例の二次電池の断面構成を表しており、図2に対応している。この第2比較例の二次電池は、図7に示したように、外部端子30の代わりに外部端子230を備えていることを除いて、図2に示した本実施形態の二次電池の構成と同様の構成を有している。
 この外部端子230は、下側端子部31と上側端子部32とが互いに一体化された構造を有していると共に、アルミニウム含有材料により形成されていることを除いて、外部端子30の構成と同様の構成を有している。これにより、外部端子230は、下側端子部31に対応する突出部230Rを含んでいると共に、正極リード51は、突出部230Rに溶接されている。
(第1比較例の二次電池の問題点)
 第1比較例の二次電池では、外部端子130が弾性金属材料により形成されているため、その外部端子130が外力に応じて変形しにくくなる。これにより、外装缶10の内圧が上昇しても外部端子130が変形しにくくなるため、二次電池が膨れにくくなる。
 しかしながら、外部端子130が下側端子部31を含んでいないため、貫通口10Kの内部に何も配置されていない。この場合には、外部端子130と正極リード51との間の距離が大きいため、その外部端子130に対する正極リード51の溶接工程において、その外部端子130に接近するように正極リード51を大きく迂回させなければならず、すなわち正極リード51を部分的に大きく屈曲させなければならない。これにより、正極リード51が外部端子130の表面に十分に接近していないと、その正極リード51が外部端子130に十分に溶接されなくなり、場合によっては正極リード51が外部端子130に溶接されなくなる。よって、正極リード51が外部端子130に接続されにくくなるため、その外部端子130と正極リード51との電気的導通が低下しやすくなる。
 また、正極リード51と溶接される平板状の外部端子130が弾性金属材料により形成されているため、その外部端子130に正極リード51を溶接させる際に、その正極リード51が弾性金属材料に溶接される。この場合には、弾性金属材料が電解液と接触することになるため、その外部端子130が高電位になると、その弾性金属材料が溶融しやすくなる。このように弾性金属材料が溶融しやすくなる傾向は、特に、溶接強度が高くなると顕著になる。これにより、外部端子130に対する正極リード51の溶接強度が低下するため、この観点においても外部端子130と正極リード51との電気的導通が低下しやすくなる。さらに、外部端子130の溶融物に起因した正極21と負極22との短絡も発生しやすくなる。
 これらのことから、第1比較例の二次電池では、二次電池の膨れが抑制される反面、外部端子130と正極リード51との電気的導通が低下しやすくなる。よって、耐変形特性と電気的導通特性とが両立されないため、優れた耐変形特性および優れた電気的導通特性を得ることが困難である。
(第2比較例の二次電池の問題点)
 第2比較例の二次電池では、外部端子230が突出部230Rを含んでおり、その突出部230Rが貫通口10Kの内部に配置されている。この場合には、突出部230Rと正極リード51との間の距離が小さいため、外部端子230に対する正極リード51の溶接工程において、その外部端子230に接近するように正極リード51を大きく迂回させる必要がなく、すなわち正極リード51を部分的に大きく屈曲させる必要がない。これにより、正極リード51が外部端子130に容易かつ安定に溶接されやすくなるため、その正極リード51が外部端子130に十分に溶接される。よって、正極リード51が外部端子130に接続されやすくなるため、その外部端子130と正極リード51との電気的導通が担保される。
 また、正極リード51と溶接される外部端子230がアルミニウム含有材料により形成されているため、その外部端子230が高電位になっても溶融しにくくなる。これにより、外部端子230に対する正極リード51の溶接強度が維持されると共に、その外部端子230の溶融物に起因した正極21と負極22との短絡が防止されるため、この観点においても外部端子230と正極リード51との電気的導通が担保される。
 しかしながら、外部端子230がアルミニウム含有材料により形成されているため、その外部端子230が外力に応じて変形しやすくなる。これにより、外装缶10の内圧が上昇すると外部端子230が変形しやすくなるため、二次電池が膨れやすくなる。
 これらのことから、第2比較例の二次電池では、外部端子230と正極リード51との電気的導通が担保される反面、二次電池の膨れが発生しやすくなる。よって、耐変形特性と電気的導通特性とが両立されないため、優れた耐変形特性および優れた電気的導通特性を得ることが困難である。
(本実施形態の二次電池の利点)
 これに対して、本実施形態の二次電池では、外部端子30のうちの上側端子部32が弾性金属材料を含んでいるため、その上側端子部32が外力に応じて変形しにくくなる。これにより、外装缶10の内圧が上昇しても外部端子30が変形しにくくなるため、二次電池が膨れにくくなる。
 また、外部端子30のうちの下側端子部31が貫通口10Kの内部に配置されている。この場合には、下側端子部31と正極リード51との間の距離が小さいため、外部端子30に対する正極リード51の溶接工程において、その下側端子部31に接近するように正極リード51を大きく迂回させる必要がなく、すなわち正極リード51を部分的に大きく屈曲させる必要がない。これにより、正極リード51が外部端子30に容易かつ安定に溶接されやすくなるため、その正極リード51が外部端子30に十分に溶接される。よって、正極リード51が外部端子30に接続されやすくなるため、その外部端子30と正極リード51との電気的導通が担保される。
 さらに、正極リード51と溶接される下側端子部31がアルミニウム含有材料を含んでいるため、その下側端子部31が高電位になっても溶融しにくくなる。これにより、外部端子30に対する正極リード51の溶接強度が維持されると共に、下側端子部31の溶融物に起因した正極21と負極22との短絡が防止されるため、この観点においても外部端子30と正極リード51との電気的導通が低下する。
 これらのことから、本実施形態の二次電池では、外部端子30と正極リード51との電気的導通が担保されながら、二次電池の膨れが抑制される。よって、耐変形特性と電気的導通特性とが両立されるため、優れた耐変形特性および優れた電気的導通特性を得ることができる。
 なお、本実施形態の二次電池では、第1比較例の二次電池と比較して、以下で説明する点においても利点が得られる。
 第1比較例の二次電池では、上記したように、外部端子130に対する正極リード51の溶接工程において、その外部端子130に接近するように正極リード51を屈曲させなければならない。この場合には、外部端子130に正極リード51を十分に溶接させるために、その外部端子130に対する正極リード51の溶接面積を増加させなければならないため、貫通口10Kの内径を増加させる必要がある。
 しかしながら、窪み部12Uの内径が一定である場合において、貫通口10Kの内径が増加すると、ガスケット40の設置範囲が減少するため、そのガスケット40を介して蓋部12に熱溶着されている外部端子130の接着強度(いわゆるシール強度)が低下する。これにより、ガスケット40を用いた外装缶10の封止性が低下する。
 これに対して、本実施形態の二次電池では、上記したように、外部端子30に対する正極リード51の溶接工程において、下側端子部31に接近するように正極リード51を屈曲させなくてもよい。この場合には、外部端子30に正極リード51が十分に溶接され、すなわち外部端子30に対する正極リード51の溶接面積が十分に大きくなるため、貫通口10Kの内径を増加させる必要がない。
 よって、ガスケット40の設置範囲が十分に大きくなるため、そのガスケット40を介して蓋部12に接着されている外部端子30の接着強度が増加する。これにより、ガスケット40を用いた外装缶10の封止性が向上する。
 また、第1比較例の二次電池では、電解液と接触し得る外部端子130が弾性金属材料を含んでいるため、上記したように、その外部端子130が溶融しやすくなる。この場合には、外部端子130の溶融物により電解液が汚染されやすくなるため、その電解液を用いた充放電反応が進行しにくくなる。これにより、二次電池において円滑かつ安定な充放電反応が阻害される。
 これに対して、本実施形態の二次電池では、電解液と接触し得る下側端子部31がアルミニウム含有材料を含んでいるため、上記したように、その下側端子部31が溶融しにくくなる。この場合には、下側端子部31の溶融物により電解液が汚染されにくくなるため、その電解液を用いた充放電反応が進行しやすくなる。これにより、二次電池において円滑かつ安定な充放電反応が担保される。
[他の作用および効果]
 本実施形態の二次電池では、特に、弾性金属材料がステンレス鋼およびニッケルのうちの一方または双方を含んでいれば、外部端子30が十分に変形しにくくなる。よって、二次電池の膨れが十分に抑制されるため、より高い効果を得ることができる。
 また、上側端子部32の厚さT32が蓋部12の厚さT12よりも大きくなっていれば、その上側端子部32の剛性が蓋部12の剛性よりも高くなる。よって、外装缶10の内圧が上昇した際に外部端子30がより変形しにくくなるため、より高い効果を得ることができる。
 また、上側端子部32の外径D32が下側端子部31の外径D31よりも大きくなっていれば、外部端子30がガスケット40を介して蓋部12に固定されやすくなる。よって、外装缶10の内圧が上昇した際に外部端子30がより変形しにくくなるため、より高い効果を得ることができる。
 また、溶接深さPが下側端子部31の厚さT31よりも小さくなっていれば、その下側端子部31に対する正極リード51の溶接工程において、上側端子部32の溶融が抑制される。よって、外部端子30がより変形しにくくなるため、より高い効果を得ることができる。
 また、正極リード51が蓋部12と電池素子20との間において下側端子部31に溶接されながら途中で折り返されずに延在していれば、電池素子20の高さ(正極21と負極22との対向面積)が増加するため、体積エネルギー密度が増加する。よって、電池容量が増加するため、より高い効果を得ることができる。
 また、蓋部12が窪み部12Uを有しており、その窪み部12Uの内部に上側端子部32が配置されていれば、二次電池の高さHが小さくなる。よって、体積エネルギー密度が増加するため、より高い効果を得ることができる。
 また、負極22が外装缶10と電気的に接続されていれば、その外装缶10が負極22の外部接続用端子として機能する。これにより、二次電池が外装缶10とは別個に負極22の外部接続用端子を備えていなくてもよいため、素子空間体積が増加する。よって、体積エネルギー密度が増加するため、より高い効果を得ることができる。
 また、二次電池が扁平かつ柱状の二次電池であれば、外装缶10の内圧が上昇しやすい小型の二次電池においても変形が効果的に抑制されるため、より高い効果を得ることができる。
 また、二次電池がリチウムイオン二次電池であれば、リチウムの吸蔵放出を利用して十分な電池容量が安定に得られるため、より高い効果を得ることができる。
<2.変形例>
 上記した二次電池の構成は、以下で説明するように、適宜、変更可能である。ただし、以下で説明する一連の変形例のうちの任意の2種類以上は、互いに組み合わされてもよい。
[変形例1]
 図3では、下側端子部31が貫通口10Kの内部に配置されている。しかしながら、図3に対応する図8および図9に示したように、下側端子部31は、貫通口10Kの外側、すなわち蓋部12の外側まで拡張されており、その下側端子部31の一部は、ガスケット40と上側端子部32との間に介在していてもよい。以下では、随時、図8および図9と共に図2および図3を参照する。
 具体的には、図8では、下側端子部31が貫通口10Kの内部から蓋部12の外側まで配置されており、その下側端子部31の外径D31は、貫通口10Kの内径よりも大きくなっていると共に、上側端子部32の外径D32よりも小さくなっている。
 図9では、下側端子部31が貫通口10Kの内部から蓋部12の外側まで配置されており、その下側端子部31の外径D31は、貫通口10Kの内径よりも大きくなっていると共に、上側端子部32の外径D32と等しくなっている。
 なお、図8および図9のそれぞれに示した下側端子部31は、下側の狭幅部分と、その狭幅部分に連結された上側の広幅部分とを含んでいる。この場合において、狭幅部分および広幅部分は、互いに一体化されていてもよいし、互いに別体化されていてもよい。
 これらの場合においても、外部端子30が下側端子部31および上側端子部32を含んでいるため、図3に示した場合と同様の効果を得ることができる。これらの場合には、特に、図3に示した場合と比較して、アルミニウム含有材料を含んでいる下側端子部31と電解液が含浸し得るガスケット40との接触面積が増加するため、その下側端子部31の溶融物に起因した電解液の汚染をより防止することができる。これにより、下側端子部31とガスケット40との接触面積が最大になる図9では、溶融物の発生を著しく防止することができると共に、電解液の汚染も著しく防止することができる。
 なお、ここでは図8および図9を例示することにより、下側端子部31が蓋部12の外側まで拡張される態様を説明したが、その蓋部12の外側まで下側端子部31が拡張される範囲は、特に限定されないため、任意に設定可能である。
 ただし、弾性金属材料を含んでいる上側端子部32の変形を十分に抑制するためには、その下側端子部31の上に上側端子部32が配置されているため、その下側端子部31は上側端子部32の上面に露出していないことが好ましい。
[変形例2]
 図2では、蓋部12が窪み部12Uを有しており、その窪み部12Uの内部に上側端子部32が配置されている。
 しかしながら、図2に対応する図10に示したように、蓋部12が窪み部12Uを有していなくてもよい。この場合には、平坦な板状である蓋部12の外側に上側端子部32およびガスケット40が配置されている。
 この場合においても、外部端子30が下側端子部31および上側端子部32を含んでいるため、図2に示した場合と同様の効果を得ることができる。
[変形例3]
 図1および図2に示した二次電池は、外径Dよりも高さHが小さいボタン型の二次電池である。しかしながら、ここでは具体的に図示しないが、二次電池は、外径Dよりも高さHが大きい円筒型の二次電池でもよい。なお、比D/Hは、任意に設定可能である。
 この場合においても、外部端子30が下側端子部31および上側端子部32を含んでいるため、図1および図2に示した場合と同様の効果を得ることができる。
[変形例4]
 多孔質膜であるセパレータ23を用いた。しかしながら、ここでは具体的に図示しないが、セパレータ23の代わりに、高分子化合物層を含む積層型のセパレータを用いてもよい。
 具体的には、積層型のセパレータは、一対の面を有する多孔質膜と、その多孔質膜の片面または両面に設けられた高分子化合物層とを含んでいる。正極21および負極22のそれぞれに対するセパレータの密着性が向上するため、電池素子20の巻きずれが抑制されるからである。これにより、電解液の分解反応が発生しても、二次電池が膨れにくくなる。高分子化合物層は、ポリフッ化ビニリデンなどの高分子化合物を含んでいる。ポリフッ化ビニリデンなどは、物理的強度に優れていると共に、電気化学的に安定だからである。
 なお、多孔質膜および高分子化合物層のうちの一方または双方は、複数の絶縁性粒子のうちのいずれか1種類または2種類以上を含んでいてもよい。二次電池の発熱時において複数の絶縁性粒子が放熱するため、その二次電池の安全性(耐熱性)が向上するからである。絶縁性粒子は、無機粒子および樹脂粒子のうちの一方または双方などである。無機粒子の具体例は、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、ベーマイト、酸化ケイ素、酸化チタン、酸化マグネシウムおよび酸化ジルコニウムなどの粒子である。樹脂粒子の具体例は、アクリル樹脂およびスチレン樹脂などの粒子である。
 積層型のセパレータを作製する場合には、高分子化合物および溶媒などを含む前駆溶液を調製したのち、多孔質膜の片面または両面に前駆溶液を塗布する。この場合には、多孔質膜に前駆溶液を塗布する代わりに、その前駆溶液中に多孔質膜を浸漬させてもよい。また、前駆溶液中に複数の絶縁性粒子を含有させてもよい。
 この場合においても、正極21と負極22との間においてリチウムイオンが移動可能になるため、同様の効果を得ることができる。この場合には、特に、上記したように、電池素子20の巻きずれが抑制されると共に、場合によっては二次電池の安全性が向上するため、より高い効果を得ることができる。
[変形例5]
 液状の電解質である電解液を用いた。しかしながら、ここでは具体的に図示しないが、電解液の代わりに、ゲル状の電解質である電解質層を用いてもよい。
 電解質層を用いた電池素子20では、セパレータ23および電解質層を介して正極21および負極22が互いに積層されていると共に、その正極21、負極22、セパレータ23および電解質層が巻回されている。この電解質層は、正極21とセパレータ23との間に介在していると共に、負極22とセパレータ23との間に介在している。ただし、電解質層は、正極21とセパレータ23との間だけに介在していてもよいし、負極22とセパレータ23との間だけに介在していてもよい。
 具体的には、電解質層は、電解液と共に高分子化合物を含んでおり、その電解液は、高分子化合物により保持されている。電解液の漏液が防止されるからである。電解液の構成は、上記した通りである。高分子化合物は、ポリフッ化ビニリデンなどを含んでいる。電解質層を形成する場合には、電解液、高分子化合物および溶媒などを含む前駆溶液を調製したのち、正極21および負極22のそれぞれの片面または両面に前駆溶液を塗布する。
 この場合においても、正極21と負極22との間において電解質層を介してリチウムイオンが移動可能になるため、同様の効果を得ることができる。この場合には、特に、上記したように、電解液の漏液が防止されるため、より高い効果を得ることができる。
[変形例6]
 図2では、二次電池が巻回型の電池素子20(巻回電極体)を備えている。しかしながら、ここでは具体的に図示しないが、二次電池が積層型の電池素子(積層電極体)を備えていてもよい。
 積層型の電池素子は、以下で説明することを除いて、巻回型の電池素子20の構成と同様の構成を有している。
 積層型の電池素子は、正極、負極およびセパレータを含んでおり、その正極および負極は、セパレータを介して交互に積層されている。このため、積層型の電池素子は、1個または2個以上の正極と、1個または2個以上の負極と、1個または2個以上のセパレータとを含んでいる。
 積層型の電池素子が複数の正極および複数の負極を含んでいる場合には、その複数の正極のそれぞれの正極集電体に正極リードが接続されていると共に、その複数の負極のそれぞれの負極集電体に負極リードが接続されているため、二次電池は、複数の正極リードおよび複数の負極リードを備えている。複数の正極リードは、互いに接合された状態において外部端子30に接続されていると共に、複数の負極リードは、互いに接合された状態において収納部11に接続されている。
 この場合においても、積層型の電池素子において充放電されるため、同様の効果を得ることができる。
 本技術の実施例に関して説明する。
<実施例1~3および比較例1,2>
 二次電池を作製したのち、その二次電池の特性を評価した。
[実施例1~3の二次電池の作製]
 以下で説明する手順により、図1~図4に示した二次電池(ボタン型のリチウムイオン二次電池)を作製した。
(正極の作製)
 最初に、正極活物質(LiCoO)91質量部と、正極結着剤(ポリフッ化ビニリデン)3質量部と、正極導電剤(黒鉛)6質量部とを互いに混合させることにより、正極合剤とした。続いて、溶媒(有機溶剤であるN-メチル-2-ピロリドン)に正極合剤を投入したのち、その有機溶剤を撹拌することにより、ペースト状の正極合剤スラリーを調製した。続いて、コーティング装置を用いて正極集電体21A(帯状のアルミニウム箔,厚さ=12μm)の両面に正極合剤スラリーを塗布したのち、その正極合剤スラリーを乾燥させることにより、正極活物質層21Bを形成した。最後に、ロールプレス機を用いて正極活物質層21Bを圧縮成型した。これにより、正極21が作製された。
(負極の作製)
 最初に、負極活物質(黒鉛)95質量部と、負極結着剤(ポリフッ化ビニリデン)5質量部とを互いに混合させることにより、負極合剤とした。続いて、溶媒(有機溶剤であるN-メチル-2-ピロリドン)に負極合剤を投入したのち、その有機溶剤を撹拌することにより、ペースト状の負極合剤スラリーを調製した。続いて、コーティング装置を用いて負極集電体22A(帯状の銅箔,厚さ=15μm)の両面に正極合剤スラリーを塗布したのち、その負極合剤スラリーを乾燥させることにより、負極活物質層22Bを形成した。最後に、ロールプレス機を用いて負極活物質層22Bを圧縮成型した。これにより、負極22が作製された。
(電解液の調製)
 溶媒(炭酸エチレンおよび炭酸ジエチル)に電解質塩(LiPF)を添加したのち、その溶媒を攪拌した。この場合には、溶媒の混合比(重量比)を炭酸エチレン:炭酸ジエチル=30:70としたと共に、電解質塩の含有量を溶媒に対して1mol/kgとした。これにより、溶媒中において電解質塩が溶解または分散されたため、電解液が調製された。
(二次電池の組み立て)
 最初に、抵抗溶接法を用いて正極21のうちの正極集電体21Aに正極リード51(アルミニウム)を溶接したと共に、抵抗溶接法を用いて負極22のうちの負極集電体22Aに負極リード52(アルミニウム)を溶接した。この場合には、シーラント70(ポリイミドテープ)により周囲を部分的に被覆されている正極リード51を用いた。
 続いて、セパレータ23(ポリエチレンフィルム,厚さ=10μm)を介して正極21および負極22を互いに積層させたのち、その正極21、負極22およびセパレータ23を巻回させることにより、巻回中心空間20Kを有する巻回体20Zを作製した。
 続いて、開口部11Kから収納部11(SUS316,外径=12.1mm、肉厚=0.15mm)の内部に巻回体20Zおよび絶縁板60(ポリイミド,厚さ=0.02mm)を収納した。この場合には、抵抗溶接法を用いて収納部11に負極リード52を溶接した。
 続いて、開口部11Kから収納部11の内部に電解液を注入したのち、レーザ溶接法を用いて収納部11に蓋部12(SUS316,外径=12mm,厚さT12=0.15mm,窪み部12Uの内径=8mm,窪み部12Uの深さ=0.32mm,貫通口10Kの内径=4mm)を溶接した。この蓋部12には、外部端子30(アルミニウム)がガスケット40(ポリプロピレン,熱溶着後の厚さ=0.07mm)を介して熱溶着されており、その外部端子30が下側端子部31(外径D31=3.5mm,厚さT31=0.22mm)および上側端子部32(外径D32=7.2mm,厚さT32=0.25mm)を含んでいる。
 ここでは、レーザ溶接法を用いて下側端子部31に正極リード51を溶接した。この場合には、下側端子部31の上に正極リード51の端部を重ねたのち、その正極リード51の端部に溶接用のレーザ(YAGレーザ,波長=1064nm)を照射した。
 ここでは、下側端子部31の形成材料(アルミニウム含有材料)としてアルミニウム(Al,純度=99.5重量%,縦弾性係数=68.6kPa)を用いると共に、上側端子部32の形成材料(弾性金属材料)としてステンレス鋼(SUS304,縦弾性係数=193GPa)を用いた。
 これにより、巻回体20Z(正極21、負極22およびセパレータ23)に電解液が含浸されたため、電池素子20が作製されたと共に、収納部11に蓋部12が溶接されたため、外装缶10が形成された。よって、外装缶10の内部に電池素子20などが封入されたため、二次電池が組み立てられた。
 二次電池を組み立てる場合には、表1に示したように、蓋部12の厚さT12および上側端子部32の厚さT32を設定した。表1に示した「厚さ関係」は、厚さT12,T32の大小関係を表している。具体的には、「T12=T32」は、厚さT12(=0.15mm)と厚さT32(=0.15mm)とが互いに同じであることを示している。「T12<T32」は、厚さT32(=0.25mm)が厚さT12(=0.15mm)よりも大きいことを示している。「T12>T32」は、厚さT32(=0.10mm)が厚さT12(=0.15mm)よりも小さいことを示している。
(二次電池の安定化)
 常温環境中(温度=23℃)において、組み立て後の二次電池を1サイクル充放電させた。充電時には、0.1Cの電流で電圧が4.2Vに到達するまで定電流充電したのち、その4.2Vの電圧で電流が0.05Cに到達するまで定電圧充電した。放電時には、0.1Cの電流で電圧が3.0Vに到達するまで定電流放電した。0.1Cとは、電池容量(理論容量)を10時間で放電しきる電流値であると共に、0.05Cとは、電池容量を20時間で放電しきる電流値である。
 これにより、正極21および負極22のそれぞれの表面に被膜が形成されたため、二次電池の状態が電気化学的に安定化した。よって、二次電池が完成した。
[比較例1,2の二次電池の作製]
 比較のために、図6および図7のそれぞれに示した二次電池も作製した。
 具体的には、図6に示したように、外部端子30の代わりに外部端子130を用いたと共に、その外部端子130に正極リード51を溶接したことを除いて同様の手順により、二次電池を作製した(比較例1)。外部端子130の形成材料としては、弾性金属材料(SUS304)を用いた。
 また、図7に示したように、外部端子30の代わりに外部端子230を用いたと共に、突出部230Rに正極リード51を溶接したことを除いて同様の手順により、二次電池を作製した(比較例2)。外部端子230の形成材料としては、アルミニウム含有材料(Al)を用いた。
 ここで、表1に示した一連の欄には、以下で説明する事項を示している。
 「構成」の欄には、外部端子30,130,230のそれぞれが対応する図面の番号を示している。
 「下側端子部」および「上側端子部」のそれぞれの欄には、下側端子部31の有無および材質と、上側端子部32の有無および材質とを示している。すなわち、下側端子部31および上側端子部32を用いている実施例1~3では、「下側端子部」の欄に下側端子部31の材質を示していると共に、「上側端子部」の欄に上側端子部32の材質を示している。
 なお、比較例1に関して、「下側端子部」の欄を空欄にしていると共に「上側端子部」の欄にSUSと示しているのは、図6に示したように、外部端子130が上側端子部32に対応する構成を有しており、その外部端子130の形成材料として弾性金属材料(SUS304)を用いたことを表している。
 また、比較例2に関して、「下側端子部」と「上側端子部」とを合体させた欄にAlと示しているのは、図7に示したように、外部端子230が下側端子部31および上側端子部32に対応する構成を有しており、その外部端子230の形成材料としてアルミニウム含有材料(Al)を用いたことを表している。
[特性評価]
 二次電池の特性(耐変形特性および電気的導通特性)を評価したところ、表1に示した結果が得られた。
(耐変形特性)
 最初に、常温環境中において二次電池の高さ(フロート試験前の高さ)を測定した。この二次電池の高さは、外部端子30,130,230のそれぞれの中央部において測定された値である。
 続いて、二次電池を用いてフロート試験を行った。このフロート試験では、高温環境中(温度=50℃)において二次電池を連続充電させた。この場合には、10mAの電流で電圧が4.4Vに到達するまで定電流充電したのち、その4.4Vの電圧で定電圧充電することにより、総充電期間が30日間に到達するまで連続充電した。続いて、フロート試験後における二次電池の高さ(フロート試験後の高さ)を測定した。
 最後に、膨れ率(%)=[(フロート試験後の高さ-フロート試験前の高さ)/フロート試験前の高さ]×100という計算式に基づいて、耐変形特性を評価するための指標である膨れ率を算出した。
(電気的導通特性)
 最初に、上記したように、二次電池の製造工程において、レーザ溶接法を用いて下側端子部31および外部端子130,230のそれぞれに正極リード51を溶接した。
 続いて、正極リード51の溶接状態を目視で確認することにより、その溶接状態の良否を判定した。この場合には、溶接状態の良否を判定するために用いた二次電池の個数(試験数)を100個とした。また、正極リード51の溶接状態が良好であったため、その正極リード51の電気的導通状態が良好であった二次電池を良品と判定したと共に、正極リード51の溶接状態が不良であったため、その正極リード51の電気的導通状態が不良であった二次電池を不良品と判定した。不良品の二次電池では、正極リード51の溶接状態が不均一であり、または正極リード51が溶接されていなかった。
 最後に、溶接良品率(%)=(良品の個数/100個)×100という計算式に基づいて、電気的導通特性を評価するための指標である溶接良品率を算出した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
[考察]
 表1に示したように、膨れ率および溶接良品率のそれぞれは、二次電池の構成に応じて変動した。
 具体的には、外部端子130(弾性金属材料)用いた場合(比較例1)には、膨れ率は良好であったが、溶接良品率は悪化した。また、外部端子230(アルミニウム含有材料)を用いた場合(比較例2)には、溶接良品率は良好であったが、膨れ率は悪化した。
 これに対して、下側端子部31(アルミニウム含有材料)および上側端子部32(弾性金属材料)を含む外部端子30を用いた場合(実施例1~3)には、膨れ率が良好であったと共に、溶接良品率も良好であった。
 この場合には、特に、上側端子部32の厚さT32が蓋部12の厚さT12以上であると(実施例1,2)、膨れ率がより減少したと共に、その厚さT32が厚さT23よりも大きいと(実施例2)、膨れ率がさらに減少した。
[まとめ]
 表1に示した結果から、外部端子30が下側端子部31(アルミニウム含有材料)および上側端子部32(弾性金属材料)を含んでおり、その下側端子部31に正極リード51が溶接されていると、その外部端子30と正極リード51の電気的導通性が担保されながら、二次電池の膨れが抑制された。よって、優れた耐変形特性および優れた電気的導通特性を得ることができた。
 以上、一実施形態および実施例を挙げながら本技術に関して説明したが、その本技術の構成は、一実施形態および実施例において説明された構成に限定されないため、種々に変形可能である。
 具体的には、電極反応物質がリチウムである場合に関して説明したが、その電極反応物質は、特に限定されない。このため、電極反応物質は、上記したように、ナトリウムおよびカリウムなどの他のアルカリ金属でもよいし、ベリリウム、マグネシウムおよびカルシウムなどのアルカリ土類金属でもよい。この他、電極反応物質は、アルミニウムなどの他の軽金属でもよい。
 本明細書中に記載された効果は、あくまで例示であるため、本技術の効果は、本明細書中に記載された効果に限定されない。よって、本技術に関して、他の効果が得られてもよい。

Claims (11)

  1.  貫通口を有する外装部材と、
     前記外装部材の内部に収納されると共に正極および負極を含む電池素子と、
     前記外装部材の外側に配置されると共に前記貫通口を遮蔽する電極端子と、
     前記電極端子と前記外装部材との間に配置された絶縁性の封止部材と、
     前記正極に接続された正極配線と
     を備え、
     前記外装部材は、
     開口部を有すると共に前記電池素子を内部に収納する収納部と、
     前記貫通口を有すると共に前記開口部を閉塞する蓋部と
     を含み、
     前記収納部および前記蓋部は、互いに溶接されており、
     前記電極端子は、
     少なくとも前記貫通口の内部に配置されると共に前記正極配線に溶接された第1端子部と、
     前記蓋部の外側に配置されると共に前記第1端子部に連結された第2端子部と
     を含み、
     前記第1端子部は、アルミニウム含有材料を含み、
     前記第2端子部は、前記アルミニウム含有材料の縦弾性係数よりも大きい縦弾性係数を有する金属材料を含む、
     二次電池。
  2.  前記第1端子部は、前記貫通口の内部から前記蓋部の外側まで配置されており、
     前記第1端子部の一部は、前記封止部材と前記第2端子部との間に介在している、
     請求項1記載の二次電池。
  3.  前記金属材料は、ステンレス鋼およびニッケルのうちの少なくとも一方を含む、
     請求項1または請求項2記載の二次電池。
  4.  前記第2端子部の厚さは、前記蓋部の厚さよりも大きい、
     請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の二次電池。
  5.  前記第2端子部の外径は、前記第1端子部の外径よりも大きい、
     請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の二次電池。
  6.  前記第1端子部に対する前記正極配線の溶接深さは、前記第1端子部の厚さよりも小さい、
     請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載の二次電池。
  7.  前記正極配線は、前記蓋部と前記電池素子との間において、前記第1端子部に溶接されながら途中で折り返されずに延在している、
     請求項1ないし請求項6のいずれか1項に記載の二次電池。
  8.  前記蓋部は、窪み部を有し、
     前記窪み部では、前記蓋部が前記収納部の内部に向かって部分的に窪むように屈曲しており、
     前記第2端子部は、前記窪み部の内部に配置されている、
     請求項1ないし請求項7のいずれか1項に記載の二次電池。
  9.  前記負極は、前記外装部材と電気的に接続されている、
     請求項1ないし請求項8のいずれか1項に記載の二次電池。
  10.  扁平かつ柱状の二次電池である、
     請求項1ないし請求項9のいずれか1項に記載の二次電池。
  11.  リチウムイオン二次電池である、
     請求項1ないし請求項10のいずれか1項に記載の二次電池。
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