JP2014139904A - 角形二次電池 - Google Patents

Abstract

【課題】内圧が上昇した際に確実に安定して電流遮断する角形二次電池を得ること。
【解決手段】電極群３を内蔵する電池容器２を密閉する電池蓋２１と、電池蓋２１に設けた貫通孔２１ｂと、貫通孔２１ｂに絶縁体２２を介して挿通される接続端子５２と、接続端子５２に電池内側で接続されるリード４１と、リード４１に接続されるダイアフラム４２を有し、ダイアフラム４２が、電極群３に電気的に接続された集電板５３に接続され、電池容器内部の圧力の上昇により、接続端子５２と電極群３の導通を切断する電流遮断構造を有する角形二次電池１であって、リード４１は平板状であり、ダイアフラム４２をリード４１でシール部材４３を介してかしめ固定していることを特徴とする。
【選択図】図７

Description

本発明は、車載用途等に使用される角形二次電池に関する。

従来から、車両やその他の機器に搭載される密閉型のリチウムイオン二次電池などにおいては、過充電や過昇温、外力による破損などによって、内部にガスが溜まり、そのガスによって、電池内部の圧力が上昇する場合がある。そのため、密閉型電池の電池ケースには、安全のための脆弱箇所が形成される。

例えば、電池ケースの一部の箇所に、電池の内圧によって変形する部材が用いられ、その部材の変形によって脆弱部分が破損するようにされているものがある。脆弱部分の破損によって、電流経路が遮断されるものや、密閉型電池の内外が連通されてガスを排出するものなどが提案されている。

特許文献１には、外部電極端子と内部集電タブの間に封口体リードとダイアフラムを備えてあり、電池蓋に対して垂直方向に延びる筒状の封口体リードにダイアフラムの周縁が密閉され、電池内圧が上昇するとダイアフラムが変形し、脆弱箇所が破断され、それによって電流の経路を遮断するとされている。

特開２００８−６６２５５号公報

しかしながら、前述した従来の技術では、例えば電池蓋に対して垂直方向に延びる筒状の封口体リードにダイアフラムの周縁を密閉しようとした場合、ダイアフラムを溶接する封口体リードの厚み部分、もしくはさらに加工を加えた部分は形状が複雑になり平面性が出しにくいことから溶接が不安定になる可能性がある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、内圧が上昇した際には確実に安定して電流経路を遮断することができる角形二次電池を提供することである。

上記課題を解決する本発明の角形二次電池は、扁平の電極群を内蔵する電池容器と、該電池容器を密閉する電池蓋と、該電池蓋に開口する開口部に挿通される接続端子と、前記電池容器内に配置されて前記接続端子に接続されるリードと、該リードに接続されて前記接続端子を貫通する貫通孔を閉塞し、前記電池容器の内部圧力の上昇により変形するダイアフラムとを有し、前記ダイアフラムが、電極群に電気的に接続された集電板に接続され、電池容器内部の圧力の上昇により、接続端子と電極群の導通を切断する電流遮断構造を有する角形二次電池であって、前記ダイアフラムは、前記リードにかしめ固定されていることを特徴としている。

本発明によれば、内圧が上昇した際には確実に安定して電流遮断を行う角形二次電池を得ることができる。なお、上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

角形二次電池の外観斜視図。 角形二次電池の分解斜視図。 電極群の分解斜視図。 蓋組立体の分解斜視図。 角形二次電池の断面図。 角形二次電池の平面図及びＡ−Ａ線断面図。 正極端子構成部の部分断面図。 負極端子構成部の部分断面図。 図７に示す正極端子構成部の電流遮断構造が作動する前の状態を示す断面図。 電流遮断構造が作動した後の状態を示す断面図。 第１実施の形態におけるかしめ部の構成例を説明する断面図。 ダイアフラムをかしめ固定する方法を説明する断面図。 ダイアフラムをかしめ固定する方法を説明する断面図。 ダイアフラムをかしめ固定する方法を説明する断面図。 ダイアフラムをかしめ固定する方法を説明する断面図。 第２実施の形態におけるかしめ部の構成例を説明する断面図。 第３実施の形態におけるかしめ部の構成例を説明する断面図。

次に、本発明の実施形態について図面を用いて以下に説明する。なお、以下の説明では、角形二次電池の例として、電気自動車やハイブリッド自動車の電源として用いられる角形のリチウムイオン二次電池の場合を例に説明するが、これに限定されるものではなく、他の角形二次電池にも適用できるものである。

［第１実施の形態］
図１は、本実施の形態に係わる角形二次電池の外観斜視図、図２は、図１に示される角形二次電池の分解斜視図である。

角形二次電池であるリチウムイオン二次電池１は、図１及び図２に示すように、電池容器２内に電極群３を収容した構成を有している。電池容器２は、開口部１１ａを有する電池缶１１と、電池缶１１の開口部１１ａを封口する電池蓋２１とを有する。電極群３は、正極板３３と負極板３１との間にセパレータ３２、３４を介在させて重ね合わせた状態で扁平状に捲回し、テープ３５で固定した構造である。

電池缶１１及び電池蓋２１は、共にアルミニウム合金で製作されており、電池蓋２１は、レーザー溶接によって電池缶１１に溶接される。電池蓋２１には、正極端子構成部５０と負極端子構成部６０が設けられており、蓋組立体４を構成している。

正極端子構成部５０と負極端子構成部６０は、正極接続端子５２と負極接続端子６２（一対の電極端子）を有している。正極接続端子５２は、電池蓋２１との間に正極外部絶縁部材２２を介して配設され、負極接続端子６２は、電池蓋２１との間に負極外部絶縁部材２３を介して配設されている。

なお、電池蓋２１には、正極端子構成部５０及び負極端子構成部６０の他に、電池容器２内の圧力が所定値よりも上昇すると開放されて電池容器２内のガスを排出するガス排出弁７１と、電池容器２内に電解液を注入するための注液口７２が配置されている。

正極接続端子５２及び負極接続端子６２は、電池蓋２１の長手方向一方側と他方側の互いに離れた位置に配置されている。正極接続端子５２と負極接続端子６２は、それぞれ電池蓋２１の外側に配置される正極外部端子５１と負極外部端子６１を有している。正極接続端子５２は、アルミニウム合金で製作され、負極接続端子６２は、銅合金で製作されている。

正極端子構成部５０及び負極端子構成部６０は、電池蓋２１の内側から電池缶１１の底部に向かって延出して電極群３に導通接続される正極集電板５３と負極集電板６３をそれぞれ有している。電極群３は、正極集電板５３と負極集電板６３との間に配置されて支持されており、蓋組立体４及び電極群３によって、発電要素組立体５が構成されている。

図３は、図２に示された電極群３の詳細を示し、一部を展開した状態の外観斜視図である。
電極群３は、正極板３３、セパレータ３２、負極板３１、セパレータ３４の順に重ねて扁平状に捲回することによって構成される。電極群３は、図３に示すように、最外周の電極板が負極板３１であり、さらにその外側にセパレータ３４が捲回される。

セパレータ３２、３４は、正極板３３と負極板３１を絶縁する役割を有している。負極板３１の負極塗工部３１ａは、正極板３３の正極塗工部３３ａよりも幅方向に大きく、これにより正極塗工部３３ａは、必ず負極塗工部３１ａに挟まれるように構成されている。

正極未塗工部３３ｂ、負極未塗工部３１ｂは、平面部分で束ねられて溶接等により正負極外部端子５１、６１につながる各極の集電板５３、６３に接続される。尚、セパレータ３２、３４は、幅方向で負極塗工部３１ａよりも広いが、正極未塗工部３３ｂ、負極未塗工部３１ｂで金属箔面が露出する位置に捲回されるため、束ねて溶接する場合の支障にはならない。

正極板３３は、正極集電体である正極電極箔の両面に正極活物質合剤を塗布した正極塗工部３３ａを有し、正極電極箔の幅方向一方側の端部には、正極活物質合剤を塗布しない正極未塗工部（箔露出部）３３ｂが設けられている。

負極板３１は、負極集電体である負極電極箔の両面に負極活物質合剤を塗布した負極塗工部３１ａを有し、正極電極箔の幅方向他方側の端部には、負極活物質合剤を塗布しない負極未塗工部（箔露出部）３１ｂが設けられている。正極未塗工部３３ｂと負極未塗工部３１ｂは、電極箔の金属面が露出した領域であり、図３に示すように、捲回軸方向（Ｘ方向）一方側と他方側の位置に配置されるように捲回される。

負極板３１においては、負極活物質として非晶質炭素粉末１００重量部に対して、結着剤として１０重量部のポリフッ化ビニリデン（以下、ＰＶＤＦという。）を添加し、これに分散溶媒としてＮ−メチルピロリドン（以下、ＮＭＰという。）を添加、混練した負極合剤を作製した。この負極合剤を厚さ１０μｍの銅箔（負極電極箔）の両面に集電部（負極未塗工部３１ｂ）を残して塗布した。その後、乾燥、プレス、裁断して銅箔を含まない負極活物質塗布部厚さ７０μｍの負極板３１を得た。

なお、本実施の形態では、負極活物質に非晶質炭素を用いる場合について例示したが、これに限定されるものではなく、リチウムイオンを挿入、脱離可能な天然黒鉛や、人造の各種黒鉛材、コークスなどの炭素質材料等でよく、その粒子形状においても、鱗片状、球状、繊維状、塊状等、特に制限されるものではない。しかし、いずれの炭素質材料でもリチウムイオンの吸蔵により、負極活物質塗布部は膨張する。

正極板３３に関しては、正極活物質としてマンガン酸リチウム（化学式ＬｉＭｎ_２Ｏ_４）１００重量部に対し、導電材として１０重量部の鱗片状黒鉛と結着剤として１０重量部のＰＶＤＦとを添加し、これに分散溶媒としてＮＭＰを添加、混練した正極合剤を作製した。この正極合剤を厚さ２０μｍのアルミニウム箔（正極電極箔）の両面に無地の集電部（正極未塗工部３３ｂ）を残して塗布した。その後、乾燥、プレス、裁断してアルミニウム箔を含まない正極活物質塗布部厚さ９０μｍの正極板３３を得た。

また、本実施の形態では、正極活物質にマンガン酸リチウムを用いる場合について例示したが、スピネル結晶構造を有する他のマンガン酸リチウムや一部を金属元素で置換又はドープしたリチウムマンガン複合酸化物や層状結晶構造を有すコバルト酸リチウムやチタン酸リチウムやこれらの一部を金属元素で置換またはドープしたリチウム-金属複合酸化物を用いるようにしてもよい。

また、本実施の形態では、正極板３３、負極板３１における塗工部の結着材としてＰＶＤＦを用いる場合について例示したが、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリブタジエン、ブチルゴム、ニトリルゴム、スチレンブタジエンゴム、多硫化ゴム、ニトロセルロース、シアノエチルセルロース、各種ラテックス、アクリロニトリル、フッ化ビニル、フッ化ビニリデン、フッ化プロピレン、フッ化クロロプレン、アクリル系樹脂などの重合体およびこれらの混合体などを用いることができる。

図４は、図２に示される蓋組立体の分解斜視図、図５は、角形二次電池の断面図、図６は、角形二次電池の平面図及び平面図のＡ−Ａ線断面図、図７は、図５に示す蓋組立体４の正極端子構成部の部分断面図、図８は、負極端子構成部の部分断面図である。また、図９は、図７に示す正極端子構成部の電流遮断構造が作動する前の状態を示す断面図、図１０は、電流遮断構造が作動した後の状態を示す断面図である。

正極端子構成部５０は、図４に示すように、正極外部端子５１、正極接続端子５２、ガスケット２６、正極外部絶縁部材２２、リード４１、シール部材４３、ダイアフラム４２、正極内部絶縁部材２４、正極集電板５３を有している。正極接続端子５２は、電池蓋２１との間にガスケット２６、正極内部絶縁部材２４、リード４１が介在されており、電池蓋２１から電気的に絶縁され、固定軸５２ｃの先端を外径側に折り曲げて、かしめ加工することで前記介在部品を保持している。

正極集電板５３は、図５及び図６に示すように、正極内部絶縁部材２４を介して電池蓋２１に固定されている。電池蓋２１には、正極内部絶縁部材２４の固定孔２４ｂに挿入してかしめることにより正極内部絶縁部材２４を電池蓋２１に固定する凸部２１ａが設けられている。凸部２１ａは、例えば図６のＡ−Ａ線断面図に示すように、電池蓋２１の電池内側面に２箇所設けられており、正極内部絶縁部材２４の固定孔２４ｂに入れ、凸部２１ａの先端をかしめ固定することで正極内部絶縁部材２４を保持する。

正極内部絶縁部材２４には、正極集電板５３の基部５３ｄに穿設された支持穴５３ｃに挿入してかしめることにより正極集電板５３を正極内部絶縁部材２４に固定するピン状の保持部２４ａが設けられている。保持部２４ａは、例えば４箇所設けられており、正極集電板５３の支持穴５３ｃ（図４を参照）に挿入して、熱を加えて先端を変形させることで正極集電板５３を保持する。

電池蓋２１と正極内部絶縁部材２４は凸部２１ａにより互いに固定され、正極内部絶縁部材２４と正極集電板５３は保持部２４ａにより互いに固定されており、電池蓋２１と正極内部絶縁部材２４と正極集電板５３が一体化されている。

負極端子構成部６０は、図４に示すように、負極外部端子６１、負極接続端子６２、ガスケット２６、負極外部絶縁部材２３、負極内部絶縁部材２５、負極集電板６３を有している。負極接続端子６２は、電池蓋２１との間にガスケット２６、負極内部絶縁部材２５、負極集電板６３が介在されており、電池蓋２１から電気的に絶縁され、固定軸６２ｃの先端を外径側に折り曲げて、かしめ加工することで前記介在部品を保持している。負極接続端子６２と負極集電板６３は例えばレーザー溶接で接合され、電気的に接続されている。

正極端子構成部５０は、電池内圧の上昇により電流を遮断する電流遮断構造を有している。電流遮断構造は、正極接続端子５２から正極集電板５３までの電流経路に設けられている。

正極接続端子５２は、図７に示すように、電池蓋２１との間にガスケット２６、正極内部絶縁部材２４、リード４１を介してかしめ固定されている。リード４１は、電池蓋２１の内側で正極接続端子５２にかしめられて電気的に接続されている。リード４１には、図９に示すように、シール部材４３を介してダイアフラム４２がかしめ固定されている。

ダイアフラム４２は、湾曲面部４２ａの中央部と正極集電板５３の接合部５３ａとが、例えば、レーザ溶接で接合されており、互いに電気的に接続されている。ダイアフラム４２は、リード４１に接続されて正極接続端子５２の貫通孔５２ｄを閉塞し、電池容器２の内部圧力の上昇により変形する。

正極集電板５３の接合部５３ａの周囲には、脆弱部５３ｂが設けられている。非正常的な電池内圧の上昇によって、正極接続端子５２のダイアフラム４２が変形する際に、正極集電板５３の脆弱部５３ｂが破断することによって、電気的接続を遮断する。これにより、電池内の密閉性を保ちつつ、電池の非正常的な作動を確実かつ安全に停止することができる。

ダイアフラム４２は、電池内側に向かって凸となるドーム状を有しており、電池内圧の上昇により頂部である中央部の高さが低くなる方向に変形して、正極集電板５３の接合部５３ａを基部５３ｄに直交する方向である電池外側（図４で上方）に向かって付勢し、脆弱部５３ｂを破断させて接合部５３ａを基部５３ｄから分離し、正極集電板５３との間の電気的な接続を遮断するように構成されている。

次に、本実施形態における正極端子構成部５０の構成について詳細に説明する。
正極接続端子５２は、図４に示すように、電池蓋２１の外側である上面に沿って配置される平板部５２ａと、平板部５２ａに開口して正極外部端子５１を挿通支持する挿通孔５２ｂと、電池蓋２１の開口部２１ｂに挿通されて電池蓋２１を貫通し先端が電池蓋２１の裏面側である電池内側に突出する固定軸５２ｃを有しており、固定軸５２ｃには、その中心を軸方向に貫通する貫通孔５２ｄが設けられている。

正極外部端子５１は、正極接続端子５２の挿通孔５２ｂに挿通される軸部５１ａと、平板部５２ａと正極外部絶縁部材２２との間に介在されて支持される矩形平板状のヘッド部５１ｂとを有している。軸部５１ａは、ナットと螺合してバスバーを締結可能なネジ山が螺設されている。

正極外部絶縁部材２２は、正極外部端子５１のヘッド部５１ｂと電池蓋２１の上面との間に介在される絶縁性の板状部材からなり、電池蓋２１の開口部２１ｂに連通して正極接続端子５２の固定軸５２ｃを挿通するための開口部２２ａを有している。

ガスケット２６は、正極接続端子５２の固定軸５２ｃに外嵌される断面Ｌ字状のリング形状を有しており、電池蓋２１の開口部２１ｂに挿入されて正極接続端子５２の固定軸５２ｃと電池蓋２１との間を絶縁しかつシールする端子封止部を構成する。ガスケット２６は、正極接続端子５２の固定軸５２ｃの先端をかしめることによって、所定の圧縮力で圧縮された状態で正極接続端子５２の平板部５２ａと電池蓋２１との間に介在される。

正極内部絶縁部材２４は、電池蓋２１の下面に沿って配置される合成樹脂製材料からなる絶縁性の板状部材によって構成されており、電池蓋２１とリード４１との間、及び、電池蓋２１と正極集電板５３との間に介在されて、これらの間を絶縁する。正極内部絶縁部材２４は、所定の板厚を有しており、電池蓋２１の開口部２１ｂに連通して固定軸５２ｃが挿通される貫通孔２４ｃが設けられている。正極内部絶縁部材２４は、その一部がリード４１と電池蓋２１との間に介在されており、固定軸５２ｃの先端をかしめることによって、正極接続端子５２と共に電池蓋２１に一体にかしめ固定されている。

そして、正極内部絶縁部材２４には、貫通孔２４ｃに連通しかつリード４１とダイアフラム４２が収容される凹部２４ｄが設けられている。凹部２４ｄは、図７に示すように、正極内部絶縁部材２４の下面に凹設されており、電池内側の他の空間部分と連通している。

正極内部絶縁部材２４は、図４に示すように、その上面に、正極内部絶縁部材２４を電池蓋２１に固定するための固定孔２４ｂが複数設けられており、電池蓋２１の下面でかつ固定孔２４ｂに対向する位置には、固定孔２４ｂに挿通される凸部２１ａが設けられている。

正極内部絶縁部材２４は、固定孔２４ｂに電池蓋２１の凸部２１ａを挿入して、正極内部絶縁部材２４の上面を電池蓋２１の下面に接面させた状態で、固定孔２４ｂから突出する凸部２１ａの先端を加圧変形させて拡径することにより電池蓋２１にかしめて係合される（図６を参照）。電池蓋２１の凸部２１ａは、予めプレス加工により電池外側を凹にして、その分だけ、電池内側を凸にすることによって形成される。

正極内部絶縁部材２４の下面には、正極集電板５３を固定するための保持部２４ａが複数凸設されている（図４及び図６を参照）。複数の保持部２４ａは、正極集電板５３の基部５３ｄに設けられている複数の支持穴５３ｃにそれぞれ挿入され、各支持穴５３ｃから突出した先端を加熱変形させて拡径させることによりかしめられる。また、複数の保持部２４ａを加熱する際に、集電板５３も一緒に加熱して基部５３ｄを正極内部絶縁部材２４に熱溶着する。したがって、正極集電板５３は、正極内部絶縁部材２４に一体に固定される。

ダイアフラム４２は、軸方向に移行するにしたがって漸次縮径するドーム状の湾曲面部４２ａと、湾曲面部４２ａの外周縁部から径方向外側に向かって拡がるフランジ部４２ｂとを有している。フランジ部４２ｂは、径方向外側に向かって一平面上に沿って拡がり、全周に亘って一定幅で連続し、後述するリード４１の凹溝４１ｂ内に配置されるリング形状を有している。

ダイアフラム４２は、湾曲面部４２ａが固定軸５２ｃの下端に開口する貫通孔５２ｄの開口端に対向してこれを覆い、フランジ部４２ｂがリード４１にかしめ固定されて、リードとの間を密閉封止し、貫通孔５２ｄによって連通されている電池外側の空間と電池内側の空間との間を区画している。

湾曲面部４２ａは、電池容器２の内圧が予め設定された上限値よりも上昇した場合に、電池容器２の外部との圧力差により、中央部の高さが低くなる方向に塑性変形し、正極集電板５３の脆弱部５３ｂを破断させ、内圧が低下した後も接合部５３ａを正極集電板５３の基部５３ｄから完全に切り離した位置に保持するように、材料、板厚、断面形状等が設定されている。湾曲面部４２ａの頂部である中央部は、レーザー溶接によって正極集電板５３の接合部５３ａに接合されている。中央部の接合は、レーザー溶接の他、抵抗溶接、超音波溶接によって行ってもよい。

湾曲面部４２ａは、フランジ部４２ｂに連続して中心軸方向に沿ってリード４１から離反する方向に移行するにしたがって漸次縮径し、断面が直線形状となる第１傾斜面部と、第１傾斜面部に連続して折曲されて第１傾斜面部とは異なる傾斜角度で延在し断面が直線形状となる第２傾斜面部とを軸方向に並べて組み合わせた立体形状を有している。

湾曲面部４２ａは、電池内圧の上昇により第１傾斜面部が拡径する方向に移動し、第２傾斜面部が中央部の高さ位置を低くする方向に移動するように変形する。第１傾斜面部は、湾曲面部４２ａの中心軸方向に対して４５°よりも小さくなる傾斜角度を有しており、第２傾斜面部は、第１傾斜面部に対して外角が１８０°よりも大きくなる傾斜角度を有している。

正極集電板５３は、図４に示すように、電池蓋２１の下面に対向して平行に延在する平板状の基部５３ｄを有しており、複数の支持穴５３ｃが例えば四隅位置など、互いに所定間隔をおいて配置されるように貫通して形成されている。

これら複数の支持穴５３ｃには、正極内部絶縁部材２４の下面に凸設されている複数の保持部２４ａがそれぞれ挿入されてかしめられており、正極集電板５３が正極内部絶縁部材２４に一体にかしめ固定されている。

基部５３ｄには、一対の長辺に沿って電池蓋２１から離反する方向に折り曲げて形成された一対のエッジが設けられており、平面形状を保つように剛性の向上が図られている。正極集電板５３の一対の接合片５３ｅは、各エッジに連続して突出するように設けられている。

正極集電板５３には、ダイアフラム４２の中央部に接合される接合部５３ａが設けられている。接合部５３ａは、図９に示すように、基部５３ｄの一部を薄肉化した薄肉部によって構成されている。脆弱部５３ｂは、接合部５３ａの周囲を囲むように薄肉部に溝部を設けることによって構成されており、電池内圧が上昇したときに電池外方向（図９では上側）に変形するダイアフラム４２によって脆弱部５３ｂで破断されて、基部５３ｄから接合部５３ａを分離できるようになっている。

脆弱部５３ｂは、電池容器２の内圧の上昇によるダイアフラム４２の変形に伴い、電池蓋２１側に引っ張る方向の力が作用した際に破断する一方、走行中の振動などの通常の使用環境下では破断しない強度となるように、その寸法形状等が設定されている。ダイアフラム４２の中央部と正極集電板５３の接合部５３ａとの接合は、レーザー溶接により行われるが、その他に、抵抗溶接、超音波溶接なども可能である。

上記構成を有する電流遮断構造は、電池容器２の内圧が予め設定された上限値よりも上昇した場合に、電池容器２の外部との圧力差により、突出高さが低くなる方向にダイアフラム４２が変形し、正極集電板５３の脆弱部５３ｂで囲まれた接合部５３ａを基部５３ｄに直交する方向に引っ張り、正極集電板５３の脆弱部５３ｂを破断させる。そして、図１０に示すように、接合部５３ａを基部５３ｄから分離して、正極接続端子５２と正極集電板５３との間の電流経路を遮断する。

リード４１は、導電性の円板部材からなり、その中心位置には、電池蓋２１の開口部２１ｂに連通して正極接続端子５２の固定軸５２ｃを挿通するための開口部４１ａ（図４を参照）が設けられている。

リード４１は、図７及び図９に示すように、電池蓋２１との間に正極内部絶縁部材２４を介在させた状態で電池蓋２１の下面に対向して配置されており、開口部４１ａから突出する固定軸５２ｃの先端を径方向外側に拡げてかしめることにより、正極接続端子５２に電気的に接続され且つ電池蓋２１から絶縁された状態で電池蓋２１に一体に固定されている。リード４１は、開口部４１ａから固定軸５２ｃの先端のかしめ部５２ｅが突出しており、電池外側に連通する貫通孔５２ｄが電池内側に向かって開口している。

図１１は、第１実施の形態におけるかしめ部の構成例を説明する断面図であり、図９のＢ部を拡大して示す図である。
リード４１には、図１１に示すように、ダイアフラム４２をかしめ固定するかしめ部４１ｄが設けられている。かしめ部４１ｄは、ダイアフラム４２のフランジ部４２ｂをダイアフラム４２の軸方向両側から挟み込むことによってかしめ固定している。

リード４１は、電池内側に露出する平坦面４１ｇに周状に連続して凹設されてダイアフラム４２のフランジ部４２ｂが挿入される凹溝４１ｂと、凹溝４１ｂの径方向外側位置でフランジ部４２ｂの外周端面に対向して立ち上がる外周壁部４１ｃを有している。

かしめ部４１ｄは、フランジ部４２ｂとの間にシール部材４３を介して、凹溝４１ｂにフランジ部４２ｂを挿入し、外周壁部４１ｃの先端側を全周に亘って径方向内側に折り曲げることによって形成される。かしめ部４１ｄは、凹溝４１ｂの溝底と平行に延在し、凹溝４１ｂの溝底との間にフランジ部４２ｂを挟み込む。

リード４１は、かしめ部４１ｄによってフランジ部４２ｂをかしめ固定することにより、ダイアフラム４２との間が密閉封止される。リード４１は、フランジ部４２ｂの内周端部４２ｃに当接する当接面４１ｆを有しており、ダイアフラム４２と電気的に接続されている。

シール部材４３は、フランジ部４２ｂをダイアフラム４２の軸方向両側から挟み込む断面コ字状を有しており、フランジ部４２ｂと凹溝４１ｂの溝底との間、フランジ部４２ｂと外周壁部４１ｃとの間、フランジ部４２ｂとかしめ部４１ｄとの間に介在される。シール部材４３のうち、フランジ部４２ｂとかしめ部４１ｄとの間に介在される部分は、かしめ部４１ｄの先端よりも湾曲面部４２ａ側に突出する大きさを有している。

かしめ部４１ｄは、かしめ部４１ｄの基端側よりもフランジ部４２ｂに接近する側に折り曲げられた先端部４１ｅを有しており、先端部４１ｅの一部をシール部材４３に食い込ませている（図１１に矢印で示す）。したがって、最もシール部材４３を押圧する押圧ポイントを形成し、凹溝４１ｂから押圧ポイントまでの間に亘ってシール部材４３をフランジ部４２ｂに押圧することができ、確実にシールすることができる。

図１２から図１５は、ダイアフラムをリードにかしめ固定する方法を説明する断面図である。
リード４１は、正極接続端子５２のかしめ部５２ｅによって電池蓋２１との間に正極内部絶縁部材２４を介してかしめ固定されている。

図１２に示すように、リード４１の下側から、シール部材４３とダイアフラム４２を接近させ、図１３に示すように、間にシール部材４３を介して凹溝４１ｂ内にダイアフラム４２のフランジ部４２ｂを挿入する。シール部材４３は、図１２及び図１３に示すように、フランジ部４２ｂの上面に接面する平面部と、平面部の外周端縁で折曲されて起立する外周壁部とを有する、断面が略Ｌ字状のリング形状を有している。

そして、図１４に示すように、外周壁部４１ｃの先端側を全周に亘って径方向内側に折り曲げて、フランジ部４２ｂを軸方向両側から挟み込み、図１５に示すように、凹溝４１ｂの溝底とかしめ部４１ｄとの間に挟持する。

上記した構成によれば、ダイアフラム４２のフランジ部４２ｂをかしめにより固定したので、ダイアフラム４２をリード４１に簡単且つ確実に固定し、密閉封止することができる。

例えばダイアフラムとリードとの間を周状に溶接する従来方法の場合は、溶接距離が長く、溶接不良が発生しやすいという問題がある。また、ダイアフラムの真円度や溶接箇所の径のずれによって密閉の信頼性が損なわれるおそれがあるという問題がある。これに対して、本実施の形態では、かしめにより固定しているので、上記した溶接時の問題が発生することはなく、密閉の信頼性が高いという特徴を有している。

次に、上記構成を有する正極端子構成部５０を作製する方法について説明する。
（１）正極接続端子５２、正極外部絶縁部材２２、正極内部絶縁部材２４等と電池蓋２１との接合
まず、電池蓋２１の電池外側にて、正極外部絶縁部材２２とガスケット２６を電池蓋２１の開口部２１ｂに位置合わせして配置する。そして、正極外部端子５１のヘッド部５１ｂを正極外部絶縁部材２２に設けられた凹部に挿入し、正極接続端子５２の挿通孔５２ｂに正極外部端子５１の軸部５１ａを挿入する。

そして、電池蓋２１の電池内側にて、電池蓋２１とリード４１との間に正極内部絶縁部材２４を介在させて重ね合わせ、正極内部絶縁部材２４の貫通孔２４ｃとリード４１の開口部４１ａが同心円上に配置されるように、正極内部絶縁部材２４とリード４１とを配置する。そして、電池蓋２１の凸部２１ａを正極内部絶縁部材２４の固定孔２４ｂに挿入して、凸部２１ａの先端を固定孔２４ｂから突出させた状態とする。

そして、正極接続端子５２を電池蓋２１の電池外側である上方から接近させて、正極外部絶縁部材２２の上に正極接続端子５２の平板部５２ａを重ね合わせ、かつ、正極接続端子５２の固定軸５２ｃを電池蓋２１の外側から順番に、正極外部絶縁部材２２の開口部２２ａ、ガスケット２６、電池蓋２１の開口部２１ｂ、正極内部絶縁部材２４の貫通孔２４ｃ、リード４１の開口部４１ａに挿通してから、固定軸５２ｃの先端をかしめる。ガスケット２６は、固定軸５２ｃと電池蓋２１との間に介在されて、これらの間を絶縁及びシールする。

固定軸５２ｃのかしめ加工と共に、電池蓋２１の凸部２１ａをかしめる加工が行われる。凸部２１ａは、正極内部絶縁部材２４の固定孔２４ｂから突出している先端がかしめにより拡径され、正極内部絶縁部材２４を電池蓋２１に固定する。正極内部絶縁部材２４は、固定軸５２ｃのかしめと、凸部２１ａのかしめとの２種類のかしめによって電池蓋２１に固定される。

（２）リード４１とダイアフラム４２との接合
リード４１の凹溝４１ｂ内に、ダイアフラム４２のフランジ部４２ｂを挿入し、かしめにより互いに接合し、密閉封止する。リード４１は、正極接続端子５２のかしめ部５２ｅを避けるようにドーム形状をしており、より少ないスペースでダイアフラム４２の表面積を、より大きく確保できるようになっている。したがって、電池容器２の内圧が上昇したときに、ダイアフラム４２が変形しやすくなり、より低圧にて確実な電流遮断が可能になる。

（３）正極集電板５３と正極内部絶縁部材２４、ダイアフラム４２との接合
正極集電板５３は、基部５３ｄに数箇所の支持穴５３ｃが設けられており、正極内部絶縁部材２４の下面である電池内側平面部でかつ支持穴５３ｃに対向する位置には、支持穴５３ｃに挿通される保持部２４ａが設けられている。正極集電板５３は、保持部２４ａを支持穴５３ｃに挿入して保持部２４ａの先端を加熱変形させて拡径する熱溶着により、正極内部絶縁部材２４に係合され、基部５３ｄの上面が正極内部絶縁部材２４の下面に接面した状態で固定される。

そして、正極集電板５３の接合部５３ａをダイアフラム４２の中央部に接合する。正極集電板５３の接合部５３ａは、ダイアフラム４２の中央部に溶接によって接合される。このダイアフラム４２の中央部と正極集電板５３の接合部５３ａとの接合は、レーザー溶接、抵抗溶接、超音波溶接、摩擦攪拌接合などが可能である。正極端子構成部５０は、上記した（１）、（２）、（３）の工程を経て作製される。

正極集電板５３は、保持部２４ａによって正極内部絶縁部材２４に固定され、正極内部絶縁部材２４は、凸部２１ａによって電池蓋２１に係合されているので、正極集電板５３に加わる外部からの振動や衝撃を、正極集電板５３から正極内部絶縁部材２４に伝達し、正極内部絶縁部材２４から電池蓋２１に伝達して電池容器２全体に拡散することができ、ガスケット２６、脆弱部５３ｂ、接合部５３ａなどの脆弱箇所への悪影響を抑えることが可能である。

なお、正極集電板５３と正極内部絶縁部材２４の固定に関しては、加工工程が容易であることから保持部２４ａを加熱変形させて係合させ、熱溶着する場合を例に述べたが、さらに強固な固定が必要である場合は、加熱変形の代わりに、あるいは加熱変形と併せて、ネジやリベット、接着剤の少なくともいずれか一つを使用して固定することも可能である。同様に、電池蓋２１と正極内部絶縁部材２４の固定に関しては、電池蓋２１に設けた凸部２１ａを正極内部絶縁部材２４の固定孔２４ｂに挿入して凸部２１ａ先端を加圧変形させることによって正極内部絶縁部材２４を係合する場合を例に説明したが、凸部２１ａ先端の加圧変形の代わりに、あるいは加圧変形と併せて、ネジやリベット、接着剤の少なくともいずれか一つを使用して正極内部絶縁部材２４を固定することも可能である。

本実施形態では、正極集電板５３、ダイアフラム４２、リード４１は、アルミニウム、またはアルミニウム合金により形成されている。リチウムイオン二次電池１は、正極側がアルミニウム合金により構成され、負極側が銅合金により構成されている場合、アルミニウム合金の方が銅合金よりも変形し易く、破断も容易である。したがって、本実施形態では、正極側に電流遮断構造を設けている。

リチウムイオン二次電池１を組み立てるには、上記方法により作製された正極端子構成部５０を有する蓋組立体４を組み立てた後に、正極集電板５３の接合片５３ｅと負極集電板６３の接合片６３ｅに、捲回電極群３を接合し、発電要素組立体５を組み立てる。そして、捲回電極群３の周りを、正極集電板５３、負極集電板６３ごと、絶縁シート（図示せず）で覆って電池缶１１に挿入し、電池缶１１の開口部１１ａを電池蓋２１で閉塞して、レーザー溶接によって電池蓋２１を電池缶１１に接合して封止する。

そして、注液口７２から電池容器２内に電解液を注液し、注液口７２を注液栓７３で閉塞してレーザー溶接により電池蓋２１に接合して封止する。上記した組立作業により組み立てられたリチウムイオン二次電池１は、正極接続端子５２と正極外部端子５１、および負極接続端子６２と負極外部端子６１によって接続された外部電子機器に対して、充放電が可能となる。

リチウムイオン二次電池１は、次の作用効果を奏することができる。
本実施形態のリチウムイオン二次電池１は、リード４１にダイアフラム４２をかしめ固定して、リード４１とダイアフラム４２との間を密閉封止する構成を有している。したがって、従来と比較して、簡単且つ確実に密閉することができ、密閉の信頼性を向上させることができる。そして、フランジ部４２ｂと凹溝４１ｂの溝底との間、及び、フランジ部４２ｂとかしめ部４１ｄとの間の両方にシール部材４３が介在されているので、高いシール性を有する。

そして、かしめ部４１ｄは、かしめ部４１ｄの基端側よりもフランジ部４２ｂに接近する側に折り曲げられた先端部４１ｅを有しており、先端部４１ｅの一部をシール部材４３に食い込ませている。したがって、最もシール部材４３を押圧する押圧ポイントを形成することができ、凹溝４１ｂから押圧ポイントまでの間に亘ってシール部材４３をフランジ部４２ｂに押圧することができ、シール性を高めることができる。

本実施形態のリチウムイオン二次電池１は、ダイアフラム４２の湾曲面部４２ａがドーム形状を有しているので、平板状のものと比較して、電池内圧上昇によってより広い面積で圧力を受けることができ、限られたスペースの中でダイアフラム４２を変形させて脆弱部５３ｂを破断させるだけの応力を容易に得ることができる。したがって、同じ破断圧力の設定でも脆弱部５３ｂの剛性を比較的強くすることができ、振動や衝撃によって脆弱部５３ｂが破断するのを防ぐとともに、内圧が上昇した際には確実に安定して電流経路を遮断することができる。

リチウムイオン二次電池１は、電池蓋２１を貫通する正極接続端子５２の固定軸５２ｃをかしめて、電池蓋２１の外側の正極接続端子５２と電池蓋２１の内側の正極集電板５３との間を電気的に接続すると共に、これら正極接続端子５２と正極集電板５３とを電池蓋２１に一体に固定する構造を有している。そして、固定軸５２ｃによるかしめ固定に加えて、凸部２１ａによって電池蓋２１に正極内部絶縁部材２４を係合し、保持部２４ａによって正極内部絶縁部材２４に正極集電板５３を固定する構造を有している。

したがって、正極集電板５３に加わる外部からの振動や衝撃を正極集電板５３から正極内部絶縁部材２４に伝達し、正極内部絶縁部材２４から電池蓋２１に伝達することができ、正極接続端子５２の固定軸５２ｃによるかしめ固定のみの場合と比較して、ガスケット２６やかしめ部５２ｅなどの脆弱箇所に負荷が与えられるのを防ぐことができ、密閉性を維持することができる。

正極内部絶縁部材２４は、電池外部側が電池蓋２１に固定され、電池内部側が正極集電板５３に固定されており、このような正極内部絶縁部材２４の電池内外両面での固定は、リチウムイオン二次電池１に加わる外圧からの振動や衝撃が、正極集電板５３を通じて電流遮断構造の脆弱部５３ｂや密閉性を保っているガスケット２６の圧縮部に悪影響を与えるときの抑止として、大きな効果となる。

電流遮断構造は、捲回電極群３と正極接続端子５２との間の電流経路に介在されており、例えば過充電などの不測の事態に電流遮断構造の脆弱部が破断することによって、高い安全性を保つことができるが、脆弱部や溶接接合した部分のみで固定されている場合、脆弱部や溶接接合した部分が外部からの振動や衝撃により破断するなどして密閉性を損ねてしまい、誤動作や品質劣化を起こす可能性もある。

本実施の形態によれば、正極内部絶縁部材２４の電池内外両面での固定により、基部５３ｄの脆弱部５３ｂや接合部５３ａに振動や衝撃が加えられるのを抑制して、意図しない状況での接合部５３ａの剥離や脆弱部５３ｂの破断の発生を防止することができる。したがって、振動、衝撃に対して剛性を高めた電流遮断構造を持ったリチウムイオン二次電池１を得ることができる。

本実施形態では、正極端子構成部５０に、電流遮断構造を設けた場合について述べてきたが、同様に負極端子構成部６０に電流遮断構造を設けることも可能である。

［第２実施の形態］
次に、第２実施の形態について図１６を用いて以下に説明する。なお、第１実施の形態と同様の構成要素については、同様の符号を付することでその詳細な説明を省略する。

図１６は、第２実施の形態におけるかしめ部の構成例を説明する断面図であり、図９のＢ部に対応する図である。
本実施の形態において特徴的なことは、フランジ部４２ｂの湾曲面部４２ａ側にのみシール部材４４を介在させた構成としたことである。

シール部材４４は、フランジ部４２ｂの湾曲面部４２ａ側の面である下面に沿って周状に連続する断面矩形のリング形状を有している。シール部材４４は、フランジ部４２ｂの下面とかしめ部４１ｄとの間にのみ介在される。リード４１は、凹溝４１ｂの溝底にフランジ部４２ｂの上面が当接しており、ダイアフラム４２に電気的に接続されている。

上記した構成によれば、第１実施の形態と同様に、ダイアフラム４２のフランジ部４２ｂをかしめにより固定したので、ダイアフラム４２をリード４１に簡単且つ確実に固定し、密閉封止することができる。そして、第１実施の形態と比較して、かしめ荷重を小さくすることができ、組立作業を容易化することができる。また、シール部材４４が正規の位置に配置されていることを確認しながら、リード４１をかしめることができ、シール部材４４の位置ずれを防ぐことができる。したがって、密閉の信頼性をさらに高めることができる。

［第３実施の形態］
次に、第３実施の形態について図１７を用いて以下に説明する。なお、第１及び第２実施の形態と同様の構成要素については、同様の符号を付することでその詳細な説明を省略する。

図１７は、第３実施の形態におけるかしめ部の構成例を説明する断面図であり、図９のＢ部に対応する図である。
本実施の形態において特徴的なことは、フランジ部４２ｂと凹溝４１ｂの溝底との間にのみシール部材４５を介在させた構成としたことである。

シール部材４５は、フランジ部４２ｂの湾曲面部４２ａと反対側の面である上面に沿って周状に連続する断面矩形のリング形状を有している。シール部材４５は、フランジ部４２ｂの上面と凹溝４１ｂの溝底との間にのみ介在される。リード４１は、かしめ部４１ｄにフランジ部４２ｂの下面が当接しており、ダイアフラム４２に電気的に接続されている。

上記した構成によれば、第１及び第２実施の形態と同様に、ダイアフラム４２のフランジ部４２ｂをかしめにより固定したので、ダイアフラム４２をリード４１に簡単且つ確実に固定し、密閉封止することができる。そして、シール部材４５は、第２実施の形態と比較して、フランジ部４２ｂの上面と凹溝４１ｂの溝底という、いずれもフラットな面の間に介在されるので、均一に押圧され、高いシール性を得ることができる。

また、ダイアフラム４２の第１傾斜面部にシール部材４５が当接するおそれがないので、シール部材４５の寸法形状や位置の精度を高める必要がなく、製造コストを抑え、実施を容易化することができる。

以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。例えば、前記した実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。さらに、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１ 角形二次電池
２ 電池容器
３ 電極群
４ 蓋組立体
５ 発電要素組立体
１１ 電池缶
１１ａ 開口部
２１ 電池蓋
２２ 正極外部絶縁部材
２３ 負極外部絶縁部材
２４ 正極内部絶縁部材
２４ａ 保持部
２５ 負極内部絶縁部材
２６ ガスケット
３１ 負極板
３１ａ 負極塗工部
３１ｂ 負極未塗工部
３２ セパレータ
３３ 正極板
３３ａ 正極塗工部
３３ｂ 正極未塗工部
３４ セパレータ
３５ テープ
４１ リード
４２ ダイアフラム
４３、４４、４５ シール部材
５１ 正極外部端子
５２ 正極接続端子
５２a 平板部
５３ 正極集電板
５３a 接合部
５３ｂ 脆弱部
６１ 負極外部端子
６２ 負極接続端子
６３ 負極集電板
７１ ガス排出弁
７２ 注液口
７３ 注液栓

Claims (8)

1. 扁平の電極群を内蔵する電池容器と、該電池容器を密閉する電池蓋と、該電池蓋に開口する開口部に挿通される接続端子と、を有する角形二次電池であって、
   前記電池容器内に配置されて前記接続端子に接続されるリードと、
   該リードに接続されて前記接続端子を貫通する貫通孔を閉塞し、前記電池容器の内部圧力の上昇により変形するダイアフラムと、
   を有し、
   前記ダイアフラムは、前記リードにかしめ固定されていることを特徴とする角形二次電池。
2. 前記ダイアフラムは、軸方向に移行するにしたがって漸次縮径するドーム状の湾曲面部と、該湾曲面部の外周縁部から径方向外側に向かって拡がるフランジ部を有し、
   前記リードは、前記フランジ部を前記ダイアフラムの軸方向両側から挟み込むことによってかしめ固定するかしめ部を有することを特徴とする請求項１に記載の角形二次電池。
3. 前記リードは、該リードの平坦面に周状に連続して凹設されて前記フランジ部が挿入される凹溝と、該凹溝の径方向外側位置で前記フランジ部の外周端面に対向して立ち上がる外周壁部とを有し、
   前記かしめ部は、前記凹溝に前記フランジ部を挿入し、前記外周壁部の先端側を径方向内側に折り曲げることによって形成されることを特徴とする請求項２に記載の角形二次電池。
4. 前記フランジ部と前記かしめ部との間に介在されるシール部材を有することを特徴とする請求項３に記載の角形二次電池。
5. 前記フランジ部と前記凹溝の溝底との間に介在されるシール部材を有することを特徴とする請求項３に記載の角形二次電池。
6. 前記フランジ部と前記凹溝の溝底との間、及び、前記フランジ部と前記かしめ部との間の両方に介在されるシール部材を有することを特徴とする請求項３に記載の角形二次電池。
7. 前記かしめ部は、前記かしめ部の基端側よりも前記フランジ部に接近する側に折り曲げられた先端部を有することを特徴とする請求項４又は６に記載の角形二次電池。
8. 前記ダイアフラムと前記電極群との間を接続し、前記ダイアフラムの変形により破断して前記ダイアフラムと前記電極群との間の導通を遮断する集電板を有することを特徴とする請求項１に記載の角形二次電池。

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