JP2017068969A - 角形二次電池 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】正極板4と正極端子7の間の導電経路に、電池内圧が所定値以上となったときに変形する変形板42が設けられ、正極板4に電気的に接続された正極集電体6は、変形板42の電極体3側に配置される集電体本体部6aと、集電体本体部6aの封口板2の長手方向の端部から前記封口板2側に延びる集電体接続部6bと、集電体接続部6bから前記封口板の長手方向に延びるリード部6cを有し、リード部6cに正極タブ部4cが接合されている。
【選択図】図9
Description
正極板と負極板を含む電極体と、
開口を有し、前記電極体を収容する外装体と、
前記開口を封口する封口板と、
前記正極板又は前記負極板に電気的に接続された端子と、
前記正極板又は前記負極板と、前記端子とに電気的に接続された集電体と、を備えた角形二次電池であって、
前記電極体は前記封口板側に正極タブ部及び負極タブ部を有し、
前記正極板又は前記負極板と、前記端子の間の導電経路に、電池内圧が所定値以上となったときに変形する変形板を備え、
前記集電体は、
前記変形板の前記電極体側に配置された集電体本体部と、
前記集電体本体部における前記封口板の長手方向における端部から前記封口板側に延びる集電体接続部と、
前記集電体接続部から前記封口板の長手方向に延びるリード部を有し、
前記集電体本体部は前記変形板に接続され、
前記正極タブ部又は前記負極タブ部は前記リード部に接続され、
前記変形板の変形に伴い前記導電経路が切断される。
負極タブ部5cを構成している。
正極活物質としてのリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物、結着剤としてのポリフッ化ビニリデン(PVdF)、導電材としての炭素材料、及びN−メチルピロリドン
(NMP)を含む正極スラリーを作製する。この正極スラリーを、正極芯体としての厚さ15μmの矩形状のアルミニウム箔の両面に塗布する。そして、これを乾燥させることにより、正極スラリー中のN−メチルピロリドンを取り除き、正極芯体上に正極活物質層を形成する。その後、正極活物質層を所定厚みになるように圧縮処理を行う。このようにして得られた正極板を所定の形状に裁断する。
負極活物質としての黒鉛、結着剤としてのスチレンブタジエンゴム(SBR)、増粘剤としてのカルボキシメチルセルロース(CMC)、及び水を含む負極スラリーを作製する。この負極スラリーを、負極芯体としての厚さ8μmの矩形状の銅箔の両面に塗布する。そして、これを乾燥させることにより、負極スラリー中の水を取り除き、負芯体上に負極活物質層を形成する。その後、負極活物質層を所定厚みになるように圧縮処理を行う。このようにして得られた負極板を所定の形状に裁断する。
100枚の正極板4及び101枚の負極板5を上述の方法で作製し、これらをポリオレフィン製の方形状のセパレータを介して積層し積層型の電極体3を作製する。図8に示すように、積層型の電極体3は、一方の端部において、各正極板4の正極タブ部4cが積層され、各負極板5の負極タブ部5cが積層されるように作製される。積層型の電極体3の両外面にはセパレータが配置され、テープ18等により各極板及びセパレータが積層された状態に固定することが好ましい。あるいは、セパレータに接着層を設け、セパレータと正極板4、セパレータと負極板5がそれぞれ接着されるようにしてもよい。なおセパレータの平面視の大きさは負極板5と同じ、あるいは負極板5よりも大きくする。2枚のセパレータの間に正極板4を配置し、セパレータの周縁を熱溶着した状態とした後、正極板4と負極板5を積層してもよい。
図9は、封口板2の長手方向に沿った電流遮断機構40近傍の断面図である。図10は、封口板2の短手方向に沿った電流遮断機構40近傍の断面図である。
筒状部であってもよい。導電部材41は金属製であり、例えばアルミニウム又はアルミニウム合金製であることが好ましい。正極端子7はベース部41aに接続される。なお、正極端子7と導電部材41が一体的な部品としてもよい。この場合、正極端子7は、電池内部側から各部品の貫通穴に挿入され、電池外部側で加締められる。
図11及び図12を用いて正極集電体6の構成について説明する。図11は、曲げ加工前の正極集電体6の平面図であり、電極体3側の面を示す図である。図12は、曲げ加工後の正極集電体6を示す図である。図12において(a)は正極集電体6を電極体3側から見た図であり、図12において(b)は正極集電体6を封口板2の長手方向に沿ってガス排出弁17側から見た側面図であり、図12において(c)は、正極集電体6を封口板2の短手方向に沿って見た側面図である。なお、図11において点線部で正極集電体6は折り曲げられる。
口板2の短手方向における両端部に設けられている。また、一対のリード部6cは、集電体接続部6bから封口板2の長手方向に延びるように設けられている。そして、一対のリード部6cはそれぞれ、封口板2に対して略垂直に配置されている。なお、ここで略垂直とは、90°±20°の範囲、即ち70°〜110°の範囲とする。
上述の正極集電体6を絶縁板43の電極体3側の面に配置する。このとき、絶縁板43に形成された第1突起43d1、第2突起43d2、第3突起43d3、第4突起43d4を、それぞれ、正極集電体6に形成された第1固定用貫通穴6y1、第2固定用貫通穴6y2、第3固定用貫通穴6y3、第4固定用貫通穴6y4に挿入する。そして第1突起43d1、第2突起43d2、第3突起43d3、第4突起43d4の先端を拡径することにより、絶縁板43に正極集電体6を固定する。これにより第1固定部70a、第2固定部70b、第3固定部70c、第4固定部70dが形成される。なお、各突起を固定用貫通穴に圧入するようにしてもよい。
[負極集電体]
負極集電体8の構成について説明する。図13は、曲げ加工前の負極集電体8の平面図であり、電極体3側の面を示す図である。負極集電体8は、集電体本体部8aと、集電体本体部8aの両端に設けられた一対の集電体接続部8bと、一対の集電体接続部8bのそれぞれに設けられた一対のリード部8cを有する。曲げ加工された負極集電体8において、一対の集電体接続部8bは、集電体本体部8aの封口板2の短手方向における両端に、集電体本体部8aから電極体3に向かって延びるように配置される。一対のリード部8cは、一対の集電体接続部8bから封口板2の長手方向に沿って延びるように配置される。集電体本体部8aには、負極端子9が挿入される貫通穴8dが設けられている。貫通穴8dの周囲には凹部が形成されている。
封口板2の電池内部側の面には第1嵌合凸部2c、第2嵌合凸部2dが設けられている。第1嵌合凸部2cの根本の周囲には第1根本凹部2eが設けられ、第2嵌合凸部2dの根本の周囲には第2根本凹部2fが設けられている。第1嵌合凸部2cは、正極端子取り付け孔2aとガス排出弁17の間に配置され、第2嵌合凸部2dは、負極端子取り付け孔2bとガス排出弁17の間に配置される。
複数枚の正極タブ部4cを2箇所で束ね、それぞれ第1正極タブ群4xと第2正極タブ群4yとする。ここで、第1正極タブ群4x、第2正極タブ群4yについて、それぞれ正極タブ部4c同士を固定するため、正極タブ部4c同士を溶接により接合しておくことが好ましい。あるいは、正極タブ部4c同士を固定するため、結束部品により、正極タブ部4c同士を固定することが好ましい。例えば、金属製あるいは樹脂製の結束部品を、束ねられた正極タブ部4cに貫通させるようにして束ねられた正極タブ部4cを固定することができる。
複数枚の負極タブ部5cを2箇所で束ね、それぞれ第1負極タブ群5xと第2負極タブ群5yとする。ここで、第1負極タブ群5xと第2負極タブ群5yについて、第1正極タブ群4xと第2正極タブ群4yと同様に、負極タブ部5c同士を固定することができる。第1負極タブ群5xを負極集電体8の一方のリード部8cと金属部材81の間に配置する。また、第2負極タブ群5yを負極集電体8の他方のリード部8cと金属部材81の間に配置する。その後、一方のリード部8cの外面側及び他方のリード部8cの外面側に一対の抵抗溶接電極を配置する。そして、一対の抵抗溶接電極で一方のリード部8c、第1負極タブ群5x、金属部材81、第2負極タブ群5y及び他方のリード部8cを挟み込んだ状態で抵抗溶接を行う。これにより、一方のリード部8cと第1負極タブ群5x、他方のリード部8cと第2負極タブ群5yがそれぞれ接合される。このとき、第1負極タブ群5xと第2負極タブ群5yがそれぞれ金属部材81に溶接されるようにすることが好ましい。
封口板2に接続された電極体3を絶縁シート14で覆い、角形外装体1に挿入する。そして、封口板2と角形外装体1をレーザ溶接等により接合し、角形外装体1の開口を封口する。その後、電解質溶媒及び電解質塩を含有する非水電解質を封口板2に設けられた電解液注液孔15より注液する。そして、電解液注液孔15を封止栓16で封止する。
角形二次電池20において、金属部材61を保持した樹脂部材60及び金属部材81を保持した樹脂部材80が、電極体3における蓄電部(正極板4と負極板5がセパレータを
介して積層された部分)と封口板2の間に配置され、集電構造が形成されている。このため、より体積エネルギー密度の高い角形二次電池となる。また、組み立てがより容易であり、各部材の接続が行いやすいため、各接続部の品質が高い信頼性の高い角形二次電池となる。なお、金属部材及び保持部材は、正極側及び負極側の少なくとも一方に用いられていればよい。
より先に樹脂部材60ないし樹脂部材80に接触する。よって、集電体本体部6aと変形板42の接続部、ないし正極集電体6の集電体本体部6aに設けられた脆弱部等が損傷することを抑制できる。
とが好ましく、0°±10°であることがより好ましい。
上述の角形二次電池20においては、正極集電体6と正極タブ部4c、負極集電体8と負極タブ部5cをそれぞれ抵抗溶接により接続する例を示した。集電体とタブ部の接続方法を抵抗溶接に変えてレーザ溶接等の高エネルギー線の照射による接続とすることもできる。高エネルギー線の照射による溶接を用いる場合に適した集電体、金属部材及び樹脂部材の例を以下に示す。
両側面に第1金属部材161a及び第2金属部材161bを保持する。第1金属部材161a及び第2金属部材161bはそれぞれ板状であり、角形外装体1の大面積側壁に対して略平行に配置される。樹脂部材160は第1金属部材161a及び第2金属部材161bを保持する保持部160aと、嵌合凹部160bと、接触防止部160cを有する。嵌合凹部160bは、封口板2の第1嵌合凸部2cに嵌合される。第1正極タブ群4xは、一方のリード部6cと第1金属部材161aに挟まれた状態で、一方のリード部6cに溶接される。また、第2正極タブ群4yは、他方のリード部6cと第2金属部材161bに挟まれた状態で、他方のリード部6cに溶接される。なお、負極側についても正極側と同様に、第1金属部材及び第2金属部材を保持した樹脂部材180を用いる。
図18は、変形例2に係る角形二次電池に用いる曲げ加工前の負極集電体108の平面図であり、電極体3側の面を示す図である。負極集電体108は、集電体本体部108aと、集電体本体部108aの端辺(封口板2の長手方向の端辺)に設けられた集電体接続部108bと、封口板2の短手方向における集電体接続部108bの両端部から延びる一対のリード部108cを有する。集電体接続部108bは、集電体本体部108aから電極体3側に延びるように、集電体本体部108aに対して曲げ加工される。即ち図18において、集電体接続部108bは集電体本体部108aに対して手前側に折り曲げられる。そして、一対のリード部108cは、封口板2の長手方向に延びるように、集電体接続部108bに対して折り曲げられる。集電体本体部108aには負極端子9が挿入される貫通穴108dが設けられている。
上述の角形二次電池20においては、金属部材61を保持した樹脂部材60及び金属部材81を保持した樹脂部材80を、封口板2の長手方向において、正極端子取り付け孔2aと負極端子取り付け孔2bの間に配置した。しかしながら、金属部材を保持した樹脂部材を、封口板2の長手方向において、正極端子取り付け孔2aないし負極端子取り付け孔2bよりも外側に配置することもできる。即ち、封口板2の長手方向において、封口板2の長手方向における二つの端部のうち正極端子取り付け孔2aに近い端部と正極端子取り付け孔2aの間に、金属部材61を保持した樹脂部材60を配置することもできる。また、封口板2の長手方向において、封口板2の長手方向における二つの端部のうち負極端子取り付け孔2bに近い端部と負極端子取り付け孔2bの間に、金属部材81を保持した樹脂部材80を配置することもできる。
1a・・・底部 1b・・・大面積側壁 1c・・・小面積側壁
2・・・封口板
2a・・・正極端子取り付け孔 2b・・・負極端子取り付け孔
2c・・・第1嵌合凸部
2d・・・第2嵌合凸部
2e・・・第1根本凹部
2f・・・第2根本凹部
3・・・電極体
4・・・正極板
4a・・・正極活物質層 4b・・・正極芯体露出部
4c・・・正極タブ部 4d・・・保護層
4x・・・第1正極タブ群 4y・・・第2正極タブ群
5・・・負極板
5a・・・負極活物質層 5b・・・負極芯体露出部
5c・・・負極タブ部
5x・・・第1負極タブ群 5y・・・第2負極タブ群
6・・・正極集電体
6a・・・集電体本体部 6b・・・集電体接続部 6c・・・リード部
6a1・・・幅狭部
6d・・・接続用貫通穴 6e・・・薄肉部
6f・・・溝部
6y1・・・第1固定用貫通穴 6y2・・・第2固定用貫通穴
6y3・・・第3固定用貫通穴 6y4・・・第4固定用貫通穴
6z・・・スリット
7・・・正極端子
7x・・・端子貫通穴 7y・・・端子栓
8・・・負極集電体
8a・・・集電体本体部 8b・・・集電体接続部 8c・・・リード部
8d・・・貫通穴
8z・・・スリット
9・・・負極端子
10、12・・・内部側絶縁部材
10a・・・絶縁部材本体部 10b・・・絶縁部材第1側壁
10c・・・絶縁部材第2側壁
10d・・・凸部
11、13・・・外部側絶縁部材
14・・・絶縁シート
15・・・電解液注液孔
16・・・封止栓
17・・・ガス排出弁
18・・・テープ
20・・・角形二次電池
30・・・スリット部
40・・・電流遮断機構
41・・・導電部材
41a・・・ベース部 41b・・・筒状部 41c・・・フランジ部
42・・・変形板
42a・・・突出部
43・・・絶縁板(第1絶縁部材)
43a・・・絶縁板本体部 43b・・・絶縁板第1側壁
43c・・・絶縁板貫通穴
43d1・・・第1突起 43d2・・・第2突起
43d3・・・第3突起 43d4・・・第4突起
60・・・樹脂部材(保持部材)
60a・・・保持部 60b・・・嵌合凹部 60c・・・接触防止部
60d・・・保持貫通穴
61・・・金属部材
70a・・・第1固定部 70b・・・第2固定部
70c・・・第3固定部 70d・・・第4固定部
80・・・樹脂部材(保持部材)
80a・・・保持部 80b・・・嵌合凹部 80c・・・接触防止部
80d・・・保持貫通穴
81・・・金属部材
90、91・・・嵌合部
108・・・負極集電体
108a・・・集電体本体部 108b・・・集電体接続部
108c・・・リード部 108d・・・貫通穴
108x・・・傾斜部
Claims (9)
- 正極板と負極板を含む電極体と、
開口を有し、前記電極体を収容する外装体と、
前記開口を封口する封口板と、
前記正極板又は前記負極板に電気的に接続された端子と、
前記正極板又は前記負極板と、前記端子とに電気的に接続された集電体と、を備えた角形二次電池であって、
前記電極体は前記封口板側に正極タブ部及び負極タブ部を有し、
前記正極板又は前記負極板と、前記端子の間の導電経路に、電池内圧が所定値以上となったときに変形する変形板を備え、
前記集電体は、
前記変形板の前記電極体側に配置された集電体本体部と、
前記集電体本体部における前記封口板の長手方向における端部から前記封口板側に延びる集電体接続部と、
前記集電体接続部から前記封口板の長手方向に延びるリード部を有し、
前記集電体本体部は前記変形板に接続され、
前記正極タブ部又は前記負極タブ部は前記リード部に接続され、
前記変形板の変形に伴い前記導電経路が切断される角形二次電池。 - 前記リード部は前記封口板に対して略垂直に配置された請求項1に記載の角形二次電池。
- 前記集電体本体部は、前記集電体接続部に隣接する領域に、前記集電体本体部において前記変形板との接続部が形成された部分の前記封口板の短手方向の幅よりも前記封口板の短手方向における幅が小さい幅狭部を有する請求項1又は2に記載の角形二次電池。
- 前記集電体本体部において前記変形板との接続部が形成された部分の前記封口板の短手方向の幅に対する、前記幅狭部の前記封口板の短手方向における幅の割合は、0.2〜0.8である請求項3に記載の角形二次電池。
- 前記幅狭部の前記封口板の長手方向における長さは、前記幅狭部の厚みの3倍以上である請求項4に記載の角形二次電池。
- 前記幅狭部は、前記封口板に対して略平行に配置された請求項1〜5のいずれかに記載の角形二次電池。
- 前記集電体接続部は、前記封口板の短手方向において、中央から外側にかけて前記封口板に対して垂直な方向の長さが増加する部分を有する請求項1〜6のいずれかに記載の角形二次電池。
- 前記集電体を展開したとき、前記集電体本体部と前記集電体接続部の間にスリットが形成され、
前記スリットは、前記封口板の長手方向に対して20〜80°傾斜した請求項1〜7のいずれかに記載の角形二次電池。 - 前記リード部の前記電極体側端部は、前記集電体本体部の前記電極体側端部よりも前記電極体側に位置する請求項1〜8のいずれかに記載の角形二次電池。
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