JP6061005B2 - 角形二次電池 - Google Patents
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Description
(2)超音波溶接法
(3)抵抗溶接法
レーザ溶接法においては、被溶接材料であるアルミニウム、アルミニウム合金、銅及び銅合金は、金属溶接用に広く使用されているYAG(イットリウム−アルミニウム−ガーネット)レーザ光に対する反射率が約90%と高いため、高エネルギーのレーザ光が必要である。また、アルミニウム、アルミニウム合金、銅ないし銅合金をレーザ溶接すると、表面状態の影響により溶接性が大きく変わること、及び、他材質のレーザ溶接の場合と同様に、スパッタの発生が不可避であるという問題点が存在する。
法が主に用いられていた。この方法は、コ字状の溶接用部品75は、板状の金属板から容易に製作できること、抵抗溶接を容易かつ安定化させるためのプロジェクションの作製が容易なことから広く一般的に用いられている。
板がそれぞれセパレータを介して、正極芯体露出部91及び負極芯体露出部92がそれぞれ反対側に配置されるように、巻回された偏平状の巻回電極体93を備え、たとえば正極芯体露出部91の巻回された中央空間91aに嵌合される縁部分が曲面状とされた長方形状の接続部94aと、巻回軸方向と直交する偏平軸長方向に突出する端子部94bと、両者を連結する短い連結部94cとを備える正極端子94を用い、この正極端子94の端子部94bを正極芯体露出部91の巻回された中央空間91aに嵌合させ(図13A参照)た後、正極芯体露出部91の両側からシリーズスポット溶接することにより電気的に接続するようにした偏平巻回電極電池90が示されている。
電部材は、2分割された芯体露出部の最外側の少なくとも一方の面に配置され、2分割された芯体露出部と中間部材の少なくとも1つの連結導電部材と共に抵抗溶接法によって電気的に接合されている。
露出部の最外側の他方の面との間に融着が生じる可能性があるので、2分割された芯体露出部の最外側の両方の面にそれぞれ電極端子に接続された集電部材を配置するか、一方側の面に電極端子に接続された集電部材を配置すると共に他方側の面に集電受け部材としての集電部材を配置する方が好ましい。
るので、たとえ樹脂シートにズレがあっても、確実に正極芯体露出部ないし負極芯体露出部が角形外装缶と接触することが抑制される。しかも、本発明の角形密閉二次電池に外力が加わって角形外装缶が変形することがあっても、中間部材の樹脂材料部分は剛体であるために変形し難いので、単に樹脂シートのみで覆った場合よりも正極芯体露出部ないし負極芯体露出部が角形外装缶と接触する可能性が少なくなり、信頼性の高い角形密閉二次電池が得られる。
状、角柱状、楕円柱状、円筒状、角筒状、楕円筒状等の、変形し難い形状のものを採用し得る。
最初に、実施形態1の角形密閉二次電池の例として角形非水電解質二次電池を図1〜図3を用いて説明する。なお、図1Aは実施形態1にかかる角形非水電解質二次電池の断面図であり、図1Bは図1AのIB−IB線に沿った断面図であり、図1Cは図1AのIC−IC線に沿った断面図であり、図1Dは図1CのID部分の拡大図である。図2Aは実施形態1の正極用連結導電部材の平面図であり、図2Bは図2AのIIB−IIB線に沿った断面図であり、図2Cは正極用連結導電部材の正面図であり、図2Dは正極用中間部材の断面図であり、図2Eは図2DのIIE-IIE線に沿った断面図であり、図2Fは正極用中間部材の面取り位置を変更した変形例の正面図であり、図2Gは図2Fの正極用中間部材を電極体に取り付けた状態の平面図である。図3Aは実施形態1にかかる溶接状態を示す側面図であり、図3Bは抵抗溶接後の図3AのIIIB部分の拡大図である。
電池10は、上述のようにして作製された偏平状の巻回電極体11の封口板13側を除く周囲に絶縁性の樹脂シート23を介在させて角形の電池外装缶12内に挿入した後、封口板13を電池外装缶12の開口部にレーザ溶接し、その後、電解液注液孔22から非水電解液を注液し、この電解液注液孔22を密閉することにより作製されている。
出部とがそれぞれ対向する電極の活物質層と重ならないようにずらして、ポリエチレン製多孔質セパレータを介して巻回して得られた偏平状の巻回電極体11の正極芯体露出部14を、巻回中央部分から両側に2分割し、電極体厚みの1/4を中心として正極芯体露出部14を集結させた。ここで、集結させたアルミニウム箔の厚さは片側約660μmであり、総積層数は88枚(片側44枚)である。また、正極用集電部材16は厚さ0.8mmのアルミニウム板を打ち抜き、曲げ加工等にて製作した。なお、この正極用集電部材16はアルミニウム板から鋳造等にて製作してもよい。
定すればよいので、正極用連結導電部材24Aの両端部間の長さH2よりも長くても短くてもよい。ただし、正極用中間部材24の樹脂材料部分24pの幅hと正極用連結導電部材24Aの両端部間の長さH2との間の差が大きいと正極芯体露出部14の変形度合いが大きくなるので、正極用中間部材24の樹脂材料部分24pの幅hは正極用連結導電部材の両端部間の長さH2の0.8倍〜1.2倍程度が好ましい。
面取り部24u'が形成されている。このような構成を備えていると、偏平状の電極体11を角形外装缶12内に挿入する際に、正極用中間部材24の樹脂材料部分24pの突出部24tに形成されている平坦部24uを角形外装缶12の側端部の少なくとも一方に当接させて滑らすようにして挿入することができるので、組付けが容易となる。しかも、正極用中間部材24の樹脂材料部分24pの突出部24tの平坦部24uの長さ方向の角部には面取り部24u'が形成されているので、より角形外装缶内12内に挿入し易くなり、しかも、平板状の樹脂シート23を折り曲げて偏平状の電極体11を包んだ状態で角形外装缶12内に挿入する場合であっても、正極用中間部材24の樹脂材料部分24pの突出部24tの角部で樹脂シート23を切り裂いてしまうことが抑制される。
る環状の空隙24r内に捕獲されると共に、正極用中間部材24の樹脂材料部分24pに衝突した場合にはこの樹脂材料部分24pの表面ないし内部で冷却及び捕獲されるので、集電体の外へ飛び出したり、電極体の内部へ飛散することが少なくなる。そのため、実施形態1の角形非水電解質二次電池10によれば、抵抗溶接時に発生したスパッタチリや溶融した金属Mに起因する内部短絡の発生が少なく、溶接部分の品質が安定化すると共に製造歩留まりが向上した信頼性の高い角形密閉二次電池としての角形非水電解質二次電池10が得られるようになる。
ないので、図4Bに示したように、円環状に溶接の起点が発生することになり、溶接の起点が多数になる。
実施形態1の正極用中間部材24に保持される正極用連結導電部材24Aとしては、図
2に示したように、円柱状の本体24aの対向する二つの面24eのそれぞれにたとえば円錐台状の突起24bが形成されているものを示した。このように、本体24aが円柱状であると、円柱状の本体24aの対向する二つの面24eと側面24hとの間に角部24fが形成される。そのため、図3に示すように、正極用連結導電部材24Aを保持した正極用中間部材24を積層された正極芯体露出部14を2分割してその内側に配置し、正極用連結導電部材24Aの両側の円錐台状の突起24bがそれぞれ積層された正極芯体露出部14と当接するようにする際、角部24fが正極用中間部材24の表面から露出していると、この露出している角部24fが積層された正極芯体露出部14と接触し易いため、正極芯体露出部14が変形され易くなる。
なお、上記実施形態1及び4では、偏平状の巻回電極体11の正極芯体露出部14を巻回中央部分から両側に2分割して集結させ、正極芯体露出部14の最外周側の両面に正極用集電部材16を当接させ、正極用連結導電部材24Aないし24Dを有する正極用中間部材24を2分割された正極芯体露出部14の間に挿入し、正極用集電部材16の両面に一対の抵抗溶接用電極31、32当接して抵抗溶接した例(図3参照)を示した。しかしながら、本発明においては、2分割された正極芯体露出部14の最外周側の両面に正極端子17に接続された正極用集電部材16を当接させることは必ずしも必要な条件ではなく、少なくとも2分割された正極芯体露出部14の一方の面に正極用集電部材16を当接させて抵抗溶接すればよい。
を行っている。この実施形態6のような構成でも、正極用中間部材24の正極用連結導電部材24Aが備えているプロジェクション効果のため、一応良好な抵抗溶接を行うことができるが、抵抗溶接用電極と正極芯体露出部14の最外側の他方の面との間に融着が生じる可能性があるので、実施形態1ないし5のように、正極芯体露出部14の最外側の他方の面には、正極用集電部材16ないし集電受け部材16aを配置することが望ましい。
上記実施形態1では、合成樹脂製の正極用中間部材24として直方体形状のものを用いた例を示したが、本発明では連結導電部材24Aを安定して保持できれば実施し得るため、合成樹脂製の正極用中間部材24の形状としては直方体に限定されるものではない。たとえば、図7Aに示した実施形態7の正極用中間部材241のように、正極用連結導電部材24A間に切り欠き部分24x形成したり、図7Bに示した実施形態8の正極用中間部材242のように、長さ方向に貫通孔24yを形成したり、図7Cに示した実施形態9の正極用中間部材243のように、正極用連結導電部材24A間に開口24zを形成したりしてもよい。このような構成を採用すると、これらの切り欠き部分24x、貫通孔24y、開口24zなどがガス抜き通路として作用するため、電池に異常が生じた際、電極体内部に発生したガスを容易に電極体の外部に排出することができ、角形密閉二次電池に普通に備えられている感圧式電流遮断機構やガス排出弁などが安定的に動作するので、安全性を確保することができ、信頼性の高い角形密閉二次電池を製造することができるようになる。
実施形態10の正極用中間部材244を図8Aを用いて、実施形態11の正極用中間部材245を図8Bを用いて、さらに実施形態12の正極用中間部材246を図8Cを用いて説明する。なお、図8Aは実施形態10にかかる正極用中間部材244の縦断面図であり、図8Bは実施形態11にかかる正極用中間部材245の縦断面図であり、さらに図8Cは実施形態12にかかる正極用中間部材246の縦断面図である。また、図8A〜図8Cにおいては、それぞれ実施形態1の場合と同様の形状の正極用連結導電部材24Aを用いた例を示している。
が使用され、負極芯体としては銅又は銅合金が使用されているように、一般的な密閉電池の正極芯体及び負極芯体はそれぞれ異なる金属材料が使用されている。アルミニウム又はアルミニウム合金に比べて銅又は銅合金は電気抵抗が小さいため、負極芯体露出部側の抵抗溶接は、正極芯体露出部側の抵抗溶接よりも困難であって、積層された負極芯体露出部内に溶融し難い部分が生じやすい。
Claims (10)
- 正極芯体上に正極活物質合剤層が形成された正極極板と、負極芯体上に負極活物質合剤層が形成された負極極板と、前記正極極板と前記負極極板の間に配置されたセパレータを含む電極体と、
前記電極体を収納する角形外装缶を備えた角形二次電池であって、
前記角形外装缶は、開口部、底部、一対の第1側壁、及び一対の第2側壁を有し、
前記第1側壁の面積は前記第2側壁の面積よりも大きく、
前記開口部は封口板により封口され、
前記電極体は、前記一対の第2側壁のうちの一方の第2側壁側に負極芯体露出部が
位置し、前記一対の第2側壁のうちの他方の第2側壁側に正極芯体露出部が位置する
ように、前記角形外装缶内に配置され、
前記負極芯体露出部には負極用集電部材が接続され、
前記負極芯体露出部は、前記負極芯体が積層され束ねられた第1の負極芯体群と、前記負極芯体が積層され束ねられた第2の負極芯体群を有し、
前記第1の負極芯体群と前記第2の負極芯体群の間に負極側樹脂製部材が配置され、
前記負極側樹脂製部材は、前記第1の負極芯体群における前記一方の第2側壁側の端
部、前記第2の負極芯体群における前記一方の第2側壁側の端部、及び前記負極用集電
部材における前記一方の第2側壁側の端部よりも前記一方の第2側壁側に突出しており、
前記負極側樹脂製部材の前記他方の第2側壁側の端部は、前記電極体において前記正極極板と前記負極極板が前記セパレータを介して積層された部分における前記一方の第2側壁側の端部よりも前記一方の第2側壁側に位置し、
前記角形外装缶の前記底部に対して垂直な方向における前記負極側樹脂製部材の長さが、前記角形外装缶の前記底部に対して垂直な方向における前記電極体の長さよりも小さい角形二次電池。 - 前記角形外装缶の前記底部に対して垂直な方向において、前記負極用集電部材において前記負極芯体露出部上に直接配置された領域のうち最も前記封口板側に位置する部分は、前記負極側樹脂製部材のうち最も前記封口板側に位置する部分よりも、前記封口板側に位置する請求項1に記載の角形二次電池。
-
前記第1の負極芯体群は、積層された前記負極芯体同士が互いに接するように束ねられると共に前記角形外装缶の前記底部に対して垂直な方向に延びる第1の領域を有し、
前記第2の負極芯体群は、積層された前記負極芯体同士が互いに接するように束ねられると共に前記角形外装缶の前記底部に対して垂直な方向に延びる第2の領域を有し、
前記角形外装缶の前記底部に対して垂直な方向における前記負極側樹脂製部材の長さは、前記角形外装缶の前記底部に対して垂直な方向における前記第1の領域の長さより小さく、且つ前記角形外装缶の前記底部に対して垂直な方向における前記第2の領域の長さより小さい請求項1又は2に記載の角形二次電池。 - 前記負極用集電部材は、前記封口板と前記電極体の間に配置される領域、前記負極芯体露出部に接続される領域、及び前記封口板と前記電極体の間に配置される領域と前記負極芯体露出部に接続される領域を繋ぐ領域を有する一つの部品であり、
前記負極用集電部材は前記負極芯体露出部に直接接合された請求項1〜3のいずれかに記載の角形二次電池。 - 前記負極側樹脂製部材において、前記第1の負極芯体群と前記第2の負極芯体群の間に配置された部分の前記他方の第2側壁側の端部側に位置し、前記角形外装缶の前記底部
に対して垂直な方向に沿った一対の角部にそれぞれ面取り部が形成された請求項1〜4のいずれかに記載の角形二次電池。 - 正極芯体上に正極活物質合剤層が形成された正極極板と、負極芯体上に負極活物質合剤層が形成された負極極板と、前記正極極板と前記負極極板の間に配置されたセパレータを含む電極体と、
前記電極体を収納する角形外装缶を備えた角形二次電池であって、
前記角形外装缶は、開口部、底部、一対の第1側壁、及び一対の第2側壁を有し、
前記第1側壁の面積は前記第2側壁の面積よりも大きく、
前記開口部は封口板により封口され、
前記電極体は、前記一対の第2側壁のうちの一方の第2側壁側に正極芯体露出部が
位置し、前記一対の第2側壁のうちの他方の第2側壁側に負極芯体露出部が位置する
ように、前記角形外装缶内に配置され、
前記正極芯体露出部には正極用集電部材が接続され、
前記正極芯体露出部は、前記正極芯体が積層され束ねられた第1の正極芯体群と、前記正極芯体が積層され束ねられた第2の正極芯体群を有し、
前記第1の正極芯体群と前記第2の正極芯体群の間に正極側樹脂製部材が配置され、
前記正極側樹脂製部材は、前記第1の正極芯体群における前記一方の第2側壁側の端部、前記第2の正極芯体群における前記一方の第2側壁側の端部、及び前記正極用集電部材における前記一方の第2側壁側の端部よりも前記一方の第2側壁側に突出しており、
前記正極側樹脂製部材の前記他方の第2側壁側の端部は、前記電極体において前記正
極極板と前記負極極板が前記セパレータを介して積層された部分における前記一方の第2側壁側の端部よりも前記一方の第2側壁側に位置し、
前記角形外装缶の前記底部に対して垂直な方向における前記正極側樹脂製部材の長さが、前記角形外装缶の前記底部に対して垂直な方向における前記電極体の長さよりも小さい角形二次電池。 - 前記角形外装缶の前記底部に対して垂直な方向において、前記正極用集電部材において前記正極芯体露出部上に直接配置された領域のうち最も前記封口板側に位置する部分は、前記正極側樹脂製部材のうち最も前記封口板側に位置する部分よりも、前記封口板側に位置する請求項6に記載の角形二次電池。
- 前記第1の正極芯体群は、積層された前記正極芯体同士が互いに接するように束ねられると共に前記角形外装缶の前記底部に対して垂直な方向に延びる第1の領域を有し、
前記第2の正極芯体群は、積層された前記正極芯体同士が互いに接するように束ねられると共に前記角形外装缶の前記底部に対して垂直な方向に延びる第2の領域を有し、
前記角形外装缶の前記底部に対して垂直な方向における前記正極側樹脂製部材の長さは、前記角形外装缶の前記底部に対して垂直な方向における前記第1の領域の長さより小さく、且つ前記角形外装缶の前記底部に対して垂直な方向における前記第2の領域の長さより小さい請求項6又は7に記載の角形二次電池。 - 前記正極用集電部材は、前記封口板と前記電極体の間に配置される領域、前記正極芯体露出部に接続される領域、及び前記封口板と前記電極体の間に配置される領域と前記正極芯体露出部に接続される領域を繋ぐ領域を有する一つの部品であり、
前記正極用集電部材は前記正極芯体露出部に直接接合された請求項6〜8のいずれかに記載の角形二次電池。 - 前記正極側樹脂製部材において、前記第1の正極芯体群と前記第2の正極芯体群の間に配置された部分の前記他方の第2側壁側の端部側に位置し、前記角形外装缶の前記底部
に対して垂直な方向に沿った一対の角部にそれぞれ面取り部が形成された請求項6〜9のいずれかに記載の角形二次電池。
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