JP7115464B2 - 角形二次電池及びその製造方法 - Google Patents
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Description
前記集電部材に前記タブ群を接続する接続工程と、前記封口板上に前記ベース部を介して前記集電部材を配置する配置工程と、前記タブ群を湾曲させる曲げ工程と、前記タブ群と前記角形外装体の間に前記第1壁部が配置されるように、前記電極体を前記角形外装体に挿入する工程と、を有する
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)、導電剤としての炭素材料、及び分散媒としてのN-メチル-2-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NMPを取り除き、正極芯体上に正極活物質合剤層を形成する。その後、正極活物質合剤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切断する。
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合剤層を形成する。その後、負極活物質合剤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切断する。
50枚の正極板4及び51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要素(3a、3b)を作製する。図5に示すように、積層型の電極体要素(3a、3b)は、一方の端部において、各正極板4の正極タブ40が積層され、各負極板5の負極タブ50が積層されるように作製される。電極体要素(3a、3b)の両外面にはセパレータが配置され、テープ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できる。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。
図2、図6~図8を用いて、封口板2への正極端子7及び第1正極集電体6a等の取り付け方法、及び正極端子7の近傍の構成について説明する。図6は、組立て前の正極端子7、外部側絶縁部材11、封口板2、第1絶縁部材10、導電部材61の斜視図である。図7は、各部品が取り付けられた後の封口板2の電池内面側を示す図である。なお、図7においては、正極タブ40及び負極タブ50は図示していない。図8Aは、図7におけるVIIIA-VIIIA線に沿った正極端子7近傍の断面図である。図8Bは、図7におけるVIIIB-VIIIB線に沿った正極端子7近傍の断面図である。図8Cは、図7におけるVIIIC-VIIIC線に沿った正極端子7近傍の断面図である。
図2及び図13を用いて、封口板2への負極端子9及び第1負極集電体8aの取り付け方法を説明する。封口板2に設けられた負極端子取り付け孔2bの近傍の電池外面側に外部側絶縁部材13を配置し、負極端子取り付け孔2bの近傍の電池内面側に内部側絶縁部材12及び第1負極集電体8aを配置する。次に、負極端子9を、外部側絶縁部材13の貫通孔、封口板2の負極端子取り付け孔2b、内部側絶縁部材12の貫通孔及び第1負極集電体8aの貫通孔のそれぞれに挿入する。そして、負極端子9の先端を第1負極集電体8a上にカシメる。これにより、外部側絶縁部材13、封口板2、内部側絶縁部材12及び第1負極集電体8aが固定される。なお、負極端子9においてカシメられた部分と第1負極集電体8aはレーザ溶接等により溶接接続されることが好ましい。また、内部側絶縁部材12及び外部側絶縁部材13はそれぞれ樹脂製であることが好ましい。
図14は、第2正極集電体6bへの正極タブ40の接続方法、第2負極集電体8bへの負極タブ50の接続方法を示す図である。上述の方法で2つの電極体要素を作製し、それぞれ第1の電極体要素3a、第2の電極体要素3bとする。なお、第1の電極体要素3aと第2の電極体要素3bは全く同じ構成であってもよいし、異なる構成であってもよい。ここで、第1の電極体要素3aの複数枚の正極タブ40が第1正極タブ群40aを構成する。第1の電極体要素3aの複数枚の負極タブ50が第1負極タブ群50aを構成する。第2の電極体要素3bの複数枚の正極タブ40が第2正極タブ群40bを構成する。第2の電極体要素3bの複数枚の負極タブ50が第2負極タブ群50bを構成する。
図2、図7、図8等に示すように、第1正極集電体6aの集電体突起6xが、第2正極集電体6bの集電体第1開口6y内に位置するようにして、第2正極集電体6bを第2絶縁部材63上に配置する。そして、第1正極集電体6aの集電体突起6xと第2正極集電体6bの集電体第1開口6yの縁部をレーザ等のエネルギー線の照射により溶接する。これにより、第1正極集電体6aと第2正極集電体6bが接続される。なお、集電体第1凹部6mにおいて、第1正極集電体6aと第2正極集電体6bが溶接接続されていることが好ましい。
図13に示すように、第2負極集電体8bは、集電体第1領域8b1と集電体第2領域8b2を有する。集電体第1領域8b1には負極タブ50が接続される。集電体第2領域8b2には、集電体第1開口8yが設けられている。集電体第1領域8b1と集電体第2領域8b2は、集電体第3領域8b3により繋がれている。
図15A~図15Cは、第1の電極体要素3aの第1正極タブ群40a及び第2の電極体要素3bの第2正極タブ群40bが接続された第2正極集電体6bを、第2絶縁部材63を介して封口板2上に配置する工程を示す図である。
第2正極集電体6bを第1正極集電体6aに接続し、第2負極集電体8bを第1負極集電体8aに接続した後、第1の電極体要素3aと第2の電極体要素3bを一つに纏める前に、樹脂製のカバー部80を、第1絶縁部材10及び第2絶縁部材63に接続することが好ましい。なお、カバー部80は必須の構成ではなく、省略することも可能である。図2に示すように、角形二次電池20において、第1正極集電体6aと電極体3の間にカバー部80が配置される。なお、カバー部80は、第1絶縁部材10の第2接続部10fと、第2絶縁部材63の第3接続部63dに接続される。なお、カバー部80は第1絶縁部材10及び第2絶縁部材63の少なくとも一方に接続されていることが好ましい。
図16は、図1におけるXVI―XVI断面の封口板2近傍の断面図である。
第1正極タブ群40a及び第2正極タブ群40bはそれぞれ湾曲した状態とされ、第2正極集電体6bにおいて封口板2に沿って配置される部分に接続されている。このような構成であるため、角形二次電池20はより体積エネルギー密度の高い角形二次電池となる。
変形例1に係る角形二次電池は、第1正極タブ群40a及び第2正極タブ群40bの形状が異なることを除いては上述の実施形態に係る角形二次電池20と同様の構成を有する。図19は、変形例1に係る角形二次電池の図16に対する断面図である。また、図20は、図19における第1正極タブ群40a近傍の拡大図である。図21は、図19における第2正極タブ群40b近傍の拡大図である。
変形板の変形に伴い破断する破断予定部は、集電部材に設けられた脆弱部、集電部材と変形板の接続部、ないし、変形板に設けられた脆弱部とすることが好ましい。脆弱部としては、薄肉部やノッチ等が好ましい。
Claims (10)
- 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角形外装体と、
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設けられたタブと、
複数の前記タブからなるタブ群と、
前記タブ群に電気的に接続され、前記封口板に取り付けられた端子と、
前記タブ群及び前記端子に電気的に接続された集電部材と、
絶縁部材と、を備え、
前記絶縁部材は、前記封口板と前記集電部材の間に配置されたベース部と、前記ベース部から前記電極体に向かって突出する第1壁部を有し、
前記タブ群は、前記電極体の前記封口板側に配置され、
前記タブ群は湾曲し、前記集電部材において前記封口板に沿って配置される領域に接続され、
前記封口板の短手方向において、前記第1壁部は、前記タブ群と前記集電部材との接続部よりも前記角形外装体側に位置し、
前記タブ群と前記角形外装体の間に前記第1壁部が配置され、
前記封口板の短手方向において、前記角形外装体と前記第1壁部の距離は、前記角形外装体と前記電極体の距離よりも大きく、
前記電極体と前記角形外装体の間には絶縁シートが配置され、
前記絶縁シートは、前記第1壁部と前記角形外装体の間にまで延び、
前記封口板の短手方向において、前記絶縁シートと前記第1壁部との間には、空隙が形成されている、
角形二次電池。 - 前記タブ群は、前記集電部材上に配置された第1接続領域と、前記第1接続領域の前記第1壁部側の端部から前記電極体側に延びるとともに前記第1壁部側に膨らむように湾曲した第1湾曲領域を有し、
前記タブ群の前記角形外装体側の面には、前記第1湾曲領域の前記電極体側に、前記封口板の短手方向における前記封口板の中央側に窪んだ第1窪み領域が設けられ、
前記第1湾曲領域において前記角形外装体に最も近い部分と前記角形外装体の間に、前記第1壁部が位置する請求項1に記載の角形二次電池。 - 前記絶縁部材は、前記ベース部から前記電極体に向かって突出する第2壁部を有し、
前記電極体は、第1タブ群と第2タブ群を有し、
前記タブ群は前記第1タブ群であり、
前記第2タブ群は、前記集電部材上に配置された第2接続領域と、前記第2接続領域の前記第2壁部側の端部から前記電極体側に延びるとともに前記第2壁部側に膨らむように湾曲した第2湾曲領域を有し、
前記第2タブ群の前記角形外装体側の面には、前記第2湾曲領域の前記電極体側に、前記封口板の短手方向における前記封口板の中央側に窪んだ第2窪み領域が設けられ、
前記第2湾曲領域において前記角形外装体に最も近い部分と前記角形外装体の間に、前記第2壁部が位置する請求項2に記載の角形二次電池。 - 前記封口板の短手方向において、前記第1湾曲領域において最も前記角形外装体側に位置する部分と前記第2湾曲領域において最も前記角形外装体側に位置する部分の間の距離をD1とし、前記第1壁部と前記第2壁部の間の距離をD2としたとき、
D2≧D1である請求項3に記載の角形二次電池。 - 前記タブ群の外面が前記第1壁部の内側面に接触した請求項1~4のいずれかに記載の角形二次電池。
- 前記集電部材は第1集電体と第2集電体を含み、
前記第1集電体と前記第2集電体は溶接接続され、
前記第2集電体に前記タブ群が接続された請求項1~5のいずれかに記載の角形二次電池。 - 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角形外装体と、
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設けられたタブと、
複数の前記タブからなるタブ群と、
前記タブ群に電気的に接続され、前記封口板に取り付けられた端子と、
前記タブ群及び前記端子に電気的に接続された集電部材と、
絶縁部材と、を備え、
前記絶縁部材は、前記封口板と前記集電部材の間に配置されるベース部と、前記ベース部から前記電極体に向かって突出する第1壁部を有し、
前記タブ群は前記電極体において前記封口板側に配置され、
前記タブ群は湾曲し、前記集電部材において前記封口板に沿って配置される領域に接続され、
前記封口板の短手方向において、前記第1壁部は、前記タブ群と前記集電部材との接続部よりも前記角形外装体側に位置し、
前記封口板の短手方向において、前記角形外装体と前記第1壁部の距離は、前記角形外装体と前記電極体の距離よりも大きく、
前記電極体と前記角形外装体の間には絶縁シートが配置され、
前記絶縁シートは、前記第1壁部と前記角形外装体の間にまで延び、
前記封口板の短手方向において、前記絶縁シートと前記第1壁部との間には、空隙が形成されている、
角形二次電池の製造方法であって、
前記集電部材に前記タブ群を接続する接続工程と、
前記封口板上に前記ベース部を介して前記集電部材を配置する配置工程と、
前記タブ群を湾曲させる曲げ工程と、
前記タブ群と前記角形外装体の間に前記第1壁部が配置されるように、前記電極体を前記角形外装体に挿入する工程と、を有する角形二次電池の製造方法。 - 前記集電部材は、第1集電体と第2集電体を含み、
前記接続工程において、前記タブ群は前記第2集電体に接続され、
前記接続工程の後、前記第1集電体と前記第2集電体を接続する工程を有する請求項7に記載の角形二次電池の製造方法。 - 前記正極板及び前記負極板を含む第1の電極体要素と、前記正極板及び前記負極板を含む第2の電極体要素とを作製する工程と、
前記第1の電極体要素と前記第2の電極体要素を纏めて、前記電極体とする工程とを有し、
前記絶縁部材は、前記ベース部から前記電極体に向かって突出する第2壁部を有し、
前記タブ群は第1タブ群と第2タブ群を含み、
前記第1タブ群は前記第1の電極体要素に接続され、
前記第2タブ群は前記第2の電極体要素に接続され、
前記第1タブ群は、前記集電部材上に配置された第1接続領域と、前記第1接続領域の前記第1壁部側の端部から前記電極体側に延びるとともに前記第1壁部側に膨らむように湾曲した第1湾曲領域を有し、
前記第1タブ群の前記角形外装体側の面には、前記第1湾曲領域の前記電極体側に、前記封口板の短手方向における前記封口板の中央側に窪んだ第1窪み領域が設けられ、
前記第1湾曲領域において前記角形外装体に最も近い部分と前記角形外装体の間に、前記第1壁部が位置し、
前記第2タブ群は、前記集電部材上に配置された第2接続領域と、前記第2接続領域の前記第2壁部側の端部から前記電極体側に延びるとともに前記第2壁部側に膨らむように湾曲した第2湾曲領域を有し、
前記第2タブ群の前記角形外装体側の面には、前記第2湾曲領域の前記電極体側に、前記封口板の短手方向における前記封口板の中央側に窪んだ第2窪み領域が設けられ、
前記第2湾曲領域において前記角形外装体に最も近い部分と前記角形外装体の間に、前記第2壁部が位置する請求項7又は8に記載の角形二次電池の製造方法。 - 前記曲げ工程において、前記第1壁部の内側面に前記タブ群の外面を接触させる請求項7~9のいずれかに記載の角形二次電池の製造方法。
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