JP7238083B2 - 二次電池 - Google Patents

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Description

本発明は、二次電池に関するものである。
非水電解質二次電池等の二次電池を用いたハイブリッド電気自動車や電気自動車が普及している。ハイブリッド電気自動車や電気自動車においては、複数の二次電池が、直列ないし並列に連結された組電池として使用されている。
このような二次電池には高い信頼性が求められるため、二次電池には安全機構が設けられる。例えば、電池ケースに、電池ケース内部の圧力が所定値以上となった際に破断し、電池ケース内のガスを電池ケース外に排出するガス排出弁が設けられる。
また、二次電池が過充電状態となった場合の信頼性を高める方法として、電池ケース内の圧力が所定値以上となった際に作動し正極と負極を電極体外部において電気的に短絡させる短絡機構を設ける技術が提案されている（下記特許文献１）。
特開２０１１－０１８６４５号公報
本発明の一つの目的は、より信頼性の高い二次電池を提供することである。
本発明の一形態の二次電池は、正極板と負極板を含む電極体と、開口を有し、電極体を収納する外装体と、開口を封口する封口板と、を備え、外装体と封口板が電池ケースを構成し、封口板には、電池ケース内の圧力が所定値以上となった時に変形する変形部と、電池ケース内の圧力が所定値以上となった時に破断し電池ケース内のガスを電池ケースの外部に排出するガス排出弁が設けられ、封口板の内面には、金属製の補強部材が接続され、補強部材は、ガス排出弁と対向する位置に配置され、補強部材は、ガス排出弁と対向するように配置される本体部と、本体部から封口板に向かって延びる複数の脚部と、脚部の封口板側に位置する接続部を有し、 接続部が封口板に接続され、本体部と電極体の間に絶縁部材が配置され、封口板の長手方向において、絶縁部材は本体部より大きい。
二次電池の信頼性を高めるため、電池ケースを構成する封口板にガス排出弁を設け、更に電池ケース内の圧力が所定値以上となったときに作動する短絡機構等を構成する反転板等の変形部を封口板に設けることが考えられる。このような場合、ガス排出弁及び変形部は、封口板の本体部の厚みよりも厚みが薄くなるように形成される。このため、封口板にガス排出弁及び変形部を設けた場合、封口板にガス排出弁のみが設けられ、変形部が設けられていない場合と比較し、封口板の強度が低下する。そして、電池ケース内の圧力が上昇した際に、封口板が撓む等して、変形部が作動する圧力や、ガス排出弁が作動する圧力が予定の値からずれる虞がある。
上述の構成を有する二次電池では、封口板にガス排出弁及び変形部が設けられることにより封口板の強度が低下したとしても、金属製の補強部材が封口板の内面に接続されていることにより、電池ケース内の圧力上昇等により封口板が撓む等して変形することを抑制できる。したがって、変形部やガス排出弁の作動する圧力をより安定化することが可能となる。よって、より信頼性の高い二次電池となる。
本発明によれば信頼性の高い二次電池を提供することができる。
本発明の一実施形態における二次電池の構成を模式的に示した図で、（ａ）は上面図、（ｂ）は断面図である。 図１（ｂ）に示した二次電池の正極端子近傍を拡大して示した部分拡大断面図である。 図１（ｂ）に示した二次電池の負極端子近傍を拡大して示した部分拡大断面図である。 各部品を取り付けた封口板の内面側を示す図である。 一実施形態における補強部材の斜視図である。 封口板と補強部材の接続部近傍の封口板の長手方向に沿った断面図である。 変形例に係る補強部材の接続部近傍の拡大斜視図である。 変形例に係る封口板と補強部材の接続部近傍の拡大図である。 変形例に係る封口板と補強部材の接続部近傍の拡大図である。 変形例に係る補強部材の斜視図である。 変形例に係る補強部材の展開図である。 変形例に係る補強部材の展開図である。 封口板と補強部材の接続部近傍の封口板の長手方向に沿った断面図である。 変形例に係る角形二次電池の斜視図である。 変形例に係る角形二次電池の断面図である。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。
図１（ａ）、（ｂ）に示すように、本実施形態における角形二次電池５０では、発電要素である電極体３が電解液とともに、電池ケース４０に収納されている。電極体３は、正極板及び負極板がセパレータ（何れも不図示）を介して巻回、または積層された構造を有する。図１（ｂ）に示す電極体３は、長尺状の正極板と長尺状の負極板を、セパレータを介して巻回した巻回型の電極体である。電極体３の一方の端部には巻回された正極芯体露出部４が形成され、他方の端部には巻回された負極芯体露出部５が形成されている。
電池ケース４０は、開口を有し電極体３を収納する外装体１と、外装体１の開口を封口する封口板２を有する。外装体１は、上方に開口を有する角形の有底筒状のものである。外装体１及び封口板２は金属製であることが好ましく、アルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス、鉄、鉄合金等からなることが好ましい。外装体１と電極体３の間には絶縁シート２０が配置されている。
正極板としては、金属製の正極芯体表面に正極活物質を含む正極活物質層が設けられたものを用いることができる。負極板としては、金属製の負極芯体表面に負極活物質を含む負極活物質層が設けられたものを用いることができる。正極板及び負極板は、それぞれ、
その端部に、活物質層が形成されていない正極芯体露出部４及び負極芯体露出部５を有している。そして、正極板及び負極板は、正極芯体露出部４及び負極芯体露出部５が、それぞれ反対方向に延出するように配置されている。正極芯体露出部４は、正極集電体６を介して、正極端子７に接続されている。負極芯体露出部５は、負極集電体９を介して、負極端子１０に接続されている。正極端子７及び負極端子１０は、それぞれ、封口板２に設けられた貫通孔を貫通して封口板２に固定されている。封口板２の外面側において、正極端子７が正極外部導電部材８に接続され、負極端子１０が負極外部導電部材１１が接続されている。
封口板２には、電解液を注液する注液孔１６が設けられ、この注液孔１６は、電解液を注液した後、封止部材１７で封止される。また、封口板２には、電池ケース４０の内部の圧力が所定値以上となったときに破断し、電池ケース４０の内部のガスを電池ケース４０の外部に放出するガス排出弁１８が設けられている。
また、封口板２には、電池ケース４０の内部の圧力が所定値以上となったときに変形し、負極外部導電部材１１と直接、あるいは他の導電部材を介して接触する変形部１９が設けられている。なお、ガス排出弁１８が破断する圧力は、変形部１９が変形する圧力よりも大きい値に設定することが好ましい。また、ガス排出弁１８の厚み及び変形部１９の厚みは、それぞれ封口板２の厚みより小さくする。ガス排出弁１８は封口板２をプレス加工し薄肉部とすることにより形成されている。また、変形部１９は、封口板２に設けられた貫通孔２ｘを塞ぐように、封口板２の外面側に溶接接続されている。なお、封口板２とは別部品からなるガス排出弁を、封口板２に設けられた貫通孔を塞ぐように、封口板２に溶接接続することも可能である。また、ガス排出弁には溝部を設けることが好ましい。
角形二次電池５０が非水電解質二次電池である場合、正極芯体、正極集電体６、正極端子７、及び正極外部導電部材８はアルミニウムあるいはアルミニウム合金からなることが好ましい。また、負極芯体、負極集電体９、及び負極端子１０は銅あるいは銅合金であることが好ましい。なお、負極端子１０の一部が銅又は銅合金からなり、他の部分がアルミニウム又はアルミニウム合金からなるようにし、銅又は銅合金からなる部分を電池ケース４０の内部側に配置するようにしても良い。この場合、負極外部導電部材１１をアルミニウム又はアルミニウム合金製とすることが好ましい。また、負極端子１０を銅又は銅合金製とし、負極外部導電部材１１において負極端子１０と接続される部分を銅又は銅合金製とすることもできる。この場合、負極外部導電部材１１においてバスバーが接続される部分はアルミニウム又はアルミニウム合金製とすることが好ましい。また、隣接する二次電池の端子間を接続するバスバーも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。
図２に示すように、正極端子７は、封口板２に設けられた貫通孔を貫通して封口板２に固定されている。正極端子７と封口板２との間は、貫通孔の内面に配設されたガスケット２１により密封されている。正極端子７は、封口板２の内面側において、正極集電体６に接続されている。正極端子７は、封口板２の外面側において、正極外部導電部材８と接続されている。封口板２と正極集電体６の間には、第１絶縁部材１２が配置されている。封口板２と正極外部導電部材８との間には第２絶縁部材１３が配置されている。そして、第２絶縁部材１３は貫通孔１３ａを有しており、この貫通孔１３ａ内に封口板２の第１突起２ａが配置されている。そして、第１突起２ａを介して、封口板２と正極外部導電部材８が電気的に接続されている。なお、第２絶縁部材１３を用いず、封口板２上に正極外部導電部材８を直接配置することも可能である。また、第２絶縁部材１３に代えて、導電性の部材を封口板２と正極外部導電部材８との間に配置することも可能である。第１絶縁部材１２又は第２絶縁部材１３と、ガスケット２１とを一つの部品とすることができる。また、ガスケット２１及び第１絶縁部材１２、第２絶縁部材１３はそれぞれ樹脂製であること
が好ましい。
正極端子７は、封口板２の内面側において正極集電体６に溶接等により接続され、封口板２の外面側において正極外部導電部材８にかしめにより接続されている。ここで、正極端子７においてかしめられた部分が正極外部導電部材８と溶接接続されていることが好ましい。なお、正極端子７を、封口板２の内面側において正極集電体６にかしめにより接続してもよい。また、正極外部導電部材８を用いず、正極端子７にフランジ部を設け、当該フランジ部を封口板２の外面側に配置することもできる。
複数の角形二次電池５０を連結し組電池を作製する場合は、正極外部導電部材８において、正極端子７と接続された部分から封口板２の中央側にずれた位置に、バスバーを接続することができる。正極外部導電部材８及びバスバーはアルミニウム又はアルミニウム合金からなることが好ましい。なお、正極外部導電部材８に開口や切り欠きを設け、ヒューズ部８ａとすることも可能である。この場合、正極外部導電部材８において、正極端子７が接続された部分と、バスバーが接続された部分の間にヒューズ部が形成されることが好ましい。なお、正極集電体６にヒューズ部を設けることもできる。なお、ヒューズ部は必須の構成ではない。
図３に示すように、負極端子１０は、封口板２に設けられた貫通孔を貫通して封口板２に固定されている。また、負極端子１０と封口板２との間は、ガスケット２２により密封されている。負極端子１０は、封口板２の内面側において、負極集電体９に接続されている。負極端子１０は、封口板２の外面側において、負極外部導電部材１１と接続されている。封口板２と負極集電体９の間には第３絶縁部材１４が配置されている。封口板２と負極外部導電部材１１の間には第４絶縁部材１５が配置されている。
負極端子１０は、封口板２の内面側において負極集電体９に溶接等により接続され、封口板２の外面側において負極外部導電部材１１にかしめにより接続されている。ここで、負極端子１０においてかしめられた部分が負極外部導電部材１１と溶接接続されていることが好ましい。なお、負極端子１０を、封口板２の内面側において負極集電体９にかしめにより接続してもよい。また、負極外部導電部材１１を用いず、負極端子１０にフランジ部を設け、当該フランジ部を封口板２の外面側に配置することもできる。なお、第３絶縁部材１４又は第４絶縁部材１５と、ガスケット２２とを一つの部品とすることができる。また、ガスケット２２及び第３絶縁部材１４、第４絶縁部材１５はそれぞれ樹脂製であることが好ましい。
図３に示すように、封口板２には、貫通孔２ｘが設けられており、この貫通孔２ｘを塞ぐように変形部１９が配置されている。そして、変形部１９の周縁は封口板２に溶接接続されている。変形部１９としては、中央部が電池内部側（電極体３側）に突出したドーム部を有することが好ましい。そして電池ケース４０内の圧力が所定値以上となった時に、ドーム部が電池外部側（負極外部導電部材１１側）に突出するように変形することが好ましい。
角形二次電池５０が過充電状態等となり、電池ケース４０内でガスが発生し、電池ケース４０内の圧力が所定の値よりも大きくなった場合、変形部１９が負極外部導電部材１１に向かって突出するように変形する。そして、変形部１９が負極外部導電部材１１と接触する。ここで、上述の通り、封口板２は正極外部導電部材８と電気的に接続されているため、変形部１９は正極板と電気的に接続されている。従って、変形部１９が変形し、負極外部導電部材１１と接触すると、正極板と負極板とを電極体３の外部で電気的に短絡させることになる。ここで、変形部１９と負極外部導電部材１１が短絡機構２５を構成している。
これにより、更なる充電電流が電極体３内に流れる込むことを抑制でき、また、電極体３内のエネルギーを消費することができる。正極集電体６ないし正極外部導電部材８にヒューズ部を設け、短絡電流によりヒューズ部を溶断させ、導電経路を遮断することがより好ましい。
変形部１９は、封口板２をプレス加工し形成することにより、封口板２に一体的に設けることも可能である。封口板２に、別部品からなる変形部１９を取り付ける場合は、変形部１９を封口板２の外面側に溶接接続することが好ましい。また、変形部１９は封口板２と同種の金属からなることが好ましく、アルミニウム又はアルミニウム合金からなることがより好ましい。なお、変形部１９の形状は特定の形状に限定されず、電池ケース４０の内圧が所定値以上となったとき変形し、負極外部導電部材１１と電気的に接続されるような形状であればよい。
図４は、各部品が取り付けられた後の封口板２の内面側（電池内部側）を示す図である。なお、図４においては、破線によりガス排出弁１８の位置を示している。図４に示すように、封口板２の内面には、金属製の補強部材３０が接続されている。補強部材３０は、ガス排出弁１８と対向する位置に配置されることが好ましい。なお、補強部材３０は、板状の金属部材を曲げ加工することにより作製することができる。
図５は、補強部材３０の斜視図である。なお、角形二次電池５０において、図５の上方が電極体３側であり、下方が封口板２側である。補強部材３０は、ガス排出弁１８に対向するように配置される本体部３０ａと、本体部３０ａから封口板２に向かって延びる脚部３０ｂと、脚部３０ｂの先端側に設けられた接続部３０ｃを有する。接続部３０ｃは封口板２に溶接接続されている。脚部３０ｂは本体部３０ａの端部の４箇所に設けられている。隣接する脚部３０ｂ同士の間には、それぞれ開口が形成されている。封口板２の長手方向において対向するように配置される一対の第１開口３０ｄと、封口板２の短手方向において対向するように配置される一対の第２開口３０ｅが設けられている。この第１開口３０ｄと第２開口３０ｅを通じてガスが排出される。
角形二次電池５０の信頼性をより向上させるために、封口板２にガス排出弁１８を設け、更に短絡機構２５を構成する変形部１９を設けた場合、封口板２の強度が低下する虞がある。封口板２の強度が低下した場合、電池ケース４０内の圧力の上昇に伴い、封口板２が撓むように変形する虞がある。あるいは、電極体３の膨張により外装体１が変形し、この変形に伴い封口板２が変形する虞がある。そして、封口板２の変形により、変形部１９ないしガス排出弁１８の作動圧が安定しないという課題が生じる虞がある。
角形二次電池５０のように、封口板２の内面側に金属製の補強部材３０を取り付けることにより、封口板２にガス排出弁１８を設け、更に変形部１９を設けた場合であっても、封口板２の変形を抑制することが可能となる。したがって、ガス排出弁１８及び変形部１９の作動圧がより安定化し、より信頼性の高い二次電池となる。
補強部材３０と電極体３の間には第５絶縁部材３５が配置されていることが好ましい。角形二次電池５０においては、電極体３において補強部材３０と対向する位置に第５絶縁部材３５として絶縁テープを貼り付けている。なお、電極体３は、巻回型の電極体を複数個含み、この複数個の巻回型の電極体を一つに纏める絶縁テープを、第５絶縁部材３５とすることが好ましい。
封口板２において、補強部材３０の接続部３０ｃが接続される位置は、ガス排出弁１８の周囲であることが好ましい。ガス排出弁１８が複数の接続部３０ｃに囲まれるように配置されることが好ましい。これにより、ガス排出弁１８の作動圧をより確実に安定化できる。
また、封口板２において、補強部材３０の接続部３０ｃが接続される位置は、封口板２の長手方向において変形部１９とガス排出弁１８の間、及びガス排出弁１８と注液孔１６の間であることが好ましい。これにより、より効果的に封口板２の変形を抑制できる。
以下に好ましい構成について説明する。図６は、封口板２と、補強部材３０の封口板２の接続部近傍の封口板２の長手方向に沿った断面図である。図６に示すように封口板２に第２突起２ｂを設け、補強部材３０の接続部３０ｃの端部が第２突起２ｂと接するようにし、接続部３０ｃの端部と第２突起２ｂをレーザ溶接等により溶接接続することが好ましい。この場合、封口板２に複数の第２突起２ｂを設け、それぞれの第２突起２ｂが、複数設けられた接続部３０ｃのそれぞれに溶接接続されることが好ましい。なお、第２突起２ｂは、接続部３０ｃにおいて脚部３０ｂが位置する側とは反対側の端部側に配置されるようにすることが好ましい。このような構成であると、封口板２の変形をより効果的に抑制できる。
封口板２に凹部を設け、当該凹部に補強部材３０の接続部３０ｃを嵌合することもできる。このとき、封口板２に凹部の縁部と、補強部材３０の接続部３０ｃを溶接接続することが好ましい。このような構成であると、封口板２の強度をより効果的に向上させることができる。
図７は、変形例に係る補強部材３０の接続部３０ｃ近傍の斜視図である。図７に示すように、接続部３０ｃの一部に薄肉部３０ｘを設け、この薄肉部３０ｘを封口板２と溶接接続することができる。これにより比較的小さなエネルギーで補強部材３０を封口板２に溶接接続できるため、溶接時の負荷がガス排出弁１８に加わることを抑制できる。
図８は、変形例に係る補強部材３０の接続部３０ｃと封口板２の接続部近傍の拡大平面図である。図８に示すように、封口板２に第３突起２ｃを設け、接続部３０ｃに切り欠き部３０ｙを設ける。そして、第３突起２ｃと切り欠き部３０ｙを嵌合させる。その後、第３突起２ｃと切り欠き部３０ｙの縁をレーザ溶接等で溶接接続する。このような構成であると、封口板２の変形をより効果的に抑制できる。なお、第３突起２ｃは、円柱状の突起に限定されず、角柱状であってもよいし、他の形状であってもよい。
図９は、変形例に係る補強部材３０の接続部３０ｃと封口板２の接続部近傍の拡大平面図である。図９に示すように、封口板２に第３突起２ｃを設け、接続部３０ｃに接続用開口３０ｚを設ける。そして、第３突起２ｃと接続用開口３０ｚを嵌合させる。その後、第３突起２ｃと接続用開口３０ｚの縁をレーザ溶接等で溶接接続することができる。このような構成であると、封口板２の変形をより効果的に抑制できる。
図１０は、変形例に係る補強部材３０の斜視図である。図５に示す補強部材３０では、本体部３０ａにおいて、封口板２の長手方向における両端部にそれぞれ脚部３０ｂが設けられていた。これに対し、変形例に係る補強部材３０では、本体部３０ａにおいて、封口板２の短手方向における両端部にそれぞれ脚部３０ｂを設けられている。このような構成であると、ガス排出弁１８が破断した際に、外装体１内のガスをよりスムーズに電池外部に排出することができる。なお、図１０に示す補強部材３０を用いた場合、封口板２の長手方向において対向するように配置される一対の第３開口３０ｆと、封口板２の短手方向において対向するように配置される一対の第４開口３０ｇが設けられている。
図１１及び図１２は、変形例に係る補強部材３０の展開図である。破線で示す位置が、
本体部３０ａと脚部３０ｂの境界部、脚部３０ｂと接続部３０ｃの境界部となる。上述の実施形態における補強部材３０は、アルミニウム又はアルミニウム合金からなるものを用いた。変形例に係る補強部材３０においては、それぞれ異なる種の金属からなる部分を有する構成とする。
図１１に示すように、変形例に係る補強部材３０は、第１金属としてのアルミニウム又はアルミニウム合金からなる第１金属部３１上に、アルミニウム又はアルミニウム合金よりもヤング率の高い第２金属からなる第２金属部３２が積層されたものである。これにより、より効果的に封口板２の変形を抑制できる。第２金属部３２は、第１金属部３１からなる本体部３０ａ上に配置されている。第２金属は第１金属よりも高融点であることがより好ましい。これにより、角形二次電池５０の温度が上昇した場合であっても、封口板２の変形をより効果的に抑制できる。
第１金属としては、アルミニウム又はアルミニウム合金が好ましい。また、第２金属としては、銅、銅合金、鉄、鉄合金、ニッケル、ニッケル合金等が好ましい。第１金属部３１と第２金属部３２の接続方法は特に限定されない。第１金属からなる補強部材３０に、第２金属部３２を溶接接続することもできる。あるいは、カシメ接続等でもよい。例えば、第１金属からなる第１金属部３１に突起を設け、当該突起を、第２金属部３２の開口や切り欠きに挿入し、当該突起の先端を拡径するようにして接続してもよい。あるいは、第１金属と第２金属からなるクラッド材を用い、このクラッド材を曲げ加工して補強部材３０を形成してもよい。
なお、補強部材３０を銅、銅合金、鉄、鉄合金、ニッケル、ニッケル合金等から構成することもできる。また、第２金属を銅、又は銅合金とする場合は、第２金属部３２が、補強部材３０の外面に露出しないようにすることが好ましい。例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金製の補強部材３０内部に銅又は銅合金製の部材が内包されたようなものを使用することが好ましい。
図１２に示すように、第２金属部３２が、本体部３０ａのみでなく、脚部３０ｂにも設けられていることが好ましい。更に図１２に示すように、第２金属部３２が、接続部３０ｃにも設けられていることが好ましい。但し、図１２に示すように、接続部３０ｃの少なくとも一部は、封口板２と同種の金属として第１金属部３１が露出するようにしておくことが好ましい。
図１３は、封口板２と補強部材３０の接続部近傍の封口板２の長手方向に沿った断面図である。図１３において上方が電極体３側であり、下方が封口板２側である。図１３に示すように、封口板２の内面に対して平行で、且つ封口板２の短手方向に沿って封口板２及び補強部材３０を見たとき、補強部材３０の脚部３０ｂと封口板２の内面がなす角の角度をα（°）とし、補強部材３０と封口板２の接続部のうち本体部３０ａ側の端部をＰ１とし、補強部材３０の本体部３０ａと脚部３０ｂの境界のうち封口板２側の端部をＰ２とし、Ｐ１とＰ２を結ぶ直線を直線Ｌとし、封口板２の内面と直線Ｌのなす角の角度をβ（°）としたとき、α＞βとなる構成とすることが好ましい。これにより、より効果的に封口板２の変形を抑制できる。
図１４は変形例に係る角形二次電池１５０の斜視図である。図１５は角形二次電池１５０の断面図である。変形例に係る角形二次電池１５０と上述の角形二次電池５０との違いを以下に説明する。なお、説明を行わない部分は、角形二次電池５０と実質的に同様の構成とすることができる。
図１４及び図１５に示すように電池ケース１４０は、開口を有し電極体１０３を収納する外装体１０１と、外装体１０１の開口を封口する封口板１０２を有する。外装体１０１は、底部１０１ａ、一対の第１側壁１０１ｂ、一対の第２側壁１０１ｃを有する。第２側壁１０１ｃの面積は、第１側壁１０１ｂの面積より小さい。外装体１０１の開口は、底部１０１ａと対向する位置に設けられる。封口板１０２により封口される外装体１０１の開口の面積は、第２側壁１０１ｃの面積よりも小さい。
このような構成であると、封口板１０２の面積を、電池ケース１４０の主要な６つの外面のうち最も小さい面とすることができる。このため、電池ケース１４０内の圧力が上昇しても、封口板が変形し難くなるため、より好ましい。
図１５に示すように、電極体１０３の封口板１０２側の端部には、正極芯体露出部１０４と負極芯体露出部１０５がそれぞれ設けられている。正極芯体露出部１０４は正極集電体１０６を介して、正極端子７及び正極外部導電部材８と電気的に接続されている。また、負極芯体露出部１０５は負極集電体１０９を介して、負極端子１０及び負極外部導電部材１１と電気的に接続されている。正極芯体露出部１０４は複数枚積層された状態で電極体１０３から突出しており、負極芯体露出部１０５は複数枚積層された状態で電極体１０３から突出している。
この場合、電極体１０３を巻回型の電極体とし、巻回型の電極体の巻回軸が封口板１０２に対して垂直な方向となるように、電極体１０３を外装体１０１に収納することが好ましい。巻回型の電極体１０３においては、充放電の繰り返しにより、電極体１０３の中央部が膨張し易い。そして、電極体１０３の中央部が膨張すると、外装体１０１が電極体１０３により外側に押圧され、外装体１０１が変形する。この外装体１０１の変形に伴い、封口板１０２も変形する虞がある。
上述の構成によると、封口板１０２を、電極体１０３の中央部から離れた位置に配置し易くなるため、外装体１０１の変形に伴う封口板１０２の変形を効果的に抑制できる。また、電池ケース１４０内に配置される電極体１０３を、複数個の巻回型の電極体とすることがより好ましい。一つの大きな巻回型の電極体を用いるよりも、複数個の巻回型の電極体を用いる方が、より電池ケース１４０の変形を抑制できる。
なお、角形二次電池１５０のように、封口板１０２の面積を、電池ケース１４０の主要な６つの外面のうち最も小さい面とする場合、補強部材３０は、図１０に記載されたような形状とすることが好ましい。これにより、封口板１０２の長手方向における補強部材３０の長さを小さくすることができる。これにより、補強部材３０が他の部品と干渉することを防止できる。
また、角形二次電池１５０のように、封口板１０２の面積を、電池ケース１４０の主要な６つの外面のうち最も小さい面とする場合、補強部材３０を図５に記載されたような形状とするとき、二つの接続部３０ｃの間に注液孔１６が位置するようにすることが好ましい。これにより封口板１０２の変形をより効果的に抑制できる。
＜その他＞
上記実施形態では、短絡機構として、変形部１９が正極板に電気的に接続されている構成を示したが、これに限定されない。封口板２に変形部１９が形成されていればよい。例えば、二次電池の通常使用時、封口板２や変形部１９は正極板及び負極板のいずれにも電気的に接続されておらず、変形部１９の作動時に、いずれかの電極板に電気的に接続される構成であってもよい。例えば、封口板２に二つの変形部を設け、一方の変形部の上方に正極外部導電部材を配置し、他方の変形部の上方に負極外部導電部材を配置するようにしてもよい。この場合、一方の変形部が変形し正極外部導電部材に電気的に接続され、他方の変形部が変形し負極外部導電部材に電気的に接続されることにより、正極板と負極板が電気的に短絡する。
また、本発明における角形二次電池５０の種類は特に限定されない。また、電極体３も、その構造は特に限定されない。長尺状の正極板と長尺状の負極板とをセパレータを介して巻回した巻回型の電極体であっても良い。また、複数枚の正極板と複数枚の負極板とをセパレータを介して積層した積層型電極体であってもよい。
なお、本発明は、非水電解質二次電池に用いた場合、特に有効である。正極、負極、セパレータ、電解液等については公知の材料を使用できる。正極板ないし電解液に、角形二次電池５０が過充電状態となった際にガスを発生される材料が添加されていることが特に好ましい。例えば、正極活物質層に炭酸リチウムを添加することができる。また、電解液にシクロヘキシルベンゼン等を添加することもできる。
上述の実施形態においては、ガス排出弁１８が封口板２に一体的に設けられている例をしました。しかしながら、封口板２とは別体からなるガス排出弁１８を、封口板２に設けられた貫通孔を塞ぐようにして封口板２に溶接接続することもできる。変形部１９及びガス排出弁１８の両方が封口板２に溶接接続される場合、変形部１９を封口板２の外面側に溶接し、ガス排出弁１８を封口板２の内面側に溶接することが好ましい。
５０・・・角形二次電池
４０・・・電池ケース
１・・・外装体
２・・・封口板
２ａ・・・第１突起
２ｂ・・・第２突起
２ｃ・・・第３突起
２ｘ・・・貫通孔
３・・・電極体
４・・・正極芯体露出部
５・・・負極芯体露出部
６・・・正極集電体
７・・・正極端子
８・・・正極外部導電部材
８ａ・・・ヒューズ部
９・・・負極集電体
１０・・・負極端子
１１・・・負極外部導電部材
１２・・・第１絶縁部材
１３・・・第２絶縁部材
１４・・・第３絶縁部材
１５・・・第４絶縁部材
１６・・・注液孔
１７・・・封止部材
１８・・・ガス排出弁
１９・・・変形部
２０・・・絶縁シート
２１・・・ガスケット
２２・・・ガスケット
２５・・・短絡機構
３０・・・補強部材
３０ａ・・・本体部
３０ｂ・・・脚部
３０ｃ・・・接続部
３０ｄ・・・第１開口
３０ｅ・・・第２開口
３０ｘ・・・薄肉部
３０ｙ・・・切り欠き部
３０ｚ・・・接続用開口
３０ｆ・・・第３開口
３０ｇ・・・第４開口
３１・・・第１金属部
３２・・・第２金属部
３５・・・第５絶縁部材
１０１・・・外装体
１０１ａ・・・底部
１０１ｂ・・・第１側壁
１０１ｃ・・・第２側壁
１０２・・・封口板
１０３・・・電極体
１０４・・・正極芯体露出部
１０５・・・負極芯体露出部
１０６・・・正極集電体
１０９・・・負極集電体
１４０・・・電池ケース
１５０・・・角形二次電池

Claims (8)

  1. 正極板と負極板を含む電極体と、
    開口を有し、前記電極体を収納する外装体と、
    前記開口を封口する封口板と、を備え、
    前記外装体と前記封口板が電池ケースを構成し、
    前記封口板には、前記電池ケース内の圧力が所定値以上となった時に変形する変形部と、前記電池ケース内の圧力が所定値以上となった時に破断し前記電池ケース内のガスを前記電池ケースの外部に排出するガス排出弁が設けられ、
    前記封口板の内面には、金属製の補強部材が接続され、
    前記補強部材は、前記ガス排出弁と対向する位置に配置され、
    前記補強部材は、前記ガス排出弁と対向するように配置される本体部と、前記本体部から前記封口板に向かって延びる複数の脚部と、前記脚部の前記封口板側に位置する接続部を有し、
    前記接続部が前記封口板に接続され、
    前記本体部と前記電極体の間に絶縁部材が配置され、
    前記封口板の長手方向において、前記絶縁部材は前記本体部より大きく、
    前記変形部の変形により、前記正極板と前記負極板を電気的に接続させる短絡機構を有する、
    二次電池。
  2. 前記封口板の長手方向において、前記変形部と前記ガス排出弁は離間して配置され、
    前記ガス排出弁が破断する圧力は、前記変形部が変形する圧力よりも大きい値に設定された、
    請求項１に記載の二次電池。
  3. 前記変形部の外方には、前記負極板に電気的に接続された外部導電部材が配置され、
    前記変形部が変形することにより、前記変形部と前記外部導電部材が電気的に接続される、
    請求項１又は２に記載の二次電池。
  4. 前記封口板の内面に対して平行な方向で、且つ前記封口板の短手方向に沿って前記封口板及び前記補強部材を見たとき、
    前記補強部材の前記脚部と前記封口板の内面がなす角の角度をαとし、
    前記補強部材と前記封口板の接点と、前記本体部と前記脚部の境界を繋ぐ直線を直線Ｌとし、
    前記封口板の内面と前記直線Ｌのなす角の角度をβとしたとき、
    α＞βである、
    請求項１に記載の二次電池。
  5. 前記補強部材は、前記封口板を構成する金属と同種の第１金属からなる部分と、前記第１金属よりもヤング率の高い第２金属からなる部分を有する、
    請求項１～４のいずれかに記載の二次電池。
  6. 前記第１金属がアルミニウム又はアルミニウム合金であり、
    前記第２金属が銅、銅合金、鉄、鉄合金、ニッケル、又はニッケル合金である、
    請求項５に記載の二次電池。
  7. 前記封口板は貫通孔を有し、前記変形部は前記貫通孔を塞ぐようにして前記封口板の外面側に溶接接続され、
    前記ガス排出弁は、前記封口板に一体的に形成されている、
    請求項１～６のいずれかに記載の二次電池。
  8. 前記外装体は、底部、一対の第１側壁、一対の第２側壁を有し、
    前記第２側壁の面積は、前記第１側壁の面積より小さく、
    前記開口は、前記底部と対向する位置に設けられ、
    前記開口の面積は、前記第２側壁の面積よりも小さい、
    請求項１～７のいずれかに記載の二次電池。
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