JPWO2014054733A1

JPWO2014054733A1 - 二次電池

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Publication number: JPWO2014054733A1
Application number: JP2014539814A
Authority: JP
Inventors: 雄輔内田; 原　賢二; 賢二原; 和哉野澤
Original assignee: Resonac Corporation; Hitachi Chemical Co Ltd; Showa Denko Materials Co Ltd
Current assignee: Resonac Corporation; Showa Denko Materials Co Ltd
Priority date: 2012-10-03
Filing date: 2013-10-03
Publication date: 2016-08-25
Also published as: WO2014054733A1

Abstract

絶縁部材の変位を規制することができる二次電池を提供する。二次電池は、複数枚の正極タブ３５ａが通る１以上の正極タブ通路６３及び複数枚の負極タブ３７ａが通る１以上の負極タブ通路６５を備えて、正極端子構造部１１と負極板３７との短絡及び負極端子構造部１３と正極板３５との短絡を防止する絶縁部材６１を備える。１以上の正極タブ通路６３を通り抜けた正極タブ束３６が、絶縁部材６１を極板群３側に押す力を発生するように変形しており、１以上の負極タブ通路６５を通り抜けた負極タブ束３８が、絶縁部材６１を極板群３側に押す力を発生するように変形している。

Description

本発明は、複数枚の正極タブと複数枚の負極タブとを有する極板群を備えてなる二次電池に関するものである。

特許第４４９４７３１号公報（特許文献１）には、複数枚の極板のタブをＬ字状の集電リード（集電板）に溶接したものを複数作り、複数の集電リードをタブが溶接される部分を所定の間隔をあけて平行に延ばし、複数の集電リードの基部を重ねてボルト及び溶接により電極端子の接続部に固定したリチウムイオン二次電池が開示されている。この二次電池では、外部から非常に強い振動が加わると、極板群が電池容器の内部で移動して、極板群のタブが異極性の電極端子に接触して、短絡自己が発生するおそれがある。このような短絡事故の発生を防止するために、特開２０００−５８１２９号公報（特許文献２）には、電池容器本体を正極端子とし、電池容器本体の開口部を塞ぐ蓋に負極端子を設け、極板群と蓋との間に負極板から延びる負極タブの束が貫通する絶縁部材を配置して、極板群中の極板と蓋とが接触することを防止する構造が提案されている。

特許第４４９４７３１号公報特開２０００−５８１２９号公報

しかしながら特許文献２に示された構造では、絶縁部材を位置決めするための構造がないため、電池に外部から振動が加わると絶縁部材が電池容器内で振動し、タブを切断し、切断されたタブが短絡を生じさせるおそれがあった。

本発明の目的は、絶縁部材の変位を規制することができる二次電池を提供することにある。

本発明の二次電池は、電池容器に正極端子構造部及び負極端子構造部が取り付けられている。そして電池容器内には、接続用の複数枚の正極タブと接続用の複数枚の負極タブとが同じ方向に延びるように構成された極板群を備えている。例えば、積層型の極板群の場合には、接続用の正極タブを備えた複数枚の正極板と接続用の負極タブを備えた複数枚の負極板とが、複数枚の正極タブ及び複数枚の負極タブが同じ方向に延びるように、それぞれセパレータを介して積層されて極板群が構成されている。捲回型の極板群の場合には、捲回される１枚の負極板に複数枚のタブが設けられており、捲回される１枚の正極板に複数枚の正極タブが設けられている。そして本発明の二次電池は、複数枚の正極タブが通る１以上の正極タブ通路及び複数枚の負極タブが通る１以上の負極タブ通路を備えて、正極端子構造部と極板群中の負極板との短絡及び負極端子構造部と極板群中の正極板との短絡を防止する絶縁部材を備えている。１以上の正極タブ通路を通った複数枚の正極タブは、正極端子構造部に接続されている。また１以上の負極タブ通路を通った複数枚の負極タブは、負極端子構造部に接続されている。特に本発明においては、１以上の正極タブ通路を通り抜けた複数枚の正極タブが束になって形成された１以上の正極タブ束が、絶縁部材を極板群側に押す力を発生するように変形しており、１以上の負極タブ通路を通り抜けた複数枚の負極タブが束になって形成された１以上の負極タブ束が、絶縁部材を極板群側に押す力を発生するように変形している。本発明によれば、１以上の正極タブ束と１以上の負極タブ束により、絶縁部材を極板群側に押して、絶縁部材の変位を規制することができる。その結果、本発明によれば、タブの破損を防止して、短絡の発生の可能性を大幅に低減できる。

また本発明は、複数枚の正極タブが通る１以上の正極タブ通路及び複数枚の負極タブが通る１以上の負極タブ通路を備えて、正極端子構造部と負極板との短絡及び負極端子構造部と正極板との短絡を防止する第１の絶縁部材と、複数枚の正極タブと電気的に接続された複数枚の正極集電板が通る１以上の集電板通路及び複数枚の負極タブと電気的に接続された複数枚の負極集電板が通る１以上の集電板通路を備えて、正極端子構造部と負極板との短絡及び負極端子構造部と正極板との短絡を防止する第２の絶縁部材とを備えることができる。この場合には、複数枚の正極タブが束になって形成された１以上の正極タブ束は、第１の絶縁部材の１以上の正極タブ通路を通り抜けた束部分が第１の絶縁部材を極板群側に押す力を発生し且つ第２の絶縁部材を正極端子構造部側に押す力を発生するように変形している。そして複数枚の負極タブが束になって形成された１以上の負極タブ束が、第１の絶縁部材の１以上の負極タブ通路を通り抜けた束部分が第１の絶縁部材を極板群側に押す力を発生し且つ第２の絶縁部材を負極端子構造部側に押す力を発生するように変形している。このようにすると、第１及び第２の絶縁部材の変位を阻止して、短絡の発生をより確実に低減することができる。

絶縁部材、第１及び第２の絶縁部材は、１以上の正極タブ通路及び１以上の負極タブ通路が形成された１つの部材から構成されているのが好ましい。このような絶縁部材を用いると部品点数を少なくすることができる。

絶縁部材は、組み合わされて絶縁部材を構成する２以上の分割絶縁部材により構成することができる。

絶縁部材を組み合わされて１つの絶縁部材を構成する２つの分割絶縁部材により構成する場合、２つの分割絶縁部材は、１以上の正極タブ束または１以上の負極タブ束の両側に配置した状態から１以上の正極タブ束または１以上の負極タブ束に向かって近付けることにより組み合わせた、１以上の正極タブ束または１以上の負極タブ束の周囲を囲んで１以上の正極タブ通路及び１以上の負極タブ通路を構成する分割スリットをそれぞれ備えている構造とすることができる。２つの分割絶縁部材により絶縁部材を構成すると、極板群と正極端子構造部及び負極端子構造部との接続を行った後でも絶縁部材の取付が可能になる。

１以上の正極タブ通路及び１以上の負極タブ通路は、１以上の正極タブ束及び１以上の負極タブ束を引き出す方向に傾斜しているのが好ましい。このような傾斜した正極タブ通路及び負極タブ通路を用いると、正極タブ束及び負極タブ束が延びる方向を強制することができるので、正極タブ束及び負極タブ束を所望の形状に曲げることが可能になる。

極板群が２つの正極タブ束と２つの負極タブ束とを有している場合には、２つの正極タブ束が、２つの正極タブ通路の間を２つの正極タブ通路と交差しないように延びる仮想面に対して対称的な形状になるように変形しているのが好ましい。また２つの負極タブ束が、２つの負極タブ通路の間を２つの負極タブ通路と交差しないように延びる仮想面に対して対称的な形状になるように変形しているのが好ましい。このようにすると、絶縁部材を最大限広い範囲で、変形した正極タブ束及び負極タブ束で押すことができる。

極板群が、４つの正極タブ束と４つの負極タブ束とを有している場合には、４つの正極タブ束のうち、隣り合う２つの正極タブ束と残りの隣り合う２つの正極タブ束とは、それぞれ２つの正極タブ通路の間を２つの正極タブ通路と交差しないように延びる仮想面に対して対称的な形状になるように変形しているのが好ましい。また４つの負極タブ束のうち、隣り合う２つの負極タブ束と残りの隣り合う２つの負極タブ束とは、それぞれ２つの負極タブ通路の間を２つの負極タブ通路と交差しないように延びる仮想面に対して対称的な形状になるように変形しているのが好ましい。このようにすると、絶縁部材を最大限広い範囲で、変形した正極タブ束及び負極タブ束で押すことができる。

正極タブ束及び前記負極タブ束に含まれる複数枚のタブは、正極端子構造部または負極端子構造部に固定される複数枚の集電板に分けて接合されているのが好ましい。複数枚の集電板は、それぞれ積層されて正極端子構造部または負極端子構造部に固定される集電板積層部を構成する被固定部と、複数枚の正極タブまたは負極タブが重なった状態で溶接される被溶接部とを備えている。そして複数枚の集電板は、それぞれ被固定部と被溶接部との間に所定の角度の曲げ部を有するように折り曲げられて形成されている。そして隣り合う２枚の集電板のうち正極端子構造部にまたは負極端子構造部に近い位置にある１枚の集電板に形成された前記所定の角度が、正極端子構造部にまたは負極端子構造部よりも遠い位置にある他の１枚の集電板に形成された前記所定の角度よりも小さくなるように、複数枚の集電板の所定の角度がそれぞれ定められている。このような複数の集電板を用いると、正極端子構造部または負極端子構造部へのタブの接続が容易になる。また集電板の枚数が多くなっても、所定の角度を適宜に定めることにより、限られたスペースの中に必要な枚数の集電板を配置することができる。したがって集電板の枚数が多くなっても、複数枚の集電板を配置するスペースを大きくする必要がない。

本発明は、複数枚の正極タブと電気的に接続された複数枚の正極集電板が通る１以上の集電板通路及び複数枚の負極タブと電気的に接続された複数枚の負極集電板が通る１以上の集電板通路を備えて、正極端子構造部と負極板との短絡及び負極端子構造部と正極板との短絡を防止する絶縁部材を用いる場合にも適用することができる。この場合には、複数枚の前記正極タブが、前記複数枚の正極集電板を介して前記正極端子構造部に接続され、複数枚の前記負極タブが、前記複数枚の負極集電板を介して前記負極端子構造部に接続される。そして複数枚の正極タブが束になって形成された１以上の正極タブ束が、絶縁部材を正極端子構造部側に押す力を発生するように変形しており、複数枚の負極タブが束になって形成された１以上の負極タブ束が、絶縁部材を負極端子構造部側に押す力を発生するように変形している。この場合も、本発明によれば、１以上の正極タブ束と１以上の負極タブ束により、絶縁部材を正極端子構造部側及び負極端子構造部側に押して、絶縁部材の変位を規制することができる。その結果、本発明によれば、タブの破損を防止して、短絡の発生の可能性を低減できる。

本発明は、接続用の複数枚の正極タブと接続用の複数枚の負極タブとが異なる方向に延びるように構成された極板群を用いる二次電池にも適用することができる。この場合には、複数枚の正極タブが通る１以上の正極タブ通路を備えて正極端子構造部と負極板との短絡を防止する第１の絶縁部材と、複数枚の負極タブが通る１以上の負極タブ通路を備えて、負極端子構造部と正極板との短絡を防止する第２の絶縁部材とを用いる。１以上の正極タブ通路を通った複数枚の正極タブが、正極端子構造部に接続され、１以上の負極タブ通路を通った複数枚の負極タブが、負極端子構造部に接続される。そして１以上の正極タブ通路を通り抜けた複数枚の正極タブが束になって形成された１以上の正極タブ束が、第１の絶縁部材を極板群側に押す力を発生するように変形している。また１以上の負極タブ通路を通り抜けた複数枚の負極タブが束になって形成された１以上の負極タブ束が、第２の絶縁部材を極板群側に押す力を発生するように変形している。

本発明の一実施の形態の非水電解液二次電池としてのリチウムイオン二次電池の平面図である。（Ａ）は図１のリチウムイオン二次電池１の内部構造を示す概略縦断面図であり、（Ｂ）は極板群の構成を説明するための図である。内部構造を示す概略正面図である。リチウムイオン二次電池の内部構造の要部の拡大図である。本実施の形態の非水電解液二次電池の正極側の集電構造を説明するために、正極板の正極タブ、正極集電板、正極端子構造部及びボルトを分離して示した図である。絶縁部材の平面図である。絶縁部材の変形例を示す図である。本発明の第２の実施の形態のリチウムイオン二次電池の要部を拡大して示す図である。本発明の第３の実施の形態のリチウムイオン二次電池の要部を拡大して示す図である。本発明の第４の実施の形態のリチウムイオン二次電池の要部を拡大して示す図である。絶縁部材に設けられる正極タブ通路または負極タブ通路の変形例を示す図である。（Ａ）乃至（Ｃ）は、捲回型の極板群を備えた二次電池に本発明を適用した実施の形態の構成を説明するために用いる図である。

［第１の実施の形態］
以下、図面を参照して本発明の二次電池の実施の形態の構成を詳細に説明する。図１は、本発明の集電構造の一実施の形態を適用した非水電解液二次電池としてのリチウムイオン二次電池１の外観の平面図である。図２（Ａ）はリチウムイオン二次電池１の内部構造を示す概略縦断面図であり、図２（Ｂ）は極板群の構成を説明するための図であり、図３は内部構造を示す概略正面図であり、図４はリチウムイオン二次電池１の内部構造の要部の拡大図である。図２乃至図４においては、理解を容易にするためと、図示を容易にするために、一部の部品の寸法を縮小または誇張して描いており、また断面部分を示すハッチングを省略してある。また図２においては、後述する正極タブ３５ａの束の形状を説明するために、極板群からは正極タブだけが延びているように図示してある。また特に図３においては、後述する正極タブ３５ａ及び負極タブ３７ａを、実際よりも短く且つ束にして湾曲させずに概念的に描いている。

本実施の形態のリチウムイオン二次電池１は、極板群３と、極板群３を内部に収容するステンレス製の角型の電池容器５とを備えている。電池容器５は、一方の端部が開口する電池缶７と、電池蓋９とを備えており、極板群３を電池缶７に挿入した後、電池缶７の開口周縁部と、電池蓋９の周縁部とを溶接することで密閉されている。

図１及び図３に示すように、電池蓋９には、アルミニウム製の正極端子構造部１１及び負極端子構造部１３が固定されている。正極端子構造部１１及び負極端子構造部１３は、電池蓋９の蓋板を貫通して電池容器５の外部に突出する端子部１１ａ及び１３ａと、電池容器内に配置される端子本体部１１ｂ及び１３ｂとをそれぞれ有している。正極端子構造部１１及び負極端子構造部１３と電池蓋９の間には、円環状の内側パッキン１５がそれぞれ設けられている。電池蓋９の外側には、電池蓋９を介して内側パッキン１５と対向する位置に、円環状の外側パッキン１７と、端子ワッシャ１９とが重ねられた状態で設けられている。正極端子構造部１１及び負極端子構造部１３は、内側パッキン１５、外側パッキン１７、端子ワッシャ１９を介して、ネジ部の先端に設けられた正極端子用ナット２１及び負極端子用ナット２３により、電池蓋９にそれぞれ固定されている。電池蓋９の正極端子構造部１１及び負極端子構造部１３が設けられた部分は、内側パッキン１５及び外側パッキン１７により、電池容器５内の密閉・封止状態を確保している。

図１に示すように、電池蓋９には、ステンレス箔を溶接したガス排出弁９ａ及び注液口９ｂが配設されている。ガス排出弁９ａは、電池内圧上昇時にステンレス箔が開裂して内部のガスを放出する機能を有している。注液口９ｂからは、非水電解液が注入される。電解液注入後、液口栓により注液口９ｂは密閉されている。

図３及び４に一部を示すように、正極端子構造部１１の端子本体部１１ｂには、正極側押さえ部材２５と正極集電板積層部２７とがボルト２９により取り付けられている。また、図３に示すように、負極端子構造部１３の端子本体部１３ｂには、負極側押さえ部材３１と負極集電板積層部３３とがボルト２９により取り付けられている。

図２（Ｂ）に一部を概略的に示すように、極板群３は、例えば３２０枚の正極板３５と、３２１枚の負極板３７とがそれぞれセパレータ３９を介して交互に積層されて構成されている。セパレータ３９は、正極板３５と負極板３７とが接触して短絡することを防止している。

正極板３５は、ほぼ長方形形状の板状に形成されたアルミニウム箔からなる正極集電体と、正極集電体の両面に設けられた正極活物質層とを有している。正極集電体の電池蓋９に沿って延びる辺には、正極タブ３５ａが一体に形成されている。複数の正極板３５の正極タブ３５ａは、同じ細長い形状を有している。複数枚の正極タブ３５ａは、１６本の分割正極タブ束３６に分けられ、所定の形状に曲げられて後述する正極集電板４１ａ乃至４１ｈに超音波溶接またはレーザ溶接等により接合されている。

図３に示すように、負極板３７は、ほぼ長方形形状の板状に形成された銅箔からなる負極集電体と、負極集電体の両面に設けられた負極活物質層とを有している。複数の負極板３７の負極タブ３７ａは、同じ細長い形状を有している。負極集電体の電池蓋９に沿って延びる辺には、負極タブ３７ａが一体に形成されている。この負極タブ３７ａは、複数枚の正極板３５及び複数枚の負極板３７を積層したときに、正極タブ３５ａと対向しないように形成されている。複数枚の負極タブ３７ａは、図４に示した分割正極タブ束３６と同様に１６本の分割負極タブ束３８に分けられ、所定の形状に曲げられて負極集電板５１ａ乃至５１ｈに超音波溶接またはレーザ溶接等により接合されている。なお図３において概念的に示した負極集電板５１ａ乃至５１ｈは、後に説明する図５に示すように、図４の正極集電板４１ａ乃至４１ｈと同じ形状を有しており、分割負極タブ束３８も分割正極タブ束３６と同様に曲げられている。

セパレータ３９は、リチウムイオンが通過可能な多孔質材によりほぼ長方形形状のシート状に形成されている。なおセパレータ３９は、正極板３５の正極集電体と負極板３７の負極集電体とが積層状態で接触することを阻止できる大きさを有している。

図５は、本実施の形態の非水電解液二次電池の正極側の集電構造を説明するために、正極板の正極タブ３５ａ、正極集電板４１ａ乃至４１ｈ、正極端子構造部１１及びボルト２９を分離して示した図である。なお負極側の集電構造も正極側の集電構造と同じ構造を有しているため、図５には、負極板３７の負極タブ３７ａ及び負極集電板５１ａ乃至５１ｈの符号を括弧内に付記して負極側の集電構造の説明を省略する。また図５では、正極タブ３５ａ及び負極タブ３７ａの長さは、実際より大幅に短く示してある。図４及び図５においては、セパレータ及び負極板を図示していない。また図４では、図示を容易にするために、正極集電板には、２枚の正極板の正極タブがそれぞれ溶接されているように図示しているが、実際には、正極集電板４１ａ乃至４１ｈには、それぞれ１５枚乃至２０枚の正極板３５の正極タブ３５ａが溶接等により接合されている。

正極端子構造部１１の端子本体部１１ｂには，積層方向に対向する面１１ｃに、ボルト２９が締結される２つのネジ孔１１ｄが形成されている。本実施の形態では、ボルト２９と２つのネジ孔１１ｄによって締結構造が構成されている。ネジ孔１１ｄは、面１１ｃの長手方向の両側の端部付近に形成される。ネジ孔１１ｄの内部には、ボルト２９の先端に設けられたネジ部と螺合される雌ネジが形成されている。面１１ｃは、正極側押さえ部材２５と完全に対向する大きさを有している。なお負極端子構造部１３の端子本体部１３ｂには、正極端子構造部１１の端子本体部１１ｂと同様に、積層方向に対向する２つの面１３ｃに、ボルト２９が締結される２つのネジ孔１３ｄが形成されている。ネジ孔１３ｄの内部にも、雌ネジが形成されている。面１３ｃは、負極側押さえ部材３１と完全に対向する大きさを有している。

正極側押さえ部材２５は、アルミニウムによりほぼ直方体形状に形成されている。正極側押さえ部材２５には、長手方向の両側の端部付近にボルト２９が貫通する２つの貫通孔２５ａが形成されている。正極側押さえ部材２５は、正極端子構造部１１の端子本体部１１ｂとの間に正極集電板積層部２７を挟んだ状態で端子本体部１１ｂに取り付けられる。本実施の形態では、正極側押さえ部材２５と正極集電板積層部２７とにより端子本体部１１ｂと極板群３とを接続するための接続手段が構成されている。

本実施の形態の端子本体部１１ｂでは、図４に示すように、端子本体部１１ｂの面１１ｃと積層方向に対向する面にもネジ孔を形成しており、端子本体部１１ｂの対向する２つの面に、正極側押さえ部材２５とボルト２９を用いて２つの正極集電板積層部２７がそれぞれ取り付けられている。なおボルト２９の頭部には、キャップ状の電気絶縁素材３０が嵌合されている。本実施の形態では、締結構造のボルト２９の頭部２９ａと、電池容器５の内壁面との間の間隙の寸法が、ボルト２９の脱落を阻止できる寸法に設定されている。そのため緩んだボルト２９が間隙中に残ることにより、正極端子構造部１１と電池容器５とが緩んだボルトを介して短絡する問題が生じることがある。ゴムまたは絶縁樹脂材料（例えばポリテトラフルオロエチレン）からなるキャップ状の電気絶縁素材３０は、このような短絡を防止する。本実施の形態によれば、ボルト２９が緩んで電池容器５の内壁面に近づいても、電気絶縁素材３０の存在により、ボルト２９の頭部２９ａと電池容器５の内壁面とが直接接触することがない。また本実施の形態では、キャップ形状の電気絶縁素材３０は、ボルト２９の頭部２９ａに嵌合された状態で間隙の大部分を占領する大きさを有している。したがって電気絶縁素材３０は、ボルト２９のストッパ部材として機能し、ボルト２９が緩みを進めることを阻止することができる。なお電気絶縁素材３０の嵌合用の嵌合凹部は、ボルト２９の頭部２９ａの最大径寸法よりも僅かに小さい径寸法を有する円柱空間である。電気絶縁素材３０とボルト２９の頭部２９ａとの位置関係を気にすることなく、嵌合作業を実施することができる。図４の紙面上の左側に位置する電気絶縁素材３０のように、ボルト２９の頭部２９ａに完全に嵌合させない状態で、電気絶縁素材３０を用いてもよいのは勿論である。

本実施の形態では、図５に示すように、１６の正極集電板４１が８枚ずつの２つのグループに分けられている。図５には、４つの正極集電板４１ａ、４１ｂ、４１ｅ及び４１ｈのみを図示している。正極集電板４１ａ乃至４１ｈは、正極集電板積層部２７を構成する被固定部４３ａ乃至４３ｈと、正極タブ３５ａが溶接される被溶接部４５ａ乃至４５ｈとをそれぞれ備えている。本実施の形態では、ほぼ直方形形状に形成されたアルミニウムからなる正極集電板４１を曲げ部４７で折り曲げることにより被固定部４３及び被溶接部４５を構成している。正極集電板４１ａ乃至４１ｈは、折り曲げる前は、同じ形状を有している。本実施の形態の被固定部４３には、正極端子構造部１１の端子本体部１１ｂ及び正極側押さえ部材２５により挟まれる部分の両端の端部付近にボルト２９が貫通する２つの貫通孔４９が形成されている。正極集電板積層部２７は、被溶接部４５ａ乃至４５ｈを順番に積層することにより構成されている。

正極側押さえ部材２５に隣接する位置に取り付けられる正極集電板４１ａは、端子本体部１１ｂから正極側押さえ部材２５に向かう方向に被溶接部４５ａが折り曲げられている。正極集電板４１ａは、被固定部４３ａと被溶接部４５ａとの間の曲げ部４７ａの角度が８０°となるように折り曲げられている。正極集電板４１ｂ乃至４１ｄは、正極集電板４１ａと同様に、端子本体部１１ｂから正極側押さえ部材２５に向かう方向に被溶接部４５ａが折り曲げられている。正極集電板４１ｂ乃至４１ｄの曲げ部４７ｂ乃至４７ｄの角度は、それぞれ９０°、１００°、１１０°である。

正極集電板４１ｅ乃至４１ｈは、正極側押さえ部材２５から端子本体部１１ｂに向かう方向に被溶接部４５ｅ乃至４５ｈが折り曲げられている。正極集電板４１ｅ乃至４１ｈの曲げ部４７ｅ乃至４７ｈの角度は、それぞれ１１０°、１００°、９０°、８０°である。本実施の形態の二次電池では、図２乃至図４に示すように、極板群３と正極端子構造部１１及び負極端子構造部１３との間に、板状の絶縁部材６１が配置されている。絶縁部材６１は、ポリテトラフルオロエチレン等のように軽く且つ電解液と反応しない絶縁材料で形成されている。図６に示すように、絶縁部材６１は、複数の分割正極タブ束３６からなる正極タブ束が通る４つの正極タブ通路６３と複数の分割負極タブ束３８からなる負極タブ束が通る４つの負極タブ通路６５を備えている。本実施の形態では、絶縁部材６１は、正極端子構造部１１と負極板３７との短絡及び負極端子構造部１３と正極板３５との短絡を防止するために設けられている。１つの正極タブ通路６３を通った４本の分割正極タブ束３６は、正極端子構造部１１の端子本体部１１ｂに前述の接続構造を用いて接続されている。また１つの負極タブ通路６５を通った４本の分割負極タブ束３８も、前述の接続構造を用いて負極端子構造部１３に接続されている。本実施の形態では、図４に示すように、１つの正極タブ通路６３を通り抜けた４本の分割正極タブ束３６の部分が、絶縁部材６１を極板群３側に押す力を発生するように変形している。なお図４においては、分割正極タブ束３６の変形形状を示すために分割正極タブ束３６を図示しているため、４本の分割正極タブ束３６では、絶縁部材６１を押していないように描かれているが、実際には、４本の分割正極タブ束３６によって絶縁部材６１は極板群３側に押されている。図４において、最も右側の４本の分割正極タブ束３６は、逆Ｓ字状に曲げられており、その左隣りの右側の４本の分割正極タブ束３６は、Ｓ字状に曲げられており、その左隣りの右側の４本の分割正極タブ束３６は、逆Ｓ字状に曲げられており、最も左側の４本の分割正極タブ束３６は、Ｓ字状に曲げられている。このように各分割正極タブ束３６を曲げると、分割正極タブ束３６の復元力によって、絶縁部材６１は極板群３側に押されることになる。また各負極タブ通路６５を通り抜けた４本の分割負極タブ束３８の部分も、絶縁部材６１を極板群３側に押す力を発生するように変形している。

本実施の形態では、４本の分割正極タブ束３６によって１本の正極タブ束が構成されており、４本の分割負極タブ束３８によって１本の負極タブ束が構成されている。そして本実施の形態では、４本の正極タブ束のうち、隣り合う２本の正極タブ束と残りの隣り合う２本の正極タブ束とは、それぞれ２つの正極タブ通路６３の間を２つの正極タブ通路６３と交差しないように延びる仮想面Ｓに対して対称的な形状になるように変形している。同様に図示していないが、４本の負極タブ束のうち、隣り合う２つの負極タブ束と残りの隣り合う２つの負極タブ束とは、それぞれ２つの負極タブ通路６５の間を２つの負極タブ通路と交差しないように延びる仮想面に対して対称的な形状になるように変形している。このようにすると、絶縁部材６１を最大限広い範囲で、変形した正極タブ束及び負極タブ束で押すことができる。その結果、４本の正極タブ束と４本の負極タブ束により、絶縁部材６１を極板群３側に押して、絶縁部材６１の変位を規制することができ、タブの破損を防止して、短絡の発生の可能性を大幅に低減できる。また本実施の形態によれば、絶縁部材が、正極タブ通路６３及び負極タブ通路６５が形成された１つの部材から構成されているので、部品点数を少なくすることができる。

［絶縁部材の変形例］
図７（Ａ）に示すように、絶縁部材６１´は、組み合わされて絶縁部材６１´を構成する２つの分割絶縁部材６１´Ａ及び６１´Ｂにより構成してもよい。この場合、２つの分割絶縁部材６１´Ａ及び６１´Ｂは、１以上の正極タブ束及び１以上の負極タブ束の両側に配置した状態から１以上の正極タブ束及び１以上の負極タブ束に向かって近付けることにより組み合わされる際に、１以上の正極タブ束及び１以上の負極タブ束の周囲を囲んで１以上の正極タブ通路及び１以上の負極タブ通路を構成する分割スリット６３´及び６５´をそれぞれ備えている。なお本実施の形態では、図７（Ｂ）に示すように、２つの分割絶縁部材６１´Ａ及び６１´Ｂは、それぞれの先端部において重なる長さ寸法を有している。具体的には、分割絶縁部材６１´Ｂの先端部が分割絶縁部材６１´Ａの下に位置するように２つの分割絶縁部材６１´Ａ及び６１´Ｂの長さが定められている。このように２つの分割絶縁部材６１´Ａ及び６１´Ｂにより絶縁部材６１´を構成すると、極板群３と正極端子構造部１１及び負極端子構造部１３との接続を行った後でも絶縁部材６１´の取付が可能になる。

［第２の実施の形態］
図８は、本発明の第２の実施の形態のリチウムイオン二次電池の要部を拡大して示している。図８においては、図１乃至図６に示した第１の実施の形態の構成部材と同様の構成部材には、図１乃至図６に付した符号の数に１００を加えた数の符号を付して説明を省略する。第２の実施の形態では、第１の実施の形態よりも極板の正極板及び負極の枚数を半分にしているため、電池容器１０５の厚み方向の寸法は半分になっており、正極集積板積層部１２７の数も半分になっている。具体的には、１つの正極集積板積層部１２７は４枚の正極集電板４１ａ乃至４１ｄによって構成されている。また本実施の形態では、ボルト１２９と２個のナット１２８Ａ及び１２８Ｂからなる二重ナットによって、締結構造が構成されている。そしてキャップ状の電気絶縁素材１３０は、ナットの緩みによって移動する２個のナット１２８Ａ及び１２８Ｂに対して嵌合されている。二重ナットの両方に嵌合される電気絶縁素材１３０を用いると、電気絶縁素材１３０は二重ナットが緩むことを抑制する。負極端子構造部でも、同様の構造が採用されている。特に本実施の形態では、正極端子構造部１１１と負極板との短絡及び負極端子構造部と正極板との短絡を防止する第１の絶縁部材１６１と第２の絶縁部材１６７とを備えている。複数枚の正極タブが束になって形成された４本の分割正極タブ束１３６からなる正極タブ束は、第１の絶縁部材１６１の正極タブ通路１６３を通り抜けた束部分が第１の絶縁部材１６１を極板群３側に押す力を発生し且つ第２の絶縁部材１６７を正極端子構造部側に押す力を発生するように変形している。そして図示していないが、複数枚の負極タブが束になって形成された負極タブ束は、第１の絶縁部材１６１の負極タブ通路１６５を通り抜けた束部分が第１の絶縁部材１６１を極板群側に押す力を発生し且つ第２の絶縁部材１６７を負極端子構造部側に押す力を発生するように変形している。すなわち本実施の形態では、極板群１０３が２つの正極タブ束と２つの負極タブ束とを有しており、２つの正極タブ束が、２つの正極タブ通路１６３の間を２つの正極タブ通路１６３と交差しないように延びる仮想面Ｓ１に対して対称的な形状になるよう構成されている。また２つの負極タブ束も、２つの負極タブ通路の間を２つの負極タブ通路と交差しないように延びる仮想面に対して対称的な形状になるように変形している。このようにすると、絶縁部材を最大限広い範囲で、変形した正極タブ束及び負極タブ束で押すことができ、第１及び第２の絶縁部材の変位を阻止して、短絡の発生をより確実に低減することができる。

［第３の実施の形態］
図９は、本発明の第３の実施の形態のリチウムイオン二次電池の要部を拡大して示している。図９においては、図８に示した第２の実施の形態の構成部材と同様の構成部材には、図８に付した符号と同じ符号を付して説明を省略する。第３の実施の形態では、第２の実施の形態と比べて、第１の絶縁部材１６１を備えていない点以外は、第２の実施の形態と同じである。第２の絶縁部材１６７だけを用いる場合でも、正極タブ束と負極タブ束により、絶縁部材１６７を正極端子構造部１１１側及び負極端子構造部側に押して、絶縁部材１６７の変位を規制することができる。その結果、本実施の形態によれば、タブの破損を防止して、短絡の発生の可能性を低減できる
［第４の実施の形態］
図１０は、本発明の第４の実施の形態のリチウムイオン二次電池の要部を拡大して示している。図１０においては、図８に示した第２の実施の形態の構成部材と同様の構成部材には、図８に付した符号の数に１００を加えた数の符号を付して説明を省略する。第４の実施の形態では、第２の実施の形態と比べて、第２の絶縁部材１６１を備えていない点、及び二重ナット２２８Ａ及び２２８Ｂにキャップ状の電気絶縁素材を嵌合していない点、及び厚手のシート状の電気絶縁素材２３０が電池容器２０５の壁面部分に接合または固定されている点、薄いシート状の電気絶縁素材を構成する絶縁樹脂製の絶縁シート２３０´が極板群２０３と一緒に電池容器２０５内に挿入されている点である。すなわち本実施の形態では、間隙を介してナット２２８Ｂと対向する電池容器２０５の内壁面の壁面部分に、緩んだナット２２８Ｂが接触することを阻止するために、電気絶縁素材２３０が固定されている。電気絶縁素材２３０は、ポリテトラフルオロエチレン等のように電解液と反応しない材料で形成されており、電解液と反応しない接着剤を用いて電池容器２０５の壁面部分に接着されている。また絶縁シート２３０´は、電池容器２０５の壁面部分に沿ってボル２２９の頭部２２９ａと対向する位置まで延びる長さを有している。絶縁シート２３０´もポリテトラフルオロエチレン等のように電解液と反応しない絶縁樹脂材料で形成されている。シート状の電気絶縁素材２３０及び絶縁シート２３０´は、キャップ状の電気絶縁素材と比べて、安価であるため、二次電池を安価に製造できる。

［電気絶縁素材の変形例］
上記各実施の形態では、電気絶縁素材３０，１３０，２３０を変形可能な材料で形成したが、電気絶縁素材３０，１３０，２３０をセラミック等のように変形しない材料で形成することもできる。この場合には、電気絶縁素材３０，１３０，２３０の嵌合凹部の形状は、ボルトの頭部またはナットの形状寸法よりも若干大きく形成しておけばよい。

［絶縁部材の変形例］
図１１は、絶縁部材３６１に設けられる正極タブ通路３６３または負極タブ通路の変形例を示す図である。絶縁部材３６１に設ける１以上の正極タブ通路３６３及び１以上の負極タブ通路は、１以上の正極タブ束３３６及び１以上の負極タブ束を引き出す方向に傾斜している。このような傾斜した正極タブ通路３６３及び負極タブ通路を用いると、正極タブ束３３６及び負極タブ束が延びる方向を強制することができるので、正極タブ束３３６及び負極タブ束を所望の形状に曲げることが可能になる。

さらに上記各実施の形態では、リチウムイオン二次電池について説明をしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、他の二次電池に本発明を適用しても良いのは勿論である。

［捲回型極板群への適用］
上記実施の形態では、本発明を積層型の極板群を用いる二次電池に適用したが、本発明は捲回型の極板群を用いる場合にも適用することができる。図１２（Ａ）乃至（Ｃ）は、本発明を捲回型の極板群４０３を備えた二次電池に適用する実施の形態の要部を説明するために用いる図である。捲回型の極板群４０３は、複数枚の正極タブ４３５ａを備えた正極板と複数枚の負極タブ４３７ａを備えた負極板とがセパレータを介して捲回されて構成されている。正極板に設けられる複数枚の正極タブ４３５ａは、捲回後に２つの分割正極タブ束４３６を形成できるように隣接するタブ間の間隔を変更している。負極板に設けられる複数枚の正極タブ４３５ａも、捲回後に２つの分割負極タブ束４３８を形成できるように隣接するタブ間の間隔を変更している。複数枚の正極タブ４３５ａと複数枚の負極タブ４３７ａは、捲回軸の軸線に沿って異なる方向に延びている。そして本実施の形態では、複数枚の正極タブ４３５ａからなる分割正極タブ束４３６が通る２つの正極タブ通路４６３を備えて正極端子構造部と負極板との短絡を防止する第１の絶縁部材４６１と、複数枚の負極タブ４３７ａからなる分割負極タブ束４３８が通る２つの負極タブ通路４６５を備えて、負極端子構造部と正極板との短絡を防止する第２の絶縁部材４６２とを用いる。図１２（Ｂ）に示すように、２つの正極タブ通路４６３を通った分割正極タブ束４３６が、正極端子構造部４１１に接続され、２つの負極タブ通路４６５を通った分割負極タブ束４３８が、負極端子構造部に接続される。正極タブ通路４６３を通り抜けた分割正極タブ束４３６は、第１の絶縁部材４６１を極板群４０３側に押す力を発生するように変形している。また負極タブ通路４６５を通り抜けた分割負極タブ束４３８は、第２の絶縁部材４６２を極板群側に押す力を発生するように変形している。したがって本実施の形態でも、第１及び第２の絶縁部材４６１及び４６２を、分割正極タブ束４３６と分割負極タブ束４３８により、第１及び第２の絶縁部材４６１及び４６２を極板群４０３側に押して、第１及び第２の絶縁部材４６１及び４６２の変位を規制することができる。その結果、本実施の形態によっても、タブの破損を防止して、短絡の発生の可能性を大幅に低減できる。

なお本実施の形態では、第１及び第２の絶縁部材４６１及び４６２は、電池容器の内部で回転することがないように形状及び寸法が定められている。上記の実施の形態では、分割正極タブ束４３６と分割負極タブ束４３８とが極板群４０３の軸線方向に並んで配置されているが、分割正極タブ束４３６と分割負極タブ束４３８とは極板群４０３の軸線方向に並んで配置されている必要はない。また２つの分割正極タブ束４３６と２つの分割負極タブ束４３８とを形成する場合、２つの分割正極タブ束４３６と２つの分割負極タブ束４３８は、それぞれ１８０°離れて対向配置されている必要はない。例えば図１２（Ａ）に破線で示した正極タブ通路４６３´の一つに２つの分割正極タブ束の一方の分割正極タブ束４３６´が通ってもよい。また上記実施の形態では、２つの分割正極タブ束４３６と２つの分割負極タブ束４３８とを形成しているが、分割正極タブ束４３６及び分割負極タブ束４３８の数は、任意である。さらに分割正極タブ束４３６及び分割負極タブ束４３８の数が増えれば、正極タブ通路４３６及び負極タブ通路４６５の数も増えるのは勿論である。更に上記実施の形態では、正極タブ通路４３６及び負極タブ通路４６５が、極板群４０３の軸線方向に対向するような位置関係で配置されているが、このような位置関係で配置する必要はない。また複数の正極タブ通路４６３及び複数の負極タブ通路４６５が設けられる場合、各タブ通路は必ずしも等間隔で配置される必要はない。

本発明によれば、１以上の正極タブ束と１以上の負極タブ束により、絶縁部材を極板群側または正極端子構造部及び負極端子構造部側に押して、絶縁部材の変位を規制することができるので、タブの破損を防止して、短絡の発生の可能性を大幅に低減できる。

１リチウムイオン二次電池
３極板群
５電池容器
７電池缶
９電池蓋
９ａガス排出弁
９ｂ注液口
１１正極端子構造部
１１ａ端子部
１１ｂ端子本体部
１１ｄネジ孔
１３負極端子構造部
１３ｂ端子本体部
１３ｄネジ孔
２７正極集電板積層部
２９ボルト
２９ａ頭部
３０電気絶縁素材
３５ａ正極タブ
３５正極板
３６分割正極タブ束
３７ａ負極タブ
３７負極板
３８分割負極タブ束
３９セパレータ
４１ａ乃至４１ｈ正極集電板
４３ａ乃至４３ｈ被固定部
４５ａ乃至４５ｈ被溶接部
５１ａ乃至５１ｈ負極集電板
６１絶縁部材
６３正極タブ通路
６５負極タブ通路

Claims

電池容器に取り付けられた正極端子構造部及び負極端子構造部と、
接続用の複数枚の正極タブと接続用の複数枚の負極タブとが同じ方向に延びるように構成された極板群と、
前記複数枚の正極タブが通る１以上の正極タブ通路及び前記複数枚の負極タブが通る１以上の負極タブ通路を備えて、前記正極端子構造部と前記極板群中の負極板との短絡及び前記負極端子構造部と前記極板群中の正極板との短絡を防止する絶縁部材とを備え、
前記１以上の正極タブ通路を通った前記複数枚の正極タブが、前記正極端子構造部に接続されており、
前記１以上の負極タブ通路を通った前記複数枚の負極タブが、前記負極端子構造部に接続されており、
前記１以上の正極タブ通路を通り抜けた前記複数枚の正極タブが束になって形成された１以上の正極タブ束が、前記絶縁部材を前記極板群側に押す力を発生するように変形しており、
前記１以上の負極タブ通路を通り抜けた前記複数枚の負極タブが束になって形成された１以上の負極タブ束が、前記絶縁部材を前記極板群側に押す力を発生するように変形していることを特徴とする二次電池。
前記絶縁部材は、前記１以上の正極タブ通路及び前記１以上の負極タブ通路が形成された１つの部材から構成されている請求項１に記載の二次電池。
前記絶縁部材は、組み合わされて前記絶縁部材を構成する２つの分割絶縁部材により構成されており、
前記２つの分割絶縁部材は、前記１以上の正極タブ束または前記１以上の負極タブ束の両側に配置した状態から前記１以上の正極または前記１以上の負極タブ束に向かって近付けることにより組み合わされており、前記１以上の正極タブ束または前記１以上の負極タブ束の周囲を囲んで前記１以上の正極タブ通路または前記１以上の負極タブ通路を構成する分割スリットをそれぞれ備えている請求項１に記載の二次電池。
前記絶縁部材は、組み合わされて前記絶縁部材を構成する２以上の分割絶縁部材により構成されている請求項１に記載の二次電池。
前記１以上の正極タブ通路及び前記１以上の負極タブ通路は、前記１以上の正極タブ束及び前記１以上の負極タブ束を引き出す方向に傾斜している請求項１に記載の二次電池。
前記極板群は２つの前記正極タブ束と２つの前記負極タブ束とを有し、
前記２つの正極タブ束が、２つの前記正極タブ通路の間を前記２つの正極タブ通路と交差しないように延びる仮想面に対して対称的な形状になるように変形しており、
前記２つの負極タブ束が、２つの前記負極タブ通路の間を前記２つの負極タブ通路と交差しないように延びる仮想面に対して対称的な形状になるように変形している請求項１に記載の二次電池。
前記極板群は４つの前記正極タブ束と４つの前記負極タブ束とを有し、
前記４つの正極タブ束のうち、隣り合う２つの前記正極タブ束と残りの隣り合う２つの前記正極タブ束とは、それぞれ２つの前記正極タブ通路の間を前記２つの正極タブ通路と交差しないように延びる仮想面に対して対称的な形状になるように変形しており、
前記４つの負極タブ束のうち、隣り合う２つの前記負極タブ束と残りの隣り合う２つの前記負極タブ束とは、それぞれ２つの前記負極タブ通路の間を前記２つの負極タブ通路と交差しないように延びる仮想面に対して対称的な形状になるように変形している請求項１に記載の二次電池。
前記正極タブ束及び前記負極タブ束に含まれる複数本の分割正極タブ束及び分割負極タブ束は、前記正極端子構造部または前記負極端子構造部に固定される複数枚の集電板に分けて接合されており、
前記複数枚の集電板は、それぞれ積層されて前記正極端子構造部または前記負極端子構造部に固定される集電板積層部を構成する被固定部と、複数枚の前記正極タブまたは負極タブが重なった状態で溶接される被溶接部とを備えており、
前記複数枚の集電板は、それぞれ前記被固定部と前記被溶接部との間に所定の角度の曲げ部を有するように折り曲げられて形成されており、
隣り合う２枚の前記集電板のうち前記正極端子構造部にまたは前記負極端子構造部に近い位置にある１枚の前記集電板に形成された前記所定の角度が、前記正極端子構造部にまたは前記負極端子構造部よりも遠い位置にある他の１枚の前記集電板に形成された前記所定の角度よりも小さくなるように、前記複数枚の集電板の前記所定の角度がそれぞれ定められている請求項６または７に記載の二次電池。
電池容器に取り付けられた正極端子構造部及び負極端子構造部と、
接続用の正極タブを備えた複数枚の正極板と接続用の負極タブを備えた複数枚の負極板とが、前記複数枚の正極タブ及び前記複数枚の負極タブが同じ方向に延びるように、それぞれセパレータを介して積層されてなる極板群と、
複数枚の前記正極タブが通る１以上の正極タブ通路及び複数枚の前記負極タブが通る１以上の負極タブ通路を備えて、前記正極端子構造部と前記負極板との短絡及び前記負極端子構造部と前記正極板との短絡を防止する第１の絶縁部材とを備え、
複数枚の前記正極タブと電気的に接続された複数枚の正極集電板が通る１以上の集電板通路及び複数枚の前記負極タブと電気的に接続された複数枚の負極集電板が通る１以上の集電板通路を備えて、前記正極端子構造部と前記負極板との短絡及び前記負極端子構造部と前記正極板との短絡を防止する第２の絶縁部材とを備え、
前記１以上の正極タブ通路を通った複数枚の前記正極タブが、前記複数枚の正極集電板を介して前記正極端子構造部に接続され、
前記１以上の負極タブ通路を通った複数枚の前記負極タブが、前記複数枚の負極集電板を介して前記負極端子構造部に接続され、
前記複数枚の正極タブが束になって形成された１以上の正極タブ束は、前記第１の絶縁部材の前記１以上の正極タブ通路を通り抜けた束部分が前記第１の絶縁部材を前記極板群側に押す力と前記第２の絶縁部材を前記正極端子構造部側に押す力を発生するように変形しており、
前記複数枚の負極タブが束になって形成された１以上の負極タブ束が、前記第１の絶縁部材の前記１以上の負極タブ通路を通り抜けた束部分が前記第１の絶縁部材を前記極板群側に押す力と前記第２の絶縁部材を前記負極端子構造部側に押す力を発生するように変形していることを特徴とする二次電池。
前記第１及び第２の絶縁部材は、それぞれ１つの部材から構成されている請求項９に記載の二次電池。
電池容器に取り付けられた正極端子構造部及び負極端子構造部と、
接続用の正極タブを備えた複数枚の正極板と接続用の負極タブを備えた複数枚の負極板とが、前記複数枚の正極タブ及び前記複数枚の負極タブが同じ方向に延びるように、それぞれセパレータを介して積層されてなる極板群と、
複数枚の前記正極タブと電気的に接続された複数枚の正極集電板が通る１以上の集電板通路及び複数枚の前記負極タブと電気的に接続された複数枚の負極集電板が通る１以上の集電板通路を備えて、前記正極端子構造部と前記負極板との短絡及び前記負極端子構造部と前記正極板との短絡を防止する絶縁部材とを備え、
複数枚の前記正極タブが、前記複数枚の正極集電板を介して前記正極端子構造部に接続され、
複数枚の前記負極タブが、前記複数枚の負極集電板を介して前記負極端子構造部に接続され、
前記複数枚の正極タブが束になって形成された１以上の正極タブ束が、前記絶縁部材を前記正極端子構造部側に押す力を発生するように変形しており、
前記複数枚の負極タブが束になって形成された１以上の負極タブ束が、前記絶縁部材を負極端子構造部側に押す力を発生するように変形していることを特徴とする二次電池。
電池容器に取り付けられた正極端子構造部及び負極端子構造部と、
接続用の複数枚の正極タブと接続用の複数枚の負極タブとが異なる方向に延びるように構成された極板群と、
前記複数枚の正極タブが通る１以上の正極タブ通路を備えて前記正極端子構造部と前記負極板との短絡を防止する第１の絶縁部材と、
前記複数枚の負極タブが通る１以上の負極タブ通路を備えて、前記負極端子構造部と前記正極板との短絡を防止する第２の絶縁部材とを備え、
前記１以上の正極タブ通路を通った前記複数枚の正極タブが、前記正極端子構造部に接続されており、
前記１以上の負極タブ通路を通った前記複数枚の負極タブが、前記負極端子構造部に接続されており、
前記１以上の正極タブ通路を通り抜けた前記複数枚の正極タブが束になって形成された１以上の正極タブ束が、前記第１の絶縁部材を前記極板群側に押す力を発生するように変形しており、
前記１以上の負極タブ通路を通り抜けた前記複数枚の負極タブが束になって形成された１以上の負極タブ束が、前記第２の絶縁部材を前記極板群側に押す力を発生するように変形していることを特徴とする二次電池。