JP2019114569A - 角形二次電池及びそれを用いた組電池 - Google Patents

Abstract

【課題】高い体積エネルギー密度を有する角形二次電池を提供する。【解決手段】正極タブ部が電極体の封口板側の端部に配置され、導電部材と変形板を含む電流遮断機構が正極板と正極端子の間の導電経路に設けられた角形二次電池であって、変形板と正極タブ部とは、第１集電体及び第２集電体により電気的に接続されており、第１集電体は変形板の電極体側に配置され変形板と接続されており、第２集電体は第１集電体と正極タブ部を電気的に接続し、第２集電体は第１領域、第２領域、及び第３領域を含み、封口板に対して垂直な方向において第３領域は前記第１領域よりも前記封口板側に位置し、封口板に対して垂直な方向において第１集電体は第１領域よりも前記封口板側に位置し、第１領域は第１集電体上に配置されて第１集電体に接合されて接合部が形成されており、第２領域は第１領域と第３領域を繋ぐ。【選択図】図１９

Description

本発明は角形二次電池及びそれを用いた組電池に関する。

電気自動車（ＥＶ）やハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ、ＰＨＥＶ）等の駆動用電源において、アルカリ二次電池や非水電解質二次電池等の二次電池が使用されている。これらの用途では、高容量ないし高出力特性が要求されるので、多数の角形二次電池が直列ないし並列に接続された組電池として使用される。

これらの角形二次電池では、開口を有する有底筒状の角形外装体と、その開口を封口する封口板により電池ケースが形成される。電池ケース内には、正極板、負極板及びセパレータからなる電極体が電解液と共に収納される。封口板には正極端子及び負極端子が取り付けられる。正極端子は正極集電体を介して正極板に電気的に接続され、負極端子は負極集電体を介して負極板に電気的に接続される。

正極板は、金属製の正極芯体と、正極芯体表面に形成された正極活物質層を含む。正極芯体の一部には正極活物質層が形成されない正極芯体露出部が形成される。そして、この正極芯体露出部に正極集電体が接続される。また、負極板は金属製の負極芯体と、負極芯体表面に形成された負極活物質層を含む。負極芯体の一部には負極活物質層が形成されない負極芯体露出部が形成される。そして、この負極芯体露出部に負極集電体が接続される。

例えば特許文献１においては、一方の端部に巻回された正極芯体露出部を有し、他方の端部に巻回された負極芯体露出部を有する巻回電極体を用いた角形二次電池が提案されている。また、特許文献２においては、一方の端部に正極芯体露出部及び負極芯体露出部が設けられた巻回電極体を用いた角形二次電池が提案されている。

特開２００９−０３２６４０号公報 特開２００８−２２６６２５号公報

車載用二次電池、特にＥＶやＰＨＥＶ等に用いられる二次電池に関しては、より体積エネルギー密度が高く電池容量の大きな二次電池の開発が求められる。上記特許文献１に開示されている角形二次電池の場合、電池ケース内には、巻回された正極芯体露出部及び巻回された負極芯体露出部が配置される左右のスペース、及び封口板と巻回電極体の間の上部のスペースが必要であり、二次電池の体積エネルギー密度を増加させることが困難である原因となっている。

これに対し、上記特許文献２に開示されている角形二次電池のように、一方の端部に正極芯体露出部及び負極芯体露出部が設けられた巻回電極体を用いると、体積エネルギー密度の高い角形二次電池が得られ易くなる。

しかしながら、上記特許文献２に開示されている角形二次電池では、特許文献１に開示されている角形二次電池よりも、集電部の構造が複雑になり易い。

本発明は、高い体積エネルギー密度で高容量であるとともに、信頼性の高い角形二次電池及びそれを用いた組電池を提供することを目的とする。

本発明の一様態の角形二次電池は、
正極タブ部を有する正極板と、
負極タブ部を有する負極板と、
前記正極板と前記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角形外装体と、
前記開口を封口する封口板と、
前記正極板と電気的に接続され、前記封口板に取り付けられた正極端子と、
前記負極板と電気的に接続され、前記封口板に取り付けられた負極端子と、
前記正極板と前記正極端子の間の導電経路又は前記負極板と前記負極端子の間の導電経路に設けられた感圧式の電流遮断機構と、を備え
前記正極タブ部及び前記負極タブ部は、前記電極体の前記封口板側の端部に配置され、
前記電流遮断機構は、前記電極体側に開口部を有する導電部材と、前記開口部を封止する変形板と、前記変形板に接続された集電体とを含み、
電池内圧が所定値以上となったとき前記変形板が変形し、前記変形板の変形に伴い脆弱部が破断することにより、前記正極板と前記正極端子の間の導電経路又は前記負極板と前記負極端子の間の導電経路が切断される角形二次電池であって、
前記集電体は、前記変形板の電極体側に配置され前記変形板と接続される集電体本体部と、前記集電体本体部よりも前記封口板側に位置する集電体延在部と、前記集電体延在部の端部から折り曲げられた、ないし折り返され集電体接続部を有し、
前記集電体接続部に前記正極タブ部又は前記負極タブ部が接続されている。

上記構成によると、電極体の封口板側の端部に正極板の正極タブ部及び負極板の負極タブ部が配置されるため、電池ケース内において発電に関与しない部材が配置されるスペースを削減することができる。したがって、より体積エネルギー密度の高く電池容量の大きな角形二次電池が得られる。

更に、上記構成では、感圧式の電流遮断機構が設けられているため、電池が過充電状態となった場合に過充電の進行を防止できるため信頼性の高い電池となる。

上記構成では、集電体は、集電体延在部及び集電体接続部を有し、この集電体延在部が集電体本体部よりも封口板に近い位置に配置されている。したがって、電流遮断機構の横に生じるスペースに、集電体延在部及び集電体接続部を配置することができるため、電極体において発電に関与する部分を大きくすることができる。よって、より体積エネルギー密度の高い角形二次電池となる。

更に、上記構成であると、角形二次電池に非常に強い衝撃や振動が加わり、タブ部が電極体側に引っ張られるように負荷が加わったとしても、破断予定部となる脆弱部や変形板と集電体本体部の接続部に負荷が加わることを抑制できる。よって、より信頼性の高い角形二次電池となる。

前記集電体延在部は、前記封口板の長手方向において前記集電体本体部からずれた位置に配置されていることが好ましい。

前記集電体接続部は、前記集電体延在部の端部から折り返されていることが好ましい。

前記集電体延在部と前記集電体接続部のそれぞれの対向する面のなす角は６０°以下であることが好ましい。

前記集電体接続部は、前記集電体延在部の端部から折り曲げられ、前記電極体に向かって延びることが好ましい。

前記集電体は、前記集電体本体部と前記集電体延在部を繋ぐ集電体連結部を有し、
前記集電体連結部は、前記集電体本体部に対して傾斜しているとともに、前記集電体延在部に対して傾斜していることが好ましい。

前記封口板と前記導電部材の間には絶縁部材が配置されており、
前記絶縁部材は前記導電部材と前記集電体連結部の間に配置される壁部を有することが好ましい。

前記封口板と前記集電体延在部の間には絶縁部材が配置され、
前記絶縁部材と前記集電体延在部が固定されていることが好ましい。

前記集電体本体部に前記脆弱部が設けられていることが好ましい。脆弱部は、集電体本体部における変形板との接続部の周囲に形成されていることが好ましい。そして、脆弱部として、薄肉部ないし溝部を設けることが好ましい。但し、集電体と変形板の接合部を脆弱部とすることも可能である。あるいは、変形板に脆弱部を設けてもよい。

上述の角形二次電池を複数個直列ないし並列に接続し組電池とすることができる。

本発明の一様態の角形二次電池は、
正極タブ部を有する正極板と、
負極タブ部を有する負極板と、
前記正極板と前記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角形外装体と、
前記開口を封口する封口板と、
前記正極板と電気的に接続され、前記封口板に取り付けられた正極端子と、
前記負極板と電気的に接続され、前記封口板に取り付けられた負極端子と、
前記正極板と前記正極端子の間の導電経路又は前記負極板と前記負極端子の間の導電経路に設けられた感圧式の電流遮断機構と、を備え
前記正極タブ部及び前記負極タブ部は、前記電極体の前記封口板側の端部に配置され、
前記電流遮断機構は、前記電極体側に開口部を有する導電部材と、前記開口部を封止する変形板とを含み、
電池内圧が所定値以上となったとき前記変形板が変形し、前記変形板の変形に伴い脆弱部が破断することにより、前記正極板と前記正極端子の間の導電経路又は前記負極板と前記負極端子の間の導電経路が切断される角形二次電池であって、
前記変形板と前記正極タブ部又は前記負極タブ部とは、第１集電体及び第２集電体により電気的に接続されており、
前記第１集電体は、前記変形板の前記電極体側に配置され、前記変形板と接続されており、
前記第２集電体は、前記第１集電体と前記正極タブ部又は前記負極タブ部とを電気的に接続し、
前記第２集電体は、第１領域、第２領域、及び第３領域を含み、
前記封口板に対して垂直な方向において、前記第３領域は前記第１領域よりも前記封口板側に位置し、
前記封口板に対して垂直な方向において、前記第１集電体は前記第１領域よりも前記封
口板側に位置し、
前記第１領域は、前記第１集電体上に配置され、前記第１集電体に接合されて、前記第１領域と前記第１集電体の間に接合部が形成されており、
前記第２領域は、前記第１領域と前記第３領域を繋ぐ。

本発明によれば、高い体積エネルギー密度で高容量であるとともに、信頼性の高い角形二次電池及びそれを用いた組電池を提供することができる。

実施形態に係る角形二次電池の斜視図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。 図２のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図である。 図２のＶ−Ｖ線に沿った断面図である。 実施形態に係る正極板及び負極板の平面図である。 実施形態に係る積層型電極体の平面図である。 図２における電流遮断機構の周辺の拡大図である。 図３における電流遮断機構の周辺の拡大図である。 正極集電体及び負極集電体が取り付けられた封口板の電池内面側を示す図である。 図１０におけるＸＩ−ＸＩ線に沿った断面図であり、導電部材、変形板及び正極集電体のみを示した図である。 図４における正極タブ部の周囲の拡大図である。 実施形態に係る正極集電体の折り曲げ加工前の平面図である。 実施形態に係る正極集電体の折り曲げ加工後の平面図である。 図４における正極タブ部の周辺の拡大図であり、正極タブ部を正極集電体に接続する工程を示す図である。 変形例に係る正極集電体の折り曲げ加工前の平面図である。 変形例に係る角形二次電池の図１２に対応する図である。 変形例に係る角形二次電池の図１２に対応する図である。 変形例に係る角形二次電池の図８に対応する図である。 変形例に係る角形二次電池の図８に対応する図である。

実施形態に係る角形二次電池２０の構成を以下に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されない。

図１〜５に示すように、角形二次電池２０は、開口を有する角形外装体１と、当該開口を封口する封口板２を備える。角形外装体１及び封口板２は、それぞれ金属製であることが好ましく、例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金製とすることができる。角形外装体１は、底部１ａ、一対の大面積側壁１ｂ及び一対の小面積側壁１ｃを有する。大面積側壁は小面積側壁よりも面積が大きい。角形外装体１は、底部１ａと対向する位置に開口を有する角形の有底筒状の外装体である。角形外装体１内には、複数の正極板と複数の負極板がセパレータを介して積層された積層型の電極体３が電解質と共に収容されている。正極板は、金属製の正極芯体と、正極芯体上に形成された正極活物質を含む正極活物質層を有する。正極板は一つの端辺に正極芯体が露出する正極芯体露出部４ｂを有する。正極芯体としてはアルミニウム箔又はアルミニウム合金箔を用いることが好ましい。負極板は、金属製の負極芯体と、負極芯体上に形成された負極活物質を含む負極活物質層を有する。負極板は一つの端辺に負極芯体が露出する負極芯体露出部５ｂを有する。負極芯体とし
ては銅箔又は銅合金箔を用いることが好ましい。角形二次電池２０では、正極芯体露出部４ｂが正極タブ部４ｃを構成し、負極芯体露出部５ｂが負極タブ部５ｃを構成している。

図２〜５に示すように、電極体３において、封口板２側の端部に、正極タブ部４ｃが積層された状態で配置され、また、負極タブ部５ｃが積層された状態で配置されている。積層された正極タブ部４ｃに正極集電体６が接合されている。そして、この正極集電体６に正極端子７が電気的に接続されている。積層された負極タブ部５ｃに負極集電体８が接合されている。そして、この負極集電体８に負極端子９が電気的に接続されている。正極板と正極端子７の間の導電経路には感圧式の電流遮断機構４０が設けられている。電流遮断機構４０は、封口板２と電極体３の間に配置されている。電流遮断機構４０は電池内部の圧力が所定値以上となったときに作動し、正極板と正極端子７の間の導電経路が切断されることにより電流が遮断される。なお、負極板と負極端子９の間の導電経路に感圧式の電流遮断機構４０が設けてもよい。

正極端子７は絶縁部材１０及び絶縁性のガスケット１１により封口板２と電気的に絶縁された状態で封口板２に取り付けられている。また、負極端子９は絶縁部材１２及び絶縁性のガスケット１３により封口板２と電気的に絶縁された状態で封口板２に取り付けられている。絶縁部材１０及び１２、ガスケット１１及び１３はそれぞれ樹脂製であることが好ましい。

電極体３は絶縁シート１４に覆われた状態で角形外装体１内に収容されている。絶縁シート１４としては、箱状に折り曲げられたもの、あるいは袋状のものを用いることが好ましい。封口板２は角形外装体１の開口縁部にレーザ溶接等により接合されている。封口板２は電解液注液孔１５を有し、この電解液注液孔１５は注液後、封止栓１６により封止される。封口板２には電池内部の圧力が所定値以上となった場合に作動し、電池内部のガスを電池外部に排出するためのガス排出弁１７が形成されている。なお、ガス排出弁１７の作動圧は、電流遮断機構４０の作動圧よりも高い値に設定する。

角形二次電池２０の大きさは、例えば、高さ（封口板２に対して垂直な方向の長さ。図１において上下方向の長さ。）が１８ｃｍ、厚さ（図１において前後方向の長さ）が３ｃｍ、幅（封口板２に対して平行で且つ角形二次電池２０の厚み方向に対して垂直な方向の長さ。図１において左右方向の長さ。）が９ｃｍとすることができる。なお、本発明は、角形二次電池の幅に対する高さの割合が、２以上のときに特に効果的である。本発明は、角形二次電池の幅が１０ｃｍ以下であり、角形二次電池の高さが１７ｃｍ以上の場合特に有効である。また、本発明は、電池容量が３０Ａｈ以上の場合特に有効である。なお、電池容量の値は、設計容量即ち電池の製造業者が規定する公称容量の値とすることができる。

次に角形二次電池２０の製造方法について説明する。

［正極板の作製］
正極活物質としてのコバルト酸リチウム、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。

［負極板の作製］
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。

図６は裁断後の正極板４（図６中の（ａ））、負極板５（図６中の（ｂ））の平面図である。正極板４は、正極芯体の両面に正極活物質層４ａが形成された方形状の領域を有し、その一辺に正極芯体露出部４ｂが正極タブ部４ｃとして形成されている。負極板５は、負極芯体の両面に負極活物質層５ａが形成された方形状の領域を有し、その一辺に負極芯体露出部５ｂが負極タブ部５ｃとして形成されている。なお、正極板４の大きさは負極板５の大きさよりも僅かに小さくされている。正極タブ部４ｃの根本部分には絶縁層ないし、正極芯体よりも電気抵抗が高い保護層４ｄを設けることが好ましい。なお、正極芯体露出部４ｂないし負極芯体露出部５ｂに他の導電部材を接続し、正極タブ部４ｃないし負極タブ部５ｃとすることも可能である。

［積層型電極体の作製］
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７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。

＜電流遮断機構の組み立て＞
図８は図２における電流遮断機構４０の周辺の拡大図である。図９は図３における電流遮断機構４０の周辺の拡大図である。次に正極端子７の封口板２への取り付け及び電流遮断機構４０の組み立て方法について説明する。

封口板２には、正極端子取り付け孔２ａが形成されている。正極端子取り付け孔２ａの電池外面側にガスケット１１を配置し、電池内面側に絶縁部材１０及び導電部材４１を配置する。そして、ガスケット１１、封口板２、絶縁部材１０及び導電部材４１のそれぞれに形成された貫通穴に電池外部側から正極端子７を挿入し、正極端子７の先端を導電部材４１上に加締める。ここで、正極端子７において加締められた部分を導電部材４１上に溶接接続することが好ましい。

導電部材４１は電極体３側に開口部４１ｘを有するカップ形状であることが好ましい。導電部材４１は、封口板２と平行に配置されるベース部４１ａと、ベース部４１ａから電極体３側に延びる筒状部４１ｂを有する。筒状部４１ｂは円筒形であってもよく、角形の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９に示すように、絶縁部材１０は、封口板２と導電部材４１のベース部４１ａの間に
配置される絶縁部材本体部１０ａと、絶縁部材本体部１０ａの封口板２の短手方向における両端部から電極体３側に延びる一対の絶縁部材第１側壁１０ｂを有する。絶縁部材第１側壁１０ｂの外面には凸部１０ｃが形成されている。また、図８に示すように、絶縁部材１０は、絶縁部材本体部１０ａの封口板２の長手方向における両端部から電極体３側に延びる一対の絶縁部材第２側壁１０ｄを有する。

次に、変形板４２を導電部材４１の電極体３側の開口部４２ｘを塞ぐように配置し、変形板４２の外周縁を導電部材４１にレーザ溶接等により接合する。これにより、導電部材４１の電極体３側の開口部を気密に封止する。変形板４２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。

次に絶縁部材としての絶縁板４３を変形板４２の電極体３側の面に配置する。絶縁板４３は、変形板４２と正極集電体６の集電体本体部６ａの間に配置される絶縁板本体部４３ａと、絶縁板本体部４３ａの封口板２の短手方向における両端部から封口板２側に延びる一対の絶縁板第１側壁４３ｂを有する。絶縁板本体部４３ａには、絶縁板貫通穴４３ｃ、第１突起４３ｄ１、第２突起４３ｄ２、第３突起４３ｄ３、第４突起４３ｄ４が形成されている。また、絶縁板第１側壁４３ｂの内面には、凹部４３ｅが形成されている。

絶縁板本体部４３ａに形成された絶縁板貫通穴４３ｃには変形板４２の中央部に形成された突出部４２ａが挿入される。また、絶縁板第１側壁４３ｂの内面は、第１側壁部１０ｂの外面と対向するように配置される。そして、凸部１０ｃが凹部４３ｅと嵌合することにより、絶縁部材１０と絶縁板４３が接続される。なお、この凹部４３ｅを貫通穴としてもよい。

図１０は、正極端子７、電流遮断機構４０、負極集電体８、及び負極端子９が取り付けられた封口板２の電池内部側面を示す図である。図１１は、図１０のＸＩ−ＸＩ線に沿った断面図であり、導電部材４１、変形板４２、及び絶縁板４３のみを抜粋して示した図である。図１１に示すように、絶縁板４３に導電部材固定部４３ｘを設けることが好ましい。そして、導電部材固定部４３ｘを導電部材４１のフランジ部４１ｃに引っ掛けるようにして、絶縁板４３を導電部材４１に固定することが好ましい。

絶縁板４３は直接ないし間接的に導電部材４１に固定されていることが好ましい。絶縁板４３と導電部材４１を直接固定する方法としては、上述のように絶縁板４３に導電部材固定部を設け、導電部材固定部を導電部材４１に固定することができる。また、絶縁板４３と導電部材４１を間接的に固定する方法としては、上述のように絶縁部材１０を介して絶縁板４３と導電部材４１を固定することができる。導電部材４１及び絶縁部材１０は、正極端子７により封口板２に一体的に固定されているため、お互いに固定されている。そして、絶縁部材１０と絶縁板４３はお互いに嵌合することにより固定されている。したがって、絶縁部材１０を介して絶縁板４３と導電部材４１が固定されている。なお、絶縁板４３は直接導電部材４１に固定されるのみであってもよいし、間接的に導電部材４１に固定されるのみであってもよい。

ここで、正極集電体６の構成について説明する。図１３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。正極集電体６は、集電体本体部６ａと、集電体延在部６ｂと、集電体接続部６ｃと、集電体連結部６ｄを有する。破線は折り曲げ線ないし折り返し線となる部分である。集電体本体部６ａの中央部には、接続用貫通穴６ｘが形成されており、この接続用貫通穴６ｘの周囲には薄肉部６ｆが形成されている。また、薄肉部６ｆ内には環状の溝部６ｇが接続用貫通穴６ｘを囲むように形成されている。溝部６ｇの厚み（残厚み）は、薄肉部６ｆよりも小さくなっている。ここで、環状の溝部６ｇが脆弱部となり、変形板４２の変形に伴い破断する。即ち、この脆弱部が破断予定
部となっている。なお、脆弱部の破断により導電経路が切断されればよいため、薄肉部６ｆ及び溝部６ｇを両方設ける必要はない。薄肉部６ｆのみ、あるいは溝部６ｇのみを設けるようにしてもよい。あるいは、薄肉部６ｆや溝部６ｇを設けず、変形板４２と正極集電体６の集電体本体部６ａの接合部を脆弱部とすることもできる。あるいは、変形板４２に薄肉部や溝部等の脆弱部を設けることができる。

集電体本体部６ａには第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が設けられている。また、折り返し部７０ａとなる部分の両端には切欠き部６ｚが形成されている。

図１４は、曲げ加工後の正極集電体６の平面図であり、電極体３側の面を示す図である。集電体連結部６ｄが集電体本体部６ａに対して手前側に折り曲げられており、集電体連結部６ｄが集電体本体部６ａに対して傾斜している。また、集電体延在部６ｂは集電体連結部６ｄに対して奥側に折り曲げられており、集電体連結部６ｄが集電体延在部６ｂに対して傾斜している。集電体接続部６ｃが集電体延在部６ｂに対して略９０°（例えば、７０〜１１０°）折り曲げられている。

封口板２の短手方向において、集電体接続部６ｃの長さＷ２を集電体延在部６ｂの長さＷ１よりも小さくすることが好ましい。また、集電体接続部６ｃの長さＷ２と集電体延在部６ｂの長さＷ１の関係を、１／３≦Ｗ２／Ｗ１≦２／３とすることが好ましい。これにより、正極タブ部４ｃと集電体接続部６ｃの接続部から各正極板までの各正極タブ部４ｃの長さのバラつきを小さくすることができる。

図１４に示す正極集電体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８０ａ、第２固定部８０ｂ、第３固定部８０ｃ、第４固定部８０ｄ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。その後、正極端子７に形成された端子貫通穴７ｘを通じ電池外部側からガスを送り込み、変形板４２を正極集電体６の集電体本体部６ａに押し付けた状態とする。この状態で、集電体本体部６ａに設けられた接続用貫通穴６ｘの縁部と変形板４２をレーザ溶接等により接合する。なお、接続用貫通穴６ｘは必須の構成ではなく、接続用貫通穴６ｘを有していない集電体本体部６ａを変形板４２に接合することもできる。なお、端子貫通穴７ｘは栓体７ｙで封止する。

図８に示すように、正極集電体６の集電体本体部６ａは、正極端子７、導電部材４１、及び変形板４２の電極体側に配置される。即ち、封口板２に対して垂直な方向に、正極端子７、導電部材４１、変形板４２及び集電体本体部６ａは並ぶように配置される。正極集電体６の集電体延在部６ｂは、集電体本体部６ａよりも封口板２側に配置される。即ち、集電体本体部６ａと封口板２の距離が、集電体延在部６ｂと封口板２の距離よりも大きくなっている。そして、正極集電体６の集電体延在部６ｂは、封口板２の長手方向において、集電体本体部６ａよりも封口板２の中央側にずれた位置に配置されている。集電体本体部６ａと集電体延在部６ｂは集電体連結部６ｄにより接続されている。集電体連結部６ｄは、集電体本体部６ａと集電体延在部６ｂのそれぞれに対して傾斜して配置される。

＜封口板への負極端子の取り付け＞
封口板２には、負極端子取り付け孔２ｂが形成されている。負極端子取り付け孔２ｂの電池外面側にガスケット１３を配置し、電池内面側に絶縁部材１２及び負極集電体８を配
置する。ここで、負極集電体８は、予め集電体本体部８ａに対して集電体接続部８ｂが略９０°折り曲げられたものを用いる。そして、ガスケット１３、封口板２、絶縁部材１２及び負極集電体８のそれぞれに形成された貫通穴に電池外部側から負極端子９を挿入し、負極端子９の先端を負極集電体８上に加締める。そして、負極端子９において加締められた部分を負極集電体８に溶接接続する。

＜タブ部と集電体の接続＞
図１５に示すように、積層された正極タブ部４ｃを正極集電体６の集電体接続部６ｃ上に配置し、積層された正極タブ部４ｃと集電体接続部６ｃを接合する。これにより接合部３０が形成される。なお、積層された正極タブ部４ｃを正極集電体６に接続する前に、予め正極タブ部４ｃ同士を接合しておくこともできる。接合方法は特に限定されず、抵抗溶接、超音波溶接、レーザ等の高エネルギー線による溶接等を用いることができる。特に抵抗溶接を用いることが好ましい。また、積層された正極タブ部４ｃの積層方向における最外面であって集電体接続部６ｃが配置される面と反対側の面に受け部品を配置し、集電体接続部６ｃと受け部品で積層された正極タブ部４ｃを挟み込んだ状態で接合を行うこともできる。

負極タブ部５ｃと負極集電体８の集電体接続部８ｂについても正極側と同様の方法で接続される。

その後、図１２に示すように、正極集電体６の集電体接続部６ｃが集電体延在部６ｂに対して折り返されるように、正極集電体６を更に曲げ加工する。負極側についても同様に、負極集電体８の集電体接続部８ｂを集電体本体部８ａに対して更に曲げ加工する。これにより、集電体接続部８ｂが集電体本体部８ａに対して折り返された状態となる。

＜角形二次電池の組み立て＞
封口板２に接続された電極体３を箱状に成形した絶縁シート１４内に配置し、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。

なお、封口板２と電極体３の間に絶縁シートを配置し、電極体３（特に、正極タブ部４ｃないし負極タブ部５ｃ）と封口板２の間をより確実に絶縁することが好ましい。例えば、絶縁シート１４の一部を封口板２と電極体３の間に配置することができる。あるいは、絶縁シート１４とは別の絶縁シートを封口板２と電極体３の間に配置することもできる。また、絶縁シート１４に比べ厚みの厚い絶縁板を配置することもできる。

＜角形二次電池２０＞
角形二次電池２０では、電極体３の封口板２側の端部に正極タブ部４ｃ及び負極タブ部５ｃがそれぞれ配置される構成となっている。したがって、角形外装体１内において、発電に関与しない部材が配置されるスペースを削減でき、体積エネルギー密度が高い角形二次電池となる。更に、角形二次電池２０では、角形外装体１及び封口板２により構成される電池ケースの６面のうち最も小さい面積の面に封口板２を配置している。即ち、封口板２及び角形外装体１の底部１ａの面積が、角形外装体１の４つの側壁（一対の大面積側壁１ｂ及び一対の小面積側壁１ｃ）よりも小さくなっている。よって、より体積エネルギー密度が高い角形二次電池となる。但し、角形二次電池２０に用いられる角形外装体１において、開口に対応する位置に側壁を有し、一方の小面積側壁１ｃに対応する部分に開口を有する有底筒状の角形外装体を用い、この開口を封口板で封口するような形態の角形二次電池とすることもできる。

角形二次電池２０では、電流遮断機構４０の横に形成されるスペースに正極集電体６と正極タブ部４ｃの接続部を配置することで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、封口板２の長手方向において、正極集電体６と正極タブ部４ｃの接続部を、集電体本体部６ａからずらした位置に配置している。したがって、正極タブ部４ｃが電極体３側に引っ張られる力が加わったとしても、集電体本体部６ａに形成された脆弱部や、変形板４２と集電体本体部６ａの接続部に負荷が加わることを抑制でき、脆弱部や変形板４２と集電体本体部６ａの接続部の損傷ないし破損を防止できる。また、集電体連結部６ｄが形成されていることにより、負荷を吸収できるため、より効果的に脆弱部や変形板４２と集電体本体部６ａの接続部の損傷ないし破損を防止できる。なお、図８に示す、集電体本体部６ａに対する集電体連結部６ｄの曲げ角度θ１及び連結部６ｄに対する延在部６ｂの曲げ角度θ２は８５°未満であることが好ましく、８０°未満であることがより好ましい。このような構成であれば、集電体本体部６ａを絶縁板４３上に配置し、集電体延在部６ｂを絶縁部材１０の絶縁部材延在部１０ｅ上に配置する際、電流遮断機構４０の高さにバラつきがあったとしても、この高さバラつきを吸収することができる。また、正極タブ部４ｃが電極体３側に引っ張られる力が加わったとしても、この力を吸収し、集電体本体部６ａへの負荷を低減できる。なお、但し、角度θ１及び角度θ２をそれぞれ９０°とすることもできる。

集電体接続部６ｃが集電体延在部６ｂに対して折り返されて、集電体接続部６ｃの集電体延在部６ｂに対する角度θ３を６０°以下とすることが好ましく、４５°以下とすることがより好ましく、１５°以下とすることがより好ましい。これにより、集電体接続部６ｃを角形外装体１内に効率よく配置することができ、より体積エネルギー密度の高い角形二次電池となる。なお、この角度θ３は、集電体接続部６ｃにおいて集電体延在部６ｂと対向する面と、集電体延在部６ｂにおいて集電体接続部６ｃと対向する面がなす角である。また、折り返し部７０ａのＲを大きくし、角度θ３を０°以下となるようにしてもよい。但し、角度θ３は−１５°以上とすることが好ましい。

なお、正極集電体６は、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。集電体接続部６ｃが集電体延在部６ｂに対して折り返された状態であり、且つ正極集電体６が銅等に比べて比較的柔らかいアルミニウム又はアルミニウム合金からなることにより、折り返し部７０ａに弾性を持たせることができる。このような構成であると、正極タブ部４ｃが電極体３側に引っ張られたとしても、折り返し部７０ａにおいて負荷を吸収できるため、脆弱部等に負荷が加わることを抑制できる。このような効果を得るためには、正極集電体６の厚みを２．０ｍｍ以下とすることが好ましく、１．５ｍｍ以下とすることが好ましく、１．２ｍｍ以下とすることがより好ましい。但し、正極集電体６にはある程度の剛性が必要であるため、正極集電体６の厚みは、０．５ｍｍ以上とすることが好ましい。なお、正極集電体６の厚みとは、薄肉部や溝部等が形成されていない基材部分の厚みとする。

但し、集電体接続部６ｃの長さＷ２を非常に小さくする場合は、角度θ３を略９０°（例えば、７０°〜１１０°程度）とすることも可能である。

角形二次電池２０においては、導電部材４１と集電体連結部６ｄの間に絶縁部材１０の絶縁部材第２側壁１０ｄが配置されている。したがって、電流遮断機構４０が作動した後に、導電部材４１と集電体連結部６ｄの間で導電経路が形成されることを防止できる。

角形二次電池２０では封口板２に偏平形状のガス排出弁１７が設けられている。そして、偏平形状のガス排出弁１７はその長軸方向が封口板２の短手方向に延びるように配置されている。したがって、封口板２に大きな面積のガス排出弁１７を設けても、集電体延在
部６ｂ等がガスの排出を阻害することを抑制できる。

＜変形例１＞
図１６は、変形例１に係る角形二次電池に用いる曲げ加工前の正極集電体６０の平面図であり、電極体３側の面を示す図である。正極集電体６０は、基本的には正極集電体６と同様の構成を有する。図１６において、正極集電体６と共通の構成については正極集電体６と同じ符号を付与している。正極集電体６０は、集電体延在部６ｂに延在部固定穴６５が設けられている点で正極集電体６と異なる。

図１７に示すように、変形例１に係る角形二次電池では、正極集電体６０と封口板２の間に配置される絶縁部材１０が固定用突起１０ｘを有する。この固定用突起１０ｘが集電体延在部６ｂの延在部固定穴６５に挿入されている。そして、固定用突起１０ｘの先端が拡径されている。これにより、集電体延在部６ｂと絶縁部材１０が固定されている。このような構成によると、正極タブ部４ｃが電極体３側に引っ張られる力が加わったとしても、集電体本体部６ａに形成された脆弱部や、変形板４２と集電体本体部６ａの接続部に負荷が加わることを抑制でき、脆弱部や変形板４２と集電体本体部６ａの接続部の損傷ないし破損をより確実に防止できる。

なお、図１７に開示の構成に代えて、絶縁部材１０に引っ掛け固定部１０ｙを設け、図１６における６６ａで示す集電体延在部６ｂの端辺に引っ掛け固定部１０ｙを引っ掛けることにより、集電体延在部６ｂを絶縁部材１０に固定することもできる。あるいは、図１６において６６ｂで示す集電体延在部６ｂの端辺に絶縁部材１０の引っ掛け固定部を引っ掛けるようにしてもよい。

＜変形例２＞
図１９は変形例２に係る角形二次電池の断面図であり、図８に対応する図である。図１９に示すように、正極集電体６の集電体本体部６ａと、集電体連結部６１ｄ、集電体延在部６１ｂ及び集電体接続部６１ｃを別の部品とすることができる。この場合、集電体連結部６１ｄの先端側を集電体本体部６ａに接合すればよい。これにより接合部９０が形成される。

＜変形例３＞
図２０は変形例３に係る角形二次電池の断面図であり、図８に対応する図である。図２０に示すように、正極集電体６の集電体本体部６ａ及び集電体連結部６ｄと、集電体延在部６２ｂ及び集電体接続部６２ｃを別の部品とすることができる。この場合、集電体連結部６ｄの先端側を集電体延在部６２ｂに接合すればよい。これにより接合部９０が形成される。

＜その他＞
電池内に電池が過充電状態となった場合にガスを発生する過充電抑制剤を含有させることが好ましい。非水電解質二次電池の場合、正極活物質層に炭酸リチウムを含有させる、あるいは非水電解質中にシクロヘキシルベンゼン等を含有させることが好ましい。

１・・・角形外装体 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
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
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
６・・・正極集電体
６ａ・・・集電体本体部 ６ｂ・・・集電体延在部 ６ｃ・・・集電体接続部 ６ｄ・・・集電体連結部
６ｆ・・・薄肉部 ６ｇ・・・溝部
６ｘ・・・接続用貫通穴
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・・・切欠き部
６５・・・延在部固定穴
６６ａ、６６ｂ・・・端辺

７・・・正極端子
７ｘ・・・端子貫通穴 ７ｙ・・・栓体
８・・・負極集電体
８ａ・・・集電体本体部 ８ｂ・・・集電体接続部
９・・・負極端子
１０・・・絶縁部材
１０ａ・・・絶縁部材本体部 １０ｂ・・・絶縁部材第１側壁 １０ｃ・・・凸部
１０ｄ・・・絶縁部材第２側壁 １０ｅ・・・絶縁部材延在部
１２・・・絶縁部材
１１、１３・・・ガスケット
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・・・接合部

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
４２ｘ・・・開口部
４２・・・変形板 ４２ａ・・・突出部
４３・・・絶縁板
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
４３ｘ・・・導電部材固定部

７０ａ、７０ｂ、７０ｃ、７０ｄ・・・折り返し部（折り返し線）

８０ａ・・・第１固定部 ８０ｂ・・・第２固定部 ８０ｃ・・・第３固定部 ８０ｄ・・・第４固定部

９０・・・接合部

Claims (9)

1. 正極タブ部を有する正極板と、
   負極タブ部を有する負極板と、
   前記正極板と前記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角形外装体と、
   前記開口を封口する封口板と、
   前記正極板と電気的に接続され、前記封口板に取り付けられた正極端子と、
   前記負極板と電気的に接続され、前記封口板に取り付けられた負極端子と、
   前記正極板と前記正極端子の間の導電経路又は前記負極板と前記負極端子の間の導電経路に設けられた感圧式の電流遮断機構と、を備え
   前記正極タブ部及び前記負極タブ部は、前記電極体の前記封口板側の端部に配置され、
   前記電流遮断機構は、前記電極体側に開口部を有する導電部材と、前記開口部を封止する変形板とを含み、
   電池内圧が所定値以上となったとき前記変形板が変形し、前記変形板の変形に伴い脆弱部が破断することにより、前記正極板と前記正極端子の間の導電経路又は前記負極板と前記負極端子の間の導電経路が切断される角形二次電池であって、
   前記変形板と前記正極タブ部又は前記負極タブ部とは、第１集電体及び第２集電体により電気的に接続されており、
   前記第１集電体は、前記変形板の前記電極体側に配置され、前記変形板と接続されており、
   前記第２集電体は、前記第１集電体と前記正極タブ部又は前記負極タブ部とを電気的に接続し、
   前記第２集電体は、第１領域、第２領域、及び第３領域を含み、
   前記封口板に対して垂直な方向において、前記第３領域は前記第１領域よりも前記封口板側に位置し、
   前記封口板に対して垂直な方向において、前記第１集電体は前記第１領域よりも前記封口板側に位置し、
   前記第１領域は、前記第１集電体上に配置され、前記第１集電体に接合されて、前記第１領域と前記第１集電体の間に接合部が形成されており、
   前記第２領域は、前記第１領域と前記第３領域を繋ぐ、
   角形二次電池。
2. 前記第２領域は前記第１領域の端部から前記封口板に向かって延びており、
   前記第３領域は前記第２領域の前記封口板側の端部から前記封口板に沿って延びている請求項１に記載の角形二次電池。
3. 前記封口板と前記第３領域の間には絶縁部材が配置された請求項１又は２に記載の角形二次電池。
4. 前記封口板と前記絶縁部材は接触しており、
   前記絶縁部材と前記第３領域は接触している、
   請求項１〜３のいずれかに記載の角形二次電池。
5. 前記導電部材と前記第２領域の間に前記絶縁部材が配置された請求項１〜４のいずれかに記載の角形二次電池。
6. 前記第１集電体に前記脆弱部が設けられた請求項１〜５のいずれかに記載の角形二次電池。
7. 前記封口板の長手方向において、前記第１集電体と前記第１領域の前記接合部は、前記変形板と前記第１集電体が接続された接続部よりも、前記封口板の中央側に位置する、
   請求項１〜６のいずれかに記載の角形二次電池。
8. 前記第１集電体は、前記封口板側に位置する第１面と、前記第１面の反対側に位置するとともに前記電極体側に位置する第２面と、前記第１面と前記第２面を繋ぐ側面を有し、
   前記第１領域は前記第２面上に配置され、
   前記第２領域は、前記側面と対向する、
   請求項１〜７のいずれかに記載の角形二次電池。
9. 請求項１〜８のいずれかに記載の角形二次電池を複数備えた組電池。