JP5970079B2 - 角形二次電池 - Google Patents

Description

本発明は、車載用途等に使用される角形二次電池に関する。

従来から、車両やその他の機器に搭載される密閉型のリチウムイオン二次電池などにおいては、過充電や過昇温、外力による破損などによって、内部にガスが溜まり、そのガスによって、電池内部の圧力が上昇する場合がある。そのため、密閉型電池の電池ケースには、安全のための脆弱箇所が形成される。

例えば、電池ケースの一部の箇所に、電池の内圧によって変形する部材が用いられ、その部材の変形によって脆弱部分が破断し、その脆弱部分の破断によって、電流経路が遮断されるものや、密閉型電池の内外が連通されてガスを排出するものなどが提案されている。

例えば、特許文献１には、ダイアフラムと通電を遮断する集電タブはそれぞれ別部材の絶縁体に固定された状態で絶縁体同士をはめ合わせ、さらに集電タブの脆弱箇所に繋がる一部がダイアフラムに接続し固定されており、電池内圧が上昇するとダイアフラムが変形し、集電タブの脆弱箇所が破断され、それによって電流の経路を遮断する構造とされている。

特開2008-66254号公報

しかしながら、特許文献１の技術では、電池ケースに対しての集電板の固定としては、集電板と一体化した絶縁体と、蓋にかしめで一体化した絶縁体との嵌め合いによる固定、及び、脆弱部とダイアフラムの溶接による固定であることから、集電板に加わった振動や衝撃が脆弱部とダイアフラムの溶接部分に伝達されて影響を与えるおそれがあり、誤動作の可能性があるという問題があった。

また、特許文献１に示すように従来は、外部接続端子の接続軸を蓋の開口穴に挿通してかしめるのみで外部接続端子を蓋に固定していた。そして、蓋と接続軸との間には、絶縁及びシールするためのガスケットが所定の圧縮力で圧縮された状態で介在されている。したがって、集電板に加わった振動や衝撃が脆弱箇所であるガスケットに伝達されて密閉性に影響を与えるおそれがあった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、高い耐衝撃性および耐振動性を備える角形二次電池を提供することである。

上記課題を解決する本発明の角形二次電池は、扁平状の電極群と、該電極群に電気的に接続された集電板と、該集電板と前記電極群を収容する電池缶と、該電池缶の開口部を閉塞する電池蓋と、該電池蓋に設けられ、接続部材を介して該集電板と接続される電極端子と、該電極端子と該電池蓋との間に介在されて絶縁及びシールするガスケットと、を有する角形二次電池であって、前記集電板と前記電池蓋との間には絶縁体が設けられ、
前記電池蓋は前記絶縁体を係合する電池蓋側固定部を有し、前記絶縁体は前記集電板を固定する集電板側固定部を有することを特徴としている。

本発明によれば、電池蓋側固定部により絶縁体を電池蓋に係合し、絶縁体に設けられた集電板側固定部により集電板を固定し、集電板を絶縁体を介して電池蓋に固定しているので、振動や衝撃が集電板に加えられた場合に、その振動や衝撃を絶縁体を介して集電板から電池蓋に伝達して、脆弱箇所であるガスケットに振動や衝撃が加えられるのを防ぎ、ガスケットの密閉性を保つことができる。

本発明によれば、高い耐衝撃性および耐振動性を備えた角形二次電池を提供することができる。なお、上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

第１実施形態に係る角形二次電池の外観斜視図。 角形二次電池の電池缶を取り外した分解斜視図。 捲回電極群の分解斜視図。 正極端子構成部の構成を説明する断面図。 図４の部品分解斜視図。 電池蓋側固定部及び集電板側固定部の構成を説明する断面図。 第２実施形態に係る角形二次電池の要部を拡大して断面で示す断面図。 第３実施形態に係る角形二次電池の要部を拡大して断面で示す断面図。

以下に、本発明の各実施形態について図面を用いて説明する。なお、以下の説明では、角形二次電池の例として、電気自動車やハイブリッド自動車に搭載される角形のリチウムイオン二次電池の場合について説明する。

［第１実施形態］
図１は、本実施形態に係わるリチウムイオン二次電池の外観斜視図、図２は、図１に示されるリチウムイオン二次電池の分解斜視図である。

リチウムイオン二次電池１は、図１及び図２に示すように、角形の深絞り形状を有する電池缶４と、電池缶４の開口部４ａを封口する電池蓋３とを有する電池容器２内に、発電要素を収容した構成を有している。発電要素は、正極電極４１と負極電極４２との間にセパレータ４３，４４を介在させて重ね合わせた状態で扁平状に捲回した電極群４０を有している。電極群４０は、正極集電板２１、負極集電板３１と共にその外側を絶縁シート（図示せず）によって覆われた状態で電池缶４内に挿入されている。

電池缶４及び電池蓋３は、共にアルミニウム合金で製作されており、電池蓋３は、レーザー溶接によって電池缶４に接合されて、開口部４ａを封口している。電池蓋３には、正極側端子構成部６０と、負極側端子構成部７０が設けられており、蓋組立体１０を構成している。

正極側端子構成部６０と負極側端子構成部７０は、電池蓋３との間に第１の絶縁体６４、７４を介して配設された正極端子６１と負極端子７１（一対の電極端子）を有している。電池蓋３には、正極端子６１及び負極端子７１の他に、電池容器２内の圧力が所定値よりも上昇すると開放されて電池容器２内のガスを排出するガス排出弁１３と、電池容器２内に電解液を注入するための注液口１２と、電解液の注液後に注液口１２を封止する注液栓１１が配設されている。注液栓１１は、注液口１２を閉塞した状態でレーザー溶接により電池蓋３に接合され、注液口１２を封口する。

正極端子６１及び負極端子７１は、長方形を有する電池蓋３の外側で且つ長辺に沿った方向の一方側と他方側の互いに離れた位置に配置されている。正極端子６１及び負極端子７１は、バスバー接続端子を固定するための端子ボルト６３、７３を保持し、電池蓋３の内側にまで配置されて正、負極集電板２１、３１まで導通接続されている。正極端子６１は、アルミニウム、またはアルミニウム合金で製作され、負極端子７１は、銅合金で製作されている。

正極端子６１は、電池蓋３の外側にガスケット６６（図４を参照）及び第１の絶縁体６４が介在され且つ電池蓋３の内側に第２の絶縁体６５が介在されており、電池蓋３から電気的に絶縁されている。正極端子６１は、軸部６１ｅをかしめることにより正極集電板２１とともに電池蓋３に一体に固定される。正極端子６１は、電流遮断手段を間に介して正極集電板２１に電気的に接続されている。当該電流遮断手段は正極集電板２１と正極端子６１とを接続する接続部材でもある。電流遮断手段の構成についての詳細は後述する。

負極端子７１は、電池蓋３の外側にガスケット（図示せず）及び第１の絶縁体７４が介在され且つ電池蓋３の内側に第２の絶縁体（図示せず）が介在されており、電池蓋３から電気的に絶縁されている。負極端子７１（電極端子）は、電池蓋３の外側に配置される平板状の本体部（負極外部端子）７１ａと、本体部７１ａから突出して電池蓋３を貫通する軸部（図示せず）を有している。負極端子７１の軸部は、電池蓋３及び負極集電板３１を貫通して突出しており、負極端子７１は、軸部の先端をかしめることにより負極集電板３１に電気的に接続され且つ負極集電板３１と共に電池蓋３に一体に固定される。

正極集電板２１、負極集電板３１は、電池缶４の底部に向かって延出して捲回電極群４０に導通接続される平坦状の一対の接合片２３、３３を有している。各接合片２３、３３は、捲回電極群４０の捲回軸方向両端部に設けられている正極及び負極に溶接により接合される。溶接方法としては、超音波溶接、抵抗溶接、レーザー溶接等を用いることができる。

捲回電極群４０は、正極集電板２１の接合片２３と負極集電板３１の接合片３３との間に配置されて両端が支持されている。蓋組立体１０及び捲回電極群４０によって、発電要素組立体５０が構成されている。

図３は、図２に示された捲回電極群４０の詳細を示し、巻き終わり側を展開した状態の外観斜視図である。

捲回電極群４０は、第１、第２セパレータ４３、４４の間に、それぞれ負極電極４２、正極電極４１を配置して扁平状に捲回することによって構成される。捲回電極群４０は、図３に示すように、最外周の電極が負極電極４２であり、さらにその外側にセパレータ４４が捲回される。

セパレータ４３、４４は、正極電極４１と負極電極４２を絶縁する役割を有している。負極電極４２の負極塗工部４２ａは、正極電極４１の正極塗工部４１ａよりも幅方向に大きく、これにより正極塗工部４１ａは、必ず負極塗工部４２ａに挟まれるように構成されている。

正極未塗工部４１ｂ、負極未塗工部４２ｂは、平面部分で束ねられて溶接等により正極端子６１、負極端子７１につながる各極の集電板２１、３１に接続される。尚、セパレータ４３、４４は、幅方向で負極塗工部４２ａよりも広いが、正極未塗工部４１ｂ、負極未塗工部４２ｂで金属箔面が露出する位置に捲回されるため、束ねて溶接する場合の支障にはならない。

正極電極４１は、正極集電体である正極電極箔の両面に正極活物質合剤を塗布した正極塗工部４１ａを有し、正極電極箔の幅方向一方側の端部には、正極活物質合剤を塗布しない正極未塗工部（箔露出部）４１ｂが設けられている。

負極電極４２は、負極集電体である負極電極箔の両面に負極活物質合剤を塗布した負極塗工部４２ａを有し、正極電極箔の幅方向他方側の端部には、負極活物質合剤を塗布しない負極未塗工部（箔露出部）４２ｂが設けられている。正極未塗工部４１ｂと負極未塗工部４２ｂは、電極箔の金属面が露出した領域であり、図３に示すように、捲回軸方向一方側と他方側の位置に配置される。

負極電極４２においては、負極活物質として非晶質炭素粉末１００重量部に対して、結着剤として１０重量部のポリフッ化ビニリデン（以下、ＰＶＤＦという。）を添加し、これに分散溶媒としてＮ−メチルピロリドン（以下、ＮＭＰという。）を添加、混練した負極合剤を作製した。この負極合剤を厚さ１０μｍの銅箔（負極電極箔）の両面に集電部（負極未塗工部）を残して塗布した。その後、乾燥、プレス、裁断して銅箔を含まない負極活物質塗布部厚さ７０μｍの負極電極を得た。

なお、本実施形態では、負極活物質に非晶質炭素を用いる場合について例示したが、これに限定されるものではなく、リチウムイオンを挿入、脱離可能な天然黒鉛や、人造の各種黒鉛材、コークスなどの炭素質材料等でよく、その粒子形状においても、鱗片状、球状、繊維状、塊状等、特に制限されるものではない。

正極電極４１に関しては、正極活物質としてマンガン酸リチウム（化学式ＬｉＭｎ_２Ｏ_４）１００重量部に対し、導電材として１０重量部の鱗片状黒鉛と結着剤として１０重量部のＰＶＤＦとを添加し、これに分散溶媒としてＮＭＰを添加、混練した正極合剤を作製した。この正極合剤を厚さ２０μｍのアルミニウム箔（正極電極箔）の両面に無地の集電部（正極未塗工部）を残して塗布した。その後、乾燥、プレス、裁断してアルミニウム箔を含まない正極活物質塗布部厚さ９０μｍの正極電極を得た。

また、本実施形態では、正極活物質にマンガン酸リチウムを用いる場合について例示したが、スピネル結晶構造を有する他のマンガン酸リチウムや一部を金属元素で置換又はドープしたリチウムマンガン複合酸化物や層状結晶構造を有すコバルト酸リチウムやチタン酸リチウムやこれらの一部を金属元素で置換またはドープしたリチウム-金属複合酸化物を用いるようにしてもよい。

また、本実施形態では、正極電極、負極電極における塗工部の結着材としてＰＶＤＦを用いる場合について例示したが、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリブタジエン、ブチルゴム、ニトリルゴム、スチレンブタジエンゴム、多硫化ゴム、ニトロセルロース、シアノエチルセルロース、各種ラテックス、アクリロニトリル、フッ化ビニル、フッ化ビニリデン、フッ化プロピレン、フッ化クロロプレン、アクリル系樹脂などの重合体およびこれらの混合体などを用いることができる。

電池蓋３に設置された注液口１２からは、非水電解液が注入される。非水電解液には、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートとを体積比で１：２の割合で混合した混合溶液中へ六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ_６）を１モル／リットルの濃度で溶解したものを用いることができる。注液口１２は、電解液注入後に、注液栓１１が嵌合されて閉塞され、レーザー溶接によって封止される。

図４は、正極端子構成部の構成を説明する断面図、図５は、その部品分解斜視図、図６は、電池蓋側固定部及び集電板側固定部の構成を説明する断面図である。

正極側端子構成部６０は、電池内圧の上昇により電流を遮断する電流遮断手段を有している。電流遮断手段は、正極端子６１から正極集電板２１までの電流経路に設けられている。

正極側端子構成部６０は、図４及び図５に示すように、正極端子６１、正極端子ボルト６３、第１の絶縁体６４、ガスケット６６、第２の絶縁体６５、正極接続電極６７、電池内圧の上昇により変形する導電板６８、および正極集電板２１から構成される。

正極端子６１、第１の絶縁体６４、ガスケット６６、第２の絶縁体６５、正極接続電極６７は、正極端子６１の軸部６１ｃの先端をかしめることによって、電池蓋３に一体にかしめ固定されている。そして、正極接続電極６７に導電板６８が溶接接合され、導電板６８に正極集電板２１が溶接接合されている。

導電板６８は、電池内側に向かって凸となるドーム状を有しており、電池内圧の上昇により頂部の高さが低くなる方向に変形して、正極集電板２１の接合部２４を基部２２に直交する方向である電池外側（図４で上方）に向かって付勢し、脆弱部２５を破断させて接合部２４を基部２２から分離し、正極集電板２１との間の電気的な接続を遮断するように構成されている。

正極集電板２１は、第２の絶縁体６５を介して電池蓋３に固定されている。電池蓋３には、第２の絶縁体６５を電池蓋３に係合するための係合部（電池蓋側固定部）が設けられている。

電池蓋３と第２の絶縁体６５は凸部（電池蓋側固定部）３ｂにより互いに固定され、第２の絶縁体６５と正極集電板２１は凸部（集電板側固定部）６５ｃにより互いに固定されており、電池蓋３と第２の絶縁体６５と正極集電板２１が一体化されている。

次に、本実施形態における正極側端子構成部６０の構成について詳細に説明する。

正極端子６１（電極端子）は、電池蓋３の外側である上面に沿って配置される平板部６１ａ（外部端子）と、平板部６１ａに開口して正極端子ボルト６３を挿通支持するボルト挿通孔６１ｂと、電池蓋３の開口部３ａに挿通されて電池蓋３を貫通し先端が電池蓋３の内側に突出する軸部（接続軸）６１ｃを有しており、軸部６１ｃには、その中心を軸方向に貫通する貫通孔６１ｄが設けられている。

正極端子ボルト６３は、正極端子６１のボルト挿通孔６１ｂに挿通される軸部６３ａと、平板部６１ａと第１の絶縁体６４との間に介在されて支持されるヘッド部（底平坦部）６３ｂとを有している。

第１の絶縁体６４は、正極端子６１の平板部６１ａと電池蓋３の上面との間に介在される絶縁性の板状部材からなり、電池蓋３の開口部３ａに連通して正極端子６１の軸部６１ｃを挿通するための開口部６４ａ（図５を参照）を有している。

ガスケット６６は、正極端子６１の軸部６１ｃに外嵌される断面Ｌ字状のリング形状を有しており、電池蓋３の開口部３ａに挿入されて正極端子６１の軸部６１ｃと電池蓋３との間を絶縁しかつシールする端子封止部を構成する。ガスケット６６は、正極端子６１の軸部６１ｃをかしめることによって、所定の圧縮力で圧縮された状態で正極端子６１の平板部６１ａと電池蓋３との間に介在される。

正極接続電極６７は、電池蓋３の内側に配置される導電性の円形平板部材からなり、その中心位置には、電池蓋３の開口部３ａに連通して正極端子６１の軸部６１ｃを挿通するための開口部６７ａが設けられている。正極接続電極６７は、電池蓋３との間に第２の絶縁体６５を介在させた状態で電池蓋３の下面に沿って配置されており、平面状の下面６７ｂに開口部６７ａが開口し、その開口部６７ａから突出する正極端子６１の軸部６１ｃの先端を径方向外側に拡げてかしめることにより、正極端子６１に電気的に接続され且つ電池蓋３から絶縁された状態で電池蓋３に一体に固定されている。正極接続電極６７の下面６７ｂには、正極端子６１の軸部６１ｃのかしめ部６１ｅが突出しており、電池外側に連通する貫通孔６１ｄが電池内側に向かって開口している。

第２の絶縁体６５は、電池蓋３の下面に沿って配置される合成樹脂製材料からなる絶縁性の板状部材によって構成されており、電池蓋３と正極接続電極６７との間、及び、電池蓋３と正極集電板２１との間に介在されて、これらの間を絶縁する。第２の絶縁体６５は、所定の板厚を有しており、電池蓋３の開口部３ａに連通して正極端子６１の軸部６１ｃが挿通される貫通孔６５ａが設けられている。第２の絶縁体６５は、その一部が正極接続電極６７と電池蓋３との間に介在されており、正極端子６１の軸部６１ｃの先端をかしめることによって、正極接続電極６７と共に電池蓋３に一体にかしめ固定されている。

そして、第２の絶縁体６５には、貫通孔６５ａに連通しかつ正極接続電極６７と導電板６８が収容される凹部６５ｂが設けられている。凹部６５ｂは、第２の絶縁体６５の下面に凹設されており、電池内側の他の空間部分と連通している。

第２の絶縁体６５は、図５に示すように、その上面に、第２の絶縁体６５を電池蓋３に固定するための固定孔６５ｄが複数設けられており、電池蓋３の下面でかつ固定孔６５ｄに対向する位置には、固定孔６５ｄに挿通される凸部３ｂが設けられている。第２の絶縁体６５は、固定孔６５ｄに電池蓋３の凸部３ｂを挿入して、第２の絶縁体６５の上面を電池蓋３の下面に接面させた状態で、固定孔６５ｄから突出する凸部３ｂの先端を加圧変形させて拡径することにより電池蓋３にかしめて係合される（図６を参照）（係合部）。電池蓋３の凸部３ｂは、予めプレス加工により電池外側を凹にして、その分だけ、電池内側に凸にすることによって形成される。

第２の絶縁体６５の下面には、正極集電板２１を固定するための凸部６５ｃが複数凸設されている（図４及び図５を参照）。複数の凸部６５ｃは、正極集電板２１の基部２２に設けられている複数の支持穴２２ｂにそれぞれ挿入され、各支持穴２２ｂから突出した先端を加熱変形させて拡径させることによりかしめられ、正極集電板２１を第２の絶縁体６５に係合させる。また、複数の凸部６５ｃを加熱する際に、集電板２１も一緒に加熱して基部２２を第２の絶縁体６５に熱溶着する。したがって、正極集電板２１は、第２の絶縁体６５に一体に固定される。

導電板６８は、軸方向に移行するにしたがって漸次縮径するドーム状のダイアフラム部６８ａと、ダイアフラム部６８ａの外形周縁部から径方向外側に向かって拡がるリング状のフランジ部６８ｂとを有している。そして、ダイアフラム部６８ａが正極接続電極６７の下面６７ｂに開口する貫通孔６５ａの開口端に対向してこれを覆い、フランジ部６８ｂが正極接続電極６７の下面６７ｂに接合されて密閉封止し、貫通孔６１ｄによって連通されている電池外側の空間と電池内側の空間との間を区画している。

ダイアフラム部６８ａの外形周縁部には、正極接続電極６７の下面６７ｂに接合するためのフランジ部６８ｂが設けられている。フランジ部６８ｂは、径方向外側に向かって一平面上に沿って拡がり、全周に亘って一定幅で連続し、正極接続電極６７の下面に接面するリング形状を有しており、レーザー溶接により正極接続電極６７の下面６７ｂに全周に亘って連続して接合されて密閉封止されている。

ダイアフラム部６８ａは、電池容器２の内圧が予め設定された上限値よりも上昇した場合に、電池容器２の外部との圧力差により、その高さが低くなる方向に変形し、正極集電板２１の脆弱部２５を破断させ、内圧が低下した後も塑性変形により接合部２４を正極集電板２１から分離した位置に保持するように、材料、板厚、断面形状等が設定されている。ダイアフラム部６８ａの頂部である中央部６８ｃは、レーザー溶接によって正極集電板２１の接合部２４に接合されている。中央部６８ｃの接合は、レーザー溶接の他、抵抗溶接、超音波溶接によって行ってもよい。

ダイアフラム部６８ａは、フランジ部６８ｂに連続して軸方向に沿って正極接続電極６７の下面６７ｂから離反する方向に移行するにしたがって漸次縮径し、断面が直線形状となる第１傾斜面部と、第１傾斜面部に連続して折曲されて第１傾斜面部とは異なる傾斜角度で延在し断面が直線形状となる第２傾斜面部とを軸方向に並べて組み合わせた立体形状を有している。ダイアフラム部６８ａは、電池内圧の上昇により第１傾斜面部が拡径する方向に移動し、第２傾斜面部が中央部６８ｃの高さ位置を低くする方向に移動するように変形する。第１傾斜面部は、ダイアフラム部６８ａの軸方向に対して４５°よりも小さくなる傾斜角度を有しており、第２傾斜面部は、第１傾斜面部に対して外角が１８０°よりも大きくなる傾斜角度を有している。

正極集電板２１は、図５に示すように、電池蓋３の下面に対向して平行に延在する平板状の基部（上面平面部）２２を有しており、複数の支持穴２２ｂが例えば四隅位置など、互いに所定間隔をおいて配置されるように貫通して形成されている。

これら複数の支持穴２２ｂには、第２の絶縁体６５の下面に凸設されている複数の凸部６５ｃがそれぞれ挿入されてかしめられており、正極集電板２１が第２の絶縁体６５に一体にかしめ固定されている。

基部２２には、一対の長辺に沿って電池蓋３から離反する方向に折り曲げて形成された一対のエッジ２２ａが設けられており、平面形状を保つように剛性の向上が図られている。正極集電板２１の一対の接合片２３は、各エッジ２２ａに連続して突出するように設けられている。

正極集電板２１には、導電板６８の中央部６８ｃに接合される接合部２４が設けられている。接合部２４は、基部２２の一部を薄肉化した薄肉部によって構成されている。脆弱部２５は、接合部２４の周囲を囲むように薄肉部に溝部を設けることによって構成されており、電池内圧が上昇したときに電池外方向に変形する導電板６８によって脆弱部２５で破断されて、基部２２から接合部２４を分離できるようになっている。

脆弱部２５は、電池容器２の内圧の上昇による導電板６８の変形に伴い、電池蓋３側に引っ張る方向の力が作用した際に破断する一方、走行中の振動などの通常の使用環境下では破断しない強度となるように、その寸法形状等が設定されている。導電板６８の中央部６８ｃと正極集電板２１の接合部２４との接合は、レーザー溶接により行われるが、その他に、抵抗溶接、超音波溶接なども可能である。

上記構成を有する電流遮断手段は、電池容器２の内圧が予め設定された上限値よりも上昇した場合に、電池容器２の外部との圧力差により、突出高さが低くなる方向に導電板６８が変形し、正極集電板２１の脆弱部２５で囲まれた接合部２４を基部２２に直交する方向に引っ張り、正極集電板２１の脆弱部２５を破断させ、接合部２４を基部２２から分離して、正極端子６１と正極集電板２１との間の電流経路を遮断する。

次に、上記構成を有する正極側端子構成部６０を作製する方法について説明する。

（１）正極端子６１、第１の絶縁体６４、第２の絶縁体６５等と電池蓋３との接合
まず、電池蓋３の電池外側にて、第１の絶縁体６４とガスケット６６を電池蓋３の開口部３ａに位置合わせして配置する。そして、正極端子ボルト６３のヘッド部６３ｂを第１の絶縁体６４に設けられた凹部６４ｂに挿入し、正極端子６１のボルト挿通孔６１ｂに正極端子ボルト６３の軸部６３ａを挿入する。

そして、電池蓋３の電池内側にて、電池蓋３と正極接続電極６７との間に第２の絶縁体６５を介在させて重ね合わせ、第２の絶縁体６５の貫通孔６５ａと正極接続電極６７の開口部６７ａが同心円上に配置されるように、第２の絶縁体６５と正極接続電極６７を配置する。そして、電池蓋３の凸部３ｂを第２の絶縁体６５の固定孔６５ｄに挿入して、凸部３ｂの先端を固定孔６５ｄから突出させた状態とする。

そして、正極端子６１を電池蓋３の電池外側から接近させて第１の絶縁体６４の上に正極端子６１の平板部６１ａを重ね合わせ、かつ、正極端子６１の軸部６１ｃを電池蓋３の外側から順番に、第１の絶縁体６４の開口部６４ａ、ガスケット６６、電池蓋３の開口部３ａ、第２の絶縁体６５の貫通孔６５ａ、正極接続電極６７の開口部６７ａに挿通してから、軸部６１ｃの先端をかしめる。ガスケット６６は、軸部６１ｃと電池蓋３との間に介在されて、これらの間を絶縁及びシールする。

軸部６１ｃのかしめ加工において、かしめパンチの外径は、かしめ外径よりもひとまわり大きくなる。正極接続電極６７の下面６７ｂにリブや凸部などの突起物があると、干渉してかしめができないので、かしめパンチの外径をその分小さくする必要がある。かしめ外径を小さくすると、かしめされた面積が少なくなり、かしめ強度が低くなる可能性がある。

本実施形態のリチウムイオン二次電池１における正極接続電極６７は平板部材からなり、その下面６７ｂは、平坦であり、リブや凸部などの突起物がない。したがって、その分だけ、かしめ外径もより大きく確保することができ、より高いかしめ強度を得ることができ、有利である。また、正極端子６１の軸部６１ｃの先端をかしめて正極接続電極６７を電池蓋３に固定する際に、正極接続電極６７が平板状であるので、正極接続電極６７の大きさに影響を受けることなく、かしめ治具の径を設定することができる。

軸部６１ｃのかしめ加工と共に、電池蓋３の凸部３ｂをかしめる加工が行われる。凸部３ｂは、第２の絶縁体６５の固定孔６５ｄから突出している先端がかしめにより拡径され、第２の絶縁体６５を電池蓋３に固定する。第２の絶縁体６５は、軸部６１ｃのかしめと、凸部３ｂのかしめとの２種類のかしめによって電池蓋３に固定される。

（２）正極接続電極６７と導電板６８との接合
正極接続電極６７の下面６７ｂに、導電板６８のフランジ部６８ｂを接面させて、レーザー溶接により互いに接合し、密閉封止する。導電板６８は、正極端子６１のかしめ部６１ｅを避けるようにドーム形状をしており、より少ないスペースで導電板６８の表面積を、より大きく確保できるようになっている。したがって、電池容器２の内圧が上昇したときに、導電板６８が変形しやすくなり、より低圧にて確実な電流遮断が可能になる。

本実施形態では、正極接続電極６７の導電板６８を接合する下面６７ｂの外周部に、導電板６８のフランジ部６８ｂが嵌入して固定される円周状のリブ６７ｃ（図４を参照）が設けられている。リブ６７ｃは、導電板６８のフランジ部６８ｂの径方向外側位置にてフランジ部６８ｂの外端面に全周に亘って対向して設けられている。そして、フランジ部６８ｂと面一になる高さを有している。そして、フランジ部６８ｂの外端面とそれに対向するリブ６７ｃの対向面との境目がレーザー溶接により接合されて、正極接続電極６７と導電板６８との間が密閉封止される。したがって、レーザー溶接する際に、導電板６８がリブ６７ｃによって嵌入固定され、その位置決めが容易になると共に、導電板６８のフランジ部６８ｂと正極接続電極６７の溶接部分の段差がなくなることで溶接エネルギーもより低く抑えることができ、正極接続電極６７と導電板６８の境目をレーザー溶接するにあたり、より溶接品質が安定される。

（３）正極集電板２１と第２の絶縁体６５、導電板６８との接合
正極集電板２１は、基部２２に数箇所の支持穴２２ｂが設けられており、第２の絶縁体６５の下面である電池内側平面部でかつ支持穴２２ｂに対向する位置には、支持穴２２ｂに挿通される凸部６５ｃが設けられている。正極集電板２１は、凸部６５ｃを支持穴２２ｂに挿入して凸部６５ｃの先端を加熱変形させて拡径する熱溶着により、第２の絶縁体６５に係合され、基部２２の上面が第２の絶縁体６５の下面に接面した状態でかしめ固定される。

そして、正極集電板２１の接合部２４を導電板６８の中央部６８ｃに接合する。正極集電板２１の接合部２４は、導電板６８の中央部６８ｃに溶接によって接合される。この導電板６８の中央部６８ｃと正極集電板２１の接合部２４との接合は、レーザー溶接の他に、抵抗溶接、超音波溶接、摩擦攪拌接合なども可能である。正極側端子構成部６０は、上記した（１）、（２）、（３）の工程を経て作製される。

正極集電板２１は、凸部６５ｃによって第２の絶縁体６５に固定され、第２の絶縁体６５は、凸部３ｂによって電池蓋３に係合されているので、正極集電板２１に加わる外部からの振動や衝撃を、正極集電板２１から第２の絶縁体６５に伝達し、第２の絶縁体６５から電池蓋３に伝達して電池容器２全体に拡散することができ、ガスケット６６、脆弱部２５、接合部２４などの脆弱箇所への悪影響を抑えることが可能である。

なお、正極集電板２１と第２の絶縁体６５の固定に関しては、加工工程が容易であることから凸部６５ｃを加熱変形させて係合させ、熱溶着する場合を例に述べたが、さらに強固な固定が必要である場合は、加熱変形の代わりに、あるいは加熱変形と併せて、ネジやリベット、接着剤の少なくともいずれか一つを使用して固定することも可能である。同様に、電池蓋３と第２の絶縁体６５の固定に関しては、電池蓋３に設けた凸部３ｂを第２の絶縁体６５の固定孔６５ｄに挿入して凸部３ｂ先端を加圧変形させることによって第２の絶縁体６５を係合する場合を例に説明したが、凸部３ｂ先端の加圧変形の代わりに、あるいは加圧変形と併せて、ネジやリベット、接着剤の少なくともいずれか一つを使用して第２の絶縁体６５を固定することも可能である。

本実施形態では、正極集電板２１、導電板６８、正極接続電極６７は、アルミニウム、またはアルミニウム合金により形成されている。リチウムイオン二次電池１は、正極側がアルミニウム合金により構成され、負極側が銅合金により構成されている場合、アルミニウム合金の方が銅合金よりも変形し易く、破断も容易である。したがって、本実施形態では、正極側に電流遮断手段を設けている。

リチウムイオン二次電池１を組み立てるには、上記方法により作製された正極側端子構成部６０を有する蓋組立体を組み立てた後に、正極集電板２１、負極集電板３１に、捲回電極群４０を接合し、発電要素組立体５０を組み立てる。そして、捲回電極群４０の周りを、正極集電板２１、負極集電板３１ごと、絶縁シート（図示せず）で覆って電池缶４に挿入し、電池缶４の開口部４ａを電池蓋３で閉塞して、レーザー溶接によって電池蓋３を電池缶４に接合して封止する。そして、注液口１２から電池容器２内に電解液を注液し、注液口１２を注液栓１１で閉塞してレーザー溶接により電池蓋３に接合して封止する。上記した組立作業により組み立てられたリチウムイオン二次電池１は、正極端子６１と正極端子ボルト６３、および負極端子７１と負極端子ボルト７３によって接続された外部電子機器に対して、充放電が可能となる。

リチウムイオン二次電池１は、次の作用効果を奏することができる。

本実施形態のリチウムイオン二次電池１は、平板部材からなる正極接続電極６７と、ドーム状のダイアフラム部６８ａを有する導電板６８とを有しており、正極接続電極６７の下面６７ｂに導電板６８のフランジ部６８ｂが接面した状態で溶接して、正極接続電極６７と導電板６８との間を密閉封止する構造を有している。

したがって、従来と比較して、密閉部品である正極接続電極６７と導電板６８の部品形状を簡略化することができ、正極接続電極６７の下面６７ｂの平面性を利用して、導電板６８との間の溶接性を安定させることができる。そして、導電板６８のダイアフラム部６８ａがドーム形状を有しているので、平板状のものと比較して、電池内圧上昇によってより広い面積で圧力を受けることができ、限られたスペースの中で導電板６８を変形させて脆弱部２５を破断させるだけの応力を容易に得ることができる。したがって、同じ破断圧力の設定でも脆弱部２５の剛性を比較的強くすることができ、振動や衝撃によって脆弱部２５が破断するのを防ぐとともに、内圧が上昇した際には確実に安定して電流経路を遮断することができる。

リチウムイオン二次電池１は、電池蓋３を貫通する正極端子６１の軸部６１ｃをかしめて、電池蓋３の外側の正極端子６１と電池蓋３の内側の正極集電板２１との間を電気的に接続すると共に、これら正極端子６１と正極集電板２１とを電池蓋３に一体に固定する構造を有している。そして、軸部６１ｃによるかしめ固定に加えて、凸部３ｂによって電池蓋３に第２の絶縁体６５を係合し、凸部６５ｃによって第２の絶縁体６５に正極集電板２１を固定する構造を有している。

したがって、正極集電板２１に加わる外部からの振動や衝撃を正極集電板２１から第２の絶縁体６５に伝達し、第２の絶縁体６５から電池蓋３に伝達することができ、正極端子６１の軸部６１ｃによるかしめ固定のみの場合と比較して、ガスケット６６やかしめ部６１ｅなどの脆弱箇所に負荷が与えられるのを防ぐことができ、密閉性を維持することができる。

第２の絶縁体６５は、電池外部側が電池蓋３に固定され、電池内部側が集電板２１に固定されており、このような第２の絶縁体６５の電池内外両面での固定は、リチウムイオン二次電池１に加わる外圧からの振動や衝撃が、集電板２１を通じて電流遮断手段の脆弱部２５や密閉性を保っているガスケット６６の圧縮部に悪影響を与える時の抑止として、大きな効果となる。

電流遮断手段は、捲回電極群４０と正極端子６１との間の電流経路に介在されており、例えば過充電などの不測の事態に電流遮断手段の脆弱部が破断することによって、大きく安全性を保つことができるが、脆弱部や溶接接合した部分が外部からの振動や衝撃により破断などの密閉性を損ねてしまい、誤動作や品質劣化を起こす可能性もある。

本実施の形態によれば、第２の絶縁体６５の電池内外両面での固定により、基部２２の脆弱部２５や接合部２４に振動や衝撃が加えられるのを抑制して、意図しない状況での接合部２４の剥離や脆弱部２５の破断の発生を防止することができる。したがって、振動、衝撃に対して剛性を高めた電流遮断手段を持ったリチウムイオン二次電池１を得ることができる。

本実施形態では、正極側端子構成部６０に、電流遮断手段を設けた場合について述べてきたが、同様に負極側端子構成部７０に電流遮断手段を設けることも可能である。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について図７を用いて説明する。

図７は、第２実施形態に係る角形二次電池の要部を拡大して断面で示す断面図である。なお、第１実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付することでその詳細な説明を省略する。

本実施形態において特徴的なことは、第２の絶縁体６５の電池蓋３への係合手段を、電池蓋３の電池内側への凸部３ｂのかしめにより直接固定するのみとし、正極端子６１の軸部６１ｃによるかしめ固定から切り離す仕様としたことである。

第１実施形態では、第２の絶縁体６５を電池蓋３に固定する手段として、正極端子６１の軸部６１ｃのかしめと、電池蓋３の電池内側への凸部３ｂのかしめにて直接固定することの併用により強固な固定を実現し、これによって集電板２１からの振動、衝撃などの伝わりを抑止した。

本実施の形態では、第２の絶縁体６５は、正極端子６１の軸部６１ｃによってかしめ固定されておらず、電池外側が電池蓋３の凸部３ｂのかしめにより固定され、電池内側が凸部６５ｃのかしめによって正極端子６１を固定する構造を有している。正極端子６１のかしめ部６１ｅと電池蓋３との間には、第２の絶縁体６５は介在されておらず、正極接続電極６７とガスケット６６のみが介在されている。

上記した構成によれば、正極集電板２１の振動や衝撃は、正極端子６１のかしめ部６１ｅには伝達されず、ガスケット６６による密閉への悪影響は発生しない。したがって、振動、衝撃に対して剛性を高めた電流遮断手段を持ったリチウムイオン二次電池１を得ることができる。

特に、ガスケット６６が電池蓋３の電池内側でかしめられている場合においては、ガスケット６６の樹脂特性としてはＰＦＡ（テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）などの比較的柔らかいものやＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）などにエラストマーなどを含有して若干弾力があった方がより密閉性が保てるのに対して、集電板を固定する第２の絶縁体の樹脂特性としては剛性が高いものが適し、ＰＰＳ、ＰＢＴなどでもエラストマーは含有せず、特にＰＰ（ポリプロピレン）などにおいてはガラス繊維などを含有したほうがより適と考えられ、ガスケット６６と第２の絶縁体６５を一体品として適用することは部品特性を考えた場合、必ずしも適とは思われない。

そのような場合は、ガスケット６６を正極端子６１のかしめ部６１ｅに一体化して密閉と電池蓋３との絶縁の役目とし、第２の絶縁体６５は正極端子６１のかしめから切り離すことでより適した樹脂選定をすることができる。

［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態について図８を用いて説明する。

図８は、第３実施形態に係る角形二次電池の要部を拡大して断面で示す断面図である。なお、上述の各実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付することでその詳細な説明を省略する。

本実施形態では、正極側端子構成部６０が電流遮断手段を有していない構造を有する場合について説明する。

正極端子６１は、平板部６１ａと軸部６９（電極端子部）が別体に構成されている。平板部（外部端子）６１ａは、その上面にバスバー（図示せず）が接し、端子ボルト６３にバスバー接続端子（図示せず）が固定される。平板部６１ａは、電池蓋３の開口部３ａに連通して軸部（接続軸）６９が挿通される開口部６１ｄが形成されている。

軸部６９は、例えばアルミニウム合金など、平板部６１ａと同じ材料によって構成されており、電池蓋３の開口部３ａに挿通されて電池蓋３を貫通し、一端が電池蓋３の外側に配置され、他端が電池蓋３の内側に配置されている。

軸部６９は、上端部をかしめた第１のかしめ部６９ａと電池蓋３の下面に対向するように軸方向中間部をかしめた第２のかしめ部６９ｂを有し、第１のかしめ部６９ａと第２のかしめ部６９ｂによって平板部６１ａと第１の絶縁体６４とガスケット６６を電池蓋３に一体に固定している。電池蓋３と軸部６９との間には、ガスケット６６が介在されており、これらの間を絶縁及びシールしている。軸部６９の下端部は、正極集電板２１の基部２２に開口形成された開口部２２ｃに挿通されてかしめられており、第２のかしめ部６９ｂと第３のかしめ部６９ｃによって正極集電板２１を電気的に接続しかつ一体に固定している。

電池蓋３は、電池外側においては第１の絶縁体６４により平板部６１ａと絶縁され、電池内側においてはガスケット６６と第２の絶縁体６５により、軸部６９及び正極集電板２１から電気的に絶縁されている。

電池蓋３の下面と正極集電板２１の基部２２との間には、第２の絶縁体６５が介在されている。電池蓋３の下面には、予め複数の凸部３ｂが形成されており、第２の絶縁体６５には、複数の貫通孔（図示せず）が電池蓋３の各凸部３ｂに対応する位置に穿設されている。第２の絶縁体６５は、各貫通孔から突出する凸部３ｂの先端をそれぞれ加圧変形させて拡径することによりかしめて電池蓋３に係合されている。

さらに、第２の絶縁体６５の下面には、複数の凸部６５ｃが設けられており、正極集電板２１の基部２２でかつ凸部６５ｃに対向する位置に設けられた複数の支持穴（図示せず）に各凸部６５ｃを挿通し、各凸部６５ｃの先端を加熱変形させて拡径することによりかしめて正極集電板２１を第２の絶縁体６５に係合させている。また、凸部６５ｃの先端を加熱変形させる際に、正極集電板２１を加熱して基部２２を第２の絶縁体６５に熱溶着させている。

軸部６９のみのかしめにより正極集電板２１が固定された場合は、正極集電板２１の振動や衝撃が直接、軸部６９に伝わることになり、隣接するガスケット６６にも悪影響を与え密閉性を損ねる可能性があるが、本実施形態では、正極集電板２１と第２の絶縁体６５と電池蓋３が強固に固定されているために、外圧から正極集電板２１に加わる振動や衝撃は抑止され、軸部６９に伝わりにくくなり、耐振動、衝撃性が図られる。

以上、第２の絶縁体６５の電池蓋３への固定方法の例として、電池蓋３の凸部３ｂを第２の絶縁体６５の貫通穴に通した後に凸部の先端をかしめる場合について説明したが、予め電池蓋３に第２の絶縁体６５をインサート成形することも可能である。

以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。例えば、前記した実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。さらに、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１ 角形二次電池
２ 電池容器
３ 電池蓋
３ｂ 電池蓋側固定部（係合部）
４ 電池缶
１１ 注液栓
１３ 安全弁
２１ 正極集電板
３１ 負極集電板
４０ 捲回電極群
６１ 正極端子
６３ 正極端子ボルト
６４ 第１の絶縁体
６５ 第２の絶縁体
６６ ガスケット
６７ 正極接続電極
６８ 導電体

Claims (10)

1. 扁平状の電極群と、
   該電極群に電気的に接続された集電板と、
   該集電板と前記電極群を収容する電池缶と、
   該電池缶の開口部を閉塞する電池蓋と、
   該電池蓋に設けられ、接続部材を介して該集電板と接続される電極端子と、
   該電極端子と該電池蓋との間に介在されて絶縁及びシールするガスケットと、を有する角形二次電池であって、
   前記集電板と前記電池蓋との間には絶縁体が設けられ、
   前記電池蓋は前記絶縁体を係合する電池蓋側固定部を有し、
   前記絶縁体は前記集電板を固定する集電板側固定部を有し、
   前記電池蓋側固定部は前記電池蓋から電池内側に突出する凸部が、前記絶縁体の前記電池蓋に対向する対向面に穿設された固定穴に挿通された状態でかしめられており、前記絶縁体と前記電池蓋との間を固定していることを特徴とする角形二次電池。
2. 扁平状の電極群と、
   該電極群に電気的に接続された集電板と、
   該集電板と前記電極群を収容する電池缶と、
   該電池缶の開口部を閉塞する電池蓋と、
   該電池蓋に設けられ、接続部材を介して該集電板と接続される電極端子と、
   該電極端子と該電池蓋との間に介在されて絶縁及びシールするガスケットと、を有する角形二次電池であって、
   前記集電板と前記電池蓋との間には絶縁体が設けられ、
   前記電池蓋は前記絶縁体を係合する電池蓋側固定部を有し、
   前記絶縁体は前記集電板を固定する集電板側固定部を有し、
   前記集電板側固定部は前記絶縁体から突出する凸部が、前記集電板の前記絶縁体に対向する対向面に穿設された支持穴に挿通された状態でかしめられており、前記絶縁体と前記集電板との間を固定していることを特徴とする角形二次電池。
3. 前記接続部材は、電池内圧の上昇により前記電極端子と前記集電板との間の電気的な接続を遮断する電流遮断手段であることを特徴とする請求項１または２に記載の角形二次電池。
4. 前記電流遮断手段は、前記電極端子に電気的に接続される接続電極と、該接続電極に接合されて電池内圧の上昇により変形する導電板と、を有し、
   前記接続電極は、前記電極端子のかしめによって前記電池蓋に固定されていることを特徴とする請求項３に記載の角形二次電池。
5. 前記電極端子は、前記接続電極と前記電池蓋との間に前記絶縁体を介在させて前記接続電極と前記絶縁体とを一体に電池蓋に固定することを特徴とする請求項４に記載の角形二次電池。
6. 前記電極端子は、前記接続電極と前記電池蓋との間に前記ガスケットを介在させて前記接続電極と前記ガスケットとを一体に前記電池蓋に固定することを特徴とする請求項４に記載の角形二次電池。
7. 扁平状の電極群と、
   該電極群に電気的に接続された集電板と、
   該集電板と前記電極群を収容する電池缶と、
   該電池缶の開口部を閉塞する電池蓋と、
   該電池蓋に設けられ、該集電板を固定する電極端子と、
   該電極端子と該電池蓋との間に介在されて絶縁及びシールするガスケットと、を有する角形二次電池であって、
   前記集電板と前記電池蓋との間には絶縁体が設けられ、
   前記電池蓋は前記絶縁体を係合する電池蓋側固定部を有し、
   前記絶縁体は前記集電板を固定する集電板側固定部を有し、
   前記電池蓋側固定部は前記電池蓋から電池内側に突出する凸部が、前記絶縁体の前記電池蓋に対向する対向面に穿設された固定穴に挿通された状態でかしめられており、前記絶縁体と前記電池蓋との間を固定していることを特徴とする角形二次電池。
8. 扁平状の電極群と、
   該電極群に電気的に接続された集電板と、
   該集電板と前記電極群を収容する電池缶と、
   該電池缶の開口部を閉塞する電池蓋と、
   該電池蓋に設けられ、該集電板を固定する電極端子と、
   該電極端子と該電池蓋との間に介在されて絶縁及びシールするガスケットと、を有する角形二次電池であって、
   前記集電板と前記電池蓋との間には絶縁体が設けられ、
   前記電池蓋は前記絶縁体を係合する電池蓋側固定部を有し、
   前記絶縁体は前記集電板を固定する集電板側固定部を有し、
   前記集電板側固定部は前記絶縁体から突出する凸部が、前記集電板の前記絶縁体に対向する対向面に穿設された支持穴に挿通された状態でかしめられており、前記絶縁体と前記集電板との間を固定していることを特徴とする角形二次電池。
9. 前記集電板は前記電極端子にかしめ固定されていることを特徴とする請求項７または８に記載の角形二次電池。
10. 前記集電板側固定部は、熱溶着、ネジ、リベット、接着剤の少なくともいずれか一つを用いて前記絶縁体と前記集電板との間を固定することを特徴とする請求項２または８に記載の角形二次電池。

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