[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

JP6837796B2 - 非水電解質二次電池 - Google Patents

非水電解質二次電池 Download PDF

Info

Publication number
JP6837796B2
JP6837796B2 JP2016194510A JP2016194510A JP6837796B2 JP 6837796 B2 JP6837796 B2 JP 6837796B2 JP 2016194510 A JP2016194510 A JP 2016194510A JP 2016194510 A JP2016194510 A JP 2016194510A JP 6837796 B2 JP6837796 B2 JP 6837796B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
current collector
power generation
generation element
positive electrode
negative electrode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2016194510A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2018056082A (ja
Inventor
将史 村岡
将史 村岡
友春 新井
友春 新井
徹也 大門
徹也 大門
晋吾 戸出
晋吾 戸出
藤原　豊樹
豊樹 藤原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sanyo Electric Co Ltd filed Critical Sanyo Electric Co Ltd
Priority to JP2016194510A priority Critical patent/JP6837796B2/ja
Priority to US15/684,415 priority patent/US10511007B2/en
Priority to CN201710849273.7A priority patent/CN107887560B/zh
Publication of JP2018056082A publication Critical patent/JP2018056082A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6837796B2 publication Critical patent/JP6837796B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/058—Construction or manufacture
    • H01M10/0587—Construction or manufacture of accumulators having only wound construction elements, i.e. wound positive electrodes, wound negative electrodes and wound separators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/64—Carriers or collectors
    • H01M4/66—Selection of materials
    • H01M4/661—Metal or alloys, e.g. alloy coatings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H01M10/0431—Cells with wound or folded electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/102—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by their shape or physical structure
    • H01M50/103—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by their shape or physical structure prismatic or rectangular
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/528—Fixed electrical connections, i.e. not intended for disconnection
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/531—Electrode connections inside a battery casing
    • H01M50/534—Electrode connections inside a battery casing characterised by the material of the leads or tabs
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/531—Electrode connections inside a battery casing
    • H01M50/538—Connection of several leads or tabs of wound or folded electrode stacks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/572—Means for preventing undesired use or discharge
    • H01M50/574—Devices or arrangements for the interruption of current
    • H01M50/578—Devices or arrangements for the interruption of current in response to pressure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2200/00—Safety devices for primary or secondary batteries
    • H01M2200/20—Pressure-sensitive devices
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/172—Arrangements of electric connectors penetrating the casing
    • H01M50/174—Arrangements of electric connectors penetrating the casing adapted for the shape of the cells
    • H01M50/176—Arrangements of electric connectors penetrating the casing adapted for the shape of the cells for prismatic or rectangular cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/543—Terminals
    • H01M50/547—Terminals characterised by the disposition of the terminals on the cells
    • H01M50/55—Terminals characterised by the disposition of the terminals on the cells on the same side of the cell
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/543—Terminals
    • H01M50/552—Terminals characterised by their shape
    • H01M50/553—Terminals adapted for prismatic, pouch or rectangular cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Connection Of Batteries Or Terminals (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Cell Electrode Carriers And Collectors (AREA)

Description

本開示は、非水電解質二次電池に関する。
非水電解質二次電池は、車両に搭載して使用する場合に車両の高い性能を実現するために、高い入出力特性、及び高い電池容量が要求されている。この要求に応えるべく、電池外装体に占める発電素子の重量及び体積の比率の増大を図ることが考えられる。
特許文献１には、角形二次電池において、封口体の付近において封口体と平行に正極集電体の第１領域を配置し、第１領域の両側から発電素子の厚み方向両側面に向け、正極集電体の２つの第２領域が延びることが記載されている。そして、発電素子を構成する正極板の端部に正極芯体露出部を形成し、その正極芯体露出部に２つの第２領域を溶接接続している。
特開２０１６−１１９２１０号公報
上記のように発電素子の重量及び体積の比率を増大させる場合には、信頼性向上の面から改良の余地がある。本発明者は、非水電解質二次電池の開発を行うなかで、特定の構成を有する非水電解質二次電池においては、正負極の端子が設けられた面を下にして非水電解質二次電池を落下させた場合に、発電素子において正負極の短絡が生じやすいことを見出した。
一方、特許文献１に記載された構成のように、集電体の発電素子の厚み方向両側部分と封口体付近に配置される部分とを二股状に結合する場合には、発電素子を支持する部分の剛性を高くできるので、上記の落下試験でも内部短絡を防止できる可能性がある。しかしながら、このように集電体を二股状に形成する場合には、二次電池の重量が増大する要因となる。
本開示の目的は、非水電解質二次電池において、重量を抑制し、かつ、高い電池容量を実現しやすくし、かつ、落下時における内部短絡を防止することである。
本開示の一態様である非水電解質二次電池は、正極板と、負極板と、前記正極板及び前記負極板を電気的に隔てるセパレータとを含む、扁平状の発電素子と、前記発電素子が内部に配置される外装体と、前記外装体の開口を閉塞する封口体と、前記正極板に電気的に接続される正極集電体と、前記負極板に電気的に接続される負極集電体と、非水電解質とを備え、前記正極集電体及び前記負極集電体の少なくとも一方の集電体は、前記封口体の付近に配置される一方側ベース部と、前記一方側ベース部の一端部に連結されて前記発電素子側に向かうように配置される一方側リード部とを含み、前記一方側リード部は、前記発電素子の側面に接合される一方側発電素子接合部と、前記一方側発電素子接合部から前記発電素子の厚み方向外側に向かうように前記厚み方向に対し傾斜した一方側傾斜部とを有し、前記発電素子と、前記発電素子に含まれる前記非水電解質との質量の和が２００ｇ以上、５００ｇ以下である。
本発明者は、発電素子及び発電素子に含有される非水電解質の質量の和が２００ｇ以上であると、正負極の端子が設けられた面を下にして角形二次電池を落下させた場合に、正負極の短絡が生じ易いことを見出した。本発明は、このような知見に基づきなされたものである。そして、本発明者は、集電体のリード部が発電素子の厚み方向に対し傾斜した傾斜部を有し、かつ、発電素子及び発電素子に含有される非水電解質の質量の和が５００ｇ以下の場合に、上記の短絡を防止できることを見出した。
本開示に係る非水電解質二次電池によれば、発電素子と、発電素子に含まれる非水電解質との質量の和が２００ｇ以上であるので、高い電池容量を実現しやすい。しかも、集電体の連結部が一方側傾斜部を有し、かつ、上記の質量の和が５００ｇ以下であるので、集電体に二股形状のように複雑な構造を採用することなく、正負極の端子が設けられた面を下にして落下させた場合に生じる内部短絡を防止できる。これにより、集電体の構造の単純化により二次電池の重量を抑制できる。
実施形態の１例における非水電解質二次電池において、外装体を断面にして示す図である。 図１に示す非水電解質二次電池から外装体を取り除いて示す図である。 図２の上部の拡大図である。 図１に示す非水電解質二次電池を封口体側から見た図である。 （ａ）は、図１において、封口体、正極端子、及び負極端子と、正極集電体及び負極集電体との結合構造を取り出して示す断面図である。（ｂ）は、正極集電体と発電素子を挟んで反対側の受け部材及び絶縁フィルムを示す図であり、（ｃ）は、負極集電体と発電素子を挟んで反対側の受け部材及び絶縁フィルムを示す図である。 図５に示す封口体の注液孔に蓋体を取り付けて示している図５のＡ部拡大図である。 （ａ）は図２に示された電極体等を右側から見た図であり、（ｂ）は図２に示された電極体等を左側から見た図である。 図５の（ａ）において、正極集電体と第１絶縁部材との組み合わせと、受け部材とを取り出して示す斜視図である。 図８における正極集電体及び第１絶縁部材の組み合わせの分解斜視図である。 図７の（ａ）に示す正極集電体の傾斜部の傾斜角θ、長手方向距離ｄ、ｄｃｏｓθの関係を説明するために正極集電体の厚みを極小にして示す図である。 落下試験において二次電池を落下させ、水平面に衝突する直前の状態を示している図３に対応する図である。 正極端子及び負極端子を下にして二次電池を落下させた落下試験後の正極集電体の第１ベース部近傍の状態を示す図である。 落下試験において正極集電体が変形する状態を、落下前（ａ）と落下後（ｂ）とで示している図７の（ａ）に対応する図である。
以下、実施形態の１例である非水電解質二次電池について詳細に説明する。具体的な寸法比率等は、以下の説明を参酌して判断されるべきである。本明細書において「略〜」との記載は、略同一を例に挙げて説明すると、完全に同一はもとより、実質的に同一と認められるものを含む意図である。また、「端部」の用語は対象物の端及びその近傍を意味するものとする。また、以下で説明する形状、材料、個数、数値などは説明のための例示であって、非水電解質二次電池の仕様により変更が可能である。以下では同様の構成には同一の符号を付して説明する。
以下で説明する非水電解質二次電池は、例えば電気自動車またはハイブリッド車の駆動電源等に利用される角形二次電池である。なお、以下では、発電素子が巻回電極体である場合を説明するが、本開示はこれに限定するものではなく、発電素子として、巻回しない積層電極体を用いることもできる。
以下、図面を用いて、実施形態の１例である非水電解質二次電池について説明する。以下では、非水電解質二次電池は、二次電池と記載する。図１は、二次電池１０において、外装体１２を断面にして示す図である。図２は、図１に示す二次電池１０から外装体１２を取り除いて示す図である。図３は、図２の上部の拡大図である。図４は、図１に示す二次電池を封口体としての封口板１４側から見た図である。以下、図１から図７の説明では、便宜上、外装体１２の封口板１４側を上とし、封口板１４と反対側を下として説明する。
二次電池１０は、ケースとしての外装体１２と、外装体１２の内部に配置された発電素子としての巻回電極体２０とを備える。外装体１２の内部には、非水電解質に相当する非水電解液が収納されている。非水電解液は、例えばリチウム塩を含有する電解液であって、リチウムイオン伝導性を有する。以下、巻回電極体２０は、電極体２０と記載する場合がある。
電極体２０は、正極板２２及び負極板２６がセパレータ３０を介して巻回された扁平状の巻回電極体である。電極体２０は、例えば、長尺状の正極板２２、長尺状のセパレータ３０、長尺状の負極板２６、長尺状のセパレータ３０が積層された状態で巻回されており、最外周にセパレータ３０が配置されるようにする。また、後述の図７に示すように電極体２０は、封口板１４側とその反対側との上下方向両端部が断面円弧形である。
図１に示すように、金属製の外装体１２は、上端に開口を有する箱形であり、二次電池１０は、この開口を閉塞する封口板１４を備える。外装体１２及び封口板１４は、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。封口板１４上には、長手方向一端部（図１の右端部）から正極端子１５が突出し、長手方向他端部（図１の左端部）から負極端子１６が突出する。正極端子１５及び負極端子１６は、封口板１４に形成された２つの貫通孔にそれぞれ挿入された状態で、樹脂製のガスケットを介して封口板１４に固定されて取り付けられる。電極体２０の巻回軸は、封口板１４の長手方向（図１、図２の左右方向）と平行である。外装体１２の内側には、図１に破線Ｑで示す部分を含むように、箱状に折り曲げられた絶縁シート１３によって、電極体２０の周囲を覆うことで電極体２０と外装体１２との絶縁を図っている。絶縁シート１３は、封口板１４と電極体２０との間には配置されない。
正極板２２は、例えばアルミニウム箔からなる正極芯体の両面に正極活物質を含む正極活物質合剤層が形成されたものである。正極活物質として、リチウムイオンの挿入及び脱離が可能なリチウム遷移金属酸化物を用いることができる。正極活物質合剤層は、正極活物質の他に、結着材及び導電材を含むことが好適である。正極板２２は、巻回前の状態における幅方向の一端部に正極芯体露出部２３を有する。
負極板２６は、例えば銅箔からなる負極芯体の両面に負極活物質を含む負極活物質合剤層が形成されたものである。負極活物質には、リチウムイオンの挿入及び脱離が可能な炭素材料、ケイ素化合物などを用いることができる。負極活物質合剤層は、負極活物質の他に、結着材を含むことが好適である。負極板２６は、巻回前の状態における幅方向の一端部に負極芯体露出部２７を有する。
図２に示すように、電極体２０において、巻回軸が伸びる方向である巻回軸方向（図２の左右方向）の一端部（図２の右端部）には、巻回された正極芯体露出部２３が配置される。電極体２０の巻回軸方向の他端部（図２の左端部）には、巻回された負極芯体露出部２７が配置される。
内側のセパレータ３０は、巻回した状態で、正極板２２及び負極板２６の間に配置され、正極板２２及び負極板２６を電気的に隔てる。最外周に配置されたセパレータ３０は、最外層の電極板と外部の部材との短絡を防止する。例えば、電極体２０は、最外層から内側に向かって、最外周に配置された外側のセパレータ３０、負極板２６、内側のセパレータ３０、正極板２２、外側のセパレータ３０、負極板２６の順で並び、それが繰り返されている。一方、詳しくは後述するが二次電池の落下により巻回電極体２０が衝撃力を受けるとき、最外周に配置された外側のセパレータ３０が、封口板１４側の部材に衝突し、突き破られる可能性がある。これにより、内側の電極板と封口板１４側の部材、例えば正極集電体４０と負極板２６とが電気的に接触して短絡する可能性がある。実施形態はこのような不都合を防止するものである。
また、電極体２０では、最外周に配置されたセパレータ３０の巻き終わり側の端部が電極体２０の厚み方向一側面において、この巻き終わり側端部を電極体２０の外周部に固定するように、絶縁テープ６０が貼着されている。
さらに、巻回された正極芯体露出部２３（図２）には、正極集電体４０が電気的に接続される。これにより、正極集電体４０は、正極板２２に電気的に接続される。正極集電体４０は、電極体２０の厚み方向反対側（図２の紙面の表側）に配置された正極受け部材４８とともに、正極芯体露出部２３を挟んで一体的に抵抗溶接により接続されている。正極集電体４０は、後述する第１ベース部４１（図６、図９参照）において後述する第１絶縁部材６１（図３、図６）を上下方向に貫通した正極端子１５の下端部に電気的に接続される。
巻回された負極芯体露出部２７（図２）には、負極集電体５０が電気的に接続される。これにより、負極集電体５０は、負極板２６に電気的に接続される。負極集電体５０は、電極体２０の厚み方向反対側（図２の紙面の表側）に配置された負極受け部材５８とともに、負極芯体露出部２７を挟んで一体的に抵抗溶接により接続されている。負極集電体５０は、後述する第２ベース部５１（図５参照）において第２絶縁部材６２を上下方向に貫通した負極端子１６の下端部に電気的に接続される。正極集電体４０及び負極集電体５０は、後で詳しく説明する。
外装体１２は、開口端部に封口板１４が溶接されることにより、開口が閉塞されている。図５の（ａ）は、図１において、封口板１４、正極端子１５、及び負極端子１６と、正極集電体４０及び負極集電体５０との結合構造を取り出して示す断面図である。図５の（ｂ）は、正極集電体４０と電極体２０を挟んで反対側の正極受け部材４８及び絶縁フィルム４７ｂを示す図である。図５の（ｃ）は、負極集電体５０と電極体２０を挟んで反対側の負極受け部材５８及び絶縁フィルム５７ｂを示す図である。
図４、図５に示すように、封口板１４の長手方向中心部には、所定値以上の高いガス圧が加わったときに破断によって開放されるガス排出弁１４ａが形成される。また、封口板１４において、ガス排出弁１４ａの近くには注液孔１４ｂが形成される。注液孔１４ｂは、外装体１２の内部に非水電解液を注液するためのものである。そして、図６に示すように、注液孔１４ｂは、外装体１２の内部に非水電解液が注入された後に、蓋体としてのリベット６４が取り付けられて封止される。図１、図２、図５では、リベット６４を省略して示している。
次に、正極集電体４０及び負極集電体５０を詳しく説明する。図７の（ａ）は、図２に示された電極体２０等を右側から見た図であり、図７の（ｂ）は、図２に示された電極体２０等を左側から見た図である。図８は、図５の（ａ）において、正極集電体と第１絶縁部材との組み合わせと、受け部材とを取り出して示す斜視図である。図９は、図８における正極集電体及び第１絶縁部材の組み合わせの分解斜視図である。
正極集電体４０は、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる。負極集電体５０は、銅または銅合金からなる。正極集電体４０及び負極集電体５０の基本形状は、略同じであるので、以下、正極集電体４０を中心に説明する。図７（ａ）、図８、図９に示すように、正極集電体４０は、封口板１４の付近に配置される第１ベース部４１（図９）と、第１ベース部４１の端部に連結されて電極体２０側である下側に向かうように配置された第１リード部４２とを有する。第１ベース部４１、第１リード部４２は、それぞれ一方側ベース部、一方側リード部に相当する。第１ベース部４１は、封口板１４に沿って略平行に配置される長方形の板状である。第１ベース部４１には、上下に貫通する孔４１ａが形成される。第１リード部４２は、第１ベース部４１の長手方向一方側部分（図９の左側部分）の幅方向一端から延出されて上下方向に伸びる上下方向部４３と、第１傾斜部４４及び電極体接合部４５とを有する。第１傾斜部４４、電極体接合部４５はそれぞれ一方側傾斜部、一方側発電素子接合部に相当する。第１傾斜部４４は、上下方向部４３の下端から電極体２０の厚み方向（図７（ａ）、図８、図９の左右方向）に対し傾斜する。この第１傾斜部４４によって、二次電池の落下時における内部短絡を抑制できる。これについては、後で詳しく説明する。
電極体接合部４５は、第１傾斜部４４の下端から上下方向に伸びて電極体２０の厚み方向一方側面（図７の右側面）に対面する。電極体接合部４５の幅方向両端にはリブ４６が連結される。２つのリブ４６は、電極体接合部４５に対して略垂直に伸びるように形成される。電極体接合部４５は、電極体２０の正極芯体露出部２３の厚み方向一方側面（図７（ａ）の右側面）と対面するように配置され、溶接によって正極受け部材４８とともに、電気的に接続される。正極受け部材４８の幅方向両端にも電極体接合部４５と同様にリブ４９が連結される。このとき、電極体接合部４５と正極芯体露出部２３との間、及び正極芯体露出部２３と正極受け部材４８との間には、それぞれ絶縁フィルム４７ａ、４７ｂが配置される。図５（ａ）（ｂ）では絶縁フィルム４７ａ、４７ｂを斜線部で示している。
各絶縁フィルム４７ａ、４７ｂには円形の孔が形成され、電極体接合部４５、正極芯体露出部２３（図７（ａ））及び正極受け部材４８は、絶縁フィルム４７ａ、４７ｂの孔を通じて電気的に接続される。このとき、電極体接合部４５は正極芯体露出部２３の側面に接合される。電極体接合部４５の正極芯体露出部２３と接合される部分に正極芯体露出部側に突出する突起が形成されてもよい。このような構成により、抵抗溶接時の印加電流が円形の孔、または突起部に集中し、溶接強度を向上させることができる。
図６、図８に示すように、正極集電体４０の第１ベース部４１は、第１絶縁部材６１の内側に覆われる。より詳しくは、第１ベース部４１の上面と側面が第１絶縁部材６１によって覆われる。第１絶縁部材６１によって覆われていない第１ベース部４１の下面は、電極体２０と略平行で、かつ、第１絶縁部材６１の下端部と面一になっている。第１絶縁部材６１は、封口板１４と第１ベース部４１との間に配置され、正極集電体４０と封口板１４との絶縁のために配置される。第１絶縁部材６１は、下端が開口した箱形である。第１絶縁部材６１の幅方向一端（図９の紙面の表側端）に形成された切り欠き６１ａを通じて、第１ベース部４１の端部から第１リード部４２が外側に導出される。
第１絶縁部材６１の天板部には上下に貫通する孔６１ｂが形成される。図６に示す正極端子１５の下端部は、第１絶縁部材６１及び第１ベース部４１の孔を通じて第１ベース部４１より下側に突出し、下側に突出した部分が第１ベース部４１にカシメられて電気的に接続される。なお、正極端子１５のカシメられた部分と第１ベース部４１とが更に溶接接続されることが好ましい。また、第１ベース部４１の下面には凹部が形成され、正極端子１５の下端部のカシメられた部分は、当該凹部内に配置されることが好ましい。そして、正極端子１５のカシメられた部分の下端が、第１ベース部４１の下面よりも上方に位置することがより好ましい。
一方、図７の（ｂ）に示すように、負極集電体５０は、第２ベース部５１と第２リード部５２とを含む。第２ベース部５１、第２リード部５２は、それぞれ他方側ベース部、他方側リード部に相当する。第２ベース部５１は、正極集電体４０の第１ベース部４１と同様に封口板１４に沿って配置される。第２リード部５２は、正極集電体４０の第１リード部４２と同様に第２ベース部５１の端部に連結されて電極体２０側に向かうように配置される。第２リード部５２の電極体接合部５５は、電極体２０の負極芯体露出部２７の厚み方向一方側面（図７の（ｂ）の左側面）と対面するように配置され接合されることで、負極芯体露出部２７に接続される。電極体接合部５５は他方側発電素子接合部に相当する。負極集電体５０において、第２ベース部５１と第２リード部５２との接続部の位置は、封口板１４の長手方向（図２の左右方向）に関して、正極集電体４０の第１ベース部４１及び第１リード部４２の接続部の場合と逆になる。負極集電体５０において、その他の構成は正極集電体４０の構成と同様である。例えば、図７の（ｂ）の第２リード部５２は、上下方向部５３と、上下方向部５３の下端から電極体２０の厚み方向に対し傾斜した第２傾斜部５４とを有する。第２傾斜部５４は、他方側傾斜部に相当する。この第２傾斜部５４によって、二次電池の落下時における内部短絡を抑制できる。これについては、正極集電体４０の第１傾斜部４４と同様に、後で詳しく説明する。
負極集電体５０の第２ベース部５１の上面および側面は第２絶縁部材６２に覆われている。第２ベース部５１の下面は、第２絶縁部材６２によって覆われることなく露出している。また、第２ベース部５１の下面もまた、電極体２０と略平行で、かつ、第２絶縁部材６２の下端部と面一になっている。第２絶縁部材６２及び第２ベース部５１を貫通した負極端子１６の下端部が第２ベース部５１に電気的に接続される。第２絶縁部材６２は、封口板１４と第２ベース部５１との間に配置され、負極集電体５０と封口板１４との絶縁のために配置される。また、負極集電体５０の電極体接合部５５と負極芯体露出部２７との間、及び負極芯体露出部２７と負極受け部材５８との間には、それぞれ絶縁フィルム５７ａ、５７ｂが配置される。負極集電体５０の電極体接合部５５、負極芯体露出部２７及び負極受け部材５８は、絶縁フィルム５７ａ、５７ｂの孔を通じて電気的に接続される。
次に、図７〜図９等を用いて、正極集電体４０の第１傾斜部４４及び負極集電体５０の第２傾斜部５４について説明する。正極集電体４０の第１傾斜部４４は、正極芯体露出部２３の厚み方向側面と対面する部分から第１ベース部４１側に向かって、電極体２０の厚み方向外側に向かうように厚み方向に対し傾斜する。一方、負極集電体５０の第２傾斜部５４は、負極芯体露出部２７の厚み方向側面と対面する部分から第２ベース部５１側に向かって、電極体２０の厚み方向外側に向かうように厚み方向に対し傾斜する。このような傾斜部４４，５４が形成されることで、正負極端子を下にして二次電池を落下させたときに電極体２０から各集電体４０，５０を介して封口板１４側に加わる力の緩和を図れる。具体的には、電極体から各集電体４０，５０に下側に加わる力によって、傾斜部４４，５４と他の部分との境界部を曲げ変形させて、それにより衝撃の吸収を図れる。
また、第１傾斜部４４及び第２傾斜部５４において、電極体２０の厚み方向一方側面と対面する部分から厚み方向に対し傾斜したときの厚み方向に対する傾斜部４４，５４の傾斜角をθとし、傾斜部４４，５４の長手方向距離をｄとする。このとき、ｄ×ｃｏｓθの値を４．６ｍｍ以上とすることが好ましい。図１０は、正極集電体４０の第１傾斜部４４の傾斜角θ、長手方向距離ｄ、ｄｃｏｓθの関係を説明するために正極集電体４０の厚みを極小にして示す図である。なお、第１傾斜部４４及び第２傾斜部５４の間で、傾斜角θ及び傾斜部４４，５４の長手方向距離ｄはそれぞれ異ならせてもよい。ｄ×ｃｏｓθは、傾斜部４４，５４において、落下方向に対して直交する方向の長さであり、この長さが大きくなることによって落下時において電極体２０から傾斜部４４，５４の電極体側端に加わるモーメントを大きくできる。これにより、傾斜部４４，５４及び上下方向部４３，５３を含む部分の曲げ変形によって衝撃吸収力を大きくでき、ｄ×ｃｏｓθの値を４．６ｍｍ以上とすることで、顕著な効果を得られる。なお、ｄ×ｃｏｓθの値は外装体１２の大きさによる制限の面から１０．８ｍｍ以下とすることが好ましい。
さらに、電極体２０と、電極体２０に含まれる非水電解液との質量の和は、２００ｇ以上で、５００ｇ以下となるように規制される。これにより、高い電池容量を実現しやすい。しかも、上記のように正極集電体４０及び負極集電体５０の各リード部４２，５２が傾斜部４４，５４を有し、かつ、上記の質量の和が５００ｇ以下である。これにより、正極端子及び負極端子を下にして二次電池１０を落下させたときに、傾斜部４４，５４が上側の電極体２０から受ける衝撃力を斜め下方向に逃がすように変形する。このため、電極体２０が各集電体４０，５０のベース部４１，５１に衝突する際の衝撃力を緩和できるので、二次電池の正負極の短絡である内部短絡を抑制できる。また、二次電池の落下時における内部短絡を抑制するために集電体に二股形状のように複雑な構造を採用する必要がないので、二次電池１０の重量を低減することができる。また、集電体の構造の単純化により、二次電池１０のコスト増大を抑制できる。
ハイブリッド車両等の車両に搭載して使用する二次電池１０では、車両の高い性能を実現するために、二次電池の大容量化が要求される。一方、二次電池１０の大容量化には、電極体２０の重量化を伴う。この対策として、集電体を二股に分岐させて電極体２０を２つの腕部で支持することが考えられる。しかしながら、この対策では、二次電池１０の重量が増加したり、高コスト化する問題があった。実施形態ではこのような問題を解決できる。また、電極体２０と、電極体２０に含まれる非水電解液との質量の和が２００ｇ以上である場合には、集電体４０，５０のいずれもが傾斜部を有しない場合に、正負極端子を下にして二次電池１０を落下させる落下時において内部短絡を生じやすい。実施形態では、各集電体４０，５０に傾斜部４４，５４を形成するので、上記の質量の和が２００ｇ以上である場合に、顕著な効果が得られる。
上記では、正極集電体４０及び負極集電体５０の両方が傾斜部４４，５４を有する場合を説明した。一方、正極集電体４０及び負極集電体５０のうち、一方の集電体にのみ、例えば、曲げに対する強度の小さい材料により形成される集電体にのみ、例えば、正極集電体４０にのみ傾斜部を有するようにしてもよい。負極集電体５０にのみ傾斜部を有する場合には、その傾斜部が一方側傾斜部に相当する。
図１１は、正極端子１５及び負極端子１６を下にして二次電池１０が落下する状態を、外装体１２（図１）を取り外して示している。このとき、図１１に示すように、正極集電体４０の第１ベース部４１において、封口板１４の長手方向における中央側端部（図１１の右端部）の電極体２０側の面と電極体２０の封口板１４側端部との距離である正極側間隔をｄ１とする。また、負極集電体５０の第２ベース部５１において、封口板１４の長手方向における中央側端部（図１１の左端部）の電極体２０側の面と電極体２０の封口板１４側端部との距離である負極側間隔をｄ２とする。このとき、第１ベース部４１の厚みｄ３が第２ベース部５１の厚みｄ４より大きく、正極側間隔ｄ１は、負極側間隔ｄ２よりも小さくなっている（ｄ１＜ｄ２）。これに合わせて、第１ベース部４１の周囲の第１絶縁部材６１の高さ（図１１の上下方向長さ）も第２ベース部５１の周囲の第２絶縁部材６２の高さより大きくなっている。
正極集電体４０がアルミニウム又はアルミニウム合金からなり、負極集電体５０が銅又は銅合金からなる場合、正極集電体４０を構成する板材の厚みをより大きくすることができる。これにより、集電体の加工性を低下させることなく、あるいは二次電池１０の重量を低減しながら二次電池の内部抵抗を低下させることができる。このような観点から、正極集電体４０を構成する板材と負極集電体５０を構成する板材の両方を同じように厚くするよりも、正極集電体４０を構成する板材をより厚くする方が好ましい。したがって、上述の通りｄ１＜ｄ２という構成を有することが好ましい。一方、この場合には、正負極端子を下にして二次電池を落下させた場合に正極集電体４０の第１ベース部４１が負極集電体５０の第２ベース部５１より先に電極体２０に衝突して短絡を生じやすくなる。また、正極集電体４０は負極集電体５０より剛性の低い材料により形成される傾向にある。これにより正極集電体４０と電極体２０とがより衝突しやすい。実施形態では、正極集電体４０及び負極集電体５０のいずれにも傾斜部４４，５４を形成しているが、上記の事情から、正極集電体４０及び負極集電体５０の一方のみに傾斜部を形成する場合には、正極集電体４０のみに傾斜部を形成することが好ましい。
また、図６に示したリベット６４の下面（底部の下端）は、正極集電体４０における第１ベース部４１の下面（底部の下端）よりも電極体２０に近くすることが好ましい。このような構成では、後述するように正極端子及び負極端子を下にして二次電池１０が落下したときに、リベット６４の下面が電極体２０に第１ベース部４１より先に衝突しやすい。これにより、落下時に電極体２０に加わる力を、正極集電体４０の第１ベース部４１からと、リベット６４からとに分散させて第１ベース部４１から加わる力を緩和できる。これにより、二次電池の上述の落下時に耐え得る性能である落下耐性の向上を図れる。リベットの下面は平坦面であることが好ましい。また、リベット６４の下面は正極及び負極のいずれの極性も有していないことが好ましい。また、リベット６４の下面には絶縁部材が配置されていることが好ましい。例えば、リベット６４の下面が絶縁性の樹脂により被覆されていることが好ましい。なお、封口板１４の長手方向において、注液孔１４ｂ及び蓋体であるリベット６４は、ガス排出弁１４ａよりも正極集電体４０の第１ベース部４１の側に配置されることがより好ましい。
図１２は、正極端子及び負極端子を下にして二次電池を落下させた落下試験後の正極集電体の第１ベース部近傍の状態を示す図である。なお、落下試験後の正極集電体の第１ベース部近傍の状態については、二次電池１０をＸ線ＣＴ装置で撮影することにより確認した。図１２に示すように、落下によって電極体２０の重みにより正極集電体４０が変形し、電極体２０が封口板１４側に移動することで、正極集電体４０の第１ベース部４１の角部が電極体２０の上面に破線αの部分で衝突していることを確認できた。また、落下によって正極端子１５及び負極端子１６が床面に衝突し、封口板１４において正極端子１５及び負極端子１６が取り付けられた部分の近傍が変形し、正極集電体４０の第１ベース部４１の角部が電極体２０に接し易くなることが分かった。
また、以下で説明するように、電極体２０の厚みと幅（図２の左右方向寸法）を大きくすることによって、さらに効果的に落下の衝撃を緩和することができ、落下耐性を向上できる。
具体的には、電極体２０の厚みは、非水電解液を含んだ状態で、１０ｍｍ以上であることが好ましく、１４ｍｍ以上であることがより好ましい。この好ましい構成を採用した場合には、電極体２０において、封口板１４側の部材、例えば第１ベース部４１と接触する面積を大きくでき、封口板側の部材と接触するときの単位面積当たりの衝撃力を緩和できる。このため、巻回電極体２０の損傷を生じにくくできる。なお、電極体２０の厚みは、非水電解液を含んだ状態で、３０ｍｍ以下とすることが好ましい。厚みが３０ｍｍより大きい場合は、非水電解液の均一な浸透を妨げるおそれがある。非水電解液の分布が生じることにより出力特性の低下や、サイクル特性の低下を招く可能性がある。
また、巻回電極体２０の幅は１００ｍｍ以上であることが好ましい。この好ましい構成を採用した場合には、単位幅当たりの電極体２０の重量を低減できるため、封口板側の部材と接触するときの単位面積当たりの衝撃力を緩和できる。このため、巻回電極体２０の損傷を生じにくくできる。なお、巻回電極体２０の幅は２００ｍｍ以下であることが好ましい。幅が２００ｍｍより大きい場合は、非水電解液の均一な浸透を妨げるおそれがある。非水電解液の分布が生じることにより出力特性の低下や、サイクル特性の低下を招く可能性がある。
また、電極体２０は、封口板側の上端部が断面円弧形であり、その円弧形の曲率半径が大きくなるほど、封口板側の部材が落下時に衝突したときの応力の分散を図れるので、電極体２０の損傷を生じにくくできる。
また、正極集電体４０は、アルミニウム又はアルミニウム合金製であり、かつヤング率は、６５ＧＰａ以上７５ＧＰａ以下であり、かつ断面二次モーメントは１．４×１０-12m4以上で、６．２×１０-12ｍ4以下であることが好ましい。落下試験において、衝撃を受けたときの集電体の曲げ強さは、その集電体のヤング率と断面二次モーメントによって決まる。ヤング率は材料固有の値である。断面二次モーメントＩは、集電体の厚み方向寸法をｈとし、幅方向寸法をｂとした場合に、Ｉ＝ｂｈ3／１２によって算出される。例えば、正極集電体４０の幅を７．９ｍｍとしたときに、正極集電体４０の厚みが１．３ｍｍの場合に断面二次モーメントは下限値となり、正極集電体の厚みが２．１ｍｍの場合に断面二次モーメントは上限値となる。なお、正極集電体４０の厚みや幅、具体的には第１ベース部４１や上下方向部４３や第１傾斜部４４や電極体接合部４５の厚みや幅は必ずしも一致する必要はない。上記の正極集電体４０の厚みや幅は、集電体の変形に寄与する第１傾斜部とその接続部（折れ曲がっている部位）の厚みと幅を意味する。
また、負極集電体５０は、銅又は銅合金製であり、かつヤング率は、１１０ＧＰａ以上１３０ＧＰａ以下であり、かつ断面二次モーメントは１．５×１０-13ｍ4以上で、９．２×１０-13ｍ4以下であることが好ましい。例えば、負極集電体５０の幅を８．３ｍｍとしたときに、負極集電体５０の厚みが０．６ｍｍの場合に断面二次モーメントは下限値となり、負極集電体５０の厚みが１．１ｍｍの場合に断面二次モーメントは上限値となる。なお、負極集電体５０の厚みや幅、具体的には第２ベース部５１や上下方向部５３や第２傾斜部５４や電極体接合部５５の厚みや幅は必ずしも一致する必要はない。上記の負極集電体５０の厚みや幅は、集電体の変形に寄与する第２傾斜部とその接続部（折れ曲がっている部位）の厚みと幅を意味する。
次に、実施例１〜９に係る二次電池と比較例１〜３に係る二次電池とを用いて行った落下試験の結果を説明する。
落下試験において、共通の条件は以下の通りである。
まず、二次電池の各構成は以下の通りである。
正極板は、正極芯体としてのアルミニウム箔の両面に正極活物質層が形成されている。
正極活物質層は、正極活物質としてのＬｉＮｉ0.35Ｃｏ0.35Ｍｎ0.30Ｏ2、導電剤としての炭素材料、及び結着材としてのポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を含有する。また、それぞれの含有割合（質量％）は、ＬｉＮｉ0.35Ｃｏ0.35Ｍｎ0.30Ｏ2/炭素材料/ＰＶＤＦ＝９０／７／３のものを用いた。負極板には、負極芯体としての銅箔の両面に負極活物質層が形成されている。負極活物質層は、黒鉛、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）及びスチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）を含有する。また、それぞれの含有割合（質量％）は、黒鉛／ＣＭＣ／ＳＢＲ＝９８／１／１のものを用いた。セパレータ３０は、ポリプロピレン（ＰＰ）／ポリエチレン（ＰＥ）／ポリプロピレン（ＰＰ）の３層構造のものを用いた。また、非水電解液としては、エチレンカーボネート（ＥＣ）／エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）／ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）＝３０／３０／４０ｖｏｌ％である混合溶媒に、添加剤として０．３vol％のビニレンカーボネート（ＶＣ）が含有されているものを用いた。また、非水電解液は、溶質としてのＬｉＰＦ6が１．２Ｍとなるように含有されているものを用いた。また、正極集電体４０はアルミニウムにより形成し、以下の実施例５，６を除いて、幅が７．９ｍｍで厚さが１．４ｍｍのものを用いた。負極集電体５０は銅により形成し、幅が８．３ｍｍで厚さが０．８０ｍｍのものを用いた。また、外装体として、厚みが１８ｍｍ、幅が１５０ｍｍ、高さが６５ｍｍのものを用いた。
[落下試験]
試験方法として、１．４ｍの落下高さから、正極端子１５及び負極端子１６を下にして二次電池１０を離して落下させた。また、電極体２０と封口板１４から電極体２０側へ突出する突起物との最小距離は２ｍｍとした。このとき、環境温度は２５℃とした。表１に落下試験の結果を示している。
Figure 0006837796
図１３は、落下試験において正極集電体４０が変形する状態を、落下前（ａ）と落下後（ｂ）とで示している図７の（ａ）に対応する図である。なお、説明のためリブ４６や正極受け部材、リブ４９を省略し、正極端子１５を簡略化して記載した。図１３に示すように、落下時には、図１３の（ａ）で第１傾斜部４４の電極体側端（図１３（ａ）の上端）に加わるモーメントによって、第１傾斜部４４と上下方向部４３との連続部が図１３（ｂ）の矢印β方向に曲げ変形した。そして、これにより、正極集電体の下端に加わる衝撃力を吸収できることを確認できた。
表１では、発電素子（電極体２０）と発電素子に含まれる非水電解液との質量の和、非水電解液を含んだ状態での発電素子の厚み、正極集電体及び負極集電体の傾斜部の有無、正負極集電体のヤング率が示される。また、表１では、正極集電体のリード部における断面二次モーメント、ｄ×ｃｏｓθも示される。また、表１では試験結果として、ガス排出弁１４ａの弁作動の有無、集電体と発電素子との溶接状態、打痕及び短絡痕の状態も示される。落下試験によって、短絡が生じると、高圧のガスが発生してガス排出弁１４ａが作動しやすくなる。
比較例１は、電極体２０と電極体２０に含まれる非水電解液との質量の和が２４０ｇであり、実施形態の構成において、正極集電体４０及び負極集電体５０に傾斜部がない形状のものを使用した。質量の和の内訳は、電極体２０が１８０ｇで、電解液が６０ｇであった。また、電池容量は８Ａｈであった。電極体２０のサイズは、二次電池のエージング後に、Ｘ線ＣＴ装置により確認したところ、厚みは１７．５ｍｍで、幅は１４３ｍｍで、高さは５７ｍｍであった。比較例１の落下試験を実施したところ、短絡による弁作動と発煙とが生じた。また、試験後の二次電池をＸ線ＣＴ装置によって内部構造を観察したところ、正極集電体と電極体２０の電極箔との溶接部が剥がれ、電極体２０の支持がない状態となっていた。また、二次電池を分解し、目視確認で短絡痕を確認したところ、電極体２０の正極端子近傍で短絡痕が確認され、しかもその短絡痕は非常に大きかった。
次に、比較例２は、比較例１と同様の構成において、電極体２０と電極体２０に含まれる非水電解液との質量の和を２００ｇとした。この質量の和の内訳は、電極体２０が１５０ｇで、電解液が５０ｇであった。また、電池容量は６．５Ａｈであった。電極体２０の非水電解液を含んだ状態での厚みは１７．５ｍｍで、幅は１４３ｍｍで、高さは４７ｍｍであった。比較例２の落下試験を実施したところ、短絡による弁作動と発煙とが生じた。また、試験後の二次電池をＸ線ＣＴ装置によって内部構造を観察したところ、正極集電体と電極体２０の電極箔との溶接部が剥がれ、電極体２０の支持がない状態となっていた。また、二次電池を分解し、目視確認で短絡痕を確認したところ、電極体２０の正極端子近傍で短絡痕が確認され、その短絡痕は比較例1と比べて小さかった。
次に、比較例３は、比較例１，２と同様の構成において、電極体２０と電極体２０に含まれる非水電解液との質量の和を１８０ｇとした。また、電池容量は５Ａｈとした。表１の試験結果に示すように、比較例３では、弁作動は生じず、集電体と電極体２０との衝突による電極体２０上の短絡痕も見られなかった。また、試験後の二次電池をＸ線ＣＴ装置によって内部構造を確認したところ、電極体２０が、外装体１２内でやや動いていたが、特に正常時から変化した様子は観察されなかった。この試験結果は、電極体２０と電解液との質量の和が小さかったため、落下衝撃が小さかったものと考えられる。これにより、集電体が傾斜部を有しない場合でも、電極体２０と非水電解液との質量の和が１８０ｇ以下では落下による短絡が見られないことを確認できた。これにより、実施形態のように集電体が傾斜部を有することによる効果は、電極体２０と非水電解液との質量の和が２００ｇ以上で顕著になる。
一方、実施例１は、正極集電体４０として第１傾斜部４４を有するものを用いた。第１傾斜部４４の傾斜角θは４５°であり、ｄ×ｃｏｓθ＝５．７ｍｍとした。それ以外の構成は、比較例１と同じにして、落下試験を実施した。このとき、負極集電体５０の形状は比較例１と同じである。試験結果では、弁作動は発生しなかった。試験後に、Ｘ線ＣＴ装置で二次電池の内部観察をしたところ正極集電体４０の屈曲は見られたが、負極集電体５０には大きな変化は確認されなかった。一方、負極集電体５０と電極体２０の電極箔との溶接部が剥がれていた。また、二次電池を分解し、目視確認したところ、電極体２０に打痕が確認された。実施例１では、正極集電体４０に第１傾斜部４４を設けたことで、電極体２０から封口板１４側の部材に衝突する際の衝撃が緩和されたものとみられる。
また、実施例２は、正極集電体４０のみならず負極集電体５０にも傾斜部を有するものを使用した。このとき、各集電体４０，５０の傾斜部４４，５４の傾斜角度は４５°であり、ｄ×ｃｏｓθ＝５．７ｍｍとした。実施例２でそれ以外の構成は実施例１と同じとし、落下試験を実施したところ、試験結果では、弁作動は発生しなかった。試験後にＸ線ＣＴ装置で内部観察したところ、正極集電体４０及び負極集電体５０の屈曲が確認され、実施例１の場合と異なり、電極体２０の電極箔と集電体との溶接部の剥がれは発生しなかった。この理由として、実施例１の場合と比較して、電極体２０における負極端子の近傍での打痕が正極端子近傍での打痕と同様に小さかったので、電極体２０から封口板側の部材に衝突する際の衝撃がより緩和されたものと考えられる。
実施例３は、電極体２０の非水電解液を含んだ状態での厚みを実施例２より小さくして、１７．０ｍｍとした。また、電極体２０の幅は１４３ｍｍ、高さは５９ｍｍとした。それ以外の構成は実施例２と同じとして、落下試験を実施した。試験結果では、弁作動は発生しなかった。また、二次電池を分解し、目視確認したところ、電極体２０に打痕が確認され、実施例２と比較して打痕は大きかった。
実施例４は、電極体２０の非水電解液を含んだ状態での厚みを実施例２より大きくして、３０．０ｍｍとした。また、電極体２０の幅は１４３ｍｍ、高さは３３ｍｍとした。また、これに合わせて外装体１２の厚みを３１．０ｍｍ、高さを４１．０ｍｍとした。それ以外の構成は実施例２と同じとして、落下試験を実施した。試験結果では、弁作動は発生しなかった。また、二次電池を分解し、目視確認したところ、電極体２０に打痕が確認され、実施例２と比較して打痕は小さかった。
実施例５は、正極集電体４０の厚みを１．３ｍｍとし、幅を実施例２と同じ７．９ｍｍとした。このとき、断面二次モーメントは１．４×１０-12m4である。それ以外の構成は実施例２と同じとして落下試験を実施した。試験結果では、弁作動は発生しなかった。また、二次電池を分解し、目視確認したところ、電極体２０に打痕が確認され、実施例２と比較して打痕は大きかった。
実施例６は、正極集電体４０の厚みを２．１ｍｍとし、幅を実施例２と同じ７．９ｍｍとした。このとき、断面二次モーメントは６．２×１０-12ｍ4である。それ以外の構成は実施例２と同じとして落下試験を実施した。試験結果では、弁作動は発生しなかった。また、二次電池を分解し、目視確認したところ、電極体２０の打痕は実施例２と比較して小さかった。実施例５及び実施例６の試験結果により、正極集電体のヤング率を７０ＧＰａとした際、その断面二次モーメントは１．４×１０-12（ｍ4）以上で、６．２×１０-12（ｍ4）以下が好ましいことを確認できた。
実施例７は、正極集電体４０の第１傾斜部４４の長さを６．５ｍｍとし、第１傾斜部４４の傾斜角θを４５°とし、ｄｃｏｓθ＝４．６ｍｍとした。それ以外の構成は実施例２と同じとして落下試験を実施したところ、弁作動には至らなかった。また、二次電池を分解し、目視確認したところ、電極体２０の打痕は実施例２と比較して大きかった。試験結果から、第１傾斜部４４を短くすることで落下時のモーメントが小さくなったが、他の実施例と同様に電極体２０から封口板１４側の部材に衝突する際の衝撃力が緩和されたものと考えられる。
実施例８は、正極集電体４０の第１傾斜部４４の長さを１５．２ｍｍとし、第１傾斜部４４の傾斜角θを４５°とし、ｄｃｏｓθ＝１０．８ｍｍとした。それ以外の構成は実施例２と同じとして落下試験を実施したところ、弁作動には至らなかった。また、試験後に二次電池を分解し、目視確認したところ、打痕は実施例２、実施例７と比較して小さかった。試験結果から、第１傾斜部４４を長くすることで落下時のモーメントが大きくなり、実施例２や実施例７と比較して電極体２０から封口板１４側の部材に衝突する際の衝撃力がより緩和されたものと考えられる。
実施例９は、電極体２０と電極体２０に含まれる非水電解液との質量の和が２００ｇであるものを用いた。質量の和の内訳は、電極体２０が１５０ｇで、電解液が５０ｇであった。それ以外の構成は実施例１と同じとし、落下試験を実施したところ、弁作動には至らなかった。また、試験後に二次電池をＸ線ＣＴ装置で内部監察したところ、実施例１と同様に正極集電体４０の屈曲は見られたが、負極集電体５０には大きな変化は確認されなかった。また、電極体２０の電極箔と負極集電体５０との溶接部が剥がれていた。一方、二次電池を分解し目視確認したところ、電極体２０に打痕が確認されたが、実施例１より小さかった。この理由として、正極集電体４０に第１傾斜部４４を設けたことで、電極体２０から封口板側の部材に衝突する際の衝撃が緩和されたものと考えられる。また、実施例１の場合と比較して、電極体２０と非水電解液との質量の和が２００ｇと小さかったので、電極体２０から封口板側の部材に衝突する際の衝撃力が小さいことで打痕が小さくなったと考えられる。
＜その他＞
図７の（ａ）に示すように、封口板１４の短手方向（図７の（ａ）における左右方向）において、第１絶縁部材６１の外面よりも第１リード部４２の外面が外側（外装体１２側）に位置することが好ましい。即ち、封口板１４の短手方向において、第１リード部４２と外装体１２の最短距離が、第１絶縁部材６１と外装体１２との最短距離よりも小さいことが好ましい。これにより、第１傾斜部４４の長さをより長くできる。
封口板１４の短手方向において、第１リード部４２の外面と、外装体１２の内面の最短距離が０．０５ｍｍ〜２．０ｍｍであることが好ましく、０．０５ｍｍ〜１．０ｍｍであることがより好ましい。これにより、第１傾斜部４４の長さをより長くできる。また、第１リード部４２の外面が、絶縁シート１３を介して、外装体１２の内面を押圧するような状態とすることがより好ましい。
１０ 二次電池、１２ 外装体、１３ 絶縁シート、１４ 封口板、１４ａ ガス排出弁、１４ｂ 注液孔、１５ 正極端子、１６ 負極端子、２０ 巻回電極体（電極体）、２２ 正極板、２３ 正極芯体露出部、２６ 負極板、２７ 負極芯体露出部、３０ セパレータ、４０ 正極集電体、４１ 第１ベース部、４１ａ 孔、４２ 第１リード部、４３ 上下方向部、４４ 第１傾斜部、４５ 電極体接合部、４６ リブ、４７ａ，４７ｂ 絶縁フィルム、４８ 正極受け部材、４９ リブ、５０ 負極集電体、５１ 第２ベース部、５２ 第２リード部、５３ 上下方向部、５４ 第２傾斜部、５５ 電極体接合部、５７ａ，５７ｂ 絶縁フィルム、５８ 負極受け部材、５９ 絶縁フィルム、６０ 絶縁テープ、６１ 第１絶縁部材、６１ａ 切り欠き、６１ｂ 孔、６２ 第２絶縁部材、６４ リベット。

Claims (4)

  1. 正極板と、
    負極板と、前記正極板及び前記負極板を電気的に隔てるセパレータとを含む、扁平状の発電素子と、
    前記発電素子が内部に配置される外装体と、
    前記外装体の開口を閉塞する封口体と、
    前記正極板に電気的に接続される正極集電体と、
    前記負極板に電気的に接続される負極集電体と、
    非水電解質とを備え、
    前記正極集電体及び前記負極集電体の少なくとも一方の集電体は、前記封口体の付近に配置される一方側ベース部と、前記一方側ベース部の一端部に連結されて前記発電素子側に向かうように配置される一方側リード部とを含み、
    前記一方側リード部は、前記発電素子の側面に接合される一方側発電素子接合部と、前記一方側発電素子接合部から前記発電素子の厚み方向外側に向かうように前記厚み方向に対し傾斜した一方側傾斜部とを有し、
    前記発電素子と、前記発電素子に含まれる前記非水電解質との質量の和が２００ｇ以上、５００ｇ以下であり、
    前記一方の集電体は、前記正極集電体であり、
    前記正極集電体は、アルミニウム又はアルミニウム合金製であり、かつヤング率は、６５ＧＰａ以上７５ＧＰａ以下であり、かつ前記一方側リード部における断面二次モーメントは１．４×１０−１２ｍ４以上で、６．２×１０−１２ｍ４以下であり、
    前記正極集電体は、前記一方側傾斜部において、前記発電素子の前記厚み方向側面と対面する部分から前記厚み方向に対し傾斜したときの前記厚み方向に対する前記一方側傾斜部の傾斜角をθとし、前記厚み方向との関係で前記傾斜角を決定する前記一方側傾斜部の傾斜方向に沿った距離であって、前記一方側傾斜部の前記一方側発電素子接合部側の端から前記一方側ベース部側の端までの距離である傾斜方向距離をｄとしたときに、
    ｄ×ｃｏｓθの値が４．６ｍｍ以上、１０．８ｍｍ以下である、非水電解質二次電池。
  2. 正極板と、
    負極板と、前記正極板及び前記負極板を電気的に隔てるセパレータとを含む、扁平状の発電素子と、
    前記発電素子が内部に配置される外装体と、
    前記外装体の開口を閉塞する封口体と、
    前記正極板に電気的に接続される正極集電体と、
    前記負極板に電気的に接続される負極集電体と、
    非水電解質とを備え、
    前記非水電解質は非水電解液であり、
    前記正極集電体及び前記負極集電体の少なくとも一方の集電体は、前記封口体の付近に配置される一方側ベース部と、前記一方側ベース部の一端部に連結されて前記発電素子側に向かうように配置される一方側リード部とを含み、
    前記一方側リード部は、前記発電素子の側面に接合される一方側発電素子接合部と、前記一方側発電素子接合部から前記発電素子の厚み方向外側に向かうように前記厚み方向に対し傾斜した一方側傾斜部とを有し、
    前記発電素子と、前記発電素子に含まれる前記非水電解液との質量の和が２００ｇ以上、５００ｇ以下であり、
    さらに、前記封口体に形成された注液孔を封止するように前記封口体に取り付けられたリベットを備え、
    前記一方の集電体は、前記正極集電体であり、
    前記リベットの前記発電素子側端の端面は、前記一方の集電体における前記一方側ベース部の前記発電素子側端の端面よりも前記発電素子に近くなっている、非水電解質二次電池。
  3. 請求項１または請求項２に記載の非水電解質二次電池において、
    前記正極集電体及び前記負極集電体の他方の集電体は、前記封口体の付近に配置される他方側ベース部と、前記他方側ベース部の一端部に連結されて前記発電素子側に向かうように配置される他方側リード部とを含み、
    前記他方側リード部は、前記発電素子の側面に接合される他方側発電素子接合部と、前記他方側発電素子接合部から前記発電素子の厚み方向外側に向かうように前記厚み方向に対し傾斜した他方側傾斜部とを有する、非水電解質二次電池。
  4. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の非水電解質二次電池において、
    前記発電素子は、前記封口体側の端部が断面円弧形である巻回電極体であり、
    かつ、前記巻回電極体の厚みは前記非水電解質を含んだ状態で１０ｍｍ以上で、３０ｍｍ以下であり、
    かつ、前記巻回電極体の幅は１００ｍｍ以上で、２００ｍｍ以下である、非水電解質二次電池。
JP2016194510A 2016-09-30 2016-09-30 非水電解質二次電池 Active JP6837796B2 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016194510A JP6837796B2 (ja) 2016-09-30 2016-09-30 非水電解質二次電池
US15/684,415 US10511007B2 (en) 2016-09-30 2017-08-23 Nonaqueous electrolyte secondary battery
CN201710849273.7A CN107887560B (zh) 2016-09-30 2017-09-19 非水电解质二次电池

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016194510A JP6837796B2 (ja) 2016-09-30 2016-09-30 非水電解質二次電池

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2018056082A JP2018056082A (ja) 2018-04-05
JP6837796B2 true JP6837796B2 (ja) 2021-03-03

Family

ID=61758426

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016194510A Active JP6837796B2 (ja) 2016-09-30 2016-09-30 非水電解質二次電池

Country Status (3)

Country Link
US (1) US10511007B2 (ja)
JP (1) JP6837796B2 (ja)
CN (1) CN107887560B (ja)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113169368B (zh) * 2018-12-17 2023-08-04 株式会社东芝 电池、电池包、蓄电装置、车辆以及飞行体
JPWO2021192665A1 (ja) * 2020-03-26 2021-09-30

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005243448A (ja) * 2004-02-26 2005-09-08 Japan Storage Battery Co Ltd 非水電解質二次電池
JP5084205B2 (ja) * 2006-08-11 2012-11-28 三洋電機株式会社 非水電解質二次電池
JP5085235B2 (ja) * 2006-09-15 2012-11-28 株式会社東芝 電源システムおよび電動車
JP4491747B2 (ja) * 2007-07-23 2010-06-30 トヨタ自動車株式会社 電池
JP2009110751A (ja) * 2007-10-29 2009-05-21 Panasonic Corp 二次電池
JP5550923B2 (ja) 2009-03-05 2014-07-16 三洋電機株式会社 角形二次電池の製造方法
JP5430978B2 (ja) 2009-03-10 2014-03-05 三洋電機株式会社 密閉電池及びその製造方法
US8574753B2 (en) * 2009-08-27 2013-11-05 Kabushiki Kaisha Toshiba Battery comprising a conductive nipping member
JP5537094B2 (ja) * 2009-08-27 2014-07-02 株式会社東芝 電池
JP5583421B2 (ja) * 2010-02-10 2014-09-03 三洋電機株式会社 角形密閉二次電池及び角形密閉二次電池の製造方法
JP5135368B2 (ja) * 2010-03-15 2013-02-06 日立ビークルエナジー株式会社 角形電池およびその製造方法
CN103081201B (zh) * 2010-09-29 2015-07-15 日立汽车系统株式会社 二次电池及其制造方法
JP5780071B2 (ja) * 2010-10-28 2015-09-16 三洋電機株式会社 非水電解液二次電池及びその製造方法
JP6005363B2 (ja) * 2012-01-27 2016-10-12 三洋電機株式会社 リチウムイオン二次電池の製造方法
JP5916401B2 (ja) * 2012-01-27 2016-05-11 三洋電機株式会社 非水電解質二次電池、その製造方法、及びその非水電解質二次電池を備える車両
CN104205464B (zh) * 2012-03-30 2016-11-02 三洋电机株式会社 层叠式电池
JP6114515B2 (ja) * 2012-08-09 2017-04-12 三洋電機株式会社 非水電解質二次電池及びその製造方法
JP5981809B2 (ja) * 2012-08-31 2016-08-31 日立オートモティブシステムズ株式会社 角形二次電池
CN105428584B (zh) * 2014-09-11 2020-05-01 株式会社杰士汤浅国际 蓄电元件
WO2016047199A1 (ja) * 2014-09-26 2016-03-31 日立オートモティブシステムズ株式会社 角形二次電池
JP2016103361A (ja) * 2014-11-27 2016-06-02 株式会社豊田自動織機 蓄電装置
US10079370B2 (en) * 2014-11-28 2018-09-18 Sanyo Electric Co., Ltd. Secondary battery
JP6542529B2 (ja) * 2014-12-19 2019-07-10 三洋電機株式会社 角形二次電池及びそれを用いた組電池
JP6643646B2 (ja) * 2015-03-18 2020-02-12 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 密閉型電池及びその製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN107887560A (zh) 2018-04-06
JP2018056082A (ja) 2018-04-05
CN107887560B (zh) 2021-10-08
US20180097219A1 (en) 2018-04-05
US10511007B2 (en) 2019-12-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10461369B2 (en) Battery and battery pack
EP3101723B1 (en) Secondary battery and secondary battery production method
JP7006683B2 (ja) 円筒形電池
JP5505218B2 (ja) 密閉型蓄電池
JP6250921B2 (ja) 電池
JP6948628B2 (ja) 捲回型電池
US10424809B2 (en) Secondary battery, method for manufacturing same, and battery pack employing same
JP2011071104A (ja) 電池、組電池及び組電池の製造方法
JP2011049065A (ja) 非水電解質電池およびその製造方法
JP5566651B2 (ja) 電池およびその製造方法
US10217973B2 (en) Prismatic secondary battery
US20050100784A1 (en) Laminated battery
WO2017169130A1 (ja) 積層型リチウムイオン電池
US20170294684A1 (en) Rectangular Secondary Battery
JPWO2013031056A1 (ja) 角形電池
JP5483587B2 (ja) 電池およびその製造方法
JP6837796B2 (ja) 非水電解質二次電池
JP5495270B2 (ja) 電池
JP6283288B2 (ja) 扁平形非水二次電池
JP2007087652A (ja) 非水電解質電池
US20180175335A1 (en) Square secondary battery and method of manufacturing same
CN108028350B (zh) 电化学能量储存装置
US11081752B2 (en) Square secondary battery and method of manufacturing same
JP5161421B2 (ja) 非水電解質電池
JP2011129330A (ja) 扁平形非水二次電池

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20190522

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20200128

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20200129

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20200310

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20200811

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20201007

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20210126

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20210210

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 6837796

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151