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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6015845
(24)【登録日】2016年10月7日
(45)【発行日】2016年10月26日
(54)【発明の名称】二次電池
(51)【国際特許分類】
H01M 2/26 20060101AFI20161013BHJP
H01M 10/04 20060101ALI20161013BHJP
H01M 10/0585 20100101ALN20161013BHJP
【ＦＩ】
H01M2/26 A
H01M10/04 Z
!H01M10/0585
【請求項の数】9
【全頁数】42
(21)【出願番号】特願2015-505238(P2015-505238)
(86)(22)【出願日】2013年12月12日
(86)【国際出願番号】JP2013083311
(87)【国際公開番号】WO2014141554
(87)【国際公開日】20140918
【審査請求日】2015年8月21日
(31)【優先権主張番号】特願2013-54323(P2013-54323)
(32)【優先日】2013年3月15日
(33)【優先権主張国】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】000004455
【氏名又は名称】日立化成株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002066
【氏名又は名称】特許業務法人筒井国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】西村 拓也
(72)【発明者】
【氏名】内田 雄輔
(72)【発明者】
【氏名】梶本 貴紀
(72)【発明者】
【氏名】宮本 佳樹
(72)【発明者】
【氏名】田中 明
【審査官】
市川 篤
(56)【参考文献】
【文献】
特開２００９−０８７６１２（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００９−０８７６１３（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０１１−１１９２１３（ＪＰ，Ａ）
【文献】
米国特許第０６１７６７１０（ＵＳ，Ｂ１）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｈ０１Ｍ ２／２６
Ｈ０１Ｍ １０／０４−１０／０５８７
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
電池容器と、
前記電池容器に設けられ、第１極性を有する第１電極端子と、
前記電池容器に設けられ、前記第１極性と反対の第２極性を有する第２電極端子と、
前記電池容器内にそれぞれ設けられ、かつ、前記第１極性をそれぞれ有する複数の第１電極板と、
前記電池容器内にそれぞれ設けられ、かつ、前記第２極性をそれぞれ有する複数の第２電極板と、
前記複数の第１電極板の各々と接続された第１集電板と、
前記第１集電板を挟んで前記第１電極端子に取り付けられた第１取付板と、
前記第１電極端子に前記第１取付板を取り付けている第１ネジ部材、第１ナット部材および第２ネジ部材と、
を有し、
前記複数の第１電極板の各々と、前記複数の第２電極板の各々とは、セパレータを介して交互に積層され、
前記第１電極端子には、前記第１ネジ部材を貫通させるための第１貫通孔と、前記第２ネジ部材を締結するための第１ネジ穴とが形成され、
前記第１取付板には、前記第１ネジ部材を貫通させるための第１ネジ用孔と、前記第２ネジ部材を貫通させるための第２ネジ用孔とが形成され、
前記第１集電板には、前記第１ネジ部材を貫通させるための第３ネジ用孔と、前記第２ネジ部材を貫通させるための第４ネジ用孔とが形成され、
前記第１ネジ用孔と、前記第３ネジ用孔と、前記第１貫通孔とを貫通した前記第１ネジ部材が、前記第１ナット部材と締結され、かつ、前記第２ネジ用孔と、前記第４ネジ用孔とを貫通した前記第２ネジ部材が、前記第１ネジ穴に締結されることにより、前記第１集電板を挟んで前記第１電極端子に前記第１取付板が取り付けられ、前記第１集電板が前記第１電極端子に接続されている、二次電池。
前記電池容器に設けられ、第１極性を有する第１電極端子と、
前記電池容器に設けられ、前記第１極性と反対の第２極性を有する第２電極端子と、
前記電池容器内にそれぞれ設けられ、かつ、前記第１極性をそれぞれ有する複数の第１電極板と、
前記電池容器内にそれぞれ設けられ、かつ、前記第２極性をそれぞれ有する複数の第２電極板と、
前記複数の第１電極板の各々と接続された第１集電板と、
前記第１集電板を挟んで前記第１電極端子に取り付けられた第１取付板と、
前記第１電極端子に前記第１取付板を取り付けている第１ネジ部材、第１ナット部材および第２ネジ部材と、
を有し、
前記複数の第１電極板の各々と、前記複数の第２電極板の各々とは、セパレータを介して交互に積層され、
前記第１電極端子には、前記第１ネジ部材を貫通させるための第１貫通孔と、前記第２ネジ部材を締結するための第１ネジ穴とが形成され、
前記第１取付板には、前記第１ネジ部材を貫通させるための第１ネジ用孔と、前記第２ネジ部材を貫通させるための第２ネジ用孔とが形成され、
前記第１集電板には、前記第１ネジ部材を貫通させるための第３ネジ用孔と、前記第２ネジ部材を貫通させるための第４ネジ用孔とが形成され、
前記第１ネジ用孔と、前記第３ネジ用孔と、前記第１貫通孔とを貫通した前記第１ネジ部材が、前記第１ナット部材と締結され、かつ、前記第２ネジ用孔と、前記第４ネジ用孔とを貫通した前記第２ネジ部材が、前記第１ネジ穴に締結されることにより、前記第１集電板を挟んで前記第１電極端子に前記第１取付板が取り付けられ、前記第１集電板が前記第１電極端子に接続されている、二次電池。
【請求項2】
請求項１記載の二次電池において、
前記第１電極端子に前記第１取付板を取り付けている第３ネジ部材および第２ナット部材を有し、
前記第１電極端子には、前記第３ネジ部材を貫通させるための第２貫通孔が形成され、
前記第１取付板には、前記第３ネジ部材を貫通させるための第５ネジ用孔が形成され、
前記第１集電板には、前記第３ネジ部材を貫通させるための第６ネジ用孔が形成され、
前記第５ネジ用孔と、前記第６ネジ用孔と、前記第２貫通孔とを貫通した前記第３ネジ部材が、前記第２ナット部材と締結されることにより、前記第１集電板を挟んで前記第１電極端子に前記第１取付板が取り付けられ、前記第１集電板が前記第１電極端子に接続されている、二次電池。
前記第１電極端子に前記第１取付板を取り付けている第３ネジ部材および第２ナット部材を有し、
前記第１電極端子には、前記第３ネジ部材を貫通させるための第２貫通孔が形成され、
前記第１取付板には、前記第３ネジ部材を貫通させるための第５ネジ用孔が形成され、
前記第１集電板には、前記第３ネジ部材を貫通させるための第６ネジ用孔が形成され、
前記第５ネジ用孔と、前記第６ネジ用孔と、前記第２貫通孔とを貫通した前記第３ネジ部材が、前記第２ナット部材と締結されることにより、前記第１集電板を挟んで前記第１電極端子に前記第１取付板が取り付けられ、前記第１集電板が前記第１電極端子に接続されている、二次電池。
【請求項3】
請求項２記載の二次電池において、
前記第１ネジ穴は、前記第１電極端子の第１端面の中心部に形成され、
前記第１貫通孔は、前記第１端面のうち、前記中心部の第１の側に位置する第１部分に形成され、
前記第２貫通孔は、前記第１端面のうち、前記中心部の前記第１の側と反対側に位置する第２部分に形成されている、二次電池。
前記第１ネジ穴は、前記第１電極端子の第１端面の中心部に形成され、
前記第１貫通孔は、前記第１端面のうち、前記中心部の第１の側に位置する第１部分に形成され、
前記第２貫通孔は、前記第１端面のうち、前記中心部の前記第１の側と反対側に位置する第２部分に形成されている、二次電池。
【請求項4】
請求項２記載の二次電池において、
前記第１ネジ穴は、前記第１電極端子の第１端面の重心位置に形成され、
前記第１貫通孔は、前記第１端面内で、前記第１端面の重心から離れた第１位置に形成され、
前記第２貫通孔は、前記第１端面内で、前記重心を中心として、前記第１位置と対称な位置である第２位置に形成されている、二次電池。
前記第１ネジ穴は、前記第１電極端子の第１端面の重心位置に形成され、
前記第１貫通孔は、前記第１端面内で、前記第１端面の重心から離れた第１位置に形成され、
前記第２貫通孔は、前記第１端面内で、前記重心を中心として、前記第１位置と対称な位置である第２位置に形成されている、二次電池。
【請求項5】
請求項１記載の二次電池において、
前記第１貫通孔は、前記第１電極端子の第１端面のうち、前記第１端面の中心部の第１の側に位置する第１部分に形成され、
前記第１ネジ穴は、前記第１端面のうち、前記中心部の前記第１の側と反対側に位置する第２部分に形成されている、二次電池。
前記第１貫通孔は、前記第１電極端子の第１端面のうち、前記第１端面の中心部の第１の側に位置する第１部分に形成され、
前記第１ネジ穴は、前記第１端面のうち、前記中心部の前記第１の側と反対側に位置する第２部分に形成されている、二次電池。
【請求項6】
請求項１記載の二次電池において、
前記第１貫通孔は、前記第１電極端子の第１端面内で、前記第１端面の重心から離れた第１位置に形成され、
前記第１ネジ穴は、前記第１端面内で、前記重心を中心として、前記第１位置と対称な位置である第２位置に形成されている、二次電池。
前記第１貫通孔は、前記第１電極端子の第１端面内で、前記第１端面の重心から離れた第１位置に形成され、
前記第１ネジ穴は、前記第１端面内で、前記重心を中心として、前記第１位置と対称な位置である第２位置に形成されている、二次電池。
【請求項7】
請求項１記載の二次電池において、
前記第１ナット部材は、ダブルナットからなる、二次電池。
前記第１ナット部材は、ダブルナットからなる、二次電池。
【請求項8】
請求項１記載の二次電池において、
前記複数の第１電極板の各々の端部にそれぞれ設けられた複数の第１集電タブを有し、
前記第１集電板は、前記複数の第１集電タブの各々と接続されている、二次電池。
前記複数の第１電極板の各々の端部にそれぞれ設けられた複数の第１集電タブを有し、
前記第１集電板は、前記複数の第１集電タブの各々と接続されている、二次電池。
【請求項9】
請求項１記載の二次電池において、
前記複数の第２電極板の各々と接続された第２集電板と、
前記第２集電板を挟んで前記第２電極端子に取り付けられた第２取付板と、
前記第２電極端子に前記第２取付板を取り付けている第４ネジ部材、第３ナット部材および第５ネジ部材と、
を有し、
前記第２電極端子には、前記第４ネジ部材を貫通させるための第３貫通孔と、前記第５ネジ部材を締結するための第２ネジ穴とが形成され、
前記第２取付板には、前記第４ネジ部材を貫通させるための第７ネジ用孔と、前記第５ネジ部材を貫通させるための第８ネジ用孔とが形成され、
前記第２集電板には、前記第４ネジ部材を貫通させるための第９ネジ用孔と、前記第５ネジ部材を貫通させるための第１０ネジ用孔とが形成され、
前記第７ネジ用孔と、前記第９ネジ用孔と、前記第３貫通孔とを貫通した前記第４ネジ部材が、前記第３ナット部材と締結され、かつ、前記第８ネジ用孔と、前記第１０ネジ用孔とを貫通した前記第５ネジ部材が、前記第２ネジ穴に締結されることにより、前記第２集電板を挟んで前記第２電極端子に前記第２取付板が取り付けられ、前記第２集電板が前記第２電極端子に接続されている、二次電池。
前記複数の第２電極板の各々と接続された第２集電板と、
前記第２集電板を挟んで前記第２電極端子に取り付けられた第２取付板と、
前記第２電極端子に前記第２取付板を取り付けている第４ネジ部材、第３ナット部材および第５ネジ部材と、
を有し、
前記第２電極端子には、前記第４ネジ部材を貫通させるための第３貫通孔と、前記第５ネジ部材を締結するための第２ネジ穴とが形成され、
前記第２取付板には、前記第４ネジ部材を貫通させるための第７ネジ用孔と、前記第５ネジ部材を貫通させるための第８ネジ用孔とが形成され、
前記第２集電板には、前記第４ネジ部材を貫通させるための第９ネジ用孔と、前記第５ネジ部材を貫通させるための第１０ネジ用孔とが形成され、
前記第７ネジ用孔と、前記第９ネジ用孔と、前記第３貫通孔とを貫通した前記第４ネジ部材が、前記第３ナット部材と締結され、かつ、前記第８ネジ用孔と、前記第１０ネジ用孔とを貫通した前記第５ネジ部材が、前記第２ネジ穴に締結されることにより、前記第２集電板を挟んで前記第２電極端子に前記第２取付板が取り付けられ、前記第２集電板が前記第２電極端子に接続されている、二次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、リチウムイオン電池等の二次電池に関する。【背景技術】
【0002】
近年、さまざまな分野で二次電池が用いられており、例えば、携帯電話などの電子機器の電源として使用されている。これらの用途に用いられる二次電池として、小型で高容量、高エネルギー密度であるリチウムイオン電池が大半を占めている。また近年、リチウムイオン電池は、電気自動車の電源、家庭などの電力貯蔵用の電源、または、非常用電源としても使用されている。【0003】
この非常用電源としては、従来、二次電池としての鉛電池、すなわち鉛蓄電池からなる電源システムが用いられてきた。鉛電池は、リチウムイオン電池に比べ、電力量あたりのコストが安く、二次電池を過充電した場合における安全性が高いという点で、優れている。【0004】
一方、リチウムイオン電池は、エネルギー密度が高く、入出力特性が高いという点で、優れている。リチウムイオン電池の体積エネルギー密度は、鉛電池の体積エネルギー密度の２倍程度であり、また、リチウムイオン電池の重量エネルギー密度は、鉛電池の重量エネルギー密度の３倍以上である。このため、鉛電池からなる電源システムでは、電圧を大きくするために、多数個の鉛電池を直列に接続しなければならず、電流を大きくするために、多数個の鉛電池を並列に接続しなければならない。したがって、鉛電池からなる電源システムには、鉛電池を設置する部分の面積を大きくしなければならないという設置スペースの問題がある。このような設置スペースの問題から、例えば都心部におけるバックアップ電源用として、鉛電池からなる電源システムを設置することは困難であった。【0005】
一方、リチウムイオン電池からなる大容量の電源システムは、上記した都心部でのバックアップ電源用の電源システムとして、期待されている。また、リチウムイオン電池１個当たりの出力特性を増加させることができれば、より少ない個数のリチウムイオン電池からなる電源システムを構築することができる。その結果、全体としてのコストを低減することができ、鉛電池に対する優位性をさらに向上させることができる。この場合、エネルギー密度が高く、入出力特性が高く、かつ、高い安全性と、高い信頼性を兼ね備えたリチウムイオン電池の開発が求められている。【0006】
例えば、リチウムイオン電池を用いて、大電流での放電、すなわちいわゆるハイレート放電を行う場合、電極板と電極端子とを接続する部分において、ジュール熱が無視できないほど大きくなるという課題がある。このジュール熱によってリチウムイオン電池が高温にさらされることで、電極板に塗布された活物質が劣化して、リチウムイオン電池の寿命が短くなるおそれがある。このような課題を解決するためには、例えば電極板と電極端子との間の接触抵抗を低減させることが望ましい。【0007】
特許文献１（特開昭５０−１３４１４７号公報）には、集電タブを一枚の集電板にまとめて、その集電板を極柱に接続する方法が記載されている。特許文献２（特許第３４２８３３６号公報）には、極板群と極柱との接合面の面積を規定し、さらに接続方法を、溶接、ネジ締めおよび圧着のいずれかとすることにより、極板群と極柱との接触抵抗を低減する技術が記載されている。特許文献３（特許第４４９４７３１号公報）には、集電タブを極柱にネジにより固定し、ネジと極柱とを溶接する方法が記載されている。【0008】
また、特許文献４（特開２００５−５２１５号公報）では、正極板および負極板を所定枚数毎に複数組に分け、所定枚数ごとのタブと集電リードを接合し、その後電極群を電池缶に収め、前記集電リードの他端を正極端子と負極端子にボルトで固定し、さらに集電リードと端子を溶接接合することでリチウムイオン電池を作製している。さらに、特許文献５（特開２０１０−２０５５４６号公報）には、リチウムイオン電池の非水電解液として、有機溶媒中にリチウム塩の六フッ化リン酸リチウムが溶解された非水電解液が、電池缶内に注液される技術が記載されている。【先行技術文献】
【特許文献】
【0009】
【特許文献1】特開昭５０−１３４１４７号公報
【特許文献2】特許第３４２８３３６号公報
【特許文献3】特許第４４９４７３１号公報
【特許文献4】特開２００５−５２１５号公報
【特許文献5】特開２０１０−２０５５４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
本発明は、高い安全性と高い信頼性とを兼ね備えた二次電池を提供することを課題とする。【0011】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。【課題を解決するための手段】
【0012】
代表的な実施の形態による二次電池は、電池容器と、電池容器に設けられ、第１極性を有する第１電極端子と、電池容器に設けられ、第１極性と反対の第２極性を有する第２電極端子とを有する。また、当該二次電池は、電池容器内にそれぞれ設けられ、かつ、第１極性をそれぞれ有する複数の第１電極板と、電池容器内にそれぞれ設けられ、かつ、第２極性をそれぞれ有する複数の第２電極板とを有する。さらに、当該二次電池は、複数の第１電極板の各々と接続された第１集電板と、第１集電板を挟んで第１電極端子に取り付けられた第１取付板と、第１電極端子に第１取付板を取り付けている第１ネジ部材、第１ナット部材および第２ネジ部材とを有する。複数の第１電極板の各々と、複数の第２電極板の各々とは、セパレータを介して交互に積層されている。第１電極端子には、第１ネジ部材を貫通させるための第１貫通孔と、第２ネジ部材を締結するための第１ネジ穴とが形成されている。第１取付板には、第１ネジ部材を貫通させるための第１ネジ用孔と、第２ネジ部材を貫通させるための第２ネジ用孔とが形成されている。第１集電板には、第１ネジ部材を貫通させるための第３ネジ用孔と、第２ネジ部材を貫通させるための第４ネジ用孔とが形成されている。第１ネジ用孔と、第３ネジ用孔と、第１貫通孔とを貫通した第１ネジ部材が、第１ナット部材と締結され、かつ、第２ネジ用孔と、第４ネジ用孔とを貫通した第２ネジ部材が、第１ネジ穴に締結されることにより、第１集電板を挟んで第１電極端子に第１取付板が取り付けられ、第１集電板が第１電極端子に接続されている。【0013】
上記二次電池は、第１電極端子に第１取付板を取り付けている第３ネジ部材および第２ナット部材を有してもよい。また、第１電極端子には、第３ネジ部材を貫通させるための第２貫通孔が形成され、第１取付板には、第３ネジ部材を貫通させるための第５ネジ用孔が形成され、第１集電板には、第３ネジ部材を貫通させるための第６ネジ用孔が形成されていてもよい。このとき、第５ネジ用孔と、第６ネジ用孔と、第２貫通孔とを貫通した第３ネジ部材が、第２ナット部材と締結されることにより、第１集電板を挟んで第１電極端子に第１取付板が取り付けられ、第１集電板が第１電極端子に接続されている。【0014】
上記二次電池において、第１ネジ穴は、第１電極端子の第１端面の中心部に形成されていてもよい。また、第１貫通孔は、第１端面のうち、中心部の第１の側に位置する第１部分に形成され、第２貫通孔は、第１端面のうち、中心部の第１の側と反対側に位置する第２部分に形成されていてもよい。【0015】
上記二次電池において、第１ネジ穴は、第１電極端子の第１端面の重心位置に形成されていてもよい。また、第１貫通孔は、第１端面内で、第１端面の重心から離れた第１位置に形成され、第２貫通孔は、第１端面内で、重心を中心として、第１位置と対称な位置である第２位置に形成されていてもよい。【0016】
上記二次電池において、第１貫通孔は、第１電極端子の第１端面のうち、第１端面の中心部の第１の側に位置する第１部分に形成されていてもよい。また、第１ネジ穴は、第１端面のうち、中心部の第１の側と反対側に位置する第２部分に形成されていてもよい。【0017】
上記二次電池において、第１貫通孔は、第１電極端子の第１端面内で、第１端面の重心から離れた第１位置に形成されていてもよい。また、第１ネジ穴は、第１端面内で、重心を中心として、第１位置と対称な位置である第２位置に形成されていてもよい。【0018】
上記二次電池において、第１ナット部材は、ダブルナットからなるものとすることができる。【0019】
上記二次電池は、複数の第１電極板の各々の端部にそれぞれ設けられた複数の第１集電タブを有してもよい。また、第１集電板は、複数の第１集電タブの各々と接続されていてもよい。【0020】
上記二次電池は、複数の第２電極板の各々と接続された第２集電板と、第２集電板を挟んで第２電極端子に取り付けられた第２取付板と、第２電極端子に第２取付板を取り付けている第４ネジ部材、第３ナット部材および第５ネジ部材とを有してもよい。このとき、第２電極端子には、第４ネジ部材を貫通させるための第３貫通孔と、第５ネジ部材を締結するための第２ネジ穴とが形成されている。第２取付板には、第４ネジ部材を貫通させるための第７ネジ用孔と、第５ネジ部材を貫通させるための第８ネジ用孔とが形成されている。第２集電板には、第４ネジ部材を貫通させるための第９ネジ用孔と、第５ネジ部材を貫通させるための第１０ネジ用孔とが形成されている。そして、第７ネジ用孔と、第９ネジ用孔と、第３貫通孔とを貫通した第４ネジ部材が、第３ナット部材と締結され、かつ、第８ネジ用孔と、第１０ネジ用孔とを貫通した第５ネジ部材が、第２ネジ穴に締結されることにより、第２集電板を挟んで第２電極端子に第２取付板が取り付けられ、第２集電板が第２電極端子に接続されている。【0021】
また、代表的な実施の形態による二次電池は、電池缶に収容され、複数の正極板の各々と複数の負極板の各々とがセパレータを介して第１方向に交互に積層された電極群を３つ以上備えている。３つ以上の電極群は、２つ以上の電極群（Ａ）と、１つ以上の電極群（Ｂ）とを含み、かつ、第１方向に配列されている。電極群（Ａ）の第１方向における両端面に、それぞれ負極板が配置され、電極群（Ｂ）の第１方向における両端面に、それぞれ正極板が配置されている。電極群の配列の両端の位置には、それぞれ電極群（Ａ）が配置されている。電極群の配列の両端以外の位置には、１つの電極群（Ｂ）のみが配置されるか、または、電極群（Ｂ）同士が隣り合わないように、２つ以上の電極群（Ｂ）と、１つ以上の電極群（Ａ）とが配置されている。【0022】
また、代表的な実施の形態による二次電池は、電池缶に収容され、複数の正極板の各々と複数の負極板の各々とがセパレータを介して第１方向に交互に積層された電極群を複数備えている。複数の電極群は、第１方向に配列されている。複数の電極群の各々の第１方向における両端面に、それぞれ負極板が配置されている。【0023】
セパレータを介して積層される正負極板は、それぞれの一端に電極タブを有し、所定複数枚の前記正負極板がセパレータを介して交互に積層構成された電極群が、その複数個を以って電池缶に収容された二次電池であって、前記電極群は、電極群の積層方向両端面に位置する極板が共に負極板である電極群（Ａ）と電極群の積層方向の一方端面に位置する極板が正極板であり他方端面に位置する極板が負極板である電極群（Ｃ）であり、電極群（Ｃ）はその積層方向端面の負極板側が電池缶内壁面に対向するように配置され、前記電池缶内壁面に対向する位置以外では、隣接する電極群同士の対向面が共に正極板とならないように、電極群（Ｃ）、又は電極群（Ａ）と電極群（Ｃ）とが配置される構成もとることができる。【0024】
上記３種類のいずれかの電極群構成を用いて、電極群ごとに、同極性の電極タブが正負それぞれの集電板へ接合され、同極性の前記集電板が押さえ板とともにボルトにより正負それぞれの端子基体部へ締着してもよい。【0025】
上記三種類のいずれかの電極群構成を用いて、各電極群の同極性の電極タブが摩擦撹拌溶接によって正負それぞれの端子基体部へ接合してもよい。【0026】
正負極板の合計枚数が最低４００枚で二次電池が構成されてもよい。【0027】
複数枚の正負極板がセパレータを介して積層されてなる電極群と前記電極群から延びる複数枚の電極タブと、電池缶内外を連通する端子とを備えた二次電池であって、前記電極群は、電極群積層方向の一方の端面と他方の端面とも負極板で構成された群（Ａ）であることを特徴とする。例として、正極板は２００枚、負極板は２０４枚を用いて、４つの電極群を作製すると、１つの電極群は正極板５０枚、負極板５１枚で構成される。正極板と負極板をセパレータを介して交互に配置した場合、電極群両端は負極板が存在することとなる。このほか、電極群構成の観点からすると、以下の実施の形態２に示す構成も考えられる。【発明の効果】
【0028】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。【0029】
本発明によれば、高い安全性と、高い信頼性とを兼ね備えた二次電池を提供することができる。【図面の簡単な説明】
【0030】
【図1】実施の形態１の二次電池を示す一部破断斜視図である。
【図2】実施の形態１の二次電池の断面図である。
【図3】実施の形態１の二次電池の断面図である。
【図4】電極小束の構成を示す図である。
【図5】電極束の構成を示す図である。
【図6】小電極群の構成を示す図である。
【図7】電極端子、集電板および押さえ板を示す分解斜視図である。
【図8】電極端子、集電板および押さえ板を示す分解斜視図である。
【図9】集電板の接続構造の各種の例を示す断面図である。
【図10】集電板の接続構造の各種の例を示す断面図である。
【図11】集電板の接続構造の各種の例を示す断面図である。
【図12】集電板の接続構造の各種の例を示す断面図である。
【図13】集電板の接続構造の各種の例を示す断面図である。
【図14】集電板の接続構造の各種の例を示す断面図である。
【図15】電極端子、集電板および押さえ板を示す分解斜視図である。
【図16】実施例１および比較例１の二次電池について、集電板と電極端子との間の抵抗を測定した結果を示すグラフである。
【図17】放電を行った際の電極端子の温度を測定した結果を示すグラフである。
【図18】電池缶の斜視図である。
【図19】ボルトナットによる接続方法を用いた場合のリチウムイオン電池の断面図である。
【図20】リチウムイオン電池の正極板および負極板の積層方向に垂直な断面図である。
【図21】電池缶を取り除いた状態の発電要素の斜視図である。
【図22】電池缶を取り除いた状態のリチウムイオン電池の斜視図である。
【図23】ボルトナットによる接続方法を示す分解斜視図である。
【図24】ボルトナットによる接続方法を示す図である。
【図25】摩擦撹拌による接合方法を示す図である。
【図26】実施例５の説明図である。
【図27】実施例６の説明図である。
【図28】実施例７の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【0031】
以下、本発明を詳細に説明するが、本発明は以下の実施形態に何ら限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において、適宜実施することが可能なものである。【0032】
以下、添付図面に基づいて、本発明の実施形態について説明する。なお、以下の実施の形態においてＡ〜Ｂとして範囲を示す場合には、特に明示した場合を除き、Ａ以上Ｂ以下を示すものとする。【0033】
（実施の形態１）初めに、実施の形態１の二次電池について説明する。本実施の形態１は、本発明を、二次電池として、角型リチウムイオン電池に適用した場合における、実施の形態である。
【0034】
前述した特許文献１〜３では、例えば充放電の時間率が１Ｃ程度であり、充放電電流が１００Ａｈ程度である条件での充放電を想定している。一方、充放電の時間率および充放電電流がこの５倍である条件、すなわち充放電の時間率が５Ｃ程度であり、充放電電流が５００Ａｈ程度である条件での充放電を、ハイレート充放電または大電流放電という。このようなハイレート充放電または大電流充放電を行う場合には、上記特許文献１〜３に記載された接続方法により電極板と電極端子とが接続されたリチウムイオン電池では、ジュール熱による発熱量が大きく、リチウムイオン電池の安全性および寿命を向上させることができない。【0035】
また、電極板と電極端子とを溶接により接続する場合には、金属原子同士が結びつくため、カシメやネジ止めなどにより機械的に接続する場合と異なり、電極板と電極端子との間の接触抵抗を大きく低減することができる。しかし、溶接により加工を行う際に火花が発生し、金属からなる異物が発生するリスクがある。そして、発生した火花がセパレータを損傷させるか、または、発生した金属からなる異物が電極板の間に混入することにより、短絡が発生するおそれがある。【0036】
このような短絡の発生を防止するため、例えば上記特許文献３に記載されたように、集電タブを長くすることなどにより、電極板と、集電タブのうち溶接される部分との距離を長くすることが考えられる。あるいは、発生した火花が電極板に到達することを防止するための治具を、集電タブを跨いで取り付けた状態で、溶接を行うことが考えられる。しかし、電極板と、集電タブが溶接される部分との距離を長くする場合には、電極板と電極端子との間の接触抵抗が増大するおそれがあり、ハイレート充放電を行う上で不利である。また、電極タブを跨いで治具を取り付けた状態で、溶接を行う場合には、多くの枚数の集電タブがまとめて損傷するおそれがある。【0037】
本実施の形態１では、溶接を用いない簡便な接続方法により電極板が電極端子に接続され、大電流での充放電に耐えられ、高い安全性と、高い信頼性を兼ね備えた二次電池を提供することを課題とする。【0038】
＜電槽＞初めに、電槽を説明する。図１は、実施の形態１の二次電池を示す一部破断斜視図である。図１では、一例として、水平面内で互いに直交する２つの方向の各々を、Ｘ軸方向およびＺ軸方向のそれぞれとし、水平面に直交する方向、すなわちＸ軸方向およびＺ軸方向のいずれにも直交する方向である鉛直方向を、Ｙ軸方向としている。
【0039】
図１に示すように、本実施の形態１の二次電池は、電池容器である電槽１を有する。電槽１は、一面が開口した角柱型であり、電槽１の開口部を塞ぐ蓋１ａを備えている。電槽１は、電極群を電槽１に挿入した後、電槽１の開口周縁部と蓋１ａを溶接することにより、密閉される。すなわち、蓋１ａは、電槽１の内部を密閉状態に保つ。機械的強度の観点から、好適には、電槽１は、ステンレス、または、アルミニウムを主成分として含有するアルミニウム系の材料、などの各種の金属材料からなる。電槽１には、注液口２およびガス放出弁３が備えられている。注液口２は、電槽１の内部に電解液（図示は省略）を注液するためのものである。ガス放出弁３は、内部短絡など、何らかの要因で二次電池の温度が上昇し、電槽１内の内圧が所定圧力以上に上昇したときに、内部のガスを放出するためのものである。【0040】
なお、電槽１のことを、電池缶ともいう（後述する実施の形態２参照）。【0041】
注液口２からは、エチレンカーボネート等の環状カーボネート系有機溶媒や、ジメチルカーボネート等の鎖状カーボネート系有機溶媒を１種または２種以上混合した溶液に、六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ６）、四フッ化ホウ酸リチウム（ＬｉＢＦ４）等のリチウム塩を溶解した非水電解液が注入される。非水電解液を注入した後、液口栓により注液口２は密閉される。【0042】
本実施の形態１の二次電池は、２つの電極端子４を有する。２つの電極端子４のうち、一方が、第１極性を有する電極端子であり、他方が第１極性と反対の第２極性を有する電極端子である。したがって、２つの電極端子４のうち、一方が正極端子４ａであり、他方が負極端子４ｂである。電極端子４は、電槽１に、電槽１の蓋１ａを貫通するように設けられており、二次電池の内部と外部とを連通、すなわち電気的に接続する。正極端子４ａは、例えばアルミニウムを主成分として含有する材料、すなわちアルミニウム系の材料からなる。負極端子４ｂは、例えば銅を主成分として含有する材料、すなわち銅系の材料からなるか、または、ニッケルを主成分として含有する材料、すなわちニッケル系の材料からなる。【0043】
＜電極群＞次に、電極群を説明する。図２および図３は、実施の形態１の二次電池の断面図である。なお、図２では、図１のＸ軸方向から二次電池を視た場合を示し、図３では、図１のＺ軸方向から二次電池を視た場合を示す。
【0044】
図１〜図３に示すように、本実施の形態１の二次電池は、複数の電極板６を有する。複数の電極板６のうち、一部の複数の電極板が、第１極性を有する電極板であり、他の複数の電極板が、第１極性と反対の第２極性を有する電極板である。したがって、複数の電極板６のうち、一部の複数の電極板６が正極板６ａであり、他の複数の電極板６が負極板６ｂである。複数の正極板６ａの各々と、複数の負極板６ｂの各々とは、セパレータ８を介してＺ軸方向に交互に積層されて電極群９を構成している。すなわち、電極群９は、複数の正極板６ａと複数の負極板６ｂとを含み、複数の正極板６ａの各々と、複数の負極板６ｂの各々とが、セパレータ８を介してＺ軸方向に交互に積層されたものである。【0045】
なお、電極群９のことを、発電要素ともいう（後述する実施の形態２参照）。【0046】
正極板６ａは、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、正極活物質、結着剤および導電剤を含む合剤層と、を有している。【0047】
正極活物質として、１）化学式ＬｉＭＯ２（Ｍは少なくとも１種の遷移金属）で表されるもの、または、２）スピネルマンガンなどを用いることができる。あるいは、正極活物質として、３）マンガン酸リチウム、ニッケル酸リチウムまたはコバルト酸リチウムなどの材料のうちＭｎ、ＮｉまたはＣｏなどの一部を、１種または２種以上の遷移金属元素で置換したものを用いることができる。さらに、正極活物質として、３）に記載した材料のうち遷移金属の一部をＭｇ、Ａｌなどの金属元素で置換したものを用いることもできる。この他にも、正極活物質として、リン酸塩化合物、ＬｉＦｅＰＯ４、ＬｉＭｎＰＯ４、ＬｉＭｎＸＭ１−ＸＰＯ４（０．３≦ｘ≦１、ＭはＬｉ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、ＭｇおよびＺｒから選ばれる一種以上の元素）を用いることができる。【0048】
導電剤として、公知の導電剤を用いることができ、例えば黒鉛、アセチレンブラック、カーボンブラックまたは炭素繊維などの炭素系導電剤を用いることができる。ただし、導電剤として用いられる材料は、これらの材料に限定されない。【0049】
結着剤、すなわちバインダーとして、公知の結着剤を用いることができ、例えばポリフッ化ビニリデン、スチレン・ブタジエンゴム、イソプレンゴムなどを用いることができる。ただし、結着剤として用いられる材料は、これらの材料に限定されない。【0050】
本実施の形態１では、後述する実施例１〜４において、正極活物質として、金属酸化物のマンガン酸リチウムを用い、結着剤として、ポリフッ化ビニリデン（以下、ＰＶＤＦと称する）を用い、導電剤として、アセチレンブラックを用いている。【0051】
負極板６ｂは、板状に形成され、高い導電性と柔軟性を有する材料、例えば銅またはニッケルからなる負極集電体と、負極集電体の両面に設けられ、負極活物質、結着剤および導電剤を含む合剤層と、を有している。【0052】
負極活物質として、１）黒鉛あるいは非晶質炭素などの炭素系の材料、２）Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２などの酸化物系の材料、３）スズまたはシリコンなどの金属系材料または合金系材料を用いることができる。【0053】
導電剤として、公知の導電剤を用いることができ、例えば黒鉛、アセチレンブラック、カーボンブラックまたは炭素繊維などの炭素系導電剤を用いることができる。ただし、導電剤として用いられる材料は、これらの材料に限定されない。【0054】
結着剤、すなわちバインダーとして、公知の結着剤を用いることができ、例えばポリフッ化ビニリデン、スチレン・ブタジエンゴム、イソプレンゴムなどを用いることができる。ただし、結着剤として用いられる材料は、これらの材料に限定されない。【0055】
本実施の形態１では、後述する実施例１〜４において、負極活物質として、グラファイトを用い、結着剤として、ＰＶＤＦを用い、導電剤として、アセチレンブラックを用いている。【0056】
セパレータ８は、リチウムイオンが通過可能なポリオレフィン系または不織布などの多孔質材により、シート状に形成されている。ポリオレフィン系の材料として、ポリプロピレンまたはポリエチレンが挙げられ、不織布の材料として、ガラスまたは紙等が挙げられる。なお、セパレータ８は、正極板６ａと負極板６ｂとが積層状態で接触することを防止できる大きさを有する。【0057】
本実施の形態１の二次電池は、複数の集電タブ１０を有する。複数の集電タブ１０の各々は、複数の電極板６の各々の端部にそれぞれ設けられている。複数の集電タブ１０のうち、一部の複数の集電タブ１０が、第１極性を有する集電タブ１０であり、他の複数の集電タブ１０が、第１極性と反対の第２極性を有する集電タブ１０である。したがって、複数の集電タブ１０のうち、一部の複数の集電タブ１０が正極用の集電タブ１０ａであり、他の複数の集電タブ１０が負極用の集電タブ１０ｂである。すなわち、本実施の形態１の二次電池は、複数の正極板６ａの各々の端部にそれぞれ設けられた複数の集電タブ１０ａを有する。また、本実施の形態１の二次電池は、複数の負極板６ｂの各々の端部にそれぞれ設けられた複数の集電タブ１０ｂを有する。【0058】
なお、集電タブのことを、電極タブとも称する（後述する実施の形態２参照）。【0060】
図４に示すように、負極板６ｂ、セパレータ８、正極板６ａおよびセパレータ８が、この順にＺ軸方向に積層された積層体を、最小単位の積層体とすることができ、この最小単位の積層体を、電極小束１１と称する。電極小束１１は、正極板６ａの端部に設けられた集電タブ１０ａと、負極板６ｂの端部に設けられた集電タブ１０ｂとを含む。【0061】
図５に示すように、複数の電極小束１１がＺ軸方向に配列された配列体、すなわち、複数の電極小束１１がＺ軸方向に束ねられた集合体を、電極束１２と称する。【0062】
本実施の形態１の二次電池は、電極束１２ごとに２つの集電板１３を有する。集電板１３には、複数の電極板６の各々の端部にそれぞれ設けられた複数の集電タブ１０が、まとめて接続されている。【0063】
２つの集電板１３のうち、一方が、第１極性を有する集電板であり、他方が、第１極性と反対の第２極性を有する集電板である。したがって、２つの集電板１３のうち、一方が正極用の集電板１３ａであり、他方が負極用の集電板１３ｂである。すなわち、集電板１３ａには、電極束１２に含まれた複数の正極板６ａの各々の端部にそれぞれ設けられた複数の集電タブ１０ａが、まとめて接続されている。また、集電板１３ｂには、電極束１２に含まれた複数の負極板６ｂの各々の端部にそれぞれ設けられた複数の集電タブ１０ｂが、まとめて接続されている。【0064】
集電タブ１０と集電板１３との接続方法は、特に限定されない。したがって、集電タブ１０と集電板１３とは、例えば集電タブ１０と集電板１３との間の接続抵抗が小さくなり、かつ、接続の際に火花または金属粉が発生しないような接続方法により接続される。あるいは、集電タブ１０と集電板１３とは、例えば集電タブ１０と集電板１３との間の接続抵抗が小さくなり、かつ、接続の際に火花や金属粉が発生したとしても接続される部分の周囲に火花または金属粉が飛散しないように工夫された接合方法により接続される。具体的には、複数の集電タブ１０と集電板１３とは、超音波溶接またはレーザー溶接等により接続される。なお、図６に示すように、複数の集電タブ１０と集電板１３とが接合されている部分を、接合部ＢＤと称する。【0065】
図６に示すように、１つの電極束１２と、２つの集電板１３、すなわち集電板１３ａおよび１３ｂとからなる集合体を、小電極群１４と称する。そして、複数の小電極群１４がＺ軸方向に配列された配列体、すなわち、複数の小電極群１４がＺ軸方向に束ねられた集合体が、前述した電極群９である。【0066】
なお、図５では、一例として、３つの電極小束１１からなる電極束１２を示しているが、図２では、他の例として、４つの電極小束１１からなる電極束１２を示している。また、図２では、一例として、２つの小電極群１４からなる電極群９を示している。【0067】
図２に示すように、電極群９のＺ方向における両端面に、それぞれ負極板６ｂが配置されることが好ましい。すなわち、電極群９の電槽１の内壁と向き合う端面に、負極板６ｂが配置され、電槽１の内壁と負極板６ｂとが対向することが好ましい。これにより、負極板６ｂに比べ、他の部材と接触して短絡しやすい正極板６ａが、電槽１の内壁と対向しないため、正極板６ａと電槽１の内壁とが接触して短絡することを防止することができる。【0068】
＜集電板の接続構造＞次に、集電板の接続構造について説明する。ここでは、集電板に３つの孔が形成されており、２本の貫通ボルトと１本のねじ込みボルトとにより、または、１本の貫通ボルトと２本のねじ込みボルトとにより、集電板が電極端子に接続される場合を例示して説明する。
【0069】
本願明細書では、貫通ボルトおよびねじ込みボルトの各々は、ボルト部材であるが、ボルトは、ネジの一種であるため、貫通ボルトおよびねじ込みボルトの各々は、ネジ部材でもある。そして、図１１を用いて後述するように、貫通ボルトは、その長さが相対的に大きく、すなわち長く、軸部の外周面にネジ山またはネジ溝が形成されているため、大ネジまたは長ネジとも称されるネジ部材である。一方、ねじ込みボルトは、その長さが相対的に小さく、すなわち短く、軸部の外周面にネジ山またはネジ溝が形成されているため、小ネジまたは短ネジとも称されるネジ部材である。【0070】
また、本願明細書では、２本の貫通ボルトと１本のねじ込みボルトとにより集電板が電極端子に接続される、とは、Ｚ軸方向における電極端子の一方の端面において、２本の貫通ボルトと１本のねじ込みボルトとにより、集電板が電極端子に接続されることを意味する。したがって、後述する図９に示すように、２本の貫通ボルトと２本のねじ込みボルトとにより集電板が電極端子の両端面のそれぞれに接続される場合でも、本願明細書では、２本の貫通ボルトと１本のねじ込みボルトとにより、集電板が電極端子に接続される場合に相当する。【0071】
図７および図８は、電極端子、集電板および押さえ板を示す分解斜視図である。図９〜図１１は、集電板の接続構造の各種の例を示す断面図である。なお、図７では、集電板が電極端子の両端面に接続される場合を示し、図８では、集電板が電極端子の一方の端面のみに接続される場合を示す。また、図９〜図１１は、Ｙ軸方向に垂直な断面図である。【0072】
本実施の形態１の二次電池は、２つの押さえ板１５を有する。押さえ板１５は、集電板１３を挟んで電極端子４に取り付けられた取付板である。２つの押さえ板１５のうち、一方が、第１極性を有する押さえ板１５であり、他方が、第１極性と反対の第２極性を有する押さえ板１５である。したがって、２つの押さえ板１５のうち、一方が正極用の押さえ板１５ａであり、他方が負極用の押さえ板１５ｂである。すなわち、押さえ板１５ａは、集電板１３ａを挟んで正極端子４ａに取り付けられた取付板であり、押さえ板１５ｂは、集電板１３ｂを挟んで負極端子４ｂに取り付けられた取付板である。【0073】
好適には、押さえ板１５の厚みは３ｍｍ以上であることが好ましい。これにより、押さえ板１５の部材の剛性を十分に確保し、集電板１３を均一に押さえることができる。【0074】
Ｚ軸方向における電極端子４の一方の端面４１は、集電板１３と接続される接続面である。端面４１は、Ｚ軸方向に垂直な平面である。また、端面４１は、例えば矩形形状を有しており、端面４１のＸ軸方向の長さは、端面４１のＹ軸方向の長さよりも大きい。【0075】
Ｚ軸方向における電極端子４の一方の端面４１には、１つ以上の貫通孔１６と、１つ以上のネジ穴１７とが形成されている。貫通孔１６は、電極端子４の一方の端面４１から電極端子４を貫通して端面４１と反対側の端面４２（例えば図９参照）に達する貫通孔であり、ネジ部材である貫通ボルト１８を貫通させるための貫通孔である。また、ネジ穴１７は、ネジ部材であるねじ込みボルト１９を締結するためのネジ穴である。貫通ボルト１８およびねじ込みボルト１９は、電極端子４に押さえ板１５を取り付けるためのものである。図７〜図９では、端面４１に、２つの貫通孔１６と、１つのネジ穴１７とが形成されている例を示す。【0076】
押さえ板１５のうち、貫通孔１６に対応した位置、すなわちＺ軸方向から視たときに貫通孔１６と重なり合う位置には、貫通孔１６１が形成されており、ネジ穴１７に対応した位置、すなわちネジ穴１７と重なり合う位置には、貫通孔１７１が形成されている。貫通孔１６１は、貫通ボルト１８を貫通させるためのネジ用孔であり、貫通孔１７１は、ねじ込みボルト１９を貫通させるためのネジ用孔である。【0077】
集電板１３のうち、貫通孔１６に対応した位置、すなわちＺ軸方向から視たときに貫通孔１６と重なり合う位置には、貫通孔１６２が形成されており、ネジ穴１７に対応した位置、すなわちネジ穴１７と重なり合う位置には、貫通孔１７２が形成されている。貫通孔１６２は、貫通ボルト１８を貫通させるためのネジ用孔であり、貫通孔１７２は、ねじ込みボルト１９を貫通させるためのネジ用孔である。【0078】
図７および図８に示すように、電極端子４が正極端子４ａである場合、正極端子４ａの一方の端面４１に、貫通ボルト１８ａを貫通させるための貫通孔１６ａと、ねじ込みボルト１９ａを締結するためのネジ穴１７ａと、が形成されている。貫通ボルト１８ａおよびねじ込みボルト１９ａは、正極端子４ａに押さえ板１５ａを取り付けるためのものである。また、押さえ板１５ａのうち、貫通孔１６ａに対応した位置には、貫通孔１６１ａが形成され、ネジ穴１７ａに対応した位置には、貫通孔１７１ａが形成されている。さらに、集電板１３ａのうち、貫通孔１６ａに対応した位置には、貫通孔１６２ａが形成され、ネジ穴１７ａに対応した位置には、貫通孔１７２ａが形成されている。【0079】
図７および図８に示すように、電極端子４が負極端子４ｂである場合、負極端子４ｂの一方の端面４１に、貫通ボルト１８ｂを貫通させるための貫通孔１６ｂと、ねじ込みボルト１９ｂを締結するためのネジ穴１７ｂと、が形成されている。貫通ボルト１８ｂおよびねじ込みボルト１９ｂは、負極端子４ｂに押さえ板１５ｂを取り付けるためのものである。また、押さえ板１５ｂのうち、貫通孔１６ｂに対応した位置には、貫通孔１６１ｂが形成され、ネジ穴１７ｂに対応した位置には、貫通孔１７１ｂが形成されている。さらに、集電板１３ｂのうち、貫通孔１６ｂに対応した位置には、貫通孔１６２ｂが形成され、ネジ穴１７ｂに対応した位置には、貫通孔１７２ｂが形成されている。【0080】
なお、図７および図８では、電極端子４と押さえ板１５との間に、１枚の集電板１３が配置されている例を示すが、例えば図９に示すように、電極端子４と押さえ板１５との間には、複数の集電板１３がＺ軸方向に互いに重ねて配置されていてもよい。【0081】
貫通孔１６１と、貫通孔１６２と、貫通孔１６とが重なり、かつ、貫通孔１７１と、貫通孔１７２と、ネジ穴１７とが重なるように、電極端子４と押さえ板１５との間に、複数の集電板１３を重ねて配置する。また、このように配置された状態で、貫通ボルト１８に、貫通孔１６１と、貫通孔１６２と、貫通孔１６とを貫通させ、ねじ込みボルト１９に、貫通孔１７１と、貫通孔１７２とを貫通させる。そして、貫通孔１６１と、貫通孔１６２と、貫通孔１６とを貫通した貫通ボルト１８が、電極端子４を挟んで押さえ板１５と反対側でナット２０と締結され、かつ、貫通孔１７１と、貫通孔１７２とを貫通したねじ込みボルト１９が、ネジ穴１７に締結される。これにより、集電板１３を挟んで電極端子４に押さえ板１５が取り付けられ、集電板１３が電極端子４に接続される。【0082】
なお、図７〜図９に示す例では、電極端子４の端面４１に、２番目の貫通ボルト１８を貫通させるための２番目の貫通孔１６が形成されている。また、押さえ板１５のうち、２番目の貫通孔１６に対応した位置には、２番目の貫通孔１６１が形成され、集電板１３のうち、２番目の貫通孔１６に対応した位置には、２番目の貫通孔１６２が形成されている。そして、２番目の貫通孔１６１と、２番目の貫通孔１６２と、２番目の貫通孔１６とを貫通した２番目の貫通ボルト１８が、電極端子４を挟んで押さえ板１５と反対側で２番目のナット２０と締結されることにより、集電板１３を挟んで電極端子４に押さえ板１５が取り付けられ、集電板１３が電極端子４に接続される。【0083】
図７〜図９に示すように、１本の貫通ボルト１８と１つのナット２０とにより、電極端子４の端面４１に、集電板１３を挟んで押さえ板１５を取り付け、電極端子４の端面４２に、別の集電板１３を挟んで別の押さえ板１５を取り付けることができる。したがって、図７、図９および図１０に示すように、１本の貫通ボルト１８と１つのナット２０とにより、ある集電板１３を電極端子４の端面４１に接続し、別の集電板１３を電極端子４の端面４２に接続することができる。あるいは、図８および図１１に示すように、１本の貫通ボルト１８と１つのナット２０とにより、集電板１３を挟んで電極端子４の端面４１のみに押さえ板１５を取り付け、電極端子４の端面４１のみに集電板１３を接続することもできる。【0084】
図１１に示すように、Ｚ軸方向における電極端子４の厚さを厚さＴ１とする。Ｚ軸方向における電極端子４の厚さＴ１は、貫通孔１６の長さに等しい。また、貫通ボルト１８が、貫通孔１６に挿入可能な軸部１８１と、貫通孔１６に挿入可能でない頭部１８２とを含むものとし、軸部１８１の長さを長さＬ１とする。さらに、ねじ込みボルト１９が、ネジ穴１７に挿入可能な軸部１９１と、ネジ穴１７に挿入可能でない頭部１９２とを含むものとし、軸部１９１の長さをＬ２とする。そして、電極端子４の一方の端面４１側に配置される押さえ板１５のＺ軸方向における厚さと、電極端子４の一方の端面４１と押さえ板１５との間に挟まれる複数の集電板１３のそれぞれの厚さとの総和を厚さＴ２とする。このとき、貫通ボルト１８の軸部１８１の長さＬ１は、厚さＴ１と厚さＴ２との総和よりも大きい。一方、ねじ込みボルト１９の軸部１９１の長さＬ２は、厚さＴ１と厚さＴ２との総和よりも小さい。なお、ネジ穴１７の長さは、ネジ込みボルト１９の軸部１９１の長さＬ２と等しいか、または、長さＬ２よりも大きい。【0085】
このような長さの関係により、貫通ボルト１８の軸部１８１の長さＬ１は、ねじ込みボルト１９の軸部１９１の長さＬ２よりも大きくなる。すなわち、前述したように、貫通ボルト１８は、その長さが相対的に大きく、すなわち長く、軸部１８１の外周面にネジ山またはネジ溝が形成されているため、大ネジまたは長ネジと称されるネジ部材である。一方、ねじ込みボルト１９は、その長さが相対的に小さく、すなわち短く、軸部１９１の外周面にネジ山またはネジ溝が形成されているため、小ネジまたは短ネジと称されるネジ部材である。【0086】
特に、厚さＴ２が厚さＴ１に比べて小さく、厚さＴ１に対して厚さＴ２を無視することができる場合には、貫通ボルト１８の軸部１８１の長さＬ１は、厚さＴ１よりも大きく、ねじ込みボルト１９の軸部１９１の長さＬ２は、厚さＴ１よりも小さい。【0087】
なお、図７〜図１１では、図示は省略するが、ナット２０の内周面には、ネジ溝またはネジ山が形成されており、貫通ボルト１８の軸部１８１のうち、頭部１８２と反対側の部分であって、ナット２０と締結される部分の外周面には、ナット２０の内周面に形成されたネジ溝またはネジ山と螺合するように、ネジ山またはネジ溝が形成されている。【0088】
一方、図７〜図１１では、図示は省略するが、ネジ穴１７の内周面には、ネジ溝またはネジ山が形成されており、ねじ込みボルト１９の軸部１９１のうち、頭部１９２と反対側の部分であって、ネジ穴１７に締結される部分の外周面には、ネジ穴１７の内周面に形成されたネジ溝またはネジ山と螺合するように、ネジ山またはネジ溝が形成されている。【0089】
図７〜図９に示すように、好適には、ナット部材であるナット２０は、ダブルナットからなる。これにより、二次電池の内部に高温部分と低温部分とが周期的に発生することにより、すなわちヒートサイクルにより、ナット２０が緩むことを、防止または抑制することができる。これは、貫通ボルト１８とナット２０との締結により電極端子４に集電板１３を接続する場合、電極端子４に集電板１３を電気的に接続する機能よりも、電極端子４に集電板１３を機械的に接続、すなわち固定する機能を、より発揮させるためである。【0090】
なお、ナット２０は、シングルナットからなるものでもよい。あるいは、貫通ボルト１８およびナット２０として、回転緩み止め機能などを有するものを用いることもできる。【0091】
一方、ネジ穴１７は、前述したように、ネジ穴１７の内周面に例えばネジ溝加工が施され、ネジ溝またはネジ山が形成されているものであればよく、例えば端面４１から電極端子４を貫通して端面４２に達する貫通孔であってもよい。また、ねじ込みボルト１９とネジ穴１７との間の接触面積が大きいことが好ましい。これは、ねじ込みボルト１９の締結により電極端子４に集電板１３を接続する場合、電極端子４に集電板１３を機械的に接続、すなわち固定する機能よりも、電極端子４に集電板１３を電気的に接続する機能を、より発揮させるためである。【0092】
図７〜図９に示すように、好適には、ネジ穴１７は、電極端子４の端面４１の中心部に形成されている。また、好適には、２つの貫通孔１６のうち一方は、電極端子４の端面４１のうち、端面４１の中心部の第１の側に位置する部分に形成されており、２つの貫通孔１６のうち他方は、電極端子４の端面４１のうち、端面４１の中心部の第１の側と反対側に位置する部分に形成されている。これにより、電極端子４のうち集電板１３と接続される接続面である端面４１内において、集電板１３が電極端子４に押さえ付けられる圧力の均一性を向上させることができる。【0093】
さらに好適には、ネジ穴１７は、電極端子４の端面４１の重心位置に形成されている。また、好適には、２つの貫通孔１６のうち一方は、電極端子４の端面４１内で、端面４１の重心から離れた第１位置に形成されており、２つの貫通孔１６のうち他方は、電極端子４の端面４１内で、端面４１の重心を中心として、第１位置と対称な位置である第２位置に形成されている。これにより、端面４１内において、集電板１３が電極端子４に押さえ付けられる圧力の均一性をさらに向上させることができる。【0094】
なお、ネジ穴１７が、端面４１の重心位置に形成されているとは、端面４１に垂直な方向から視たときに、端面４１の重心位置がネジ穴１７に内包されるように、ネジ穴１７が形成されていることを意味する。また、好適には、ネジ穴１７が、端面４１の重心位置に形成されているとは、端面４１に垂直な方向から視たときに、端面４１の重心位置が、ネジ穴１７の中心位置と同一の位置になるように、ネジ穴１７が形成されていることを意味する。ネジ穴１７に代え、貫通孔１６が形成される場合も、同様である。【0095】
また、第２位置が、端面４１の重心を中心として、第１位置と対称な位置でなくても、端面４１の重心と第１位置とを結ぶ直線上であって、端面４１の重心を挟んで第１位置と反対側に位置する位置であれば、端面４１内において、集電板１３が電極端子４に押さえ付けられる圧力の均一性をある程度向上させることができる。【0096】
図７〜図９では、電極端子４の端面４１に、２つの貫通孔１６と１つのネジ穴１７とを形成し、２本の貫通ボルト１８と１本のねじ込みボルト１９とにより、集電板１３を挟んで押さえ板１５が電極端子４に取り付けられている例を示す。しかし、図１０に示すように、貫通ボルト１８の本数とねじ込みボルト１９の本数とを互いに入れ替え、電極端子４の端面４１に、１つの貫通孔１６と２つのネジ穴１７とを形成し、１本の貫通ボルト１８と２本のねじ込みボルト１９とにより、集電板１３を挟んで押さえ板１５が電極端子４に取り付けられていてもよい。【0097】
ただし、貫通ボルト１８とナット２０とを締結することにより押さえ板１５を電極端子４に取り付ける場合、ねじ込みボルト１９をネジ穴１７に締結することにより押さえ板１５を電極端子４に取り付ける場合に比べ、端面４１内において、集電板１３が電極端子４に押さえ付けられる圧力の均一性が高い。したがって、図１０に示すように、端面４１に、１つの貫通孔１６と２つのネジ穴１７とを形成する場合に比べれば、図７〜図９に示すように、端面４１に、２つの貫通孔１６と１つのネジ穴１７とを形成する場合が、より好ましい。【0098】
ただし、図７〜図９に示すように、電極端子４の端面４１に、２つの貫通孔１６と１つのネジ穴１７とを形成する場合でも、２つの貫通孔１６が１つのネジ穴１７に対して同じ側に偏って配置された場合には、端面４１内において、集電板１３が電極端子４に押さえ付けられる圧力の均一性が低下する。したがって、前述したように、端面４１内で、２つの貫通孔１６が１つのネジ穴１７を挟んで反対側に形成されることが好ましい。【0099】
なお、電極端子４と集電板１３との接続面、すなわち電極端子４の端面４１が矩形形状を有する場合、貫通孔１６の直径は、端面４１の短辺の長さよりも小さく、かつ、貫通ボルト１８の頭部の直径は、端面４１の短辺の長さよりも小さい。そして、貫通孔１６の直径は、貫通ボルト１８とナット２０との締結により集電板１３を十分な機械的強度で電極端子４に接続することができる下限値以上であり、貫通ボルト１８の頭部の直径は、貫通ボルト１８とナット２０との締結により集電板１３を十分な機械的強度で電極端子４に接続することができる下限値以上である。【0100】
＜集電板の接続構造の第１変形例＞次いで、集電板の接続構造の第１変形例について説明する。この第１変形例では、集電板に２つの孔が形成されており、１本の貫通ボルトと１本のねじ込みボルトとにより、集電板が電極端子に接続される場合を例示して説明する。なお、貫通ボルトとねじ込みボルトの配置以外については、前述した２本の貫通ボルトと１本のねじ込みボルトとにより、または、１本の貫通ボルトと２本のねじ込みボルトとにより、集電板が電極端子に接続される場合と同様である。
【0102】
図１２〜図１４に示すように、本第１変形例では、Ｚ軸方向における電極端子４の一方の端面４１には、１つの貫通孔１６と、１つのネジ穴１７とが形成されている。また、図１２および図１３に示すように、１本の貫通ボルト１８と１つのナット２０とにより、電極端子４の端面４１に、集電板１３を挟んで押さえ板１５を取り付け、電極端子４の端面４２に、別の集電板１３を挟んで別の押さえ板１５を取り付けることができる。したがって、図１２および図１３に示すように、１本の貫通ボルト１８と１つのナット２０とにより、ある集電板１３を電極端子４の端面４１に接続し、別の集電板１３を電極端子４の端面４２に接続することができる。あるいは、図１４に示すように、１本の貫通ボルト１８と１つのナット２０とにより、集電板１３を挟んで電極端子４の端面４１のみに押さえ板１５を取り付け、電極端子４の端面４１のみに集電板１３を接続することもできる。【0103】
また、図１３に示すように、Ｘ軸方向における端面４１の重心の位置を、Ｘ軸方向における端面４２の重心の位置と異ならせることができる。例えば、Ｙ軸方向から視たときに、矩形形状を有する電極端子４の対角に位置する一対の角部の各々が面取りされることにより、Ｘ軸方向における端面４１の重心の位置を、Ｘ軸方向における端面４２の重心の位置と異ならせることができる。【0104】
好適には、貫通孔１６は、電極端子４の端面４１のうち、端面４１の中心部の第１の側に位置する部分に形成されており、ネジ穴１７は、電極端子４の端面４１のうち、端面４１の中心部の第１の側と反対側に位置する部分に形成されている。これにより、電極端子４のうち集電板１３と接続される接続面である端面４１内において、集電板１３が電極端子４に押さえ付けられる圧力の均一性を向上させることができる。【0105】
さらに好適には、貫通孔１６は、電極端子４の端面４１内で、端面４１の重心から離れた第１位置に形成されており、ネジ穴１７は、電極端子４の端面４１内で、端面４１の重心を中心として、第１位置と対称な位置である第２位置に形成されている。これにより、端面４１内において、集電板１３が電極端子４に押さえ付けられる圧力の均一性をさらに向上させることができる。【0106】
なお、第２位置が、端面４１の重心を中心として、第１位置と対称な位置でなくても、端面４１の重心と第１位置とを結ぶ直線上であって、端面４１の重心を挟んで第１位置と反対側に位置する位置であれば、端面４１内において、集電板１３が電極端子４に押さえ付けられる圧力の均一性をある程度向上させることができる。あるいは、第２位置は、端面４１の重心を通りＹ軸方向に平行な直線を中心として、第１位置と対称な位置であってもよい。このとき、第１位置と第２位置とは、端面４１の重心を中心とする扇形状の円弧の両端のそれぞれの位置である。【0107】
＜集電板の接続構造の第２変形例＞次いで、集電板の接続構造の第２変形例について説明する。この第２変形例では、集電板に４つの孔が形成され、２本の貫通ボルトと２本のねじ込みボルトとにより、集電板が電極端子に接続される。なお、貫通ボルトとねじ込みボルトとの配置以外については、前述した２本の貫通ボルトと１本のねじ込みボルトとにより、または、１本の貫通ボルトと２本のねじ込みボルトとにより、集電板が電極端子に接続される場合と同様である。
【0108】
図１５は、電極端子、集電板および押さえ板を示す分解斜視図である。【0109】
図１５に示すように、本第２変形例では、Ｚ軸方向における電極端子４の一方の端面４１には、２つの貫通孔１６と、２つのネジ穴１７とが形成されている。また、図１５に示すように、１本の貫通ボルト１８と１つのナット２０とにより、電極端子４の端面４１に、集電板１３を挟んで押さえ板１５を取り付け、電極端子４の端面４１と反対側の端面に、別の集電板１３を挟んで別の押さえ板１５を取り付けることができる。したがって、１本の貫通ボルト１８と１つのナット２０とにより、ある集電板１３を、電極端子４の端面４１に接続し、別の集電板１３を、電極端子４の端面４１と反対側の端面に接続することができる。あるいは、図示は省略するが、１本の貫通ボルト１８と１つのナット２０とにより、集電板１３を挟んで電極端子４の端面４１のみに押さえ板１５を取り付け、電極端子４の端面４１のみに集電板１３を接続することもできる。【0110】
表１は、電極端子４の端面４１内における、２つの貫通ボルトと２つのねじ込みボルトとの配置パターンの例を示す。表１では、パターンＰＴ１〜パターンＰＴ４までの４つのパターンについて、Ｘ軸方向における一方の側から他方の側、すなわち左側から右側にかけて配列した４つの位置を、順に、左端位置ＰＳ１、左中位置ＰＳ２、右中位置ＰＳ３および右端位置ＰＳ４としている。また、表１では、左端位置ＰＳ１、左中位置ＰＳ２、右中位置ＰＳ３および右端位置ＰＳ４のうち、ある位置に、貫通ボルトが配置されているとは、その位置に貫通孔１６が形成されていることを意味する。そして、表１では、左端位置ＰＳ１、左中位置ＰＳ２、右中位置ＰＳ３および右端位置ＰＳ４のうち、ある位置に、ねじ込みボルトが配置されているとは、その位置にネジ穴１７が形成されていることを意味する。【0111】
【表1】
【0112】
表１のパターンＰＴ１に示す場合、すなわち図１５に示す場合、好適には、ネジ穴１７が形成された右中位置ＰＳ３は、別のネジ穴１７が形成された左中位置ＰＳ２と、端面４１の中心部を挟んで反対側の位置である。これにより、電極端子４のうち集電板１３と接続される接続面である端面４１内において、集電板１３が電極端子４に押さえ付けられる圧力の均一性を向上させることができる。また、表１のパターンＰＴ４に示す場合も、貫通ボルトとねじ込みボルトとが互いに入れ替えられている点を除いて、表１のパターンＰＴ１に示す場合と同様である。【0113】
表１のパターンＰＴ１に示す場合、すなわち図１５に示す場合、さらに好適には、貫通孔１６が形成された右端位置ＰＳ４は、別の貫通孔１６が形成された左端位置ＰＳ１と、端面４１の重心を中心として、対称な位置である。また、ネジ穴１７が形成された右中位置ＰＳ３は、別のネジ穴１７が形成された左中位置ＰＳ２と、端面４１の重心を中心として、対称な位置である。これにより、端面４１内において、集電板１３が電極端子４に押さえ付けられる圧力の均一性をさらに向上させることができる。また、表１のパターンＰＴ４に示す場合も、貫通ボルトとねじ込みボルトとが互いに入れ替えられている点を除いて、表１のパターンＰＴ１に示す場合と同様である。【0114】
その他、表１のパターンＰＴ２およびパターンＰＴ３に示す場合でも、左端位置ＰＳ１および左中位置ＰＳ２に形成された貫通孔１６またはネジ穴１７の種類の組み合わせと、右中位置ＰＳ３および右端位置ＰＳ４に形成された貫通孔１６またはネジ穴１７の種類の組み合わせとが、同じになる。したがって、右中位置ＰＳ３が、端面４１の中心部を挟んで左中位置ＰＳ２と反対側の位置である場合には、表１のパターンＰＴ１およびパターンＰＴ４に比べれば少し効果が小さくなるものの、集電板１３が電極端子４に押さえ付けられる圧力の均一性を向上させる効果がある程度得られる。【0115】
＜貫通ボルトおよびねじ込みボルトの一方のみを用いる場合との比較＞例えば貫通ボルト１８のみを用いて、電極端子４に集電板１３を接続する場合を考える。この場合、電極端子４に集電板１３を機械的に確実に接続、すなわち固定することができる。しかし、押さえ板１５と電極端子４との間に複数の集電板１３が重ねて配置される場合、集電板１３の各々と電極端子４との間の接触抵抗が増大するおそれがあり、充放電を行う際の電流値を容易に増加させることができない。
【0116】
一方、ねじ込みボルト１９のみを用いて電極端子４に集電板１３を接続する場合を考える。この場合、電極端子４に集電板１３を電気的に確実に接続することができる。しかし、外部から微小な振動が二次電池に継続して加えられるか、または、充放電に伴って二次電池が発熱することなどにより、ねじ込みボルト１９の締結が緩むおそれがある。ここで、ねじ込みボルト１９が緩むことを防止することは容易ではない。そのため、集電板１３と電極端子４との間の接触抵抗のばらつきが大きくなり、二次電池の信頼性が低下するおそれがある。【0117】
本実施の形態１では、集電板１３が、貫通ボルト１８およびナット２０と、ねじ込みボルト１９との両方を併用して、電極端子４に接続される。このとき、貫通ボルト１８とナット２０との締結により、集電板１３と電極端子４との間の接触抵抗のばらつきを低減することができる。また、ねじ込みボルト１９の締結により、充放電を行う際の電流値を容易に増加させることができる。したがって、二次電池において、充放電を行う際の電流値として十分大きな値を確保しつつ、安全性および信頼性を向上させることができる。【0118】
なお、押さえ板１５を用いずに集電板１３を電極端子４に接続した場合、貫通ボルト１８またはねじ込みボルト１９から離れた部分の集電板１３が、電極端子４に接触しないおそれがある。したがって、集電板１３の各々と電極端子４との間の接触抵抗が増大するおそれがあり、充放電を行う際の電流値を容易に増加させることができない。【0119】
本実施の形態１では、集電板１３が、押さえ板１５を用いて、電極端子４に接続される。押さえ板１５の面積は、電極端子４の端面４１と略等しい面積である。これにより、電極端子４のうち集電板１３と接続される接続面である端面４１内において、集電板１３が電極端子４に押さえ付けられる圧力の均一性を向上させることができ、充放電を行う際の電流値を容易に増加させることができる。したがって、二次電池において、充放電を行う際の電流値として十分大きな値を確保しつつ、安全性および信頼性を向上させることができる。【0120】
なお、上記した集電板の接続構造は、正極端子４ａおよび負極端子４ｂのうち一方のみに集電板１３が接続される場合にも適用することができる。また、上記した集電板の接続構造が、正極端子４ａおよび負極端子４ｂのうち一方のみに適用された場合でも、上記した集電板の接続構造が、正極端子４ａおよび負極端子４ｂのいずれにも適用されない場合に比べ、適用された電極端子４については、集電板１３が電極端子４に押さえ付けられる圧力の均一性を向上させることができる。したがって、二次電池において、充放電を行う際の電流値として十分大きな値を確保しつつ、安全性および信頼性を向上させることができる。【0121】
＜実施の形態１の実施例＞次に、本実施の形態１における、リチウムイオン電池としての二次電池の実施例を説明する。
【0122】
本実施の形態１の実施例のリチウムイオン電池は、本実施の形態１で説明したリチウムイオン電池と同様に作製した。具体的には、１枚の正極板６ａと１枚の負極板６ｂとがセパレータ８を介して積層された電極小束１１を、図１のＺ軸方向に１５束積層することなどにより、電極束１２を形成した。このとき、１５枚の正極板６ａの各々の集電タブ１０ａが正極用の集電板１３ａに超音波溶接でまとめて接続され、１６枚の負極板６ｂの各々の集電タブ１０ｂが負極用の集電板１３ｂに超音波溶接でまとめて接続されることにより、小電極群１４が形成された。そして、電極束１２、すなわち小電極群１４を図１のＺ軸方向に１６束配列して電極群９を形成することにより、リチウムイオン電池を作製した。【0123】
Ｚ軸方向から視たときの電極端子４の端面４１の形状は矩形形状、すなわち長方形状であり、Ｘ軸方向の長さがＹ軸方向の長さよりも大きい。そして、前述した１６束の小電極群１４のうち８束の小電極群１４、すなわち８枚の集電板１３を、端面４１に接続し、残りの８束の小電極群１４、すなわち８枚の集電板１３を、端面４２に接続した。また、特に言及する場合を除き、貫通ボルト１８を、ダブルナットからなるナット２０と締結した。【0124】
なお、電解液として、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートとを混合した溶液に、六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ６）を溶解したものを用いた。また、セパレータとして、ポリエチレン多孔質材料を用いた。【0125】
＜実施例１＞実施例１の二次電池を作製した。実施例１の二次電池では、２本の貫通ボルト１８と１本のねじ込みボルト１９とにより、集電板１３が電極端子４に接続された。例えば図１１に示したように、電極端子４の端面４１の重心位置に、ネジ穴１７が形成され、端面４１のうち、Ｘ軸方向において端面４１の重心を中心として互いに対称な２つの位置の各々に、貫通孔１６が形成された。
【0126】
なお、前述したのと同様に、２本の貫通ボルト１８と１本のねじ込みボルト１９とにより、集電板１３が電極端子４に接続された、とは、電極端子４の端面４１および端面４２のうち一方の端面において、２本の貫通ボルト１８と１本のねじ込みボルト１９とにより、集電板１３が電極端子４に接続されたことを意味する。【0127】
＜比較例１＞一方、比較例１の二次電池を作製した。比較例１の二次電池は、２本の貫通ボルト１８のみにより、集電板１３が電極端子４に接続された点で、実施例１の二次電池と異なる。
【0128】
＜電極端子と集電板との間の抵抗測定＞このようにして作製した実施例１および比較例１の二次電池について、集電板１３と電極端子４との間の接触抵抗を測定した。その結果を、図１６のグラフに示す。図１６の横軸は、集電板１３の位置を示し、図１６の縦軸は、集電板１３と電極端子４との間の接触抵抗の抵抗値を示す。図１６の横軸では、Ｚ軸方向に重ねて配置され、電極端子４と押さえ板１５との間に配置されている８枚の集電板１３のうち、電極端子４の端面４１に最も近い位置に配置されているものを１枚目として表示し、電極端子４の端面４１から最も遠い位置に配置されているものを８枚目として表示した。また、図１６の縦軸に示す抵抗値は、比較例１における５枚目の集電板１３と電極端子４との間の抵抗値により規格化されている。
【0129】
図１６の比較例１の場合、３〜６枚目の集電板１３の抵抗値が、１、２、７および８枚目の集電板１３の抵抗値よりも大きくなる。これは、集電板１３が貫通ボルト１８のみにより電極端子４に接続されている場合、端面４１および押さえ板１５のいずれからも離れるほど、集電板１３のうち、２本の貫通ボルト１８のいずれからも離れた部分同士が接触しにくく、接触抵抗が大きくなるためと考えられる。【0130】
一方、図１６の実施例１の場合、１〜８枚目の集電板１３のうち全てにおいて、比較例１に比べ、集電板１３と電極端子４との間の抵抗値が概ね半分以下に減少した。したがって、ねじ込みボルト１９により集電板１３を電極端子４に接続することで、集電板１３と電極端子４との間の抵抗値を低減することができた。【0131】
＜実施例２＞実施例２の二次電池を複数個作製した。実施例２の二次電池では、１本の貫通ボルト１８と１本のねじ込みボルト１９とにより、集電板１３が電極端子４に接続された。例えば図１４に示したように、電極端子４の端面４１のうち、Ｘ軸方向において端面４１の重心を中心として互いに対称な２つの位置の各々に、貫通孔１６およびネジ穴１７のそれぞれが形成された。
【0132】
なお、前述したのと同様に、１本の貫通ボルト１８と１本のねじ込みボルト１９とにより、集電板１３が電極端子４に接続された、とは、電極端子４の端面４１および端面４２のうち一方の端面において、１本の貫通ボルト１８と１本のねじ込みボルト１９とにより、集電板１３が電極端子４に接続されたことを意味する。【0133】
＜実施例３＞実施例３の二次電池を複数個作製した。実施例３の二次電池では、２本の貫通ボルト１８と１本のねじ込みボルト１９とにより、または、１本の貫通ボルト１８と２本のねじ込みボルト１９とにより、集電板１３が電極端子４に接続された。図９に示したように、電極端子４の端面４１の重心位置に、ネジ穴１７が形成され、端面４１のうち、Ｘ軸方向において端面４１の重心を中心として互いに対称な２つの位置の各々に、貫通孔１６が形成された。あるいは、図１０に示したように、電極端子４の端面４１の重心位置に、貫通孔１６が形成され、端面４１のうち、Ｘ軸方向において端面４１の重心を中心として互いに対称な２つの位置の各々に、ネジ穴１７が形成された。
【0134】
なお、前述したのと同様に、２本の貫通ボルト１８と１本のねじ込みボルト１９とにより、集電板１３が電極端子４に接続された、とは、電極端子４の端面４１および端面４２のうち一方の端面において、２本の貫通ボルト１８と１本のねじ込みボルト１９とにより、集電板１３が電極端子４に接続されたことを意味する。また、１本の貫通ボルト１８と２本のねじ込みボルト１９とにより、集電板１３が電極端子４に接続された、とは、電極端子４の端面４１および端面４２のうち一方の端面において、１本の貫通ボルト１８と２本のねじ込みボルト１９とにより、集電板１３が電極端子４に接続されたことを意味する。【0135】
＜放電の際の電極端子の温度測定＞このようにして作製した実施例２および３の二次電池について、放電を行った際の電極端子４の温度を測定した。具体的には、周囲の環境温度が２５℃である対流恒温槽内に二次電池を設置し、放電電流を５００Ａとし、放電を終止するときの電圧、すなわち終止電圧を３．０Ｖとした条件で放電を行って、電極端子４の温度を測定した。また、電極端子４のうち、通電ケーブルに繋がっている銅板からなるバスバーが締結されている部分、すなわち締結部に、温度センサとして熱電対を取り付け、その熱電対により電極端子４の温度を測定した。その結果を、図１７に示す。図１７の横軸は、二次電池の電池抵抗、すなわち集電板と電極端子との間の接触抵抗を示し、図１７の縦軸は、放電を行った際の電極端子の温度上昇を示す。また、図１７の横軸に示す電池抵抗は、実施例２における電池抵抗の平均値により規格化されている。
【0136】
実施例２の二次電池では、電池抵抗が１．２〜１．４ｍΩであり、電極端子４の温度が５５〜８５℃であり、実施例３の二次電池では、電池抵抗が０．８〜０．９ｍΩであり、電極端子４の温度が４０〜５０℃であった。そして、図１７に示すように、実施例２における規格化された電池抵抗は、実施例３における規格化された電池抵抗の１．５倍程度であり、実施例２における温度上昇は、実施例３における温度上昇よりも大きかった。つまり、例えば５００Ａの大きな放電電流で放電を行う場合には、貫通ボルト１８とねじ込みボルト１９とを合計３本用いて接続する実施例３の二次電池における温度上昇は、貫通ボルト１８とねじ込みボルト１９とを１本ずつ用いて接続する実施例２の二次電池における温度上昇よりも、小さい。【0137】
＜実施例４＞実施例４の二次電池を複数個作製した。実施例４の二次電池では、貫通ボルト１８とねじ込みボルト１９とを合計２〜４本用いて、集電板１３を電極端子４に接続した。貫通ボルト１８とねじ込みボルト１９とを合計２本用いた場合には、電極端子４の端面４１のうち、Ｘ軸方向において端面４１の重心を中心として互いに対称な２つの位置の各々に、貫通孔１６およびネジ穴１７のそれぞれが形成された。貫通ボルト１８とねじ込みボルト１９とを合計３本用いた場合には、貫通ボルト１８とねじ込みボルト１９とのうち１本のみが用いられる種類に対応して、貫通孔１６またはネジ穴１７が、電極端子４の端面４１の重心位置に形成された。そして、電極端子４の端面４１のうち、Ｘ軸方向において端面４１の重心を中心として互いに対称な２つの位置の各々に、貫通ボルト１８とねじ込みボルト１９とのうち２本が用いられる種類に対応して、貫通孔１６またはネジ穴１７が形成された。さらに、貫通ボルト１８とねじ込みボルト１９とを合計４本用いた場合には、表１を用いて前述したパターンＰＴ１〜ＰＴ４に対応して、貫通孔１６またはネジ穴１７が形成された。なお、実施例４では、いずれの場合でも、貫通ボルト１８と、ダブルナットからなるナット２０とが締結された。
【0138】
なお、前述したのと同様に、貫通ボルト１８とねじ込みボルト１９とを合計２〜４本用いて、集電板１３を電極端子４に接続した、とは、電極端子４の端面４１および端面４２のうち一方の端面において、集電板１３を電極端子４に接続するために用いた貫通ボルト１８の本数とねじ込みボルト１９の本数との合計が２〜４本であることを意味する。【0139】
＜比較例２＞一方、比較例２の二次電池を複数個作製した。比較例２の二次電池では、貫通ボルト１８を合計２〜４本用いて、集電板１３を電極端子４に接続した。比較例２の二次電池は、貫通ボルト１８のみにより、集電板１３が電極端子４に接続された点で、実施例４の二次電池と異なる。なお、比較例２の二次電池では、貫通ボルト１８と、ダブルナットからなるナット２０とが締結された。
【0140】
＜比較例３＞また、比較例３の二次電池を複数個作製した。比較例３の二次電池では、ねじ込みボルト１９を合計２〜４本用いて、集電板１３を電極端子４に接続した。比較例３の二次電池は、ねじ込みボルト１９のみにより、集電板１３が電極端子４に接続された点で、実施例４の二次電池と異なる。
【0141】
＜比較例４＞一方、比較例４の二次電池を複数個作製した。比較例４の二次電池では、貫通ボルト１８を合計２〜４本用いて、集電板１３を電極端子４に接続した。比較例４の二次電池は、貫通ボルト１８のみにより、集電板１３が電極端子４に接続された点で、実施例４の二次電池と異なる。また、比較例４の二次電池では、貫通ボルト１８と、シングルナットからなるナット２０とが締結された。
【0142】
＜ヒートサイクル試験によるねじ込みボルト等の緩み＞このようにして作製した実施例４および比較例２〜４の二次電池について、ヒートサイクル試験によるねじ込みボルト等の緩みを評価した。具体的には、８０℃での加熱と、−４０℃での冷却とを、予め決められた複数回繰り返した後、集電板１３と電極端子４との間の接触抵抗の抵抗値を測定し、測定された抵抗値に基づいて、ねじ込みボルト等の緩みが発生したか否かを評価した。その結果を、表２に示す。
【0143】
【表2】
【0144】
表２において、〇は、ねじ込みボルト等の緩みが発生しなかった場合を示し、×は、ねじ込みボルト等の緩みが発生した場合を示す。△は、集電板と電極端子との間の抵抗値が、〇の場合の抵抗値と×の場合の抵抗値との間である場合を示し、◎は、集電板と電極端子との間の抵抗値が、〇の場合の抵抗値よりもさらに小さい場合を示す。【0145】
表２に示すように、比較例３の場合、すなわちねじ込みボルト１９のみを用いた場合には、ねじ込みボルト１９の緩みが発生したか、または、ねじ込みボルト１９等の緩みが発生しなかった場合に比べ、集電板１３と電極端子４との間の抵抗値が大きくなった。一方、比較例２、実施例４および比較例４の場合、すなわち貫通ボルト１８を少なくとも１本用いた場合には、貫通ボルト１８を全く用いなかった比較例３に比べ、ねじ込みボルト１９または貫通ボルト１８の緩みが発生しにくかった。比較例２、実施例４および比較例４では、貫通ボルト１８とねじ込みボルト１９との合計本数が３本以上では、ねじ込みボルト等の緩みは略同程度であった。【0146】
以上の結果をまとめると、図１７に示したように、例えば５００Ａの大きな放電電流で放電を行う場合には、貫通ボルト１８とねじ込みボルト１９との合計本数が３本以上であることが好ましい。また、貫通ボルト１８とねじ込みボルト１９との合計本数が３本以上である場合には、表２に示したように、貫通ボルト１８を少なくとも１本用いることにより、ねじ込みボルト１９等の緩みを防止することができる。さらに、図１６に示したように、ねじ込みボルト１９を少なくとも１本は用いることにより、集電板１３と電極端子４との間の抵抗値を低減することができる。【0147】
＜本実施の形態の主要な特徴と効果＞本実施の形態１の二次電池は、電極板と接続された集電板が電極端子と押さえ板とに挟まれた状態で、１本以上のネジ込みボルトがネジ穴に締結され、かつ、１組以上の貫通ボルトとナットとが締結されることにより、押さえ板が電極端子に取り付けられ、集電板が押さえ板により電極端子に押さえ付けられて接続される。貫通ボルトにより押さえ板が取り付けられることにより、外部からの振動が加えられるか、または、充放電の際に加熱と冷却が繰り返された場合に、集電板が押さえ付けられている力が緩むことを、防止することができる。また、ネジ込みボルトにより押さえ板が取り付けられることにより、集電板と電極端子との間の接触抵抗を小さくすることができる。これにより、集電板を溶接により電極端子に接続しなくても、簡便な接続方法により集電板を電極端子に接続することができ、集電板と電極端子との間の接触抵抗を低減することができ、大電流を流して充放電することができる。
【0148】
さらに、本実施の形態１によれば、電極端子に集電板を固定した後に溶接を行う必要がないので、電極端子から発生した金属片が電極群に混入するおそれがない。このようにして、溶接を用いない簡便な接続方法により電極板が電極端子に接続され、高い安全性と高い信頼性とを兼ね備えた二次電池を提供することができる。【0149】
（実施の形態２）実施の形態１の二次電池では、複数の電極束の各々にそれぞれ接続された集電板が、電極端子と低抵抗で接続されるように、貫通ボルトとねじ込みボルトとを用いて電極端子に接続されていた。一方、実施の形態２の二次電池では、複数の電極束が、電極束の両端に位置する正極板同士が対向しないように、配列されている。なお、本実施の形態２は、本発明を、二次電池として、リチウムイオン電池に適用した場合における、実施の形態である。
【0150】
一般にリチウムイオン電池は、電池缶内に複数の正極板と負極板が短絡を防ぐためのセパレータを介して交互に積層して収容された構造（積層型）や、軸に正極板と負極板とセパレータを介して捲回した構造などが知られている。【0151】
積層型のリチウムイオン電池は正極板と負極板の一端に、一枚ごとに極板と端子を接続するためのタブが形成されている。そして電池缶蓋板の下面と上面に正極端子、負極端子が設けられ、電池缶蓋板下面に配置された正極端子と負極端子は、それぞれ正極板のタブと負極板のタブに接合されている。【0152】
しかしながら、電力貯蔵用などに使用される積層型のリチウムイオン電池は高容量化や高出力化を図るに伴い、電池缶内に収容される極板の枚数が増加する。そのため、極板タブを端子に接合する際、接合部の接触抵抗増大に伴う電池特性の低下が課題となっている。また製造工程において正極タブと負極タブを各々すべて正極端子と負極端子に接合させる必要があり、接合に多大な手間がかかる。さらに、極板タブの枚数が多くなることによって、端子との接合が不十分となり、内部抵抗が高くなり不良となることがある。【0153】
このような課題に対し、前述したように、例えば上記特許文献４では正極板および負極板を所定枚数毎に複数組（以下、電極群と呼ぶ）に分け、所定枚数ごとのタブと集電リードを接合し、その後電極群を電池缶に収め、前記集電リードの他端を正極端子と負極端子にボルトで固定し、さらに集電リードと端子を溶接接合することでリチウムイオン電池を作製している。また、上記特許文献５には、リチウムイオン電池の非水電解液として、有機溶媒中にリチウム塩の六フッ化リン酸リチウムが溶解された非水電解液が、電池缶内に注液される技術が記載されている。【0154】
しかしながら、所定枚数毎に複数の組に分けられた電極群を電池缶に収め、集電リードで端子に固定した場合、例えば電極群の積層方向の両端面が正極板で形成され電池缶に収められた場合、電極群の他端が対向する面は正極板同士が対向することとなる。このような場合、正極同士の接触により、内部短絡など安全性に問題が発生するなどの製品不良を発生させる恐れがある。また、集電リードを端子にボルトで固定した後に前記ボルトと端子に溶接を施すと、ボルト締めと溶接を施す位置が重なることからボルトと端子の接合部の接触抵抗が増大する可能性がある。また、溶接の際に発生する金属片が、電池缶の内部に入り込み、内部短絡を発生させる危険性がある。【0155】
本実施の形態２では、第１の課題は、充放電における短絡を防ぐことである。第２の課題は、前記目的に加えて製造時の操作に起因して生じやすい短絡を防ぎ、かつ極板タブと端子基体部との接触抵抗を小さくすることでより安全性が高い二次電池を提供することを目的とする。【0156】
＜電池缶＞図１８は、実施の形態２のリチウムイオン電池の電池缶の斜視図である。リチウムイオン電池は、端子５１（後述する図１９参照）としての正極端子５１ａおよび負極端子５１ｂと、注液口５２と、開裂弁５３と、電池缶５４と、電池蓋５５とを有する。
【0157】
図１８に示すように、電池缶５４は、一面が開口した角柱型であり、電池缶５４の開口部を塞ぐ電池蓋５５を備えている。電池缶５４と電池蓋５５は、発電要素５６（後述する図２０参照）を電池缶５４に挿入後、電池缶５４の開口周縁部と電池蓋５５を溶接することで密閉される。電池缶の材質はステンレス系の他にアルミニウム系などの金属材料であれば、機械的強度の面から好ましい。電池蓋５５には、開裂弁５３及び注液口５２が配設されている。開裂弁５３は、内部短絡など、何らかの要因でリチウムイオン電池の温度が上昇し、電池缶内の内圧が所定圧力以上に上昇した時に、内部のガスを放出する機能を有している。【0158】
注液口５２からは、エチレンカーボネート等の環状カーボネート系有機溶媒や、ジメチルカーボネート等の鎖状カーボネート系有機溶媒を１種または２種以上混合した溶液に、六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ６）、四フッ化ホウ酸リチウム（ＬｉＢＦ４）等のリチウム塩を溶解した非水電解液が注入される。非水電解液注入後、液口栓により注液口５２は密閉される。【0159】
＜発電要素＞図１９および図２０は、実施の形態２のリチウムイオン電池の断面図である。図１９は、正極板および負極板の積層方向に直交する方向に垂直な断面図であり、図２０は、正極板および負極板の積層方向に垂直な断面図である。すなわち、図２０は、電池缶５４を、正極板および負極板の積層面と平行に切断したリチウムイオン電池の断面図を示す。また、図２１は、電池缶を取り除いた状態の発電要素の斜視図である。図２２は、電池缶を取り除いた状態のリチウムイオン電池の斜視図である。
【0160】
図１９および図２０に示すように、電池缶５４の中には発電要素５６が収容されている。発電要素５６とは、図２１に示すように、正極板５７ａ、負極板５７ｂ、前記正極板と前記負極板が直接接触して短絡しないよう、図示しないセパレータを介して交互に積層されているものを指す。【0161】
正極板５７ａは、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とバインダーと導電剤を含む合剤層を有している。【0162】
正極活物質には、１）化学式ＬｉＭＯ２（Ｍは少なくとも１種の遷移金属）で表されるもの、あるいは２）スピネルマンガンなどを用いることができる。また、３）マンガン酸リチウム、ニッケル酸リチウム、コバルト酸リチウムなどの正極活物質中のＭｎ、Ｎｉ、Ｃｏなどの一部を１種あるいは２種以上の遷移金属で置換したものとすることができる。さらに、３）の遷移金属の一部をＭｇ、Ａｌなどの金属元素で置換したものを用いることもできる。この他にもリン酸塩化合物、ＬｉＦｅＰＯ４、ＬｉＭｎＰＯ４、ＬｉＭｎＸＭ１−ＸＰＯ４（０．３≦ｘ≦１、ＭはＬｉ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｔｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｍｇ，及びＺｒから選ばれる一種以上の元素）が使用可能である。【0163】
導電剤には、公知の導電剤を用いることができ、例えば黒鉛、アセチレンブラック、カーボンブラック、炭素繊維などの炭素系導電剤を用いることができる。ただし、これらの材料に限定されない。【0164】
結着剤には、公知の結着剤を用いることができ、例えばポリフッ化ビニリデン、スチレン・ブタジエンゴム、イソプレンゴムなどを用いることができる。ただし、これらの材料に限定されない。本実施の形態２においては、正極活物質として金属酸化物のマンガン酸リチウム、バインダーにポリフッ化ビニリデン（以下、ＰＶＤＦ）、導電材、すなわち導電剤にアセチレンブラックを用いた。【0165】
正極集電体の一端には、電極タブ、すなわち極板タブ５８（後述する図２３参照）である正極タブ５８ａが形成されている。正極タブ５８ａは、正極集電板６１ａを介して正極端子５１ａに電気的に接続する方法を用いる場合には、正極タブ５８ａの一端を前記正極集電板６１ａの一端に超音波溶接やレーザー溶接等を用いて接合する。摩擦撹拌溶接を用いて、正極タブ５８ａと正極端子５１ａを電気的に接続する場合には、正極集電板は用いず、正極端子基体部５１’ａに直接接合される。【0166】
電池蓋５５には、リチウムイオン電池の電池蓋５５内外を連通する正極端子５１ａが設けられ、例えばアルミニウム系の材料により形成される。【0167】
負極板５７ｂは、板状に形成された高い導電性と柔軟性を有した材料、例えば銅やニッケル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とバインダーと導電剤を含む合剤層とを有している。負極活物質には、１）黒鉛あるいは非晶質炭素などの炭素系の材料、２）Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２のような酸化物系の材料、３）スズ、シリコンのような金属・合金系材料を用いることができる。導電剤には、公知の導電剤を用いることができ、例えば黒鉛、アセチレンブラック、カーボンブラック、炭素繊維などの炭素系導電剤を用いることができる。ただし、これらの材料に限定されない。【0168】
結着剤には、公知の結着剤を用いることができ、例えばポリフッ化ビニリデン、スチレン・ブタジエンゴム、イソプレンゴムなどを用いることができる。ただし、これらの材料に限定されない。【0169】
本実施の形態２においては、負極活物質としてグラファイト、バインダーにＰＶＤＦ、導電材、すなわち導電剤にアセチレンブラックを用いた。負極集電体の一端には、電極タブ、すなわち極板タブ５８（後述する図２３参照）である負極タブ５８ｂが形成されている。負極タブ５８ｂは、前記正極タブ５８ａと同様に、負極集電板６１ｂを介して負極端子５１ｂに電気的に接続する方法を用いる場合には、負極タブ５８ｂの一端を前記負極集電板６１ｂの一端に超音波溶接やレーザー溶接等を用いて接合する。摩擦撹拌溶接を用いて、負極タブ５８ｂと負極端子５１ｂを電気的に接続する場合には、負極集電板は用いず、負極端子基体部５１’ｂに直接接合される。【0170】
電池蓋５５には、リチウムイオン電池の内外を連通する負極端子５１ｂが設けられている。負極端子５１ｂは、例えば銅系やニッケル系の材料により形成されている。図２０に示されるように、正極タブ５８ａと負極タブ５８ｂとは、互いに重なり合わないように離れて配置されている。【0171】
図示しないセパレータは、リチウムイオンが通過可能なポリオレフィン系や不織布などの多孔質材によりシート状に形成されている。ポリオレフィン系のセパレータとして、ポリプロピレンやポリエチレン、不織布のセパレータとしてガラスや紙等が挙げられる。なおセパレータは、正極板５７ａと負極板５７ｂ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。（なお、図２１においては、図示を容易にするために、２枚の正極板と２枚の負極板が示されているが、正極板、負極板及びセパレータの枚数は、製造するリチウムイオン電池の電池容量によって決まり、例えば電池容量が数百Ａｈの場合には、数百枚の正極板及び負極板が積層される。）【0172】
電解液は、本実施の形態２に関する限り、特別な電解液を準備する必要はなく、例えば、特許文献２に開示された手段により、作製された電解液であればよい。【0173】
＜ボルトナットによる接続方法＞図２３は、ボルトナットによる接続方法を示す分解斜視図である。すなわち、図２３は、電極端子、集電板および押さえ板を示す分解斜視図である。図２４は、ボルトナットによる接続方法を示す図である。すなわち、図２４は、集電板の接続構造の例を示す断面図である。
【0174】
図２３に示すように、前記極板タブ５８は所定枚数ずつ前記集電板６１の一端へたとえば超音波溶接やレーザー溶接によって接合され、前記集電板６１の他端２枚以上が押さえ板６３と電池蓋内に配置される端子基体部５１’によって挟持される。集電板６１は、導電性の金属、例えばアルミニウム、チタン、ニッケル、銅等が利用できる。また、金属と同等の高い導電性を有していれば、樹脂など他の材料でできた板であってもよい。前記集電板６１と前記押さえ板６３はともに、１つ以上の貫通穴５９と１つ以上のネジ穴である非貫通穴６０を有する端子基体部５１’に固定される。前記集電板６１と前記押さえ板６３は、端子基体部５１’と接続可能なように、端子基体部５１’に形成された貫通穴ないしネジ穴と同間隔で穴が形成されている。このとき、端子基体部５１’の貫通穴間隔は均等にすることが好ましい。貫通穴間隔を均等とすることで、集電板６１が歪んで接続されず、集電板６１同士や集電板６１と端子基体部５１’との接触面が減少することを防止し、よって接触抵抗が高くなることを防ぐ。前記貫通穴には押さえ板側から貫通ボルト６４を挿入し、前記端子基体部他端から突出する前記貫通ボルトの雄ネジ部をナットで固定し、前記ネジ穴には、押さえ板側から嵌合するねじ込みボルト６２を挿入し固定する。【0175】
正極集電板６１ａ、負極集電板６１ｂの使用枚数は、正極板５７ａと負極板５７ｂ各々の使用枚数により変化する。そのため、前記集電板６１は、複数枚重ね合わせても、材料抵抗が増加しない厚さであることも重要である。また、溶接された極板タブ５８と端子基体部５１’との間に流れる電流を許容できる断面積、そして端子基体部５１’と押さえ板６３に挟持され、ねじ込みボルト６２、貫通ボルト６４とナット６５の組み合わせによる締結で変形、破断しない強度が必要である。【0176】
前記押さえ板６３は、導電性の金属、例えばアルミニウム、チタン、ニッケル、銅等で構成されており、材料抵抗を低減させるため、前記集電板６１と同一金属であることが望ましい。本実施の形態２では前記正極端子基体部５１’ａの押さえ板にアルミニウム、前記負極端子基体部５１’ｂの押さえ板に銅を用い、ほぼ直方体状に形成されている。押さえ板の厚みは３ｍｍ以上であることが好ましい。この程度の厚みがあることで、押さえ板部材の剛性を十分に確保し、均一に押さえることができる。【0177】
図２３では集電板６１、押さえ板６３、端子基体部５１’を３か所で固定する方法を示した。この場合は、穴の位置は対称性が見られるように配置し、貫通穴５９を２箇所とすることが望ましい。理由は貫通穴５９による固定は集電板６１と端子基体部５１’を均一に押さえつける役割を果たすため、対称性があるよう配置する事で全面をバランスよく押さえつけることが出来るからである。同様に、穴の数を集電板６１の接続１箇所に付き４箇所以上を固定する場合についても、穴の位置は対称性が見られるように配置し、貫通穴５９をネジ穴の数と同じもしくはそれ以上にするほうが望ましい。【0178】
また、図２４では、集電板６１、押さえ板６３、端子基体部５１’を２か所で固定する方法を示す。この場合も、貫通ボルト６４が貫通する貫通穴と、ねじ込みボルト６２が締結されるネジ穴とは、端子基体部５１’の端面の重心を中心として互いに対称な２つの位置の各々にそれぞれ配置されることが望ましい。これにより、集電板６１の全面をバランスよく端子基体部５１’に押さえつけることができる。【0180】
図２５では、溶接の際に金属片などが飛散しにくい摩擦攪拌溶接による接合方法を示す。摩擦攪拌溶接は先端に突起のある円筒状の工具を回転させ、摩擦熱により母材を軟化させ複数の部材を一体化させる接合方法である。図２５は、例えば正極タブである極板タブ５８を、例えば正極端子の端子基体部５１’に摩擦攪拌溶接した場合を示すものである。タブが端子基体部に溶接された部分は、溶接部６６である。このようにすると、前述した集電板６１と押さえ板６３を使用してねじ込みボルト６２や貫通ボルト６４で接続する方法よりも、端子５１と発電要素５６との伝導距離が短くなるほか、溶接部６６を通しても電流を流すことができるので、抵抗値を更に小さくすることができる。【0181】
上記いずれかの接続方法を用いてタブと端子を接続することにより、電池缶５４内に収容された複数枚の全ての正極板５７ａと負極板５７ｂがそれぞれ電池蓋５５に設けられた正極端子５１ａと負極端子５１ｂに電気的に接続される。【0182】
＜電極群の構成形態＞電極群は、正極板と負極板がセパレータを介して交互に積層して構成されたものである。具体的には、次の３種類の電極群Ａ、Ｂ、Ｃを用意した。
【0183】
＜電極群Ａ＞正極板と負極板の積層方向の一方の端面と他方の端面とも負極板５７ｂで構成されたものである。
【0184】
＜電極群Ｂ＞積層方向の一方の端面と他方の端面とも正極板５７ａで構成されたものである。
【0185】
＜電極群Ｃ＞積層方向の一方の端面が正極板５７ａ、他方の端面が負極板５７ｂで構成されたものである。電極群Ａ、Ｂ、Ｃいずれの電極群も複数枚の正極タブ、負極タブは同一方向に構成されている。以下の実施例では、上記Ａ、Ｂ、Ｃの電極群を組み合わせ、ボルトナットによる接続方法と摩擦撹拌溶接による接続方法を行った。
【0186】
＜実施の形態２の実施例＞以下、本実施の形態２における、リチウムイオン電池の実施例を説明する。
【0187】
本実施の形態２の実施例のリチウムイオン電池は、本実施の形態２で説明したリチウムイオン電池と同様に作製した。より具体的には、電解液としてエチレンカーボネートとジメチルカーボネートとの混合溶媒に六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ６）、セパレータにはポリエチレン多孔質材料を用いた。そのほか、上述した本実施の形態２を適用して電池を作製した。【0189】
図２６に示すように、実施例５では、正極板は２００枚、負極板は２０４枚を用いて、４つの電極群を作製した。すなわち、１つの組は正極板５０枚、負極板は５１枚である。本実施例５では、電極群Ａの構成を４つ用いて、発電要素５６を作製した。その後、上述したボルトナットによる固定方法を用いて、極板タブが溶接された集電板６１と端子基体部５１’を溶接した。本実施例では電極群を４群作製したが、本実施例の電極群の並びであれば、何群作製しても構わない。電極群の並べ方を1種類とすることで、電極群作製工程の高効率化を図ることが期待できる。組立工程においては電池缶５４へ電極群を挿入する際、正極板同士が対向する並びは生じないため、短絡などの不良低減が期待できる。また、電池缶と隣接する電極群の最外面は、必ず負極面であり、負極板のみではイオン反応に関与しないため、作業時に触れることがあった場合でも品質に影響を与えない。特に、電極群（Ａ）を隣同士に配置する構成は、製造後に振動等により電極群単位で上下や左右にずれることとなった場合でも、正極板は対向しないため、より安全性を高めることが可能となる。【0190】
なお、このような実施例５に代表される二次電池は、電池缶５４に収容され、複数の正極板５７ａの各々と複数の負極板５７ｂの各々とがセパレータを介してある方向、すなわち積層方向に交互に積層された電極群を複数備えている。複数の電極群は、当該積層方向に配列されている。複数の電極群の各々の当該積層方向における両端面に、それぞれ負極板５７ｂが配置されている。【0192】
実施例６では、正極板は２００枚、負極板は２０１枚を用いて、５つの電極群を作製した。すなわち、正極板４０枚、負極板４１枚の電極群Ａ、正極板４０枚、負極板３９枚の電極群Ｂを作成した。本実施例６では、電極群Ａを３つ、電極群Ｂを２つと計５つの電極群を用いて、Ａ群とＢ群を交互に配置し発電要素を作製した。なお、図２７では、２つの電極群Ａと１つの電極群Ｂのみを示している。本実施例では電極群を５つ作製し、その後、上述したボルトナットによる固定方法を用いて、極板タブが溶接された集電板６１と端子基体部５１’とを溶接した。本実施例の電極群の並びであれば、何群作製しても構わない。集電板６１に溶接可能なタブの枚数であり、接触抵抗が目的の電池特性を満たす範囲であれば各電極群の枚数は様々であっても良いが、抵抗を可能な限り均一化するため電極群の枚数構成は各々均等であることが好ましい。正極板５７ａと負極板５７ｂが完全に交互に配列されるため、正極板５７ａと負極板５７ｂの総枚数を最小限に抑制できる効果がある。【0193】
なお、このような実施例６に代表される二次電池は、電池缶５４に収容され、複数の正極板５７ａの各々と複数の負極板５７ｂの各々とがセパレータを介してある方向、すなわち積層方向に交互に積層された電極群を３つ以上備えている。３つ以上の電極群は、２つ以上の電極群（Ａ）と、１つ以上の電極群（Ｂ）とを含み、かつ、当該積層方向に配列されている。電極群（Ａ）の当該積層方向における両端面に、それぞれ負極板５７ｂが配置されている。電極群（Ｂ）の当該積層方向における両端面に、それぞれ正極板５７ａが配置されている。電極群の配列の両端の位置には、それぞれ電極群（Ａ）が配置されている。電極群の配列の両端以外の位置には、１つの電極群（Ｂ）のみが配置されるか、電極群（Ｂ）同士が隣り合わないように、２つ以上の電極群（Ｂ）と、１つ以上の電極群（Ａ）とが配置されている。【0195】
図２８に示すように、実施例７では、正極板は２００枚、負極板は２０２枚を用いた。本実施例７では、電極群Ａを２つ、電極群Ｃを２つ、計４つの電極群を用いた。電極群Ｃは、電池缶と向き合う端面が負極板５７ｂ、電極群Ａと向き合う面が正極板５７ａとなるように配置した。図２８のように電極群Ａは、電極群Ｃ同士に挟み込まれるように配置した。その後、上述したボルトナットによる固定方法で極板タブ５８と端子基体部５１’を固定した。本実施例では電極群を４群に分割したが、本実施例の電極群の並びであれば、Ａ群が増えることは構わないが、Ｃ群は電池缶側面と極板面が接する方向に対して、電極群の並びの両端に位置することとなる。【0196】
＜実施例８＞実施例８のリチウムイオン電池を作製した。実施例８では、正極板は２００枚、負極板は２０４枚を用いて、４つの電極群を作製した。１つの電極群は正極板５０枚、負極板は５１枚である。本実施例８では、電極群Ａの構成を４つ用いて、発電要素５６を作製した。その後、上述した摩擦撹拌による溶接方法で極板タブ５８と端子基体部５１’を溶接した。本実施例では電極群を４群に分割したが、本実施例の電極群の並びであれば、何群に分割しても構わない。
【0197】
＜比較例５＞一方、比較例５のリチウムイオン電池を作製した。比較例５では、正極板は２００枚、負極板は２０１枚を用い、正負極板計４０１枚を用いて、１つの電極群を作製し、発電要素５６とした。その後、ボルトナットを使用する固定方法によって極板タブ５８と端子基体部５１’を固定した。
【0198】
以下、本発明と比較を行った要素について列挙する。すなわち、以下の表３に、実施例５〜８および比較例５における、正極板枚数、負極板枚数および電極群数を示す。【0199】
【表3】
【0200】
実施例５〜７については、上述したボルトナットによる接続方法を行い、集電板６１を介して極板タブ５８と端子基体部５１’を接続した部分の接触抵抗を計測し、実施例８については、摩擦撹拌溶接を用いて、極板タブ５８と端子基体部５１’を接続した部分の接触抵抗を計測した。比較例５については、正極タブ５８ａ、負極タブ５８ｂをそれぞれ１つにまとめボルトで固定した際の接触抵抗を計測した。結果を表４に示す。【0201】
【表4】
【0202】
表４では、接触抵抗が０．１ｍΩ未満を◎、０．１〜１ｍΩを○、１ｍΩ以上を△で標記した。実施例５〜７のように、集電板６１を介して正極端子基体部５１’ａまたは負極端子基体部５１’ｂに、ねじ込みボルト６２、貫通ボルト６４とナット６５の組み合わせを用いて固定することにより、比較例５に比べて接触抵抗を下げることが可能である。実施例８では、正極端子基体部５１’ａまたは負極端子基体部５１’ｂに直接正極タブ５８ａまたは負極タブ５８ｂが溶接されることで、接触抵抗を比較例５に比べて大きく下げることが可能である。【0203】
次に、実施例５〜８の電極積層作業から端子基体部への固定までにかかる作業時間を検討した。この検討として、それぞれの実施例と比較例に対応してリチウムイオン電池を３個ずつ作製し、その平均作業時間を比較した。結果を表５に示す。【0204】
【表5】
【0205】
表５では、比較例５に対する平均作業時間が短いものに対して○を標記する。比較例５の場合は、電極枚数が多いことから、一度の溶接で全ての電極を端子基体部に固定することが困難であり、且つ対向する電極がずれることを調整するのに多大な時間を要した。それに対し、実施例５〜８の場合は、電極群に分け、集電板６１を使用してねじ込みボルト６２、貫通ボルト６４とナット６５の組み合わせを用いて固定することや摩擦攪拌溶接を使用したことにより平均作業時間の短縮が可能となった。【0206】
実施例５〜７では、集電板５１を介した正極板５７ａと負極板５７ｂを、正極端子基体部５１’ａと負極端子基体部５１’ｂの貫通穴５９を通した貫通ボルト６４と、ネジ山が彫られた非貫通穴６０に固定されたねじ込みボルト６２の３点で固定している。また、比較例６では、正極板５７ａと負極板５７ｂを、貫通穴５９を通した貫通ボルト６４のみの２点で固定している。これらの実施例５〜７と比較例６を接触抵抗の観点から比較した。結果を表６に示す。表６では、接触抵抗が１ｍΩ以上の場合は△、１ｍΩ以下の場合は○で示す。【0207】
【表6】
【0208】
実施例５〜７で製造されたリチウムイオン電池は、比較例６に比べ、均一に集電板同士が接触すること、非貫通穴６０に貫通ボルト６４で固定したことにより電気伝導経路が増加したことで、接触抵抗の低減が可能となった。【0209】
＜本実施の形態の主要な特徴と効果＞本実施の形態２の二次電池は、正極板同士が対向する並びは生じないため、安全性が向上する。また、電極群（Ａ）を隣同士に配置する構成は、電池使用時に振動等により電極群単位で上下や左右にずれることとなった場合でも、正極板は対向しないため、安全性をより高めることが可能となる。
【0210】
極板のタブを集電板に接合し、前記集電板と端子基体部を貫通ボルトとナット、ねじ込みボルトを併用する接続方法を用いることで、同一箇所に溶接とボルト固定を施す必要がなく、接触抵抗を小さく抑えることができ、また大電流放電が可能となる。これは、貫通ボルトは外部からの振動や充放電に伴う熱による、ゆるみ防止の機能、ねじ込みボルトは集電板と端子との導電性を高める効果、を発揮することによる。さらに、溶接は端子に集電板を固定する前に用いるため、端子の金属片が混入する恐れは少ない。【0211】
電極群に分けて、極板タブと端子を直接、摩擦撹拌溶接で接合する方法を用いることによって、伝導距離は短くなるため、さらなる抵抗成分の低減が可能となる。また、摩擦撹拌溶接は摩擦熱によって接合部の金属を流動させて加圧固定させる方法であるため、金属片の飛散は大幅に削減することができる。このようにして、高い安全性と高い信頼性とを兼ね備えた二次電池を提供することができる。【0212】
以上、本発明者によってなされた発明をその実施の形態および実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施の形態および実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。【0213】
例えば、上記実施の形態は、リチウムイオン電池以外の各種の二次電池にも適用可能である。【0214】
また、上記実施例および比較例においては、安全性の評価において電流遮断機構等を有するセルコントローラー等の他の安全装置を用いずに評価を行ったが、実製品においては、上記セルコントローラーを含むさらなる安全対策を施し、二重三重に安全性の強化が図られていることは言うまでもない。【産業上の利用可能性】
【0215】
本発明は、リチウムイオン電池に適用して有効である。【符号の説明】
【0216】
１…電槽、１ａ…蓋、２…注液口、３…ガス放出弁、４…電極端子、４ａ…正極端子、４ｂ…負極端子、６…電極板、６ａ…正極板、６ｂ…負極板、８…セパレータ、９…電極群、１０（１０ａ、１０ｂ）…集電タブ、１１…電極小束、１２…電極束、１３（１３ａ、１３ｂ）…集電板、１４…小電極群、１５（１５ａ、１５ｂ）…押さえ板、１６（１６ａ、１６ｂ）…貫通孔、１７（１７ａ、１７ｂ）…ネジ穴、１８（１８ａ、１８ｂ）…貫通ボルト、１９（１９ａ、１９ｂ）…ねじ込みボルト、２０…ナット、４１…端面、４２…端面、５１（５１ａ、５１ｂ）…端子、５１’（５１’ａ、５１’ｂ）…端子基体部、５２…注液口、５３…開裂弁、５４…電池缶、５５…電池蓋、５６…発電要素、５７（５７ａ、５７ｂ）…極板、５８…極板タブ、５８ａ…正極タブ、５８ｂ…負極タブ、５９…貫通穴、６０…非貫通穴、６１（６１ａ、６１ｂ）…集電板、６２…ねじ込みボルト、６３…押さえ板、６４…貫通ボルト、６５…ナット、６６…溶接部、１６１（１６１ａ、１６１ｂ）…貫通孔、１６２（１６２ａ、１６２ｂ）…貫通孔、１７１（１７１ａ、１７１ｂ）…貫通孔、１７２（１７２ａ、１７２ｂ）…貫通孔、１８１…軸部、１８２…頭部、１９１…軸部、１９２…頭部、ＢＤ…接合部