特許 6768418 角形二次電池

(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】6768418

(24)【登録日】2020年9月25日

(45)【発行日】2020年10月14日

(54)【発明の名称】角形二次電池

(51)【国際特許分類】

   H01M 2/34 20060101AFI20201005BHJP

   H01M 2/30 20060101ALI20201005BHJP

   H01M 2/26 20060101ALI20201005BHJP

   H01M 2/04 20060101ALI20201005BHJP

   H01M 10/04 20060101ALI20201005BHJP

   H01M 10/0587 20100101ALI20201005BHJP

   H01M 2/06 20060101ALI20201005BHJP

【ＦＩ】

   H01M2/34 A

   H01M2/30 B

   H01M2/26 A

   H01M2/04 A

   H01M10/04 W

   H01M10/0587

   H01M2/06 A

【請求項の数】7

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2016-168813(P2016-168813)

(22)【出願日】2016年8月31日

(65)【公開番号】特開2018-37253(P2018-37253A)

(43)【公開日】2018年3月8日

【審査請求日】2019年5月15日

(73)【特許権者】

【識別番号】000001889

【氏名又は名称】三洋電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001427

【氏名又は名称】特許業務法人前田特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】吉田 真一朗

(72)【発明者】

【氏名】山中 友和

(72)【発明者】

【氏名】井上 博之

【審査官】 結城 佐織

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１５−１０３５２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１４／０２５５７３５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００４−１１９３８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−０３５８０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−０３５９４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−１１１０１２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｍ ２／３４

Ｈ０１Ｍ ２／０４

Ｈ０１Ｍ ２／０６

Ｈ０１Ｍ ２／２６

Ｈ０１Ｍ ２／３０

Ｈ０１Ｍ １０／０４

Ｈ０１Ｍ １０／０５８７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

開口部を有する外装体と、
前記外装体内に収容された、正極板及び負極板を有する電極体と、
前記開口部を封口する封口板と、
前記正極板又は前記負極板に電気的に接続され、前記封口板に設けられた貫通孔を貫通する端子と、
前記正極板又は前記負極板に電気的に接続された集電体と
を備えた角形二次電池であって、
前記集電体は、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなり、前記集電体の厚さは、１〜２ｍｍの範囲にあり、
前記集電体は、
前記封口板と前記電極体との間に、前記封口板に沿って配置されたベース部と、
前記ベース部の端部から折り曲がるとともに、前記外装体の底部の方向に延びるリード部と
を有し、
前記ベース部は、該ベース部に設けられた開口部近傍において、前記端子に溶接接続されており、
前記リード部は、前記ベース部から延びる第１領域と、前記正極板又は前記負極板の芯体露出部に接続される第２領域と、前記第１領域と前記第２領域とを繋ぎ前記第２領域から折れ曲がった第３領域とを有して、
前記リード部は、前記電極体の封口板側の端部よりも前記封口板側の部位において、前記リード部の他の部位より断面積が最も小さく、過電流によって溶断可能な溶断部を有し、
前記ベース部と前記リード部との境界部と、前記第２領域と前記第３領域との境界部との距離は、１０〜２５ｍｍの範囲にあり、
前記リード部は、前記電極体の封口板側の端部よりも前記封口板側の部位において、前記リード部の他の部位より断面積が最も小さく、過電流によって溶断可能な溶断部を有し、
前記溶断部の断面積は、前記封口板の長手方向における、前記ベース部と前記端子との溶接接続部の前記リード部側の端部を通り、前記封口板の長手方向に対して垂直な前記ベース部の断面積に対して、５０％以上、９２％以下である、
角形二次電池。

【請求項2】

前記溶断部は、前記ベース部と前記リード部との境界部に設けられている、請求項１に記載の角形二次電池。

【請求項3】

前記溶断部は、前記リード部の幅方向端部に第１の切り欠き部が設けられている、請求項１又は２に記載の角形二次電池。

【請求項4】

前記電極体は、前記正極板及び前記負極板が巻回された巻回電極体からなり、
前記巻回電極体は、巻回軸が前記封口板に平行になる向きに前記外装体内に収容されており、
前記第２領域と前記第３領域との境界部に、第２の切り欠き部が設けられており、該第２の切り欠き部が設けられた前記リード部の断面積は、前記溶断部の断面積よりも大きい、請求項１〜３のいずれかに記載の角形二次電池。

【請求項5】

前記角形二次電池の容量は、５Ａｈ以上である、請求項１〜４のいずれかに記載の角形二次電池。

【請求項6】

開口部を有する外装体と、
前記外装体内に収容された、正極板及び負極板を有する電極体と、
前記開口部を封口する封口板と、
前記正極板又は前記負極板に接続され、前記封口板に接続された集電体と
を備えた角形二次電池であって、
前記集電体は、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなり、前記集電体の厚さは、１〜２ｍｍの範囲にあり、
前記集電体は、
前記封口板と前記電極体との間に、前記封口板に沿って配置されたベース部と、
前記ベース部の端部から折り曲がるとともに、前記外装体の底部の方向に延びるリード部と
を有し、
前記封口板は電池内面に突起部を有し、
前記ベース部は開口部を有し、
前記突起部は前記開口部内に配置され、前記突起部と前記ベース部が溶接接続され、
前記リード部は、前記ベース部から延びる第１領域と、正極集電体又は負極集電体の芯体露出部に接続される第２領域と、前記第１領域と前記第２領域とを繋ぎ前記第２領域から折り曲がった第３領域とを有しており、
前記リード部は、前記電極体の封口板側の端部よりも前記封口板側の部位において、前記リード部の他の部位より断面積が最も小さく、過電流によって溶断可能な溶断部を有し、
前記ベース部と前記リード部との境界部と、前記第２領域と前記第３領域との境界部との距離は、１０〜２５ｍｍの範囲にあり、
前記溶断部の断面積は、前記封口板の長手方向における、前記ベース部と前記突起部との溶接接続部の前記リード部側の端部を通り、前記封口板の長手方向に対して垂直な前記ベース部の断面積に対して、９２％以下である、角形二次電池。

【請求項7】

前記電極体は、前記正極板及び前記負極板が巻回された巻回電極体からなり、
前記巻回電極体は、巻回軸が前記封口板に平行になる向きに前記外装体内に収容されており、
前記第２領域と前記第３領域との境界部に、第２の切り欠き部が設けられており、該第２の切り欠き部が設けられた前記リード部の断面積は、前記溶断部の断面積よりも大きい、請求項６に記載の角形二次電池。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電極体を構成する正極板及び負極板に接続された集電体を備えた角形二次電池に関する。

【背景技術】

【0002】

角形二次電池は、正極板及び負極板を有する扁平状の電極体が、角形の外装体に収容され、正極板及び負極板は、それぞれ集電体を介して、封口板に設けられた正極端子及び負極端子に電気的に接続された構成のものがある（例えば、特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１６−１０３４１２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

外部短絡等により、二次電池に過大な電流が流れる場合を想定して、電流経路を遮断するような保護機能を備えた二次電池が知られている。

【0005】

しかしながら、二次電池がこのような保護機能を備えていない場合、あるいは、備えていても、保護機能が動作しなかった場合、二次電池に過大な電流が流れたとき、その電流経路である集電体の一部が溶断することがある。もし、集電体が、電極体に近接した箇所で溶断した場合、溶断した箇所で、集電体と電極体とが接触するおそれがある。この場合、二次電池内の電流経路が不安定な状態で繋がることになる。また、溶断した箇所で、集電体と電極体との間にスパークが発生するおそれがある。この場合、電池ケース等が損傷、あるいは破損することがある。

【0006】

また、集電体のベース部とリード部との境界部に切り欠き部が設けられている場合でも、必ずしも、当該切り欠き部で集電体が溶断するとは限らない。また、過大な電流が流れた場合、電極体が大きな発熱源になるため、集電体は、電極体に近い部位で溶断するおそれが高い。

【0007】

本発明は、上記課題に鑑みなされたもので、その主な目的は、二次電池に過大な電流が流れた場合でも、集電体を電極体から離れた部位で確実に溶断させることが可能な、信頼性の高い角形二次電池を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明に係る角形二次電池は、開口部を有する外装体と、外装体内に収容された、正極板及び負極板を有する電極体と、開口部を封口する封口板と、正極板又は負極板に電気的に接続され、封口板に設けられた貫通孔を貫通する端子と、正極板又は負極板に電気的に接続された集電体とを備え、該集電体は、封口板と電極体との間に、封口板に沿って配置されたベース部と、ベース部の端部から、外装体の底部の方向に延びるリード部とを有している。ベース部は、該ベース部に設けられた開口部近傍において、端子に溶接接続されており、リード部は、正極板又は負極板の芯体露出部に接続されており、リード部は、電極体の封口板側の端部よりも封口板側の部位において、リード部の他の部位より断面積が最も小さく、過電流によって溶断可能な溶断部を有している。そして、溶断部の断面積は、封口板の長手方向における、ベース部と端子との溶接接続部のリード部側の端部を通り、封口板の長手方向に対して垂直な前記ベース部の断面積に対して、９２％以下である。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、二次電池に過大な電流が流れた場合でも、集電体を電極体から離れた部位で確実に溶断させることが可能な、信頼性の高い角形二次電池を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の一実施形態における角型二次電池の構成を模式的に示した図で、（ａ）は断面図、（ｂ）は、（ａ）のIb−Ib線に沿った断面図である。

【図2】本発明の一実施形態における正極集電体の構成を模式的に示した図で、（ａ）は、折り曲げる前の正極集電体の平面図で、（ｂ）は、折り曲げる前の正極集電体の側面図である。

【図3】折り曲げ後の正極集電体が、正極芯体露出部に溶接された状態を示した側面図である。

【図4】図１に示した二次電池の正極端子の近傍を拡大した部分断面図である。

【図5】正極端子の先端部が、正極集電体のベース部に溶接された状態の正極集電体を、電池内部から見た平面図である。

【図6】図３に示した正極芯体露出部に溶接された状態の正極集電体において、過電流によって溶断部が溶断された状態を示した図である。

【図7】本発明の変形例における正極集電体のベース部と正極端子との溶接の仕方を模式的に示した断面図である。

【図8】本発明の変形例における正極集電体の構成を模式的に示した平面図である。

【図9】本発明の変形例における正極集電体のベース部と正極端子（封口板）との溶接の仕方を模式的に示した断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。また、本発明の効果を奏する範囲を逸脱しない範囲で、適宜変更は可能である。

【0012】

図１（ａ）、（ｂ）は、本発明の一実施形態における角型二次電池の構成を模式的に示した図で、図１（ａ）は断面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）のIb−Ib線に沿った断面図である。

【0013】

図１（ａ）、（ｂ）に示すように、本実施形態における角型二次電池１０では、発電要素である電極体１３が電解液とともに、外装体１１内に収容されている。また、外装体１１の開口部は、封口板１２で封口されている。また、正極端子１５及び負極端子１７は、それぞれ、封口板１２に設けられた貫通孔を貫通して封口板１２に固定されている。ここで、電極体１３は、正極板及び負極板がセパレータ（何れも不図示）を介して巻回、または積層された構造をなす。正極板としては、正極芯体表面に正極活物質を含む正極活物質層が設けられたものを用いることができる。負極板としては、負極芯体表面に負極活物質を含む負極活物質層が設けられたものを用いることができる。なお、正極端子１５及び負極端子１７は、封口板１２の上面及び下面に設けられた絶縁部材（不図示）を介して、封口板１２に固定されている。また、図１（ａ）、（ｂ）には図示しないが、電極体１３と外装体１１との間には、箱状に折り曲げ加工された絶縁シートが配置されている。

【0014】

正極板及び負極板は、それぞれ、その一側部において、活物質層が形成されていない正極芯体露出部１４及び負極芯体露出部１６を有している。そして、正極板及び負極板は、正極芯体露出部１４及び負極芯体露出部１６が、それぞれ反対方向（図中の左右方向）に延出するように配置されている。正極芯体露出部１４は、正極集電体２０を介して、正極端子１５に接続されている。また、負極芯体露出部１６は、負極集電体３０を介して、負極端子１７に接続されている。

【0015】

正極集電体２０は、封口板１２と電極体１３との間に、封口板１２に沿って配置されたベース部２１と、ベース部２１の端部から、外装体１１の底部の方向に折り曲げられて延びるリード部２２とを有している。同様に、負極集電体３０は、封口板１２と電極体１３との間に、封口板１２に沿って配置されたベース部３１と、ベース部３１の端部から、外装体１１の底部の方向に折り曲げられた延びるリード部３２とを有している。そして、ベース部２１、３１は、それぞれ、各ベース部２１、３１に設けられた開口部（不図示）近傍において、正極端子１５及び負極端子１７に溶接接続されている。また、各リード部２２、３２は、それぞれ、正極芯体露出部１４及び負極芯体露出部１６に溶接接続されている。

【0016】

なお、二次電池１０が非水電解質二次電池である場合、正極芯体、正極集電体２０、及び正極端子１５は、アルミニウムあるいはアルミニウム合金からなることが好ましい。また、負極芯体、負極集電体３０、及び負極端子１７は、銅あるいは銅合金であることが好ましい。

【0017】

外装体１１及び封口板１２は金属製であることが好ましく、アルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス、鉄等からなることが好ましい。

【0018】

なお、図１（a）には図示しないが、封口板１２には、外装体１１内の圧力が所定値以上となった際に破断し、外装体１１内のガスを外装体１１外へ排出するガス排出弁を設けることが好ましい。また、外装体１１内に電解液を注液するための電解液注液孔を封口板１２に設けることが好ましい。

【0019】

図４に示すように、正極端子１５の鍔部１５ａは、絶縁部材４０を介して、封口板１２上に載置されている。なお、絶縁部材４０は樹脂製であることが好ましい。また、正極端子１５の円筒部１５ｂは、正極集電体２０のベース部２１に形成された開口部２１ａ内に挿通され、その先端部１５ｃを拡径することによって、正極端子１５及び正極集電体２０が、絶縁部材４１を介して、封口板１２に固定されている。

【0020】

図２（ａ）、（ｂ）は、本実施形態における正極集電体２０の構成を模式的に示した図で、図２（ａ）は、折り曲げる前の正極集電体２０の平面図で、図２（ｂ）は、折り曲げる前の正極集電体２０の側面図である。また、図３は、折り曲げ後の正極集電体２０が、正極芯体露出部１４に溶接された状態を示した側面図である。なお、図３は、図１（ｂ）に示した図において、外装体１１、封口板１２、正極端子１５等を省略している。また、リード部２２において正極芯体露出部１４に溶接される領域のリード部２２の幅方向の端部にリブを設けることができる。このようなリブを設けることにより、リード部２２と正極芯体露出部１４を溶接する際に、溶融した金属の飛散を抑制できる等の効果が得られる。更に、リブを放熱フィンとして設けることも可能である。

【0021】

図２（ａ）、（ｂ）に示すように、正極集電体２０は、ベース部２１とリード部２２とを有し、ベース部２１には、正極端子１５の一部が貫通する開口部２１ａが形成されている。また、ベース部２１とリード部２２との境界部に、切り欠き部２３ａ、２３ｂが形成されており、リード部２２は、切り欠き部２３ａ、２３ｂを結ぶ破線２４に沿って折り曲げられる。また、リード部２２の途中に、第２の切り欠き部２７が形成されており、第２の切り欠き部２７を通る破線２５に沿って、リード部２２の一部が折り曲げられる。また、リード部２２は、破線２６に沿って折り曲げられる。

【0022】

図３は、折り曲げ後の正極集電体２０が、正極芯体露出部１４に溶接された状態を示した側面図である。なお、図３は、図１（ｂ）に示した図において、外装体１１、封口板１２、正極端子１５等を省略している。

【0023】

図３に例示した電極体１３は、正極板及び負極板が巻回された巻回電極体であり、この巻回電極体は、巻回軸が封口板１２に平行になる向きに外装体１１内に収容されている。そして、正極芯体露出部１４は、束ねられて厚みが小さい領域１４ａと、厚みが小さい領域１４ａの両側に設けられた厚みの大きい領域１４ｂとを有している。

【0024】

図３に示すように、リード部２２は、ベース部２１から、破線２４に沿って折り曲げられて、外装体１１の底部に延びる第１領域２２ａと、破線２５に沿って折り曲げられて、第１領域２２ａよりも外装体１１の内側にあって、正極芯体露出部１４の厚みが小さい領域１４ａに接続される第２領域２２ｂと、第１領域２２ａと第２領域２２ｂとを繋ぐ第３領域２２ｃとを有している。

【0025】

そして、図３に示すように、正極芯体露出部１４の厚みが小さい領域１４ａの両側を、リード部２２の第２領域２２ｂと集電体受け部２８とで挟み込んで、正極芯体露出部１４と、リード部２２の第２領域２２ｂ及び集電体受け部２８とが溶接される。なお、溶接は、例えば、リード部２２の第２領域２２ｂ及び集電体受け部２８に、それぞれ電極棒を当接させて、電極棒間に電流を流すことによって行うことができる。なお、リード部２２と正極芯体露出部１４の接続方法は抵抗溶接に限定されず、超音波溶接やレーザ溶接等であってもよい。また、集電体受け部２８を用いなくてもよい。なお、ベース部２１とリード部２２との境界部と、リード部２２の第２領域２２ｂと第３領域２２ｃとの境界部との距離は、１０〜２５ｍｍの範囲にあることが好ましい。

【0026】

例えば、図３に例示したリード部２２と正極芯体露出部１４との接続構造において、万一、リード部２２の第３領域２２ｃの位置で、リード部２２が溶断した場合、電極体１３は、外装体１１の底部側に動き、正極芯体露出部１４の厚みの大きい領域１４ｂと、リード部２２の第３領域２２ｃでの溶断部が接触するおそれがある。

【0027】

図４は、図１に示した二次電池の正極端子１５の近傍を拡大した部分断面図である。

【0028】

図４に示すように、正極端子１５の鍔部１５ａは、絶縁部材４０を介して、封口板１２上に載置されている。なお、絶縁部材４０は樹脂製であることが好ましい。また、正極端子１５の円筒部１５ｂは、正極集電体２０のベース部２１に形成された開口部２１ａ内に挿通され、その先端部１５ｃを拡径することによって、正極端子１５及び正極集電体２０が、絶縁部材４１を介して、封口板１２に固定されている。なお、絶縁部材４１は樹脂製であることが好ましい。そして、図中の矢印Ｐで示した箇所で、正極端子１５の先端部１５ｃと正極集電体２０のベース部２１とが溶接されている。

【0029】

図５は、正極端子１５の先端部１５ｃが、正極集電体２０のベース部２１に溶接された状態の折り曲げる前の正極集電体２０を、電池内部から見た平面図である。

【0030】

図５に示すように、ベース部２１は、ベース部２１に設けられた開口部２１ａの近傍において、正極端子１５の先端部１５ｃに溶接されている。ここでは、開口部２１ａの周縁のうち、封口板１２の長手方向の両端部において、左右対称的に、ベース部２１と正極端子１５との溶接接続部５０が形成されている。ここで、ベース部２１と正極端子１５との溶接は、例えば、レーザ光によるスポット溶接により行うことができ、溶接接続部５０は、レーザ溶接により形成された溶接痕（ナゲット）を示す。

【0031】

リード部２２は、ベース部２１とリード部２２の境界部において、リード部２２の他の部位より断面積が最も小さく、過電流によって溶断可能な溶断部２４を有している。ここでは、図５に示すように、ベース部２１とリード部２２の境界部において、リード部２２の幅方向両端部に、切り欠き部（第１の切り欠き部）２３ａ、２３ｂが形成されている。そして、切り欠き部２３ａの頂点Ａと、切り欠き部２３ｂの頂点Ｂとを結ぶ破線の部位が、溶断部２４を構成している。

【0032】

本実施形態において、溶断部２４は、リード部２２において最も断面積が小さいため、リード部２２の他の部位よりも、抵抗が最も大きい。従って、二次電池に過大な電流が流れた場合、電流経路である正極集電体２０において、溶断部２４は、短絡電流によるジュール熱の発生が最も大きい部位となる。そのため、二次電池に過大な電流が流れた場合、リード部２２は、溶断部２４で溶断されることが期待される。

【0033】

しかしながら、本願発明者等が検討したところ、必ずしも、リード部２２において、断面積の最も小さい部位で溶断するとは限らないことが分かった。これは、以下の理由によるものと考えられる。すなわち、二次電池に過大な電流が流れた場合、発電要素である電極体１３が、発熱源となる。そのため、正極集電体２０のリード部２２において、電極体１３に近い部位で温度が最も上昇して、当該部位で溶断することが起こり得るからである。

【0034】

そこで、本願発明者等は、図３及び図５に示したように、正極集電体２０のリード部２２を、正極芯体露出部１４に接続するとともに、ベース部２１を正極端子１５に溶接した状態で、外部短絡試験を行い、溶断部２４における溶断の発生を検討した。なお、二次電池の作製、及び外部短絡試験は、以下の方法により行った。

【0035】

アルミニウム箔からなる正極芯体の両面に、リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物からなる正極活物質を含む正極活物質層を形成した正極板と、銅箔からなる負極芯体の両面に、黒鉛からなる負極活物質を含む負極活物質層を形成した負極板とを、ポリプロピレン／ポリエチレン／ポリプロピレンの三層のセパレータを介して巻回して電極体を作製した。この電極体を、非水溶媒にＬｉＰＦ_６からなる電解質塩を溶解させた非水電解液とともに、外装体に収容して、図１（ａ）、（ｂ）に示したような角形二次電池を作製した。なお、作製した二次電池の容量は、8.0ＡｈＡとした。ここで、正極集電体２０は、厚みが１．４ｍｍのアルミニウムからなり、図５に示したように、ベース部２１を、開口部２１ａの近傍において、正極端子１５の先端部１５ｃに、レーザ溶接した。また、ベース部２１とリード部２２との境界部に、切り欠き部２３ａ、２３ｂを形成して、切り欠き部２３ａの頂点Ａと、切り欠き部２３ｂの頂点Ｂとを結ぶ破線の部位に溶断部２４を形成した。なお、溶断部２４は、リード部２２の他の部位より断面積が最も小さい部位とした。

【0036】

ここで、切り欠き部２３ｂの深さを変えることによって、溶断部２４の断面積の異なる正極集電体を作製し、表１に示すように、溶断部２４の断面積の異なる４種類の電池Ａ〜Ｄを、それぞれ３個ずつ作製した。

【0037】

【表1】

【0038】

なお、各電池Ａ〜Ｄにおける溶断部２４の断面積は、表１に示すように、ベース部２１の所定の部位における断面積に対して、９４％、９２％、９０％、１００％とした。

【0039】

ここで、ベース部２１の所定の部位は、図５に示したように、封口板１２の長手方向における、ベース部２１と正極端子１５との溶接接続部５０のリード部側の端部を通るＣ−Ｃ線に沿った部位とし、当該部位の断面積を、封口板の長手方向に対して垂直なベース部２１の断面積とした。

【0040】

作製した各電池Ａ〜Ｄを満充電状態にして、各電池Ａ〜Ｄに対し、約２．０ｍΩの抵抗で外部短絡させ、電圧が０Ｖとなるまで放電した。その後、各電池Ａ〜Ｄを分解して、溶断部２４での溶断の有無を確認した。

【0041】

表１に示すように、電池Ａでは、溶断部２４で溶断した電池は、３個中１個しかなかった。また、電池Ｄでも、溶断部２４で溶断した電池は、３個中１個もなかった。これに対して、電池Ｂ、Ｃでは、全ての電池において、溶断部２４で溶断されていた。この結果から、溶断部２４の断面積を、ベース部２１の上記所定の部位における断面積に対して、９２％以下にすることによって、二次電池に過大な電流が流れても、リード部２２を、溶断部２４において確実に溶断させることができる。

【0042】

なお、電池Ａにおいて、溶断部２４の断面積が、ベース部２１の上記所定の部位における断面積に対して９４％と小さいにもかかわらず、溶断部２４で確実に溶断されなかった理由は、次のように考えられる。すなわち、電極体１３は、リード部２２に比べて熱容量が大きいため、溶断部２４で発生したジュール熱の一部は、リード部２２を介して、電極体１３に奪われてしまう。これにより、溶断部２４での温度上昇が抑制されるため、必ずしも、ジュール熱の発生が最も大きい溶断部２４で、溶断するとは限らなかったためと考えられる。

【0043】

このことを検証するために、各電池Ａ〜Ｄに対して、外部短絡試験の間、溶断部２４で発熱する発熱量を測定した。表１に、その結果を示す。なお、表１では、ベース部２１の上記所定の部位における発熱量を１．００としたときの、溶断部２４における発熱量を示している。ここで、発熱量は、以下の方法のシミュレーションによりも求めた。

【0044】

解析用のセルモデルを構築し、ANSYS(ANSYS社、ver.16.0)にて解析を実施した。構成部品毎に比熱・比抵抗・熱伝導率を与え、端子板より所定の電流値を与え、その際の温度分布を比較した。溶断部２４の断面積を変化させ、断面積毎の発熱量の関係を求めた。

【0045】

表１に示すように、電池Ａでは、溶断部２４の発熱量が、ベース部２１の上記所定の部位における発熱量に対して、０．９５と低くなっている。そのため、溶断部２４の断面積が、ベース部２１の所定の部位における断面積に対して９４％と小さいにもかかわらず、溶断部２４で確実に溶断されなかったためと考えられる。

【0046】

これに対して、電池Ｂ、Ｃでは、溶断部２４の発熱量が、ベース部２１の上記所定の部位における発熱量に対して、１．１０、１．２５と高くなっている。そのため、溶断部２４での温度上昇が高くなり、これにより、溶断部２４で確実に溶断されたためと考えられる。

【0047】

本実施形態によれば、溶断部２４の断面積を、ベース部２１の上記所定の部位における断面積に対して、９２％以下にすることによって、図６に示したように、二次電池に過大な電流が流れたとき、溶断部２４において、リード部２２を確実に溶断することができる。これにより、溶断した箇所で、リード部２２と正極芯体露出部１４とが接触することを防止でき、二次電池内の電流経路が不安定な状態で繋がるおそれがない。また、溶断した箇所で、リード部２２と正極芯体露出部１４との間にスパークが発生することを防止でき、電池ケース等が損傷、あるいは破損するおそれがない。これにより、二次電池に過大な電流が流れた場合でも、信頼性の高い角形二次電池を実現することができる。

【0048】

なお、本実施形態では、溶断部２４を、ベース部２１とリード部２２の境界部に設けたが、これに限定されず、リード部２２において、電極体１３の封口板１２側の端部よりも封口板１２側の部位に設けてもよい。この場合、二次電池に過大な電流が流れても、リード部２２を電極体１３から離れた部位で確実に溶断させることができる。例えば、リード部２２の第１領域２２aにおいて、ベース部２１とリード部２２の境界部よりも外装体１１の底部側に位置し、且つ電極体１３の封口板１２側の端部よりも封口板１２側に位置する領域に溶断部を設けることができる。
また、本実施形態では、正極集電体２０のリード部２２に溶断部２４を設けたが、負極集電体３０のリード部３１に溶断部を設けてもよい。

【0049】

また、本実施形態において、溶断部２４の断面積の下限値は特に限定されないが、極端に小さくなると、溶断部２４での強度が弱くなり、振動等が加わると、溶断部２４で破断するおそれがある。そのため、溶断部２４の断面積は、ベース部２１の上記所定の部位における断面積に対して、５０％以上であることが好ましく、８０％以上であることがより好ましい。また、正極集電体２０の厚みは、１〜２ｍｍの範囲にあることが好ましい。

【0050】

（変形例１）
上記実施形態では、正極集電体２０のベース部２１と正極端子１５との溶接は、図４に示したように、ベース部２１に設けられた開口部２１ａの近傍において行った。具体的には、正極端子１５の円筒部１５ｂを、ベース部２１に形成された開口部２１ａ内に挿通し、その先端部１５ｃを拡径して、図４中の矢印Ｐで示した箇所で、正極端子１５の先端部１５ｃとベース部２１とを溶接した。

【0051】

しかしながら、本発明において、正極集電体２０のベース部２１と正極端子１５との溶接の仕方は特に限定されず、種々の構成をとり得る。

【0052】

図７は、正極集電体２０のベース部２１と正極端子１５との溶接の仕方の他の例を示した断面図である。

【0053】

図７に示すように、正極端子１５の鍔部１５ａは、絶縁部材４０を介して、封口板１２上に載置されている。そして、正極端子１５の円筒部１５ｂは、封口板１２に形成された貫通孔、及び正極集電体２０のベース部２１に形成された開口部２１ａに嵌合されている。そして、図中の矢印Ｐで示した箇所で、正極端子１５の円筒部１５ｂの端部と、ベース部２１の開口部２１ａの縁部とが溶接されている。

【0054】

（変形例２）
上記実施形態では、正極集電体２０のリード部２２と、正極芯体露出部１４との溶接は、図３に示したように、正極芯体露出部１４の片面において行った。従って、折り曲げる前の正極集電体２０は、図２（ａ）に示したように、ベース部２１の一側部から一方向に延びたリード部２２が形成されている。

【0055】

しかしながら、本発明において、正極集電体２０のリード部２２と、正極芯体露出部１４との溶接は、これに限定されず、正極芯体露出部１４の両面において行ってもよい。

【0056】

図８は、正極集電体２０のリード部２２を、正極芯体露出部１４の両面で溶接する場合に使用する正極集電体２０の構成を模式的に示した平面図である。

【0057】

図８に示すように、正極集電体２０は、ベース部２１と、ベース部２１の両側部から、互いに反対方向に延びるリード部２２Ａ、２２Ｂとが形成されている。そして、ベース部２１とリード部２２Ａとの境界部に、切り欠き部２３Ａを形成することにより、過電流によって溶断可能な溶断部２４Ａが形成されている。同様に、ベース部２１とリード部２２Ｂとの境界部に、切り欠き部２３Ｂを形成することにより、過電流によって溶断可能な溶断部２４Ｂが形成されている。また、リード部２２Ａ及び２２Ｂは、それぞれ、破線２５Ａ、２６Ａ、及び２５Ｂ、２６Ｂに沿って、図３に示したように折り曲げられる。

【0058】

ここで、溶断部２４Ａ、２４Ｂは、それぞれ、リード部２２Ａ、２２Ｂの他の部位より断面積が最も小さくなっている。そして、溶断部２４Ａ、２４Ｂの断面積は、それぞれ、封口板１２の長手方向における、ベース部２１と正極端子１５との溶接接続部のリード部側の端部を通り、封口板１２の長手方向に対して垂直なベース部２１の断面積に対して、９２％以下になっている。

【0059】

このような構成により、二次電池に過大な電流が流れたとき、ベース部２１とリード部２２Ａ、２２Ｂの境界部に設けられた溶断部２４Ａ、２４Ｂで、リード部２２Ａ、２２Ｂを確実に溶断することができる。

【0060】

なお、ベース部２１に設けられるリード部は、上述の実施形態のように一つであることが好ましい。上述の実施形態のようにベース部２１に設けられるリード部が一つであれば、ベース部２１に設けられるリード部が二つの場合と比較し、二次電池に過電流が流れた場合に集電体をより確実に溶断できる。よって、上述の実施形態のようにベース部２１に設けられるリード部が一つであれば、より信頼性の高い二次電池となる。

【0061】

（変形例３）
上記実施形態では、図１に示したように、正極端子１５は、封口板１２に設けられた貫通孔を貫通して封口板１２に固定されていた。

【0062】

しかしながら、本発明において、正極端子１５は、このような構成に限定されず、封口板１２が正極端子を兼ねていてもよい。

【0063】

図９は、封口板１２が正極端子を兼ねる場合の正極集電体２０のベース部２１と正極端子（封口板１２）との溶接の仕方を模式的に示した断面図である。

【0064】

図９に示すように、封口板１２は、電池内面に突起部１２ａを有し、突起部１２ａは、ベース部２１に形成された開口部２１ａ内に配置されている。そして、図中の矢印Ｐで示した箇所で、封口板１２の突起部１２ａの端部と、ベース部２１の開口部２１ａの縁部とを溶接する。ここで、突起部１２ａは、例えば、封口板１２をプレス加工することにより形成することができる。この場合、突起部１２ａと反対側には、凹部１２ｂが形成される。

【0065】

なお、本変形例では、負極端子１７は、図１に示したように、封口板１２に設けられた貫通孔を貫通して封口板１２に固定される。また、正極集電体２０の構成、及び、正極集電体２０のリード部２２と正極芯体露出部１４との溶接の仕方は、上記実施形態で説明した構成と同じである。

【0066】

以上、本発明を好適な実施形態により説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、もちろん、種々の改変が可能である。例えば、上記実施形態では、溶断部２４を、リード部２２の幅方向両端部に、切り欠き部２３ａ、２３ｂを形成することによって設けたが、これに限定されず、例えば、リード部２２の幅方向に沿って、厚みを薄くした溝部を形成することによって、溶断部２４を設けてもよい。

【0067】

また、上記実施形態では、二次電池１０として非水電解質二次電池を例に説明したが、その種類は、特に限定されず、例えば、リチウムイオン二次電池、ニッケル水素二次電池等に適用することができる。また、本発明は、容量が５Ａｈ以上の角形二次電池に、より好適に用いることができる。特に、本発明は、容量が５Ａｈ〜１５Ａｈのリチウムイオン二次電池に適用した場合、特に効果的である。リチウムイオン二次電池においては、公知の材料を使用することができる。例えば、正極活物質としてはリチウム遷移金属複合酸化物を用いることが好ましい。また、負極活物質としては炭素材料ないしシリコン材料を用いることが好ましい。
＜その他＞
他の発明に係る角形二次電池は、
開口部を有する外装体と、
前記外装体内に収容された、正極板及び負極板を有する電極体と、
前記開口部を封口する封口板と、
前記正極板又は前記負極板に電気的に接続され、前記封口板に設けられた貫通孔を貫通する端子と、
前記正極板又は前記負極板に電気的に接続された集電体と、を備えた角形二次電池であって、
前記集電体は、前記封口板と前記電極体との間に、前記封口板に沿って配置されたベース部と、前記ベース部の端部から、前記外装体の底部の方向に延びるリード部とを有し、
前記ベース部は、該ベース部において、前記端子に接続されており、
前記リード部は、前記正極板又は前記負極板の芯体露出部に接続されており、
前記ベース部と前記リード部の境界部において、前記リード部の幅方向における一方の端部に第１の切り欠き部が形成され、他方の端部に第２の切り欠き部が形成され、
前記第１の切り欠き部の頂点Ａと、前記第２の切り欠き部の頂点Ｂとを結ぶ直線は、前記封口板の長手方向に延びる直線と略平行である。

【0068】

このような構成であると、板状の金属材料を曲げ加工することにより集電体を形成する場合、集電体をより確実に所定の形状に成形できる。したがって、集電体と芯体露出部を所定の位置において所定の条件で溶接接続することが可能となり、より信頼性の高い二次電池となる。特に、封口板にベース部が固定された集電体を曲げ加工する場合、特に有効である。

【0069】

なお、封口板の長手方向に延びる直線に対する、頂点Ａと頂点Ｂを結ぶ直線の傾きは−１０°〜１０°の範囲であることが好ましく、−５°〜５°の範囲であることがより好ましい。

【符号の説明】

【0070】

１０ 角型二次電池
１１ 外装体
１２ 封口板
１２ａ 突起部
１３ 電極体
１４ 正極芯体露出部
１５ 正極端子
１５ａ 鍔部
１５ｂ 円筒部
１５ｃ 先端部
１６ 負極芯体露出部
１７ 負極端子
２０ 正極集電体
２１ ベース部
２１ａ 開口部
２２ａ 第１領域
２２ｂ 第２領域
２２ｃ 第３領域
２２ リード部
２３ａ、２３ｂ 切り欠き部
２４ 溶断部
２７ 第２の切り欠き部
２８ 集電体受け部
３０ 負極集電体
３１ ベース部
３２ リード部
４０、４１ 絶縁部材
５０ 溶接接続部
１００ 電極体
１１０ 芯体露出部
１２０ 集電体
１２０Ａ ベース部
１２０Ｂ リード部
１２１ 切り欠き部
１３０ 集電体受け部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】