▶ プライムプラネットエナジー＆ソリューションズ株式会社の特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024018442
(43)【公開日】2024-02-08
(54)【発明の名称】二次電池および電極端子
(51)【国際特許分類】
H01M 50/553 20210101AFI20240201BHJP
H01M 50/103 20210101ALI20240201BHJP
H01M 50/15 20210101ALI20240201BHJP
H01M 50/184 20210101ALI20240201BHJP
H01M 50/188 20210101ALI20240201BHJP
H01M 50/176 20210101ALI20240201BHJP
H01M 50/55 20210101ALI20240201BHJP
H01M 50/193 20210101ALI20240201BHJP
H01G 11/80 20130101ALI20240201BHJP
H01G 11/78 20130101ALI20240201BHJP
H01G 11/74 20130101ALI20240201BHJP
【ＦＩ】
H01M50/553
H01M50/103
H01M50/15
H01M50/184 A
H01M50/188
H01M50/176
H01M50/55 101
H01M50/193
H01G11/80
H01G11/78
H01G11/74
【審査請求】有
【請求項の数】5
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022121793
(22)【出願日】2022-07-29
(71)【出願人】
【識別番号】520184767
【氏名又は名称】プライムプラネットエナジー＆ソリューションズ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100117606
【弁理士】
【氏名又は名称】安部 誠
(74)【代理人】
【識別番号】100121186
【弁理士】
【氏名又は名称】山根 広昭
(74)【代理人】
【識別番号】100130605
【弁理士】
【氏名又は名称】天野 浩治
(72)【発明者】
【氏名】伊藤 祐介
【テーマコード（参考）】
5E078
5H011
5H043
【Ｆターム（参考）】
5E078AA11
5E078AB02
5E078AB13
5E078AB14
5E078BA18
5E078BA26
5E078BA27
5E078CA02
5E078CA06
5E078CA07
5E078DA03
5E078DA06
5E078DA11
5E078EA03
5E078EA04
5E078EA06
5E078EA09
5E078EA16
5E078FA12
5E078FA13
5E078FA23
5E078FA25
5E078HA05
5E078HA12
5E078HA26
5E078ZA04
5H011AA13
5H011CC06
5H011DD13
5H011EE04
5H011FF04
5H011GG02
5H011HH02
5H011KK01
5H043AA04
5H043BA19
5H043CA04
5H043CA12
5H043CA13
5H043CA14
5H043DA09
5H043DA13
5H043JA02D
5H043JA13
5H043KA08D
5H043KA09D
5H043KA22D
5H043KA45D
5H043LA02D
5H043LA12
5H043LA31
(57)【要約】 （修正有）
【課題】安全性がより向上した二次電池を提供すること。
【解決手段】ここで開示される二次電池は、正極および負極を有する電極体と、開口部を有し、電極体を収容する電池ケースと、端子装着孔１９を有し、開口部を封口する封口板１４と、電池ケースの外部に配置される第１フランジ部４１と、電池ケースの内部に配置される第２フランジ部４２と、第１フランジ部４１と第２フランジ部４２との間に位置し、端子装着孔１９に挿通される軸部４３と、を有する電極端子と、封口板１４の外表面１４Ａと第１フランジ部４１とを絶縁する樹脂製の外部絶縁部材と、を備える。二次電池は、電池容量が１０Ａｈ以下、かつ、電池ケースを含めた電池体積が２００ｃｍ３以下である。ここで、封口板１４の外表面１４Ａから電極端子の頂部までの高さＨ１は、封口板１４の外表面１４Ａから外部絶縁部材の頂部までの高さＨ２よりも２倍以上高い。
【選択図】図２
【解決手段】ここで開示される二次電池は、正極および負極を有する電極体と、開口部を有し、電極体を収容する電池ケースと、端子装着孔１９を有し、開口部を封口する封口板１４と、電池ケースの外部に配置される第１フランジ部４１と、電池ケースの内部に配置される第２フランジ部４２と、第１フランジ部４１と第２フランジ部４２との間に位置し、端子装着孔１９に挿通される軸部４３と、を有する電極端子と、封口板１４の外表面１４Ａと第１フランジ部４１とを絶縁する樹脂製の外部絶縁部材と、を備える。二次電池は、電池容量が１０Ａｈ以下、かつ、電池ケースを含めた電池体積が２００ｃｍ３以下である。ここで、封口板１４の外表面１４Ａから電極端子の頂部までの高さＨ１は、封口板１４の外表面１４Ａから外部絶縁部材の頂部までの高さＨ２よりも２倍以上高い。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
正極および負極を有する電極体と、
開口部を有し、前記電極体を収容する電池ケースと、
端子装着孔を有し、前記開口部を封口する封口板と、
前記電池ケースの外部に配置される第１フランジ部と、前記電池ケースの内部に配置される第２フランジ部と、前記第１フランジ部と前記第２フランジ部との間に位置し、前記端子装着孔に挿通される軸部と、を有する電極端子と、
前記封口板の外表面と前記第１フランジ部とを絶縁する樹脂製の外部絶縁部材と、を備え、
電池容量が１０Ａｈ以下、かつ、前記電池ケースを含めた電池体積が２００ｃｍ３以下であり、
ここで、前記封口板の外表面から前記電極端子の頂部までの高さＨ１は、前記封口板の外表面から前記外部絶縁部材の頂部までの高さＨ２よりも２倍以上高い、二次電池。
開口部を有し、前記電極体を収容する電池ケースと、
端子装着孔を有し、前記開口部を封口する封口板と、
前記電池ケースの外部に配置される第１フランジ部と、前記電池ケースの内部に配置される第２フランジ部と、前記第１フランジ部と前記第２フランジ部との間に位置し、前記端子装着孔に挿通される軸部と、を有する電極端子と、
前記封口板の外表面と前記第１フランジ部とを絶縁する樹脂製の外部絶縁部材と、を備え、
電池容量が１０Ａｈ以下、かつ、前記電池ケースを含めた電池体積が２００ｃｍ３以下であり、
ここで、前記封口板の外表面から前記電極端子の頂部までの高さＨ１は、前記封口板の外表面から前記外部絶縁部材の頂部までの高さＨ２よりも２倍以上高い、二次電池。
【請求項2】
前記軸部の下端側が平坦である、請求項１に記載の二次電池。
【請求項3】
前記端子装着孔の直径よりも、前記電極端子の高さＨ１の長さの方が長い、請求項１に記載の二次電池。
【請求項4】
前記電極端子の高さＨ１は、前記外部絶縁部材の高さＨ２よりも少なくとも１ｍｍ以上高い、請求項１に記載の二次電池。
【請求項5】
二次電池の正極端子および負極端子のいずれかの電極端子であって、請求項１～４のいずれか一項に記載の二次電池に備えられている、電極端子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、二次電池および電極端子に関する。
【背景技術】
【0002】
リチウムイオン二次電池等の二次電池は、パソコン、携帯端末等のポータブル電源や、電気自動車（ＢＥＶ）、ハイブリッド自動車（ＨＥＶ）、プラグインハイブリッド自動車（ＰＨＥＶ）等の車両駆動用電源に好適に用いられている。かかる二次電池は、例えば、正極および負極を有する電極体と、開口部を有し電極体を収容する電池ケースと、端子装着孔を有し開口部を封口する封口板と、一端が電池ケースの内部で電極体と接続され、他端が端子装着孔に挿通されて封口板の外部に引き出された電極端子と、封口板の外表面と電極端子とを絶縁する樹脂製の絶縁部材と、を有している。このような技術の一例として、例えば特許文献１が挙げられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０２２－４１１４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
一般的に、樹脂製である絶縁部材は、金属製である電極端子よりも耐熱性が低い。このため、通電により電極端子の温度が上昇した場合には、絶縁部材が変形する等により、シール性や絶縁性が低下する虞がある。また、近年では、電池本体のサイズが比較的小さい二次電池であっても高出力特性をもつ二次電池が要求されている。このような電池本体のサイズが比較的小さい二次電池においては、種々の部材もその大きさに比例して小さくなりがちである。このため、高出力を目的として大電流が流れた場合には電極端子の温度が上昇しやすく、例えば絶縁部材の耐熱温度を超える虞がある。したがって、電池サイズが比較的小さい二次電池において、大電流の通電を可能とする熱容量（「熱マス」とも称し得る。）を有する電極端子が求められている。
【0005】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、比較的電池サイズが小さい二次電池において、安全性がより向上した二次電池を提供することにある。また、他の目的は、電池の安全性を好適に向上させる電極端子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
ここに開示される二次電池は、正極および負極を有する電極体と、開口部を有し、上記電極体を収容する電池ケースと、端子装着孔を有し、上記開口部を封口する封口板と、上記電池ケースの外部に配置される第１フランジ部と、上記電池ケースの内部に配置される第２フランジ部と、上記第１フランジ部と上記第２フランジ部との間に位置し、上記端子装着孔に挿通される軸部と、を有する電極端子と、上記封口板の外表面と上記第１フランジ部とを絶縁する樹脂製の外部絶縁部材と、を備える。上記二次電池は、電池容量が１０Ａｈ以下、かつ、上記電池ケースを含めた電池体積が２００ｃｍ３以下である。ここで、上記二次電池は、上記封口板の外表面から上記電極端子の頂部までの高さＨ１は、上記封口板の外表面から上記外部絶縁部材の頂部までの高さＨ２よりも２倍以上高い。
【0007】
かかる構成によれば、電池サイズが比較的小さく高出力を目的とした二次電池であっても、電極端子の熱容量を大きくすることができる。これにより、電極端子が通電により発熱することが抑制され、樹脂部材である外部絶縁部材の耐熱温度を超えることを抑制することができる。したがって、外部絶縁部材のシール性が確保されやすくなり、二次電池の安全性をより好適に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、ここで開示される技術の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって、ここで開示される技術の実施に必要な事柄（例えば、ここに開示される技術を特徴付けない電池の一般的な構成および製造プロセス等）は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。ここで開示される技術は、本明細書に開示されている内容と、当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。また、以下では、同じ作用を奏する部材、部位には同じ符号を付し、重複する説明は省略または簡略化することができる。なお、本明細書において範囲を示す「Ａ～Ｂ」の表記は、「Ａ以上Ｂ以下」の意と共に、「Ａを超える」および「Ｂ未満」の意を包含するものとする。
【0010】
本明細書において「電池」とは、電気エネルギーを取り出し可能な蓄電デバイス全般を指す用語であって、一次電池と二次電池とを包含する概念である。また、本明細書において「二次電池」とは、電解質を介して正極と負極の間で電荷担体が移動することによって繰り返し充放電が可能な蓄電デバイス全般を指す用語であって、リチウムイオン二次電池やニッケル水素電池等のいわゆる蓄電池（化学電池）と、電気二重層キャパシタ等のキャパシタ（物理電池）と、を包含する概念である。
【0011】
図１は、二次電池１００の部分断面図である。図２は、正極端子４０の近傍を模式的に示す部分的な拡大断面図である。なお、以下の説明において、図面中の符号Ｌ、Ｒ、Ｆ、Ｒｒ、Ｕ、Ｄは、左、右、前、後、上、下を表す。また、符号Ｙは「電池の長辺方向」を示し、符号Ｚは「電池の高さ方向」を示す。ただし、これらは説明の便宜上の方向に過ぎず、二次電池１００の設置形態を何ら限定するものではない。
【0012】
＜二次電池＞
図１に示すように、二次電池１００は、電池ケース１０と、電極体２０と、負極端子３０と、正極端子４０と、ガスケット５０と、インシュレータ６０と、を備えている。負極端子３０および／または正極端子４０は、電極端子の一例である。また、ガスケット５０は外部絶縁部材の一例である。図示は省略するが、二次電池１００は、ここではさらに電解質を備えている。二次電池１００は、二次電池であることが好ましく、例えばリチウムイオン二次電池等の非水電解液二次電池であることがより好ましい。
図１に示すように、二次電池１００は、電池ケース１０と、電極体２０と、負極端子３０と、正極端子４０と、ガスケット５０と、インシュレータ６０と、を備えている。負極端子３０および／または正極端子４０は、電極端子の一例である。また、ガスケット５０は外部絶縁部材の一例である。図示は省略するが、二次電池１００は、ここではさらに電解質を備えている。二次電池１００は、二次電池であることが好ましく、例えばリチウムイオン二次電池等の非水電解液二次電池であることがより好ましい。
【0013】
ここに開示される二次電池１００は、電池サイズが比較的小さく、出力を高くすることを目的とした電池であり得る。したがって、ここに開示される二次電池１００は、電池容量が１０Ａｈ以下、かつ、電池体積が２００ｃｍ３以下である。二次電池１００の電池容量は、例えば９Ａｈ以下であってもよいし、８Ａｈ以下であってもよいし、７Ａｈ以下であってもよい。電池容量の下限値は特に限定されないが、例えば３Ａｈ以上程度であるとよい。また、二次電池１００の電池体積は、１８０ｃｍ３以下であってもよく、１５０ｃｍ３以下であってもよい。電池体積の下限値についても特に限定されないが、例えば９０ｃｍ３以上程度であるとよい。
なお、本明細書における「電池容量」とは、２０±５℃の雰囲気における１Ｃ定電流放電（電圧３Ｖ～４．１Ｖ）の容量のことである。また、本明細書における「電池体積」とは、電池ケースの外側の体積のことである。ここで、電池ケースの外側の体積とは、正極端子および負極端子等は含まずに電池ケースの外形を定める外周面で規定される外形の体積である。
なお、本明細書における「電池容量」とは、２０±５℃の雰囲気における１Ｃ定電流放電（電圧３Ｖ～４．１Ｖ）の容量のことである。また、本明細書における「電池体積」とは、電池ケースの外側の体積のことである。ここで、電池ケースの外側の体積とは、正極端子および負極端子等は含まずに電池ケースの外形を定める外周面で規定される外形の体積である。
【0014】
図１に示すように、電池ケース１０は、外装体１２と封口板１４とを備えている。外装体１２および封口板１４は、電池ケース１０を構成するケース部材の一例である。電池ケース１０は、ここでは扁平な直方体形状（角型）の外形を有する。電池ケース１０は、例えば、外装体１２の開口部１２ｈの周縁に封口板１４が接合（例えば溶接接合）されることによって、一体化されている。外装体１２および封口板１４は、例えば、アルミニウムまたはアルミニウム合金によって形成されている。
【0015】
外装体１２は、電極体２０と電解液とを収容する筐体である。外装体１２は、上面に開口部１２ｈを有する有底かつ角型の容器である。開口部１２ｈは、略矩形状である。外装体１２は、底壁と、底壁から延び相互に対向する一対の長側壁と、底壁から延び相互に対向する一対の短側壁と、を備えている。底壁は、略矩形状である。底壁は、開口部１２ｈと対向している。
【0016】
封口板１４は、外装体１２の開口部１２ｈを封口するプレート状の部材である。封口板１４は、平面視において略矩形状である。封口板１４は、外装体１２の底壁と対向している。封口板１４には、ガス排出弁１５と、電解液を注入するための注入孔（図示せず）と、が設けられている。ガス排出弁１５は、電池ケース１０内の圧力が所定値以上になったときに破断して、電池ケース１０内のガスを外部に排出するように構成された薄肉部である。また、図２に示すように、封口板１４は、外部側を向き開口部１２ｈを封口した状態で電池ケース１０の外側にある外表面１４Ａと、二次電池１００の内部側を向き電極体２０と対向する内表面１４Ｂと、を有している。
【0017】
図１に示すように、封口板１４は、外表面１４Ａと内表面１４Ｂとを貫通する端子装着孔１８、１９を有している。端子装着孔１８、１９は、封口板１４の長辺方向Ｙの両端部に設けられている。ここでは、端子装着孔１８は、負極端子３０用であり、端子装着孔１９は正極端子４０用である。端子装着孔１８、１９は、平面視において環状（例えば円環状）である。端子装着孔１９は、後述する正極端子４０のかしめ加工前の軸部４３を挿通可能な大きさの内径を有している。また、端子装着孔１９は、後述する正極端子４０の第１フランジ部４１よりも小さい内径である。
【0018】
電池ケース１０には、上記したように電極体２０とともに、電解質が収容され得る。電解質としては、従来公知の電池において使用されているものを特に制限なく使用できる。一例として、非水系溶媒に支持塩を溶解させた非水電解液を使用できる。非水系溶媒の一例として、エチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート等のカーボネート系溶媒が挙げられる。支持塩の一例として、ＬｉＰＦ６等のフッ素含有リチウム塩が挙げられる。ただし、電解質は固体状（固体電解質）で、電極体２０と一体化されていてもよい。
【0019】
図１に示すように、電極体２０は、外装体１２の内部に収容されている。電極体２０は、例えば、電極体ホルダ２９等の絶縁フィルムで覆われた状態で、外装体１２の内部に収容されている。電極体２０は、例えば、帯状の正極シートと帯状の負極シートとが、２枚の帯状のセパレータシートを介して絶縁された状態で積層され、巻回軸を中心として長辺方向に巻回された巻回電極体であってもよい。あるいは、電極体は、矩形状の正極シートと矩形状の負極シートとが矩形状のセパレータシートを介して交互に積層された積層型電極体であってもよい。また、電極体は、複数の正極シートと複数の負極シートを、つづら折り状に折り返されたセパレータシートに挟み込むことにより構成されるつづら折り状の積層型電極体であってもよい。
【0020】
正極シートは、帯状の正極集電体２２ｃと、正極集電体２２ｃの少なくとも一方の表面上に固着された正極活物質層２２ａと、を有する。正極シートを構成する各部材には、一般的な電池（例えば、リチウムイオン二次電池）で使用され得る従来公知の材料を特に制限なく使用できる。例えば、正極集電体２２ｃは、例えばアルミニウム、アルミニウム合金、ニッケル、ステンレス鋼等の導電性金属からなることが好ましい。正極活物質層２２ａは、電荷担体を可逆的に吸蔵および放出可能な正極活物質（例えば、リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物等のリチウム遷移金属複合酸化物）を含んでいる。なお、正極活物質層２２ａは、正極活物質以外の任意成分、例えば、導電材、バインダ、各種添加成分等を含んでいてもよい。
【0021】
負極シートは、帯状の負極集電体２４ｃと、負極集電体２４ｃの少なくとも一方の表面上に固着された負極活物質層２４ａと、を有する。負極シートを構成する各部材には、一般的な電池（例えば、リチウムイオン二次電池）で使用され得る従来公知の材料を特に制限なく使用できる。例えば、負極集電体２４ｃは、銅、銅合金、ニッケル、ステンレス鋼等の導電性金属から構成されることが好ましい。負極活物質層２４ａは、電荷担体を可逆的に吸蔵および放出可能な負極活物質（例えば、黒鉛等の炭素材料）を含んでいる。なお、負極活物質層２４ａは、負極活物質以外の任意成分、例えば、導電材、バインダ、分散剤、各種添加成分等を含んでいてもよい。
【0022】
セパレータシートは、電荷担体が通過し得る微細な貫通孔が複数形成された絶縁シートである。セパレータシートは、例えば、多孔性の樹脂基材で構成されている。樹脂基材としては、例えば、ポリエチレン（ＰＥ）や、ポリプロピレン（ＰＰ）等のポリオレフィン、ポリエステル、ポリアミド、セルロース等の樹脂からなるシート（フィルム）が例示される。セパレータシートは、単層構造であってもよく、性質や性状（厚みや空孔率等）の異なる２種以上の多孔性樹脂シートが積層された構造（例えば、ＰＥ層の両面にＰＰ層が積層された三層構造）であってもよい。また、セパレータシートは、その表面にセラミック粒子等により構成された耐熱層（Heat Resistant Layer：ＨＲＬ層）を備えていてもよい。
【0023】
電極体２０の長辺方向Ｙの中央部分には、正極活物質層２２ａと負極活物質層２４ａとが、絶縁された状態で積層された積層部分が形成されている。また、図１に示すように、電極体２０の上下方向Ｚの上端部においては、正極活物質層２２ａが固着されずに正極集電体２２ｃの一部が露出した部分（以下、「正極集電体露出部」ともいう。）が存在する。同様に、電極体２０の上下方向Ｚの上端部においては、負極活物質層２４ａが固着されずに負極集電体２４ｃの一部が露出した部分（以下、「負極集電体露出部」ともいう。）が存在する。正極集電体露出部には、正極集電部材４４が付設されている。正極集電部材４４は、正極集電体２２ｃと同じ金属材料、例えばアルミニウムやアルミニウム合金等の導電性金属から構成され得る。また、負極集電体露出部には、負極集電部材３４が付設されている。負極集電部材３４は、負極集電体２４ｃと同じ金属材料、例えば銅、銅合金等の導電性金属から構成され得る。
【0024】
負極端子３０は、封口板１４の長辺方向Ｙの他方の端部（図１の右端部）に取り付けられている。負極端子３０は、電池ケースの１０の内部で負極集電部材３４を介して電極体２０と電気的に接続されている。正極端子４０は、封口板１４の長辺方向Ｙの一方の端部（図１の左端部）に取り付けられている。正極端子４０は、電池ケースの１０の内部で正極集電部材４４を介して電極体２０と電気的に接続されている。すなわち、負極端子３０および正極端子４０は、一端が電池ケース１０の内部で電極体２０と電気的に接続され、他端が端子装着孔１８、１９に挿通されて封口板１４の外側に露出している。負極端子３０は、導電性に優れる金属、例えば銅または銅合金で形成されていることが好ましい。また、正極端子４０は、導電性に優れる金属、例えばアルミニウムまたはアルミニウム合金で形成されていることが好ましい。また、負極端子３０および正極端子４０は、それぞれ、ガスケット５０およびインシュレータ６０によって、封口板１４と絶縁されている。
なお、本明細書では、正極端子４０側の構造を例として詳しく説明するが、負極端子３０側の構造についても同様であってよい。その場合、以下の記載において、「正極」の個所を適宜「負極」と読み替えることができる。
なお、本明細書では、正極端子４０側の構造を例として詳しく説明するが、負極端子３０側の構造についても同様であってよい。その場合、以下の記載において、「正極」の個所を適宜「負極」と読み替えることができる。
【0025】
ここに開示される二次電池１００は、電池容量が１０Ａｈ以下、かつ、前記電池ケースを含めた電池体積が２００ｃｍ３以下であって、封口板１４の外表面１４Ａから正極端子４０の頂部４０ｔまでの高さＨ１が、封口板１４の外表面１４Ａからガスケット５０の頂部５０ｔまでの高さＨ２よりも高い（図２参照）。好ましくは、正極端子４０の高さＨ１は、ガスケット５０の高さＨ２よりも２倍以上高い。これにより、電極端子の熱容量（「熱マス」とも称される。）を向上させ、電池サイズが比較的小さく出力を高くすることを目的とした電池の電極端子においても、通電による温度上昇を抑制することができる。電極端子の温度上昇が抑制されることにより、電極端子に接触する外部絶縁部材の耐熱温度を超えることが防止される。したがって、外部絶縁部材と電極端子とが好適に封止された状態が保たれ、二次電池１００の安全性が好適に向上する。
【0026】
従来、電池容量が１０Ａｈ以下、かつ、前記電池ケースを含めた電池体積が２００ｃｍ３以下での二次電池では、電極端子の熱マスは、１．９Ｊ／Ｋ程度であることが一般的であった。しかしながら近年では、電池サイズが比較的小さい二次電池であっても高出力であることが求められており、大電流の通電に耐え得る熱マスをもつ電極端子が要求されている。そこで、ここに開示される二次電池１００では、正極端子４０の高さＨ１をガスケット５０の高さＨ２よりも２倍以上高くしている。かかる構成によれば、正極端子４０の熱マスは従来の１．９Ｊ／Ｋ程度より大きくすることができ、大電流の通電でも有利になる。また、図３Ａは、従来の正極端子１４０と、バスバー３１０との接続を模式的に示す図である。図３Ｂは、ここに開示される二次電池１００の正極端子４０とバスバー２１０との接続を模式的に示す図である。ここに開示される二次電池１００においては、正極端子４０の第１フランジ部４１は、ガスケット５０から露出する。このため、図３Ｂに示すように、第１フランジ部４１とバスバー２１０とが接続された場合にも、ガスケット５０とバスバー２１０との間にクリアランスを設けることができる。これにより、正極端子４０が冷却されやすくなり、正極端子４０の温度がガスケット５０の耐熱温度を超えることを、さらに好適に抑制することができる。したがって、正極端子４０の高さＨ１をガスケット５０の高さＨ２よりも２倍以上高くすることにより、安全性が高い二次電池１００を実現することができる。
【0027】
封口板１４の外表面１４Ａから正極端子４０の頂部４０ｔまでの高さＨ１は、封口板１４の外表面１４Ａからガスケット５０の頂部５０ｔまでの高さＨ２よりも２倍以上高ければよく、例えば２．５倍以上高いことが好ましく、３倍以上高くてもよく、３．５倍以上高くてもよい。一方で、電極端子の長さが高くなりすぎる場合には、車両に搭載する際の体積効率の観点から好ましくない。したがって、封口板１４の外表面１４Ａから正極端子４０の頂部４０ｔまでの高さＨ１は、封口板１４の外表面１４Ａからガスケット５０の頂部５０ｔまでの高さＨ２の５倍以下の高さであることが好ましく、４．５倍以下の高さであってもよい。なお、本明細書において、「封口板の外表面から正極端子の頂部までの高さＨ１」とは、封口板の外側に露出する正極端子の上下方向Ｚにおける最長である。また、本明細書において、「封口板の外表面からガスケットの頂部までの高さＨ２」とは、封口板の外側に露出するガスケットの上下方向Ｚにおける最長である。
【0028】
ここに開示される二次電池１００では、封口板１４の外表面１４Ａから正極端子４０の頂部４０ｔまでの高さＨ１は、封口板１４の端子装着孔１９の直径よりも長いことが好ましい。正極端子４０の高さＨ１がこのように十分な長さを有することにより、熱マスを向上させることの効果がより好適に発揮され得る。
【0029】
また、ここに開示される二次電池１００では、封口板１４の外表面１４Ａから正極端子４０の頂部４０ｔまでの高さＨ１は、封口板１４の外表面１４Ａからガスケット５０の頂部５０ｔまでの高さＨ２よりも少なくとも１ｍｍ以上高いことが好ましい。正極端子４０の高さＨ１は、ガスケット５０の高さＨ２よりも１．５ｍｍ以上高いことがより好ましく、２ｍｍ以上高くてもよく、３ｍｍ以上高いことがさらに好ましく、４ｍｍ以上高いことが特に好ましい。これにより、正極端子４０の熱マスを高くすることができ、正極端子４０の温度がガスケット５０の耐熱温度を超えることが抑制される。また、ガスケット５０から露出する部分の長さが長くなるため、冷却効果が期待でき正極端子４０の温度上昇をさらに抑制することができる。
【0030】
図２に示すように、正極端子４０は、第１フランジ部４１と、第２フランジ部４２と、軸部４３と、を有している。正極端子４０は、かしめ加工によって、封口板１４とは絶縁された状態で、封口板１４の端子装着孔１９を囲む周縁部分にかしめられている。正極端子４０は、かしめ加工により、封口板１４に固定されるとともに、正極集電部材４４と電気的に接続されている。
【0031】
第１フランジ部４１は、図２に示すように、軸部４３よりも外径が大きい。また、第１フランジ部４１は、封口板１４の端子装着孔１９よりも外径が大きい。第１フランジ部４１は、封口板１４の端子装着孔１９から、電池ケース１０の外部に突出した部位である。第１フランジ部４１の外形は、ここでは略円柱形状である。第１フランジ部４１は、図２に示すように、下面４１ｄと、下面４１ｄから上下方向Ｚの上方に向けて延びる側面（外周面）４１ａと、を有している。
【0032】
ここに開示される二次電池１００では、第１フランジ部４１の側面４１ａの上下方向Ｚの長さを長くすることにより、正極端子４０の高さＨ１をガスケット５０の高さＨ２よりも高くなるよう調整することができる。第１フランジ部４１は、上記したように軸部４３よりも外径が大きく、体積が大きいため、当該第１フランジ部４１の上下方向Ｚの長さを長くすることで効率よく正極端子４０の熱マスを向上することができる。
【0033】
軸部４３は、図２に示すように、第１フランジ部４１の下端部から下方に向けて延びている。軸部４３は、ここでは円柱形状である。軸部４３の軸心は、第１フランジ部４１の軸心と一致している。かしめ加工前において、軸部４３の下端側、すなわち、上下方向Ｚにおいて第１フランジ部４１が位置する側と反対側は、中空状であり得る。軸部４３は、正極端子４０が封口板１４に取り付けられる際に、封口板１４の端子装着孔１９に挿通される部位である。軸部４３の下端側は、正極端子４０が封口板１４に取り付けられる際に、かしめ加工によって押し広げられ、第２フランジ部４２を構成する部位である。軸部４３は、かしめ加工によって、電池ケース１０の内部で正極集電部材４４と電気的に接続される。
【0034】
図２に示すように、ここに開示される二次電池１００では、かしめ加工後の軸部４３の下端部４３ｄは、平坦であることが好ましい。図４Ａは、従来の正極端子１４０の軸部１４３の下端部１４３ｄを模式的に示す図である。図４Ｂは、ここに開示される二次電池１００の正極端子４０の軸部４３の下端部４３ｄを模式的に示す図である。詳しくは後述するが、従来の正極端子１４０においては、図４Ａに示すように、かしめ処理の際に上部に凸部３２１を有する凸型のパンチ工具３２０を用いていた。そして、当該パンチ工具３２０との干渉を避けるために、従来の正極端子１４０では、軸部１４３の下端部１４３ｄは、凹部１４３ｃを有していた。しかしながら、ここに開示される二次電池１００では、図４Ｂに示すように、上部が平坦なパンチ工具２２０を用いてかしめ加工を行うため、凹部は不要であり、軸部４３の下端部４３ｄは平坦である。これにより、従来よりも軸部４３の体積を増加させることができるため、熱マスをさらに向上させることができる。
【0035】
第２フランジ部４２は、図２に示すように、軸部４３よりも外径が大きい。また、第１フランジ部４１は、封口板１４の端子装着孔１９よりも外径が大きい。第２フランジ部４２は、軸部４３の下端側から延びており、正極集電部材４４にかしめられている。
【0036】
正極集電部材４４は、正極集電体２２ｃの正極集電体露出部に付設され、正極と正極端子４０とを電気的に接続する導通経路を構成している。図２に示すように、正極集電部材４４は、封口板１４の内表面１４Ｂ側に沿って水平に広がった平板状部分４４ｆを有する。平板状部分４４ｆには、端子装着孔１９に対応する位置に貫通孔４４ｈが設けられている。貫通孔４４ｈは、後述する正極端子４０のかしめ加工前の軸部４３を挿通可能な内径を有する。正極集電部材４４は、かしめ加工によって、インシュレータ６０を介して絶縁された状態で封口板１４に固定されている。
【0037】
図５Ａは、従来の正極端子１４０を模式的に示す図である。図５Ｂは、ここに開示される二次電池１００の正極端子４０を模式的に示す図である。図５Ａに示すように、従来の正極集電部材１４４は、凹部１４４ａおよびザグリ穴１４４ｂが設けられている。凹部１４４ａの上下方向Ｚの長さは、正極集電部材１４４の平板状部分１４４ｆよりも短い。また、ザグリ穴１４４ｂの上下方向Ｚの長さは、凹部１４４ａよりも短い。言い換えれば、従来の正極集電部材１４４は、平板状部分１４４ｆよりも厚みの小さい第１薄肉部としての凹部１４４ａと、当該第１薄肉部よりもさらに厚みの小さい第２薄肉部としてザグリ穴１４４ｂと、を有している。本発明者らが検討した結果によれば、正極集電部材１４４が凹部１４４ａとザグリ穴１４４ｂとを有していることにより、正極端子１４０の軸部１４３の上下方向Ｚの長さＬ１がやや短くなり、正極端子の熱マスを向上させる観点からは好ましくないことを見出した。これに対して、ここに開示される二次電池１００の正極集電部材４４は、図５Ｂに示すように、凹部やザグリ穴を有していない。このため、正極端子４０の軸部４３の上下方向Ｚの長さＬ２を下方側にさらに長くすることができる。これにより、さらに熱マスを向上させることができ、正極端子４０が過剰に発熱することを抑制して、安全性の高い二次電池１００を提供することができる。
【0038】
図２に示すように、ガスケット５０は、封口板１４の外表面１４Ａ側と正極端子４０との間に配置される樹脂製の絶縁部材である。ガスケット５０は、外部絶縁部材の一例である。ガスケット５０は、ここでは、封口板１４と正極端子４０とを絶縁するとともに、端子装着孔１９を閉鎖する機能を有する。ガスケット５０は、電気絶縁性を有し、弾性変形が可能な樹脂材料、例えば、パーフルオロアルコキシフッ素樹脂（ＰＦＡ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等のフッ素化樹脂や、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）、ポリプロピレン（ＰＰ）等から構成され得る。なかでも、パーフルオロアルコキシフッ素樹脂が好ましい。ガスケット５０には、上記したＰＦＡ等の樹脂材料の他に、無機フィラーが添加されてもよい。
【0039】
ガスケット５０は、筒部５１と、基部５２と、側壁部５３と、を有する。筒部５１は、封口板１４と正極端子４０の軸部４３とが直接接触することを防止する部位である。筒部５１は、中空の円筒形状である。筒部５１は、上下方向Ｚに貫通した貫通孔５１ｈを有する。貫通孔５１ｈは、かしめ加工前の正極端子４０の軸部４３を挿通可能なように構成されている。筒部５１は、封口板１４の端子装着孔１９に挿通されている。基部５２は、封口板１４と、後述する正極端子４０の第１フランジ部４１の下面４１ｄとが直接接触することを防止する部位である。基部５２は、封口板１４の端子装着孔１９を囲むように例えば円環形状に構成されている。基部５２は、封口板１４の外表面１４Ａに沿って延びている。基部５２は、正極端子４０の第１フランジ部４１の下面４１ｄと、封口板１４の外表面１４Ａとの間に挟み込まれ、例えばかしめ加工によって、上下方向Ｚに圧縮されている。側壁部５３は、基部５２の周縁から上方に向けて延びる部位である。側壁部５３は、第１フランジ部４１の側面４１ａの周囲の一部を取り囲んでいる。
【0040】
インシュレータ６０は、封口板１４の内表面１４Ｂ側と正極集電部材４４との間に配置される絶縁部材である。インシュレータ６０は、封口板１４と正極集電部材４４とを絶縁する機能を有する。図２に示すように、インシュレータ６０は、封口板１４の内表面１４Ｂに沿って水平に広がった平板状部分を有する。当該平板状部分には、端子装着孔１９に対応する位置に貫通孔６０ｈが設けられている。貫通孔６０ｈは、正極端子４０の軸部４３を挿通可能な大きさの内径を有する。インシュレータ６０は、使用する電解質に対する耐性と、電気絶縁性とを有し、弾性変形が可能な樹脂材料、例えば、パーフルオロアルコキシフッ素樹脂（ＰＦＡ）等のフッ素化樹脂や、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）等で構成され得る。インシュレータ６０の平板状部分は、封口板１４の内表面１４Ｂと正極集電部材４４の上面との間に挟み込まれ、例えばかしめ加工によって、上下方向Ｚに圧縮されている。
【0041】
＜二次電池の製造方法＞
続いて、二次電池１００の製造方法の一例について説明する。ここに開示される製造方法は、例えば、用意工程と、取り付け工程と、封口工程と、を包含する。
続いて、二次電池１００の製造方法の一例について説明する。ここに開示される製造方法は、例えば、用意工程と、取り付け工程と、封口工程と、を包含する。
【0042】
用意工程では、外装体１２と、封口板１４と、負極端子３０と、正極端子４０と、電極体２０と、を少なくとも用意する。ここでは、負極端子３０および正極端子４０は、封口板１４に取り付けた際に、封口板１４の外表面１４Ａから外部絶縁部の頂部までの高さＨ２よりも２倍以上高くなるように上下方向Ｚの長さが長いものを用意する。
【0043】
取り付け工程では、封口板１４に負極端子３０と、負極集電部材３４と、正極端子４０と、正極集電部材４４と、を取り付ける。正極端子４０および正極集電部材４４は、例えば、図２に示すように、かしめ加工（リベッティング）によって封口板１４に固定する。かしめ加工は、正極端子４０と封口板１４との間にガスケット５０を挟み、さらに封口板１４と正極集電部材４４との間にインシュレータ６０を挟んで行われる。より詳細には、正極端子４０のかしめ加工前の軸部４３を、封口板１４の上方から、ガスケット５０の筒部５１と、封口板１４の端子装着孔１９と、インシュレータ６０の貫通孔６０ｈと、正極集電部材４４の貫通孔４４ｈと、に順番に貫通させて、封口板１４の下方に突出させる。そして、図４Ｂに示すように、上部が平坦なパンチ工具２２０を用いて、上下方向Ｚに対して圧縮力が加わるように、封口板１４の下方に突出した軸部４３をかしめる。これにより、正極端子４０の軸部４３の先端部に第２フランジ部４２を形成する。
【0044】
なお、従来のかしめ加工では、図４Ａに示すような、凸型のパンチ工具３２０を用いて実施していた。具体的には、正極端子１４０のかしめ加工前の軸部１４３を、封口板１４の上方から、ガスケット５０の筒部５１と、封口板１４の端子装着孔１９と、インシュレータ６０の貫通孔６０ｈと、正極集電部材１４４の貫通孔１４４ｈと、に順番に貫通させて、封口板１４の下方に突出させる。そして、上部が凸部３２１を有する凸型のパンチ工具３２０を用いて、上下方向Ｚに対して圧縮力が加わるよう、封口板１４の下方に突出した軸部１４３をかしめていた。このため、当該パンチ工具３２０との干渉を避けるために軸部１４３の下端部１４３ｄは、凹部１４３ｃを有する。しかしながら、本発明者らが熱マスを向上させる観点から検討した結果、パンチ工具の上部が図４Ｂに示すように平坦であっても、好適にかしめ加工を実施できることを見出した。したがって、ここに開示される二次電池１００のかしめ加工では、上部が平坦なパンチ工具２２０を用いている。
【0045】
上記したようなかしめ加工によって、ガスケット５０の基部５２と、インシュレータ６０の平板状部分とが圧縮され、正極端子４０とガスケット５０とインシュレータ６０と正極集電部材４４とが封口板１４に一体に固定されるとともに、端子装着孔１９がシールされる。なお、負極端子３０および負極集電部材３４の取り付け方法も、上記した正極端子４０と正極集電部材４４の取り付け方法と同様であってよい。正極集電部材４４は、正極集電体２２ｃの正極集電体露出部に溶接され、電極体２０の正極と正極端子４０とが電気的に接続される。同様に、負極集電部材３４は、負極集電体２４ｃの負極集電体露出部に溶接され、電極体２０の負極と負極端子３０とが電気的に接続される。これにより、封口板１４と、負極端子３０と、正極端子４０と、電極体２０とが一体化される。
【0046】
封口工程では、以上のように封口板１４と一体化された電極体２０と、電解液と、を外装体１２に収容した状態で封止する。具体的には、外装体１２の開口部１２ｈから電極体２０を挿入し、封口板１４と外装体１２の開口部１２ｈとの周縁をレーザー溶接等によって接合する。そして、注液孔から電解質（例えば非水電解液）を注入し、該注液孔を封止部材で塞ぐことによって、二次電池１００を密閉する。以上のようにして、二次電池１００を製造することができる。
【0047】
＜二次電池の用途＞
二次電池１００は各種用途に利用可能であるが、例えば、乗用車、トラック等の車両に搭載されるモータ用の動力源（駆動用電源）として好適に用いることができる。車両の種類は特に限定されないが、例えば、プラグインハイブリッド自動車（ＰＨＥＶ；Plug-in Hybrid Electric Vehicle）、ハイブリッド自動車（ＨＥＶ；Hybrid Electric Vehicle）、電気自動車（ＢＥＶ；Battery Electric Vehicle）等が挙げられる。
二次電池１００は各種用途に利用可能であるが、例えば、乗用車、トラック等の車両に搭載されるモータ用の動力源（駆動用電源）として好適に用いることができる。車両の種類は特に限定されないが、例えば、プラグインハイブリッド自動車（ＰＨＥＶ；Plug-in Hybrid Electric Vehicle）、ハイブリッド自動車（ＨＥＶ；Hybrid Electric Vehicle）、電気自動車（ＢＥＶ；Battery Electric Vehicle）等が挙げられる。
【0048】
二次電池１００は、例えばバスバー２１０を介して複数の二次電池１００を相互に電気的に接続してなる組電池としても好適に用いることができる。この場合、複数の二次電池１００の間の電気的な接続は、正極端子および負極端子の第１フランジ部に、例えば平板状のバスバー２１０を架け渡すことで行うことができる。バスバー２１０は、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、ニッケル、ステンレス鋼等の導電性金属から構成され得る。また、バスバー２１０と第１フランジ部とは、例えばレーザー溶接等の溶接によって電気的に接続され得る。上記したように封口板１４の外表面１４Ａから正極端子４０の頂部４０ｔまでの高さＨ１が、封口板１４の外表面１４Ａからガスケット５０の頂部５０ｔまでの高さＨ２の２倍以上高いことにより、組電池を構築した際に、バスバー２１０とガスケット５０との間にクリアランスを設けることができる。これにより、正極端子４０が冷却されやすくなり、ガスケット５０の耐熱温度を上回ることが抑制され、シール性や絶縁性がより適切に確保される。したがって、ここに開示される二次電池１００によれば、安全性が向上した組電池を提供することができる。
【0049】
以上、本発明のいくつかの実施形態について説明したが、上記実施形態は一例に過ぎない。本発明は、他にも種々の形態にて実施することができる。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。請求の範囲に記載の技術には、上記に例示した実施形態を様々に変形、変更したものが含まれる。例えば、上記した実施形態の一部を他の変形態様に置き換えることも可能であり、上記した実施形態に他の変形態様を追加することも可能である。また、その技術的特徴が必須なものとして説明されていなければ、適宜削除することも可能である。
【0050】
以上の通り、ここで開示される技術の具体的な態様として、以下の各項に記載のものが挙げられる。
項１：正極および負極を有する電極体と、開口部を有し、上記電極体を収容する電池ケースと、端子装着孔を有し、上記開口部を封口する封口板と、上記電池ケースの外部に配置される第１フランジ部と、上記電池ケースの内部に配置される第２フランジ部と、上記第１フランジ部と上記第２フランジ部との間に位置し、上記端子装着孔に挿通される軸部と、を有する電極端子と、上記封口板の外表面と上記第１フランジ部とを絶縁する樹脂製の外部絶縁部材と、を備え、電池容量が１０Ａｈ以下、かつ、上記電池ケースを含めた電池体積が２００ｃｍ３以下であり、ここで、上記封口板の外表面から上記電極端子の頂部までの高さＨ１は、上記封口板の外表面から上記絶縁部材の頂部までの高さＨ２よりも２倍以上高い、二次電池。
項２：上記軸部の下端側が平坦である、項１に記載の二次電池。
項３：上記端子装着孔の直径よりも、上記電極端子の高さＨ１の長さの方が長い、項１または２に記載の二次電池。
項４：上記電極端子の高さＨ１は、上記外部絶縁部材の高さＨ２よりも少なくとも１ｍｍ以上高い、項１～項３のいずれか一つに記載の二次電池。
項５：二次電池の正極端子および負極端子のいずれかの電極端子であって、項１～４のいずれか一つに記載の二次電池に備えられている電極端子。
項１：正極および負極を有する電極体と、開口部を有し、上記電極体を収容する電池ケースと、端子装着孔を有し、上記開口部を封口する封口板と、上記電池ケースの外部に配置される第１フランジ部と、上記電池ケースの内部に配置される第２フランジ部と、上記第１フランジ部と上記第２フランジ部との間に位置し、上記端子装着孔に挿通される軸部と、を有する電極端子と、上記封口板の外表面と上記第１フランジ部とを絶縁する樹脂製の外部絶縁部材と、を備え、電池容量が１０Ａｈ以下、かつ、上記電池ケースを含めた電池体積が２００ｃｍ３以下であり、ここで、上記封口板の外表面から上記電極端子の頂部までの高さＨ１は、上記封口板の外表面から上記絶縁部材の頂部までの高さＨ２よりも２倍以上高い、二次電池。
項２：上記軸部の下端側が平坦である、項１に記載の二次電池。
項３：上記端子装着孔の直径よりも、上記電極端子の高さＨ１の長さの方が長い、項１または２に記載の二次電池。
項４：上記電極端子の高さＨ１は、上記外部絶縁部材の高さＨ２よりも少なくとも１ｍｍ以上高い、項１～項３のいずれか一つに記載の二次電池。
項５：二次電池の正極端子および負極端子のいずれかの電極端子であって、項１～４のいずれか一つに記載の二次電池に備えられている電極端子。
【符号の説明】
【0051】
１０ 電池ケース
１２ 外装体
１２ｈ 開口部
１４ 封口板
１８、１９ 端子装着孔
２０ 電極体
３０ 負極端子
４０ 正極端子
４０ｔ 頂部
４１ 第１フランジ部
４２ 第２フランジ部
４３ 軸部
５０ ガスケット
５０ｔ 頂部
５１ 筒部
５２ 基部
５３ 側壁部
６０ インシュレータ
１００ 二次電池
２１０ バスバー
２２０ パンチ工具
１２ 外装体
１２ｈ 開口部
１４ 封口板
１８、１９ 端子装着孔
２０ 電極体
３０ 負極端子
４０ 正極端子
４０ｔ 頂部
４１ 第１フランジ部
４２ 第２フランジ部
４３ 軸部
５０ ガスケット
５０ｔ 頂部
５１ 筒部
５２ 基部
５３ 側壁部
６０ インシュレータ
１００ 二次電池
２１０ バスバー
２２０ パンチ工具
【図1】
【図2】
【図3A】
【図3B】
【図4A】
【図4B】
【図5A】
【図5B】