(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】P2024087322
(43)【公開日】2024-07-01
(54)【発明の名称】二次電池及び二次電池の製造方法
(51)【国際特許分類】
H01M 10/04 20060101AFI20240624BHJP
H01M 50/533 20210101ALI20240624BHJP
H01M 50/55 20210101ALI20240624BHJP
H01M 10/052 20100101ALN20240624BHJP
H01M 10/0587 20100101ALN20240624BHJP
【FI】
H01M10/04 W
H01M50/533
H01M50/55 201
H01M10/052
H01M10/0587
【審査請求】未請求
【請求項の数】5
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2022202079
(22)【出願日】2022-12-19
(71)【出願人】
【識別番号】399107063
【氏名又は名称】プライムアースEVエナジー株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001818
【氏名又は名称】弁理士法人R&C
(72)【発明者】
【氏名】伊藤 亨知
(72)【発明者】
【氏名】渡壁 宏行
【テーマコード(参考)】
5H028
5H029
5H043
【Fターム(参考)】
5H028AA05
5H028BB07
5H028CC05
5H028CC08
5H028CC11
5H029AJ06
5H029AJ11
5H029AJ12
5H029BJ14
5H029CJ07
5H029DJ05
5H029HJ12
5H043AA02
5H043AA03
5H043AA19
5H043BA11
5H043BA16
5H043BA19
5H043CA02
5H043CA04
5H043CA12
5H043DA08
5H043DA20
5H043EA11
5H043EA60
5H043HA11D
5H043HA11E
5H043JA03D
5H043JA03E
5H043JA11D
5H043JA11E
5H043JA12D
5H043JA12E
(57)【要約】
【課題】集電端子と電極体との接続箇所への負荷を軽減することができ、振動入力に起因する問題の発生を抑制できる二次電池を提供する。
【解決手段】正極集電端子30及び負極集電端子40は、長尺の部材からなり、長手方向に沿って設けられた正極接続部33及び負極接続部43をそれぞれ有し、電極体50は、帯状の正極材51及び負極材52がセパレータ53を介して積層されてなり、積層方向と直交する第1方向の一端側に正極材51からなる正極側端部60を有し、他端側に負極材52からなる負極側端部を有しており、正極側端部60が正極集電端子30の正極接続部33に接続され、負極側端部が負極集電端子40の負極接続部43に接続された状態で、各集電端子30,40の周面31a,41aに巻き取られた状態である。
【選択図】
図4
【特許請求の範囲】
【請求項1】
正極集電端子と、負極集電端子と、前記正極集電端子及び前記負極集電端子に電気的に接続される電極体と、を備えた二次電池であって、
前記正極集電端子及び前記負極集電端子は、長尺の部材からなり、長手方向に沿って設けられた正極接続部及び負極接続部をそれぞれ有し、
前記電極体は、
帯状の正極材及び負極材がセパレータを介して積層されてなり、
積層方向と直交する第1方向の一端側に前記正極材からなる正極側端部を有し、他端側に前記負極材からなる負極側端部を有しており、
前記正極側端部が前記正極集電端子の前記正極接続部に接続され、前記負極側端部が前記負極集電端子の前記負極接続部に接続された状態で、各集電端子の周面に巻き取られた状態である二次電池。
【請求項2】
前記電極体は、前記正極側端部と前記負極側端部との間の最外層がセパレータである請求項1に記載の二次電池。
【請求項3】
前記正極集電端子及び前記負極集電端子は、その長手方向における一方の端部が前記電極体に覆われていない露出端部である、又は、
前記正極集電端子及び前記負極集電端子のうちの一方は、その長手方向における一方の端部が前記電極体に覆われていない露出端部であり、他方は、その長手方向における他方の端部が前記電極体に覆われていない露出端部である請求項1に記載の二次電池。
【請求項4】
前記正極集電端子及び前記負極集電端子は、円柱状の部材である請求項1~3のいずれか一項に記載の二次電池。
【請求項5】
帯状の正極材及び負極材をセパレータを介して積層して電極体を作製する電極体作製工程と、
前記電極体の積層方向と直交する第1方向の一端側における前記正極材からなる正極側端部を、長尺の正極集電端子に長手方向に沿って形成された正極接続部に接続するとともに、前記電極体の前記第1方向の他端側における前記負極材からなる負極側端部を、長尺の負極集電端子に長手方向に沿って形成された負極接続部に接続する接続工程と、
各集電端子の周面に前記電極体を巻き取る巻取工程と、を含む二次電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、正極集電端子と負極集電端子と正極集電端子及び負極集電端子に電気的に接続される電極体とを備えた二次電池及び当該二次電池の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、電気自動車やハイブリッド自動車などのモータを駆動源とする電動車両では、ニッケル水素蓄電池やリチウムイオン蓄電池などの二次電池が電源として用いられている。この種の二次電池に関する従来技術として、例えば、特許文献1に開示された二次電池や特許文献2に開示された蓄電装置がある。
【0003】
特許文献1記載の二次電池は、帯状の正極材及び負極材をセパレータを介して積層した状態で捲回軸周りに扁平状に捲回された捲回体で構成される電極体が、直方体状の電池ケースの内部に収容されている。この二次電池では、電池ケースの長側壁の長手方向(電極体の厚み方向と直交する方向)における電極体の一方の端部に正極材からなる正極部、他方の端部に負極材からなる負極部が形成されている。また、正極部及び負極部には、これらを構成する正極材や負極材を厚み方向に圧縮した集箔部が形成されており、当該集箔部に集電端子の下側の先端部が接合されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
ところで、上記のように、特許文献1記載の二次電池では、正極部及び負極部に集箔部を形成し、当該集箔部に集電端子の先端部を接合している。そのため、二次電池に振動入力があった際に、電池ケース内において電極体に揺れが発生すると、集電端子と電極体との接合箇所に負荷が集中し易い。その結果、接合箇所が破損して二次電池が十分な性能を発揮できなくなるといった、振動入力に起因する問題が発生し得る。つまり、特許文献1記載の二次電池には、集電端子と電極体との接合箇所が強度上の弱点部となっていることで、振動入力に起因する問題の発生を抑制するという点において改善の余地がある。
【0006】
本発明は以上の実情に鑑みなされたものであり、集電端子と電極体との接続箇所への負荷を軽減することができ、振動入力に起因する問題の発生を抑制できる二次電池、及び当該二次電池の製造方法の提供を、その目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記目的を達成するための本発明に係る二次電池の特徴構成は、
正極集電端子と、負極集電端子と、前記正極集電端子及び前記負極集電端子に電気的に接続される電極体と、を備えた二次電池であって、
前記正極集電端子及び前記負極集電端子は、長尺の部材からなり、長手方向に沿って設けられた正極接続部及び負極接続部をそれぞれ有し、
前記電極体は、
帯状の正極材及び負極材がセパレータを介して積層されてなり、
積層方向と直交する第1方向の一端側に前記正極材からなる正極側端部を有し、他端側に前記負極材からなる負極側端部を有しており、
前記正極側端部が前記正極集電端子の前記正極接続部に接続され、前記負極側端部が前記負極集電端子の前記負極接続部に接続された状態で、各集電端子の周面に巻き取られた状態である点にある。
【0008】
上記特徴構成によれば、電極体の正極側端部及び負極側端部が正極接続部及び負極接続部にそれぞれ接続された状態で電極体が各集電端子に巻き取られた状態になっており、巻き取り時に発生した張力によって電極体が各集電端子の周面に押し付けられた状態になっている。つまり、上記特徴構成では、電極体の両端部に形成された集箔部に集電端子の先端部を接続する構成を有したものと比較して、電極体と各集電端子との接触面積が大きくなっている。したがって、振動入力があった際に、各集電端子の周面のうち電極体に覆われている部分に荷重が分散することになり、集電端子と電極体との接続箇所への負荷を軽減できる。
また、従来のような電極体の両端部に形成された集箔部に集電端子の先端部を接続する構成を有したものと比較して、電極体のサイズが同じである場合、電極体が各集電端子に巻き取られた状態であることで電極体の重心と集電端子との距離が近くなる。そのため、振動入力があった際に集電端子に作用するモーメントも低減でき、集電端子と電極体との接続箇所への負荷も軽減できる。
したがって、上記特徴構成によれば、集電端子と電極体との接続箇所への負荷を軽減することができ、振動入力に起因する問題の発生を抑制できる。
【0009】
また、本発明に係る二次電池の更なる特徴構成は、
前記電極体は、前記正極側端部と前記負極側端部との間の最外層がセパレータである点にある。
【0010】
上記特徴構成によれば、正極側端部及び負極側端部を除き、電極体の表面がセパレータで覆われた状態となるため、電極体と当該電極体が収容される電池ケースとの間を絶縁し易い。
【0011】
また、本発明に係る二次電池の更なる特徴構成は、
前記正極集電端子及び前記負極集電端子は、その長手方向における一方の端部が前記電極体に覆われていない露出端部である、又は、
前記正極集電端子及び前記負極集電端子のうちの一方は、その長手方向における一方の端部が前記電極体に覆われていない露出端部であり、他方は、その長手方向における他方の端部が前記電極体に覆われていない露出端部である点にある。
【0012】
上記特徴構成によれば、例えば、電池ケースの外部に配置される外部端子を各集電端子の電極体が覆われていない部分(露出端部)に接続して二次電池を構築する際に、各集電端子がその長手方向における一方の端部が露出端部であるため、二次電池の表面に正極の外部端子と負極の外部端子とを隣接するように配置することが可能である。一方の集電端子がその長手方向における一方の端部が露出端部であり、他方の集電端子がその長手方向における他方の端部が露出端部である場合には、例えば、一方の外部端子を電池ケースの上部に配置し、他方の外部端子を電池ケースの下部に配置することも可能となる。つまり、上記特徴構成によれば、電極体から電力を出入力するための部位を隣接させたり、180°反転した位置に配置したりすることが可能であるため、従来よりも二次電池や複数の二次電池からなる電池モジュールを構築する際の自由度が向上する。
【0013】
また、本発明に係る二次電池の更なる特徴構成は、
前記正極集電端子及び前記負極集電端子は、円柱状の部材である点にある。
【0014】
上記特徴構成によれば、振動入力時の荷重を好適に分散でき、集電端子と電極体との接続箇所への負担を好適に軽減できる。
【0015】
上記目的を達成するための本発明に係る二次電池の製造方法の特徴構成は、
帯状の正極材及び負極材をセパレータを介して積層して電極体を作製する電極体作製工程と、
前記電極体の積層方向と直交する第1方向の一端側における前記正極材からなる正極側端部を、長尺の正極集電端子に長手方向に沿って形成された正極接続部に接続するとともに、前記電極体の前記第1方向の他端側における前記負極材からなる負極側端部を、長尺の負極集電端子に長手方向に沿って形成された負極接続部に接続する接続工程と、
各集電端子の周面に前記電極体を巻き取る巻取工程と、を含む点にある。
【0016】
上記特徴構成によれば、電極体の正極側端部及び負極側端部が正極接続部及び負極接続部にそれぞれ接続された状態で電極体が各集電端子に巻き取られ、巻き取り時に発生した張力によって電極体が各集電端子の周面に押し付けられた状態の二次電池を好適に製造することができる。換言すれば、上記特徴構成によれば、電極体の両端部に形成された集箔部に集電端子の先端部を接続する場合と比較して、電極体と各集電端子との接触面積が大きくなった二次電池を好適に製造することができる。したがって、当該製造方法によって製造される二次電池によれば、振動入力があった際に、各集電端子の周面のうち電極体に覆われている部分に荷重が分散するため、集電端子と電極体との接続箇所への負担を軽減できる。
また、上記特徴構成を備えた製造方法によって製造される二次電池によれば、電極体の両端部に形成された集箔部に集電端子の先端部を接続する構成を有したものと比較して、巻き取り前の電極体のサイズが同じであれば、電極体が巻き取られた状態であることで、電極体の重心と集電端子との距離が近くなる。そのため、振動入力があった際に集電端子に作用するモーメントも低減でき、集電端子と電極体との接続箇所への負荷も軽減できる。
すなわち、上記特徴構成によれば、集電端子と電極体との接続箇所への負荷を軽減することができ、振動入力に起因する問題が発生し難い二次電池を好適に製造できる。
【発明の効果】
【0017】
以上のように、本発明に係る二次電池及び当該二次電池の製造方法によれば、集電端子と電極体との接続箇所への負荷を軽減することができ、振動入力に起因する問題の発生を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【
図1】一実施形態に係る二次電池の分解斜視図である。
【
図3】一実施形態に係る二次電池の概略構成を示す断面図である。
【
図5】正極集電端子及び負極集電端子に巻き取られる前の電極体を示す正面図である。
【
図8】別実施形態に係る正極集電端子と正極側端部との接続態様を模式的に示した断面図である。
【
図9】別実施形態に係る正極集電端子と正極側端部との接続態様を模式的に示した断面図である。
【
図10】別実施形態に係る二次電池の配置例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0019】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態に係る二次電池について説明する。なお、以下においては、二次電池がリチウムイオン二次電池である態様を例にとって説明する。また、以下では、説明を明確にするために、各記載や各図面を適宜簡略化している。
【0020】
〔二次電池1の概要〕
図1~
図4を参照して、本実施形態の二次電池1の概要について説明する。
図1は、本実施形態に係る二次電池1の分解斜視図である。
図2は、本実施形態に係る二次電池1を示す斜視図である。また、
図3は、本実施形態に係る二次電池1の概略構成を示す断面図である。
図4は、
図3のIV-IV部分の断面図である。
【0021】
図1~
図4に示すように、本実施形態の二次電池1は、正極集電端子30や負極集電端子40、電極体50などを備えている。また、本実施形態において、二次電池1は、ケース本体11及び封口板12からなる電池ケース10や、外部端子21,22、電解液(図示せず)を備えている。二次電池1は、ケース本体11の内部に電極体50や正極集電端子30、負極集電端子40を収容してケース本体11の開口を封口板12で封止した上で、ケース本体11の内部に電解液を注入した密閉型の二次電池である。
【0022】
〔電池ケース10の構成〕
図1~
図3に示すように、電池ケース10は、上部が開口したケース本体11と、ケース本体11の開口を封止する封口板12とから構成されている。本実施形態において、ケース本体11及び封口板12には、いずれもアルミニウムを用いているが、これに限られるものではない。
【0023】
本実施形態において、ケース本体11は、上下方向視において対向する一対の平行な辺を有し、水平方向視において長手方向が上下方向と平行な略楕円型容器である。ケース本体11は、対向して設けられた一対の側壁11aと、この短手方向における端部を連結する上面視半円状の一対の端側壁11bと、底を塞ぐ底部11cとを有している。
【0024】
封口板12は、ケース本体11の開口の形状に応じた形状を有している。本実施形態の封口板12は、上面視楕円状の平板部材からなる。封口板12は、長手方向一端側に配設された正極端子Pと、長手方向他端側に配設された負極端子Nとを有しており、後述する各集電端子30,40の加締め部32,42が挿通される貫通孔12a,12bが上下面(表裏面)に貫通して形成されている。
【0025】
なお、図示については省略したが、封口板12は、電池ケース10の内圧が閾値以上になった際に開弁して内圧を開放する安全弁や、電池ケース10の内部に電解液を注入するための注液部を備えている。
【0026】
〔正極側及び負極側の構成〕
本実施形態において、二次電池1は、集電端子として正極集電端子30及び負極集電端子40を備えるとともに、外部端子として正極外部端子21及び負極外部端子22を備えている。本実施形態において、正極端子Pは、正極外部端子21及び正極集電端子30で構成され、負極端子Nは、負極外部端子22及び負極集電端子40で構成されている。また、本実施形態の二次電池1は、正極ガスケット23、負極ガスケット24、正極絶縁部材25及び負極絶縁部材26を備えている。
【0027】
正極外部端子21及び負極外部端子22は、それぞれ上面視略正方形状の板状の部材である。各外部端子21,22には、上面視中央の位置に上下面(表裏面)に貫通する貫通孔21a,22aが形成されている。本実施形態において、正極外部端子21はアルミニウム製であり、負極外部端子22は銅製であるが、各外部端子21,22の材料は特に限定されるものでなく、導電性を有する各種金属や合金を用いることができる。
【0028】
正極集電端子30及び負極集電端子40は、長尺の部材である。具体的に、本実施形態において、各集電端子30,40は、略円柱状の部材である。本実施形態において、正極集電端子30はアルミニウム製であり、負極集電端子40は銅製であるが、各集電端子30,40の材料は特に限定されるものでなく、導電性を有する各種金属や合金を用いることができる。
【0029】
また、正極集電端子30及び負極集電端子40は、円柱状の本体部31,41と当該本体部31,41の上方に形成された円筒状の加締め部32,42とを有している。
【0030】
正極集電端子30及び負極集電端子40は、長手方向に沿って設けられた正極接続部33及び負極接続部43をそれぞれ有している。具体的に、本実施形態において、正極集電端子30及び負極集電端子40は、外周面31a,41aに開口するように長手方向に沿って各本体部31,41に形成された溝部34,44と、当該溝部34,44に嵌合する角柱状の嵌合部材35,45とを有しており、正極集電端子30の溝部34と嵌合部材35とで正極接続部33が構成され、負極集電端子40の溝部44と嵌合部材45とで負極接続部43が構成されている。
【0031】
正極ガスケット23及び負極ガスケット24は、いずれも絶縁性を有する部材である。本実施形態において、正極ガスケット23及び負極ガスケット24には、ともにPFA樹脂を用いている。
【0032】
本実施形態において、正極ガスケット23及び負極ガスケット24は、上面視略正方形状の板状の基部23a,24aを有し、当該基部における上面視中央の位置には、上下面(表裏面)に貫通する貫通孔23c,24cが形成されている。また、基部23a,24aの上面(表面)には、貫通孔23c,24cの開口縁部から上方に向けて延びる筒部23b,24bが形成されており、当該筒部23b,24bの筒内は貫通孔23c,24cと連通している。
【0033】
正極絶縁部材25及び負極絶縁部材26は、いずれも絶縁性を有する部材である。本実施形態において、正極絶縁部材25及び負極絶縁部材26には、ともにPFA樹脂を用いている。本実施形態において、正極絶縁部材25及び負極絶縁部材26は、上面視略正方形状の板状の部材であり、上面視中央の位置に上下面(表裏面)に貫通する貫通孔25a,26aが形成されている。
【0034】
本実施形態の正極側においては、正極絶縁部材25が封口板12の長手方向一端側の上面に配設され、当該正極絶縁部材25の上に正極外部端子21が配設されている。また、正極ガスケット23は、筒部23bが封口板12の貫通孔12aを挿通した状態で、当該封口板12の長手方向一端側の下面に配設されている。正極集電端子30は、正極ガスケット23の下方に配設されている。本実施形態において、正極集電端子30の加締め部32は、正極ガスケット23の貫通孔23c、筒部23bの筒内、正極絶縁部材25の貫通孔25a及び正極外部端子21の貫通孔21aを挿通し、正極外部端子21の表面から突出した状態で加締め加工されており、これにより、正極外部端子21と正極集電端子30とが接合されている。また、詳細については後述するが、正極集電端子30の正極接続部33には、電極体50の正極側端部60が接続されている。本実施形態では、正極外部端子21と封口板12とが正極絶縁部材25によって絶縁され、正極集電端子30と封口板12とが正極ガスケット23によって絶縁されている。また、本実施形態では、正極ガスケット23(具体的には筒部23b)によって、封口板12の貫通孔12aと正極集電端子30の加締め部32との気密が維持されている。詳細な説明については省略するが、負極側も同様の構成を有している。
【0035】
〔電極体50の構成〕
次に、
図1及び
図3~
図5を参照しつつ、電極体50の構成について説明する。
図5は、正極集電端子30及び負極集電端子40に巻き取られる前の電極体50を示す正面図である。
【0036】
図1及び
図3~
図5に示すように、電極体50は、帯状の正極材51及び負極材52をセパレータ53を介して積層してなる。具体的に、本実施形態の電極体50は、長尺な帯状の正極材51及び負極材52を同じく長尺な帯状のセパレータ53を介して積層した扁平状の積層体である。本実施形態において、電極体50は、積層方向Yから視て略矩形状である。詳細については後述するが、本実施形態において、電極体50は、積層方向Yから視た長手方向Xの一端側が正極集電端子30と接続され、他端側が負極集電端子40に接続されている。本実施形態においては、長手方向Xが「第1方向」に相当する。なお、以下において、長手方向X及び積層方向Yと直交する方向を高さ方向Zとする。
【0037】
正極材51及び負極材52は、いずれも長尺な帯状の金属箔と、当該金属箔の長さ方向(すなわち、長手方向X)における一方又は他方の縁に沿った部分を除いた部分の両面に形成された合材層とを有している。各極材51,52を構成する金属箔には、導電性の良好な各種金属、合金を用いることができる。また、各極材51,52を構成する合材層は、正極や負極を構成する活物質を少なくとも含んでいればよい。また、セパレータ53は、正極材51の合材層と負極材52の合材層とを絶縁するように配置される(
図4参照)。セパレータ53には、イオンが透過可能な絶縁性を有する材料(例えば、多孔質の絶縁樹脂材料など)を用いることができる。
【0038】
図4及び
図5に示すように、電極体50は、長手方向Xにおける一端側に正極材51からなる正極側端部60を有し、長手方向Xにおける他端側に負極材52からなる負極側端部65を有している。具体的に、本実施形態の電極体50は、長手方向Xにおける一方側X1に、正極材51が層状に積層されて集箔された正極側端部60を有し、他方側X2に、負極材52が層状に積層されて集箔された負極側端部65を有している。また、電極体50における正極側端部60及び負極側端部65を除く中央部分には、最外層にセパレータ53が配置されるように正極材51、負極材52及びセパレータ53が層状に積層された本体部54を有している。より具体的には、本実施形態の電極体50において、正極側端部60は、正極材51のうち金属箔の両面に合材層が形成されていない部分(長手方向Xにおける一方側X1の縁に沿った部分)のみが層状に積層されてなり、負極側端部65は、負極材52のうち金属箔の両面に合材層が形成されていない部分(長手方向Xにおける他方側X2の縁に沿った部分)のみが層状に積層されてなる。また、本体部54は、正極材51のうち金属箔の両面に合材層が形成されている部分と、負極材52のうち金属箔の両面に合材層が形成されている部分と、セパレータ53とが、セパレータ53によって正極材51の合材層と負極材52の合材層とを絶縁するように層状に積層されてなる。つまり、本実施形態では、正極側端部60と負極側端部65との間の最外層がセパレータ53である。このように、正極側端部60と負極側端部65との間の最外層がセパレータ53であることで、後述するように、電極体50を各集電端子30,40に巻き取った状態において、電極体50の表面がセパレータ53で覆われた状態となり、電極体50と電池ケース10との間を絶縁できる。なお、以下において、正極材51及び負極材52における金属箔の両面に合材層が形成されている部分を「合材層形成部」、金属箔の両面に合材層が形成されていない部分を「合材層未形成部」と称する。
【0039】
本実施形態において、電極体50は、後述するように各集電端子30,40に巻き取られた状態で電池ケース10の内部に収容されている。
【0040】
〔正極集電端子30及び負極集電端子40と電極体50との接続態様〕
次に、正極集電端子30及び負極集電端子40と電極体50との接続態様について、説明する。
【0041】
図1、
図3及び
図4に示すように、電極体50は、正極側端部60が正極集電端子30の正極接続部33に接続され、負極側端部65が負極集電端子40の負極接続部43に接続された状態で、各集電端子30,40の周面に巻き取られた状態になっている。
【0042】
具体的に、本実施形態では、正極集電端子30の溝部34と嵌合部材35との間に正極側端部60が挟持されて、当該溝部34と嵌合部材35とで構成される正極接続部33に正極側端部60が接続されている。また、負極集電端子40の溝部44と嵌合部材45との間に負極側端部65が挟持されて、当該溝部44と嵌合部材45とで構成される負極接続部43に負極側端部65が接続されている。
【0043】
本実施形態において、電極体50は、正極側端部60が正極接続部33に接続された状態で、本体部54における正極側端部60の側が正極集電端子30の本体部31の外周面31aに巻き取られている。また、電極体50は、負極側端部65が負極接続部43に接続された状態で、本体部54における負極側端部65の側が負極集電端子40の本体部41の外周面41aに巻き取られている。換言すれば、本実施形態において、正極集電端子30及び負極集電端子40は、それぞれ本体部31,41の外周面31a,41aに電極体50の本体部54が巻き取られ、加締め部32,42には電極体50が巻き取られていない状態になっている。つまり、本実施形態において、正極集電端子30及び負極集電端子40の加締め部32,42は、電極体50に覆われていない「露出端部」に相当する。したがって、本実施形態において、正極集電端子30及び負極集電端子40は、共にその長手方向における一方の端部(上側の端部)が電極体50に覆われていない露出端部になっている。
【0044】
次に、
図6を参照しつつ、上記のような各集電端子30,40と電極体50との接続態様を備えた二次電池1の製造方法について説明する。
図6は、巻取工程を説明するための模式図である。
【0045】
本実施形態の二次電池1の製造する方法は、電極体作製工程と、接続工程と、巻取工程とを含む。電極体作製工程は、帯状の正極材51及び負極材52をセパレータ53を介して積層して電極体50を作製する工程である。
【0046】
本実施形態では、帯状の正極材51、負極材52及びセパレータ53を、正極材51、セパレータ53、負極材52、セパレータ53の順で複数回積層して電極体50を作製する。より具体的には、合材層未形成部が長手方向Xの一方側X1に位置するように正極材51を配置し、セパレータ53を正極材51の合材層形成部と重複する位置に配置する。更に、合材層未形成部が長手方向Xの他方側X2に位置し、且つ、合材層形成部がセパレータ53と重複するように当該セパレータ53上に配置し、別のセパレータ53を負極材52の合材層形成部と重複する位置に配置する。その後、合材層未形成部が一方側X1に位置し、且つ、合材層形成部が負極材52上に配置したセパレータ53と重複するように当該セパレータ53上に配置し、以後、セパレータ53、負極材52、セパレータ53、正極材51の順にこれらを複数積層して電極体50を作製する。換言すれば、本実施形態では、正極材51の合材層未形成部が長手方向Xの一方側X1に位置し、負極材52の合材層未形成部が長手方向Xの他方側X2に位置するとともに、正極材51の合材層形成部と負極材52の合材層形成部とセパレータ53とが積層方向Yから視て重複するように、正極材51、負極材52及びセパレータ53を積層して電極体50を作製する。
【0047】
接続工程は、電極体50の積層方向Yと直交する長手方向Xの一端側における正極材51からなる正極側端部60を、長尺の正極集電端子30に長手方向に沿って形成された正極接続部33に接続するとともに、電極体50の積層方向Yの他端側における負極材52からなる負極側端部65を、長尺の負極集電端子40に長手方向に沿って形成された負極接続部43に接続する工程である。
【0048】
具体的に、本実施形態では、正極集電端子30の溝部34に電極体50の正極側端部60を配した状態で当該溝部34に嵌合部材35を嵌め込んで溝部34と嵌合部材35とで正極側端部60を挟持する。同様に、負極集電端子40の溝部44に電極体50の負極側端部65を配した状態で当該溝部44に嵌合部材45を嵌め込んで溝部44と嵌合部材45とで負極側端部65を挟持する。これにより、正極集電端子30の正極接続部33(溝部34及び嵌合部材35)に電極体50の正極側端部60が接続され、負極集電端子40の負極接続部43(溝部44及び嵌合部材45)に電極体50の負極側端部65が接続された状態となる(
図6上図参照)。
【0049】
巻取工程は、各集電端子30,40の周面に電極体50を巻き取る工程である。
【0050】
本実施形態では、
図6に示すように、各集電端子30,40の接続部33,43に電極体50の各端部60,65が接続された状態で、各集電端子30,40をそれぞれ軸中心に同方向(
図6中の矢印R)に回転させ、正極集電端子30における本体部31の外周面31aに電極体50の本体部54を巻き取るとともに、負極集電端子40における本体部41の外周面41aに電極体50の本体部54を巻き取る。これにより、電極体50が各集電端子30,40に巻き取られた状態となり、また、電極体50の重心Gが各集電端子30,40の接続部33,43や各集電端子30,40自体に近づいた状態となる。
【0051】
図7は、二次電池1の配置例を示す斜視図である。以上の構成を備えた二次電池1は、例えば、
図7に示すように、二次電池1の正極端子Pと隣接する二次電池1の負極端子Nとが隣り合うように配置すれば、隣接する二次電池1の端子間をバスバで接続することで電池モジュールを構築できる。
【0052】
本実施形態の二次電池1では、電極体50の正極側端部60及び負極側端部65が正極接続部33及び負極接続部43にそれぞれ接続された状態で、電極体50の本体部54が正極集電端子30及び負極集電端子40に巻き取られた状態になっている。したがって、当該二次電池1では、電極体50の本体部54を各集電端子30,40に巻き取る際に発生した張力によって、電極体50(具体的には、本体部54)が各集電端子30,40における本体部31,41の外周面31a,41aに押し付けられた状態になっている。つまり、本実施形態の二次電池1は、電極体50が各集電端子30,40の外周面31a,41aに接触している。したがって、当該二次電池1は、電極体の両端部に形成された集箔部に集電端子の先端部を接続するような態様と比較して、電極体50と各集電端子30,40との接触面積が大きくなっている。よって、二次電池1に振動入力があった際に、各集電端子30,40における本体部31,41に荷重が分散することになる。
【0053】
また、本実施形態の二次電池1では、電極体50が各集電端子30,40に巻き取られた状態であることで、従来のように電極体の両端部に形成された集箔部に集電端子の先端部を接続する構成を有したものと比較して、電極体のサイズが同じである場合、電極体50の重心Gと各集電端子30,40との距離が近くなる。そのため、振動入力があった際に集電端子30,40に作用するモーメントも低減される。
【0054】
したがって、本実施形態の二次電池1では、各集電端子30,40と電極体50との接続箇所(具体的には、正極側端部60と正極接続部33との接続箇所及び負極側端部65と負極接続部43との接続箇所)への負荷が軽減され、振動入力に起因する問題が発生し難い。
【0055】
また、本実施形態の二次電池1では、電極体50が各集電端子30,40に巻き取られた状態である。これにより、従来のような電極体の両端部に形成された集箔部に集電端子の先端部を接続する構成を有したものと比較して、集電端子近傍のデッドスペース(集電端子の先端部と電池ケース側壁との間のスペースや集箔部と電池ケース側壁との間のスペースなど)を減少でき、二次電池の小型化を図ることができる。
【0056】
更に、本実施形態の二次電池1では、各集電端子30,40の長手方向に沿って設けられた正極接続部33及び負極接続部43に、電極体50の正極側端部60及び負極側端部65が接続されている。つまり、正極側端部60を構成する正極材51や負極側端部65を構成する負極材52は、各集電端子30,40の長手方向に沿って比較的広い範囲で各集電端子30,40に接触し、当該各集電端子30,40に接続されている。そのため、電極体50が同じようなサイズであれば、従来のような電極体の両端部に形成された集箔部に集電端子の先端部を接続する場合と比較して、正極側端部60や負極側端部65を構成する極材51,52と各集電端子30,40との接触面積を大きくし易い。したがって、本実施形態の二次電池1では、接触断面積が同じであれば、従来のような電極体の両端部に形成された集箔部に集電端子の先端部を接続する場合よりも、電極体50と各集電端子30,40との接続箇所における接触抵抗を低減し易い。
【0057】
〔別実施形態〕
〔1〕上記実施形態では、電池ケース10の外部に配設された各外部端子21,22に各集電端子30,40を接合する態様について説明したが、このような態様に限られるものではない。例えば、各集電端子の露出端部を電池ケースの外側に突出させ、当該露出端部を外部端子として機能させる態様であってもよい。
【0058】
〔2〕上記実施形態では、正極接続部33及び負極接続部43がそれぞれ溝部34,44と嵌合部材35,45とで構成され、電極体50の正極側端部60及び負極側端部65を溝部34,44と嵌合部材35,45とで挟持して各接続部33,43に各端部60,65を接続する態様について説明したが、このような態様に限られるものではない。
図8及び
図9は、別実施形態に係る正極集電端子と正極側端部との接続態様を模式的に示した断面図である。
図8に示すように、例えば、正極集電端子80の本体部81を断面視半円状の第1本体部81a及び第2本体部81bの2つの部材で構成し、第1本体部81aと第2本体部81bとにおける対向する面に噛み合わせ構造を設け、第1本体部81aと第2本体部81bとで正極側端部60を挟持する態様であってもよい。この場合、第1本体部81aと第2本体部81bとの間が「正極接続部」に相当する。
また、
図9に示すように、正極集電端子85の本体部86の外周面86aに正極側端部60を溶接する態様であってもよい(
図9中の符号Mは溶接箇所を示している)。この場合、正極集電端子85における正極側端部60が溶接された箇所が「正極接続部」に相当する。
これらいずれの態様であっても、電極体が正極接続部及び負極接続部に正極側端部及び負極側端部が接続された状態で各集電端子の周面に巻き取られた状態を実現できる。したがって、上記と同様に、集電端子と電極体との接続箇所への負荷を軽減することができ、振動入力に起因する問題の発生を抑制できる。
【0059】
〔3〕上記実施形態では、電極体50の正極側端部60及び負極側端部65が正極接続部33及び負極接続部43に接続され、電極体50の本体部54が各集電端子30,40における本体部31,41の外周面31a,41aに巻き取られる態様について説明したが、このような態様に限られるものではない。
例えば、正極側端部60及び負極側端部65の長手方向Xにおける端部側のみが正極接続部33及び負極接続部43に接続され、正極側端部60及び負極側端部65における本体部54よりの部分が各集電端子30,40の外周面31a,41aに巻き取られる(外周面31a,41aに接触する)態様であってもよい。つまり、正極側端部60及び負極側端部65が正極接続部33及び負極接続部43に接続されるとともに、各集電端子30,40の外周面31a,41aに巻き取られる態様であってもよい。
このような態様であっても、二次電池1に振動入力があった際に、各集電端子30,40における本体部31,41に荷重が分散することになり、各集電端子30,40と電極体50との接続箇所(具体的には、正極側端部60と正極接続部33との接続箇所及び負極側端部65と負極接続部43との接続箇所)への負荷が軽減される。したがって、集電端子と電極体との接続箇所への負荷を軽減することができ、振動入力に起因する問題の発生を抑制できる。
また、このような態様であれば、正極側端部60や負極側端部65(具体的には、これらを構成する正極材51や負極材52)が各集電端子30,40の外周面31a,41aに広い面積で押し付けられる。つまり、正極側端部60や負極側端部65が正極接続部33及び負極接続部43だけでなく、各集電端子30,40の外周面31a,41aでも接触するため、正極側端部60及び負極側端部65と各集電端子30,40との接触面積が大きくなる。したがって、正極側端部60及び負極側端部65と各集電端子30,40との接触断面積が同じであれば、正極側端部60及び負極側端部65を各集電端子30,40の外周面31a,41aに巻き取らない態様と比較して、正極側端部60及び負極側端部65と各集電端子30,40との接続箇所における接触抵抗をより低減できる。
なお、このような態様においては、電極体50と電池ケース10との間を絶縁するために、正極側端部60及び負極側端部65のうち各集電端子30,40の外周面31a,41aに巻き取られた部分の外層(外周面31a,41aに接触している層と反対側の層)をセパレータ53で構成することが好ましい。
【0060】
〔4〕上記実施形態では、正極側端部60と負極側端部65との間の最外層がセパレータ53である態様について説明したが、このような態様に限られるものではなく、最外層が正極材51又は負極材52であってもよい。この場合、電極体50と電池ケース10との間を絶縁するために、例えば、電極体50と電池ケース10との間に絶縁性のフィルムを配置することが好ましい。
【0061】
〔5〕上記実施形態では、正極集電端子30及び負極集電端子40における本体部31,41の上方に加締め部32,42を設けるとともに、当該加締め部32,42を加締め加工して各集電端子30,40と各外部端子21,22とを接合し、電池ケース10の上側に各外部端子21,22を配置する態様について説明したが、このような態様に限られるものではない。例えば、加締め部32,42を設ける位置を、正極集電端子30では本体部31の上方、負極集電端子40では本体部41の下方とし、電池ケース10の上側に正極外部端子21を配置し、電池ケース10の下側に負極外部端子22を配置する態様であってもよい。
図10は、別実施形態に係る二次電池の配置例を示す斜視図である。上記のように、電池ケース10の上側に正極外部端子21を配置し、電池ケース10の下側に負極外部端子22を配置した場合、二次電池1を
図10に示すような配置で並べることもできる。
つまり、本発明に係る二次電池は、当該二次電子や複数の二次電池からなる電池モジュールを構築する際の自由度が高い。
【0062】
〔6〕上記実施形態では、正極集電端子30及び負極集電端子40が略円柱状の部材である態様について説明したが、このような態様に限られるものではない。正極集電端子及び負極集電端子は、長尺の部材であればよく、角柱状や筒状、板状などの部材であってもよい。なお、各集電端子の外周面に角部が存在すると、巻き取られた電極体には、角部に接触していない部分よりも角部に接触している部分に大きな負荷が掛かり易くなる。つまり、各集電端子が角柱状や角筒状の部材である場合には、巻き取られた電極体が受ける負荷が不均一になり易い。したがって、電極体が受ける負荷を均一にするという観点からすれば、各集電端子は、円柱状や円筒状であることが好ましい。
【0063】
なお、上記実施形態(別実施形態を含む、以下同じ)で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用することが可能であり、また、本明細書において開示された実施形態は例示であって、本発明の実施形態はこれに限定されず、本発明の目的を逸脱しない範囲内で適宜改変することが可能である。
【符号の説明】
【0064】
1 :二次電池
30 :正極集電端子
31a :外周面(周面)
32 :加締め部(露出端部)
33 :正極接続部
34 :溝部(正極接続部)
35 :嵌合部材(正極接続部)
40 :負極集電端子
41a :外周面(周面)
42 :加締め部(露出端部)
43 :負極接続部
44 :溝部(負極接続部)
45 :嵌合部材(負極接続部)
50 :電極体
51 :正極材
52 :負極材
53 :セパレータ
60 :正極側端部
65 :負極側端部
X :長手方向(第1方向)
Y :積層方向