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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】
(24)【登録日】2025-01-07
(45)【発行日】2025-01-16
(54)【発明の名称】二次電池
(51)【国際特許分類】
   H01M 50/593 20210101AFI20250108BHJP
   H01M 50/538 20210101ALI20250108BHJP
   H01M 50/586 20210101ALI20250108BHJP
   H01M 50/55 20210101ALI20250108BHJP
   H01M 50/15 20210101ALI20250108BHJP
【FI】
H01M50/593
H01M50/538
H01M50/586
H01M50/55 101
H01M50/15
【請求項の数】 7
(21)【出願番号】P 2021548792
(86)(22)【出願日】2020-09-11
(86)【国際出願番号】 JP2020034402
(87)【国際公開番号】W WO2021060007
(87)【国際公開日】2021-04-01
【審査請求日】2023-07-04
(31)【優先権主張番号】P 2019175471
(32)【優先日】2019-09-26
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(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】弁理士法人前田特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】脇元 亮一
【審査官】井原 純
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第2016/147955(WO,A1)
【文献】特開2010-118315(JP,A)
【文献】特開2011-070917(JP,A)
【文献】特開2018-170097(JP,A)
【文献】国際公開第2015/163230(WO,A1)
【文献】国際公開第2018/021371(WO,A1)
【文献】特開2011-171078(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H01M 50/50-50/598
H01M 50/10-50/198
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
正極板及び負極板を備えた電極体と、
開口部を有し、前記電極体を収容した外装体と、
前記開口部を封口する封口板と、
前記封口板の外側に設けられた外部端子と、
前記封口板の内側に設けられ、前記外部端子に接続された接続部材と、
前記封口板と前記接続部材との間に設けられた絶縁部材と、
前記封口板の内側に配置され、前記接続部材に接続されるとともに、前記正極板及び前記負極板から延出した複数の集電タブからなるタブ群に接続された集電体と、
を備えた二次電池であって、
前記タブ群は、少なくとも一部の集電タブが、前記集電体から前記封口板の長手方向にはみ出たはみ出し部分を有し、
前記絶縁部材は、前記封口板の長手方向に沿って、少なくとも前記はみ出し部分と前記封口板との間に延在した延在部を有し、
前記タブ群が接続された前記集電体の部位における前記電極体側の面と、前記絶縁部材の前記延在部における前記電極体側の面とは、同一面をなしている、二次電池。
【請求項2】
前記集電体は、前記タブ群に接続された第1接続領域と、前記接続部材に接続された第2接続領域とを有し、
前記第1接続領域が、前記絶縁部材に設けられた凹部にはめ込まれた状態で、前記第1接続領域における前記電極体側の面と、前記絶縁部材の延在部における前記電極体側の面とは、同一面をなしている、請求項1に記載の二次電池。
【請求項3】
前記封口板と前記延在部との間に隙間が設けられている、請求項1に記載の二次電池。
【請求項4】
前記集電体は、前記タブ群に接続された第1接続領域と、前記接続部材に接続された第2接続領域とを有するとともに、前記第1接続領域と前記第2接続領域との間に段差部を有し、
前記第1接続領域は、前記第2接続領域よりも、前記封口板側に位置している、請求項1に記載の二次電池。
【請求項5】
前記集電体と前記タブ群との接合部は、前記第1接続領域において、前記段差部よりも、前記集電体の端部側に位置している、請求項4に記載の二次電池。
【請求項6】
前記外部端子と前記接続部材とは、同一部材で一体的に形成されている、請求項1に記載の二次電池。
【請求項7】
前記電極体は、前記正極板及び前記負極板がセパレータを介して巻回された構造をなす、請求項1に記載の二次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、二次電池に関する。
【背景技術】
【0002】
電極体が外装体に収容された二次電池の集電構造として、電極体から外装体の封口板側に延出した集電タブを、集電体を介して外部端子に接続する構造が知られている。
【0003】
このような集電構造において、特許文献1には、電極体として、正極板と負極板とがセパレータを介して扁平状に巻回された構成が開示されている。正極板及び負極体は、それぞれ帯状に形成されており、幅方向一端部に、正負の複数の集電タブが、所定の間隔で形成されている。そして、正極板及び負極板を巻回して電極体を構成した際、正負の複数の集電タブは、それぞれ、所定の位置で積層されて、タブ群を構成している。正負のタブ群は、それぞれ束ねられて、正負の集電体に接続され、さらに集電体が外部端子に接続されることによって、集電構造が構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特表2018-534725号公報
【発明の概要】
【0005】
上記の集電構造において、外部端子に接続された集電体を、封口板と電気的に絶縁するために、集電体と封口板との間に、絶縁部材が配置されている。
【0006】
ところで、二次電池の出力を高めるために、封口板の長手方向における集電タブの幅を広げることが効果的である。集電タブの幅を広げると、タブ群が接続される集電体の領域も広くなる。その結果、タブ群は、集電体の長手方向における端部まで接近して配置されることになる。
【0007】
一方、複数の集電タブは、正極板及び負極板を扁平状に巻回して電極体を構成した際、所定の位置で積層されるよう、予め、正極板及び負極板の一端部に、所定の間隔で形成されている。しかしながら、極板の厚みや、巻回された極板の曲率、巻回された電極体を扁平状に押圧する際の押圧方向等のバラツキによって、所定の位置からずれて積層される場合がある。
【0008】
このように、複数の集電タブが互いにずれた状態で、タブ群が集電体に接続されると、一部の集電タブが、集電体から封口板の長手方向にはみ出てしまうおそれがある。その結果、集電タブの集電体からはみ出た部分が、封口板と接触し、タブ群と封口板との絶縁性が失われるおそれがある。
【0009】
本開示に係る二次電池は、正極板及び負極板を備えた電極体と、開口部を有し、電極体を収容した外装体と、開口部を封口する封口板と、封口板の外側に設けられた外部端子と、封口板の内側に設けられ、外部端子に接続された接続部材と、封口板と接続部材との間に設けられた絶縁部材と、封口板の内側に配置され、接続部材に接続されるとともに、正極板及び負極板から延出した複数の集電タブからなるタブ群に接続された集電体と、を備え、タブ群は、少なくとも一部の集電タブが、集電体から封口板の長手方向にはみ出たはみ出し部分を有し、絶縁部材は、封口板の長手方向に沿って、少なくともはみ出し部分と封口板との間に延在した延在部を有している。
【0010】
本開示によれば、集電体を備えた二次電池において、複数の集電タブからなるタブ群と、封口板との絶縁性を維持した構造の二次電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
図1図1は本開示の一実施形態における二次電池の構成を模式的に示した斜視図である。
図2図2図1のII-II線に沿った断面図である。
図3A図3Aは、正極板の平面図である。
図3B図3Bは、負極板の平面図である。
図4A図4Aは、電極体の上面図である。
図4B図4Bは、電極体の側面図である。
図4C図4Cは、電極体の正面図である。
図5図5は外装体及び電極体を除く二次電池の各構成の分解斜視図である。
図6図6は外装体及び電極体を除く二次電池の各構成の分解斜視図である。
図7図7は正極タブ群及び負極タブ群を、正極集電体及び負極集電体に接続した状態を示した平面図である。
図8図8は封口板に、正極外部端子、負極外部端子、正極接続部材、負極接続部材を組み付けた状態を示した平面図である。
図9図9図7に示した状態の正極集電体及び負極集電体を、図8に示した状態の正極接続部材及び負極接続部材に接続した状態を示した平面図である。
図10図10図9において、正極側を拡大して示した平面図である。
図11図11図9において、正極側を拡大して示した側面図である。
図12図12図9において、封口板の下側から見た斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、本開示の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本開示は、以下の実施形態に限定されるものではない。また、本開示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。
【0013】
図1は、本開示の一実施形態における二次電池の構成を模式的に示した斜視図である。また、図2は、図1のII-II線に沿った断面図である。
【0014】
図1及び図2に示すように、本実施形態における二次電池100は、開口部を有し、電極体3を収容した外装体1と、外装体1の開口部を封口した封口板2とを備える。外装体1と封口板2とは、例えば、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる。封口板2の外側には、正極外部端子10及び負極外部端子20が設けられている。電極体3は、正極板及び負極板がセパレータを介して扁平状に巻回された構造をなす。なお、本実施形態において、封口板2の長手方向とは、図1中の矢印Aで示した方向をいう。
【0015】
封口板2の内側には、正極外部端子10及び負極外部端子20にそれぞれ接続された正極接続部材11及び負極接続部材21が設けられている。さらに、封口板2の内側には、正極接続部材11及び負極接続部材21にそれぞれ接続された正極集電体12及び負極集電体22が設けられている。
【0016】
電極体3は、封口板2側端部において、正極板及び負極板にそれぞれ接続された複数の集電タブからなる正極タブ群40a及び負極タブ群50aを有している。また、正極タブ群40a及び負極タブ群50aは、それぞれ正極集電体12及び負極集電体22に接続されている。
【0017】
正極外部端子10、正極接続部材11、及び正極集電体12は、例えば、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる。負極外部端子20、負極接続部材21、及び負極集電体22は、例えば、銅または銅合金からなる。
【0018】
正極外部端子10及び負極外部端子20と、封口板2との間には、それぞれ、上部絶縁部材13、23が配置されている。また、正極接続部材11及び負極接続部材21と、封口板2との間には、それぞれ、絶縁部材14、24が配置されている。これにより、正極外部端子10、負極外部端子20、及び、正極接続部材11、負極接続部材21は、それぞれ、封口板2と電気的に絶縁されている。
【0019】
封口板2には、電解液を注液する注液孔(不図示)が設けられており、注液孔は封止部材30で封止されている。封口板2には、ガス排出弁31が設けられており、外装体1内の圧力が所定値以上となったときに、外装体1内のガスが、破断したガス排出弁31から外部に排出される。外装体1と電極体3との間には、絶縁性の電極体ホルダー6が配置されている。
【0020】
次に、図3A図9を参照しながら、本実施形態における二次電池の組み立て方法、及び各構成の詳細を説明する。
【0021】
図3Aは、正極板4の平面図である。正極板4は、正極芯体の両面に正極活物質を含む正極合剤層が形成された構成からなる。正極板4の端辺からは、所定の間隔で複数の正極集電タブ4aが突出している。正極集電タブ4aは、正極芯体の一部であってもよいし、他の部材であってもよい。正極芯体は、例えば、アルミニウム箔、アルミニウム合金箔からなる。また、正極活物質は、例えば、リチウム遷移金属複合酸化物等からなる。
【0022】
図3Bは、負極板5の平面図である。負極板5は、負極芯体の両面に負極活物質を含む負極合剤層が形成された構成からなる。負極板5の端辺からは、所定の間隔で複数の負極集電タブ5aが突出している。負極集電タブ5aは、負極芯体の一部であってもよいし、他の部材であってもよい。負極芯体は、例えば、銅箔、銅合金箔からなる。また、負極活物質は、例えば、炭素材料やシリコンを含有する材料等からなる。
【0023】
図4A図4Cは、正極板4及び負極板5を、セパレータを介して扁平状に巻回して構成した電極体3を示す。ここで、図4Aは、電極体3の上面図、図4Bは、電極体3の側面図、図4Cは、電極体3の正面図である。
【0024】
図4A図4Cに示すように、電極体3の端辺からは、正極タブ群40a及び負極タブ群50aが延出している。正極タブ群40a及び負極タブ群50aは、正極板4及び負極板5を扁平状に巻回して電極体3を構成した際、複数の正極集電タブ4a及び複数の負極集電タブ5aが、所定の位置で積層されて構成されている。なお、正極タブ群40a及び負極タブ群50aは、その先端部が束ねられて、後述する正極集電体12及び負極集電体22に接続される。
【0025】
図5及び図6は、外装体1及び電極体3を除く二次電池の各構成の分解斜視図である。ここで、図5は、封口板2の上側から見た分解斜視図で、図6は、封口板2の下側から見た分解斜視図である。なお、以下では、正極側の各構成について説明するが、負極側の各構成についても、基本的に同じ構成を有する。
【0026】
図5及び図6に示すように、封口板2の上側には、正極外部端子10及び上部絶縁部材13が配置されている。また、封口板2の下側には、絶縁部材14、正極接続部材11、及び正極集電体12が配置されている。
【0027】
正極外部端子10は、円筒状の突出部10aを有している。上部絶縁部材13、封口板2、絶縁部材14、及び正極接続部材11には、それぞれ、正極外部端子10の突出部10aを貫通する貫通孔13a、2a、14a、11aが設けられている。
【0028】
封口板2は、電解液を注入する注液孔2b、及び、外装体1内のガスを排出するガス排出弁31を有している。絶縁部材14には、注液孔2bを塞がない位置に、開口部14bが設けられている。
【0029】
正極集電体12は、封口板2の長手方向に沿って、正極タブ群40aに接続される第1接続領域12aと、正極接続部材11に接続される第2接続領域12bとを有している。また、正極集電体12は、第1接続領域12aと、第2接続領域12bとの間に段差部12cを有し、第1接続領域12aは、第2接続領域12bよりも封口板2側に位置している。正極集電体12には、注液孔2bを塞がない位置に、切り欠き部12dが設けられている。
【0030】
なお、負極側の絶縁部材24及び負極集電体22は、注液孔2bを塞ぐ位置に配置されないため、絶縁部材14及び正極集電体12に設けた開口部14b及び切り欠き部12dに相当する部位を有していない。
【0031】
図7は、構成が同じ2つの電極体3a、3bにそれぞれ設けられた正極タブ群40a、40b、及び負極タブ群50a、50bを、正極集電体12及び負極集電体22に接続した状態を示した平面図である。
【0032】
具体的には、図7に示すように、2つの電極体3a、3bを、正極タブ群40a、40b、及び負極タブ群50a、50bが、互いに向かい合うように配置する。そして、正極集電体12の第1接続領域12a、及び負極集電体22の第1接続領域22aの上に、正極タブ群40a、40b、及び負極タブ群50a、50bを配置して、正極タブ群40a、40b、及び負極タブ群50a、50bを、溶接箇所60、70において、正極集電体12及び負極集電体22に溶接する。溶接は、例えば、超音波溶接、抵抗溶接、レーザ溶接等を用いて行うことができる。
【0033】
なお、2つの電極体3a、3bは、正極タブ群40a、40b、及び負極タブ群50a、50bを折り曲げて、電極体3a、3bが互いに並列に配置された状態で、外装体1内に収容される。
【0034】
図8は、封口板2に、正極外部端子10、負極外部端子20、及び正極接続部材11、負極接続部材21を組み付けた状態を、封口板2の下側から見た平面図である。
【0035】
具体的には、図5及び図6に示すように、上部絶縁部材13、封口板2、絶縁部材14、及び正極接続部材11を、それぞれに設けられた貫通孔13a、2a、14a、11aの位置を揃えて配置する。そして、正極外部端子10の突出部10aを、貫通孔13a、2a、14a、11aに挿入し、突出部10aの先端部を、正極接続部材11上にかしめて、正極外部端子10及び正極接続部材11を、封口板2に固定する。なお、かしめ部において、正極外部端子10と正極接続部材11とを、さらに溶接してもよい。
【0036】
なお、絶縁部材14は、凹部14dを有し、正極接続部材11は、凹部14dにはめ込まれている。また、凹部14dの一部は、正極接続部材11から露出しており、当該露出した部位に、後述する正極集電体12がはめ込まれる。
【0037】
図9は、図7に示した状態の正極集電体12及び負極集電体22を、図8に示した状態の正極接続部材11及び負極接続部材21に接続した状態を示した平面図である。
【0038】
図9に示すように、正極集電体12は、第1接続領域12aを、絶縁部材14の凹部14dにはめ込んだ状態で、第2接続領域12bにおいて、正極接続部材11に溶接されている。溶接は、例えば、レーザ溶接等を用いて行うことができる。
【0039】
ところで、図3A図3B及び図4A図4Cに示したように、複数の正極集電タブ4a及び負極集電タブ5aは、正極板4及び負極板5を扁平状に巻回して電極体3を構成した際、所定の位置で積層されるよう、予め、正極板4及び負極板5の一端部に、所定の間隔で形成されている。しかしながら、正極板4及び負極板5の厚みや、電極体3の曲率、巻回された電極体3を扁平状に押圧する際の押圧方向等のバラツキによって、所定の位置からずれて積層される場合がある。
【0040】
図10は、図9において、正極側を拡大して示した平面図である。なお、図10では、電極体3a、3bを省略している。
【0041】
図10に示すように、正極タブ群40a、40bを構成する複数の正極集電タブ4a、4bは(図10では、3つを表示)、それぞれ、封口板2の長手方向に互いにずれて積層されている。そのため、正極タブ群40a、40bは、少なくとも一部の正極集電タブ4a、4bが、正極集電体12(第1接続領域12a)から、封口板2の長手方向にはみ出した部分(はみ出し部分)を有している。
【0042】
特に、二次電池の出力を高めるために、封口板2の長手方向における正極集電タブ4a、4bの幅を広げると、正極タブ群40a、40bが接続される正極集電体12の第1接続領域12aも広くなる。その結果、正極タブ群40a、40bは、正極集電体の長手方向における端部まで接近して配置されるため、正極タブ群40a、40bのはみ出し部分は多くなる。また、正極集電体12と正極タブ群40a、40bとの接合部60、60が、第1接続領域12aにおいて、段差部12cよりも正極集電体12の端部側に位置している場合も、正極タブ群40a、40bのはみ出し部分が多くなる。
【0043】
本実施形態では、絶縁部材14は、封口板2の長手方向において、正極タブ群40a、40bのはみ出し部分と、封口板2との間に延在した延在部14cを有している。従って、延在部14cは、正極集電体12から、封口板2の長手方向にはみ出していることにもなる。
【0044】
本実施形態によれば、絶縁部材14に延在部14cを設けることによって、正極タブ群40a、40bのはみ出し部分が、封口板2と接触するのを防止することができる。これにより、正極タブ群40a、40bと、封口板2との絶縁性を維持した構造の二次電池を提供することができる。特に、封口板2の長手方向における正極集電タブ4a、4bの幅を広げても、正極タブ群40a、40bのはみ出し部分が、封口板2と接触するのを防止できるため、出力が高く、かつ、正極タブ群40a、40bと封口板2との絶縁性を維持した構造の二次電池を提供することができる。
【0045】
なお、本実施形態では、負極側における絶縁部材24においても、同様の構成を有するため、負極タブ群50a、50bと、封口板2との絶縁性を維持した構造の二次電池を提供することができる。
【0046】
図11及び図12は、図9において、正極側を拡大して示した側面図、及び封口板2の下側から見た斜視図である。なお、図10及び図11では、電極体3a、3b、正極タブ群40a、40b、及び負極タブ群50a、50bを省略している。
【0047】
図11及び図12に示すように、正極集電体12は、正極タブ群40a、40bが接続される第1接続領域12aが、絶縁部材14の凹部14dにはめ込まれた状態で、正極接続部材11に溶接されている。そして、第1接続領域12aにおける電極体3a、3b側の面と、絶縁部材14の延在部14cにおける電極体3a、3b側の面とは、同一面をなしている。これにより、正極集電タブ4a、4bが、正極集電体12(第1接続領域12a)と、絶縁部材14(延在部14c)とに跨がって配置されても、正極集電タブ4a、4bに、余計な負荷がかかるのを防止することができる。
【0048】
また、図11及び図12に示すように、封口板2と延在部14cとの間には、隙間Sが設けられている。これにより、絶縁部材の14の軽量化、及び低コスト化を図ることができる。
【0049】
また、本実施形態では、図2に示したように、正極集電体12の第1接続領域12aは、第2接続領域12bよりも、封口板2側に位置している。これにより、電極体3の封口板2側端部を、封口板2により近づけることができる。その結果、二次電池の容量をより大きくすることができる。
【0050】
以上、本開示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。
【0051】
例えば、上記の実施形態では、正極外部端子10と、正極接続部材11とを、別部材で構成したが、同一部材で一体的に形成されていてもよい。同様に、負極外部端子20と、負極接続部材21とを、別部材で構成したが、同一部材で一体的に形成されていてもよい。
【0052】
また、上記実施形態では、電極体3a、3bとして、正極板4及び負極板5がセパレータを介して巻回された構造のものを使用したが、複数の正極板及び負極板がセパレータを介して積層された構造のものを使用してもよい。積層された構造の電極体においても、各正極板及び負極板に設けられた複数の集電タブは、互いにずれた状態で積層され、その一部が、正負の集電体からはみ出る場合もあるからである。
【0053】
また、上記実施形態では、2つの電極体3a、3bを外装体1に収容した例を説明したが、電極体は一つであってもよいし、3つ以上の電極体を用いてもよい。
【0054】
本実施形態における二次電池は、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等の非水電解質二次電池等に適用することができる。
【符号の説明】
【0055】
1 外装体
2 封口板
2b 注液孔
3,3a,3b 電極体
4 正極板
4a,4b 正極集電タブ
5 負極板
5a,5b 負極集電タブ
6 電極体ホルダー
10 正極外部端子
10a 突出部
11 正極接続部材
12 正極集電体
12a 第1接続領域
12b 第2接続領域
12c 段差部
12d 切り欠き部
13,23 上部絶縁部材
13a,2a,14a,11a 貫通孔
14,24 絶縁部材
14b 開口部
14c 延在部
14d 凹部
20 負極外部端子
21 負極接続部材
22 負極集電体
22a 第1接続領域
30 封止部材
31 ガス排出弁
40a,40b 正極タブ群
50a,50b 負極タブ群
60,70 溶接箇所
100 二次電池
図1
図2
図3A
図3B
図4A
図4B
図4C
図5
図6
図7
図8
図9
図10
図11
図12