(57)【要約】【課題】端面集電構造を有する角型二次電池において、異常時に電極群内で発生する大量のガスが効率的に電極群外へ排出され、さらには電池ケース外へ排出される構造の角型二次電池を提供する。【解決手段】端面集電構造を有する角型二次電池において、電極群端面のほとんど全面を覆う集電板には、その一部が防爆弁と対向する貫通孔が設けられた角型二次電池とし、電極群端面と電池ケース外を結ぶ最短通路を形成することでガス排出経路を確保する。【選択図】図３
2014149916.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１電極と第２電極とをセパレータを介して捲回してなる偏平型電極群と、第１集電板とを具備し、第１電極は、第１電極集電体および第１電極集電体に形成された第１電極合剤層を含み、第２電極は、第２電極集電体および第２電極集電体に形成された第２電極合剤層を含み、
第１電極の一端部は、前記電極群の一端面において、第２電極の端部および前記セパレータの端部よりも突出しており、前記突出する第１電極の端部は、第１電極集電体の露出部を有し、前記第１集電板は前記第１電極集電体の露出部で形成される前記電極群の一端面において前記第１電極と電気的接続を有し、
前記電極群が防爆弁を有するケースに収容された角型二次電池において、
第１集電板は少なくとも１つの貫通孔を有する角型二次電池。
【請求項２】
前記貫通孔の少なくとも一部が前記防爆弁と相対向する構造である請求項１記載の角型二次電池。
【請求項３】
前記貫通孔の最短部が１ｍｍ以上である請求項１または２のいずれかに記載の角型二次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、角型二次電池に関し、特に、角型二次電池の集電板に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、省資源又は省エネルギーの観点から、繰り返し使用できる二次電池を携帯型電子機器又は移動体通信機器等の駆動用電源として使用されている。また、このような二次電池は、化石燃料の使用量の削減及び二酸化炭素の排出量の削減等の観点から、車両等の駆動用電源として使用することが検討され、一部では実用化されている。
【０００３】
これら車両等の駆動用電源として用いられる二次電池では、捲回もしくは積層した電極群の端部に正負極の集電箔を露出させ、この部分に集電板を溶接等により接続して集電する構造（以下、端面集電構造）が知られている。このような集電構造を用いることで二次電池の集電抵抗を低減することができ、二次電池の高出力化が可能となる。
【０００４】
端面集電構造の接続方法は様々なものが検討されているが、例えば、正負極それぞれの集電箔を束ねて形成した面に、集電板を溶接により接続することで集電する構造が提案されている（例えば特許文献１、２及び３を参照）。
【０００５】
このような端面集電構造は、集電箔と集電板との接触面積を大きくすることが出来るため、二次電池の集電抵抗の低減が可能となり、さらには二次電池の高出力化が実現できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−３０２７１９号公報
【特許文献２】特開２００５−２６７９４５号公報
【特許文献３】特開２００５−１０８５３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし上記のように集電箔を束ねた端面に集電板を設置する構造を用いた場合、集電箔と集電板との接触面積を大きくするため、集電板の大きさを大きくすると、集電抵抗を低減できる一方で、集電板により電極群内で発生したガスの排出が阻害されるという問題点を有している。
【０００８】
二次電池では過充電等の異常時に電池が高温になり、活物質、電解液等が急速に分解反応を起こして電極群内から大量のガスを発生することがある。これらのガスは通常電極群の端面より電極群外に排出される。上記のような端面集電構造では、電極群の端面に集電板が設置されているため、電極群内で発生したガスは排出経路を阻害されることにより排出効率が低下する。
【０００９】
上記課題は特に偏平型電極群を有する角型電池において憂慮すべき点である。特許文献３に例示するような円筒型電極群では通常、捲回中心部に空間が設けられており、この空間を通してガス排出が可能であるが、偏平型電極群ではこのような空間は存在しない。したがって円筒型電極群と比較して偏平型電極群では電極群内部で発生したガスが排出されにくく、電池ケースの変形・破裂に繋がる可能性が高い。
【００１０】
また、特許文献１または２では、両端に正負極集電板を設置した電極群を有底ケースに収め、非常時のための防爆弁（特許文献中では圧力開放弁）を備えた封口板で封口し、電池を構成しているが、このとき電極群端面および正負極集電板と防爆弁とは相対向しておらず、９０度の関係にある。それゆえ、異常時に電極群内部で発生したガスは電極群端面から排出され、電極群と電池ケースの間隙を通過し、防爆弁に到達して電池ケース外に排出されるという狭小な経路をたどることになる。
【００１１】
このように、特許文献１または２のような角型二次電池では、異常時に電極群内で大量のガス発生が起こった場合に、これらのガス排出が集電板あるいは電極群と電池ケースとの間隙に阻害され、結果、電極群内の圧力が上昇して電極群が膨張し、電池ケースの変形または破裂に繋がる可能性がある。
【００１２】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、端面集電構造を有する角型二次電池において、異常時に電極群内で発生する大量のガスが効率的に電極群外へ排出され、さらには電池ケース外へ排出される構造の角型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】
【００１３】
本発明に係る角型二次電池は、第１電極と第２電極とをセパレータを介して捲回してなる偏平型電極群と、第１集電板とを具備し、第１電極は、第１電極集電体および第１電極集電体に形成された第１電極合剤層を含み、第２電極は、第２電極集電体および第２電極集電体に形成された第２電極合剤層を含み、第１電極の一端部は、前記電極群の一端面において、第２電極の端部および前記セパレータの端部よりも突出しており、前記突出する第１電極の端部は、第１電極集電体の露出部を有し、前記第１集電板は前記第１電極集電体の露出部で形成される前記電極群の一端面において前記第１電極と電気的接続を有し、前記電極群が防爆弁を有するケースに収容された角型二次電池において、第１集電板は少なくとも１つの貫通孔を有する角型二次電池である。
【００１４】
さらにこの貫通孔の少なくとも一部が前記防爆弁と相対向する構造であることを特徴とする。この少なくとも一部が相対抗するとは、電極群を電池ケースに収納した際に、防爆弁の直上位置より貫通孔を見たとき、貫通孔の少なくとも一部が防爆弁の少なくとも一部と重なることをいう。
【００１５】
これらの構成では、異常時に電極群内で発生したガスは、集電板に形成された貫通孔及び防爆弁を通して電池ケース外に排出される。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、端面集電構造の電池においても、異常時に電極群内で発生したガスが集電板及び電池ケースに阻害されること無く電池ケース外に排出されることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】（ａ）本発明の一実施形態に係る二次電池の外観斜視図（ｂ）本発明の一実施形態に係る二次電池の断面図
【図２】本発明の一実施形態に係る電極群の正負極板及びセパレータの位置関係を示す図
【図３】（ａ）本発明の一実施形態における集電板の斜視図（ｂ）本発明の一実施形態における集電板（ｃ）二次電池上部の透視図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
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。
【００１９】
（発明の実施形態）
図１（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、本発明の一実施形態に係る二次電池の外観斜視図及び断面図である。図２は、本発明の一実施形態に係る電極群の正負極板及びセパレータの位置関係を示す図である。図３（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、それぞれ、本発明の一実施形態における集電板の斜視図、平面図及び二次電池上部の透視図である。
本実施形態に係る二次電池は、角形電池であり、有底の電池ケース１を有している。電池ケース１の開口端には封口板３が溶接されており、電池ケース１と封口板３とは同極である。電池ケース１内には、電極群１３が電解液と共に収容されている。
【００２０】
電極群１３は、略楕円形の横断面を有しており、正極板１５と負極板１７とセパレータ１９とを有している。詳細には、正極板１５及び負極板１７の幅方向における一端（以下、露出端という）では、正極集電体１５ａが正極合剤層１５ｂから露出している。同様に負極板１７の露出端では、負極集電体１７ａが負極合剤層１７ｂから露出している。正極板１５の露出端と負極板１７の露出端とがセパレータ１９から互いに逆向きに突出するように正極板１５と負極板１７とでセパレータ１９を挟み、正極板１５、負極板１７及びセパレータ１９を捲回する。これにより、本実施形態における電極群１３が形成される。
【００２１】
正極板１５の露出端は、電池ケース１に接続されている。負極板１７の露出端には負極集電板２１（後述）が接続されており、負極集電板２１は端子部９に接続されている。ここで、封口板３は電池ケース１と同じく正極であるので、端子部９はガスケット等の絶縁部材からなるパイプ１１を介して封口板３に貫設されている。
【００２２】
電解液は、封口板３に形成された注液口７から電池ケース１内に注入され、電解液が注入されると注液口は封栓で封止される。封口板３には防爆弁５が設けられており、電池ケース１の内圧が上昇すると防爆弁５が開いて内圧を開放させる。
【００２３】
負極集電板２１をさらに説明する。負極集電板２１は、図１（ｂ）及び図２に示すように負極板１７の集電体露出端で形成される電極群１３のー端面に接続されている。負極集電板２１は、図３（ａ）に示すように平坦部２５と、突出部２７、さらに平坦部２５の一部に形成された貫通孔２３とを有している。突出部２７は、平坦部２５よりも電極群１３側に突出しており、凸状の横断面を有している。突出部２７は、電極群１３の露出端の端面に当接されてレーザ溶接等により露出端の端面に接続される。なお、負極集電板２１における突出部２７の位置は図３（ａ）及び（ｂ）に示す位置に限定されず、突出部２７が電極群１３の端面における露出端の周回方向に対して略垂直に延びるように形成されていれば良い。
【００２４】
貫通孔２３は、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、平坦部２５の少なくとも一部に形成されている。貫通孔２３の形状及び数量は、図３（ａ）及び（ｂ）に示す形状及び数量に限定されない。また貫通孔２３は、図３（ｃ）に示すように、電極群１３を電池ケース１に収納した際に、防爆弁５の直上位置より貫通孔２３を見たとき、貫通孔２３のうち少なくとも一部が防爆弁５と重なる位置に形成されている。本実施形態では、これを相対向するという。以下、従来例と比較させながら、本実施形態における二次電池を更に説明する。
【００２５】
二次電池では過充電等の異常時に電池が高温になり、活物質、電解液等が急速に分解反応を起こして電極群内から大量のガスを発生することがあるが、このガスは通常電極群の端面より電極群外に排出される。上記のような端面集電構造を用いた場合、電極群１３の端面のほぼ全面に負極集電板２１が設置されているため、電極群内で発生したガスは排出
経路を阻害されることにより排出効率が低下する。
【００２６】
また、電極群端面と防爆弁が相対向していない従来例においては、異常時に電極群内部で発生したガスは電極群端面から排出され、電極群と電池ケースの間隙を通過し、防爆弁に到達して電池ケース外に排出されるという狭小な経路をたどることになる。
【００２７】
このように、従来例のような二次電池では、異常時に電極群内で大量のガス発生が起こった場合に、これらのガス排出が集電板あるいは電極群と電池ケースとの間隙に阻害され、結果、電極群内の圧力が上昇して電極群が膨張し、電池ケースの変形・破裂に繋がる可能性がある。
【００２８】
本発明の二次電池では、負極集電板２１の一部に貫通孔２３が設けられ、さらにその貫通孔２３は少なくとも一部が防爆弁５と相対向する位置に形成されている。よって、電池の異常時に電極群内で大量のガスが発生した場合には、電池ケース内の圧力上昇により防爆弁５が作動した時点で防爆弁５および貫通孔２３による電池ケース外と電極群端面を結ぶ連通孔が形成される。この連通孔を通して電極群内で発生した大量のガスを効率的に電池ケース外に排出することが可能となり、異常時における電極群１３の膨張、さらには電池ケース１の破裂を未然に防止することができる。
【００２９】
しかし、従来例のような電池の構成を用いると、異常時に電極群内で発生した大量のガスは電極群端面から排出されることが困難であるため、電極群内に滞留しやすい。また、仮に電極群端面からガスが排出されたとしても、さらに電池ケース外へと排出されるためには電極群と電池ケースとの狭小な間隙を通り、防爆弁まで到達する必要がある。これら両方の影響により、電極群内のガス排出効率は大幅に低下し、その結果、電極群内の内圧が上昇し、電極群１３及び電池ケース１の膨張に繋がる恐れがある。また、異常時に電極群内で発生するガスは高温であり、それらが効率的に電池ケース外に排出されない場合、電池温度がさらに上昇し、活物質、電解液等の分解反応が加速される可能性がある。
【００３０】
以上のように本発明の二次電池を用いた場合、端面集電構造においても電極群内からのガス排出効率の低下を最小限に抑制し、電極群１３及び電池ケース１の膨張、破裂を未然に防止することが可能となる。
【００３１】
このような負極集電板２１の作製方法は、特に限定されない。例えば、プレス成形法により負極集電板２１を一括成形しても良いし、プレス成形法の代わりに曲げ加工法等を用いても良い。貫通孔２３については、負極集電板２１の成形後に加工して付与しても良いし、負極集電板の基材に貫通孔２３を形成したものを成形して負極集電板２１としても良い。また、負極集電板２１成形の際に同時に貫通孔２３を形成しても良い。貫通孔２３の形成方法としては、切削加工、レーザ加工、放電加工などの一般的な手法を用いることが出来る。
【００３２】
負極集電板２１は、集電箔との接触面積および溶接点数の確保の観点からその投影面が電極群端面のほぼ全体を覆うように設定することが好ましい。具体的には、電極群端面の面積に対して、負極集電板２１の投影面積が８０％以上とすることで十分な接触面積および溶接点数が確保でき、負極集電板２１と集電箔の接続抵抗が低減することが可能となる。
【００３３】
貫通孔２３をさらに詳細に説明する。まず、貫通孔２３の位置を説明する。
【００３４】
貫通孔２３は負極集電板２１のうち、平坦部２５の少なくとも一部に形成されていることが好ましい。貫通孔２３を負極集電板２１のうち、突出部２７の一部に形成しても良い
が、突出部２７は電極群１３の端面に溶接により接続される領域であり、溶接で破断しないためにも突出部２７には貫通孔２３を設けないほうが良い。さらに、貫通孔２３の少なくとも一部が、電極群１３を電池ケース１に収容した際に、防爆弁５の直下に配置されるような位置に形成されていることが好ましい。貫通孔２３をこのような位置に形成することで、防爆弁５と貫通孔２３と電極群端面を最短で結ぶ連通孔が形成され、電極群内で発生するガスを効率的に電池ケース外へ排出することが可能となる。
【００３５】
次に貫通孔２３の形状および数量について説明する。貫通孔２３は電極群内で発生したガスが貫通孔２３を通して排出されるために形成しているもので、この目的を果たす形状であれば特に限定されない。例えば、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように防爆弁５と同様な略楕円形の貫通孔２３を形成することが出来る。貫通孔２３の形状は真円形や方形であっても良い。貫通孔２３の大きさもその効果を発揮できるものであれば特に制限されないが、短辺部が１ｍｍ以上であることが好ましい。これは、異常時に発生するガス中には固形物も混入しており、これらが堆積して貫通孔２３を閉塞する可能性があるためである。また、貫通孔２３の大きさは、負極集電板２１の強度および通電性能を考慮に入れて設計することが好ましい。負極集電板２１のうち、貫通孔２３を形成した周辺部分は断面積が小さくなっており、応力や電流が集中しやすい。そのため、負極集電板２１の材質や厚さにもよるが、貫通孔２３を設けた部分の負極集電板２１の断面積が貫通孔２３を設けない部分の断面積に対して２０％以上となるようにすることが好ましい。さらに、貫通孔２３の数量は単一であっても複数個であっても同様の効果が得られる。
【００３６】
本実施形態に係る二次電池は、以下に示す構成であっても良い。
【００３７】
二次電池は、リチウムイオン二次電池等の非水電解質二次電池であっても良いし、ニッケル水素二次電池等であっても良い。
【００３８】
二次電池の構成要素（正極板、負極板、セパレータ及び電解質等）の材料及び厚み等は、それぞれ、二次電池の構成要素として公知の材料及び厚み等を特に限定されることなく採用できる。また、正極板及び負極板の構成（例えば、集電板の厚み、合剤層の厚み及び合剤層における各材料の含有量等）は、それぞれ、二次電池の正極板及び負極板の構成として公知の構成を特に限定されることなく採用できる。
【００３９】
電極群１３は、正極板１５と負極板１７とがセパレータ１９を挟んで積層されて構成されていても良い。
【００４０】
正極板１５は、正極集電板を介して電池ケースに接続されていても良い。この場合、正極集電板は、本実施形態における負極集電板２１と同様の構成を有していることが好ましい。また、その場合には負極側同様、正極集電板側の電池ケースにも防爆弁５を配置することが好ましい。
【００４１】
負極集電板２１は、以下に示す構成を有していても良い。
【００４２】
貫通孔２３の位置、形状及び数量は、図３に示す形状及び数量に限定されない。負極集電板２１が貫通孔２３において強度を確保し、且つ異常時のガス排出の際にはその効果が得られるように位置、形状及び数量を適宜選択すれば良い。さらに、突出部２７の個数及び位置は、それぞれ、図３に示す個数及び位置に限定されない。
【００４３】
突出部２７の横断面の凸状の形状は、台形に限定されず、台形以外の多角形であっても良いし、略半円であっても良いし、直線部分と円弧部分とを含む形状であっても良い。しかし、突出部２７の凸状の形状が直線部分のみからなる台形であれば、突出部２７を容易
に成形でき、また、突出部２７と露出端の端面との接続強度を確保できる。
【００４４】
負極集電板２１の材料及び厚み等は、それぞれ、二次電池の負極集電板として公知の材料及び厚み等を特に限定されることなく採用できる。例えば、負極集電板２１は、銅又はニッケル等からなれば良く、１００μｍ〜１０００μｍの厚みを有していれば良い。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
以上説明したように、本発明は、携帯型電子機器、移動体通信機器又は車両等の駆動用電源として有用である。
【符号の説明】
【００４６】
１        電池ケース
３        封口板
５        防爆弁
７        注液口
９        端子部
１１      パイプ
１３      電極群
１５      正極板
１５ａ    正極集電体
１５ｂ    正極合剤層
１７      負極板
１７ａ    負極集電体
１７ｂ    負極合剤層
１９      セパレータ
２１      負極集電板
２３      貫通孔
２５      平坦部
２７      突出部
【図１】
2014149916.tif 000003
【図２】
2014149916.tif 000004
【図３】
2014149916.tif 000005