(57)【要約】【課題】端面集電構造を用いた二次電池において、異常時に電極群内で発生するガスの排出を阻害することがない集電板を備えた二次電池を提供することにある【解決手段】正極板２と負極板３とがセパレータ４を介して捲回または積層された電極群５が電池ケース１に収納された二次電池であって、少なくとも正極板２または負極板３の一方の極板の端部は、セパレータ４から突出した状態で集電板１０に接合されており、集電板１０には、他の部位よりも強度の小さい脆弱部１１が形成されている、【選択図】図２
2012156102.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極板と負極板とがセパレータを介して捲回または積層された電極群が電池ケースに収納された二次電池であって、
少なくとも前記正極板または負極板の一方の極板の端部は、前記セパレータから突出した状態で集電板に接合されており、
前記集電板には、他の部位よりも強度の小さい脆弱部が形成されている、二次電池。
【請求項２】
前記脆弱部は、前記集電体の他の部位よりも厚みの小さい薄肉部で構成されている、請求項１に記載の二次電池。
【請求項３】
前記電極群を構成する全ての極板の端部は、前記集電板で覆われている、請求項１に記載の二次電池。
【請求項４】
前記集電板には、前記電極群側に突出する突出部が形成されており、
前記極板の端部は、前記突出部において集電板に接合されており、
前記脆弱部は、前記集電板の前記突出部以外の部位に形成されている、請求項１に記載の二次電池。
【請求項５】
前記二次電池は、角形電池からなり、
前記集電板は略長方形をなしており、
前記脆弱部は、前記集電板の幅方向に横切って形成されている、請求項１に記載の二次電池。
【請求項６】
前記電極群内で異常ガスが発生したとき、前記集電板は、前記異常ガスの圧力によって、前記脆弱部において屈曲する構成になっている、請求項５に記載の二次電池。
【請求項７】
前記脆弱部は薄肉部で構成されており、
前記薄肉部は、最薄部の厚さが、他の部位に対して２０〜８０％の範囲にある、請求項５に記載の二次電池。
【請求項８】
前記二次電池は、角形電池からなり、
前記集電板は略長方形をなしており、
前記脆弱部は、前記集電板の長手方向に沿って形成されている、請求項１に記載の二次電池。
【請求項９】
前記電極群内で異常ガスが発生したとき、前記集電板は、前記異常ガスの圧力によって、前記脆弱部において破断して開口する構成になっている、請求項８に記載の二次電池。
【請求項１０】
前記薄肉部は、最薄部の厚さが、他の部位に対して２０〜５０％の範囲にある、請求項８に記載の二次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池に関し、特に、二次電池の集電板に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両等の駆動用電源として用いられる二次電池は、大きな出力が要求される。このような要求を満たす二次電池として、捲回または積層した電極群の極板端部を集電板に接合した集電構造（端面集電またはタブレス集電）を採用した二次電池が知られている。このような集電構造は、二次電池の集電抵抗を小さくできるので、高出力化に適している一方、集電板を極板端部に確実に接合する必要がある。
【０００３】
特許文献１には、集電板に電極群側に突出する凸条部を設け、電極群の極板端部を凸条部に接触させた状態で集電板に溶接する技術が記載されている。これにより、大きな接触面積で集電板と極板端部とを溶接することができるため、集電板を極板端部に確実に接合することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１４２０２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
二次電池の場合、過充電等の異常時に電池が高温になり、その結果、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が発生することがある。通常、このような場合、電池ケースに設けられた安全弁が作動することによって、電極群内で発生したガスは、電池ケース外に排出される。
【０００６】
しかしながら、上記のような端面集電構造を用いた二次電池では、電極群が集電板で覆われているため、電極群内で発生したガスの排出が、集電板によって阻害されてしまう。その結果、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・破裂が生じる畏れがある。
【０００７】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、端面集電構造を用いた二次電池において、異常時に電極群内で発生するガスの排出を阻害することがない集電板を備えた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】
上記の課題を解決するために、本発明は、端面集電構造を用いた二次電池において、集電板に、他の部位よりも強度の小さい脆弱部を形成した構成を採用する。
【０００９】
このような構成により、電極群内で異常ガスが発生したとき、集電板は、異常ガスの圧力によって、脆弱部において屈曲、若しくは破断、開口することによって、電極群内で発生したガスが、集電板によって阻害されることなく、電池ケース外に排出される。
【００１０】
すなわち、本発明に係る二次電池は、正極板と負極板とがセパレータを介して捲回または積層された電極群が電池ケースに収納された二次電池であって、少なくとも正極板または負極板の一方の極板の端部は、セパレータから突出した状態で集電板に接合されており、集電板には、他の部位よりも強度の小さい脆弱部が形成されている、
ここで、「脆弱部」は、異常ガスの圧力によって屈曲、若しくは破断される程度に、集電体の他の部位よりも強度が小さければよく、その具体的な構成は特に限定されない。例えば、脆弱部は、集電体の他の部位よりも厚みの小さい薄肉部で構成することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、端面集電構造を用いた電池において、異常時に電極群内で発生したガスを、集電板で阻害されることなく、電池ケース外に排出することができるため、電池ケースの変形・破裂を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、本発明の一実施形態おける二次電池の外観斜視図及び内部斜視図である。
【図２】（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、平面図及び部分側面図である。
【図３】本発明の一実施形態における二次電池の部分断面図である。
【図４】（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、本発明の他の実施形態における集電板の斜視図及び平面図である。
【図５】本発明の他の実施形態における集電板の平面図である。
【図６】（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、本発明の他の実施形態における電極群の斜視図及び集電板の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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。さらに、他の実施形態との組み合わせも可能である。
【００１４】
図１（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、本発明の一実施形態における二次電池の外観斜視図及び内部斜視図である。また、図２（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、それぞれ、本発明の一実施形態における負極集電板１０の斜視図、平面図及び部分側面図である。
【００１５】
図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、本実施形態における二次電池は、角形電池であり、電池ケース１内に、正極板２と負極板３とがセパレータ４を介して捲回された電極群５が電解液と共に収容されている。また、電池ケース１は、封口板６で封口されている。
【００１６】
正極板２の端部（不図示）及び負極板３の端部３ａは、それぞれ、セパレータ４から互いに反対方向に突出した状態で、正極集電体（不図示）及び負極集電板１０に接合されている。正極集電板は、リード部（不図示）を介して電池ケース（正極端子）１に接続され、負極集電板１０は、リード部８を介して負極端子７に接続されている。ここで、封口板６は電池ケース１と同じ正極であるので、負極端子７はガスケット等の絶縁部材９を介して、封口板６に貫設されている。
【００１７】
負極集電板１０は、図１（ｂ）に示すように、電極群５の一端面を覆っており、負極集電板１０には、図２（ａ）に示すように、電極群５側に突出する突出部１０ａが形成されている。また、図１（ｂ）に示すように、負極板３の端部３ａは、突出部１０ａにおいて負極集電板１０にレーザ溶接等で接合されている。そして、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、負極集電板１０の突出部１０ａ以外の部位（以下、「平坦部」という）１０ｂには、他の部位よりも強度の小さい脆弱部１１が形成されている。本実施形態では、脆弱部１１は、負極集電体１０の他の部位よりも厚みの小さい薄肉部で構成され、負極集電板１０の幅方向に横切って形成されている。
【００１８】
二次電池の場合、過充電等の異常時に電池が高温になり、その結果、活物質、電解液等が急速に分解反応を起こして、電極群５内から大量のガスが発生することがある。通常、このような場合、電池ケース１に設けられた防爆弁２１が作動することによって、電極群５内で発生したガスは、電池ケース１外に排出される。
【００１９】
ところが、端面集電構造を用いた二次電池では、電極群５が負極集電板１０で覆われているため、電極群５内で発生したガスの排出が、負極集電板１０によって阻害されてしまう。その結果、電極群５内の圧力が上昇して電極群５が膨張し、電池ケース１の変形・破裂が生じる畏れがある。
【００２０】
しかしながら、本発明の負極集電板１０では、他の部位よりも強度の小さい脆弱部（薄肉部）１１が形成されているため、電極群５内で異常ガスが発生したとき、図３の部分断面図に示すように、負極集電板１０は、異常ガスの圧力によって、脆弱部１１を起点として屈曲する。その結果、電極群５の端部から、負極集電板１０の一部が外れて電極群５の端部が露出するため、電極群５内で発生したガスは、負極集電板１０によって阻害されることなく、電池ケース１外に排出される。これにより、端面集電構造を用いた二次電池において、電極群５内で異常ガスが発生しても、電池ケース１の変形・破裂を防止することができる。
【００２１】
なお、負極集電板１０に脆弱部１１を設けていなくても、大量の高温ガスが電極群５内から吹き付けられれば、負極集電板１０は電極群５の端部から外れる可能性はあるが、そのタイミングは本発明の負極集電板１０と比較して遅く、結果的に電極群５および電池ケース１の膨張を招く畏れが高い。
【００２２】
ここで、本発明において、負極集電板１０に形成される「脆弱部１１」は、異常ガスの圧力によって屈曲、若しくは破断される程度に、負極集電体１０の他の部位よりも強度が小さければよく、その具体的な構成は特に限定されない。
【００２３】
例えば、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、脆弱部（薄肉部）１１を、負極集電板１０の長手方向に沿って形成してもよい。この場合、電極群５内で異常ガスが発生したとき、図５の平面図に示すように、負極集電板１０は、異常ガスの圧力によって、脆弱部１１を起点として破断し、開口する。その結果、負極集電板１０の一部に生じた開口部１２から電極群５の端部が露出するため、電極群５内で発生したガスは、負極集電板１０によって阻害されることなく、電池ケース１外に排出される。
【００２４】
また、脆弱部１１の構成としては、薄肉部の代わりに、部分的に負極集電板１０の幅を小さくする、部分的に強度の低い金属材料を用いる、あるいは折り目加工を施すなどして屈曲若しくは破断、開口しやすくした構成が挙げられる。
【００２５】
また、脆弱部（薄肉部）１１を形成する位置は、特に限定されないが、負極集電板１０の平坦部１０ｂに形成することが好ましい。脆弱部１１を、突出部１０ａに形成しても良いが、突出部１０ａは電極群５の端部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１０ａに脆弱部１１を設けないほうが好ましい。また、脆弱部１１は、平坦部１０ｂのうち、リード部８が接続されない領域に形成されることが好ましい。リード部８が接続されている領域は、負極端子７を介して電池ケース１に固定されているため、それ以外の領域に脆弱部１１を設けるほうが集電板２１の屈曲が大きくなり、電極群５内で発生したガスを効果的に電極群５外に排出することができる。さらに、脆弱部１１は、リード部８が接続されている領域に近い位置に設けられていることが好ましい。上述のように、リード部８が接続されている領域は電池ケースと間接的に固定されており、その領域と近い位置に脆弱部１１を設けることで、負極集電板１０が屈曲した際に、より広い面積で電極群５の端部が露出し、電極群５内で発生したガスをより効果的に電極群５外に排出することができる。
【００２６】
また、脆弱部１１の形状は、特に限定されず、脆弱部１１を起点に、負極集電板１０が屈曲、若しくは破断しやすい形状であればよい。例えば、図２（ｃ）に示すように、負極集電板１０の両面に、Ｖ字型の溝を形成することによって脆弱部１１を形成することができる。なお、溝の形状はＶ字型に限らず、Ｕ字型など他の形状でも良い。また、溝は負極集電板１０の片面に形成するだけでも同様の効果が得られる。なお、この場合、電極群５と対向する面に設けるほうが効果的である。
【００２７】
また、脆弱部１１は、「線」ではなく、部分的に「点線」のように形成してもよく、あるいは、面積を持った「領域」として形成してもよい。また、脆弱部１１の数は、特に限定されず、複数形成してもよい。
【００２８】
また、脆弱部１１を、図２（ｃ）に示したような薄肉部で構成した場合、薄肉部は、最薄部の厚さが、他の部位（平坦部１０ｂ）に対して２０〜８０％の範囲、より好適には、４０〜６０％の範囲にあることが好ましい。最薄部の厚さが他の部位に対して２０％を下回ると、脆弱部１１における強度が不足し、また、８０％を上回ると脆弱部１１における屈曲性が乏しくなる。一方、図４（ａ）、（ｂ）に示したように、脆弱部１１を、異常ガスの圧力によって破断し、開口する構成にした場合には、薄肉部は、最薄部の厚さが、他の部位（平坦部１０ｂ）に対して２０〜５０％の範囲、より好適には、２０〜３０％の範囲にあることが好ましい。最薄部の厚さが他の部位に対して２０％を下回ると、脆弱部１１における強度が不足し、また、５０％を上回ると脆弱部１１が変形、開口しにくくなる。
【００２９】
また、脆弱部１１の形成方法は、特に限定されない。例えば、負極集電板１０の成形後に加工して付与してもよいし、負極集電板の基材に脆弱部１１を形成したものを成形して負極集電板１０としてもよい。また、負極集電板１０の成形と同時に脆弱部１１を形成してもよい。脆弱部１１の形成方法としては、プレス加工、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できる。
【００３０】
また、本発明に適用できる二次電池は、特に限定されない。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であってもよいし、ニッケル水素二次電池等であってもよい。
【００３１】
また、本発明に適用できる二次電池は、角形電池だけでなく、円筒形電池にも適用できる。
【００３２】
図６（ａ）及び（ｂ）は、本発明を円筒形電池に適用した場合の電極群５の斜視図、及び集電板１０の平面図である。図６（ａ）に示すように、正極板及び負極板は、正極板の端部２ａ及び負極板の端部３ａが、それぞれ互いに反対方向に突出した状態で捲回されている。また、集電板１０には、複数の突出部１０ａが放射状に形成されており、正極板の端部２ａ（または負極板の端部３ａ）は、突出部１０ａにおいて集電板１０にレーザ溶接等で接合される。さらに、集電板１０には、突出部１０ａ以外の部位（平坦部）１０ｂに、複数の脆弱部１１が形成されている。
【００３３】
このような構成において、電極群５内で異常ガスが発生したとき、集電板１０は、異常ガスの圧力によって、脆弱部１１を起点として破断し、開口する。その結果、集電板１０の一部に生じた開口部から電極群５の端部が露出するため、電極群５内で発生したガスは、負極集電板１０によって阻害されることなく、電池ケース１外に排出される。
【００３４】
なお、ここでは、脆弱部１１を、異常ガスの圧力によって破断し、開口する構成にしたが、勿論、これに限らず、異常ガスの圧力によって屈曲する構成にしてもよい。
【００３５】
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、勿論、種々の改変が可能である。例えば、上記の実施形態では、正極板２と負極板３とがセパレータ４を介して捲回された電極群５を例に説明したが、正極板２と負極板３とがセパレータ４を介して積層された電極群であってもよい。また、上記の実施形態では、負極板３の端部３ａを負極集電板１０に接合した例を説明したが、正極板２の端部を正極集電板に接合する場合においても、同様の構成を採用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
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】
【００３７】
１      電池ケース 
２      正極板 
２ａ    正極板の端部 
３      負極板 
３ａ    負極板の端部 
４      セパレータ 
５      電極群 
６      封口板 
７      負極端子 
８      リード部 
９      絶縁部材 
１０    負極集電板 
１０ａ  突出部 
１０ｂ  平坦部 
１１    脆弱部（薄肉部）
１２    開口部 
２０    封栓 
２１    防爆弁 
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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