(57)【要約】【課題】電極群に極板の位置ズレが生じると、集電板と電極群の端面との溶接において、接続強度を確保できないことがある。さらに電池が振動して、電極群が電池ケース内部で、上下に移動した場合、接続不良を起こす可能性がある。【解決手段】集電板において、外部端子に接続される接続部を突出させて設け、接続部が突出方向に変位可能となるような弾性部を形成することで、極板の位置ズレによる溶接不良や、電池の振動による接続切れを低減した二次電池とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１極の極板と第２極の極板との間にセパレータが介在されて構成された電極群と、
前記第１極の極板に接続される集電板と、
前記集電板に接続される外部端子と、を備え、
前記集電板は、
前記外部端子の方向へ突出する突出部と、
前記突出部に設けられ、前記外部端子と接続される接続部と、
前記接続部を前記突出部の突出方向に変位させる弾性部と、を有する二次電池。
【請求項２】
請求項１に記載の二次電池であって、
前記突出部には、突出基部から前記接続部へ向かって延びる側壁が設けられており、
前記弾性部は、前記突出部の前記側壁を含む部位を屈曲して構成される二次電池。
【請求項３】
請求項１に記載の二次電池であって、
前記突出部には、突出基部から前記接続部へ向かって延びる側壁が設けられており、
前記弾性部は、前記突出部の前記側壁を含む部位を低強度にして構成される二次電池。
【請求項４】
請求項３に記載の二次電池であって、
前記弾性部は、前記突出部の前記側壁を含む部位に開口部が形成されて構成される二次電池。
【請求項５】
請求項４に記載の二次電池であって、
前記弾性部における開口率は、５０％以上８０％以下である二次電池。
【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】
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している。また、化石燃料の使用量の削減又は二酸化炭素の排出量の削減等の観点から、二次電池を車両等の駆動用電源として使用することも検討されている。
【０００３】
そのような中、二次電池に対しては、さらなる高出力化に対する要望が高まっており、内部抵抗を低減するための集電構造が検討されている。一般的な二次電池は、正極板及び負極板にリード溶接し、セパレータを介して捲回した後に、各リードの端部を各外部端子と接続することで集電している。一方、高出力化が要望される用途に使用される二次電池では、さらに内部抵抗を低減するため、極板の端面に合剤層が形成されていない集電体の露出部を形成し、その極板の端面が電極群の端面となるように捲回して集電板と接続する構造を採用している。このような集電構造において、集電板と極板の端面との接続強度を確保し、かつ高出力を得るための様々な検討がなされている。
【０００４】
例えば、集電板には電極群側に突出する凸条部を設け、この凸条部を電極群から突出する集電体と溶接し、集電板と外部端子とはリード部材を介して接続される構造が提案されている（特許文献１参照）。
【０００５】
また、電極群の端面のラウンド部から集電体を突出させて集電板と接続し、その集電板と外部端子とを接続する構造が提案されている（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−１４２０２６号公報
【特許文献２】特開２０１０−２７２５１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
電極群の端面では、極板の端面の位置が周回毎又は極板毎に異なることがある。特許文献２のような集電構造を採用した場合、このような極板の端面の位置ズレにより、極板の端面と集電板との接続が困難となる場合がある。また、このような集電構造では、極板の端面との接続箇所と、外部端子との接続箇所との位置関係が特定される。そのため、電池搭載機器の振動に伴い、電池ケース内部で電極群が上下に移動した場合、その応力により、接続強度の弱い極板の端面と集電板との溶接が外れて、接続不良が生じる可能性がある。
【０００８】
このような接続不良は、特許文献１のように、リードを介して集電板と外部端子を接続し、リードの長さに余裕を持たせることで、避けることができる。しかしながら、リードを長くすると、内部抵抗が大きくなるため、高出力に対する特性は期待できない。
【０００９】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、極板の端部と集電板との接続強度を確保し、振動における接続不良を低減することができ、かつ高出力特性に優れた集電構造を提案するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の二次電池は、第１極の極板と第２極の極板との間にセパレータが介在されて構成された電極群と、前記第１極の極板に接続される集電板と、前記集電板に接続される外部端子とを備え、前記集電板は、前記外部端子の方向へ突出する突出部と、前記突出部に設けられ、外部端子と接続される接続部と、前記接続部を前記突出部の突出方向に変位させる弾性部とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、極板の端面と集電板との接続強度を確保し、電池の振動による極板の端面と集電板との接触不良を低減することができ、かつ高出力特性に優れた二次電池を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【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内部斜視図
【図２】本発明の一実施形態における集電板の斜視図
【図３】本発明の他の実施形態における集電板の斜視図
【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、以下に示す実施形態に限定されない。
【００１４】
図１（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、本発明の実施形態に係る二次電池の外観斜視図及び内部斜視図である。図２及び図３は、それぞれ、本実施形態における集電板の斜視図である。
【００１５】
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が電解液又は電解質（以下では「電解質」と記す。）と共に収容されている。
【００１６】
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（露出端）では、集電体が合剤層から露出している。正極板１５の露出端と負極板１７の露出端１７Ａ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。なお、正極板１５及び負極板１７よりもセパレータ１９の方が幅が広いため、図１（ｂ）に示すようにセパレータ１９が正極板１５よりも電極群１３の軸方向に突出している。
【００１７】
正極板１５は、不図示であるが、電池ケース１に接続されている。負極板１７の露出端１７Ａには負極集電板２１が接続されており、負極集電板２１は接続部３１で外部端子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、外部端子９はガスケット等の絶縁部材１１を介して封口板３に貫設されている。
【００１８】
電解質は、封口板３に形成された注液孔６から電池ケース１内に注入され、注液孔６は、電解質が注入されると封栓７で蓋がされる。封口板３には防爆弁５が設けられており、二次電池の内圧が上昇すると防爆弁５が開いて内圧を低下させる。
【００１９】
負極集電板２１をさらに説明する。負極集電板２１は、図１（ｂ）に示すように略矩形の横断面を有し、電極群１３の一端面を覆っている。負極集電板２１の平坦部２３から電極側へ突出する集電部２５は、負極板１７の露出端１７Ａの端面に当接されてレーザ溶接等により露出端１７Ａの端面に溶接される。なお、この集電部２５の位置、形状および個数は図２及び図３に示す位置に限定されない。
【００２０】
さらに、負極集電板２１には、外部端子９側に突出する突出部３０が設けられている。この突出部３０は、平坦部２３の突出基部から立ち上がる側壁３２に連続した接続部３１を有し、この接続部３１で外部端子９と接続される。
【００２１】
本発明によれば、突出部３０に弾性部３３を有しているため、突出部３０が、突出方向に変位し易く構成されている。すなわち、負極集電板２１が負極板１７の露出端１７Ａと溶接される集電部２５と、負極集電板２１が外部端子９と溶接される接続部３１との位置関係が、この弾性部３３により変位可能となる。
【００２２】
ここで、突出部３０は、平坦部２３の上に別途設置して連結した構成としてもよい。しかし、突出部に、より弾性を与えるためには、平坦部２３と突出部３０は連続して一体的に形成されている方が好ましい。
【００２３】
以下、弾性部を有していない負極集電板（以下では「比較用集電板」と記す）と比較させながら、本実施形態における負極集電板２１を更に説明する。
【００２４】
極板の位置ズレが生じた電極群の端面上に比較用集電板又は本実施形態に係る負極集電板２１を配置すると、相対的に突出している露出端１７Ａの端面は集電部に当接されるが、それ以外の露出端１７Ａの端面は集電部に当接されない。それ以外の露出端１７Ａの端面を集電部に当接させるために比較用集電板又は本実施形態に係る負極集電板２１を電極群１３側へ押圧させると、露出端１７Ａの端面が集電部２５に当接された箇所では、押圧に対する反発力（外力）が露出端１７Ａから集電部２５に付与される。
【００２５】
比較用集電板には、弾性を有する部位は存在しない。そのため、上記外力を逃がすことができず、露出端の変形を引き起こし、場合によっては露出端の折曲を引き起こす。よって、比較用集電板を電極群側へ押圧できない。従って、比較用集電板と極板の位置ズレが生じた電極群との接続強度を確保することは難しい。
【００２６】
しかし、本実施形態における負極集電板２１には、弾性部３３が存在する。つまり、上記外力は、集電部２５から弾性部３３へ逃げる。従って、露出端１７Ａの変形等を伴うことがない。このように負極集電板２１では、電極群１３における極板の位置ズレを吸収することができる。
【００２７】
よって、本実施形態における負極集電板２１では、比較用集電板に比べて、極板の位置ズレが生じた電極群１３との当接箇所である集電部２５と電極群１３との接続強度を確保できる。また、露出端１７Ａの変形等を伴うことなく負極集電板２１を露出端１７Ａに接続できるので、二次電池の製造歩留まりの低下を防止できる。
【００２８】
次に、電池搭載機器の振動に伴い電池ケース内部で電極群が移動した場合について説明する。電池が振動すると、それに伴い、電極群１３が電池ケース１内で上下に移動をする。例えば、電池ケース１内で、電極群１３が比較用集電板又は本実施形態に係る負極集電板２１側に移動すると、露出端１７Ａの端面が集電部２５に当接された箇所では、露出端１７Ａが集電部２５を押圧し、その押圧に対する外力が集電部２５から露出端１７Ａに付与される。一方、電池ケース１内で、電極群１３が電池ケース底部側へ移動をすると、露
出端１７Ａと集電部２５との接続部分で接続を断裂する方向の力が作用するため、その接続の確保が困難となる。
【００２９】
このような場合において、比較用集電板には、弾性を有する部位は存在しないため、
上記外力によって、露出端の変形や折曲を引き起こす。また、露出端が変形や折曲した状態で、電極群１３が電池ケース底部側へ移動をすると、露出端の端面と集電部との接続部分に加わる力が大きくなり、接続を維持することが困難となる。さらに、連続した振動により、この電極群の移動が繰り返されると、より露出端の変形や折曲の程度が大きくなるため、露出端の端面と集電部との接続を確保することは、より難しくなる。さらに、この露出端の変形や折曲の程度が大きくなった場合には、露出端自体の破断により接続が得られなくなる。
【００３０】
しかし、本実施形態における負極集電板２１では、弾性部３３が存在するため、電極群１３が負極集電板２１を押圧しても、上記外力は、集電部２５から弾性部３３へ逃げるため、露出端１７Ａの変形や折曲は緩和される。
【００３１】
よって、本実施形態における負極集電板２１では、比較用集電板に比べて、電池の振動による、露出端１７Ａの変形や折曲は抑制され、それにより、電極群１３と集電部２５との接続不良を低減することが可能となる。
【００３２】
本発明の弾性部３３としては、例えば、図２に示すように、側壁３２を屈曲させて弾性を付与した構成とすることができる。このような構成によれば、上記外力は、集電部２５から弾性部３３へ逃げる。これにより、側壁の屈曲部の折れ曲がりが大きくなるように弾性部３３が変形し、集電部２５が接続部３１側へ変位する。よって、露出端の変形や折曲を伴うことがない。また、このような構成は、集電板の製造が容易なため、生産性の観点からも好ましい。なお、本実施の形態において、側壁３２を屈曲させる位置、屈曲角度、および個数は限定されない。また側壁の屈曲部は、断面形状において角を有した屈曲である必要なく、湾曲した曲線状の屈曲としてもよい。
【００３３】
その他、弾性部としては、例えば、側壁３２の強度を低減することで弾性を付与することもできる。側壁３２の強度を低減する方法としては、例えば、側壁３２に柔軟性のある材質を設けてもよい。しかし、平坦部２３及び接続部３１と弾性部３３とで材料が異なると、負極集電板２１を一体成形できず、よって、負極集電板２１の製造歩留まりの低下を引き起こす。従って、平坦部２３及び接続部３１と弾性部３３とでは材料が同一であることがより好ましい。
【００３４】
また、側壁３２の強度を低減する他の方法として、側壁３２を平坦部２３及び接続部３１より薄膜や幅狭にする、または側壁３２に開口部を設けることで弾性部を形成してもよい。
【００３５】
このような構造とした場合は、弾性機能だけではなく、大電流が流れた際に溶断する機能（以下では、「溶断機能」と記す）を、付与することができる。
【００３６】
外部短絡等の異常時において、突然の大電流が電池に流れた場合、負極集電板にも大電流が流れることとなる。このとき、負極集電板に溶断機能を設けることで、この溶断機能を有する部位（以下では、「溶断部」と記す）に流れる電流による発熱で、溶断部が溶断して電流経路を遮断し、異常電流が継続して流れることを防ぐことが可能となる。
【００３７】
側壁３２を平坦部２３及び接続部３１より薄膜や幅狭にした場合は、薄膜部および幅狭部が溶断部として機能する。また、側壁３２に開口部を設けた場合は、側壁の弾性部が溶
断部として機能する。
【００３８】
このように、負極集電板に溶断機能を持たせることで、新たな別部材を必要とせず、この負極集電板を電池に使用するのみで、安全機構を簡易に設置することができる。
【００３９】
上記した負極集電板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を一括成形して形成することができる。また、負極集電板２１を打ち抜いた後に、集電部２５、接続部３１、弾性部３３を形成することもできる。また、プレス成形法の代わりに曲げ加工法等を用いても良い。
【００４０】
また、開口部を設ける方法としては、プレス成形法により突出部３０を成形した後にレーザ光等を用いて開口部３４を形成しても良いし、開口部３４を形成した後にプレス成形法により突出部３０を成形しても良い。
【００４１】
図３は、本発明の一実施形態である、突出部の側壁を含む部位に屈曲部を有しかつ開口部を形成することで弾性部を構成した負極集電板２１を示している。
【００４２】
図３では、開口部３４が突出部の側壁３２に形成されている。このような構成によれば、上記外力は、集電部２５から弾性部３３へ逃げて開口部３４に集中する。これにより、開口部３４の開口面積が狭くなるように弾性部３３が変形し、よって、集電部２５が接続部３１側へ変位する。従って、負極集電板２１及び露出端１７Ａの変形等を伴うことなく負極集電板２１を電極群１３側へ移動させることができる。
【００４３】
また、側壁に開口部３４を形成することで、上記効果以外に、次に示す効果も得ることができる。よって、弾性部３３は、開口部を有することが好ましい。
【００４４】
電極群１３内でガスが発生したときには、そのガスは開口部３４を通って電極群１３の外へ排出される。よって、電極群１３の膨張を防止できるので、二次電池の破裂を防止できる。従って、二次電池が異常な状態に陥ったときであっても、最悪の状態に陥ることを防止できる。
【００４５】
また、電解質を注液孔から電池ケース１内に注入したときには、電解質は開口部３４を通って電極群１３へ供給される。よって、電解質が電極群１３に到達する時間を短縮できるので、注液時間を短縮できる。
【００４６】
次に、開口部３４の位置について説明する。開口部３４の位置は、突出基部を含むように形成されていることで、より強度が低くなるため弾性の観点から好ましい。さらに、突出基部を含む角部に形成されていることで、より強度が低くなり弾性を有すため好ましい。さらに好ましくは、開口部３４が突出基部から接続部へ延びるように形成されていることである。また、図３に示したように、突出部３０の側壁３２を含む部位を屈曲した場合においては、屈曲した箇所を含むように開口部を設けることで、より弾性に対する効果が得られる。
【００４７】
次に、弾性部３３における開口率について説明する。弾性部３３における開口率が高くなればなるほど、弾性部３３の強度が低くなるので、接続部３１が突出方向に変位しやすくなる。また、より確実に溶断機能の効果が得られる。しかし、弾性部３３における開口率が高すぎると、負極集電板２１が弾性部３３において破断し易くなる。また、弾性部３３の弾性機能および溶断機能は、弾性部３３における開口率だけでなく、負極集電板２１の材料及び厚み、並びに、弾性部３３における開口部３４の位置等にも依存する。これらを踏まえて、弾性部３３における開口率を適宜設定すれば良い。例えば、弾性部３３にお
ける開口率は、５０％以上８０％以下であることが好ましい。
【００４８】
開口部３４の形状は、平面視矩形に限定されない。また、開口部３４の個数も、限定されない。弾性部３３における開口率が所定値となるように、開口部３４の形状及び個数を適宜選択すれば良い。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
二次電池は、円筒型電池であっても良い。この場合、集電板は平面視円形であり、突出部３０は平面視において集電板の径方向に延びていれば良い。
【００５３】
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。
【００５４】
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、正極集電板が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おり、負極集電板が比較用集電板であっても良い。
【００５５】
負極集電板２１は、以下に示す構成を有していても良い。
【００５６】
突出部３０の個数及び位置は、それぞれ、図２（ａ）に示す個数及び位置に限定されない。露出端１７Ａの端面との接続強度を確保できるように、また、集電時の抵抗が増加しないように、突出部３０の個数及び位置を適宜選択すれば良い。
【００５７】
さらに弾性部は、上記したような弾性が付与される方法を単独で用いて構成して用いてもよいし、これらの組み合わせで構成されていてもよい。すなわち側壁に屈曲部を設けかつ幅狭にしてもよいし、かつ開口部を設ける構成にしてもよい。
【００５８】
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】
【００５９】
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】
【００６０】
１        電池ケース
３        封口板
５        防爆弁
６        注液孔
７        封栓
９        外部端子
１１      絶縁部材
１３      電極群
１５      正極板
１７      負極板
１７Ａ    露出端
１９      セパレータ
２１      負極集電板
２３      平坦部
２５      集電部
３０      突出部
３１      接続部
３２      側壁
３３      弾性部
３４      開口部
【図１】
2012160274.tif 000003
【図２】
2012160274.tif 000004
【図３】
2012160274.tif 000005