(57)【要約】【課題】集電板の電流分布の不均一性を解消し、電池の反応特性を向上させる二次電池を提供する。【解決手段】開口部を有する有底の電池缶１１０と、負極板８１０と正極板８２０との間にセパレータ８３０を介して積層して扁平状に捲回し、負極板８１０の端部はセパレータ８３０から突出して突出端縁８１５を形成して、電池缶１１０内に収納される電極群８００と、電池缶１１０の開口部を塞ぎ、負極電極端子１３０を一方の端部側に備える封口板１２０と、突出端縁８１５と封口板１２０との間に介挿され、負極板８１０と負極電極端子１３０とを電気的に接続する集電板２１０とを有する。集電板２１０は、封口板１２０の負極電極端子１３０が備えられている側である一方の端部側から他方の端部側に向かうにつれてその厚さが徐々に厚肉になる又は幅が幅広になる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口部を有する有底の電池缶と、
帯状の第１極極板と第２極極板との間にセパレータを介在させて積層し、扁平状に捲回されて捲回軸に垂直な面における断面形状が略長方形をなし、前記第１極極板の端部は、前記セパレータから突出して断面形状が略長方形の突出端縁を形成しており、該突出端縁を前記電池缶の開口部側に向けて電池缶内に収納される電極群と、
前記電池缶の開口部を塞ぎ、第１極の電極端子を長手方向の一方の端部側に備える略長板状の封口板と、
前記電極群の第１極極板の突出端縁と前記封口板との間に介挿され、前記第１極極板の突出端縁に接合されて、前記第１極極板と前記第１極の電極端子とを電気的に接続する略長板状の集電板と、を有する二次電池において、
前記集電板は、前記封口板の電極端子が備えられている側である一方の端部側から他方の端部側に向かうにつれて、前記集電板の長手方向に垂直方向の断面積が大きくなることを特徴とする二次電池。
【請求項２】
前記集電板は、前記封口板の電極端子が備えられている側である一方の端部側から他方の端部側に向かうにつれてその厚さが徐々に厚肉になる厚肉化設定、及び、該一方の端部側から他方の端部側に向かうにつれてその幅が徐々に幅広になる幅広化設定、の少なくとも一方の設定がなされていることを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
【請求項３】
前記第１極極板の突出端縁の一方の端部側には、前記幅広化設定がなされた集電板で覆われていない非被覆部が設けられていることを特徴とする請求項２に記載の二次電池。
【請求項４】
前記厚肉化設定がなされた集電板は、その厚さが連続して増加することを特徴とする請求項２又は３に記載の二次電池。
【請求項５】
前記幅広化設定がなされた集電板は、その幅が連続して増加することを特徴とする請求項２乃至４の何れか１項に記載の二次電池。
【請求項６】
前記封口板には、二次電池の内圧が上昇すると開弁して内圧を低下させる防爆弁が設けられ、
前記幅広化設定がなされた集電板には、二次電池内部のガスを前記防爆弁へ逃がすための防爆開口部が設けられ、
前記防爆開口部は、前記一方の端部側から他方の端部側に向かうにつれてその幅が徐々に幅広になる幅広化設定がなされていることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の二次電池。
【請求項７】
前記集電板には、前記封口板側に隆起して前記第１極の電極端子と電気的に接続する隆起部が一体的に設けられていることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の二次電池。
【請求項８】
前記集電板には電極群側へ突出する突出部が設けられており、前記集電板は前記突出部にて前記第１極極板の突出端縁に接合されていることを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載の二次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池缶の内部に電極群が収納され、その電極群から集電板を介して電力を取り出す二次電池に関し、具体的にはその集電板の構造を改良した二次電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ニッケル水素二次電池のような二次電池が、ハイブリッド電気自動車（HEV;Hybrid Electric Vehicle)や電気自動車(PEV;Pure Electric Vehicle)等の電源用途に用いられている。これらの用途においては、二次電池の高出力化が要求され、電池の反応特性の向上が求められる。
【０００３】
例えば、特許文献１には、断面形状が略長方形になるように扁平状に捲回された捲回電極群と、この捲回電極群を収納する電池缶とを有する二次電池が記載されている。電池缶の開口は略長板状の封口板にて塞がれており、この封口板と捲回電極群の端面との間には、これらを電気的に接続する集電板が配置されている。
【０００４】
略長板状の封口板には、電極端子が設けられる。封口板には電解液を注入するための注入孔や、二次電池の内圧が上昇すると開弁して内圧を低下させるための防爆弁が設けられることがあり、これらが封口板に設けられる場合にあってはこの電極端子は封口板の一方の端部側に設けられることがある。また、複数の二次電池を組み合わせてモジュール体を形成する場合に、電極端子同士の結合を省スペースにて実現させるため、この電極端子は封口板の一方の端部側に設けられることがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−７６８２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、電極端子が封口板の一方の端部側に設けられる場合にあっては、集電板の他方の端部側は電極端子から遠くなるため、集電板の一方の端部側と他方の端部側とにおいて電流分布が不均一になる。そのため、集電板の電極端子から遠い所では、電池の反応特性が低くなる。
【０００７】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、集電板の電流分布の不均一性を解消し、電池の反応特性を向上させる二次電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る二次電池は、開口部を有する有底の電池缶と、帯状の第１極極板と第２極極板との間にセパレータを介在させて積層し、扁平状に捲回されて捲回軸に垂直な面における断面形状が略長方形をなし、前記第１極極板の端部は、前記セパレータから突出して断面形状が略長方形の突出端縁を形成しており、該突出端縁を前記電池缶の開口部側に向けて電池缶内に収納される電極群と、前記電池缶の開口部を塞ぎ、第１極の電極端子を長手方向の一方の端部側に備える略長板状の封口板と、前記電極群の第１極極板の突出端縁と前記封口板との間に介挿され、前記第１極極板の突出端縁に接合されて、前記第１極極板と前記第１極の電極端子とを電気的に接続する略長板状の集電板と、を有する二次電池において、前記集電板は、前記封口板の電極端子が備えられている側である一方の端部側から他方の端部側に向かうにつれて、前記集電板の長手方向に垂直方向の断面積が大きくなることを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、集電板は、電極端子の位置する側から遠方へ向かうにつれて、その長手方向に垂直方向の断面積が大きくなる。そのため、電極端子の位置する側から遠方の箇所でも電気抵抗の低下が少ない。
【００１０】
また、前記集電板は、前記封口板の電極端子が備えられている側である一方の端部側から他方の端部側に向かうにつれてその厚さが徐々に厚肉になる厚肉化設定、及び、該一方の端部側から他方の端部側に向かうにつれてその幅が徐々に幅広になる幅広化設定、の少なくとも一方の設定がなされていることが好ましい。かかる場合にあっては、集電板は、電極端子の位置する側から遠方へ向かうにつれてその厚さが徐々に厚肉になる。また、電極端子の位置する側から遠方へ向かうにつれてその幅が徐々に幅広になる。そのため、電極端子の位置する側から遠方の箇所でも電気抵抗の低下が少ない。
【００１１】
また、前記第１極極板の突出端縁の一方の端部側には、前記幅広化設定がなされた集電板で覆われていない非被覆部が設けられていることが好ましい。非被覆部が設けられる場合にあっては、この非被覆部から、二次電池内部の発生ガスを排出させることができるので、二次電池内部の圧力上昇を抑制することができる。
【００１２】
また、前記厚肉化設定がなされた集電板は、その厚さが連続して増加することが好ましい。集電板の厚さが連続して増加するものである場合は、集電板を流れる電流の不均一性が生じにくい。
【００１３】
また、前記幅広化設定がなされた集電板は、その幅が連続して増加することが好ましい。集電板の幅が連続して増加するものである場合は、集電板を流れる電流の不均一性が生じにくい。
【００１４】
また、前記封口板には、二次電池の内圧が上昇すると開弁して内圧を低下させる防爆弁が設けられ、前記幅広化設定がなされた集電板には、二次電池内部のガスを前記防爆弁へ逃がすための防爆開口部が設けられ、前記防爆開口部は、前記一方の端部側から他方の端部側に向かうにつれてその幅が徐々に幅広になる幅広化設定がなされていることが好ましい。集電板の防爆開口部に幅広化設定がなされている場合にあっては、防爆開口部の一方の端部側付近と他方の端部側付近とにおいて電流が流れる面積に大きな差が生じることはなく、電流分布が不均一になる虞が少ない。
【００１５】
また、前記集電板には、前記封口板側に隆起して前記第１極の電極端子と電気的に接続する隆起部が一体的に設けられていることが好ましい。かかる場合にあっては、隆起部を別体で設けて集電板に接合させる場合と比較して部品点数的に有利であり、更に隆起部が設けられている集電板付近の物理的強度を向上させることができる。
【００１６】
また、前記集電板には電極群側へ突出する突出部が設けられており、前記集電板は前記突出部にて前記第１極極板の突出端縁に接合されていることが好ましい。かかる場合にあっては集電板と電極群の突出端縁との接合をより確実なものとすることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、電極端子の位置する側から遠方の箇所でも電気抵抗の低下が少ないため、集電板の電流分布の不均一性が解消され、電池の反応特性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】二次電池の外観を説明する斜視図である。
【図２】電池缶内に収納される電極群の外観を説明する斜視図である。
【図３】封口板及び厚肉化設定がなされた集電板の外観を説明する斜視図である。
【図４】厚肉化設定がなされた集電板の外観を説明する斜視図である。
【図５】厚肉化設定がなされた集電板の断面図である。
【図６】封口板及び幅広化設定がなされた集電板の外観を説明する斜視図である。
【図７】幅広化設定がなされた集電板の外観を説明する斜視図である
【図８】幅広化設定がなされた集電板の平面図である。
【図９】別実施形態における厚肉化設定がなされた集電板の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、添付の図面を参照して本発明の実施形態について具体的に説明するが、当該実施形態は本発明の原理の理解を容易にするためのものであり、本発明の範囲は、下記の実施形態に限られるものではなく、当業者が以下の実施形態の構成を適宜置換した他の実施形態も、本発明の範囲に含まれる。
【００２０】
（実施形態１）
図１は、本実施形態に係る二次電池の外観を説明する斜視図である。図１に示されるように、二次電池９００は、断面形状において、両端部が略半円であり全体として略長方形状の角形電池であり、開口部を有する有底の電池缶１１０を有している。電池缶１１０の開口部には略長板状の封口板１２０が例えば溶接により接合されている。
【００２１】
図２は、電池缶１１０内に収納される電極群８００の外観を説明する斜視図である。図２に示されるように、電極群８００は、扁平状に捲回されており、捲回軸に垂直な面における断面形状は、両端部が略半円であり全体として略長方形である。電極群８００は、負極板（第１極極板）８１０と正極板（第２極極板）８２０とが、例えばポリエチレンやポリプロピレンから形成されるセパレータ８３０を間に介在させた状態で重ね合わせられて積層しており、その積層状態で渦巻状に扁平巻回加工されている。
【００２２】
負極板８１０には、例えば方形状の銅箔からなる負極集電体８１１の表面に例えば天然黒鉛を有する負極活物質層８１２が設けられており、上端部には負極集電体８１１の一部が露出して集電体露出部８１３が設けられている。正極板８２０には、例えば方形状のアルミニウム箔から成る正極集電体８２１の表面に例えばＬｉＣｏＯ２を有する正極活物質層８２２が設けられており、下端部には正極集電体８２１の一部が露出して集電体露出部８２３が設けられている。
【００２３】
負極板８１０の端部は、セパレータ８３０から突出して断面形状において両端部が略半円であり全体として略長方形の突出端縁８１５を上側に形成している。同様に、正極板８２０の端部も、セパレータ８３０から突出して突出端縁８２５を下側に形成している。
【００２４】
電極群８００は、正極板８２０の突出端縁８２５を電池缶１１０の底部に載置して電池缶１１０内に収納される。電池缶１１０内には、電極群８００が電解液又は電解質（以下では「電解質」と記す。）と共に収容される。なお、本実施形態では、正極の集電構造は、正極板８２０の端部がセパレータ８３０から突出して突出端縁８２５を下側に形成し、この突出端縁８２５が電池缶１１０の底部に接触載置されているものであるが、このような実施形態に限定されるものではなく、例えば、正極板８２０の端部はセパレータ８３０から突出させずに正極板８２０にリードを接続させてリード集電とすることも可能である。
【００２５】
図３は、封口板及び集電板の外観を説明する斜視図である。図３に示されるように、集電板２１０は、電極群８００の負極板８１０の突出端縁８１５と、封口板１２０との間に介挿されている。封口板１２０には、負極電極端子１３０が一方の端部側に備えられる。電池缶１１０と封口板１２０とは同極であり、封口板１２０は正極としての役割を担う。封口板１２０は電池缶１１０と同じく正極であるので、負極電極端子１３０はガスケット等の絶縁部材１３１を介して封口板１２０に貫設されている。なお、本実施形態では、封口板１２０は正極としての役割を担うものであるが、このような実施形態に限定されるものではなく、例えば、別途正極端子を設けることも可能である。
【００２６】
防爆弁１５０は封口板１２０の例えば中央部に設けられており、二次電池の内圧が上昇すると開弁して内圧を低下させる。電池缶１１０内に注入される電解質は、封口板１２０に形成された注液孔（不図示）から電池缶１１０内に注入され、注液孔は電解質が注入されると封栓１７０で蓋される。封栓１７０は封口板１２０の他方の端部側に設けられる。
【００２７】
集電板２１０には、封口板１２０側に隆起して負極電極端子１３０と電気的に接続する隆起部２９０が設けられている。この隆起部２９０は集電板２１０と一体的に設けられているが、別体としての隆起部２９０を溶接等により集電板２１０に接合するものでも良い。集電板２１０は、その裏面側にて負極板８１０の突出端縁８１５に接合されており、その表面側にて隆起部２９０を介して負極電極端子１３０と電気的に接続している。これにより、集電板２１０は、負極板８１０と負極電極端子１３０とを電気的に接続している。
【００２８】
図４は、第１実施形態に係る集電板２１０の外観を説明する斜視図である。図５は、第１実施形態に係る集電板２１０の断面図である。図４及び図５に示されるように、集電板２１０は、封口板１２０の電極端子１３０が備えられている側である一方の端部側（図５における図面左側）から他方の端部側（図５における図面右側）に向かうにつれてその厚さが徐々に厚肉になる厚肉化設定がなされている。
【００２９】
集電板２１０は、平坦部２１３と、突出部２１５とを有している。突出部２１５は、平坦部２１３よりも電極群８００側に突出しており、略矩形の横断面を有している。接続部２１５Ａは、突出部２１５の突出方向先端に位置しており、突出端縁８１５に当接されてレーザ溶接等により溶接される。
【００３０】
集電板２１０は、その厚さが連続して増加している。集電板２１０の厚さが連続して増加しているから、集電板２１０を流れる電流の不均一性が生じにくい。本実施形態では、図４及び図５に示されるように平坦部２１３、突出部２１５、及び、隆起部２９０の厚さが連続的に厚肉になる。集電板２１０の厚肉化設定は、集電板の材質並びに二次電池の構造及び種類等を考慮して適宜設定することができ、特に限定されるものではないが、集電板２１０は、最薄部の厚さｄｓから最厚部の厚さｄｌまで、長手方向に板厚が連続的に増加するように形成されており、例えばｄｌ＝ｄｓ×（１．２〜２．６）であり、好ましくはｄｌ＝ｄｓ×（１．４〜２．２）とすることが可能である。
【００３１】
本実施形態によれば、集電板２１０は、負極電極端子１３０の位置する側から遠方へ向かうにつれてその厚さが徐々に厚肉になる。そのため、負極電極端子１３０の位置する側から遠方の箇所でも電気抵抗の低下が少ない。従って、集電板２１０の電流分布の不均一性が解消され、電池の反応特性が向上する。また、集電板２１０の最薄部の厚さｄｓを従来例と同様の例えば０．４ｍｍとし、ここから厚さを連続して増加するものとすれば、全体として集電板２１０の強度が向上するため、電池内部のガス圧力による集電板２１０の変形が起こりにくい。
【００３２】
（実施形態２）
上述の実施形態においては集電板には厚肉化設定がなされていた。もっとも本発明の範囲はこのような実施形態に限定されるものではない。実施形態２においては集電板にはその幅が徐々に幅広になる幅広化設定がなされている。
【００３３】
図６は、封口板及び幅広化設定がなされた集電板２２０の外観を説明する斜視図である。図７は、第２実施形態に係る集電板２２０の外観を説明する斜視図である。図８は、第２実施形態に係る集電板２２０の平面図である。図６〜図８に示されるように、集電板２２０は、実施形態１と同様に、平坦部２２３と、突出部２２５とを有しており、突出部２２５の突出方向先端には接続部２２５Ａが位置する。集電板２２０は、電極群８００の負極板８１０の突出端縁８１５と、封口板１２０との間に介挿されており、封口板１２０には負極電極端子１３０が一方の端部側に備えられている。集電板２２０は、その裏面側にて負極板８１０の突出端縁８１５に接合されており、その表面側にて隆起部２９０を介して負極電極端子１３０と電気的に接続している。
【００３４】
集電板２２０は、封口板１２０の負極電極端子１３０が備えられている側である一方の端部側（図８における図面左側）から他方の端部側（図８における図面右側）に向かうにつれてその幅が連続して幅広になる幅広化設定がなされている。集電板２２０の幅が連続して幅広になるから、集電板２２０を流れる電流の不均一性が生じにくい。本実施形態では、図７及び図８に示されるように平坦部２１３、突出部２１５、及び、隆起部２９０の幅が連続的に幅広になる。集電板２２０の幅広化設定は、集電板の材質並びに二次電池の構造及び種類等を考慮して適宜設定することができ、特に限定されるものではないが、集電板２２０は、最狭部の幅ｗｓから最広部の幅ｗｌまで、長手方向に板幅が連続的に増加するように形成されており、例えばｗｌ＝ｗｓ×（１．６〜３．２）であり、好ましくはｗｌ＝ｗｓ×（２．０〜２．６）とすることが可能である。
【００３５】
図６及び図８に示されるように、正極板８２０の突出端縁８１５の一方の端部側には、集電板２２０で覆われていない非被覆部８１６が設けられている。本実施形態においては、この非被覆部８１６から、二次電池９００内部の発生ガスを排出して、二次電池内部に発生ガスが蓄積されることによる内圧の上昇を抑制することができる。また、集電板２２０の最広部の幅ｗｓを従来例と同様の例えば１６ｍｍとし、ここから厚さを連続して減少するものとすれば、集電板２２０の一方の端部側は幅が狭いものとなり、全体として集電板２２０の重量が削減されるため、二次電池９００の軽量化が可能である。
【００３６】
防爆弁１５０が封口板１２０の中央部に設けられており、集電板２２０の中央部にも二次電池９００内部のガスをこの防爆弁１５０へ逃がすための防爆開口部２２２が設けられている。図６〜図８に示されるように、この防爆開口部２２２は、封口板１２０の電極端子１３０が備えられている側である一方の端部側から他方の端部側に向かうにつれて、その幅が徐々に幅広になる幅広化設定がなされている。防爆開口部２２２の形状は、特に限定されるものではないが、例えば台形、三角形等である。
【００３７】
幅広化設定がなされた集電板２２０に、仮に長方形のような幅が均等な形状の開口部を設けた場合にあっては、この開口部の一方の端部側付近では他方の端部側付近よりも電流が流れる面積が少なくなるため、電流分布が不均一になる虞がある。しかしながら本実施形態では、集電板２２０の防爆開口部２２２は幅広化設定がなされているため、防爆開口部２２２の一方の端部側付近と他方の端部側付近とにおいて電流が流れる面積に大きな差が生じることはなく、電流分布が不均一になる虞は少ない。
【００３８】
本実施形態によれば、集電板２２０は、負極電極端子１３０の位置する側から遠方へ向かうにつれてその幅が徐々に幅広になる。そのため、負極電極端子１３０の位置する側から遠方の箇所でも電気抵抗の低下が少ない。従って、集電板２２０の電流分布の不均一性が解消され、電池の反応特性が向上する。
【００３９】
（その他の実施形態）
上述の実施形態では、集電板は厚肉化設定又は幅広化設定がなされているものであったが、本発明の範囲はこのような実施形態に限定されるものではなく、集電板は厚肉化設定及び幅広化設定の双方がなされているものでも良い。
【００４０】
また、上述の実施形態１では集電板２１０は板厚が連続的に増加するものであり、実施形態２では集電板２２０は板幅が連続的に増加するものであったが、本発明の範囲はこのような実施形態に限定されるものではない。実施形態１の変形例として、集電板２１０は板厚が段階的に増加するものでも良く、また、実施形態２の変形例として、集電板２２０は板幅が段階的に増加するものでも良い。
【００４１】
例えば、図９に示されるように、平坦部２１３の厚さを徐々に厚肉にするが、突出部２１５の厚さと隆起部２９０の厚さとは厚肉化しない設定も可能である。このような設定の場合、集電板の電流分布の不均一性の解消性はやや低下するものの、接続部２１５Ａの厚さが一定であるため、接続部２１５Ａと突出端縁８１５との当接部に生じる当接応力を均一にしやすい。更に隆起部２９０の厚さが変化しないため、隆起部２９０と負極電極端子１３０との当接部に生じる当接応力を均一にしやすい。また、例えば、平坦部２１３と隆起部２９０との厚さを徐々に厚肉にするが、突出部２１５の厚さは厚肉化しない設定も可能である。
【００４２】
また、例えば、平坦部２１３の幅を徐々に幅広にするが、突出部２１５の幅と隆起部２９０の幅とは幅広にしない設定も可能である。また、例えば、平坦部２１３と隆起部２９０との幅を徐々に幅広にするが、突出部２１５の幅は幅広にしない設定も可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
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】
【００４４】
１１０：電池缶
１２０：封口板
１３０：負極電極端子
１５０：防爆弁
２１０：集電板
２２０：集電板
２２２：防爆開口部
２９０：隆起部
８００：電極群
８１０：負極板
８２０：正極板
８１５：突出端縁
８１６：非被覆部
８３０：セパレータ
９００：二次電池
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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