(57)【要約】【課題】慣性力、振動、衝撃等に対する耐久性を従来よりも向上させることができる角形二次電池を提供する。【解決手段】セパレータ４３，４４を介在させて積層された正極電極４１と負極電極４２とが捲回された扁平な電極群４０と、該電極群４０を収容する扁平角形の電池容器１０と、該電池容器１０と電極群４０との間に配置された絶縁シート５０とを備えた角形二次電池１である。絶縁シート５０を介して対向する電極群４０の平坦部４０ａと電池容器１０の広側面１０ｗとが、接着層６０を介して絶縁シート５０に接着されている。【選択図】図５Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セパレータを介在させて積層された正極電極と負極電極とが捲回された扁平な電極群と、該電極群を収容する扁平角形の電池容器と、該電池容器と前記電極群との間に配置された絶縁シートとを備えた角形二次電池であって、
前記絶縁シートを介して対向する前記電極群の平坦部と前記電池容器の広側面とが、接着層を介して前記絶縁シートに接着されていることを特徴とする角形二次電池。
【請求項２】
前記接着層は、熱可塑性樹脂であることを特徴とする請求項１に記載の角形二次電池。
【請求項３】
前記熱可塑性樹脂は、アクリル系樹脂、メタアクリル系樹脂、ポリアミド樹脂、フッ素樹脂、ポリエステル樹脂からなる群から選択される一種以上を含むことを特徴とする請求項２に記載の角形二次電池。
【請求項４】
前記電極群の前記平坦部と前記絶縁シートとの間の前記接着層は、粘着層であり、
前記電池容器の前記広側面と前記絶縁シートとの間の前記接着層は、前記熱可塑性樹脂であることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の角形二次電池。
【請求項５】
前記接着層は、熱硬化性樹脂であることを特徴とする請求項１に記載の角形二次電池。
【請求項６】
前記熱硬化性樹脂は、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂からなる群から選択される一種以上を含むことを特徴とする請求項５に記載の角形二次電池。
【請求項７】
前記電池容器は、金属製のフィルム状包装体であり、
前記接着層は、粘着層であることを特徴とする請求項１に記載の角形二次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、角形二次電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
角形二次電池は、例えば、電気自動車及びハイブリッド自動車の電源として広く用いられている。特に、車載用のリチウムイオン二次電池等の角形二次電池では、高エネルギー密度化と長寿命化が要求されている。角形二次電池は、例えば、正極及び負極とセパレータとが交互に積層されて、これらが捲回された捲回型電極体を有している（下記特許文献１を参照）。
【０００３】
特許文献１に記載された蓄電素子は、正極及び負極と、これら正極及び負極の間に配置され、両面の熱溶着性が異なるセパレータとが積層された状態で捲回されて成る捲回体と、この捲回体の最外周にさらに捲回される絶縁シートとを備えている。この蓄電素子において、セパレータは、熱溶着性の高い方の第一面において絶縁シートに溶着固定される。
【０００４】
特許文献１では、上記の構成により、捲回体の巻き終わりの位置におけるセパレータの少なくとも一方に対して引張力が掛かった状態とすることを容易に実現できる、としている。また、特許文献１には、捲回体の最外周に捲回する絶縁シートの一端が一方のセパレータに熱溶着されれば、例えば捲回体にさらに一回り捲回した後の絶縁シートの他端を絶縁シートに溶着固定させることができ、捲回体に対して引張力が働いた状態を容易に保持できること、これにより蓄電素子の性能低下を抑制できること、が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−２３９４３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特に、車載用の角形二次電池は、パソコンや携帯機器等の電子機器に用いられる二次電池と比較して必要とされる容量が格段に大きく、高エネルギー密度化と長寿命化だけでなく、種々の安全対策が求められている。例えば、車載用の角形二次電池では、車両の走行、加減速、衝突等によって作用する振動、慣性力、衝撃等に対する耐久性の向上が重要である。
【０００７】
本発明は、前記課題に鑑みてなされたものであり、振動、慣性力、衝撃等に対する耐久性を従来よりも向上させることができる角形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】
前記目的を達成すべく、本発明の角形二次電池は、セパレータを介在させて積層された正極電極と負極電極とが捲回された扁平な電極群と、該電極群を収容する扁平角形の電池容器と、該電池容器と前記電極群との間に配置された絶縁シートとを備えた角形二次電池であって、前記絶縁シートを介して対向する前記電極群の平坦部と前記電池容器の広側面とが、接着層を介して前記絶縁シートに接着されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の角形二次電池によれば、電池容器内の電極群の振動や揺動を抑制し、角形二次電池に作用する振動、慣性力、衝撃等に対する耐久性を従来よりも向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態１に係る角形二次電池の外観斜視図。
【図２】図１に示す角形二次電池の分解斜視図。
【図３】図２に示す角形二次電池の蓋組立体と絶縁シートを示す斜視図。
【図４】図２に示す角形二次電池の電極群の一部を展開した分解斜視図。
【図５Ａ】図１に示す角形二次電池のＶ−Ｖ線に沿う断面図。
【図５Ｂ】図５Ａに示す角形二次電池のＢ部拡大図。
【図６】図１に示す角形二次電池の変形例を示す分解斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明の角形二次電池の実施形態を説明する。
【００１２】
［実施形態１］
図１は、本発明の実施形態１に係る角形二次電池１の外観斜視図である。図２は、図１に示す角形二次電池１の分解斜視図である。
【００１３】
本実施形態の角形二次電池１は、例えば、車載用のリチウムイオン二次電池であり、セパレータを介在させて積層された正極電極と負極電極とが捲回された扁平な電極群４０と、電極群４０を収容する扁平角形の電池容器１０と、電池容器１０と電極群４０との間に配置された絶縁シート５０とを備えている。
【００１４】
詳細については後述するが、本実施形態の角形二次電池１は、絶縁シート５０を介して対向する電極群４０の平坦部４０ａと電池容器１０の広側面１０ｗとが、接着層６０を介して絶縁シート５０に接着されていることを特徴としている（図５Ａ及び図５Ｂを参照）。
【００１５】
電池容器１０は、上部が開放された有底角筒状の電池缶１１と、電池缶１１の開口部１１ａを封止する矩形板状の電池蓋１２とを有している。電池容器１０の素材は、例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金等の金属である。電池缶１１は、例えば、板材を深絞り加工することによって、扁平な矩形箱型に形成されている。電池蓋１２は、例えば、板材を鍛造することによって、電池容器１０の幅方向を長手方向とする長方形の板状に形成されている。電池蓋１２は、電池缶１１の底面を向く下面側に、電池缶１１の開口部１１ａの内側に係合する突出部１２ａを有してもよい。
【００１６】
電池容器１０は、電池缶１１の開口部１１ａから電池缶１１の内部へ電極群４０を収容し、電池缶１１の開口部１１ａを電池蓋１２によって閉塞し、例えばレーザ溶接によって、電池缶１１の開口部１１ａの全周に亘って電池蓋１２を溶接することで、扁平な捲回型の電極群４０を収容する扁平な矩形箱型に形成されている。電池蓋１２の下面に突出部１２ａを有する場合には、突出部１２ａを電池缶１１の開口部１１ａに係合させることで、電池蓋１２と電池缶１１の溶接を容易にすることができる。電池容器１０は、厚さ方向の両側の比較的面積が大きい広側面１０ｗと、幅方向両側の比較的面積が小さい狭側面１０ｎと、幅方向を長手方向とする長方形の底面１０ｂ及び上面１０ｔとを有している。
【００１７】
図１及び図２に示すように、本実施形態の角形二次電池１は、正極外部端子２０Ｐ及び負極外部端子２０Ｎと、正極集電板３０Ｐ及び負極集電板３０Ｎとを備えている。
【００１８】
正極外部端子２０Ｐ及び負極外部端子２０Ｎは、それぞれ電池容器１０の上面１０ｔの幅方向の一端と他端に、外部絶縁部材１３及び図示を省略するガスケットを介して配置され、電池蓋１２に対して電気的に絶縁されている。正極集電板３０Ｐ及び負極集電板３０Ｎは、それぞれ電池容器１０の内部で正極外部端子２０Ｐと負極外部端子２０Ｎに接続され、図示を省略する内部絶縁部材を介して電池蓋１２の下面に配置され、電池蓋１２に対して電気的に絶縁されている。外部絶縁部材１３、内部絶縁部材、及びガスケットは、それぞれ、電気絶縁性を有する樹脂材料によって製作されている。
【００１９】
正極外部端子２０Ｐ及び負極外部端子２０Ｎは、それぞれ、外部絶縁部材１３上に配置された板状部２１と、外部絶縁部材１３上に配置されて板状部２１を下方から貫通するバスバー接続用のボルト２２と、板状部２１及び電池蓋１２を貫通する接続部材２３とを備えている。正極外部端子２０Ｐを構成する各部材、及び、正極集電板３０Ｐの素材は、例えばアルミニウム又はアルミニウム合金である。負極外部端子２０Ｎを構成する各部材、及び、負極集電板３０Ｎの素材は、例えば銅又は銅合金である。
【００２０】
正極外部端子２０Ｐ及び負極外部端子２０Ｎのそれぞれの接続部材２３は、例えば円柱状の部材であり、図示を省略する樹脂製のガスケットに挿通されて電池蓋１２と電気的に絶縁されている。接続部材２３は、例えば、上端部と下端部にそれぞれかしめ部を有している。接続部材２３の上端部のかしめ部は、接続部材２３の上端部が板状部２１上で拡径されて形成されている。接続部材２３の下端部のかしめ部は、接続部材２３の下端部が、電池蓋１２と、正極集電板３０Ｐ及び負極集電板３０Ｎのそれぞれの基部を貫通し、基部の下面で拡径されて形成されている。
【００２１】
正極外部端子２０Ｐと正極集電板３０Ｐは、接続部材２３によって電気的に接続されるとともに、それぞれ外部絶縁部材１３と内部絶縁部材とを介して電池蓋１２と電気的に絶縁された状態で、電池蓋１２にかしめ固定されている。同様に、負極外部端子２０Ｎと負極集電板３０Ｎは、接続部材２３によって電気的に接続されるとともに、それぞれ外部絶縁部材１３と内部絶縁部材とを介して電池蓋１２と電気的に絶縁された状態で、電池蓋１２にかしめ固定されている。
【００２２】
図３は、図２に示す角形二次電池１の電池蓋１２と、正極集電板３０Ｐ及び負極集電板３０Ｎを介して電池蓋１２に固定された電極群４０によって構成された蓋組立体を示す斜視図である。図４は、図２に示す電極群４０の一部を展開した分解斜視図である。
【００２３】
電極群４０は、セパレータ４３，４４を介在させて積層された正極電極４１と負極電極４２とが捲回された扁平な電極群である。電極群４０は、電池容器１０に収容された状態で、電池容器１０の上面１０ｔと底面１０ｂに対向する上下一対の半円筒状の湾曲部４０ｂと、電池容器１０の広側面１０ｗに対向する平面状の平坦部４０ａとを有している。
【００２４】
正極電極４１は、正極箔の両面に正極合剤層４１ａが形成され、幅方向すなわち電極群４０の捲回軸Ａ方向の一方の側縁に、正極箔が露出した箔露出部４１ｂを有している。負極電極４２は、負極箔の両面に負極合剤層４２ａが形成され、幅方向すなわち電極群４０の捲回軸Ａ方向の他方の側縁に、負極箔が露出した箔露出部４２ｂを有している。正極電極４１及び負極電極４２の箔露出部４１ｂ，４２ｂは、幅方向すなわち捲回軸Ａ方向において互いに反対側に位置するように捲回される。
【００２５】
正極電極４１は、例えば以下の手順で作製することができる。まず、正極活物質として、化学式：ＬｉＮｉ１−ｘ−ｙＣｏｘＭｎｙＯ２、重量比：Ｎｉ：Ｃｏ：Ｍｎ＝５：２：３のニッケルコバルトマンガン酸リチウムを用意する。そして、９２．０重量部の正極活物質に対し、導電材として４．５重量部の鱗片状黒鉛及び０．５重量部のアセチレンブラックと、結着剤として３．０重量部のポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）と、を添加する。これに分散溶媒としてＮ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）を添加し、混練して正極合剤を作製する。この正極合剤を、正極箔である厚さ約１５μｍのアルミニウム箔の両面に、片側の塗布量が１８５ｇ／ｍ２となるように、箔露出部４１ｂを残して塗布する。その後、乾燥、プレス、裁断して、正極合剤層４１ａの密度が２．７５ｇ／ｃｍ３の正極電極４１を得ることができる。
【００２６】
負極電極４２は、例えば以下の手順で作製することができる。まず、負極活物質として非晶質炭素により表面を被覆された、平均粒径２１μｍ（Ｄ５０）、比表面積３．９×１０３ｍ２／ｋｇの天然黒鉛を用意する。そして、９８．０重量部の負極活物質に対し、結着剤として１．０重量部のスチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、１．０重量部のカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）を添加し、最後に精製水を加えて混練し、固形分比率５０重量％の水系スラリーである負極合剤を作製する。この負極合剤を、負極箔である厚さ約１０μｍの銅箔の両面に、塗布量が９５ｇ／ｍ２となるように、箔露出部４２ｂを残して塗布する。その後、乾燥、プレス、裁断して負極合剤層４２ａの密度が１．５ｇ／ｃｍ３の負極電極４２を得ることができる。
【００２７】
セパレータ４３，４４は、例えばポリエチレン製の微多孔性を有する絶縁材料からなり、正極電極４１と負極電極４２とを絶縁する役割を有している。負極電極４２の負極合剤層４２ａは、正極電極４１の正極合剤層４１ａよりも幅方向に大きく、これにより正極合剤層４１ａは必ず負極合剤層４２ａに挟まれるように構成されている。電極群４０は、正極電極４１及び負極電極４２の捲回終了後に、最外周にセパレータ４３，４４が少なくとも１周以上に亘って捲回され、セパレータ４３，４４の終端部が粘着テープ又は熱溶着によって巻止めされる。
【００２８】
正極電極４１、負極電極４２の箔露出部４１ｂ，４２ｂは、電極群４０の平坦部４０ａにおいて束ねられている。箔露出部４１ｂ，４２ｂは、図３に示すように、それぞれ、正極集電板３０Ｐ及び負極集電板３０Ｎの端子部３２に、例えば、抵抗溶接又は超音波溶接によって接合されて固定されている。これにより、電極群４０は、正極電極４１と負極電極４２が、それぞれ正極集電板３０Ｐと負極集電板３０Ｎに電気的に接続されている。
【００２９】
なお、正極電極４１及び負極電極４２と交互に積層されたセパレータ４３，４４は、負極合剤層４２ａの幅よりも広いが、両側に箔露出部４１ｂ，４２ｂを露出させる幅に規定されているので、箔露出部４１ｂ，４２ｂを束ねて溶接する際の支障にはならない。
【００３０】
電極群４０は、捲回軸Ａ方向において、一方の端部の正極電極４１の箔露出部４１ｂと、他方の端部の負極電極４２の箔露出部４２ｂが、それぞれ、正極集電板３０Ｐと負極集電板３０Ｎに接合されることで、電池蓋１２に固定されている。換言すると、電極群４０は、正極集電板３０Ｐ及び負極集電板３０Ｎを介して電池蓋１２に固定され、電池蓋１２から正極集電板３０Ｐ及び負極集電板３０Ｎによって吊り下げられた状態になっている。
【００３１】
電極群４０は、正極集電板３０Ｐと負極集電板３０Ｎに接合された状態で、正極集電板３０Ｐ及び負極集電板３０Ｎとともに絶縁シート５０によって覆われて、電池缶１１の開口部１１ａから電池缶１１内部へ挿入される。そして、電池蓋１２が電池缶１１の開口部１１ａに接合されることで、電極群４０が電池容器１０の内部に収容される。
【００３２】
電池蓋１２は、正極外部端子２０Ｐと負極外部端子２０Ｎとの間の長手方向の中間部に、注液孔１４とガス排出弁１５とを有している。
【００３３】
注液孔１４は、電池蓋１２を貫通する貫通孔であり、電池蓋１２を電池缶１１に接合して電池容器１０を構成した後に、電池容器１０の内部に電解液を注入するのに用いられ、電解液の注入後に、例えばレーザ溶接によって注液栓１６を接合することによって封止される。電池容器１０の内部に注入する電解液としては、たとえば、エチレンカーボネート等の炭酸エステル系の有機溶媒に６フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ６）等のリチウム塩が溶解された非水電解液を用いることができる。
【００３４】
ガス排出弁１５は、例えば鍛造等によって電池蓋１２を部分的に薄肉化してスリット等を形成することによって設けられている。ガス排出弁１５は、例えば角形二次電池１の異常によって電池容器１０の内部の圧力が所定の圧力を超えて上昇したときに開裂し、電池容器１０の内部のガスを外部へ放出して内圧を低下させる。なお、ガス排出弁１５は、電池蓋１２を部分的に薄肉化したものに限定されず、例えば、電池蓋１２に形成した開口に薄膜部材を接合することによって構成されていてもよい。
【００３５】
図５Ａは、図１に示す角形二次電池１のＶ−Ｖ線に沿う断面図である。図５Ｂは、図５Ａに示す角形二次電池１のＢ部拡大図である。
【００３６】
前述のように、本実施形態の角形二次電池１は、セパレータ４３，４４を介在させて積層された正極電極４１と負極電極４２とが捲回された扁平な電極群４０と、該電極群４０を収容する扁平角形の電池容器１０と、該電池容器１０と電極群４０との間に配置された絶縁シート５０とを備えている。本実施形態の角形二次電池１は、絶縁シート５０を介して対向する電極群４０の平坦部４０ａと電池容器１０の広側面１０ｗとが、接着層６０を介して絶縁シート５０に接着されていることを特徴としている。
【００３７】
絶縁シート５０の素材は、電気的な絶縁性、電解液に侵されない化学的安定性、及び角形二次電池１の電圧に対して電気分解しない電気的安定性を有する素材であれば、特に限定されない。絶縁シート５０の素材としては、例えば、工業的な汎用性、製造コスト及び品質安定性の観点から、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリフッ化エチレン等の樹脂材料を用いることができる。
【００３８】
絶縁シート５０の厚さは、電気的な絶縁性の確保、角形二次電池１の高容量化、及び絶縁シート５０の加工性等の観点から、概ね０．０１ｍｍ以上かつ１ｍｍ以下であることが好ましく、概ね０．１ｍｍ以上かつ０．５ｍｍ以下であることが特に好ましい。絶縁シート５０の厚さが０．０１ｍｍより薄いと、電気的な絶縁性が不足する可能性がある。絶縁シート５０の厚さが１ｍｍより厚いと、加工性が低下するだけでなく、電極群４０の捲回数等が制限されて角形二次電池１の容量が低下する虞がある。
【００３９】
絶縁シート５０は、例えば図３に示すように、電池缶１１と同様に、上部に開口部５０ａを有する有底角筒状の形状を有してもよい。絶縁シート５０が、電池缶１１に対応する扁平な矩形箱型の形状を有することで、前述のように電池蓋１２に正極集電板３０Ｐ及び負極集電板３０Ｎを介して固定された電極群４０を絶縁シート５０の開口部５０ａに挿入することができる。これにより、絶縁シート５０によって、正極集電板３０Ｐ、負極集電板３０Ｎ及び電極群４０を覆うことができる。
【００４０】
なお、絶縁シート５０は、上述のケース状の形状に限定されない。例えば、横方向と縦方向の二方向に延在する平面形状の絶縁シート５０を、正極集電板３０Ｐ、負極集電板３０Ｎ、及び電極群４０の周りに、横方向と縦方向の二方向に巻き付けてもよい。これにより、平面状の絶縁シート５０によって、正極集電板３０Ｐ、負極集電板３０Ｎ、及び電極群４０を覆うことができる。
【００４１】
その後、図２に示すように、絶縁シート５０によって覆われた正極集電板３０Ｐ、負極集電板３０Ｎ及び電極群４０を、電池缶１１の開口部１１ａから電池缶１１の内部に挿入する。これにより、正極集電板３０Ｐ、負極集電板３０Ｎ及び電極群４０と、電池容器１０との間に絶縁シート５０を配置し、正極集電板３０Ｐ、負極集電板３０Ｎ及び電極群４０と、電池容器１０とを電気的に絶縁することができる。
【００４２】
そして、図５Ａ及び図５Ｂに示すように、電極群４０の平坦部４０ａと電池容器１０の広側面１０ｗとが、絶縁シート５０を介して対向する。本実施形態の角形二次電池１は、前述のように、絶縁シート５０を介して対向する電極群４０の平坦部４０ａと電池容器１０の広側面１０ｗとが、接着層６０を介して絶縁シート５０に接着されている。
【００４３】
接着層６０の素材は、角形二次電池１の使用に際して電解液に対する化学的安定性及び電気的安定性を有する素材であれば、特に限定されない。接着層６０の素材としては、例えば、熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂を用いることができ、或いは、粘着剤又は接着剤を用いることもできる。本実施形態の角形二次電池１において、接着層６０は、熱可塑性樹脂である。
【００４４】
熱可塑性樹脂としては、例えば、アクリル系樹脂、メタアクリル系樹脂、ナイロン等のポリアミド系樹脂、フッ素樹脂、ポリエステル樹脂からなる群から選択される一種以上を含むことができる。特に、原料となるモノマーの選択肢が多く、所望の特性を得ることが比較的容易であることから、熱可塑性樹脂としては、アクリル系樹脂及びメタアクリル系樹脂が好適である。熱可塑性樹脂は、加熱によって可塑化させる前の未加熱の状態では、粘性及び密着性を示さないため、組立工程における取り扱いが容易である。
【００４５】
接着層６０が熱可塑性樹脂である場合には、予め絶縁シート５０の一方の面５１と他方の面５２に、それぞれ融点又はガラス転移点以上に加熱して熔解又は軟化させた熱可塑性樹脂を塗布し、冷却して硬化させ、接着層６１，６２を形成しておくことができる。なお、絶縁シート５０の一方の面５１に接着層６１を形成し、電極群４０の平坦部４０ａに接着層６２を形成してもよい。絶縁シート５０又は電極群４０に熔解又は軟化させた熱可塑性樹脂を塗布する方法は、特に限定されない。
【００４６】
絶縁シート５０又は電極群４０に熔解又は軟化させた熱可塑性樹脂を塗布する方法としては、所望の厚さと面積の接着層６０を形成することができ、塗布量の調節が容易で塗布量の均一性に優れることから、ダイコート法が好適である。また、絶縁シート５０又は電極群４０に接着層６０を形成する方法として、加熱によって熔解又は軟化させた熱可塑性樹脂を、絶縁シート５０の表裏の少なくとも一方の面に押し出して成形する押出成形を用いることもできる。
【００４７】
このように、接着層６０が熱可塑性樹脂である場合、接着層６０が形成された絶縁シート５０によって電極群４０を覆い、その状態で電極群４０及び絶縁シート５０を電池容器１０に収容することができる。
【００４８】
これにより、絶縁シート５０の両面５１，５２に接着層６０が形成されている場合には、一方の面５１に形成された接着層６１は、電池容器１０の広側面１０ｗに対向し、他方の面５２に形成された接着層６２は、電極群４０の平坦部４０ａに対向する。また、絶縁シート５０の一方の面５１に接着層６１が形成され、電極群４０の平坦部４０ａに接着層６２が形成されている場合には、絶縁シート５０の一方の面５１に形成された接着層６１は、電池容器１０の広側面１０ｗに対向し、電極群４０の平坦部４０ａに形成された接着層６２は、絶縁シート５０の他方の面５２に対向する。
【００４９】
そして、例えば電池容器１０内に電解液を注入する前に、電池容器１０の広側面１０ｗに図示を省略するヒータ等の加熱素子を所定の圧力で押し付ける。そして、加熱素子によって、電池容器１０の広側面１０ｗと絶縁シート５０との間の接着層６１、及び、電極群４０の平坦部４０ａと絶縁シート５０との間の接着層６２を、融点又はガラス転位温度以上の温度に加熱して熔解又は軟化させる。
【００５０】
接着層６０が熱可塑性樹脂である場合の加熱温度は、例えば、セパレータ４３，４４の耐熱温度以下にすることができる。セパレータ４３，４４の素材がポリエチレンである場合には、セパレータ４３，４４の耐熱温度は、例えば、概ね７０℃以上かつ１１０℃以下、又は、概ね９５℃以上かつ１１０℃以下である。よって、電極群４０がポリエチレンを素材とするセパレータ４３，４４を用いている場合は、セパレータ４３，４４の温度が１００℃以下、より好ましくは８０℃以下となる条件で、接着層６０を加熱して溶融又は軟化させる。より具体的には、例えば、接着層６０として融点が９０℃の熱可塑性樹脂を用い、電極群４０の平坦部４０ａの温度が９０℃以上１００℃以下となるように、接着層６０を加熱することができる。
【００５１】
電解液に好適に用いられる溶媒のうち、特にＤＭＣ（炭酸ジメチル）の沸点は、約９０℃である。また、電解液は、有機化合物を主要成分としているが、有機化合物は１００℃近辺で反応性が上昇するものが多い。そのため、電池容器１０内に電解液を注入する前に、接着層６０の加熱を行うことで、電解液が蒸発して電解液の組成比が変動したり、電解液中のリチウム塩及び添加剤の濃度が変動したりするのを防止できる。また、電解液中で不必要な化学反応が生じるのを防止することができる。
【００５２】
接着層６０を加熱して熔融又は軟化させた後、接着層６０の温度を低下させて接着層６０を固化させることで、絶縁シート５０を介して対向する電極群４０の平坦部４０ａと電池容器１０の広側面１０ｗとが、接着層６０を介して絶縁シート５０に接着される。なお、電池容器１０の広側面１０ｗと絶縁シート５０とを接着する接着層６１と、電極群４０の平坦部４０ａと絶縁シート５０とを接着する接着層６２とは、同一の組成の熱可塑性樹脂であってもよいし、異なる組成の熱可塑性樹脂であってもよい。
【００５３】
以上のように、絶縁シート５０を介して対向する電極群４０の平坦部４０ａと電池容器１０の広側面１０ｗとを、接着層６０を介して絶縁シート５０に接着した後に、電池蓋１２の注液孔１４を介して電池容器１０の内部に電解液を注入し、注液孔１４を注液栓１６によって封止する。以上により、本実施形態の角形二次電池１を製作することができる。
【００５４】
次に、本実施形態の角形二次電池１の作用について説明する。
【００５５】
本実施形態の角形二次電池１は、例えば、図示を省略するバスバーによって複数の角形二次電池１を直列に接続した組電池を備える電池モジュールとして車両に搭載される。例えば、隣接する角形二次電池１うち、一方の角形二次電池１の正極外部端子２０Ｐのボルト２２と、他方の角形二次電池１の負極外部端子２０Ｎのボルト２２を、それぞれバスバーの貫通孔又は切欠きに挿通させ、ボルト２２，２２に不図示のナットを締結する。これにより、複数の角形二次電池１を、バスバーによって直列に接続することができる。
【００５６】
角形二次電池１は、正極外部端子２０Ｐ及び負極外部端子２０Ｎを介して外部から供給された電力を、電池容器１０の内部の電極群４０に、正極集電板３０Ｐ及び負極集電板３０Ｎを介して供給することで充電される。また、角形二次電池１は、電池容器１０の内部の電極群４０に充電された電力を、正極外部端子２０Ｐ及び負極外部端子２０Ｎに、正極集電板３０Ｐ及び負極集電板３０Ｎを介して供給することで放電される。このように、本実施形態の角形二次電池１は、例えば車載用の電池モジュールの一部として用いられる。
【００５７】
このような車載用の角形二次電池１は、パソコンや携帯機器等の電子機器に用いられる二次電池と比較して必要とされる容量が格段に大きく、高エネルギー密度化と長寿命化だけでなく、種々の安全対策が求められている。例えば、車載用の角形二次電池１では、車両の走行、加減速、衝突等によって作用する振動、慣性力、衝撃等に対する耐久性の確保が重要である。
【００５８】
本実施形態の角形二次電池１は、前述のように、電池容器１０の内部に収容された捲回型の電極群４０が、正極集電板３０Ｐ及び負極集電板３０Ｎによって電池蓋１２から吊り下げられた構造を有している。
【００５９】
このような構成を有する従来の角形二次電池では、例えば、車両の走行、加減速、又は衝突等によって振動、慣性力、又は衝撃等が作用すると、電池容器の内部で電極群が振動し又は移動する場合がある。電池容器の内部の電極群の振動や変位は、例えば、正極電極、負極電極、及びセパレータ間に歪みを生じさせ、正極電極と負極電極との間隔を不均一にさせ、角形二次電池の電池容量等、電気的な特性を低下させる虞がある。
【００６０】
また、従来の角形二次電池では、電池容器の内部の電極群の振動や変位が、電極群と正極集電板及び負極集電板との接合部、その他の部品や接続箇所に応力を生じさせ、信頼性が低下する虞がある。より詳細には、例えば、電極群と正極集電板及び負極集電板との接合部に繰り返し応力が作用すると、正極集電板及び負極集電板に接合された正極電極の箔露出部及び正極電極の箔露出部が破断して電流経路の一部が断絶される虞がある。
【００６１】
これに対し、本実施形態の角形二次電池１は、前述のように、セパレータ４３，４４を介在させて積層された正極電極４１と負極電極４２とが捲回された扁平な電極群４０と、該電極群４０を収容する扁平角形の電池容器１０と、該電池容器１０と前記電極群４０との間に配置された絶縁シート５０とを備えている。そして、絶縁シート５０を介して対向する電極群４０の平坦部４０ａと電池容器１０の広側面１０ｗとが、接着層６０を介して絶縁シート５０に接着されている。
【００６２】
そのため、本実施形態の角形二次電池１では、例えば、車両の走行、加減速、又は衝突等によって振動、慣性力、又は衝撃等が作用しても、電極群４０が接着層６０及び絶縁シート５０を介して電池容器１０に固定され、電池容器１０の内部の電極群４０の振動又は変位が抑制される。これにより、角形二次電池１の電気的な特性及び信頼性の低下が防止される。
【００６３】
また、接着層６０の素材は、前述のように、熱可塑性樹脂である。より具体的には、熱可塑性樹脂は、アクリル系樹脂、メタアクリル系樹脂、ポリアミド樹脂、フッ素樹脂、ポリエステル樹脂からなる群から選択される一種以上を含む。これにより、角形二次電池１の組立時には、接着層６０を固化させておくことで、接着層６０の取り扱いを容易にすることができる。また、角形二次電池１の組立後に、電池容器１０の外部から接着層６０を加熱して熔解又は軟化させ、絶縁シート５０を介して対向する電極群４０の平坦部４０ａと電池容器１０の広側面１０ｗとを、接着層６０を介して絶縁シート５０に接着することができる。
【００６４】
以上説明したように、本実施形態の角形二次電池１によれば、振動、慣性力、衝撃等に対する耐久性を従来よりも向上させることができる。なお、本実施形態では、電極群４０の捲回軸Ａが電池蓋１２の長手方向に平行な角形二次電池１について説明したが、電極群４０の配置は、本実施形態の角形二次電池１における配置に限定されない。
【００６５】
図６は、図１に示す本実施形態の角形二次電池１の変形例を示す図２に対応する分解斜視図である。
【００６６】
図６に示す本変形例の角形二次電池１Ａでは、電極群４０の捲回軸Ａ（図４参照）の方向が電池蓋１２に垂直であり、正極電極４１の箔露出部４１ｂと負極電極４２の箔露出部４２ｂとが、それぞれ電極群４０の電池蓋１２側の端部で束ねられている。また、本変形例の角形二次電池１Ａにおいて、正極集電板３０Ｐの端子部３２及び負極集電板３０Ｎの端子部３２は、実施形態１の角形二次電池１の正極集電板３０Ｐ及び負極集電板３０Ｎよりも短く、それぞれ正極電極４１の箔露出部４１ｂと負極電極４２の箔露出部４２ｂに対応する位置に配置されている。本変形例の角形二次電池１Ａのその他の点は、前述の実施形態１の角形二次電池１と同一であるので、同一の部分には同一の符号を付して説明を省略する
【００６７】
本変形例の角形二次電池１Ａにおいても、絶縁シート５０を介して対向する電極群４０の平坦部４０ａと電池容器１０の広側面１０ｗとが、接着層６０を介して絶縁シート５０に接着されている。そのため、例えば、車両の走行、加減速、又は衝突等によって、角形二次電池１Ａに振動、慣性力、又は衝撃等が作用しても、電極群４０が接着層６０及び絶縁シート５０を介して電池容器１０に固定され、電池容器１０の内部の電極群４０の振動又は変位が抑制される。したがって、本変形例の角形二次電池１Ａによれば、実施形態１の角形二次電池１と同様に、振動、慣性力、衝撃等に対する耐久性を従来よりも向上させることができる。
【００６８】
［実施形態２］
以下、本発明の角形二次電池の実施形態２について、図１から図５Ｂを援用して説明する。
【００６９】
本実施形態の角形二次電池は、接着層６０の素材が熱硬化性樹脂である点で、前述の実施形態１の角形二次電池１と異なっている。本実施形態の角形二次電池のその他の点は、前述の角形二次電池１と同一であるので、同一の部分は同一の符号を付して説明を省略する。
【００７０】
本実施形態の角形二次電池において、図５Ａ及び図５Ｂに示す接着層６０の素材は、熱硬化性樹脂である。より具体的には、熱硬化性樹脂は、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂からなる群から選択される一種以上を含むことができる。なお、所望の特性を得ることが比較的容易であることから、熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂が好適である。
【００７１】
接着層６０の素材が熱硬化性樹脂である場合には、角形二次電池の組立前に、予め絶縁シート５０の一方の面５１と他方の面５２に、加熱前の流動性を有する熱硬化性樹脂を、前述の実施形態１の角形二次電池１の熔解又は軟化した熱可塑性樹脂と同様に塗布しておくことができる。また、絶縁シート５０の一方の面５１に熱硬化性樹脂を塗布し、電極群４０の平坦部４０ａに熱硬化性樹脂を塗布してもよい。
【００７２】
その後、絶縁シート５０によって電極群４０を覆い、その状態で電極群４０及び絶縁シート５０を電池容器１０に収容する。これにより、絶縁シート５０の両面５１，５２に熱硬化性樹脂が塗布されている場合には、一方の面５１に塗布された熱硬化性樹脂は、電池容器１０の広側面１０ｗに対向し、他方の面５２に塗布された熱硬化性樹脂は、電極群４０の平坦部４０ａに対向する。また、絶縁シート５０の一方の面５１と電極群４０の平坦部４０ａに熱硬化性樹脂が塗布されている場合には、絶縁シート５０の一方の面５１に塗布された熱硬化性樹脂は、電池容器１０の広側面１０ｗに対向し、電極群４０の平坦部４０ａに塗布された熱硬化性樹脂は、絶縁シート５０の他方の面５２に対向する。
【００７３】
そして、例えば電池容器１０内に電解液を注入する前に、電池容器１０の広側面１０ｗにヒータ等の加熱素子を所定の圧力で押し付ける。そして、加熱素子によって、電池容器１０の広側面１０ｗと絶縁シート５０との間の熱硬化性樹脂、及び、電極群４０の平坦部４０ａと絶縁シート５０との間の熱硬化性樹脂を、加熱して重合させることで硬化させる。このときの加熱温度は、前述の実施形態１の角形二次電池１において、接着層６０の素材である熱可塑性樹脂を加熱するときの加熱温度と同様である。
【００７４】
その後、硬化させた熱可塑性樹脂を冷却することで、絶縁シート５０を介して対向する電極群４０の平坦部４０ａと電池容器１０の広側面１０ｗとが、接着層６０を介して絶縁シート５０に接着される。なお、電池容器１０の広側面１０ｗと絶縁シート５０とを接着する接着層６１と、電極群４０の平坦部４０ａと絶縁シート５０とを接着する接着層６２とは、同一の組成の熱硬化性樹脂であってもよいし、異なる組成の熱硬化性樹脂であってもよい。
【００７５】
本実施形態の角形二次電池においても、絶縁シート５０を介して対向する電極群４０の平坦部４０ａと電池容器１０の広側面１０ｗとが、接着層６０を介して絶縁シート５０に接着されている。そのため、例えば、車両の走行、加減速、又は衝突等によって、角形二次電池に振動、慣性力、又は衝撃等が作用しても、電極群４０が接着層６０及び絶縁シート５０を介して電池容器１０に固定され、電池容器１０の内部の電極群４０の振動又は変位が抑制される。したがって、本実施形態の角形二次電池によれば、実施形態１の角形二次電池１と同様に、振動、慣性力、衝撃等に対する耐久性を従来よりも向上させることができる。
【００７６】
［実施形態３］
以下、本発明の角形二次電池の実施形態３について、図１から図５Ｂを援用して説明する。
【００７７】
本実施形態の角形二次電池は、電極群４０の平坦部４０ａと絶縁シート５０との間の接着層６２が、粘着層である点で、前述の実施形態１の角形二次電池１と異なっている。本実施形態の角形二次電池のその他の点は、前述の角形二次電池１と同一であるので、同一の部分は同一の符号を付して説明を省略する。
【００７８】
本実施形態の角形二次電池は、図５Ａ及び図５Ｂに示すように、電極群４０の平坦部４０ａと絶縁シート５０との間の接着層６２が粘着層であり、電池容器１０の広側面１０ｗと絶縁シート５０との間の接着層６１が熱可塑性樹脂である。粘着層としては、例えば、電極群４０の最外周のセパレータ４３，４４を固定する粘着テープに用いられる粘着層と同様のものを用いることができ、例えばアクリル系粘着剤を用いることができる。
【００７９】
本実施形態の角形二次電池の組立時には、平面状の絶縁シート５０の一方の面５１に、前述の実施形態１の角形二次電池１と同様に、予め熱可塑性樹脂からなる接着層６１を形成し、絶縁シート５０の他方の面５２に、予め粘着層からなる接着層６２を形成することができる。また、絶縁シート５０の一方の面５１に、前述の実施形態１の角形二次電池１と同様に、予め熱可塑性樹脂からなる接着層６１を形成し、電極群４０の平坦部４０ａに、予め粘着層からなる接着層６２を形成してもよい。
【００８０】
その後、電極群４０と正極集電板３０Ｐ及び負極集電板３０Ｎを、平面状の絶縁シート５０で覆うことで、電極群４０の平坦部４０ａと絶縁シート５０とを粘着層からなる接着層６２によって接着することができる。その後、前述の実施形態１の角形二次電池１と同様に、電池容器１０の広側面１０ｗと絶縁シート５０との間の熱可塑性樹脂からなる接着層６１を、融点又はガラス転位温度以上の温度で加熱して熔解又は軟化させる。その後、熱可塑性樹脂からなる接着層６１の温度を低下させて固化させることで、絶縁シート５０を介して対向する電極群４０の平坦部４０ａと電池容器１０の広側面１０ｗとが、それぞれ粘着層からなる接着層６２と熱可塑性樹脂からなる接着層６１を介して絶縁シート５０に接着される。
【００８１】
本実施形態の角形二次電池においても、絶縁シート５０を介して対向する電極群４０の平坦部４０ａと電池容器１０の広側面１０ｗとが、接着層６０を介して絶縁シート５０に接着されている。そのため、例えば、車両の走行、加減速、又は衝突等によって、角形二次電池に振動、慣性力、又は衝撃等が作用しても、電極群４０が接着層６０及び絶縁シート５０を介して電池容器１０に固定され、電池容器１０の内部の電極群４０の振動又は変位が抑制される。したがって、本実施形態の角形二次電池によれば、実施形態１の角形二次電池１と同様に、振動、慣性力、衝撃等に対する耐久性を従来よりも向上させることができる。
【００８２】
また、電極群４０の平坦部４０ａと絶縁シート５０との間の接着層６２が粘着層であることから、電極群４０の平坦部４０ａと絶縁シート５０との間の接着層６２を加熱する必要がなく、電極群４０のセパレータ４３，４４に対する熱の影響を低減することができる。したがって、電池容器１０の広側面１０ｗと絶縁シート５０との間の接着層６１をより短時間に高い温度で加熱することが可能になり、絶縁シート５０を介して対向する電極群４０の平坦部４０ａと電池容器１０の広側面１０ｗとを、接着層６０を介して絶縁シート５０により効率よく接着することができる。
【００８３】
［実施形態４］
以下、本発明の角形二次電池の実施形態４について、図１から図５Ｂを援用して説明する。
【００８４】
本実施形態の角形二次電池は、電池容器１０が金属製のフィルム状包装体であり、接着層６０が粘着層である点で、前述の実施形態１の角形二次電池１と異なっている。本実施形態の角形二次電池のその他の点は、前述の角形二次電池１と同一であるので、同一の部分は同一の符号を付して説明を省略する。
【００８５】
電池容器が金属製のフィルム状包装体である場合には、例えば、以下の手順によって電池容器の内部に電極群４０を収容することができる。まず、柔軟性を有する第１のフィルム状包装体と第２のフィルム状包装体との間に電極群４０を配置する。その後、第１のフィルム状包装体の周縁部と第２のフィルム状包装体の周縁部とを接合する。このとき、金属製フィルムを構成する金属と類似する素材の溶接部を介して第１のフィルム状包装体と第２のフィルム状包装体とを接合することで、溶接性が向上し、電池容器の密閉性を向上させることができる。フィルム状包装体の素材としては、例えば、ステンレス鋼製のフィルムを用いることができる。
【００８６】
本実施形態の角形二次電池の組立時には、例えば、前述の実施形態３の角形二次電池と同様に、電極群４０を平面状の絶縁シート５０で覆い、電極群４０の平坦部４０ａと絶縁シート５０とを粘着層からなる接着層６２によって接着する。その後、２枚のフィルム状包装体を用意し、フィルム状包装体の表面又は電極群４０の平坦部４０ａを覆う絶縁シート５０の外側の面５１に、予め粘着層からなる接着層６１を形成しておく。そして、絶縁シート５０によって覆われた電極群４０を２枚のフィルム状包装体の間に配置し、電極群４０の厚さ方向両側の平坦部４０ａを覆う絶縁シート５０に、それぞれ粘着層からなる接着層６１を介してフィルム状包装体を接着する。その後、２枚のフィルム状包装体の周囲を接合して電池容器を形成する。
【００８７】
本実施形態の角形二次電池においても、絶縁シート５０を介して対向する電極群４０の平坦部４０ａと電池容器の広側面とが、粘着層からなる接着層を介して絶縁シート５０に接着されている。そのため、例えば、車両の走行、加減速、又は衝突等によって、角形二次電池に振動、慣性力、又は衝撃等が作用しても、電極群４０が接着層６０及び絶縁シート５０を介して電池容器に固定され、電池容器の内部の電極群４０の振動又は変位が抑制される。したがって、本実施形態の角形二次電池によれば、実施形態１の角形二次電池１と同様に、振動、慣性力、衝撃等に対する耐久性を従来よりも向上させることができる。
【００８８】
以上、図面を用いて本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。
【符号の説明】
【００８９】
１      角形二次電池
１Ａ    角形二次電池
１０    電池容器
１０ｗ  広側面
４０    電極群
４０ａ  平坦部
４１    正極電極
４２    負極電極
４３    セパレータ
４４    セパレータ
５０    絶縁シート
６０    接着層
６１    接着層
６２    接着層
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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