JP2013008559A

JP2013008559A - 二次電池

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Publication number: JP2013008559A
Application number: JP2011140524A
Authority: JP
Inventors: Koichi Kajiwara; 浩一梶原
Original assignee: Hitachi Vehicle Energy Ltd
Current assignee: Vehicle Energy Japan Inc
Priority date: 2011-06-24
Filing date: 2011-06-24
Publication date: 2013-01-10
Anticipated expiration: 2031-06-24
Also published as: US9252453B2; WO2012176704A1; US20140120396A1; JP5663415B2

Abstract

【課題】耐振性、耐衝撃性に優れる二次電池を提供する。
【解決手段】二次電池は、扁平形の捲回電極群と、缶体と、蓋と、蓋に設けられた正負極外部端子と、正負極と正負極外部端子とを接続する正負極集電体１２０，１３０とを備え、電極群両端部の正負極積層部は２つの束状接続部に分離され、正負極集電体１２０，１３０は、束状電極接続部に接合される主板１２３，１３３と主板１２３，１３３から屈曲して延在するリブ板１２４，１３４とを有する一対の接合板１２７，１３７と、蓋の内面に沿う取付板１２１，１３１と、取付板１２１，１３１の側方から缶体底面に向かって延在する一対の接続板１２２，１３２と、一対の接続板１２２，１３２と一対の接合板１２７，１３７とを結合する一対の結合板１２５，１３５とを備え、結合板１２５，１３５は接続板１２２，１３２の一端から電極群の厚み方向中心に向かうように傾斜しつつ缶体の底面に向かって延在している。
【選択図】図４

Description

本発明は、ハイブリッド自動車や電気自動車等の車両に搭載される二次電池に関する。

正極箔に正極活物質合剤が塗工された正極電極および負極箔に負極活物質合剤が塗工された負極電極をセパレータを介して捲回した扁平形電極群と、電解液とを角形の電池容器内に収容し、扁平形電極群と電気的に接続された外部端子を設けた角形二次電池が車両駆動用電池として広く知られている（特許文献１参照）。

扁平形電極群の捲回軸方向の一端部には、正極活物質合剤が塗工されることなく正極箔が露出した正極側未塗工部が積層され、扁平形電極群の捲回軸方向の他端部には、負極活物質合剤が塗工されることなく負極箔が露出した負極側未塗工部が積層されている。

特許文献１では、扁平形電極群の内部に断面略Ｖ字状の集電体を挿入し、扁平形電極群の未塗工部の積層部分を２つに分けて束ねた上で、それぞれの束を集電体に接続する構造が提案されている。

特開２００５−２１６８２５号公報

車両に搭載される二次電池には振動や衝撃が作用するため、電極群を保持する集電体の変形を防止する必要がある。

上記特許文献１に記載の角形電池では、正極集電体は、一方の接合板部の一端部から接続片が立ち上げ形成され、この接続片が外部端子に接続されているリード板の一端部から垂下された接続片にスポット溶接にて接合されている。負極集電体は、一方の接合板部の一端部から他方の接合板部に向けて折曲されるとともに一端外方に向けて長く延びる接続片が突出形成され、この接続片がリード板に接続されている。このリード板は、ケース内面に沿って配設され、その上下端からＬ字状に接続部が折り曲げ形成され、上端の接続部が負極外部端子を構成する封口板にスポット溶接等にて接合され、下端の接続部が負極集電体の接続片にスポット溶接等にて接合されている。

特許文献１に記載の角形電池では、集電体の一対の接合板部同士とリード板とが一体的に結合されていないため、振動、衝撃が加わった際に、集電体やリード板が変形するおそれがあった。

電極群は、集電体に接合されて電池容器内で保持されているため、電極群の質量が大きいほど、集電体が変形する可能性は高くなる。車両に搭載される二次電池は、大容量化が求められており、電極群の質量は増加傾向にあるため、集電体の剛性の向上が要望されている。

請求項１に係る発明は、正極電極および負極電極をセパレータを介在させて捲回した扁平形電極群と、扁平形電極群を収容する缶体と、缶体を封止する蓋と、蓋に設けられた正極外部端子および負極外部端子と、正極電極と正極外部端子とを接続する正極集電体と、負極電極と負極外部端子とを接続する負極集電体とを備え、扁平形電極群の捲回軸方向両端部において、正極電極および負極電極の積層部のそれぞれは、扁平形電極群の厚み方向中心側から缶体の外方に向かって２つの束状電極接続部に分離され、正負極集電体のそれぞれは、分離した２つの束状電極接続部に設けられた電極接合面に接合される集電体接合面を有する主板と、主板から缶体の外方に向かって屈曲して延在するリブ板とを有する一対の接合板と、蓋の内面に沿う取付板と、取付板の側部から屈曲して缶体の底面に向かって延在する一対の接続板と、一対の接続板のそれぞれと、一対の接合板のそれぞれとを結合する一対の結合板とを備え、一対の結合板のそれぞれは、一対の接続板のそれぞれにおける缶体底面側の一端から、扁平形電極群の厚み方向中心に向かうように傾斜しつつ、かつ、缶体の底面に向かって延在し、一対の接合板のそれぞれにおける蓋側の一端と結合されていることを特徴とする二次電池である。
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の二次電池において、結合板は、３つの屈曲辺を有する結合面を備え、第１屈曲辺で接続板の一端と連続し、第２屈曲辺および第３屈曲辺で接合板の主板およびリブ板のそれぞれと連続していることを特徴とする。
請求項３に係る発明は、請求項２に記載の二次電池において、結合面側の主板とリブ板との境界は、第４屈曲辺とされ、第２、第３および第４屈曲辺のそれぞれが、接続板から扁平形電極群の厚み方向中心側に所定距離だけ離れ、かつ、接続板の一端から缶体の底面側に所定距離だけ離れた点で交差し、第２、第３および第４屈曲辺によって側面視でＹ字状を呈していることを特徴とする。
請求項４に係る発明は、請求項２または３に記載の二次電池において、第１屈曲辺は、扁平形電極群の捲回軸方向と所定角度をなすように設けられ、正負極集電体のそれぞれに設けられる一対の結合板のそれぞれにおける第１屈曲辺は、一対の結合板のそれぞれにおける第１屈曲辺同士が側面視で交差するように設けられていることを特徴とする。
請求項５に係る発明は、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の二次電池において、正負極集電体における缶体の底面側の端部に、主板とリブ板とを結合する補強板が設けられていることを特徴とする。
請求項６に係る発明は、請求項１ないし５のいずれか１項に記載の二次電池において、正極集電体は、接続板の他端側で正極外部端子と接続され、負極集電体は、接続板の他端側で負極外部端子と接続されていることを特徴とする。

本発明によれば、二次電池に加わる振動や衝撃を起因とした集電体の変形を防止し、耐振性、耐衝撃性に優れた二次電池を提供することができる。

本発明の第１の実施の形態に係る二次電池の外観を示す斜視図。図１の二次電池の構成を示す分解斜視図。図１の二次電池の捲回電極群を示す斜視図。図１の二次電池の正極集電体および負極集電体を示す斜視図。（ａ）は集電体の左側面図、（ｂ）は集電体の正面図、（ｃ）は集電体の右側面図。図５（ｂ）のＣ−Ｃ線切断断面図。（ａ）は図５（ａ）の部分拡大図、（ｂ）は図５（ｂ）の部分拡大図。図２のＡ−Ａ線切断断面図。図２のＢ−Ｂ線切断断面図。捲回電極群の端部において、束状電極接続部を形成する工程を説明する平面模式図。本発明の第２の実施の形態に係る二次電池の正極集電体および負極集電体を示す斜視図。本発明の第２の実施の形態に係る二次電池の集電体と捲回電極群とを示す側面断面図。本発明の第３の実施の形態に係る二次電池の正極集電体を示す斜視図。本発明の第３の実施の形態に係る二次電池の負極集電体を示す斜視図。図１３の正極集電体および図１４の負極集電体の側面図。本発明の変形例に係る二次電池の集電体の左側面を示す部分拡大図と、集電体の正面を示す部分拡大図。本発明の変形例に係る二次電池の集電体の左側面を示す部分拡大図と、集電体の正面を示す部分拡大図。

以下、本発明による二次電池を角形リチウムイオン電池に適用した実施の形態を図面を参照して説明する。
―第１の実施の形態―
図１は、二次電池の外観斜視図である。図２は、二次電池の構成を示す分解斜視図である。なお、図２ではガス排出弁１６および注液部１７の図示は省略している。

［電池容器］
図１に示すように、二次電池は缶体１１と蓋１２とからなる角形で薄形の電池容器を備える。図２に示すように、缶体１１は、捲回電極群４を収容するものであり、一対の幅広面１１ａと一対の幅狭面１１ｂと底面１１ｃとを有し、上面が開口とされた矩形箱状に形成されている。捲回電極群４は、缶体１１に収容される前に、蓋１２に接続された正極集電体１２０および負極集電体１３０に超音波接合等により接合されている。

捲回電極群４は、袋状の絶縁シート１３で覆われた状態で缶体１１に収容されている。これにより、缶体１１の底面および側面と、捲回電極群４とは電気的に絶縁されている。蓋１２は、矩形平板状であって、缶体１１の開口を塞ぐように溶接され、缶体１１を封止している。

［注液部およびガス排出弁］
図１に示すように、蓋１２には、注液部１７が設けられている。注液部１７には、電池容器内に電解液を注入するための注液孔が穿設されている。注液孔は、電解液注入後に注液栓によって封止される。蓋１２には、ガス排出弁１６も設けられている。ガス排出弁１６は、プレス加工によって蓋１２を部分的に薄肉化することで形成されている。ガス排出弁１６は、二次電池が過充電等の異常により発熱してガスが発生し、電池容器内の圧力が上昇して所定圧力に達したときに開裂して、内部からガスを排出することで電池容器内の圧力を低減させる。

［外部端子］
図１および図２に示すように、蓋１２には、正極外部端子１４および負極外部端子１５が設けられている。図２に示すように、正極外部端子１４および負極外部端子１５は、それぞれ缶体１１内に配設される正極集電体１２０および負極集電体１３０にかしめにより接続されている。正極外部端子１４、正極集電体１２０、負極外部端子１５および負極集電体１３０は、それぞれ図示しない絶縁材によって蓋１２と電気的に絶縁されている。

正極外部端子１４および正極集電体１２０は、いずれもアルミニウムにより形成され、負極外部端子１５および負極集電体１３０は、いずれも銅により形成されている。正極集電体１２０および負極集電体１３０は、それぞれ捲回電極群４の正極電極４３および負極電極４６に接合されている。

正極外部端子１４が正極集電体１２０を介して捲回電極群４の正極電極４３に電気的に接続され、負極外部端子１５が負極集電体１３０を介して捲回電極群４の負極電極４６に電気的に接続されているため、正極外部端子１４および負極外部端子１５を介して外部負荷に電力が供給され、あるいは、正極外部端子１４および負極外部端子１５を介して外部発電電力が捲回電極群４に供給されて充電される。

図示しないが、複数の二次電池が並置されて、隣接する二次電池の正極外部端子１４と負極外部端子１５とが金属製の板材からなるバスバーによって電気的に接続されることで、複数の二次電池からなる組電池が形成される。正極外部端子１４および負極外部端子１５において電池容器の外に露出している部分には、それぞれおねじが形成されており、バスバーはナットによって正極外部端子１４および負極外部端子１５に締結される。

［捲回電極群］
図３を参照して、捲回電極群４について説明する。図３は捲回電極群４の斜視図である。図３に示すように、捲回電極群４は、帯状の正極電極４３および負極電極４６をセパレータ４７を介在させて、捲回軸Ｗ周りに扁平形状に捲回することで積層構造とされている。

正極電極４３は、帯状の正極箔４１と、正極箔４１の両面に正極活物質合剤が塗工されて形成される正極活物質合剤層４２とを有する。負極電極４６は、負極箔４４と、負極箔４４の両面に負極活物質合剤が塗工されて形成される負極活物質合剤層４５とを有する。正極箔４１は、厚さ２０μｍ程度のアルミニウム箔であり、負極箔４４は、厚さ１５μｍ程度の銅箔である。セパレータ４７の素材は多孔質のポリエチレン樹脂である。

捲回電極群４の捲回軸Ｗの方向（捲回方向に直交する方向）の両端部は、一方が正極活物質合剤層４２が形成されていない未塗工部（正極箔４１の露出部）が積層された正極電極４３の積層部とされ、他方が負極活物質合剤層４５が形成されていない未塗工部（負極箔４４の露出部）が積層された負極電極４６の積層部とされている。

図８は図２のＡ−Ａ線切断断面図であり、模式的に缶体１１を二点鎖線で図示している。図８では正極側の構成を示しているが、負極側も同様の構成であるため、便宜上、かっこ書きで負極側の構成要素の参照番号も付している。図３に示した捲回電極群４の捲回軸Ｗ方向の両端部において、正極電極４３および負極電極４６の積層部のそれぞれは、予め押し潰され、図８に示すように、捲回電極群４の厚み方向中心側から缶体１１の両幅広面１１ａ側に向かって、すなわち缶体１１の外方に向かって押し広げられることで２つの束状電極接続部４８，４９に分離されている。

捲回電極群４の束状電極接続部４８，４９は、以下のようにして形成される。図１０は、捲回電極群４の端部において、束状電極接続部を形成する工程を説明する平面模式図である。図１０（ａ）は捲回電極群４における正極電極４３の積層部を後述する正極集電体１２０に設けられる一対の接合板１２７の間に挿入した状態を示す模式図であり、図１０（ｂ）は挿入した捲回電極群４の正極電極４３の積層部を２つに分離させるように内側から外側に向けて押し広げた状態を示す模式図である。図１０では正極側の構成を示しているが、負極側の構成も同様であるため、便宜上、かっこ書きで負極側の構成要素の参照番号も付している。

図１０（ａ）に示すように、捲回電極群４と正極集電体１２０を一体化するに先立って、捲回電極群４における正極電極４３の積層部を厚み方向に押し潰して変形させておく。その後、押し潰した正極電極４３の積層部を一対の接合板１２７の間に挿入して、正極電極４３の積層部を一対の接合板１２７を構成する一対の主板１２３の内側に配置させる。

正極集電体１２０の一対の接合板１２７の間に捲回電極群４を挿入した後、図１０（ｂ）に示すように、正極電極４３の積層部における外表面に正極集電体１２０の主板１２３の内面が接するように、正極電極４３をその内側から外側にＶ字状に押し広げる。

Ｖ字状に押し広げることで、積層部は、一対の束状電極接続部４８に分離され、一対の束状電極接続部４８の間には、超音波発振ホーンを挿入させることのできる接合用空間が形成される。一対の束状電極接続部４８は、それぞれ外方に向けて広がるように傾斜しており、外側の面に正極集電体１２０に接合される電極接合面が設けられている。

同様に、図１０（ａ）に示すように、捲回電極群４と負極集電体１３０を一体化するに先立って、捲回電極群４における負極電極４６の積層部を厚み方向に押し潰して変形させておく。その後、押し潰した負極電極４６の積層部を一対の接合板１３７の間に挿入して、負極電極４６の積層部を一対の接合板１３７を構成する一対の主板１３３の内側に配置させる。

負極集電体１３０の一対の接合板１３７の間に捲回電極群４を挿入した後、図１０（ｂ）に示すように、負極電極４６の積層部における外表面に負極集電体１３０の主板１３３の内面が接するように、負極電極４６をその内側から外側にＶ字状に押し広げる。

Ｖ字状に押し広げることで、積層部は、一対の束状電極接続部４９に分離され、一対の束状電極接続部４９の間には、超音波発振ホーンを挿入させることのできる接合用空間が形成される。一対の束状電極接続部４９は、それぞれ外方に向けて広がるように傾斜しており、外側の面に負極集電体１３０に接合される電極接合面が設けられている。

図８に示すように、正極側において、分離した２つの束状電極接続部４８は、缶体１１の両幅広面１１ａ側のそれぞれの面において正極集電体１２０の接合板１２７を構成する主板１２３と超音波接合により接続されている。負極側において、分離した２つの束状電極接続部４９は、缶体１１の両幅広面１１ａ側のそれぞれの面において負極集電体１３０の接合板１３７を構成する主板１３３と超音波接合により接続されている。

［正極集電体および負極集電体］
図２および図４〜図９を参照して正極集電体１２０および負極集電体１３０の構造について説明する。
図２で示すように、捲回電極群４の捲回軸Ｗ（図３参照）の方向をＸ方向とし、Ｘ方向と直交する捲回電極群４の厚み方向をＹ方向とし、Ｘ方向およびＹ方向と直交する捲回電極群４の高さ方向（上下方向）をＺ方向とする。

図４は二次電池の正極集電体１２０および負極集電体１３０を示す斜視図である。図５（ａ）は正極集電体１２０の左側面図、図５（ｂ）は正極集電体１２０の正面図、図５（ｃ）は正極集電体１２０の右側面図である。正極集電体１２０および負極集電体１３０は、材質は異なるが同様の形状とされているため、図５では正極集電体１２０の構成を示しているが、便宜上、かっこ書きで負極集電体１３０の構成要素の参照番号も付している。

図４および図５に示すように、正極集電体１２０は、正極外部端子１４が接続される矩形平板状の取付板１２１と、取付板１２１の長辺側部から下方に屈曲して延在する一対の接続板１２２と、一対の接続板１２２の一端側から所定幅で缶体１１の底面１１ｃ側に向かって延在する絞り加工部１２８とを備えている。同様に、負極集電体１３０は、負極外部端子１５が接続される矩形平板状の取付板１３１と、取付板１３１の長辺側部から下方に屈曲して延在する一対の接続板１３２と、一対の接続板１３２の一端側から所定幅で缶体１１の底面１１ｃ側に向かって延在する絞り加工部１３８とを備えている。

取付板１２１，１３１は、それぞれ蓋１２の内面に絶縁材（不図示）を介して接し、蓋１２の内面に沿うように配設されている。取付板１２１，１３１のそれぞれには正負極外部端子１４，１５のそれぞれを装着するための開口が設けられている。

図６は、図５（ｂ）のＣ−Ｃ線切断断面図であり、模式的に缶体１１を二点鎖線で図示している。図９は図２のＢ−Ｂ線切断断面図であり、模式的に缶体１１と蓋１２を二点鎖線で図示している。図６および図９では正極側の構成を示しているが、負極側も同様の構成であるため、便宜上、かっこ書きで負極側の構成要素の参照番号も付している。

図２、図４〜図６および図９に示すように、正極集電体１２０の一対の接続板１２２は、それぞれ取付板１２１における缶体１１の両幅広面１１ａ側から略直角に曲がって缶体１１の両幅広面１１ａに沿って缶体１１の底面１１ｃに向かって捲回電極群４の折り返し端部を覆うように延在している。
同様に、負極集電体１３０の一対の接続板１３２は、それぞれ取付板１３１における缶体１１の両幅広面１１ａ側から略直角に曲がって缶体１１の両幅広面１１ａに沿って缶体１１の底面１１ｃに向かって捲回電極群４の折り返し端部を覆うように延在している。

図４〜図６および図９に示すように、正極集電体１２０の一対の絞り加工部１２８のそれぞれは、缶体１１の幅広面１１ａ側から捲回電極群４の厚み方向中心に向かって突出するように、プレスによる絞り加工によって形成され、缶体１１の幅広面１１ａ側の面が窪んだ形状とされている。
同様に、負極集電体１３０の一対の絞り加工部１３８のそれぞれは、缶体１１の幅広面１１ａ側から捲回電極群４の厚み方向中心に向かって突出するように、プレスによる絞り加工によって形成され、缶体１１の幅広面１１ａ側の面が窪んだ形状とされている。

正極集電体１２０の一対の絞り加工部１２８のそれぞれは、図４に示すようにｚ方向（捲回電極群４の高さ方向）に延在する主板１２３とリブ板１２４とにより断面Ｌ字形状（図８参照）を呈している接合板１２７と、接続板１２２と主板１２３とリブ板１２４とを結合している結合板１２５と、缶体１１の底面１１ｃ側の端部において主板１２３とリブ板１２４とを結合している補強板１２６とを有している。
同様に、負極集電体１３０の一対の絞り加工部１３８のそれぞれは、図４に示すようにｚ方向（捲回電極群４の高さ方向）に延在する主板１３３とリブ板１３４とにより断面Ｌ字形状（図８参照）を呈している接合板１３７と、接続板１３２と主板１３３とリブ板１３４とを結合している結合板１３５と、缶体１１の底面１１ｃ側の端部において主板１３３とリブ板１３４とを結合してる補強板１３６とを有している。

図８および図９に示すように、正極集電体１２０の接合板１２７を構成する一対の主板１２３のそれぞれは、分離した２つの束状電極接続部４８における缶体１１の両幅広面１１ａ側のそれぞれの電極接合面に接合される集電体接合面を有している。正極集電体１２０の接合板１２７を構成する一対のリブ板１２４のそれぞれは、主板１２３における捲回電極群４の中心側の端部である長辺端部分から缶体１１の両幅広面１１ａに向かって、すなわち缶体１１の外方に向かって屈曲して延在している。このように、主板１２３とリブ板１２４とで断面Ｌ字形状を呈することにより、Ｘ方向とＹ方向に作用する衝撃や振動に対する剛性を高くすることができる。なお、図８においてリブ板１２４は正極電極４３の積層部分と接しているが、接していなくてもよい。
同様に、図８および図９に示すように、負極集電体１３０の接合板１３７を構成する一対の主板１３３のそれぞれは、分離した２つの束状電極接続部４９における缶体１１の両幅広面１１ａ側のそれぞれの電極接合面に接合される集電体接合面を有している。負極集電体１３０の接合板１３７を構成する一対のリブ板１３４のそれぞれは、主板１３３における捲回電極群４の中心側の端部である長辺端部分から缶体１１の両幅広面１１ａに向かって、すなわち缶体１１の外方に向かって屈曲して延在している。このように、主板１３３とリブ板１３４とで断面Ｌ字形状を呈することにより、Ｘ方向とＹ方向に作用する衝撃や振動に対する剛性を高くすることができる。なお、図８においてリブ板１３４は負極電極４６の積層部分と接しているが、接していなくてもよい。

図６および図８に示すように、正極集電体１２０の一対の主板１２３は、Ｘ−Ｙ平面において、缶体１１の幅狭面１１ｂ側から捲回電極群４の中心側に近づくほど主板１２３同士の間隔が狭くなるように傾斜している。正極集電体１２０の一対のリブ板１２４は、Ｘ−Ｙ平面において、缶体１１の幅狭面１１ｂ側から捲回電極群４の中心側に近づくほどリブ板１２４同士の間隔が広くなるように傾斜している。
同様に、図６および図８に示すように、負極集電体１３０の一対の主板１３３は、Ｘ−Ｙ平面において、缶体１１の幅狭面１１ｂ側から捲回電極群４の中心側に近づくほど主板１３３同士の間隔が狭くなるように傾斜している。負極集電体１３０の一対のリブ板１３４は、Ｘ−Ｙ平面において、缶体１１の幅狭面１１ｂ側から捲回電極群４の中心側に近づくほどリブ板１３４同士の間隔が広くなるように傾斜している。

図４、図５および図９に示すように、正極集電体１２０の一対の結合板１２５のそれぞれは、一対の接続板１２２のそれぞれにおける缶体１１の底面１１ｃ側の一端から、捲回電極群４の厚み方向中心に向かうように傾斜しつつ、かつ、缶体１１の底面１１ｃに向かって延在し、一対の接合板１２７のそれぞれにおける蓋１２側の一端と結合されている。これにより、結合板を接続板１２２から直角に曲げた場合に比べて、Ｙ方向とＺ方向に作用する衝撃や振動に対する剛性を高くすることができる。
同様に、図４、図５および図９に示すように、負極集電体１３０の一対の結合板１３５のそれぞれは、一対の接続板１３２のそれぞれにおける缶体１１の底面１１ｃ側の一端から、捲回電極群４の厚み方向中心に向かうように傾斜しつつ、かつ、缶体１１の底面１１ｃに向かって延在し、一対の接合板１３７のそれぞれにおける蓋１２側の一端と結合されている。これにより、結合板を接続板１３２から直角に曲げた場合に比べて、Ｙ方向とＺ方向に作用する衝撃や振動に対する剛性を高くすることができる。

図４、図５および図９に示すように、正極集電体１２０の一対の補強板１２６のそれぞれは、正極集電体１２０の缶体１１の底面１１ｃ側の端部から、捲回電極群４の厚み方向中心に向かうように傾斜しつつ、かつ、蓋１２に向かって延在し、一対の接合板１２７の主板１２３とリブ板１２４のそれぞれにおける缶体１１の底面１１ｃ側の端部と結合されている。
同様に、図４、図５および図９に示すように、負極集電体１３０の一対の補強板１３６のそれぞれは、負極集電体１３０の缶体１１の底面１１ｃ側の端部から、捲回電極群４の厚み方向中心に向かうように傾斜しつつ、かつ、蓋１２に向かって延在し、一対の接合板１３７の主板１３３とリブ板１３４のそれぞれにおける缶体１１の底面１１ｃ側の端部と結合されている。

図７（ａ）は図５（ａ）の部分拡大図、図７（ｂ）は図５（ｂ）の部分拡大図である。正極集電体１２０の結合板１２５は、第１屈曲辺１２９ａ、第２屈曲辺１２９ｂ、第３屈曲辺１２９ｃを有する略三角形状の結合面１２５Ｆを備え、第１屈曲辺１２９ａで接続板１２２の一端と連続し、第２屈曲辺１２９ｂで接合板１２７の主板１２３と連続し、第３屈曲辺１２９ｃで接合板１２７のリブ板１２４と連続している。
同様に、負極集電体１３０の結合板１３５は、第１屈曲辺１３９ａ、第２屈曲辺１３９ｂ、第３屈曲辺１３９ｃを有する略三角形状の結合面１３５Ｆを備え、第１屈曲辺１３９ａで接続板１３２の一端と連続し、第２屈曲辺１３９ｂで接合板１３７の主板１３３と連続し、第３屈曲辺１３９ｃで接合板１３７のリブ板１３４と連続している。

正極集電体１２０の結合面１２５Ｆ側の主板１２３とリブ板１２４との境界は第４屈曲辺１２９ｄとされ、主板１２３とリブ板１２４とは第４屈曲辺１２９ｄで連続している。
同様に、負極集電体１３０の結合面１３５Ｆ側の主板１３３とリブ板１３４との境界は第４屈曲辺１３９ｄとされ、主板１３３とリブ板１３４とは第４屈曲辺１３９ｄで連続している。

正極集電体１２０における第１屈曲辺１２９ａは、Ｘ方向（捲回軸方向）と平行に設けられている。正極集電体１２０における第２屈曲辺１２９ｂ、第３屈曲辺１２９ｃおよび第４屈曲辺１２９ｄのそれぞれは、接続板１２２から捲回電極群４の厚み方向中心側に所定距離Ｌ１だけ離れ、かつ、接続板１２２の一端から缶体１１の底面１１ｃ側に所定距離Ｂ１だけ離れた点ＰＰ１で交差している。これにより、図７（ｂ）に示すように第２屈曲辺１２９ｂ、第３屈曲辺１２９ｃおよび第４屈曲辺１２９ｄによって側面視でＹ字状を呈している。
同様に、負極集電体１３０における第１屈曲辺１３９ａは、Ｘ方向（捲回軸方向）と平行に設けられている。負極集電体１３０における第２屈曲辺１３９ｂ、第３屈曲辺１３９ｃおよび第４屈曲辺１３９ｄのそれぞれは、接続板１３２から捲回電極群４の厚み方向中心側に所定距離Ｌ１だけ離れ、かつ、接続板１３２の一端から缶体１１の底面１１ｃ側に所定距離Ｂ１だけ離れた点ＮＰ１で交差している。これにより、図７（ｂ）に示すように第２屈曲辺１３９ｂ、第３屈曲辺１３９ｃおよび第４屈曲辺１３９ｄによって側面視でＹ字状を呈している。

正極集電体１２０の補強板１２６は、第５屈曲辺１２９ｅおよび第６屈曲辺１２９ｆと、第５屈曲辺１２９ｅと第６屈曲辺１２９ｆとを結ぶ端辺とを有する三角形状の補強面１２６Ｆを備え、第５屈曲辺１２９ｅで接合板１２７の主板１２３と連続し、第６屈曲辺１２９ｆで接合板１２７のリブ板１２４と連続している。
同様に、負極集電体１３０の補強板１３６は、第５屈曲辺１３９ｅおよび第６屈曲辺１３９ｆと、第５屈曲辺１３９ｅと第６屈曲辺１３９ｆとを結ぶ端辺とを有する三角形状の補強面１３６Ｆを備え、第５屈曲辺１３９ｅで接合板１３７の主板１３３と連続し、第６屈曲辺１３９ｆで接合板１３７のリブ板１３４と連続している。

正極集電体１２０における第５屈曲辺１２９ｅ、第６屈曲辺１２９ｆおよび第４屈曲辺１２９ｄのそれぞれは、接続板１２２から捲回電極群４の厚み方向中心側に所定距離Ｌ１だけ離れ、かつ、正極集電体１２０の缶体底面１１ｃ側の端部から蓋１２側に所定距離Ｂ２だけ離れた点ＰＰ２で交差している。これにより、図７（ｂ）に示すように第５屈曲辺１２９ｅ、第６屈曲辺１２９ｆおよび第４屈曲辺１２９ｄによって側面視で逆Ｙ字状を呈している。
同様に、負極集電体１３０における第５屈曲辺１３９ｅ、第６屈曲辺１３９ｆおよび第４屈曲辺１３９ｄのそれぞれは、接続板１３２から捲回電極群４の厚み方向中心側に所定距離Ｌ１だけ離れ、かつ、負極集電体１３０の缶体底面１１ｃ側の端部から蓋１２側に所定距離Ｂ２だけ離れた点ＮＰ２で交差している。これにより、図７（ｂ）に示すように第５屈曲辺１３９ｅ、第６屈曲辺１３９ｆおよび第４屈曲辺１３９ｄによって側面視で逆Ｙ字状を呈している。

上述した本実施の形態によれば、以下のような作用効果を奏することができる。
（１）正極集電体１２０に、束状電極接続部４８に接合される主板１２３と主板１２３から屈曲して延在するリブ板１２４とを有する一対の接合板１２７のそれぞれと、蓋１２の内面に沿う取付板１２１から缶体１１の底面１１ｃに向かって延在する一対の接続板１２２のそれぞれとを結合する一対の結合板１２５を設けた。接合板１２７と接続板１２２とが結合板１２５により立体的に結合されるため、正極集電体１２０は、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向の振動や衝撃に対する剛性が向上し、二次電池に加わる振動や衝撃を起因とした正極集電体１２０の変形を防止できる。

同様に、負極集電体１３０に、束状電極接続部４９に接合される主板１３３と主板１３３から屈曲して延在するリブ板１３４とを有する一対の接合板１３７のそれぞれと、蓋１２の内面に沿う取付板１３１から缶体１１の底面１１ｃに向かって延在する一対の接続板１３２のそれぞれとを結合する一対の結合板１３５を設けた。接合板１３７と接続板１３２とが結合板１３５により立体的に結合されるため、負極集電体１３０は、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向の振動や衝撃に対する剛性が向上し、二次電池に加わる振動や衝撃を起因とした負極集電体１３０の変形を防止できる。

その結果、耐振性、耐衝撃性に優れる二次電池を提供することができる。

（２）結合板１２５と主板１２３とリブ板１２４と補強板１２６とからなる絞り加工部１２８、ならびに、結合板１３５と主板１３３とリブ板１３４と補強板１３６とからなる絞り加工部１３８は、それぞれプレスによる絞り加工により一体的に形成することができるため、正極集電体１２０および負極集電体１３０を低コストで製作することができる。

―第２の実施の形態―
図１１および図１２を参照して第２の実施の形態に係る二次電池を説明する。図中、第１の実施の形態と同一もしくは相当部分には同一符号を付し、説明を省略する。以下、第１の実施の形態との相違点について詳しく説明する。

図１１は本発明の第２の実施の形態に係る二次電池の正極集電体２２０および負極集電体２３０を示す斜視図であり、図１２は本発明の第２の実施の形態に係る二次電池の正極集電体２２０と捲回電極群４とを示す側面断面図であり、図９に相当する。図１２では正極集電体２２０の構成を示しているが、便宜上、かっこ書きで負極集電体２３０の構成要素の参照番号も付している。

図４および図９に示したように、第１の実施の形態では、正負極集電体１２０，１３０における缶体１１の底面１１ｃ側の端部に、主板１２３，１３３のそれぞれとリブ板１２４，１３４のそれぞれとを結合する補強板１２６，１３６が設けられているが、図１１および図１２に示すように、第２の実施の形態では、この補強板１２６，１３６が省略されている。

第２の実施の形態では、補強板１２６，１３６を形成する必要がないため、第１の実施の形態に比べて正負極集電体を低コストで製作することができる。これにより、二次電池のコスト低減を図ることができる。第２の実施の形態は、第１の実施の形態に比べて捲回電極群４の質量が軽く、結合板１２５，１３５のそれぞれにより、主板１２３，１３３、リブ板１２４，１３４および接続板１２２，１３２のそれぞれを結合することで十分な剛性を得られる場合に有用である。

―第３の実施の形態―
図１３〜図１５を参照して第３の実施の形態に係る二次電池を説明する。図１３は本発明の第３の実施の形態に係る二次電池の正極集電体３２０を示す斜視図であり、図１４は負極集電体３３０を示す斜視図である。図１５は図１３の正極集電体３２０および図１４の負極集電体３３０の側面図である。図中、第１および第２の実施の形態と同一もしくは相当部分には同一符号を付し、説明を省略する。以下、第２の実施の形態との相違点について詳しく説明する。

第３の実施の形態では、図１３〜図１５に示すように、第１屈曲辺３２９Ａ，３２９Ｂ，３３９Ａ，３３９Ｂのそれぞれが、捲回電極群４の捲回軸方向であるＸ方向と所定角度θをなすように設けられている。

正極集電体３２０に設けられる一対の結合板１２５のそれぞれにおける一対の第１屈曲辺３２９Ａ，３２９Ｂは、図示手前側の接続板１２２と結合板１２５との境界である第１屈曲辺３２９Ａと、図示奥側の接続板１２２と結合板１２５との境界である第１屈曲辺３２９Ｂとが、図１５に示すように側面視で点Ｑ１において交差するように設けられている。同様に、負極集電体３３０に設けられる一対の結合板１３５のそれぞれにおける一対の第１屈曲辺３３９Ａ，３３９Ｂは、図示手前側の接続板１３２と結合板１３５との境界である第１屈曲辺３３９Ａと図示奥側の接続板１３２と結合板１３５との境界である第１屈曲辺３３９Ｂとが、図１５に示すように側面視で点Ｑ２において交差するように設けられている。

これにより、一対の第１屈曲辺をＸ方向と平行となるように設けた場合（第２の実施の形態）に比べて、Ｙ方向の振動や衝撃に対する剛性を高めることができる。

なお、次のような変形も本発明の範囲内であり、変形例の一つ、もしくは複数を上述の実施形態と組み合わせることも可能である。
［変形例］
（１）上記実施の形態では、結合面１２５Ｆ，１３５Ｆが３つの屈曲辺を有しているものについて説明したが、本発明はこれに限定されない。たとえば、図１６に示すように、４つの屈曲辺が形成されるように絞り加工部４２８，４３８を絞り加工により形成してもよいし、図１７に示すように、湾曲状の屈曲辺が形成されるように絞り加工部５２８，５３８を絞り加工により形成してもよい。図１６および図１７は、それぞれ本発明の変形例に係る二次電池の集電体の左側面を示す部分拡大図と、集電体の正面を示す部分拡大図である。図１６および図１７では正極集電体の構成を示しているが、便宜上、かっこ書きで負極集電体の構成要素の参照番号も付している。

図１６に示す正極集電体４２０の絞り加工部４２８は、断面略Ｕ字状の接合板４２７と、接合板４２７と接続板１２２とを結合する結合板４２５と、接合板４２７の缶体１１の底面１１ｃ側の端部に設けられた補強板４２６とを備えている。接合板４２７は、接続板１２２と平行な底板４２７ａと、底板４２７ａの両長辺側端辺から缶体１１の幅広面１１ａ側に向かって傾斜する主板４２３およびリブ板４２４とによって、捲回電極群４の厚み方向中心側に向かって突出するように窪んだ形状とされている。正極集電体４２０の結合板４２５は、略台形形状の結合面４２５Ｆを有し、主板４２３とリブ板４２４と底板４２７ａと接続板１２２とを一体的に結合している。正極集電体４２０の補強板４２６は、台形形状の補強面４２６Ｆを有し、正極集電体４２０における缶体１１の底面１１ｃ側の端部において、主板４２３とリブ板４２４と底板４２７ａとを結合している。

同様に、図１６に示す負極集電体４３０の絞り加工部４３８は、断面略Ｕ字状の接合板４３７と、接合板４３７と接続板１３２とを結合する結合板４３５と、接合板４３７の缶体１１の底面１１ｃ側の端部に設けられた補強板４３６とを備えている。接合板４３７は、接続板１３２と平行な底板４３７ａと、底板４３７ａの両長辺側端辺から缶体１１の幅広面１１ａ側に向かって傾斜する主板４３３およびリブ板４３４とによって、捲回電極群４の厚み方向中心側に向かって突出するように窪んだ形状とされている。負極集電体４３０の結合板４３５は、略台形形状の結合面４３５Ｆを有し、主板４３３とリブ板４３４と底板４３７ａと接続板１３２とを一体的に結合している。負極集電体４３０の補強板４３６は、台形形状の補強面４３６Ｆを有し、負極集電体４３０における缶体１１の底面１１ｃ側の端部において、主板４３３とリブ板４３４と底板４３７ａとを結合している。

図１７に示す正極集電体５２０の絞り加工部５２８は、断面略Ｃ字状の接合板５２７と、接合板５２７と接続板１２２とを結合する結合板５２５と、接合板５２７の缶体１１の底面１１ｃ側の端部に設けられた補強板５２６とを備えている。正極集電体５２０の接合板５２７は、主板５２３とリブ板５２４との境界は湾曲状であって明確な境界を有していない。正極集電体５２０の結合板５２５は、直線状の第１屈曲辺１２９ａおよび曲線状の屈曲辺５２９ｇを有する結合面５２５Ｆを備えている。正極集電体５２０の補強板５２６は、缶体１１の底面１１ｃ側の端辺および曲線状の屈曲辺５２９ｈを有する補強面５２６Ｆを備えている。
同様に、図１７に示す負極集電体５３０の絞り加工部５３８は、断面略Ｃ字状の接合板５３７と、接合板５３７と接続板１３２とを結合する結合板５３５と、接合板５３７の缶体１１の底面１１ｃ側の端部に設けられた補強板５３６とを備えている。負極集電体５３０の接合板５３７は、主板５３３とリブ板５３４との境界は湾曲状であって明確な境界を有していない。負極集電体５３０の結合板５３５は、直線状の第１屈曲辺１３９ａおよび曲線状の屈曲辺５３９ｇを有する結合面５３５Ｆを備えている。負極集電体５３０の補強板５３６は、缶体１１の底面１１ｃ側の端辺および曲線状の屈曲辺５３９ｈを有する補強面５３６Ｆを備えている。

（２）上記した実施の形態では、電池容器の形状を角形としたが、本発明はこれに限定されない。断面長円形状の扁平形電池容器としてもよく、缶体の開口を蓋によって封止する薄形の種々の電池容器を採用できる。
（３）リチウムイオン二次電池を一例として説明したが、ニッケル水素電池などその他の二次電池にも本発明を適用できる。

（４）正極外部端子、正極集電体および正極箔の材質は、アルミニウムに限定されることなく、アルミニウム合金としてもよい。負極外部端子、負極集電体および負極箔の材質は、銅に限定されることなく、銅合金としてもよい。

本発明は、上記した実施の形態に限定されるものでなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で自由に変更、改良が可能である。

４捲回電極群、１１缶体、１１ａ幅広面、１１ｂ幅狭面、１１ｃ底面、１２蓋、１４正極外部端子、１５負極外部端子、４３正極電極、４６負極電極、４７セパレータ、４８，４９束状電極接続部、１２０正極集電体、１２１取付板、１２２接続板、１２３主板、１２４リブ板、１２５結合板、１２５Ｆ結合面、１２６補強板、１２６Ｆ補強面、１２７接合板、１２８絞り加工部、１２９ａ第１屈曲辺、１２９ｂ第２屈曲辺、１２９ｃ第３屈曲辺、１２９ｄ第４屈曲辺、１２９ｅ第５屈曲辺、１２９ｆ第６屈曲辺、１３０負極集電体、１３１取付板、１３２接続板、１３３主板、１３４リブ板、１３５結合板、１３５Ｆ結合面、１３６補強板、１３６Ｆ補強面、１３７接合板、１３８絞り加工部、１３９ａ第１屈曲辺、１３９ｂ第２屈曲辺、１３９ｃ第３屈曲辺、１３９ｄ第４屈曲辺、１３９ｅ第５屈曲辺、１３９ｆ第６屈曲辺、２２０正極集電体、２３０負極集電体、３２０正極集電体、３２９Ａ第１屈曲辺、３２９Ｂ第１屈曲辺、３３０負極集電体、３３９Ａ第１屈曲辺、３３９Ｂ第１屈曲辺、４２０正極集電体、４２３主板、４２４リブ板、４２５結合板、４２５Ｆ結合面、４２６補強板、４２６Ｆ補強面、４２７接合板、４２７ａ底板、４２８絞り加工部、４３０負極集電体、４３３主板、４３４リブ板、４３５結合板、４３５Ｆ結合面、４３６補強板、４３６Ｆ補強面、４３７接合板、４３７ａ底板、４３８絞り加工部、５２０正極集電体、５２３主板、５２４リブ板、５２５結合板、５２５Ｆ結合面、５２６補強板、５２６Ｆ補強面、５２７接合板、５２８絞り加工部、５２９ｇ屈曲辺、５２９ｈ屈曲辺、５３０負極集電体、５３３主板、５３４リブ板、５３５結合板、５３５Ｆ結合面、５３６補強板、５３６Ｆ補強面、５３７接合板、５３８絞り加工部、５３９ｇ屈曲辺、５３９ｈ屈曲辺

Claims

正極電極および負極電極をセパレータを介在させて捲回した扁平形電極群と、
前記扁平形電極群を収容する缶体と、
前記缶体を封止する蓋と、
前記蓋に設けられた正極外部端子および負極外部端子と、
前記正極電極と前記正極外部端子とを接続する正極集電体と、
前記負極電極と前記負極外部端子とを接続する負極集電体とを備え、
前記扁平形電極群の捲回軸方向両端部において、前記正極電極および前記負極電極の積層部のそれぞれは、前記扁平形電極群の厚み方向中心側から前記缶体の外方に向かって２つの束状電極接続部に分離され、
前記正負極集電体のそれぞれは、
前記分離した２つの束状電極接続部に設けられた電極接合面に接合される集電体接合面を有する主板と、前記主板から前記缶体の外方に向かって屈曲して延在するリブ板とを有する一対の接合板と、
前記蓋の内面に沿う取付板と、
前記取付板の側部から屈曲して前記缶体の底面に向かって延在する一対の接続板と、
前記一対の接続板のそれぞれと、前記一対の接合板のそれぞれとを結合する一対の結合板とを備え、
前記一対の結合板のそれぞれは、前記一対の接続板のそれぞれにおける前記缶体底面側の一端から、前記扁平形電極群の厚み方向中心に向かうように傾斜しつつ、かつ、前記缶体の底面に向かって延在し、前記一対の接合板のそれぞれにおける前記蓋側の一端と結合されていることを特徴とする二次電池。
請求項１に記載の二次電池において、
前記結合板は、３つの屈曲辺を有する結合面を備え、第１屈曲辺で前記接続板の一端と連続し、第２屈曲辺および第３屈曲辺で前記接合板の主板およびリブ板のそれぞれと連続していることを特徴とする二次電池。
請求項２に記載の二次電池において、
前記結合面側の前記主板とリブ板との境界は、第４屈曲辺とされ、
前記第２、第３および第４屈曲辺のそれぞれが、前記接続板から前記扁平形電極群の厚み方向中心側に所定距離だけ離れ、かつ、前記接続板の一端から前記缶体の底面側に所定距離だけ離れた点で交差し、前記第２、第３および第４屈曲辺によって側面視でＹ字状を呈していることを特徴とする二次電池。
請求項２または３に記載の二次電池において、
前記第１屈曲辺は、前記扁平形電極群の捲回軸方向と所定角度をなすように設けられ、
前記正負極集電体のそれぞれに設けられる一対の結合板のそれぞれにおける第１屈曲辺は、前記一対の結合板のそれぞれにおける第１屈曲辺同士が側面視で交差するように設けられていることを特徴とする二次電池。
請求項１ないし４のいずれか１項に記載の二次電池において、
前記正負極集電体における前記缶体の底面側の端部に、前記主板と前記リブ板とを結合する補強板が設けられていることを特徴とする二次電池。
請求項１ないし５のいずれか１項に記載の二次電池において、
前記正極集電体は、接続板の他端側で前記正極外部端子と接続され、
前記負極集電体は、接続板の他端側で前記負極外部端子と接続されていることを特徴とする二次電池。