JP5871871B2 - 角形二次電池 - Google Patents

Description

本発明は、角形二次電池に関する。

近年、ハイブリッド型の電気自動車や純粋な電気自動車等の動力源として大容量（Ｗｈ）の二次電池が開発されており、その中でもエネルギー密度（Ｗｈ／ｋｇ）の高い角形のリチウムイオン二次電池が注目されている。

角形のリチウムイオン二次電池においては、正極箔に正極活物質を塗工した正極電極、負極箔に負極活物質を塗工した負極電極およびそれぞれを絶縁するためのセパレータを重ね合わせて捲回することで扁平形状の捲回電極群が発電要素として形成される。捲回電極群は、電池容器の電池蓋に設けられた正極外部端子および負極外部端子に電気的に接続される。捲回電極群は、電池容器の電池缶に収容され、電池缶の開口部は電池蓋で封止溶接される。角形二次電池は、捲回電極群を収容した電池容器の注液孔から電解液が注液された後、注液栓が挿入されてレーザ溶接により封止溶接されることで形成される。

複数の角形二次電池の正極外部端子と負極外部端子とをバスバーなどの導電部材で電気的に接続することで組電池が形成される。バスバーは、ボルト、ナットにより外部端子にねじ締結されることで、あるいは、外部端子に溶接されることで角形二次電池に接続される。

特許文献１には、ボルト、ナットによりバスバーを外部端子に接続できる二次電池が開示されている。特許文献１に記載の二次電池は、発電要素に接合される集電接続体と、電池蓋上に配置される端子台と集電接続体とを電気的に接続するリベット端子と、リベット端子が挿通されるカシメ孔およびボルトが挿通される貫通孔が形成された端子台とを備えている。特許文献１に記載の二次電池では、端子台とリベット端子とがかしめにより接続固定され、リベット端子と集電接続体とがかしめおよび溶接により接続固定されている。

日本国特開２００４−１４１７３号公報

上記特許文献１に記載の二次電池では、バスバーと発電要素とを電気的に接続する部材が、端子台とリベット端子と集電接続体とにより構成されていた。特許文献１に記載の二次電池では、端子台および集電接続体のそれぞれにリベット端子を接続し、端子台と集電接続体とがリベット端子を介して電気的に接続されているため、製造工程が複雑になっていた。また、特許文献１に記載の二次電池では、端子台と集電接続体との間の導通経路に２カ所の接続部が設けられているため、接触抵抗が大きいという問題もあった。

請求項１に記載の角形二次電池は、電極を有する発電要素と、発電要素を収容する電池缶と、電池缶の開口を封止する電池蓋と、電池蓋に配置される外部端子と、発電要素の電極と外部端子とを接続する集電体とを備え、外部端子は、バスバーが接続されるバスバー接続部と、集電体が接続される集電体接続部とを有し、バスバー接続部と集電体接続部とは電池蓋上で一体に並設され、集電体接続部は、電池蓋の貫通孔に挿通される筒状の挿通部と、挿通部の外周に設けられ、貫通孔と挿通部との間を封止するシール部材を押圧するシール部とを有し、筒状の挿通部の内側には、電池蓋の貫通孔を封止する底部が設けられ、挿通部の先端は、集電体にかしめられ、底部の厚さは、シール部の厚さよりも薄く、シール部におけるシール部材を押圧する面には、円環状の第１突起および第２突起が設けられている。

本発明によれば、バスバーに接続されるバスバー接続部と、集電体に接続される集電体接続部とを一体に設けているため、接触抵抗を低減することができるとともに、角形二次電池の組立工数を節減し、歩留りを向上することができる。

本発明の実施の形態に係る角形二次電池の外観斜視図。 本発明の実施の形態に係る角形二次電池の構成を示す分解斜視図。 捲回電極群を示す斜視図。 蓋組立体を示す分解斜視図。 蓋組立体の構成を示す断面図。 （ａ）は外部端子の外観斜視図、（ｂ）は（ａ）のＤ方向から見た外部端子の平面図、（ｃ）は（ｂ）のＣ−Ｃ線で切断した外部端子の断面図。 外部端子の集電体接続部の先端を集電体にかしめる工程を示す図。 （ａ）は素材の平面図、（ｂ）は素材の側面図、（ｃ）は第１プレス工程後の素材の平面図、（ｄ）は第１プレス工程後の素材の側面断面図。 第１プレス工程を示す図。 第２プレス工程を示す図。 （ａ）および（ｂ）は第２プレス工程を終了した素材の平面図および側面断面図、（ｃ）および（ｄ）は鍛造工程を終了した素材の平面図および側面断面図。 鍛造工程を示す図。 抜き加工工程を示す図。 （ａ）および（ｂ）は抜き加工工程を終了した素材の平面図および側面断面図。

以下、本発明による角形二次電池の実施の形態について、図面を参照して説明する。
図１は角形二次電池１００の外観斜視図であり、図２は角形二次電池１００の構成を示す分解斜視図である。

図１に示すように、角形二次電池１００は、電池缶１０１と電池蓋１０２とからなる電池容器を備えている。電池缶１０１および電池蓋１０２の材質は、アルミニウムまたはアルミニウム合金などである。電池缶１０１は、深絞り加工することによって、一端が開口された扁平な矩形箱状に形成されている。電池缶１０１は、矩形平板状の底板１０１ｃと、底板１０１ｃの一対の長辺部のそれぞれから立ち上がる一対の幅広側板１０１ａと、底板１０１ｃの一対の短辺部のそれぞれから立ち上がる一対の幅狭側板１０１ｂとを有している。

図２に示すように、電池缶１０１には蓋組立体１０７（図４参照）に保持された捲回電極群１７０（図３参照）が収容されている。捲回電極群１７０の正極電極１７４に接合される正極集電体１８０および捲回電極群１７０の負極電極１７５に接合される負極集電体１９０ならびに捲回電極群１７０は、絶縁ケース１０８に覆われた状態で電池缶１０１に収容されている。絶縁ケース１０８の材質は、ポリプロピレン等の絶縁性を有する樹脂であり、電池缶１０１と、捲回電極群１７０とは電気的に絶縁されている。

図１および図２に示すように、電池蓋１０２は、矩形平板状であって、電池缶１０１の開口を塞ぐようにレーザ溶接されている。つまり、電池蓋１０２は、電池缶１０１の開口を封止している。図１に示すように、電池蓋１０２には、捲回電極群１７０の正極電極１７４および負極電極１７５（図３参照）と電気的に接続された正極外部端子１０４および負極外部端子１０５が配置されている。

正極外部端子１０４は正極集電体１８０を介して捲回電極群１７０の正極電極１７４に電気的に接続され、負極外部端子１０５は負極集電体１９０を介して捲回電極群１７０の負極電極１７５に電気的に接続されている。このため、正極外部端子１０４および負極外部端子１０５を介して外部機器に電力が供給され、あるいは、正極外部端子１０４および負極外部端子１０５を介して外部発電電力が捲回電極群１７０に供給されて充電される。

図２に示すように、電池蓋１０２には、電池容器内に電解液を注入するための注液孔１０６ａが穿設されている。注液孔１０６ａは、電解液注入後に注液栓１０６ｂによって封止される。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。

電池蓋１０２には、ガス排出弁１０３が設けられている。ガス排出弁１０３は、プレス加工によって電池蓋１０２を部分的に薄肉化することで形成されている。なお、薄膜部材を電池蓋１０２の開口にレーザ溶接等により取り付けて、薄肉部分をガス排出弁としてもよい。ガス排出弁１０３は、角形二次電池１００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。

図３を参照して、捲回電極群１７０について説明する。図３は捲回電極群１７０を示す斜視図であり、捲回電極群１７０の巻き終り側を展開した状態を示している。発電要素である捲回電極群１７０は、長尺状の正極電極１７４および負極電極１７５をセパレータ１７３ａ，１７３ｂを介在させて捲回中心軸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１７４は、正極箔１７１の両面に正極活物質合剤の層１７６が形成されてなる。正極活物質合剤は、正極活物質に結着材（バインダ）が配合されたものである。負極電極１７５は、負極箔１７２の両面に負極活物質合剤の層１７７が形成されてなる。負極活物質合剤は、負極活物質に結着材（バインダ）が配合されたものである。

正極箔１７１は、厚さ２０〜３０μｍ程度のアルミニウム箔であり、負極箔１７２は、厚さ１５〜２０μｍ程度の銅箔である。セパレータ１７３ａ，１７３ｂの素材はリチウムイオンが通過可能な微多孔質のポリエチレン樹脂である。正極活物質はマンガン酸リチウム等のリチウム含有遷移金属複酸化物であり、負極活物質はリチウムイオンを可逆に吸蔵、放出可能な黒鉛等の炭素材である。

捲回電極群１７０の幅方向、すなわち捲回方向に直交する捲回中心軸Ｗの方向の両端部は、一方が正極電極１７４の積層部とされ、他方が負極電極１７５の積層部とされている。一端に設けられる正極電極１７４の積層部は、正極活物質合剤層１７６が形成されていない正極未塗工部、すなわち正極箔１７１の露出部が積層されたものである。他端に設けられる負極電極１７５の積層部は、負極活物質合剤層１７７が形成されていない負極未塗工部、すなわち負極箔１７２の露出部が積層されたものである。正極未塗工部の積層部および負極未塗工部の積層部は、それぞれ予め押し潰され、それぞれ後述の蓋組立体１０７（図４参照）の正極集電体１８０および負極集電体１９０に超音波接合により接続され、電極群組立体１０９（図２参照）が形成される。

図４〜図６を参照して蓋組立体１０７の構成を詳しく説明する。図４は蓋組立体１０７を示す分解斜視図であり、図５は蓋組立体１０７の構成を示す断面図である。図５（ａ）は、図４のＢ−Ｂ線切断面図である。図５（ｂ）は、蓋組立体１０７の構成部材を組み立てた状態を示す断面図であり、正極挿通部１４１ｂおよび負極挿通部１５１ｂの先端がかしめられる前の状態を示している。図５（ｃ）は、図１のＡ−Ａ線切断断面図であり、正極挿通部１４１ｂおよび負極挿通部１５１ｂの先端がかしめられた後の状態を示している。図５では負極側の構成を示しているが、正極側も同様の形状、構成であるため、便宜上、かっこ書きで正極側の構成要素の参照番号を付している。

図４および図５（ａ）に示すように、蓋組立体１０７は、電池蓋１０２と、電池蓋１０２の一端に設けられた正極外部端子１０４と、電池蓋１０２の他端に設けられた負極外部端子１０５と、一対の外部絶縁体１６０と、一対の内部絶縁体１６５と、一対のガスケット１６９と、正極集電体１８０および負極集電体１９０とを含んで構成されている。

正極外部端子１０４および正極集電体１８０の材質はアルミニウムである。正極外部端子１０４は、後述するように正極挿通部１４１ｂの先端が正極集電体１８０の座面部１８１にかしめられることで正極集電体１８０に電気的に接続される（図７参照）。負極外部端子１０５および負極集電体１９０の材質は銅合金である。負極外部端子１０５は、後述するように負極挿通部１５１ｂが負極集電体１９０の座面部１９１にかしめられることで負極集電体１９０に電気的に接続される（図７参照）。

正極外部端子１０４、負極外部端子１０５、正極集電体１８０および負極集電体１９０は、外部絶縁体１６０、内部絶縁体１６５およびガスケット１６９を介して電池蓋１０２に取り付けられている。外部絶縁体１６０および内部絶縁体１６５の材質は、ポリプロピレン（ＰＰ）等の絶縁性を有する樹脂である。ガスケット１６９の材質は、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）等の絶縁性を有する樹脂である。

角形二次電池１００は、図示しない他の角形二次電池とバスバーによって接続されて、組電池を構成する。本実施の形態では、図５（ｃ）において二点鎖線で示すバスバー１２３が、ボルト１３１、ナット１３２により角形二次電池１００の外部端子１０４，１０５に接続される。角形二次電池１００は、バスバー１２３をねじ締結するための一対のボルト１３１を備えている。図５（ａ）に示すように、ボルト１３１は、矩形平板状の頭部１３１ｂと、頭部１３１ｂから突設される軸部１３１ａとを有している。軸部１３１ａにはおねじが形成されている。ボルト１３１の材質は、ステンレス鋼やクロムモリブデン鋼等の合金鋼である。

図６は、外部端子の部品図であって、図６（ａ）は外部端子の外観斜視図、図６（ｂ）は図６（ａ）のＤ方向から見た外部端子の平面図、図６（ｃ）は図６（ｂ）のＣ−Ｃ線で切断した外部端子の断面図である。

図４、図５（ａ）および図６に示すように、正極外部端子１０４は、バスバー１２３が電気的に接続されるバスバー接続部１４２と、正極集電体１８０が電気的に接続される集電体接続部１４１とを有している。バスバー接続部１４２と集電体接続部１４１とは電池蓋１０２上で一体に並設されている。

同様に、負極外部端子１０５は、バスバー１２３が電気的に接続されるバスバー接続部１５２と、負極集電体１９０が電気的に接続される集電体接続部１５１とを有している。バスバー接続部１５２と集電体接続部１５１とは電池蓋１０２上で一体に並設されている。

正極外部端子１０４および負極外部端子１０５は、それぞれ板状部材からプレス加工や鍛造により成形される。正極外部端子１０４および負極外部端子１０５のそれぞれの製造方法の詳細については後述する。

正極外部端子１０４のバスバー接続部１４２は、矩形平板状とされ、ボルト１３１の軸部１３１ａが挿通される貫通孔１４２ａが設けられており、電池容器の外部側に配置されている。バスバー接続部１４２は、バスバー１２３が当接される平坦な当接面を有しており、バスバー１２３がボルト１３１、ナット１３２により、ねじ締結されることで、バスバー１２３が当接面に当接した状態で固定される（図５（ｃ）参照）。

同様に、負極外部端子１０５のバスバー接続部１５２は、矩形平板状とされ、ボルト１３１の軸部１３１ａが挿通される貫通孔１５２ａが設けられており、電池容器の外部側に配置されている。バスバー接続部１５２は、バスバー１２３が当接される平坦な当接面を有しており、バスバー１２３がボルト１３１、ナット１３２により、ねじ締結されることで、バスバー１２３が当接面に当接した状態で固定される（図５（ｃ）参照）。

図５（ａ）および図６に示すように、正極外部端子１０４の集電体接続部１４１は、バスバー接続部１４２から電池蓋１０２に沿って延在するベース部１４１ａと、ベース部１４１ａから電池容器の内側に向かって突設された正極挿通部１４１ｂと、正極挿通部１４１ｂの外周に設けられたシール部１４１ｃとを有している。バスバー接続部１４２と、ベース部１４１ａとの間にはくびれ部が設けられており、バスバー接続部１４２と集電体接続部１４１とはくびれ部を介して接続されている。

同様に、負極外部端子１０５の集電体接続部１５１は、バスバー接続部１５２から電池蓋１０２に沿って延在するベース部１５１ａと、ベース部１５１ａから電池容器の内側に向かって突設された負極挿通部１５１ｂと、負極挿通部１５１ｂの外周に設けられたシール部１５１ｃとを有している。バスバー接続部１５２と、ベース部１５１ａとの間にはくびれ部が設けられており、バスバー接続部１５２と集電体接続部１５１とはくびれ部を介して接続されている。

正極挿通部１４１ｂは、ベース部１４１ａから電池容器の内側に向かって突出し、電池蓋１０２の貫通孔１０２ｈを貫通するように設けられている。正極挿通部１４１ｂは、ベース部１４１ａから電池容器の内側に向かって突設された基端側挿通部１４１ｂ１と、基端側挿通部１４１ｂ１から電池容器の内側に向かって突設された先端側挿通部１４１ｂ２とを有している。先端側挿通部１４１ｂ２の外径は、基端側挿通部１４１ｂ１の外径よりも小さく形成されている。先端側挿通部１４１ｂ２は、後述するように正極集電体１８０の座面部１８１にかしめられる部分である（図７参照）。

同様に、負極挿通部１５１ｂは、ベース部１５１ａから電池容器の内側に向かって突出し、電池蓋１０２の貫通孔１０２ｈを貫通するように設けられている。負極挿通部１５１ｂは、ベース部１５１ａから電池容器の内側に向かって突設された基端側挿通部１５１ｂ１と、基端側挿通部１５１ｂ１から電池容器の内側に向かって突設された先端側挿通部１５１ｂ２とを有している。先端側挿通部１５１ｂ２の外径は、基端側挿通部１５１ｂ１の外径よりも小さく形成されている。先端側挿通部１５１ｂ２は、後述するように負極集電体１９０の座面部１９１にかしめられる部分である（図７参照）。

図５（ａ）に示すように、正極挿通部１４１ｂは円筒状に形成され、正極挿通部１４１ｂの内側における基端側挿通部１４１ｂ１と先端側挿通部１４１ｂ２との間には底部１４１ｄが設けられている。このため、電池蓋１０２の貫通孔１０２ｈが底部１４１ｄによって封止されている。換言すれば、図５（ｂ）に示すように、正極挿通部１４１ｂの外側には、電池容器の内側に向かって窪むように形成された円形状の凹部１４１ｇが設けられ、正極挿通部１４１ｂの内側には、電池容器の外側に向かって窪むように形成された円形状の凹部１４１ｈが設けられている。円形状の凹部１４１ｇ，１４１ｈのそれぞれの底部１４１ｄは共通とされ、外側の凹部１４１ｇおよび内側の凹部１４１ｈのそれぞれの中心軸は一致している。

同様に、図５（ａ）に示すように、負極挿通部１５１ｂは円筒状に形成され、負極挿通部１５１ｂの内側における基端側挿通部１５１ｂ１と先端側挿通部１５１ｂ２との間には底部１５１ｄが設けられている。このため、電池蓋１０２の貫通孔１０２ｈが底部１５１ｄによって封止されている。換言すれば、図５（ｂ）に示すように、負極挿通部１５１ｂの外側には、電池容器の内側に向かって窪むように形成された円形状の凹部１５１ｇが設けられ、負極挿通部１５１ｂの内側には、電池容器の外側に向かって窪むように形成された円形状の凹部１５１ｈが設けられている。円形状の凹部１５１ｇ，１５１ｈのそれぞれの底部１５１ｄは共通とされ、外側の凹部１５１ｇおよび内側の凹部１５１ｈのそれぞれの中心軸は一致している。

図５（ａ）および図６に示すように、正極外部端子１０４のシール部１４１ｃは、基端側挿通部１４１ｂ１の外周において、ベース部１４１ａから電池容器の内側に向かって突出している。シール部１４１ｃの円環状端面は、後述するガスケット１６９の鍔部１６９ｂを押圧する面であり、この円環状端面には、円環状の第１突起１４１ｃ１および第２突起１４１ｃ２が設けられている。

同様に、負極外部端子１０５のシール部１５１ｃは、基端側挿通部１５１ｂ１の外周において、ベース部１５１ａから電池容器の内側に向かって突出している。シール部１５１ｃの円環状端面は、後述するガスケット１６９の鍔部１６９ｂを押圧する面であり、この円環状端面には、円環状の第１突起１５１ｃ１および第２突起１５１ｃ２が設けられている。

図４および図５（ａ）に示すように、電池蓋１０２には、電池容器の内側に向かって窪むように形成された一対の嵌合凹部１０２ａと、正極挿通部１４１ｂの基端側挿通部１４１ｂ１および負極挿通部１５１ｂの基端側挿通部１５１ｂ１が挿通される一対の貫通孔１０２ｈが設けられている。嵌合凹部１０２ａは、ボルト１３１の頭部１３１ｂが外部絶縁体１６０を介して嵌合される部分であって、ボルト１３１の頭部１３１ｂの形状に対応して、平面視矩形状に形成されている。

図４および図５を参照して、外部絶縁体１６０について説明する。正極側の外部絶縁体１６０と負極側の外部絶縁体１６０とは同様の形状であるため、負極側の外部絶縁体１６０について代表して説明する。外部絶縁体１６０は、端子絶縁部１６０ａと、覆い壁１６０ｂと、ボルト絶縁部１６０ｃと、ガスケット１６９が挿着される貫通孔１６０ｈとを有している。

端子絶縁部１６０ａは、負極外部端子１０５のバスバー接続部１５２と電池蓋１０２との間に介在して負極外部端子１０５と電池蓋１０２とを絶縁している。覆い壁１６０ｂは、外部絶縁体１６０の外縁を構成し、負極外部端子１０５のうち電池容器の外部に露出するバスバー接続部１５２とベース部１５１ａの側面を覆っている。

ボルト絶縁部１６０ｃは、端子絶縁部１６０ａから電池蓋１０２に向かって窪んだ凹面１６０ｆと、凹面１６０ｆに対応して端子絶縁部１６０ａから電池蓋１０２側に突出した凸面１６０ｇとを有している。凹面１６０ｆは、ボルト１３１の頭部１３１ｂの外形形状に対応して形成され、凸面１６０ｇは電池蓋１０２の嵌合凹部１０２ａに対応して形成されている。

電池蓋１０２の嵌合凹部１０２ａには、ボルト絶縁部１６０ｃを介してボルト１３１の頭部１３１ｂが嵌合される。つまり、ボルト絶縁部１６０ｃは、電池蓋１０２の嵌合凹部１０２ａとボルト１３１の頭部１３１ｂとの間に介在してボルト１３１と電池蓋１０２とを絶縁している。なお、正極側についても同様に、絶縁性を有する外部絶縁体１６０が電池蓋１０２と正極外部端子１０４との間に配置され、正極外部端子１０４と電池蓋１０２との絶縁性が確保されている。

図５を参照して、ガスケット１６９について説明する。正極側のガスケット１６９と負極側のガスケット１６９とは同様の形状であるため、負極側のガスケット１６９について代表して説明する。ガスケット１６９は、円筒状の筒部１６９ａと、筒部１６９ａの一端に設けられた鍔部１６９ｂとを備えている。ガスケット１６９は、負極挿通部１５１ｂの基端側挿通部１５１ｂ１に装着される。

ガスケット１６９の筒部１６９ａは、電池蓋１０２の貫通孔１０２ｈと、負極挿通部１５１ｂの基端側挿通部１５１ｂ１との間に介在するように配置されている。ガスケット１６９の鍔部１６９ｂは、シール部１５１ｃに押圧され、所定量圧縮された状態で電池蓋１０２の外表面とシール部１５１ｃの円環状端面との間に介在するように配置されている。これにより、負極外部端子１０５の基端側挿通部１５１ｂ１と電池蓋１０２の貫通孔１０２ｈとの間が封止されている。ガスケット１６９は上記したように絶縁性を有しているため、負極外部端子１０５と電池蓋１０２とは電気的に絶縁されている。なお、正極側についても同様に、絶縁性を有するガスケット１６９が配置されることで、正極外部端子１０４の基端側挿通部１４１ｂ１と電池蓋１０２の貫通孔１０２ｈとの間が封止されている。

図６（ａ）に示す円環状の第１突起１４１ｃ１，１５１ｃ１および第２突起１４１ｃ２，１５１ｃ２により、ガスケット１６９の鍔部１６９ｂの全周に亘って、鍔部１６９ｂを圧縮しているため、圧縮量に偏りがあっても、ガスケット１６９の鍔部１６９ｂと第１突起１４１ｃ１，１５１ｃ１および第２突起１４１ｃ２，１５１ｃ２との接触を全周に亘って維持して、電池容器の気密性の安定度を確保できる。

図４を参照して、正極外部端子１０４と捲回電極群１７０の正極電極１７４とを電気的に接続する正極集電体１８０、ならびに、負極外部端子１０５と捲回電極群１７０の負極電極１７５とを電気的に接続する負極集電体１９０について説明する。

図４に示すように、正極集電体１８０は、電池蓋１０２の内面に沿う座面部１８１と、座面部１８１の側部から略直角に曲がって、電池缶１０１の幅広側板１０１ａに沿いながら電池缶１０１の底板１０１ｃに向かって延在する一対の平面板１８２と、一対の平面板１８２のそれぞれの下端に設けた傾斜部１８５により接続される接合平面部１８３とを備えている。座面部１８１には、正極挿通部１４１ｂの先端側挿通部１４１ｂ２が挿通される貫通孔が設けられている。

同様に、負極集電体１９０は、電池蓋１０２の内面に沿う座面部１９１と、座面部１９１の側部から略直角に曲がって、電池缶１０１の幅広側板１０１ａに沿いながら電池缶１０１の底板１０１ｃに向かって延在する一対の平面板１９２と、一対の平面板１９２のそれぞれの下端に設けた傾斜部１９５により接続される接合平面部１９３とを備えている。座面部１９１には、負極挿通部１５１ｂの先端側挿通部１５１ｂ２が挿通される貫通孔が設けられている。

正極集電体１８０の座面部１８１と電池蓋１０２との間、ならびに、負極集電体１９０の座面部１９１と電池蓋１０２との間のそれぞれには、矩形平板状の内部絶縁体１６５が配置されている。このため、正極集電体１８０と電池蓋１０２、ならびに、負極集電体１９０と電池蓋１０２とがそれぞれ内部絶縁体１６５によって絶縁されている。正極側の内部絶縁体１６５と負極側の内部絶縁体１６５とは同様の形状であり、正極側の内部絶縁体１６５には正極挿通部１４１ｂの基端側挿通部１４１ｂ１が貫通する貫通孔が設けられ、負極側の内部絶縁体１６５には負極挿通部１５１ｂの基端側挿通部１５１ｂ１が貫通する貫通孔が設けられている。

図５（ｂ）に示すように、正極挿通部１４１ｂは、基端側挿通部１４１ｂ１にガスケット１６９が装着された状態で、電池蓋１０２の貫通孔１０２ｈおよび内部絶縁体１６５の貫通孔に挿通される。正極挿通部１４１ｂの先端側挿通部１４１ｂ２は、正極集電体１８０の座面部１８１に形成された貫通孔に挿通されている。図示するように、基端側挿通部１４１ｂ１と先端側挿通部１４１ｂ２との間に形成される段差部１４１ｆは、座面部１８１に当接される。シール部１４１ｃと電池蓋１０２の外表面とでガスケット１６９の鍔部１６９ｂが挟まれた状態で、先端側挿通部１４１ｂ２の先端が座面部１８１にかしめられると、図５（ｃ）に示すように、正極カシメ部１４１ｅが形成される。

その結果、座面部１８１は正極カシメ部１４１ｅと基端側挿通部１４１ｂ１とによって挟持され、正極集電体１８０と正極外部端子１０４とが電気的に接続される。なお、正極カシメ部１４１ｅと正極集電体１８０の座面部１８１とは、かしめ固定された後、レーザによりスポット溶接してもよい。

同様に、図５（ｂ）に示すように、負極挿通部１５１ｂは、基端側挿通部１５１ｂ１にガスケット１６９が装着された状態で、電池蓋１０２の貫通孔１０２ｈおよび内部絶縁体１６５の貫通孔に挿通される。負極挿通部１５１ｂの先端側挿通部１５１ｂ２は、負極集電体１９０の座面部１９１に形成された貫通孔に挿通されている。図示するように、基端側挿通部１５１ｂ１と先端側挿通部１５１ｂ２との間に形成される段差部１５１ｆは、座面部１９１に当接される。シール部１５１ｃと電池蓋１０２の外表面とでガスケット１６９の鍔部１６９ｂが挟まれた状態で、先端側挿通部１５１ｂ２の先端が座面部１９１にかしめられると、図５（ｃ）に示すように、負極カシメ部１５１ｅが形成される。

その結果、座面部１９１は負極カシメ部１５１ｅと基端側挿通部１５１ｂ１とによって挟持され、負極集電体１９０と負極外部端子１０５とが電気的に接続される。なお、負極カシメ部１５１ｅと負極集電体１９０の座面部１９１とは、かしめ固定された後、レーザによりスポット溶接してもよい。

図７を参照してかしめ工程について説明する。正極集電体１８０の座面部１８１に対する正極挿通部１４１ｂのかしめ工程と、負極集電体１９０の座面部１９１に対する負極挿通部１５１ｂのかしめ工程とは同様の工程であるため、代表して負極側のかしめ工程について説明する。なお、説明の便宜上、図示するように上下方向を規定する。

図７（ａ）に示すように、蓋組立体１０７の上方に、カシメ機の上型２０を配置し、蓋組立体１０７の下方にカシメ機の下型２２を配置する。カシメ機の上型２０は、集電体接続部１５１のベース部１５１ａに当接する当接面と、当接面から下方に突設された円柱状の凸部２１とを備えている。カシメ機の下型２２は、上端面が平面視円形状の平面とされた円錐台形状とされている。

ベース部１５１ａの外側表面に、上型２０の当接面を当接させる。ここで、カシメ機の上型２０の凸部２１を外側凹部１５１ｇに嵌合させることで、カシメ機に対する負極外部端子１０５の位置決めを容易かつ精度よく行うことができる。

上型２１をベース部１５１ａに当接させた状態で、下型２２を負極挿通部１５１ｂの内側凹部１５１ｈに圧入する。これにより、円筒状の先端側挿通部１５１ｂ２の先端が外側に押し広げられる。先端側挿通部１５１ｂ２の先端が拡径されることで、負極集電体１９０、負極外部端子１０５、ガスケット１６９、外部絶縁体１６０および内部絶縁体１６５が電池蓋１０２に対して仮止めされる。

円錐台形状の下型２２の種類を、順次に先端角度の大きいものに交換して負極挿通部１５１ｂの内側凹部１５１ｈに圧入し、徐々に負極挿通部１５１ｂの先端を外側に押し広げ、拡径する。なお、各工程において、上型２０の凸部２１が外側凹部１５１ｇに嵌合されているため、円錐台形状の下型２２を精度よく負極挿通部１５１ｂの内側凹部１５１ｈに圧入することができる。

図７（ｂ）に示すように、電池蓋１０２と平行な平面視円形状の平面部２３ａと、平面部２３ａから電池蓋１０２に向かって傾斜する平面視円環状の傾斜部２３ｂとを有する下型２３を準備する。下型２３を負極挿通部１５１ｂの先端に押し付けることで、平面視円環状の負極カシメ部１５１ｅが形成される。これによって、負極集電体１９０、負極外部端子１０５、ガスケット１６９、外部絶縁体１６０および内部絶縁体１６５が電池蓋１０２に対して締め付け固定され、一体化される。なお、正極挿通部１４１ｂも同様に正極集電体１８０の座面部１８１にかしめられることで、正極集電体１８０、正極外部端子１０４、ガスケット１６９、外部絶縁体１６０および内部絶縁体１６５が電池蓋１０２に対して締め付け固定され、一体化される。

正極外部端子１０４が電池蓋１０２に組み付けられると、バスバー接続部１４２と電池蓋１０２の嵌合凹部１０２ａとにより直方体形状の正極側空間が画成される。図５（ｃ）に示すように、正極側空間は、電池蓋１０２とバスバー接続部１４２との間でボルト１３１の頭部１３１ｂを収容する空間として形成される。

正極側空間は、バスバー１２３をボルト１３１、ナット１３２によりバスバー接続部１４２にねじ締結するために利用される空間である。正極側空間を構成する電池蓋１０２の嵌合凹部１０２ａの側面は、ナット１３２をボルト１３１の軸部１３１ａに締め付ける際、外部絶縁体１６０を介してボルト１３１の頭部１３１ｂの側面と係合して、ボルト１３１の回転を規制する。正極側空間を構成するバスバー接続部１４２の電池蓋１０２側の面は、ボルト１３１の頭部１３１ｂと係合して、ボルト１３１が抜けることを防止している。このように、正極側空間にボルト１３１の頭部１３１ｂを収容することにより、ボルト１３１、ナット１３２により、容易にバスバー１２３を正極外部端子１０４に接続することができる。

同様に、負極外部端子１０５が電池蓋１０２に組み付けられると、バスバー接続部１５２と電池蓋１０２の嵌合凹部１０２ａとにより直方体形状の負極側空間が画成される。図５（ｃ）に示すように、負極側空間は、電池蓋１０２とバスバー接続部１５２との間でボルト１３１の頭部１３１ｂを収容する空間として形成される。

負極側空間は、バスバー１２３をボルト１３１、ナット１３２によりバスバー接続部１５２にねじ締結するために利用される空間である。負極側空間を構成する電池蓋１０２の嵌合凹部１０２ａの側面は、ナット１３２をボルト１３１の軸部１３１ａに締め付ける際、外部絶縁体１６０を介してボルト１３１の頭部１３１ｂの側面と係合して、ボルト１３１の回転を規制する。負極側空間を構成するバスバー接続部１５２の電池蓋１０２側の面は、ボルト１３１の頭部１３１ｂと係合して、ボルト１３１が抜けることを防止している。このように、負極側空間にボルト１３１の頭部１３１ｂを収容することにより、ボルト１３１、ナット１３２により、容易にバスバー１２３を負極外部端子１０５に接続することができる。

図８〜図１４を参照して、外部端子の製造工程について説明する。正極外部端子１０４と負極外部端子１０５とは材質が異なっているが、製造工程は同様の工程であるため、代表して負極側の製造工程について説明する。なお、説明の便宜上、図９、図１０、図１２、図１３に示すように上下方向を規定する。
−第１プレス工程−
図８（ａ）および図８（ｂ）に示す矩形平板状の素材１１ａを準備する。
図９（ａ）に示すように、第１下型４１に素材１１ａを載置し、素材１１ａの上方に第１上型３１を配置する。第１下型４１には、第１上型３１に突設された円形状の凸部３１ａよりも径大の円形状の凹部４１ａが凹設されている。

図９（ｂ）に示すように、第１上型３１を押し下げ、素材１１ａを加圧することで、図８（ｃ）および図８（ｄ）に示すように、第１プレス工程を終了した素材１１ｂの上面には凹部１１ｂ１が形成され、下面には凸部１１ｂ２が形成される。

−第２プレス工程−
図１０（ａ）に示すように、第１プレス工程を終了した素材１１ｂを第２下型４２に載置し、素材１１ｂの上方に第２上型３２を配置する。第２上型３２には、素材１１ｂの凹部１１ｂ１に嵌入可能な凸部３２ａが形成され、第２下型４２には、素材１１ｂの凸部１１ｂ２が嵌入可能な開口４２ｂが形成されている。

素材１１ｂは、凸部１１ｂ２が開口４２ｂに嵌め込まれた状態で、第２下型４２に載置される。第２下型４２の開口４２ｂの上縁部近傍には、上記したシール部１５１ｃの形状に対応した窪み部４２ａが設けられている。窪み部４２ａの底面には、上記した第１突起１５１ｃ１および第２突起１５１ｃ２のそれぞれの形状に対応した円環状の溝４２ａ１，４２ａ２が平面視で二重円を呈するように設けられている。

図１０（ｂ）に示すように、第２上型３２を押し下げ、素材１１ｂを加圧することで、図１１（ａ）および図１１（ｂ）に示すように、第２プレス工程を終了した素材１１ｃには、凸部１１ｂ２の外周にシール部１５１ｃが形成される。シール部１５１ｃの第１突起１５１ｃ１および第２突起１５１ｃ２の厚さ、すなわち上下方向の寸法は、プレス工程前の素材１１ａの厚さｔ０と同一である。第１突起１５１ｃ１と第２突起１５１ｃ２との間の環状平面部や、凸部１１ｂ２の外周面と第２突起１５１ｃ２との間の環状平面部の厚さは、プレス工程前の素材１１ａの厚さｔ０からわずかに薄くなるように上下方向に圧縮されている。

凸部１１ｂ２およびシール部１５１ｃを除く部分は、全体に押し広げられるようにして上下方向に圧縮され、この部分の厚さは、プレス工程前の素材１１ａの厚さｔ０に比べて薄い厚さｔ１となる（ｔ１＜ｔ０）。

−鍛造工程−
図１２（ａ）に示すように、第２プレス工程を終了した素材１１ｃを第３下型４３に載置し、素材１１ｃの上面に第３上型３３を当接させ、素材１１ｃの上方に第４上型３４を配置する。第４上型３４には円柱形状の押圧部３４ａが設けられ、第３上型３３には第４上型３４の押圧部３４ａが挿通される開口３３ａが設けられている。素材１１ｃは、第３上型３３と第３下型４３とで挟み込まれている。第３下型４３には、上記した円筒状の先端側挿通部１５１ｂ２の形状に対応した平面視円環状の溝４３ａが設けられている。

図１２（ｂ）に示すように、第４上型３４を押し下げ、押圧部３４ａで素材１１ｃの凹部１１ｂ１を加圧する工程で、素材１１ｃを変形させる。これにより、図１１（ｃ）および図１１（ｄ）に示すように、鍛造工程を終了した素材１１ｄには、先端側挿通部１５１ｂ２が形成されるとともに、内側凹部１５１ｈと外側凹部１５１ｇとが形成される。

図１２に示すように、素材１１ｃの凹部１１ｂ１は、押圧部３４ａにより押圧されて圧縮される。また、先端側挿通部１５１ｂ２は、主に凹部１１ｂ１の底部の材料が溝４３ａに押し出されることにより形成される。このため、図１１（ｄ）に示すように、鍛造工程を終了した素材１１ｄの底部１５１ｄの厚さｔ２や先端側挿通部１５１ｂ２の厚さｔ３は、先端側挿通部１５１ｂ２、基端側挿通部１５１ｂ１およびシール部１５１ｃを除く部分の厚さｔ１よりも薄く形成される（ｔ２＜ｔ１，ｔ３＜ｔ１）。

−抜き加工工程−
図１３（ａ）に示すように、鍛造工程を終了した素材１１ｄを第４下型４４に載置し、素材１１ｄの上方に第５上型３５を配置する。第５上型３５には、上記したボルト１３１が挿通される貫通孔１５２ａの形状に対応した円柱状の穴抜きパンチ部３５ａと、負極外部端子１０５の外形の形状に対応した開口部を有する外形抜きダイ部３５ｂとが設けられている。第４下型４４には、第５上型３５の穴抜きパンチ部３５ａが挿通される開口を有する穴抜きダイ部４４ａと、負極外部端子１０５の外形の形状に対応した外形抜きパンチ部４４ｂとが設けられている。

図１３（ｂ）に示すように、第５上型３５を押し下げ、打ち抜くことによって、素材１１ｅが形成される。抜き加工を終了した素材１１ｅは、図１４（ａ）および図１４（ｂ）に示すように、貫通孔１５２ａが形成されるとともに、負極外部端子１０５の外形形状が形作られる。

−仕上げ加工工程−
抜き加工工程を終了した素材１１ｅのバリや角部を除去すると、図６に示す負極外部端子１０５が形成される。
このようにして形成された負極外部端子１０５は、バスバー接続部１５２の厚さｔ１や底部１５１ｄの厚さｔ２が、シール部１５１ｃの厚さｔ０よりも薄くなる構成とされる（図１４（ｂ）参照）。
なお、上記したように、正極外部端子１０４についても同様に、第１プレス工程、第２プレス工程、鍛造工程、抜き加工工程、仕上げ加工工程を経て形成される。

このように、本実施の形態では、１枚の矩形平板状の素材を、プレス加工や鍛造加工、抜き加工によって、外部端子１０４，１０５のそれぞれを形成することができ、製造工程の簡素化を図ることができる。

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）外部端子１０４，１０５は、それぞれバスバー１２３が接続されるバスバー接続部１４２，１５２と、集電体１８０，１９０が接続される集電体接続部１４１，１５１とを有している。バスバー接続部１４２と集電体接続部１４１とは電池蓋上で一体に並設され、バスバー接続部１５２と集電体接続部１５１とは電池蓋上で一体に並設されている。集電体接続部１４１，１５１は、それぞれ電池蓋１０２の貫通孔１０２ｈに挿通される筒状の挿通部１４１ｂ，１５１ｂと、挿通部１４１ｂ，１５１ｂの外周に設けられ、貫通孔１０２ｈと挿通部１４１ｂ，１５１ｂとの間を封止するガスケット１６９の鍔部１６９ｂを押圧するシール部１４１ｃ，１５１ｃとを有している。筒状の挿通部１４１ｂ，１５１ｂのそれぞれの内側には、電池蓋１０２の貫通孔１０２ｈを封止する底部１４１ｄ，１５１ｄが設けられている。挿通部１４１ｂ，１５１ｂのそれぞれの先端は、集電体１８０，１９０にかしめられ、外部端子１０４，１０５が集電体１８０，１９０を介して捲回電極群１７０の電極１７４，１７５に電気的に接続されている。

特許文献１に記載の二次電池では、端子台と、集電接続体とを接続するリベット端子が設けられており、端子台がリベット端子を介して集電接続体に接続されている。このため、特許文献１に記載の二次電池では、部品点数ならびに導通経路上の接続箇所が多かった。これに対して、本実施の形態では、外部端子１０４，１０５のそれぞれが直接に集電体１８０，１９０に接続されており、特許文献１に記載の二次電池に比べて、部品点数が少ない簡素な構成とされている。また、本実施の形態では、特許文献１に記載の二次電池に比べて接触抵抗の低減が図られている。

（２）特許文献１に記載の二次電池では、端子台および集電接続体のそれぞれにリベット端子をかしめや溶接により接続しているため、製造工程が複雑になっていた。これに対して、本実施の形態では、外部端子１０４，１０５の集電体接続部１４１，１５１が正負極集電体１８０，１９０に接続される構成とされており、特許文献１に記載の従来技術に比べて、かしめや溶接による接続箇所が少ない。なお、外部端子１０４，１０５は、それぞれ１枚の矩形平板状の素材からプレス加工や鍛造加工を施すことで容易に形成することができる。このため、本実施の形態によれば、特許文献１に記載の従来技術に比べて、角形二次電池１００の製造工数を削減して歩留まりを向上させることができ、製造コストの低減を図ることができる。

（３）正極挿通部１４１ｂおよび負極挿通部１５１ｂのそれぞれの中心軸上に外側凹部１４１ｇ，１５１ｇと、内側凹部１４１ｈ，１５１ｈとを設けた。これにより、カシメ機の金型の位置決めを容易かつ精度よく行うことができる。

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。
（１）上記した実施の形態では、ボルト１３１の頭部１３１ｂを正極側空間および負極側空間のそれぞれに収容した例について説明したが、本発明はこれに限定されない。ボルト１３１の頭部１３１ｂに代えて、ナット１３２を収容するようにしてもよい。

（２）上記実施の形態では、バスバー１２３をボルト１３１，ナット１３２によるねじ締結により、正負極外部端子１０４，１０５に取り付ける例（図５（ｃ）参照）について説明したが、本発明はこれに限定されない。バスバー接続部１４２，１５２にバスバー１２３をレーザー溶接により接続してもよい。なお、この場合、バスバー接続部１４２，１５２に貫通孔１４２ａ，１５２ａを形成する必要はない。

（３）外部端子１０４，１０５の製造方法は、上記実施の形態に限定されない。なお、底部１４１ｄ，１５１ｄの厚さｔ２がシール部１４１ｃ，１５１ｃの厚さｔ０よりも薄くなるように外部端子１０４，１０５を成形することが好ましい。また、バスバー接続部１４２の厚さｔ１がシール部１４１ｃ，１５１ｃの厚さｔ０よりも薄くなるように外部端子１０４，１０５を成形することが好ましい。

（４）正極外部端子１０４、正極集電体１８０および正極箔１７１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１０５および負極集電体１９０の材質は、銅合金に限定されることなく、銅としてもよい。負極箔１７２の材質は、銅に限定されることなく、銅合金としてもよい。

（５）組電池を構成する角形二次電池として、リチウムイオン二次電池を一例に説明したが本発明はこれに限定されない。ニッケル水素電池などの蓄電要素を容器内に収容する種々の角形二次電池に本発明を適用できる。

上記では、種々の実施の形態および変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。

Claims (3)

1. 角形二次電池であって、
   電極を有する発電要素と、
   前記発電要素を収容する電池缶と、
   前記電池缶の開口を封止する電池蓋と、
   前記電池蓋に配置される外部端子と、
   前記発電要素の電極と前記外部端子とを接続する集電体とを備え、
   前記外部端子は、バスバーが接続されるバスバー接続部と、前記集電体が接続される集電体接続部とを有し、
   前記バスバー接続部と前記集電体接続部とは前記電池蓋上で一体に並設され、
   前記集電体接続部は、
   前記電池蓋の貫通孔に挿通される筒状の挿通部と、
   前記挿通部の外周に設けられ、前記貫通孔と前記挿通部との間を封止するシール部材を押圧するシール部とを有し、
   前記筒状の挿通部の内側には、前記電池蓋の貫通孔を封止する底部が設けられ、
   前記挿通部の先端は、前記集電体にかしめられ、
   前記底部の厚さは、前記シール部の厚さよりも薄く、
   前記シール部における前記シール部材を押圧する面には、円環状の第１突起および第２突起が設けられている角形二次電池。
2. 請求項１に記載の角形二次電池において、
   前記バスバー接続部の厚さは、前記シール部の厚さよりも薄い角形二次電池。
3. 請求項１または２に記載の角形二次電池において、
   前記バスバー接続部には、前記バスバーを締結するためのボルトを挿通する貫通孔が設けられている角形二次電池。

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