非水電解液電池
【課題】開裂弁が正常に動作してガスの蓄積を防止する構造を有し、異常時のガス放出特性に優れた安全な非水電解液二次電池を提供する。
【解決手段】扁平形捲回式の捲回群１０２と、正極集電板１０４と、負極集電板１０５とを内蔵する電池缶１０１において、電池缶１０１の両端部に開裂弁を有し、捲回群１０２の一方の端部に配置した正極集電板１０４に正極タブ４０５を束ねて溶接し、もう一方の端部に配置した負極集電板１０５に負極タブ４０６を束ねて溶接し、かつ、電池缶１０１の扁平面に平行な面で電池缶１０１を二分割した一方の領域には、正極タブ４０５を溶接した正極側のタブ接合部６０１及び負極側の開口部６０２が設けてあり、電池缶１０１の扁平面に平行な面で電池缶１０１を二分割したもう一方の領域には、負極タブ４０６を溶接した負極側のタブ接合部６０１及び正極側の開口部６０２が設けてある。
【解決手段】扁平形捲回式の捲回群１０２と、正極集電板１０４と、負極集電板１０５とを内蔵する電池缶１０１において、電池缶１０１の両端部に開裂弁を有し、捲回群１０２の一方の端部に配置した正極集電板１０４に正極タブ４０５を束ねて溶接し、もう一方の端部に配置した負極集電板１０５に負極タブ４０６を束ねて溶接し、かつ、電池缶１０１の扁平面に平行な面で電池缶１０１を二分割した一方の領域には、正極タブ４０５を溶接した正極側のタブ接合部６０１及び負極側の開口部６０２が設けてあり、電池缶１０１の扁平面に平行な面で電池缶１０１を二分割したもう一方の領域には、負極タブ４０６を溶接した負極側のタブ接合部６０１及び正極側の開口部６０２が設けてある。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非水電解液電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン電池においては、過充電や短絡等による異常加熱状況下における単電池（セル）の発火・破裂することを防止するため、開裂弁を設けてある。ところが、異常加熱状況下においては、電池缶内における化学反応に伴って生じる内圧上昇によって捲回群や電池缶が変形し、ガス放出経路が塞がれるという問題が生じる場合がある。
【０００３】
特許文献１には、ガスが安全弁を介して電池外に容易に散逸するようにして安全性を確保することを目的として、熱硬化性樹脂製よりなる電極押さえ板を配置した電池が開示されている。
【０００４】
また、特許文献２には、ガス排出弁のガス排出機能に支障が生じないようにすることを目的として、金属板を塑性加工してなり集電板と電極端子機構とを連結するリード部材の表面と対向する位置にガス排出弁を取り付けた角形電池が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−１６３０７９号公報
【特許文献２】特開２００５−２６７９４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
電気自動車などの電源として用いられる電池は出力と安全性との両立が不可欠となっている。捲回式リチウムイオン二次電池においては、電極箔端部を束ねて溶接する構造になっている。しかし、特に扁平捲回式のリチウムイオン二次電池においては、捲回電極群の内部の電極間で発生したガスが蓄積し、捲回電極群の扁平部が変形して破損することにより、ガスが一気に捲回電極群の外部に噴出するおそれがある。
【０００７】
本発明の目的は、異常状況下で開裂弁が正常に動作してガスの蓄積を防止する構造を有し、異常時のガス放出特性に優れた安全な非水電解液二次電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の非水電解液電池は、正極リード及び負極リードを有する扁平形捲回式の電極捲回群と、この電極捲回群に電気的に接続された正極集電板及び負極集電板と、前記電極捲回群、前記正極集電板及び前記負極集電板を内蔵した電池缶とを含み、前記正極集電板は、前記正極リードを溶接した正極溶接部と正極開口部とを有し、前記負極集電板は、前記負極リードを溶接した負極溶接部と負極開口部とを有し、前記正極開口部は、前記負極溶接部によって前記負極集電板の側が閉塞している前記電極捲回群の領域に発生するガスを前記電池缶の外部に放出する正極側ガス排出経路であり、前記負極開口部は、前記正極溶接部によって前記正極集電板の側が閉塞している前記電極捲回群の領域に発生するガスを前記電池缶の外部に放出する負極側ガス排出経路であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、扁平型や角型の電池缶の変形に影響されることなく、ガス放出経路を確保することができ、異常発熱時における電池の安全性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施例１の捲回群の構成を示す部分展開図である。
【図２Ａ】実施例１の捲回群を示す上面図である。
【図２Ｂ】実施例１の捲回群を示す側面図である。
【図３Ａ】実施例１の捲回群及び正極集電板の接合工程を示す斜視図である。
【図３Ｂ】実施例１の捲回群及び正極集電板の接合工程を示す斜視図である。
【図４】電池の構成を示す分解斜視図である。
【図５Ａ】電池の構成を示す断面図である。
【図５Ｂ】電池の構成を示す断面図である。
【図６】組立後の電池を示す斜視図である。
【図７Ａ】実施例１の電池を示す断面図である。
【図７Ｂ】実施例１の電池の正極集電板を示す正面図である。
【図７Ｃ】実施例１の電池の負極集電板を示す正面図である。
【図８Ａ】正常な状態の扁平型電池缶を示す断面図である。
【図８Ｂ】膨張した扁平型電池缶を示す断面図である。
【図９】膨張した扁平型電池缶からのガス排出経路を示す正面図である。
【図１０】図９のガス排出経路の反対側のガス排出経路を示す正面図である。
【図１１Ａ】実施例２の捲回群を示す上面図である。
【図１１Ｂ】実施例２の捲回群を示す側面図である。
【図１２Ａ】実施例２の捲回群及び正極集電板の接合工程を示す斜視図である。
【図１２Ｂ】実施例２の捲回群及び正極集電板の接合工程を示す斜視図である。
【図１２Ｃ】実施例２の捲回群及び正極集電板の接合工程を示す模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明は、車載用途等に使用される高出力、大容量の非水電解液電池に関し、特に扁平形や角形の扁平捲回式リチウムイオン電池に適用できる非水電解液電池に関するものである。
【００１２】
本発明の非水電解液電池は、電池缶の両側端面に開裂弁を有し、内部に扁平形捲回式の電極捲回群を有する二次電池であって、電極捲回群の片側端面で正極電極箔を束ねて溶接するとともに、他方の片側端面で負極電極箔を束ねて溶接し、且つ、一方の溶接部は、電極捲回群の捲回中心となる平面に対して片側に設けられ、且つ、他方の集電板の溶接部は捲回中心平面に対して逆側に配置するものである。これにより、電極捲回群の内部で発生したガスの排出経路を確保する。
【００１３】
本発明の非水電解液電池は、電池缶や捲回群の変形を抑制するような部品を電池缶内に配置する必要がない。また、本発明の非水電解液電池は、大電流充放電に適し、かつ、異常時のガス放出特性に優れ、安全である。
【００１４】
以下、本発明の一実施形態に係る非水電解液電池について説明する。
【００１５】
前記非水電解液電池は、正極リード及び負極リードを有する扁平形捲回式の電極捲回群と、この電極捲回群に電気的に接続された正極集電板及び負極集電板と、電極捲回群、正極集電板及び負極集電板を内蔵した電池缶とを含み、電極捲回群の捲回軸に交わる電池缶の両方の端面部に開裂弁を有する二次電池である。そして、正極集電板及び負極集電板は、捲回軸に交わる位置に配置され、正極集電板は、正極リードを溶接した正極溶接部と正極開口部とを有し、負極集電板は、負極リードを溶接した負極溶接部と負極開口部とを有する。正極開口部は、負極溶接部によって負極集電板の側が閉塞している電極捲回群の領域に発生するガスを正極集電板の側の開裂弁を介して電池缶の外部に放出する正極側ガス排出経路であり、負極開口部は、正極溶接部によって正極集電板の側が閉塞している電極捲回群の領域に発生するガスを負極集電板の側の開裂弁を介して電池缶の外部に放出する負極側ガス排出経路である。
【００１６】
前記非水電解液電池は、電池缶の扁平面に平行な面で電池缶を二分割した一方の領域には、正極溶接部及び負極開口部が設けてあり、前記面で電池缶を二分割したもう一方の領域には、負極溶接部及び正極開口部が設けてある。
【００１７】
前記非水電解液電池において、正極溶接部は、正極集電板の正極開口部を設けた平板部に設けてあり、負極溶接部は、負極集電板の負極開口部を設けた平板部に設けてある。
【００１８】
前記非水電解液電池において、正極溶接部は、正極集電板の正極開口部を設けた平板部に接合された接合板に設けてあり、負極溶接部は、負極集電板の負極開口部を設けた平板部に接合された接合板に設けてある。
【００１９】
前記非水電解液電池において、正極リード及び負極リードは、電極捲回群の捲回軸方向の両端部に設けられた複数のリード片である。
【００２０】
前記非水電解液電池において、正極リードは、電極捲回群の捲回軸方向の一方の端部に設けられた正極未塗工部であり、負極リードは、電極捲回群の捲回軸方向のもう一方の端部に設けられた負極未塗工部である。
【００２１】
以下、図面を用いて実施例について説明する。
【実施例１】
【００２２】
図１は、非水電解液電池に適用される捲回群の構成例を示す部分展開図である。
【００２３】
本図において、捲回群１０２（電極捲回群）は、アルミニウム箔基材の両面に正極合剤を塗布した帯状の正極４０１と、銅箔基材の両面に負極合剤を塗布した帯状の負極４０２とを２枚のセパレータ４０３を介して重ね合わせて、板状の巻芯４０４の周りに捲回して構成されている。
【００２４】
正極４０１の幅方向の片側端部は、正極合剤が塗布されずにアルミニウム箔基材が露出しており、さらに、該片側端部には、短冊状の正極タブ４０５（正極リード片）が複数形成されている。一方、負極４０２の幅方向の片側端部も、負極合剤が塗布されずに銅箔基材が露出しており、該端部にも、短冊状の負極タブ４０６（負極リード片）が形成されている。正極タブ４０５と負極タブ４０６とは、互いに反対側に形成されている。正極タブ４０５及び負極タブ４０６はそれぞれ、幅２ｍｍ〜１０ｍｍ、長さ１５ｍｍ〜５０ｍｍが好適である。
【００２５】
図２Ａ及び２Ｂは、捲回群１０２の構成を示したものである。図２Ａは、上面図であり、図２Ｂは、側面図である。
【００２６】
これらの図において、捲回群１０２の一方の端部（図中の左側）からは、正極タブ４０５（正極リード片）が突出しており、捲回群１０２の他方の端部（図中の右側）からは、負極タブ４０６（負極リード片）が突出している。図２Ａに示すように、捲回群１０２の両端部から突出した正極タブ４０５及び負極タブ４０６の幅Ａは、巻芯４０４の幅Ｂよりも狭くすることが好ましい。一方、図２Ｂに示すように、正極タブ４０５と負極タブ４０６とは、捲回群１０２の捲回中心平面である巻芯４０４を挟んで互いに反対側に配置されている（すなわち、正極タブ４０５と負極タブ４０６とは、捲回群１０２の扁平面に平行で、かつ、捲回群１０２を二分割する面を挟んで互いに反対側に配置されている）。
【００２７】
図３Ａ及び３Ｂは、捲回群１０２と正極集電板１０４との接合方法を示したものである。なお、負極側においても同様のプロセスが用いられることから、ここでは説明を省略する。
【００２８】
捲回群１０２の端部に対向する正極集電板１０４の平板部の外形は、捲回群１０２の長円形の端面部の外形より小さく、巻芯４０４の端面部の外形よりも大きく、厚さ０．５〜５ｍｍの概略長円形の板である。正極集電板１０４の端部には、正極端子１０９が溶接等で固定されている。
【００２９】
まず、図３Ａに示すように、正極集電板１０４を捲回群１０２の扁平部と平行に配置し、正極タブ４０５（正極リード片）の束を正極集電板１０４の裏面に配置したタブ接合部６０１に押し付け、密着した状態で溶接する。ここで、溶接後の正極側のタブ接合部６０１を正極溶接部と呼ぶことにする。同様に、溶接後の負極側のタブ接合部は、負極溶接部と呼ぶ。
【００３０】
次に、図３Ｂに示すように、正極集電板１０４を捲回群１０２の扁平部に対して垂直に配置し、正極集電板１０４の開口部６０２（正極開口部）の両端に配置された集電板凸部６０３を巻芯４０４の溝４０７に嵌合することにより、正極集電板１０４を巻芯４０４に固定する。
【００３１】
以上のようにして、捲回群１０２の片側端面に正極タブ４０５が束ねて溶接される。負極側においても、正極側と同様に、負極タブ（負極リード）が負極集電板に束ねて溶接されている。一方の集電板の溶接部は、電極捲回群を巻芯４０４の表側と裏側とに二分割した場合の片側（表側）の電極捲回群の端部に設けられ、且つ、他方の集電板の溶接部は、逆側（裏側）の電極捲回群の端部に配置されている。
【００３２】
尚、本図においては、説明のため、正極タブ４０５を必要以上に長く描いているが、集電板凸部６０３を溝４０７に嵌合する余裕があればよいので、図示よりも短くてよい。
【００３３】
次に、非水電解液電池の組立工程の例を説明する。
【００３４】
図４は、電池の構成を示す分解斜視図である。
【００３５】
先ず、横断面形状が扁平な長方形、長円形もしくは角形の電池缶１０１を作製する。また、正極集電板１０４及び負極集電板１０５にそれぞれ、正極電極端子１０９及び負極端子１１０を溶接等で接続する。正極集電板１０４及び負極集電板１０５には、開口部６０２（正極開口部及び負極開口部）が配置してあり、セルの内圧上昇時の排気経路になっている。正極集電板１０４及び負極集電板１０５にそれぞれ、正極タブ４０５及び負極タブ４０６を溶接する。そして、捲回群１０２を捲回した巻芯４０４の溝４０７に集電板凸部６０３を嵌合する。
【００３６】
次に、樹脂成型によって作製された絶縁カバー１１１を正極集電板１０４及び負極集電板１０５に被せ、捲回群１０２と正極集電板１０４と負極集電板１０５と絶縁カバー１１１とが一体となったものを電池缶１０１内に挿入する。絶縁カバー１１１は、電極用開口部３０３及びガス放出用開口部３０２を備えている。
【００３７】
正極側封口板１１６の内側には、正極端子１０９のガスケット１１２（樹脂製）を取り付け、電池缶１０１の端部に正極側封口板１１６を溶接する。負極側封口板１０３の内側にも同様にして、負極端子１１０のガスケット１１２（樹脂製）を取り付け、電池缶１０１の端部に負極側封口板１０３を溶接する。溶接は、電子ビーム又はレーザーによって行う。正極側封口板１１６及び負極側封口板１０３はそれぞれ、電極端子用開口部３０４を備え、その中央部には、開裂弁１０８を備えている。正極側封口板１１６は、電解液注入用の注液孔３０１も備えている。
【００３８】
次に、ガスケット１１５を正極側封口板１１６及び負極側封口板１０３の外側に取り付け、ナット１１３によって固定する。
【００３９】
最後に、低湿度環境下で正極側封口板１１６の注液孔３０１から電解液を注入し、注液栓１０７で封止して電池の組立を終了する。
【００４０】
図５Ａ及び５Ｂは、本実施例の非水電解液電池の例を示す構成断面図である。図５Ａは、電池の扁平面に平行な断面を示したものであり、図５Ｂは、電池の扁平面に垂直な断面を示したものである。
【００４１】
これらの図において、非水電解液電池１００は、横断面の形状が扁平な長方形、長円形もしくは角形の電池缶１０１内に捲回群１０２を電解液とともに収容し、正極側封口板１１６及び負極側封口板１０３で両端部を封口して構成されている。電池缶１０１、正極側封口板１１６及び負極側封口板１０３は、アルミニウムもしくはステンレス製のものが用いられる。正極側封口板１１６には、アルミニウム製の正極端子１０９が設けられ、負極側封口板１０３には、銅製の負極端子１１０が設けられている。正極端子１０９及び負極端子１１０はそれぞれ、アルミニウム製の正極集電板１０４及び銅製の負極集電板１０５に溶接等で接続されている。
【００４２】
正極集電板１０４及び負極集電板１０５は、捲回群１０２が捲き付けられた筒状又は板状の巻芯４０４に嵌合されている。巻芯４０４は、樹脂整形によって作製され、熱可塑性樹脂であれば、ポリプロピレンやポリフェニレンスルフィド等が用いられ、熱硬化性樹脂であれば、フェノール樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル等が用いられるが、電気絶縁性と耐熱性とを有していれば特に限定されるものではない。
【００４３】
負極側封口板１０３の中央部には、開裂弁１０８が設けてある。正極側封口板１１６には、開裂弁１０８に加えて注液栓１０７が設けてある。
【００４４】
正極側封口板１１６と正極集電板１０４との間、及び負極側封口板１０３と負極集電板１０５との間にはそれぞれ、絶縁カバー１１１が、集電板を覆うようにして配置されている。絶縁カバー１１１は、正極端子１０９及び負極端子１１０及び開裂弁１０８に対応する位置に開口部を有している。
【００４５】
正極端子１０９及び負極端子１１０の内側（電池缶１０１の内側）には、樹脂製のガスケット１１２が設けてあり、正極端子１０９及び負極端子１１０の外側（電池缶１０１の外側）には、ガスケット１１５が設けてある。これらのガスケット１１２、１１５は、ナット１１３によって正極側封口板１１６及び負極側封口板１０３の外側から固定されている。絶縁カバー１１１及び２種類のガスケット１１２、１１５は、樹脂成型によって作製されることが好ましく、熱可塑性樹脂であれば、ポリプロピレンやポリフェニレンスルフィド等が用いられ、熱硬化性樹脂であれば、フェノール樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル等が用いられるが、これも電気絶縁性と耐熱性とを有していれば特に限定されるものではない。
【００４６】
正極タブ４０５及び負極タブ４０６は、群をなして形成されており、それぞれ、扁平型の捲回群１０２の両端部から突出している。正極タブ４０５及び負極タブ４０６は、正極集電板１０４及び負極集電板１０５にそれぞれ束ねて溶接されている。
【００４７】
図５Ｂに示すように、正極タブ４０５及び負極タブ４０６は、捲回群１０２の巻芯（図４における巻芯４０４）に対して互いに反対側となる捲回群１０２の扁平部に設けてあり、且つ、巻芯に対して逆側（反対側）に配置されるように溶接されている。これにより、正極タブ４０５及び負極タブ４０６はそれぞれ、捲回群１０２の正極集電板１０４の側及び負極集電板１０５の側について半分の領域を閉塞させている。また、ガス排出経路１１４（正極側ガス排出経路及び負極側ガス排出経路）が巻芯の両側に設けられることとなり、電池の異常により電池内でガスが発生した際に、電池缶１０１が変形した場合でもガス放出経路１１４を確保することができる。
【００４８】
図６は、組立後の電池の外観形状を示す斜視図である。
【００４９】
電池缶１０１に溶接された正極側封口板１１６は、注液栓１０７及び開裂弁１０８を有するとともに、正極側封口板１１６から突出した正極端子１０９をナット１１３で固定した構成を有している。
【００５０】
以下、正極集電板及び負極集電板の構造について図７Ａ〜７Ｃを用いて説明する。
【００５１】
図７Ａは、巻芯の平面部に対して直交する断面を示したものであり、図７Ｂ及び図７Ｃはそれぞれ、正極集電板及び負極集電板の正面を示したものである。
【００５２】
正極集電板１０４は、概略長円形であり、平板部の外形が捲回群１０２の長円形の端面部の外形より小さく、巻芯４０４の端面部の外形よりも大きく、厚さが０．５〜５ｍｍの板であり、捲回群１０２の捲回軸に対して垂直に配置されている。
【００５３】
正極集電板１０４の端部には、正極端子１０９が溶接してある。また、正極集電板１０４は、捲回群１０２（電池缶１０１の内側）に対向する面に二つの集電板凸部６０３を有し、巻芯４０４と嵌合してある。正極タブ４０５は、正極集電板１０４の捲回群１０２に対向する面のうち、正極集電板１０４の長軸で二分割した一方の領域に設けたタブ接合部６０１に溶接されている。正極集電板１０４の長軸で二分割したもう一方の領域には、開口部６０２が設けてある。この開口部６０２は、電池の開裂弁（図４の開裂弁１０８）に対して、３０％〜２００％の開口面積を有している。
【００５４】
一方、負極集電板１０５も、概略長円形であり、平板部の外形が捲回群１０２の長円形の端面部の外形より小さく、巻芯４０４の端面部の外形よりも大きく、厚さが０．５〜５ｍｍの板であり、捲回群１０２の捲回軸に対して垂直に配置されている。
【００５５】
負極集電板１０５の端部には、負極端子１１０が溶接してある。また、負極集電板１０５は、捲回群１０２に対向する面に二つの集電板凸部６０３を有し、巻芯４０４と嵌合してある。負極タブ４０６は、負極集電板１０５の捲回群１０２に対向する面のうち、負極集電板１０５の長軸で二分割した一方の領域に設けたタブ接合部６０１に溶接されている。負極集電板１０４の長軸で二分割したもう一方の領域には、開口部６０２が設けてある。この開口部６０２は、電池の開裂弁１０８（図４の開裂弁１０８）に対して、３０％〜２００％の開口面積を有している。
【００５６】
図７Ｂ及び図７Ｃに示すように、正極集電板１０４及び負極集電板１０５におけるそれぞれの開口部６０２は、捲回群１０２（又は電池缶１０１）の扁平面に平行な面で捲回群１０２（又は電池缶１０１）を二分割したそれぞれの領域に設けてある。すなわち、正極集電板１０４における開口部６０２が設けられた領域は、負極集電板１０５における開口部６０２が設けられた領域とは異なる。また、正極集電板１０４におけるタブ接合部６０１が設けられた領域も、負極集電板１０５におけるタブ接合部６０１が設けられた領域とは異なる。なお、開口部６０２は、上記の領域の一方からはみ出していてもよく、その領域に発生するガスを排出することができればよい。
【００５７】
図８Ａ及び８Ｂは、異常加熱状態での扁平型電池の内部で等方的に圧力が上昇する前後における電池缶中央部の状態を示したものである。図８Ａは、電池缶１０１が膨張する前の状態を示したものであり、図８Ｂは、異常加熱状態で膨張した状態を示したものである。
【００５８】
本実施例の電池の構造上、等方的に内圧がかかると、電池缶１０１の扁平面に垂直な方向に電池缶１０１が膨張する力が働き、電池缶１０１の扁平面に平行な方向には電池缶１０１を圧縮する力が働く。巻芯４０４の座屈強度が充分高ければ、異常加熱状態となった電池缶より発生するガスは、その発生源が電池内部のいかなる場所であっても図中のＩもしくはＩＩの領域に集中することになる。
【００５９】
図９は、微小短絡によって異常加熱状態になった場合の正極側のガス排出経路１１４の例を示したものである。
【００６０】
電池缶１０１の扁平面に垂直な方向において、電池缶１０１の扁平面に平行な面で電池缶１０１を二分割した一方の領域（図中、巻芯４０４の下方の領域）で微小短絡が生じた場合、その領域で発生したガスは、正極集電板１０４の開口部６０２を通過し、絶縁カバー１１１のガス放出用開口部３０２を通過し、ガス放出用開口部３０２の外側に設けてある開裂弁（図４の開裂弁１０８）から効率よく排出される。
【００６１】
図１０は、図９に示す正極側のガス排出経路の反対側に位置する負極側のガス排出経路を示したものである。
【００６２】
電池缶１０１の扁平面に垂直な方向において、電池缶１０１の扁平面に平行な面で電池缶１０１を二分割した一方の領域（図中、巻芯４０４の上方の領域）で微小短絡が生じた場合、その領域で発生したガスは、負極集電板１０５の開口部６０２を通過し、絶縁カバー１１１のガス放出用開口部３０２を通過し、ガス放出用開口部３０２の外側に設けてある開裂弁（図４の開裂弁１０８）から効率よく排出される。
【００６３】
以上のように、本実施例によれば、ガス排出経路を捲回群の巻芯４０４の両側に配置することができ、電池缶の変形時においても、効率よくガスを排出することができる。
【００６４】
なお、本実施例においては、複数のリード片（タブ）を用いて正極リード及び負極リードを形成しているが、これに限定されるものではなく、捲回群の扁平面に平行で、かつ、分割されていない（一連の）リード片を用いてもよい。
【実施例２】
【００６５】
非水電解液電池の別の集電構造を説明する。尚、集電構造以外は、実施例１と同様であるため、ここでは説明を省略する。
【００６６】
図１１Ａ及び１１Ｂは、捲回群１０２の上面図および側面図を示したものである。
【００６７】
これらの図において、捲回群１０２の一方の端部には、正極合剤を塗工していない正極未塗工部１１０１（正極の未塗工部）が設けてあり、もう一方の端部には、負極合剤を塗工していない負極未塗工部１１０２（負極の未塗工部）が設けてある。
【００６８】
本実施例においては、実施例１とは異なり、複数に分割された正極タブ及び負極タブを設けていない。
【００６９】
図１２Ａ及び１２Ｂは、捲回群１０２と正極集電板１１０３との接合工程を示したものである。図１２Ａは、接合前の状態を示したものであり、図１２Ｂは、接合後の状態を示したものである。尚、負極側においても同様のプロセスが用いられることから、ここでは説明を省略する。
【００７０】
図１２Ａにおいて、正極集電板１１０３は、厚さが０．５〜５ｍｍのアルミ製の略長円形の板（正極集電板の平板部）であって、この板に対して垂直方向に長方形状の板１２０１（図中、点線で示してある。接合板とも呼ぶ）を設けてあり、この長方形状の板１２０１の端部に二つの突起部１１０４を設けたものである。突起部１１０４は、巻芯に設けられた溝４０７と嵌合するためのものである。
【００７１】
本実施例においても、実施例１と同様に、正極集電板１１０３の端部には、正極端子１０９が溶接等によって固定されており、ガス排出用の開口部６０２が設けてある。
【００７２】
まず、正極集電板１１０３を捲回群１０２の端面（端部）に平行に配置し、巻芯の溝４０７に嵌合することにより固定する。次に、正極未塗工部１１０１を正極集電板１１０３から突出する長方形状の板１２０１の片面のタブ接合部６０１に押し付け、溶接する。
【００７３】
同様にして、負極側は、巻芯の表側に位置する正極側のタブ接合部６０１の裏側に位置する負極集電板のタブ接合部に負極未塗工部を押し付けて溶接する。
【００７４】
図１２Ｃは、捲回群と集電板との接合工程を示す断面図である。
【００７５】
本図は、正極未塗工部１１０１をタブ接合部６０１に溶接した後であって、負極未塗工部１１０２を負極集電板１１０５に溶接する前の状態を示したものである。
【００７６】
負極側の溶接においては、治具１５０１を負極集電板１１０５の開口部６０２から挿入し、この治具１５０１を用いて、負極集電板１１０５（負極集電板の平板部）に対して垂直方向に配置した長方形状の板１２０１を支持し、矢印１５０２の方向から溶接する。これにより、正極側の溶接部の反対側に負極未塗工部１１０２を溶接することができる。
【００７７】
以上のように、本実施例においては、捲回群１０２の扁平面の片側に正極未塗工部１１０１を束ねて溶接するとともに、扁平面の他の側に負極未塗工部１１０２を束ねて溶接することができる。結果として、正極未塗工部１１０１の一部は、正極リードとなり、負極未塗工部１１０２の一部は、負極リードとなる。
【００７８】
本実施例によれば、複数のタブを設けた電極タブ構造を形成することなく、ガス排出経路を捲回群１０２の扁平面の両側に配置することができ、電池缶の変形時においても、効率よくガスを排出することができる。また、生産性を向上するとともに、コストを低減することが可能となる。
【００７９】
本実施例においては、分割されていない（一連の）正極未塗工部１１０１及び負極未塗工部１１０２をそれぞれ、正極リード及び負極リードとしたが、これに限定されるものではなく、本実施例においても、実施例１のように複数のリード片を用いて正極リード及び負極リードを形成してもよい。
【符号の説明】
【００８０】
１００：非水電解液電池、１０１：電池缶、１０２：捲回群、１０３：負極側封口板、１０４：正極集電板、１０５：負極集電板、１０７：注液栓、１０８：開裂弁、１０９：正極端子、１１０：負極端子、１１１：絶縁カバー、１１２：ガスケット、１１３：ナット、１１４：ガス排出経路、１１５：ガスケット、１１６：正極側封口板、３０１：注液孔、３０２：ガス放出用開口部、３０３：電極用開口部、３０４：電極用開口部、４０１：正極、４０２：負極、４０３：セパレータ、４０４：巻芯、４０５：正極タブ、４０６：負極タブ、４０７：溝、６０１：タブ接合部、６０２：開口部、６０３：集電板凸部、１１０１：正極未塗工部、１１０２：負極未塗工部、１１０３：正極集電板、１１０４：突起部、１１０５：負極集電板、１２０１：板。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非水電解液電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン電池においては、過充電や短絡等による異常加熱状況下における単電池（セル）の発火・破裂することを防止するため、開裂弁を設けてある。ところが、異常加熱状況下においては、電池缶内における化学反応に伴って生じる内圧上昇によって捲回群や電池缶が変形し、ガス放出経路が塞がれるという問題が生じる場合がある。
【０００３】
特許文献１には、ガスが安全弁を介して電池外に容易に散逸するようにして安全性を確保することを目的として、熱硬化性樹脂製よりなる電極押さえ板を配置した電池が開示されている。
【０００４】
また、特許文献２には、ガス排出弁のガス排出機能に支障が生じないようにすることを目的として、金属板を塑性加工してなり集電板と電極端子機構とを連結するリード部材の表面と対向する位置にガス排出弁を取り付けた角形電池が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−１６３０７９号公報
【特許文献２】特開２００５−２６７９４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
電気自動車などの電源として用いられる電池は出力と安全性との両立が不可欠となっている。捲回式リチウムイオン二次電池においては、電極箔端部を束ねて溶接する構造になっている。しかし、特に扁平捲回式のリチウムイオン二次電池においては、捲回電極群の内部の電極間で発生したガスが蓄積し、捲回電極群の扁平部が変形して破損することにより、ガスが一気に捲回電極群の外部に噴出するおそれがある。
【０００７】
本発明の目的は、異常状況下で開裂弁が正常に動作してガスの蓄積を防止する構造を有し、異常時のガス放出特性に優れた安全な非水電解液二次電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の非水電解液電池は、正極リード及び負極リードを有する扁平形捲回式の電極捲回群と、この電極捲回群に電気的に接続された正極集電板及び負極集電板と、前記電極捲回群、前記正極集電板及び前記負極集電板を内蔵した電池缶とを含み、前記正極集電板は、前記正極リードを溶接した正極溶接部と正極開口部とを有し、前記負極集電板は、前記負極リードを溶接した負極溶接部と負極開口部とを有し、前記正極開口部は、前記負極溶接部によって前記負極集電板の側が閉塞している前記電極捲回群の領域に発生するガスを前記電池缶の外部に放出する正極側ガス排出経路であり、前記負極開口部は、前記正極溶接部によって前記正極集電板の側が閉塞している前記電極捲回群の領域に発生するガスを前記電池缶の外部に放出する負極側ガス排出経路であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、扁平型や角型の電池缶の変形に影響されることなく、ガス放出経路を確保することができ、異常発熱時における電池の安全性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施例１の捲回群の構成を示す部分展開図である。
【図２Ａ】実施例１の捲回群を示す上面図である。
【図２Ｂ】実施例１の捲回群を示す側面図である。
【図３Ａ】実施例１の捲回群及び正極集電板の接合工程を示す斜視図である。
【図３Ｂ】実施例１の捲回群及び正極集電板の接合工程を示す斜視図である。
【図４】電池の構成を示す分解斜視図である。
【図５Ａ】電池の構成を示す断面図である。
【図５Ｂ】電池の構成を示す断面図である。
【図６】組立後の電池を示す斜視図である。
【図７Ａ】実施例１の電池を示す断面図である。
【図７Ｂ】実施例１の電池の正極集電板を示す正面図である。
【図７Ｃ】実施例１の電池の負極集電板を示す正面図である。
【図８Ａ】正常な状態の扁平型電池缶を示す断面図である。
【図８Ｂ】膨張した扁平型電池缶を示す断面図である。
【図９】膨張した扁平型電池缶からのガス排出経路を示す正面図である。
【図１０】図９のガス排出経路の反対側のガス排出経路を示す正面図である。
【図１１Ａ】実施例２の捲回群を示す上面図である。
【図１１Ｂ】実施例２の捲回群を示す側面図である。
【図１２Ａ】実施例２の捲回群及び正極集電板の接合工程を示す斜視図である。
【図１２Ｂ】実施例２の捲回群及び正極集電板の接合工程を示す斜視図である。
【図１２Ｃ】実施例２の捲回群及び正極集電板の接合工程を示す模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明は、車載用途等に使用される高出力、大容量の非水電解液電池に関し、特に扁平形や角形の扁平捲回式リチウムイオン電池に適用できる非水電解液電池に関するものである。
【００１２】
本発明の非水電解液電池は、電池缶の両側端面に開裂弁を有し、内部に扁平形捲回式の電極捲回群を有する二次電池であって、電極捲回群の片側端面で正極電極箔を束ねて溶接するとともに、他方の片側端面で負極電極箔を束ねて溶接し、且つ、一方の溶接部は、電極捲回群の捲回中心となる平面に対して片側に設けられ、且つ、他方の集電板の溶接部は捲回中心平面に対して逆側に配置するものである。これにより、電極捲回群の内部で発生したガスの排出経路を確保する。
【００１３】
本発明の非水電解液電池は、電池缶や捲回群の変形を抑制するような部品を電池缶内に配置する必要がない。また、本発明の非水電解液電池は、大電流充放電に適し、かつ、異常時のガス放出特性に優れ、安全である。
【００１４】
以下、本発明の一実施形態に係る非水電解液電池について説明する。
【００１５】
前記非水電解液電池は、正極リード及び負極リードを有する扁平形捲回式の電極捲回群と、この電極捲回群に電気的に接続された正極集電板及び負極集電板と、電極捲回群、正極集電板及び負極集電板を内蔵した電池缶とを含み、電極捲回群の捲回軸に交わる電池缶の両方の端面部に開裂弁を有する二次電池である。そして、正極集電板及び負極集電板は、捲回軸に交わる位置に配置され、正極集電板は、正極リードを溶接した正極溶接部と正極開口部とを有し、負極集電板は、負極リードを溶接した負極溶接部と負極開口部とを有する。正極開口部は、負極溶接部によって負極集電板の側が閉塞している電極捲回群の領域に発生するガスを正極集電板の側の開裂弁を介して電池缶の外部に放出する正極側ガス排出経路であり、負極開口部は、正極溶接部によって正極集電板の側が閉塞している電極捲回群の領域に発生するガスを負極集電板の側の開裂弁を介して電池缶の外部に放出する負極側ガス排出経路である。
【００１６】
前記非水電解液電池は、電池缶の扁平面に平行な面で電池缶を二分割した一方の領域には、正極溶接部及び負極開口部が設けてあり、前記面で電池缶を二分割したもう一方の領域には、負極溶接部及び正極開口部が設けてある。
【００１７】
前記非水電解液電池において、正極溶接部は、正極集電板の正極開口部を設けた平板部に設けてあり、負極溶接部は、負極集電板の負極開口部を設けた平板部に設けてある。
【００１８】
前記非水電解液電池において、正極溶接部は、正極集電板の正極開口部を設けた平板部に接合された接合板に設けてあり、負極溶接部は、負極集電板の負極開口部を設けた平板部に接合された接合板に設けてある。
【００１９】
前記非水電解液電池において、正極リード及び負極リードは、電極捲回群の捲回軸方向の両端部に設けられた複数のリード片である。
【００２０】
前記非水電解液電池において、正極リードは、電極捲回群の捲回軸方向の一方の端部に設けられた正極未塗工部であり、負極リードは、電極捲回群の捲回軸方向のもう一方の端部に設けられた負極未塗工部である。
【００２１】
以下、図面を用いて実施例について説明する。
【実施例１】
【００２２】
図１は、非水電解液電池に適用される捲回群の構成例を示す部分展開図である。
【００２３】
本図において、捲回群１０２（電極捲回群）は、アルミニウム箔基材の両面に正極合剤を塗布した帯状の正極４０１と、銅箔基材の両面に負極合剤を塗布した帯状の負極４０２とを２枚のセパレータ４０３を介して重ね合わせて、板状の巻芯４０４の周りに捲回して構成されている。
【００２４】
正極４０１の幅方向の片側端部は、正極合剤が塗布されずにアルミニウム箔基材が露出しており、さらに、該片側端部には、短冊状の正極タブ４０５（正極リード片）が複数形成されている。一方、負極４０２の幅方向の片側端部も、負極合剤が塗布されずに銅箔基材が露出しており、該端部にも、短冊状の負極タブ４０６（負極リード片）が形成されている。正極タブ４０５と負極タブ４０６とは、互いに反対側に形成されている。正極タブ４０５及び負極タブ４０６はそれぞれ、幅２ｍｍ〜１０ｍｍ、長さ１５ｍｍ〜５０ｍｍが好適である。
【００２５】
図２Ａ及び２Ｂは、捲回群１０２の構成を示したものである。図２Ａは、上面図であり、図２Ｂは、側面図である。
【００２６】
これらの図において、捲回群１０２の一方の端部（図中の左側）からは、正極タブ４０５（正極リード片）が突出しており、捲回群１０２の他方の端部（図中の右側）からは、負極タブ４０６（負極リード片）が突出している。図２Ａに示すように、捲回群１０２の両端部から突出した正極タブ４０５及び負極タブ４０６の幅Ａは、巻芯４０４の幅Ｂよりも狭くすることが好ましい。一方、図２Ｂに示すように、正極タブ４０５と負極タブ４０６とは、捲回群１０２の捲回中心平面である巻芯４０４を挟んで互いに反対側に配置されている（すなわち、正極タブ４０５と負極タブ４０６とは、捲回群１０２の扁平面に平行で、かつ、捲回群１０２を二分割する面を挟んで互いに反対側に配置されている）。
【００２７】
図３Ａ及び３Ｂは、捲回群１０２と正極集電板１０４との接合方法を示したものである。なお、負極側においても同様のプロセスが用いられることから、ここでは説明を省略する。
【００２８】
捲回群１０２の端部に対向する正極集電板１０４の平板部の外形は、捲回群１０２の長円形の端面部の外形より小さく、巻芯４０４の端面部の外形よりも大きく、厚さ０．５〜５ｍｍの概略長円形の板である。正極集電板１０４の端部には、正極端子１０９が溶接等で固定されている。
【００２９】
まず、図３Ａに示すように、正極集電板１０４を捲回群１０２の扁平部と平行に配置し、正極タブ４０５（正極リード片）の束を正極集電板１０４の裏面に配置したタブ接合部６０１に押し付け、密着した状態で溶接する。ここで、溶接後の正極側のタブ接合部６０１を正極溶接部と呼ぶことにする。同様に、溶接後の負極側のタブ接合部は、負極溶接部と呼ぶ。
【００３０】
次に、図３Ｂに示すように、正極集電板１０４を捲回群１０２の扁平部に対して垂直に配置し、正極集電板１０４の開口部６０２（正極開口部）の両端に配置された集電板凸部６０３を巻芯４０４の溝４０７に嵌合することにより、正極集電板１０４を巻芯４０４に固定する。
【００３１】
以上のようにして、捲回群１０２の片側端面に正極タブ４０５が束ねて溶接される。負極側においても、正極側と同様に、負極タブ（負極リード）が負極集電板に束ねて溶接されている。一方の集電板の溶接部は、電極捲回群を巻芯４０４の表側と裏側とに二分割した場合の片側（表側）の電極捲回群の端部に設けられ、且つ、他方の集電板の溶接部は、逆側（裏側）の電極捲回群の端部に配置されている。
【００３２】
尚、本図においては、説明のため、正極タブ４０５を必要以上に長く描いているが、集電板凸部６０３を溝４０７に嵌合する余裕があればよいので、図示よりも短くてよい。
【００３３】
次に、非水電解液電池の組立工程の例を説明する。
【００３４】
図４は、電池の構成を示す分解斜視図である。
【００３５】
先ず、横断面形状が扁平な長方形、長円形もしくは角形の電池缶１０１を作製する。また、正極集電板１０４及び負極集電板１０５にそれぞれ、正極電極端子１０９及び負極端子１１０を溶接等で接続する。正極集電板１０４及び負極集電板１０５には、開口部６０２（正極開口部及び負極開口部）が配置してあり、セルの内圧上昇時の排気経路になっている。正極集電板１０４及び負極集電板１０５にそれぞれ、正極タブ４０５及び負極タブ４０６を溶接する。そして、捲回群１０２を捲回した巻芯４０４の溝４０７に集電板凸部６０３を嵌合する。
【００３６】
次に、樹脂成型によって作製された絶縁カバー１１１を正極集電板１０４及び負極集電板１０５に被せ、捲回群１０２と正極集電板１０４と負極集電板１０５と絶縁カバー１１１とが一体となったものを電池缶１０１内に挿入する。絶縁カバー１１１は、電極用開口部３０３及びガス放出用開口部３０２を備えている。
【００３７】
正極側封口板１１６の内側には、正極端子１０９のガスケット１１２（樹脂製）を取り付け、電池缶１０１の端部に正極側封口板１１６を溶接する。負極側封口板１０３の内側にも同様にして、負極端子１１０のガスケット１１２（樹脂製）を取り付け、電池缶１０１の端部に負極側封口板１０３を溶接する。溶接は、電子ビーム又はレーザーによって行う。正極側封口板１１６及び負極側封口板１０３はそれぞれ、電極端子用開口部３０４を備え、その中央部には、開裂弁１０８を備えている。正極側封口板１１６は、電解液注入用の注液孔３０１も備えている。
【００３８】
次に、ガスケット１１５を正極側封口板１１６及び負極側封口板１０３の外側に取り付け、ナット１１３によって固定する。
【００３９】
最後に、低湿度環境下で正極側封口板１１６の注液孔３０１から電解液を注入し、注液栓１０７で封止して電池の組立を終了する。
【００４０】
図５Ａ及び５Ｂは、本実施例の非水電解液電池の例を示す構成断面図である。図５Ａは、電池の扁平面に平行な断面を示したものであり、図５Ｂは、電池の扁平面に垂直な断面を示したものである。
【００４１】
これらの図において、非水電解液電池１００は、横断面の形状が扁平な長方形、長円形もしくは角形の電池缶１０１内に捲回群１０２を電解液とともに収容し、正極側封口板１１６及び負極側封口板１０３で両端部を封口して構成されている。電池缶１０１、正極側封口板１１６及び負極側封口板１０３は、アルミニウムもしくはステンレス製のものが用いられる。正極側封口板１１６には、アルミニウム製の正極端子１０９が設けられ、負極側封口板１０３には、銅製の負極端子１１０が設けられている。正極端子１０９及び負極端子１１０はそれぞれ、アルミニウム製の正極集電板１０４及び銅製の負極集電板１０５に溶接等で接続されている。
【００４２】
正極集電板１０４及び負極集電板１０５は、捲回群１０２が捲き付けられた筒状又は板状の巻芯４０４に嵌合されている。巻芯４０４は、樹脂整形によって作製され、熱可塑性樹脂であれば、ポリプロピレンやポリフェニレンスルフィド等が用いられ、熱硬化性樹脂であれば、フェノール樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル等が用いられるが、電気絶縁性と耐熱性とを有していれば特に限定されるものではない。
【００４３】
負極側封口板１０３の中央部には、開裂弁１０８が設けてある。正極側封口板１１６には、開裂弁１０８に加えて注液栓１０７が設けてある。
【００４４】
正極側封口板１１６と正極集電板１０４との間、及び負極側封口板１０３と負極集電板１０５との間にはそれぞれ、絶縁カバー１１１が、集電板を覆うようにして配置されている。絶縁カバー１１１は、正極端子１０９及び負極端子１１０及び開裂弁１０８に対応する位置に開口部を有している。
【００４５】
正極端子１０９及び負極端子１１０の内側（電池缶１０１の内側）には、樹脂製のガスケット１１２が設けてあり、正極端子１０９及び負極端子１１０の外側（電池缶１０１の外側）には、ガスケット１１５が設けてある。これらのガスケット１１２、１１５は、ナット１１３によって正極側封口板１１６及び負極側封口板１０３の外側から固定されている。絶縁カバー１１１及び２種類のガスケット１１２、１１５は、樹脂成型によって作製されることが好ましく、熱可塑性樹脂であれば、ポリプロピレンやポリフェニレンスルフィド等が用いられ、熱硬化性樹脂であれば、フェノール樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル等が用いられるが、これも電気絶縁性と耐熱性とを有していれば特に限定されるものではない。
【００４６】
正極タブ４０５及び負極タブ４０６は、群をなして形成されており、それぞれ、扁平型の捲回群１０２の両端部から突出している。正極タブ４０５及び負極タブ４０６は、正極集電板１０４及び負極集電板１０５にそれぞれ束ねて溶接されている。
【００４７】
図５Ｂに示すように、正極タブ４０５及び負極タブ４０６は、捲回群１０２の巻芯（図４における巻芯４０４）に対して互いに反対側となる捲回群１０２の扁平部に設けてあり、且つ、巻芯に対して逆側（反対側）に配置されるように溶接されている。これにより、正極タブ４０５及び負極タブ４０６はそれぞれ、捲回群１０２の正極集電板１０４の側及び負極集電板１０５の側について半分の領域を閉塞させている。また、ガス排出経路１１４（正極側ガス排出経路及び負極側ガス排出経路）が巻芯の両側に設けられることとなり、電池の異常により電池内でガスが発生した際に、電池缶１０１が変形した場合でもガス放出経路１１４を確保することができる。
【００４８】
図６は、組立後の電池の外観形状を示す斜視図である。
【００４９】
電池缶１０１に溶接された正極側封口板１１６は、注液栓１０７及び開裂弁１０８を有するとともに、正極側封口板１１６から突出した正極端子１０９をナット１１３で固定した構成を有している。
【００５０】
以下、正極集電板及び負極集電板の構造について図７Ａ〜７Ｃを用いて説明する。
【００５１】
図７Ａは、巻芯の平面部に対して直交する断面を示したものであり、図７Ｂ及び図７Ｃはそれぞれ、正極集電板及び負極集電板の正面を示したものである。
【００５２】
正極集電板１０４は、概略長円形であり、平板部の外形が捲回群１０２の長円形の端面部の外形より小さく、巻芯４０４の端面部の外形よりも大きく、厚さが０．５〜５ｍｍの板であり、捲回群１０２の捲回軸に対して垂直に配置されている。
【００５３】
正極集電板１０４の端部には、正極端子１０９が溶接してある。また、正極集電板１０４は、捲回群１０２（電池缶１０１の内側）に対向する面に二つの集電板凸部６０３を有し、巻芯４０４と嵌合してある。正極タブ４０５は、正極集電板１０４の捲回群１０２に対向する面のうち、正極集電板１０４の長軸で二分割した一方の領域に設けたタブ接合部６０１に溶接されている。正極集電板１０４の長軸で二分割したもう一方の領域には、開口部６０２が設けてある。この開口部６０２は、電池の開裂弁（図４の開裂弁１０８）に対して、３０％〜２００％の開口面積を有している。
【００５４】
一方、負極集電板１０５も、概略長円形であり、平板部の外形が捲回群１０２の長円形の端面部の外形より小さく、巻芯４０４の端面部の外形よりも大きく、厚さが０．５〜５ｍｍの板であり、捲回群１０２の捲回軸に対して垂直に配置されている。
【００５５】
負極集電板１０５の端部には、負極端子１１０が溶接してある。また、負極集電板１０５は、捲回群１０２に対向する面に二つの集電板凸部６０３を有し、巻芯４０４と嵌合してある。負極タブ４０６は、負極集電板１０５の捲回群１０２に対向する面のうち、負極集電板１０５の長軸で二分割した一方の領域に設けたタブ接合部６０１に溶接されている。負極集電板１０４の長軸で二分割したもう一方の領域には、開口部６０２が設けてある。この開口部６０２は、電池の開裂弁１０８（図４の開裂弁１０８）に対して、３０％〜２００％の開口面積を有している。
【００５６】
図７Ｂ及び図７Ｃに示すように、正極集電板１０４及び負極集電板１０５におけるそれぞれの開口部６０２は、捲回群１０２（又は電池缶１０１）の扁平面に平行な面で捲回群１０２（又は電池缶１０１）を二分割したそれぞれの領域に設けてある。すなわち、正極集電板１０４における開口部６０２が設けられた領域は、負極集電板１０５における開口部６０２が設けられた領域とは異なる。また、正極集電板１０４におけるタブ接合部６０１が設けられた領域も、負極集電板１０５におけるタブ接合部６０１が設けられた領域とは異なる。なお、開口部６０２は、上記の領域の一方からはみ出していてもよく、その領域に発生するガスを排出することができればよい。
【００５７】
図８Ａ及び８Ｂは、異常加熱状態での扁平型電池の内部で等方的に圧力が上昇する前後における電池缶中央部の状態を示したものである。図８Ａは、電池缶１０１が膨張する前の状態を示したものであり、図８Ｂは、異常加熱状態で膨張した状態を示したものである。
【００５８】
本実施例の電池の構造上、等方的に内圧がかかると、電池缶１０１の扁平面に垂直な方向に電池缶１０１が膨張する力が働き、電池缶１０１の扁平面に平行な方向には電池缶１０１を圧縮する力が働く。巻芯４０４の座屈強度が充分高ければ、異常加熱状態となった電池缶より発生するガスは、その発生源が電池内部のいかなる場所であっても図中のＩもしくはＩＩの領域に集中することになる。
【００５９】
図９は、微小短絡によって異常加熱状態になった場合の正極側のガス排出経路１１４の例を示したものである。
【００６０】
電池缶１０１の扁平面に垂直な方向において、電池缶１０１の扁平面に平行な面で電池缶１０１を二分割した一方の領域（図中、巻芯４０４の下方の領域）で微小短絡が生じた場合、その領域で発生したガスは、正極集電板１０４の開口部６０２を通過し、絶縁カバー１１１のガス放出用開口部３０２を通過し、ガス放出用開口部３０２の外側に設けてある開裂弁（図４の開裂弁１０８）から効率よく排出される。
【００６１】
図１０は、図９に示す正極側のガス排出経路の反対側に位置する負極側のガス排出経路を示したものである。
【００６２】
電池缶１０１の扁平面に垂直な方向において、電池缶１０１の扁平面に平行な面で電池缶１０１を二分割した一方の領域（図中、巻芯４０４の上方の領域）で微小短絡が生じた場合、その領域で発生したガスは、負極集電板１０５の開口部６０２を通過し、絶縁カバー１１１のガス放出用開口部３０２を通過し、ガス放出用開口部３０２の外側に設けてある開裂弁（図４の開裂弁１０８）から効率よく排出される。
【００６３】
以上のように、本実施例によれば、ガス排出経路を捲回群の巻芯４０４の両側に配置することができ、電池缶の変形時においても、効率よくガスを排出することができる。
【００６４】
なお、本実施例においては、複数のリード片（タブ）を用いて正極リード及び負極リードを形成しているが、これに限定されるものではなく、捲回群の扁平面に平行で、かつ、分割されていない（一連の）リード片を用いてもよい。
【実施例２】
【００６５】
非水電解液電池の別の集電構造を説明する。尚、集電構造以外は、実施例１と同様であるため、ここでは説明を省略する。
【００６６】
図１１Ａ及び１１Ｂは、捲回群１０２の上面図および側面図を示したものである。
【００６７】
これらの図において、捲回群１０２の一方の端部には、正極合剤を塗工していない正極未塗工部１１０１（正極の未塗工部）が設けてあり、もう一方の端部には、負極合剤を塗工していない負極未塗工部１１０２（負極の未塗工部）が設けてある。
【００６８】
本実施例においては、実施例１とは異なり、複数に分割された正極タブ及び負極タブを設けていない。
【００６９】
図１２Ａ及び１２Ｂは、捲回群１０２と正極集電板１１０３との接合工程を示したものである。図１２Ａは、接合前の状態を示したものであり、図１２Ｂは、接合後の状態を示したものである。尚、負極側においても同様のプロセスが用いられることから、ここでは説明を省略する。
【００７０】
図１２Ａにおいて、正極集電板１１０３は、厚さが０．５〜５ｍｍのアルミ製の略長円形の板（正極集電板の平板部）であって、この板に対して垂直方向に長方形状の板１２０１（図中、点線で示してある。接合板とも呼ぶ）を設けてあり、この長方形状の板１２０１の端部に二つの突起部１１０４を設けたものである。突起部１１０４は、巻芯に設けられた溝４０７と嵌合するためのものである。
【００７１】
本実施例においても、実施例１と同様に、正極集電板１１０３の端部には、正極端子１０９が溶接等によって固定されており、ガス排出用の開口部６０２が設けてある。
【００７２】
まず、正極集電板１１０３を捲回群１０２の端面（端部）に平行に配置し、巻芯の溝４０７に嵌合することにより固定する。次に、正極未塗工部１１０１を正極集電板１１０３から突出する長方形状の板１２０１の片面のタブ接合部６０１に押し付け、溶接する。
【００７３】
同様にして、負極側は、巻芯の表側に位置する正極側のタブ接合部６０１の裏側に位置する負極集電板のタブ接合部に負極未塗工部を押し付けて溶接する。
【００７４】
図１２Ｃは、捲回群と集電板との接合工程を示す断面図である。
【００７５】
本図は、正極未塗工部１１０１をタブ接合部６０１に溶接した後であって、負極未塗工部１１０２を負極集電板１１０５に溶接する前の状態を示したものである。
【００７６】
負極側の溶接においては、治具１５０１を負極集電板１１０５の開口部６０２から挿入し、この治具１５０１を用いて、負極集電板１１０５（負極集電板の平板部）に対して垂直方向に配置した長方形状の板１２０１を支持し、矢印１５０２の方向から溶接する。これにより、正極側の溶接部の反対側に負極未塗工部１１０２を溶接することができる。
【００７７】
以上のように、本実施例においては、捲回群１０２の扁平面の片側に正極未塗工部１１０１を束ねて溶接するとともに、扁平面の他の側に負極未塗工部１１０２を束ねて溶接することができる。結果として、正極未塗工部１１０１の一部は、正極リードとなり、負極未塗工部１１０２の一部は、負極リードとなる。
【００７８】
本実施例によれば、複数のタブを設けた電極タブ構造を形成することなく、ガス排出経路を捲回群１０２の扁平面の両側に配置することができ、電池缶の変形時においても、効率よくガスを排出することができる。また、生産性を向上するとともに、コストを低減することが可能となる。
【００７９】
本実施例においては、分割されていない（一連の）正極未塗工部１１０１及び負極未塗工部１１０２をそれぞれ、正極リード及び負極リードとしたが、これに限定されるものではなく、本実施例においても、実施例１のように複数のリード片を用いて正極リード及び負極リードを形成してもよい。
【符号の説明】
【００８０】
１００：非水電解液電池、１０１：電池缶、１０２：捲回群、１０３：負極側封口板、１０４：正極集電板、１０５：負極集電板、１０７：注液栓、１０８：開裂弁、１０９：正極端子、１１０：負極端子、１１１：絶縁カバー、１１２：ガスケット、１１３：ナット、１１４：ガス排出経路、１１５：ガスケット、１１６：正極側封口板、３０１：注液孔、３０２：ガス放出用開口部、３０３：電極用開口部、３０４：電極用開口部、４０１：正極、４０２：負極、４０３：セパレータ、４０４：巻芯、４０５：正極タブ、４０６：負極タブ、４０７：溝、６０１：タブ接合部、６０２：開口部、６０３：集電板凸部、１１０１：正極未塗工部、１１０２：負極未塗工部、１１０３：正極集電板、１１０４：突起部、１１０５：負極集電板、１２０１：板。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極リード及び負極リードを有する扁平形捲回式の電極捲回群と、この電極捲回群に電気的に接続された正極集電板及び負極集電板と、前記電極捲回群、前記正極集電板及び前記負極集電板を内蔵した電池缶とを含み、前記電極捲回群の捲回軸に交わる前記電池缶の両方の端面部に開裂弁を有する二次電池であって、前記正極集電板及び前記負極集電板は、前記捲回軸に交わる位置に配置され、前記正極集電板は、前記正極リードを溶接した正極溶接部と正極開口部とを有し、前記負極集電板は、前記負極リードを溶接した負極溶接部と負極開口部とを有し、前記正極開口部は、前記負極溶接部によって前記負極集電板の側が閉塞している前記電極捲回群の領域に発生するガスを前記正極集電板の側の前記開裂弁を介して前記電池缶の外部に放出する正極側ガス排出経路であり、前記負極開口部は、前記正極溶接部によって前記正極集電板の側が閉塞している前記電極捲回群の領域に発生するガスを前記負極集電板の側の前記開裂弁を介して前記電池缶の外部に放出する負極側ガス排出経路であることを特徴とする非水電解液電池。
【請求項２】
前記電池缶の扁平面に平行な面で前記電池缶を二分割した一方の領域には、前記正極溶接部及び前記負極開口部が設けてあり、前記面で前記電池缶を二分割したもう一方の領域には、前記負極溶接部及び前記正極開口部が設けてあることを特徴とする請求項１記載の非水電解液電池。
【請求項３】
前記正極溶接部は、前記正極集電板の前記正極開口部を設けた平板部に設けてあり、前記負極溶接部は、前記負極集電板の前記負極開口部を設けた平板部に設けてあることを特徴とする請求項２記載の非水電解液電池。
【請求項４】
前記正極溶接部は、前記正極集電板の前記正極開口部を設けた平板部に接合された接合板に設けてあり、前記負極溶接部は、前記負極集電板の前記負極開口部を設けた平板部に接合された接合板に設けてあることを特徴とする請求項２記載の非水電解液電池。
【請求項５】
前記正極リード及び前記負極リードは、前記電極捲回群の前記捲回軸方向の両端部に設けられた複数のリード片であることを特徴とする請求項２〜４のいずれか一項に記載の非水電解液電池。
【請求項６】
前記正極リードは、前記電極捲回群の前記捲回軸方向の一方の端部に設けられた正極未塗工部であり、前記負極リードは、前記電極捲回群の前記捲回軸方向のもう一方の端部に設けられた負極未塗工部であることを特徴とする請求項２〜４のいずれか一項に記載の非水電解液電池。
【請求項１】
正極リード及び負極リードを有する扁平形捲回式の電極捲回群と、この電極捲回群に電気的に接続された正極集電板及び負極集電板と、前記電極捲回群、前記正極集電板及び前記負極集電板を内蔵した電池缶とを含み、前記電極捲回群の捲回軸に交わる前記電池缶の両方の端面部に開裂弁を有する二次電池であって、前記正極集電板及び前記負極集電板は、前記捲回軸に交わる位置に配置され、前記正極集電板は、前記正極リードを溶接した正極溶接部と正極開口部とを有し、前記負極集電板は、前記負極リードを溶接した負極溶接部と負極開口部とを有し、前記正極開口部は、前記負極溶接部によって前記負極集電板の側が閉塞している前記電極捲回群の領域に発生するガスを前記正極集電板の側の前記開裂弁を介して前記電池缶の外部に放出する正極側ガス排出経路であり、前記負極開口部は、前記正極溶接部によって前記正極集電板の側が閉塞している前記電極捲回群の領域に発生するガスを前記負極集電板の側の前記開裂弁を介して前記電池缶の外部に放出する負極側ガス排出経路であることを特徴とする非水電解液電池。
【請求項２】
前記電池缶の扁平面に平行な面で前記電池缶を二分割した一方の領域には、前記正極溶接部及び前記負極開口部が設けてあり、前記面で前記電池缶を二分割したもう一方の領域には、前記負極溶接部及び前記正極開口部が設けてあることを特徴とする請求項１記載の非水電解液電池。
【請求項３】
前記正極溶接部は、前記正極集電板の前記正極開口部を設けた平板部に設けてあり、前記負極溶接部は、前記負極集電板の前記負極開口部を設けた平板部に設けてあることを特徴とする請求項２記載の非水電解液電池。
【請求項４】
前記正極溶接部は、前記正極集電板の前記正極開口部を設けた平板部に接合された接合板に設けてあり、前記負極溶接部は、前記負極集電板の前記負極開口部を設けた平板部に接合された接合板に設けてあることを特徴とする請求項２記載の非水電解液電池。
【請求項５】
前記正極リード及び前記負極リードは、前記電極捲回群の前記捲回軸方向の両端部に設けられた複数のリード片であることを特徴とする請求項２〜４のいずれか一項に記載の非水電解液電池。
【請求項６】
前記正極リードは、前記電極捲回群の前記捲回軸方向の一方の端部に設けられた正極未塗工部であり、前記負極リードは、前記電極捲回群の前記捲回軸方向のもう一方の端部に設けられた負極未塗工部であることを特徴とする請求項２〜４のいずれか一項に記載の非水電解液電池。
【図１】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図７Ｃ】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図９】
【図１０】
【図１１Ａ】
【図１１Ｂ】
【図１２Ａ】
【図１２Ｂ】
【図１２Ｃ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図７Ｃ】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図９】
【図１０】
【図１１Ａ】
【図１１Ｂ】
【図１２Ａ】
【図１２Ｂ】
【図１２Ｃ】
【公開番号】特開２０１２−１６９２０９（Ｐ２０１２−１６９２０９Ａ）
【公開日】平成２４年９月６日（２０１２．９．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−３０９１４（Ｐ２０１１−３０９１４）
【出願日】平成２３年２月１６日（２０１１．２．１６）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成１９年度独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構 次世代自動車用高性能蓄電システム技術開発 要素技術開発 高出力可能な高エネルギー密度型リチウムイオン電池の研究開発委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（５０５０８３９９９）日立ビークルエナジー株式会社 (438)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月６日（２０１２．９．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月１６日（２０１１．２．１６）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成１９年度独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構 次世代自動車用高性能蓄電システム技術開発 要素技術開発 高出力可能な高エネルギー密度型リチウムイオン電池の研究開発委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（５０５０８３９９９）日立ビークルエナジー株式会社 (438)
【Ｆターム（参考）】
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