以下に、本技術の実施の形態について説明する。なお、同一または相当する部分に同一の参照符号を付し、その説明を繰返さない場合がある。
なお、以下に説明する実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本技術の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。また、以下の実施の形態において、各々の構成要素は、特に記載がある場合を除き、本技術にとって必ずしも必須のものではない。また、本技術は、本実施の形態において言及する作用効果を必ずしもすべて奏するものに限定されない。
なお、本明細書において、「備える(comprise)」および「含む(include)」、「有する(have)」の記載は、オープンエンド形式である。すなわち、ある構成を含む場合に、当該構成以外の他の構成を含んでもよいし、含まなくてもよい。
また、本明細書において幾何学的な文言および位置・方向関係を表す文言、たとえば「平行」、「直交」、「斜め45°」、「同軸」、「沿って」などの文言が用いられる場合、それらの文言は、製造誤差ないし若干の変動を許容する。本明細書において「上側」、「下側」などの相対的な位置関係を表す文言が用いられる場合、それらの文言は、1つの状態における相対的な位置関係を示すものとして用いられるものであり、各機構の設置方向(たとえば機構全体を上下反転させる等)により、相対的な位置関係は反転ないし任意の角度に回動し得る。
本明細書において、「二次電池」は、リチウムイオン電池に限定されず、ニッケル水素電池およびナトリウムイオン電池などの他の二次電池を含み得る。本明細書において、「電極」は正極および負極を総称し得る。
なお、図面においては、二次電池が備える電極体の巻回軸に沿う方向をX方向、X方向から見てケースの短手方向をY方向、X方向から見てケースの長手方向をZ方向とする。また、本技術の理解を容易にするため、図面における各構成の寸法は実寸法から変更して示している箇所がある。また、図面においては、ケース本体と封口板との封口板接合部を図示していない場合がある。
また、本願明細書においては、X方向をケース本体の第1開口および第2開口が並ぶ第1の方向、Y方向を一対の第1壁部(第1側面部)の一方における第1板状部分および第2板状部分が並ぶ第3の方向、Z方向を一対の第1壁部(第1側面部)どうしが並ぶ第2の方向とする。
(実施の形態1)
(電池の全体構成)
図1は、本実施の形態に係る二次電池1の正面図である。図2ないし図5は、各々、図1に示す二次電池1を矢印II方向、矢印III方向、矢印IV方向、矢印V方向からみた状態を示す図である。図6は、図1に示す二次電池1の正面断面図である。
二次電池1は、電気自動車(BEV:Battery Electric Vehicle)、プラグインハイブリッド車(PHEV:Plug-in Hybrid Electric Vehicle)、およびハイブリッド車(HEV:Hybrid Electric Vehicle)などに搭載可能である。ただし、二次電池1の用途は、車載用に限定されるものではない。
図1ないし図6に示すように、二次電池1は、ケース100と、電極体200と、電極端子300と、集電体400とを含む。
二次電池1を含む組電池を構成するときは、複数の二次電池1が、それらのY方向に積層される。積層された二次電池1は、拘束部材により積層方向(Y方向)に拘束されて電池モジュールとされてもよいし、拘束部材を用いることなく、電池パックのケースの側面に組電池が直接的に支持されてもよい。
ケース100は、電極体200を収容している。ケース100は、ケース本体110と、第1封口板120と、第2封口板130とを含む。
ケース本体110は、筒状、好ましくは角筒状の部材からなる。これにより、角形の二次電池1が得られる。ケース本体110は、金属製である。具体的には、ケース本体110は、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄または鉄合金などにより構成されている。ケース本体110が鉄または鉄合金で構成されている場合、ケース本体110がニッケル、スズまたは亜鉛などでメッキされていてもよい。
図1,図2に示すように、ケース本体の両端部に第1封口板120および第2封口板130が各々設けられる。ケース本体110は、たとえば、曲げ加工を施した板状部材の端辺どうしを当接させ(図5に例示する接合部115)、互いに接合(たとえばレーザ溶接)することで、角筒状に形成され得る。「角筒状」の角部はR形状を有してもよい。
本実施の形態において、ケース本体110は、二次電池1のX方向において、二次電池1のY方向およびZ方向よりも長く形成される。ケース本体110のX方向の寸法は、好ましくは30cm以上程度である。これにより、比較的大型(高容量)の二次電池1を構成することができる。ケース本体110のZ方向の寸法は、好ましくは20cm以下程度であり、より好ましくは15cm以下程度であり、さらに好ましくは10cm以下程度である。これにより、比較的高さの低い(低ハイト)の二次電池1を構成することができ、たとえば車両への搭載性が向上する。
ケース本体110は、一対の第1側面部111(一対の第1壁部)と、一対の第2側面部112(一対の第2壁部)とを含む。一対の第1側面部111は、第1の方向(X方向)に直交する第2の方向(Z方向)において互いに対向している。一対の第1側面部111は、ケース100の底面部および上面部を構成している。
一対の第2側面部112は、第1の方向(X方向)および第2の方向(Z方向)に直交する第3の方向(Y方向)において互いに対向している。一対の第2側面部112は、ケース100の側面の一部を構成している。
一対の第1側面部111および一対の第2側面部112の各々は、互いに交差するように設けられている。一対の第1側面部111および一対の第2側面部112は、各々の端部において接続されている。本実施の形態のように、一対の第1側面部111の各々の面積は、一対の第2側面部112の各々の面積よりも小さいことが望ましい。
図5に示すように、一対の第1側面部の一方111Aには、接合部115が形成されている。接合部115は、第1開口113から第2開口114まで延びている。すなわち、接合部115は、二次電池1のX方向に延びている。接合部115において、ケース本体110を構成する板状部材の端辺どうしが接合されている。
接合部115の一部には、脆弱部150が設けられている。脆弱部150は、ケース100の内圧が所定値以上となったときに破断し、かつケース100内のガスをケース100外に排出する。接合部115および脆弱部150の詳細については後述する。
図3に示すように、ケース本体110の第1の方向(X方向)における第1の側の端部には、第1開口113が設けられている。第1開口113は、第1封口板120により封口される。第1開口113に封口板接合部125が形成されて、第1開口113が封口される。第1開口113および第1封口板120は、Y方向が短手方向、Z方向が長手方向となる略矩形形状を有する。
第1封口板120上には、負極端子301(第1電極端子)が設けられる。本実施の形態における負極端子301は、第1封口板120のY方向およびZ方向の各々の略中央に位置している。なお、負極端子301の位置は適宜変更され得る。
図4に示すように、ケース本体110の第1の方向(X方向)における第1の側と反対側の第2の側の端部には、第2開口114が設けられている。すなわち、第2開口114は、第1開口113とは反対側の端部に位置する。第2開口114は、第2封口板130により封口される。第2開口114に封口板接合部135が形成されて、第2開口114が封口される。第2開口114および第2封口板130は、Y方向が短手方向、Z方向が長手方向となる略矩形形状を有する。
第2封口板130上には、正極端子302(第2電極端子)と、注液孔134とが設けられる。本実施の形態における正極端子302は、第2封口板130のY方向およびZ方向の各々の略中央に位置している。なお、正極端子302および注液孔134の位置は適宜変更され得る。
第1封口板120および第2封口板130は、金属製である。具体的には、第1封口板120および第2封口板130は、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄または鉄合金などにより構成されている。第1封口板120および第2封口板130が鉄または鉄合金で構成されている場合、第1封口板120および第2封口板130がニッケル、スズまたは亜鉛などでメッキされていてもよい。
負極端子301は、電極体200の負極(第1電極)と電気的に接続される。負極端子301は、第1封口板120、すなわちケース100に取り付けられる。
正極端子302は、電極体200の正極(第2電極)と電気的に接続される。正極端子302は、第2封口板130、すなわちケース100に取り付けられる。
負極端子301は、導電性素材(より具体的には金属)により構成され、たとえば銅または銅合金などにより構成され得る。負極端子301の外側表面部分にアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる部分ないし層を設けてもよい。
正極端子302は、導電性素材(より具体的には金属)により構成され、たとえばアルミニウムまたはアルミニウム合金などにより構成され得る。
注液孔134は、封止部材(図示せず)により封止される。封止部材としては、たとえばブラインドリベットおよびその他の金属部材を用いることができる。
電極体200は、後述する正極板および負極板を有する扁平形状の電極体である。具体的には、電極体200は、図示しない帯状のセパレータを介して帯状の正極板および帯状の負極板がともに巻回された巻回型電極体である。ただし、本明細書において「電極体」は巻回型電極体に限定されず、複数枚の正極板と複数枚の負極板とが交互に積層された積層型電極体であってもよい。帯状のセパレータは、たとえばポリオレフィン性の微多孔膜により構成することができる。電極体が複数の正極板と複数の負極板を含み、各正極板に設けられた正極タブが積層されて正極タブ群を構成してもよく、各負極板に設けられた負極タブが積層されて負極タブ群を構成してもよい。なお、電極体200は、複数の巻回型電極体を含んでもよく、あるいは、複数の積層型電極体を含んでもよい。
図6に示すように、ケース100は、電極体200を収容する。電極体200は、その巻回軸がX方向と平行になるようにケース100内に収容される。
具体的には、ケース100内に配置された図示しない絶縁シートの内側に、単数または複数の巻回型電極体が図示しない電解液(電解質)とともに収容されている。電解液(非水電解液)としては、たとえば、エチレンカーボネート(EC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、およびジエチルカーボネート(DEC)とを、体積比(25℃)30:30:40の割合で混合した非水溶媒に、LiPF6を1.2モル/Lの濃度で溶解させたものを用いることができる。なお、電解液に代えて、固体電解質が用いられてもよい。
電極体200は、本体部(正極板と負極板とがセパレータを介して積層された部分)と、第1電極タブ群220(負極タブ群)と、第2電極タブ群250(正極タブ群)とを含む。
本体部は、後述する負極板210(第1電極)および正極板240(第2電極)により構成されている。第1電極タブ群220は、本体部に対してX方向における第1封口板120側の端部に位置する。第2電極タブ群250は、本体部に対して第1の方向(X方向)における第2封口板130側の端部に位置する。
第1電極タブ群220および第2電極タブ群250は、電極体200の中央部分から各々第1封口板120または第2封口板130に向かって突出するように形成される。
集電体400は、負極集電体400Aと正極集電体400Bとを含む。負極集電体400Aおよび正極集電体400Bは、各々板状部材からなる。電極体200は、集電体400を介して負極端子301および正極端子302と電気的に接続される。
負極集電体400Aは、樹脂製の絶縁部材を介して、第1封口板120上に配置されている。負極集電体400Aは、第1電極タブ群220および負極端子301と電気的に接続される。負極集電体400Aは、導電性素材(より具体的には金属)により構成され、たとえば銅または銅合金などにより構成され得る。
正極集電体400Bは、樹脂製の絶縁部材を介して、第2封口板130上に配置されている。正極集電体400Bは、第2電極タブ群250および正極端子302と電気的に接続される。正極集電体400Bは、導電性素材(より具体的には金属)により構成され、たとえばアルミニウムまたはアルミニウム合金などにより構成され得る。なお、第2電極タブ群250を直接、または正極集電体400Bを介して第2封口板130に電気的に接続してもよい。この場合、第2封口板130が正極端子302の役割を果たしてもよい。
(電極体200の構成)
図7は、負極板210が成形される前の負極原板210Sを示す正面図であり、図8は、図7に示す負極原板210SのVIII-VIII断面図であり、図9は、負極原板210Sから形成された負極板210を示す正面図である。
負極板210は、負極原板210Sを加工することにより製造される。図7および図8に示すように、負極原板210Sは、負極芯体211と、負極活物質層212とを含む。負極芯体211は、銅箔または銅合金箔である。
負極芯体211には、両面の一方側の端部を除いて負極活物質層212が形成されている。負極活物質層212は、負極活物質層スラリーをダイコータによって塗布することにより形成される。
負極活物質層スラリーは、負極活物質としての黒鉛、結着材としてのスチレンブタジエンゴム(SBR)及びカルボキシメチルセルロース(CMC)、および、分散媒としての水を、黒鉛:SBR:CMCの質量比が約98:1:1となるように混練することによって作製される。
負極活物質層スラリーが塗布された負極芯体211を乾燥させ、負極活物質層スラリーに含まれる水を除去することにより、負極活物質層212が形成される。さらに、負極活物質層212を圧縮することにより、負極芯体211および負極活物質層212を含む負極原板210Sが形成される。負極原板210Sを所定の形状に切断することにより、負極板210が成形される。負極原板210Sは、エネルギー線の照射によるレーザ加工、金型加工、または、カッター加工などにより切断することができる。
図9に示すように、負極原板210Sから成形された負極板210の幅方向の一方端部には、負極芯体211からなる負極タブ230が複数設けられている。負極板210を巻回したとき、複数の負極タブ230が積層されて第1電極タブ群220となる。これにより、第1電極タブ群220は、負極板210(第1電極)に接続された状態となる。複数の負極タブ230の各々の位置および突出方向の長さは、第1電極タブ群220が負極集電体400Aに接続される状態を考慮して適宜調整される。なお、負極タブ230の形状は図8に例示するものに限定されない。
図10は、正極板240が成形される前の正極原板240Sを示す正面図であり、図11は、図10に示す正極原板240SのXI-XI断面図であり、図12は、正極原板240Sから形成された正極板240を示す正面図である。
第2電極である正極板240は、第1電極である負極板210と異なる極性を有している。正極板240は、正極原板240Sを加工することにより製造される。図10および図11に示すように、正極原板240Sは、正極芯体241と、正極活物質層242と、正極保護層243とを含む。正極芯体241は、アルミニウム箔またはアルミニウム合金箔である。
正極芯体241には、両面の一方側の端部を除いて正極活物質層242が形成されている。正極活物質層242は、正極活物質層スラリーをダイコータによって塗布することにより正極芯体241上に形成される。
正極活物質層スラリーは、正極活物質としてのリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物、結着材としてのポリフッ化ビニリデン(PVdF)、導電材としての炭素材料、および、分散媒としてのN-メチル-2-ピロリドン(NMP)を、リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物:PVdF:炭素材料の質量比が約97.5:1:1.5となるように混練することによって作製される。
正極保護層243は、正極芯体241に接し、正極活物質層242の幅方向の一方側の端部に形成されている。正極保護層243は、正極保護層スラリーをダイコータによって塗布することにより正極芯体241上に形成される。正極保護層243は、正極活物質層242の電気抵抗よりも大きな電気抵抗を有する。
正極保護層スラリーは、アルミナ粉末、導電材としての炭素材料、結着材としてのPVdF、および、分散媒としてのNMPを、アルミナ粉末:炭素材料:PVdFの質量比が約83:3:14となるように混練することによって作製される。
正極活物質層スラリーおよび正極保護層スラリーが塗布された正極芯体241を乾燥させ、正極活物質層スラリーおよび正極保護層スラリーに含まれるNMPを除去することにより、正極活物質層242および正極保護層243が形成される。さらに、正極活物質層242を圧縮することにより、正極芯体241、正極活物質層242および正極保護層243を含む正極原板240Sが形成される。正極原板240Sを所定の形状に切断することにより、正極板240が成形される。正極原板240Sは、エネルギー線の照射によるレーザ加工、金型加工、または、カッター加工などにより切断することができる。
図12に示すように、正極原板240Sから成形された正極板240の幅方向の一方端部には、正極芯体241からなる正極タブ260が複数設けられている。正極板240を巻回したとき、複数の正極タブ260が積層されて第2電極タブ群250となる。これにより、第2電極タブ群250は、正極板240(第2電極)に接続された状態となる。複数の正極タブ260の各々の位置および突出方向の長さは、第2電極タブ群250が正極集電体400Bに接続される状態を考慮して適宜調整される。なお、正極タブ260の形状は図12に例示するものに限定されない。
複数の正極タブ260の各々の根元には、正極保護層243が設けられている。正極タブ260の根元に必ずしも正極保護層243が設けられていなくてもよい。
典型的な例では、負極タブ230(1枚)の厚みは、正極タブ260(1枚)の厚みよりも小さい。この場合、第1電極タブ群220の厚みは、第2電極タブ群250の厚みよりも小さい。
(ケース本体110の作製)
図13は、ケース本体を構成する板状部材を示す図である。図14は、図13に示す板状部材を折り曲げた状態を示す図である。
図13に示すように、ケース本体110は、1枚の板状部材を折り曲げることによって構成される。板状部材11は、折り曲げ部12に沿って折り曲げられる。これにより、図14に示すように、一対の第1側面部111を有する筒形状が構成される。ここで、折り曲げ部12に平行な2つの端辺13が突き合わされた部分が接合部115となる。なお、2つの端辺13の近傍を、板状部材11の厚み方向にそれぞれ重ね合わせて接合してもよい。
(接合部115および脆弱部150の構造)
図15は、ケース本体における脆弱部の配置を示す斜視図である。図16は、図15に示すケース本体のXVI-XVI断面図である。
図15および図16に示すように、一対の第1側面部の一方111Aに接合部115が設けられる。接合部115は、ケース本体110の板状部材が溶融した後、凝固した部分である。
接合部115は、たとえばレーザ照射により形成される。なお、接合部115は、レーザ照射による形成方法に限定されず、アーク溶接などの他の高エネルギー線を用いて形成されてもよいし、ケース本体110の板状部材に電圧を印加した際の伝熱を用いた抵抗溶接などであってもよい。
接合部115は、第1接合部116と、第2接合部117と、脆弱部150とを含む。脆弱部150は、第1の方向(X方向)において、第1接合部116および第2接合部117に挟まれて位置している。
脆弱部150は、接合部115のうちの2か所以下に設けられることが好ましい。脆弱部150は、接合部115のうちの1か所に設けられることがより好ましい。本実施の形態においては、脆弱部150は、接合部115のうちの1か所に設けられている。
ケース100内にガスが発生した場合、一対の第1側面部の一方111Aにおける第1の方向(X方向)の中央部は、ケース100において最も変形しやすい部分である。中央部とは、一対の第1側面部の一方111AにおけるX方向の中央の1点だけでなく、当該中央の周辺を含む範囲である。脆弱部150は、第1の方向(X方向)において、一対の第1側面部の一方111Aにおける中央部に配置されている。
図15に示すように、脆弱部150は、第1の方向(X方向)における第1接合部116の長さL1と第2接合部117の長さL2との比率が、L1/L2=0.8~1.2の関係となるように配置されることが好ましい。
第1の方向(X方向)において、脆弱部150の長さは、接合部115の長さの1/3以下であることが好ましい。これにより、ケース100の内部にガスが発生した場合に、脆弱部150にガスの圧力を集中させやすくすることができる。
図17は、図16に示すケース本体のXVII-XVII断面図である。図18は、図16に示すケース本体のXVIII-XVIII断面図である。
一対の第1側面部の一方111Aは、第1板状部分118および第2板状部分119を有している。本実施の形態における第1板状部分118および第2板状部分119の第2の方向(Z方向)における厚みは、接合部115が形成される位置と他の位置とにおいて略同じである。具体的には、第1板状部分118および第2板状部分119の第2の方向(Z方向)における厚みは、接合部115が形成される位置と他の位置とにおいて0.9以上1.1以下の厚みの比率である。
第1板状部分118および第2板状部分119は、接合部115において互いに接合される。本実施の形態における第1板状部分118および第2板状部分119は、第1の方向(X方向)および第2の方向(Z方向)に直交する第3の方向(Y方向)において対向している。第1板状部分118および第2板状部分119は、接合部115において互いに突き合わせ接合(本実施の形態においては突き合わせ溶接)されている。なお、第1板状部分118および第2板状部分119が突き合わせ溶接される際には、互いの間に隙間があいていてもよい。
脆弱部150は、第2の方向(Z方向)における第1板状部分118と第2板状部分119とが当接する領域Rに沿う接合部分である。
接合部115は、脆弱部150において、第2の方向(Z方向)の寸法が脆弱部150以外における寸法よりも小さくなるように形成されている。これにより、接合部115は、脆弱部150において、脆弱部以外(第1接合部116および第2接合部117)よりも第2の方向(Z方向)に浅く(厚みを小さく)形成されている。
本実施の形態における接合部115は、脆弱部150における最大深さが、脆弱部150以外における最大深さよりも浅い。具体的には、脆弱部150における第2の方向(Z方向)の深さD2が、脆弱部150以外である第1接合部116および第2接合部117における第2の方向(Z方向)の深さD1よりも小さくなるように形成されている。
脆弱部150における接合部115の深さD2は、脆弱部150以外である第1接合部116および第2接合部117における接合部115の深さD1に対して、90%以下であることが好ましく、80%以下であることがより好ましい。また、深さD2は、深さD1に対して、30%以上であることが好ましく、40%以上であることがより好ましい。
接合部115の形成に高エネルギー線であるレーザ溶接を用いた場合、レーザの軌道、速度または出力を調整することによって、接合部115の深さを変化させることができる。
脆弱部150のように接合深さが浅い部分を接合部115の一部に形成することによって、第1板状部分118および第2板状部分119の接合強度が弱い部分を形成することができる。これにより、ケース100の内部にガスが発生した場合、脆弱部150は、ケース100の内圧が所定値以上となったときに破断し、かつケース100内のガスをケース100外に排出する。
本技術の実施の形態1に係る二次電池1においては、ケース本体110を接合する接合部115の一部に脆弱部150を設ける。接合部115の一部に脆弱部150を形成することによって、接合部の形成とは別に溝などの脆弱部を設ける場合と比較して、接合部115と脆弱部150とを同じ工程で形成することができるため、加工工程を削減して効率的に脆弱部150を設けることができる。その結果、接合部115の一部に脆弱部150を形成して効率的に二次電池1を製造でき、脆弱部150がガス排出の役割をして電池の信頼性が高い二次電池1を提供することができる。
本技術の実施の形態1に係る二次電池1においては、ケース100内にガスが発生した場合に、複数の二次電池1が積層されて互いに隣接する第2側面部112(第2壁部)側ではなく、第2側面部112より面積が小さい第1側面部111(第1壁部)側に脆弱部150を設けることによって、発生したガスが隣接する二次電池1に干渉することなく、ガスを外部に排出しやすくすることができる。
本技術の実施の形態1に係る二次電池1においては、突き合わせ接合(突き合わせ溶接)によって接合部115が形成される場合、脆弱部150における第2の方向(Z方向)の接合部115の深さD2が脆弱部150以外における接合部115の深さD1よりも浅くなるように形成されることによって、脆弱部150以外に対して脆弱部150を優先的に破断させることができる。
本技術の実施の形態1に係る二次電池1においては、ケース100の内圧が上昇した場合、ケース100において最も変形しやすい部分である第1側面部111の第1の方向(X方向)の中央部に脆弱部150を配置することによって、脆弱部150を破断させやすくすることができる。なお、脆弱部150の少なくとも一部が、一対の第1側面部の一方111AにおけるX方向の中心上に配置されることが好ましい。
本技術の実施の形態1に係る二次電池1においては、脆弱部150を含む接合部115を形成する第1板状部分118および第2板状部分119を突き合わせ接合(突き合わせ溶接)することによって、第1板状部分118および第2板状部分119の当接面の平面精度にかかわらず、また互いの間に隙間があいている場合でも、脆弱部150を含む接合部115を形成することができる。
以下、実施の形態2~9に係る二次電池について説明する。これらの実施の形態に係る二次電池は、ケース本体の接合部の構成が本技術の実施の形態1に係る二次電池1と異なるため、本技術の実施の形態1に係る二次電池1と同様である構成については説明を繰り返さない。
(実施の形態2)
図19は、実施の形態2に係る二次電池の脆弱部の構成を示す断面図である。図19に示すように、実施の形態2における二次電池は、ケース本体110Aを含む。
ケース本体110Aには、第1板状部分118Aおよび第2板状部分119Aを接合する接合部115Aが設けられている。接合部115Aの一部には、脆弱部150Aが形成されている。
本実施の形態におけるケース本体110Aは、脆弱部150Aにおいて凹部155Aを有する。凹部155Aは、ケース本体110の内側に面している。
凹部155Aは、第1板状部分118Aおよび第2板状部分119Aの両方に面取部分を設けることによって形成されている。なお、凹部155Aは、第1板状部分118Aおよび第2板状部分119Aの一方に面取部分を設けることによって形成されていてもよい。第2の方向(Z方向)における凹部155Aの深さは、例えば、第1板状部分118Aおよび第2板状部分119Aの厚みの1/3以上1/2以下であることが好ましい。凹部155Aが形成されることによって、脆弱部150Aにおけるケース本体110Aの第2の方向(Z方向)の板厚は、ケース本体110Aの他の部分と比較して薄くなる。
脆弱部150Aは、第2の方向(Z方向)における、凹部155Aの最大深さの位置から第2の方向(Z方向)に沿うケース本体110Aの外表面までの接合部分である。凹部155Aが形成されることによって、脆弱部150Aにおける接合部115Aの第2の方向(Z方向)の深さD3は、脆弱部150A以外における接合部115Aの第2の方向(Z方向)の深さよりも浅い。これにより、第1板状部分118および第2板状部分119の接合強度が弱い部分を形成することができる。
本技術の実施の形態2に係る二次電池においては、脆弱部150Aにおいて、ケース本体110Aの内側に凹部155Aを設けることによって、脆弱部150Aの深さD3を制御しやすくすることができる。
本技術の実施の形態2に係る二次電池においては、脆弱部150Aを形成する際、レーザの照射条件を脆弱部150A以外よりも弱めるなどの調整をすることがないため、ケース本体110Aを製作しやすく、歩留まりを向上させることができる。
(実施の形態3)
図20は、実施の形態3に係る二次電池の構成を示す上面図である。図21は、実施の形態3に係る二次電池の脆弱部の構成を示す断面図である。
図20および図21に示すように、実施の形態3における二次電池1Bは、ケース本体110Bを含む。
ケース本体110Bには、第1板状部分118Bおよび第2板状部分119Bを接合する接合部115Bが設けられている。接合部115Bの一部には、脆弱部150Bが形成されている。脆弱部150Bは、脆弱部150B以外の第1接合部116Bおよび第2接合部117Bと連続している。
第1の方向(X方向)から見て、すなわち、第1の方向(X方向)に対して垂直な断面において、脆弱部150Bおよび脆弱部150B以外の各々における接合部115Bの中心は、第3の方向(Y方向)において互いにずれて配置されている。
具体的には、脆弱部150Bにおける接合部115Bの中心Cは、第1板状部分118Bおよび第2板状部分119Bの当接位置からY方向にずれている。一方、脆弱部150B以外の第1接合部116Bおよび第2接合部117Bの中心は、第1板状部分118Bおよび第2板状部分119Bの当接位置からずれていない。なお、脆弱部150B以外における第1接合部116Bおよび第2接合部117Bの中心は、脆弱部150Bにおける接合部115Bの中心Cよりも少ない程度で第1板状部分118Bおよび第2板状部分119Bの当接位置からずれていてもよい。なお、接合部115Bの中心Cおよび第2接合部117Bの中心は、それぞれ接合部において深さが最も深い部分(厚みが厚い部分)である。
脆弱部150Bにおける接合部115Bの中心Cは、第3の方向(Y方向)において、ケース本体110Bの外表面における接合部115Bの幅寸法の1/3以上ずれている。
第2の方向(Z方向)における接合部115Bの最大深さD4は、脆弱部150Bならびに脆弱部150B以外における第1接合部116Bおよび第2接合部117Bにおいて略同じである。第2の方向(Z方向)において、接合部115Bのうちの脆弱部150Bを構成する接合部分の深さD5は、最大深さD4よりも浅い。深さD5は、最大深さD4に対して、50%以上80%以下の比率であることが好ましい。
脆弱部150Bは、たとえば接合部115Bを形成するレーザの軌道を脆弱部150B以外に対して第3の方向(Y方向)にずらすことによって形成される。
本技術の実施の形態3に係る二次電池1Bにおいては、脆弱部150Bおよび脆弱部150B以外の各々における接合部115Bの中心を第1板状部分118Bおよび第2板状部分119Bを突き合わせる第3の方向(Y方向)においてずらして配置する。これにより、脆弱部150Bを形成する際、レーザの照射条件を脆弱部150B以外よりも弱めるなどの調整をすることがないため、ケース本体110Bを製作しやすく、歩留まりを向上させることができる。
伝熱を利用した抵抗溶接により接合部115Bを形成する場合、接合部115Bの接合深さが浅くなると、未接合部分が発生するなどの不具合が発生する。本技術の実施の形態3に係る二次電池1Bにおいては、接合部115B全体を浅く接合する場合に、脆弱部150Bおよび脆弱部150B以外において熱発生箇所の位置をずらすのみで、接合条件を変更する必要がないため、接合部115Bにおける未接合部分の発生を抑制しつつ脆弱部150Bを形成することができる。
(実施の形態4)
図22は、実施の形態4に係る二次電池の構成を示す斜視図である。図23は、実施の形態4に係る二次電池の構成を示す正面図である。なお、図22および図23において、集電体、封口板と集電体との間に配置される絶縁部材等の図示は省略しているが、実施の形態1と同様の構成とすることができる。
図22および図23に示すように、本実施の形態の二次電池1Cのケース100Cにおける接合部115Cには、脆弱部150Cが設けられている。脆弱部150Cは、第1脆弱部151Cと、第2脆弱部152Cとを有する。
第1脆弱部151Cは、第1封口板120側の端部近傍に位置している。第2脆弱部152Cは、第1脆弱部151Cから離間し、第2封口板130側の端部近傍に位置している。第1脆弱部151Cおよび第2脆弱部152Cは、中央接合部116Cを間に挟んでいる。なお、第1脆弱部151Cの少なくとも一部が、電極体200の本体部の第1封口板120の端部と第1封口板120との間の領域に重なるように配置されることが好ましい。また、第2脆弱部152Cの少なくとも一部が、電極体200の本体部の第2封口板130の端部と、第2封口板130との間の領域に重なるように配置されることが好ましい。これにより、電極体200内で発生したガスが、各封口板と電極体200との間のスペースを通じて、各脆弱部に到達しやすくなり、各脆弱部が安定的に破断する。
第1脆弱部151Cは、第1封口板120側の端部から離間していることが望ましい。第2脆弱部152Cは、第2封口板130側の端部から離間していることが望ましい。第1脆弱部151Cあるいは第2脆弱部152Cが破断した場合に、第1封口板120とケース本体110の間の接合部あるいは第2封口板130とケース本体110の間の接合部が連鎖的に破断し、意図しない部分からガスが排出されることを抑制することができる。
例えば、第1脆弱部151Cおよび第2脆弱部152Cの各々のX方向の長さは、ケース100のX方向の長さに対して、1/20~1/4程度が好ましい。また、例えば、ケース100のX方向の長さが20cm以上の場合、第1脆弱部151Cおよび第2脆弱部152Cの各々は、第1の方向の長さが1cm以上であることが好ましく、2cm以上であることが好ましい。なお、特に限定されないが、第1脆弱部151Cおよび第2脆弱部152Cの各々は、第1の方向の長さが5cm以下であることが好ましく、4cm以下であることがより好ましい。
第2電極タブ群250のZ方向における高さH2は、電極体200のZ方向における高さH1に対して、1/2以下であることが好ましい。これにより、ケース100内における第2電極タブ群250が配置される部分に空間Sを確保しやすくすることができる。なお、高さH2は、第2電極タブ群250において最も高さが大きい部分とする。
Z方向において、第2脆弱部152Cと第2電極タブ群250とが並ぶように第2脆弱部152Cを設ける。これにより、第2電極タブ群250周辺の空間Sに隣接するように第2脆弱部152Cを設けることができる。なお、図22および図23においては、第2脆弱部152C側の構成について例示したが、第1脆弱部151C側においても第2脆弱部152Cと同様の構成をとり得る。
本技術の実施の形態4に係る二次電池1Cにおいては、接合部115Cに第1脆弱部151Cおよび第2脆弱部152Cの2か所の脆弱部150を設けることによって、脆弱部を接合部の1か所に設ける場合と比較して、ケース100の内部のガスを分散させて、隣接する二次電池に対して圧力の高いガスが噴き付けられることを抑制することができる。
本技術の実施の形態4に係る二次電池においては、電極体200が電極タブ群を有する構成において、電極タブ群の周辺に脆弱部150Cを設けることによって、電極タブ群の周辺にある空間Sをガス排出経路とすることによって、ガス排出経路を確保しやすくすることができる。
(実施の形態5)
図24は、実施の形態5に係る二次電池の脆弱部の構成を示す断面図である。図24に示すように、ケース本体110Dにおける第1板状部分118Dおよび第2板状部分119Dの各々は、当接させる面形状が凹凸形状を有している。第1板状部分118Dおよび第2板状部分119Dを突き合わせ接合(突き合わせ溶接)する際、凹凸形状どうしを噛み合わせる。凹凸形状の噛み合わせによって、第1板状部分118Dおよび第2板状部分119Dどうしの位置決めがしやすい。
本技術の実施の形態5に係る二次電池においても、脆弱部150Dの接合部115Dが脆弱部150D以外の接合部115Dより第2の方向(Z方向)に浅いことによって、脆弱部150Dを優先的に破断させることができる。
(実施の形態6)
図25は、実施の形態6に係る二次電池が備えるケース本体の構成を示す上面図である。図26は、図25に示すケース本体のXXVI-XXVI断面図である。
図25および図26に示すように、本実施の形態におけるケース本体110Eは、第1板状部分118Eと、第2板状部分119Eとを含む。第1板状部分118Eおよび第2板状部分119Eの各々の一部どうしが第2の方向(Z方向)において対向している。
第1板状部分118Eおよび第2板状部分119Eは、接合部115Eにおいて貫通溶接されている。接合部115Eは、第2の方向(Z方向)において、第2板状部分119Eの外表面から第2板状部分119Eを貫通して、第1板状部分118Eまで到達するように形成されている。
脆弱部150Eは、第3の方向(Y方向)における第1板状部分118Eと第2板状部分119Eとが対向する領域Rに沿う接合部分である。
接合部115Eは、脆弱部150Eにおいて、第3の方向(Y方向)の幅寸法W1が脆弱部150E以外の第1接合部116Eおよび第2接合部117Eにおける幅寸法よりも小さくなるように形成されている。また、本実施の形態においては、第1の方向(X方向)から見て、脆弱部150Eにおける接合部115Eの第2の方向(Z方向)の接合深さが、脆弱部150E以外における接合部115Eの第2の方向(Z方向)の接合深さより浅い。
本技術の実施の形態6に係る二次電池においては、貫通溶接によって接合部115Eが形成される場合、脆弱部150Eにおける第3の方向(Y方向)の接合部115Eの幅寸法W1が脆弱部150E以外における第3の方向(Y方向)の接合部115Eの幅寸法よりも浅くなるように形成されることによって、脆弱部150を優先的に破断させることができる。
(実施の形態7)
図27は、実施の形態7に係る二次電池の脆弱部の構成を示す断面図である。図27に示すように、ケース本体110Fにおける第1板状部分118Fおよび第2板状部分119Fの各々は、当接させる面形状が凹凸形状を有している。第1板状部分118Fおよび第2板状部分119Fを貫通溶接する際、凹凸形状どうしを噛み合わせる。凹凸形状の噛み合わせによって、第1板状部分118Fおよび第2板状部分119Fどうしの位置決めがしやすい。
接合部115Fは、脆弱部150Fにおいて、第3の方向(Y方向)の幅寸法W2が脆弱部150F以外における接合部115Fの幅寸法よりも小さくなるように形成されている。
本技術の実施の形態7に係る二次電池においても、脆弱部150Fの接合部115Fが脆弱部150F以外より第3の方向(Y方向)に幅が狭いことによって、脆弱部150Fを優先的に破断させることができる。
(実施の形態8)
図28は、実施の形態8に係る二次電池が備えるケース本体の構成を示す上面図である。図29は、図28に示すケース本体のXXIX-XXIX断面図である。
図28および図29に示すように、ケース本体110Gにおける第1板状部分118Gおよび第2板状部分119Gの各々が第2の方向(Z方向)において対向している。
第1板状部分118Gおよび第2板状部分119Gは、接合部115Gにおいて隅肉溶接されている。接合部115Gは、第2板状部分119Gの端辺部分と第1板状部分118Gの外表面とを繋ぐように形成されている。
接合部115Gは、脆弱部150Gにおいて、第3の方向(Y方向)の幅寸法W3が脆弱部150G以外の第1接合部116Gおよび第2接合部117Gにおける幅寸法よりも小さくなるように形成されている。
(実施の形態9)
図30は、実施の形態9に係る二次電池の脆弱部の構成を示す断面図である。図30に示すように、ケース本体110Hにおいて、第1板状部分118Hおよび第2板状部分119Hが接合部115Hによって隅肉溶接される。
接合部115Hは、外表面側の部分が凹んで形成されている。本実施の形態の脆弱部150Hにおいて、第3の方向(Y方向)から傾斜した方向における脆弱部150Hの外表面部分P1と他端P2との最短距離により規定される幅寸法W4が脆弱部150H以外の第1接合部116Hおよび第2接合部117Hにおける幅寸法よりも小さくなるように形成されている。
本技術の実施の形態8および実施の形態9に係る二次電池においては、隅肉溶接によって接合部が形成される場合、脆弱部における接合部の幅寸法W3,W4が脆弱部以外における接合部の幅寸法よりも狭くなるように形成されることによって、脆弱部を優先的に破断させることができる。
以上、本技術の実施の形態について説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本技術の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。