CN103378340B - 蓄电元件 - Google Patents

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Abstract

提供一种蓄电元件，其采用使用多个导通部件使发电器件的极和外部端子导通连接的构造，并且尽可能消除导通部件彼此之间的连接部位的发热的顾虑。蓄电元件具有：发电器件(1)，其收容于壳体(4)；正负的集电体(2、3)，其与发电器件(1)的正以及负的电极(7、8)分别导通；以及正负的外部端子(5、6)，其配置于壳体(4)中的盖壳体部(4A)的壳体外侧面(18)并与正负的集电体(2、3)分别导通，其中，正的外部端子(5)和正的集电体(2)使用内外贯通盖壳体部(4A)而被止动固定的铝制铆钉(13)而被导通连接，并且铆钉(13)的壳体内部侧部分(13c)和正的集电体(2)通过基于铝焊料(y)的软钎焊被导通连接。

Description

蓄电元件
技术领域
本发明涉及一种锂离子二次电池等的蓄电元件，详细地说，涉及的该蓄电元件具有：发电器件，其收容于壳体中；集电体，其与发电器件的正电极以及负电极的至少一方导通；以及外部端子，其配置于壳体的壳体外侧面并与集电体导通。
背景技术
作为这种蓄电元件，公知在专利文献1中公开的非水电解质二次电池(锂离子二次电池)。发电器件(1)是将正负的极板和绝缘用的隔板卷绕成涡旋状而成的。该蓄电元件中的正负电极的取出采用这样一种构造：与发电器件(1)的正以及负的各极导通连接的正负的集电连接体(2)和正负的外部端子(端子螺栓：9)经铆钉(rivet)(7)和端子台(8)被导通连接。
在这样的电极取出构造中，金属制的端子台(8)有力地支承外部端子(9)并作为导通部件而起作用。并且，端子台(8)和集电连接体(2)使用铆钉(7)被导通连接，该铆钉(7)可作为将端子台(8)和集电连接体(2)止动固定到盖板(4)上的手段而起作用。
(现有技术文献)
(专利文献)
专利文献1：日本特开2010-232187
在具有上述那样的构成的蓄电元件中，通常，由于导通部件彼此之间通过铆钉的铆接(加固)或压入等的压接被导通连接，所以因振动或材料蠕变(creep)等，伴随于老化存在接触电阻变化的可能性。此外，一般地说，在电池中，在因外部短路等而连续地流通大电流的情况下，担心发热。
在此情况下，在具有使用多个导通部件将发电器件和外部端子导通连接的结构的蓄电元件中，接触电阻可能变化的导通部件彼此之间的连接部位(例如，铆钉和集电连接体)容易发热。这样的话，温度升降引起的接触电阻的增减幅度增加，引起进一步的接触电阻的变化和发热的增大，从而预测出根据情况导通部件发展为因发热而熔化的不良现象。
发明内容
本发明的目的在于提供一种蓄电元件，其虽然采用的是使用多个导通部件使发电器件的极和外部端子导通连接的构造，但尽可能消除了导通部件彼此之间的连接部位的发热的顾虑。
技术方案1的发明为一种蓄电元件，其具有：发电器件1，其收容于壳体4；集电体2、3，其与所述发电器件1的正以及负的电极7、8的至少一方导通；以及外部端子5、6，其配置于所述壳体4的壳体外侧面18并与所述集电体2、3导通，其特征在于，所述外部端子5、6和所述集电体2、3使用内外贯通所述壳体4并被止动固定的导通件制的铆钉13而被导通连接，并且所述铆钉13的壳体内部侧部分13c和所述集电体2、3被软钎焊连接。
技术方案2的发明的特征在于，在技术方案1所述的蓄电元件中，所述铆钉13以及所述集电体2、3为铝或者铝合金制，并且，所述铆钉13的壳体内部侧部分13c和所述集电体2、3通过铝焊料y被软钎焊连接。
技术方案3的发明的特征在于，在技术方案1或者2所述的蓄电元件中，所述壳体4为金属制，并且在所述铆钉13和所述壳体4之间安装有树脂制的密封部件17。
技术方案4的发明为一种蓄电元件，其具有：发电器件1，其收容于壳体4；集电体2、3，其与所述发电器件1的正以及负的电极7、8的至少一方导通；以及外部端子5、6，其配置于所述壳体4的壳体外侧面18并与所述集电体2、3导通，其特征在于，配置于所述壳体外侧面18的连接导体15和所述集电体2、3使用内外贯通所述壳体4并被止动固定的导通件制的铆钉13而被导通连接，并且，在所述连接导体15上所述外部端子5、6以导通连接状态被支承，并且所述铆钉13的壳体外部侧部分13a和所述连接导体15被软钎焊连接。
技术方案5的发明的特征在于，在技术方案4所述的发电器件中，所述铆钉13以及所述连接导体15为铝或者铝合金制，并且，所述铆钉13的壳体外部侧部分13a和所述连接导体15通过铝焊料y软钎焊连接。
技术方案6的发明的特征在于，在技术方案4或者5所述的蓄电元件中，所述壳体4为金属制，并且在所述铆钉13和所述壳体4之间安装有树脂制的密封部件17，且所述密封部件17为包围所述铆钉13的壳体外侧部分13a的周围的至少一部分的形状。
(发明效果)
在采用由多个导通部件将发电器件的极和外部端子导通连接的构造的蓄电元件中，集电体和铆钉的导通部、铆钉和连接导体的导通部、连接导体和外部端子的导通部分别通过压接而被导通。因此，因老化引起的材料蠕变或从外部施加的振动(行驶振动等)，存在引起各导通部的压接松开，接触电阻增加或者增减变化，或者摇晃这样的连接不良的可能性。当产生该接触不良时如果流通大电流，则导通部发热，可能产生变成高温或者导通部件熔化的不良现象。
因此，在本发明的蓄电元件中，由于使铆钉的壳体内部侧部分和集电体的导通部通过软钎焊连接，所以导通部通过一体化被导通，因此消除了因产生振动或材料蠕变而引起接触不良、接触电阻增加或者容易发热的情况。由此，可以提供一种蓄电元件，其即使由于某种原因而流通大电流，也不存在从被软钎焊连接的导通部发热的情况，耐久性、可靠性好。其结果是，可以提供一种蓄电元件，其虽然采用由多个导通部件来导通连接发电器件的极和外部端子的构造，但尽可能地消除了导通部件彼此之间的连接部位的发热的顾虑。
并且，在设铆钉或集电体、连接导体为铝或者铝合金制的情况下，通过焊料为铝制的铝钎焊连接，可以使一般很难进行软钎焊的铝或者铝合金件彼此之间被很好地软钎焊而导通连接。
除此之外，还具有以下的优点，由于铝焊料具有的低熔点，在因某种原因而发电器件等发热而变得高温的情况下，铝焊料熔化且导通被切断，可以作为保险丝起作用而将持续通电引起的进一步的发热防患于未然。
附图说明
图1是作为蓄电元件的一例的锂离子二次电池的分解立体图；
图2是第一导通部通过铝焊料被软钎焊的导通连接部的放大剖面图(实施方式1)；
图3是第二导通部通过铝焊料被软钎焊的导通连接部的放大剖面图(实施方式2)。
图中
1-发电器件；
2-正的集电体；
3-负的集电体；
4-壳体；
4A-盖壳体部；
5-正的外部端子；
6-负的外部端子；
7-正的电极；
7A-活性物质层未形成部；
8-负的电极；
8A-活性物质层未形成部；
9-隔板；
13-铆钉；
13a-壳体外部侧部分；
13c-壳体内部侧部分；
15-连接导体(导通板)；
17-密封部件(外部垫圈)；
18-壳体外侧面；
y-铝焊料；
A-蓄电元件(锂离子二次电池)。
具体实施方式
以下，对于将本发明的蓄电元件的实施方式应用于代表非水电解质二次电池的锂离子二次电池的情况，参照附图进行说明。以下，关于一对集电体2、3及其构造，基本上只对一方(正极侧)说明，在另一方(负极侧)标注对应的符号，进行其说明。
(实施方式1)
在图1中表示实施方式1的锂离子二次电池A的分解立体图。该锂离子二次电池A构成为在收容发电器件1、电解质(省略图示)等的电池壳体4的上表面设置正负的外部端子5、6而成的扁平的纵向方型的结构。电池壳体4为无盖箱状，通过将铝合金制的主体壳体4B和由铝或者铝合金的板材形成的盖壳体部4A通过激光焊接等焊接一体化而构成。并且，省略图示，但是，在发电器件1以及一对集电体2、3等和电池壳体4之间，配置有收容发电器件1以及各集电体2、3等的合成树脂制袋状体等绝缘件。
呈圆角长方形的发电器件1如图1所示，形成为将正以及负的各极板(极箔)7、8和在两者7、8间设置的绝缘材料即两片隔板9卷绕成涡旋状且在涡旋轴心P方向观察时呈圆角长方形的结构。正极板7在带状的铝箔制的基材上形成有正极活性物质层，在长度方向(左右方向)的一端部形成有没有正极活性物质层的正极的活性物质层未形成部7A。负极板8在带状的铜箔制的基材上形成有负极活性物质层，在长度方向(左右方向)的一端部形成有没有负极活性物质层的负极的活性物质层未形成部8A。在4片层叠体构造的发电器件1中，正极板7和负极板8在涡旋轴心P方向上以在互相不同的方向错开的状态被交替层叠。
作为正极活性物质，可以为吸附以及放出锂离子的公知的材料，例如，可以使用：具有LiCoO2或所述Co的一部分被Ni、Mn或其他过渡金属或者硼置换了的α-NaFeO2构造的含锂过渡金属氧化物；具有以LiMn2O4为代表的尖晶石型结晶构造的化合物；LiFePO4、LiFeSO4或者所述Fe的一部分由Co、Mn等置换了的聚阴离子(polyanion)型化合物等。
铝或者铝合金制的正极的集电体2和铜或者铜合金制的负极的集电体3互相具有相同构造，以正极的集电体2来说明。即，如图1所示那样，正极的集电体2被构成为弯曲板状，且具有：横板部10，其卡止于盖壳体部4A；纵板部11，其从横板部10的端部折曲并垂下；以及一对集电板部12、12，它们从纵板部11的下部两腋在向内弯曲90度的状态下向下方呈带状延伸。
横板部10在其内侧端部形成有孔10a，使用(经)插通该孔10a的铆钉13等将横板部10与正极的外部端子5导通连接。在各集电板部12上，使用金属材料制的夹子14将多个正极的活性物质层未形成部7A导通接合。具体地说，将多个活性物质层未形成部7A中的上下延伸的部分捆成束并夹入夹子14，将夹入了多个活性物质层未形成部7A的状态下的夹子14和集电板部12重叠，使用超声波焊接等方法使它们导通接合。并且，正极用的夹子14为铝或者铝合金制，负极用的夹子14为铜板制。
下面，说明发电器件1和正负的外部端子5、6的导通连接部的构造。由于正负的各导通连接部互相为相同构造，所以以正极的外部端子5为代表说明。
如图1所示那样，正极的集电体2和正极的外部端子5经(使用)铆钉13和导通板(“连接导体”的一例)15被导通连接。正极用的铆钉13为铝或者铝合金制，通过将横板部10、盖壳体部4A、在这两者10、4A的上下间设置安装的绝缘板材制的内部垫圈16、和绝缘板材制的外部垫圈(“密封部件”的一例)17这四者铆接(加固)，从而导通连接集电体2以及铆钉13并且使这两者2、13以及外部垫圈17由盖壳体部4A支承。
导通板15为这样一种构造：其通过让铆钉13的上部插通并铆接，与铆钉13导通连接并被支承。总之，导通板15是被盖壳体部4A有力地支承的构造。外部端子5在其下部被收容于外部垫圈17的状态下被强制内嵌到导通板15上。因此，外部端子5也是最终被盖壳体部4A有力地支承的构造。
使用图2，更加详细地说明上述的导通连接构造。铆钉13具有：圆柱状的铆钉上部(“壳体外部侧部分”的一例)13a；直径比铆钉上部13a大的铆钉中间部13b；以及截面中空且具有与铆钉上部13a相同外径的筒状的铆钉下部(“壳体内部侧部分”的一例)13c。并且，为了方便，在图1中，铆钉13描绘了概略形状(圆柱状)。带板形状的内部垫圈16是在其左右方向上具有形成于内侧端部的插通孔16a的合成树脂等的绝缘部件。
在盖壳体部4A的上表面安装的外部垫圈17是具有大致无盖箱状的主体框17A、上方突出部17B和向下方延伸的筒部17C而成的由合成树脂等形成的绝缘部件。主体框17A具有底壁17a和四方的侧壁17b，俯视时呈四方形的上方突出部17B从底壁17a隆起形成。并且，具备上下贯通的圆孔17c的筒部17C从底壁17a垂下形成。筒部17C设定成：插通内嵌于在盖壳体部4A上形成的圆孔4a。
外部端子5是具有无底四方箱状的基座部5A和形成有公螺纹的螺栓状的端子部5B的铝或者铝合金制的部件。外部端子5的基座部5A被正好外嵌而收容于上方突出部17B，由此，外部端子5在绕上下轴心(省略图示)转动被阻止的状态下被载置在外部垫圈17上。
导通板15是铝或者铝合金制的矩形板状的部件，且形成有铆钉上部13a插通用的第一孔15a和端子部5B插通用的第二孔15b。
为了组装导通连接部，首先，将外部垫圈17的筒部17C插通内嵌到盖壳体部4A的圆孔4a中，使筒部17C的从盖壳体部4A突出的下方突出部分嵌合于插通孔16a，将内部垫圈16配置于盖壳体部4A的下表面侧。
然后，或者并行，将铆钉下部13c插入筒部17C的圆孔17c中而将铆钉13装填到外部垫圈17，接着，使向下方突出的铆钉下部13c插通于孔10a并且将集电体2配置于内部垫圈16的下侧，在该状态下对铆钉下部13c进行铆接处理。此时，只要采取使用粘接剂等使外部垫圈17的底面(省略符号)和盖壳体部4A的上表面(“壳体外侧面”的一例)18粘贴的方法就可以。
在通过铆接处理形成的环状铆接部13d和铆钉中间部13b的上下间，夹持并压接集电体2的横板部10、内部垫圈16、盖壳体部4A和底壁17a，由此，外部垫圈17、内部垫圈16、以及集电体三者成为被盖壳体部4A支承的状态(参照图2)。
然后，在通过使基座部5A外嵌于上方突出部17B而载置于外部垫圈17的外部端子5的端子部5B上，使第2孔15b强制外嵌(密嵌合或者压入等)并且使导通板15向下移动，从而使第1孔15a外套到铆钉上部13a。并且，还使导通板15强制下降移动，置于分别与基座部5A的上表面(省略符号)和铆钉中间部13b的上表面(省略符号)抵接的规定位置。
在该状态下，这次对铆钉上部13a进行铆接处理，使导通板15压接保持在上部铆接部13e和铆钉中间部13b之间。通过该导通板15的向铆钉13的压接保持，被压向下方的外部端子5在防止转动以及防止向上方脱落的状态下被卡止固定于外部垫圈17，并且成为经导通板15以及铆钉13将外部端子5和集电体2导通连接的状态(参照图2)。
在这样的构造的导通连接部中，集电体2和铆钉13的第一导通部d1、铆钉13和导通板15的第二导通部d2、导通板15和外部端子5的第三导通部d3这三处分别通过压接被导通。因此，因老化引起的材料蠕变或从外部施加的振动(行驶振动等)，可能引起三处导通部d1～d3的压接松开、接触电阻增加、增减变化或者摇晃的连接不良。在暴露于行驶振动中的比例比较多的汽车等行驶车辆上搭载的蓄电元件A中，所述连接不良的可能性变高。
在产生这样的接触不良时如果流通大电流，则可能产生导通部d1～d3因焦耳热而发热，变得高温或者导通部件熔化这样的不良现象。为了将其防患于未然，考虑对各导通部d1～d3实施使其中只简单压接的第一导通部d1以及第二导通部d2熔化而熔敷的手段，即焊接、钎焊、软钎焊等手段。
作为不使铆钉13等导通部件变形并且简单且廉价的手段，希望为软钎焊，由此，推测可以明确抑制上述不良现象的顾虑。但是，在全都是铝制的正极的第一导通部d1和第二导通部d2中，由于无法使用通常的焊料，所以需要使用铝焊料。在使用铝焊料y使各导通部d1～d3软钎焊的情况下，由于可以不用压接，所以可以相应地使组装简化、并由此实现成本的降低。
并且，为了抑制电池壳体4的内部(第一导通部d1)等向电解质(电解液)中的溶解、或者防止成为电流(galvanic)腐蚀的原因的水分向异种金属连接面的浸入，只要将铝焊料部(铝焊料熔敷部)由环氧等树脂(合成树脂)覆盖并保护就可以。
在实施方式1的锂离子二次电池A中，如图2所示那样，在集电体2和铆钉13的导通连接部位，即，第一导通部d1使用铝焊料y被软钎焊。铝焊料y可以遍及环状铆接部13d的外周全周设置，也可以局部地软钎焊。由此，由于横板部10和环状铆接部13d不压接而被一体化导通，所以解决了因产生振动或材料蠕变而引起接触不良、接触电阻增加而容易发热的问题。所以，可以提供一种蓄电元件，其即使由于某种原因而流通大电流，也不会从使用了铝焊料的第一导通部d1发热，耐久性、可靠性好。
当使用铝焊料时，可以抑制或消除伴随于振动引起的压接的松动的电阻增大。此外，还可以设定为在锂离子二次电池A发热的情况下，在焊料的熔点附近铝焊料熔敷部、即导通部d1～d3熔化而导通接合解除。只要像这样进行设定，在因某种原因锂离子二次电池A发热的情况下，达到了规定的高温(例如：铝焊料熔点的235℃)的铝焊料熔化且将导通切断，可以作为保险丝起作用而将进一步通电引起的进一步的发热防患于未然。
例如，将固相线温度200℃、液相线温度235℃、含有锡80～90％、锌10～20％的合金用于正极的电连接。可以在铜制的负极侧的导通部d1～d3使用铝焊料，但是，由于用于正极的导通部d1～d3的铝的热传导率比铜的热传导率高，所以适用于正极侧时更有效果。
作为导通板15，在使用实施了镀镍的铜板的情况下，通过与铝制的铆钉13进行铆接处理而被电连接，但是，由于在铝和镍之间存在电位差，所以存在产生电蚀的可能性。在此情况下，作为导通接合手段，若使用铝焊料，则由于铝焊料的标准电位位于铝和镍的中间，所以有可以抑制电蚀的优点。
作为使导通部d1～d3熔敷的手段，此外还可考虑基于激光束(laser beam)等的焊接。但是，基于软钎焊的熔敷手段，与基于激光焊接的熔敷手段相比，具有以下优点。
第一，在应力施加于导通部d1～d3的情况下，由于焊料柔软可以吸收应力，所以很难产生接合部位的破损。
第二，软钎焊与激光焊接相比，由于可以增加集电体2和铆钉13或者导通板15和铆钉13的接触面积，所以推测出可使接触电阻降低。
最后，如图2以及图3所示那样，在导通部d1～d3附近配置外部垫圈17的情况下，当进行向导通部的激光焊接时，激光的热传递到外部垫圈17，存在密封效果降低的可能性，但是，由于软钎焊在低温下进行，所以很难产生外部垫圈的热损伤。
(实施方式2)
实施方式2的蓄电元件A，如图3所示那样，在导通板15和铆钉13的导通连接部位使用了铝焊料y。即，铝焊料y除了从第一导通部d1变到第二导通部d2之外，与图2的实施方式1相同。具体地说，如图3所示那样，导通板15中的第一孔15a的边缘部位和上部铆接部13e使用铝焊料y被软钎焊。该第二导通部d2的铝焊料y可以遍及上部铆接部13e的外周全周设置，也可以局部地软钎焊。
(其他实施方式)
使用了铝焊料y的软钎焊也可以对第三导通部d3实施。此外，在负极侧的第一～第三导通部d1～d3上也可以使用铝焊料y进行软钎焊。此外，正极侧、负极侧的d1～d3利用焊料的熔点比单体金属低的性质，可以局部地(精准地)焊接。

Claims (3)

1.一种蓄电元件，其具有：
发电器件，其收容于壳体；
集电体，其与所述发电器件的正以及负的电极的至少一方导通；
连接导体，其配置于所述壳体外侧面；
外部端子，其配置于所述壳体的壳体外侧面并经所述连接导体与所述集电体导通；以及
铆钉，其将所述壳体内外贯通并被止动固定，由此导通连接所述外部端子和所述集电体，
其中，所述铆钉的壳体内部侧部分和所述集电体、所述铆钉的壳体外部侧部分和所述连接导体、以及所述连接导体和所述外部端子中的至少一者通过基于铝钎焊的局部焊接而被连接，
所述连接导体使用实施了镀镍的铜板，所述铆钉为铝或者铝合金制，所述集电体为铝或者铝合金制。
2.如权利要求1所述的蓄电元件，其中，
所述壳体为金属制，并且在所述铆钉和所述壳体之间安装有树脂制的密封部件。
3.如权利要求2所述的蓄电元件，其中，
所述密封部件为包围所述铆钉的壳体外侧部分的周围的至少一部分的形状。
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