CN111384355A - 二次电池以及电池组 - Google Patents

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Abstract

本发明提供端子与外部导电构件的连接部的可靠性高的二次电池以及电池组。负极端子(9)具有凸缘部(9a)和设于凸缘部(9a)的第1面(91)的连接部(9b)，连接部(9b)插入端子安装孔，负极端子(9)具有由铝或铝合金构成的第1区域(101)和由铜或铜合金构成的第2区域(102)，在凸缘部(9a)，在第1面(91)侧配置第2区域(102)，在第2面侧(92)配置第1区域(101)，在第1面(91)与第2面(92)之间配置第1区域(101)与第2区域(102)的边界(103)，在凸缘部(9a)，凸缘部(9a)的厚度方向上的第1区域(101)的厚度最小的部分的第1区域(101)的厚度是0.3mm以上，在凸缘部(9a)焊接铝或铝合金制的外部导电构件(15)来形成焊接部。

Description

二次电池以及电池组
技术领域
本发明涉及二次电池以及电池组。
背景技术
锂离子二次电池等二次电池利用在混合动力电动汽车(PHEV、HEV)、电动汽车(EV)的驱动用电源等中。在驱动用电源中，利用为将多个二次电池串联或并联连接的电池组。电池组中相邻的二次电池彼此通过汇流条电连接。
在二次电池中，作为正极芯体以及正极集电体而使用铝系金属，作为负极芯体以及负极集电体而通用地使用铜系金属。另外，在与正极端子焊接的正极外部导电构件的材料中使用铝系金属，在与负极端子焊接的负极外部导电构件中使用铜系金属(参考专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：JP特开2013-157130号公报
发明内容
本发明的一个目的在于，提供二次电池的端子与外部导电构件的连接部的可靠性卓越的二次电池以及利用其的电池组。
本发明的一个形态的二次电池具备：包含正极板和负极板的电极体；有开口且收容所述电极体的外装体；将所述开口封口的封口板；和与所述正极板或所述负极板电连接的端子，所述封口板具有端子安装孔，所述端子具有：具有第1面和位于所述第1面的相反侧的第2面的凸缘部；和设于所述第1面的连接部，所述连接部插入所述端子安装孔，所述端子具有由铝或铝合金构成的第1区域和由铜或铜合金构成的第2区域，在所述凸缘部，在所述第1面侧配置所述第2区域，在所述第2面侧配置所述第1区域，所述第1区域与所述第2区域的边界的至少一部分配置于所述第1面与所述第2面之间，在所述凸缘部，所述凸缘部的厚度方向上的所述第1区域的厚度最小的部分的所述第1区域的厚度是0.3mm以上，在所述凸缘部上配置铝或铝合金制的外部导电构件，将所述外部导电构件与所述凸缘部焊接来形成焊接部。
本发明的一个形态的电池组包含多个所述二次电池。在本发明的一个形态的电池组中，将所述二次电池串联或并联连接。
发明的效果
根据本发明的一个形态，成为端子与外部导电构件的连接部的可靠性高的二次电池以及利用其的电池组。
附图说明
图1是实施方式所涉及的二次电池的立体图。
图2是实施方式所涉及的二次电池的主视图，是去掉外装体的侧壁以及绝缘薄片的图。
图3是沿着封口板的长边方向的正极端子近旁的截面图。
图4是沿着封口板的长边方向的负极端子近旁的截面图。
图5是图4中的负极端子和外部导电构件的焊接部近旁的放大图。
图6是沿着封口板的短边方向的负极端子近旁的截面图。
图7是负极端子和外部导电构件的近旁的俯视图。
图8是表示实施方式所涉及的电池组的图。
图9是表示其他实施方式所涉及的电池组的图。
附图标记的说明
50…二次电池
200…电池壳体
1…外装体
2…封口板
2a…正极端子安装孔
2b…负极端子安装孔
3…卷绕电极体
4…正极芯体露出部
5…负极芯体露出部
6…正极集电体
7…正极端子
8…负极集电体
9…负极端子
9a…凸缘部
91…第1面
92…第2面
93…侧面
9b…连接部
9c…凹部
9d…突起部
101…第1区域
102…第2区域
103…边界
9e…厚壁部
9x…中心轴
10、11…内部侧绝缘构件
12、13…外部侧绝缘构件
14、15…外部导电构件
15a…贯通孔
15b…薄壁部
16、17…螺栓部
18、19…绝缘构件
20…绝缘薄片
21…气体排出阀
23…密封构件
60、61、62、63…焊接部
500…电池组
501…汇流条
502…螺母
600…电池组
601…汇流条
601a…贯通孔
601b…薄壁部
602…焊接部
603…绝缘构件
具体实施方式
以下详细说明本发明所涉及的实施方式。但本发明并不限定于以下的方式。
首先使用图1～图4来说明实施方式所涉及的方形的二次电池50的结构。二次电池50具有：有开口的方形的有底筒状的外装体1；和将外装体1的开口封口的封口板2。由外装体1和封口板2构成电池壳体200。外装体1以及封口板2优选是金属制，更优选是铝或铝合金制。
在外装体1中收容带状的正极板和带状的负极板隔着带状的隔板卷绕的扁平状的卷绕电极体3和非水电解液。卷绕电极体3在一方的端部具有卷绕的正极芯体露出部4，在另一方的端部具有卷绕的负极芯体露出部5。在卷绕电极体3与外装体1之间配置树脂制的绝缘薄片20。
在正极芯体露出部4连接正极集电体6，将正极集电体6和正极端子7电连接。在正极集电体6与封口板2之间配置内部侧绝缘构件10，在正极端子7与封口板2之间配置外部侧绝缘构件12。在电池壳体200外，在正极端子7连接外部导电构件14。在外部导电构件14设有螺栓部16。在外部导电构件14与封口板2之间配置绝缘构件18。
在负极芯体露出部5连接负极集电体8，将负极集电体8和负极端子9电连接。在负极集电体8与封口板2之间配置内部侧绝缘构件11，在负极端子9与封口板2之间配置外部侧绝缘构件13。在电池壳体200外，在负极端子9连接外部导电构件15。在外部导电构件15设置螺栓部17。在外部导电构件15与封口板2之间配置绝缘构件19。
在封口板2设有气体排出阀21，其在电池壳体200内的压力成为给定值以上时破断，将电池壳体200内的气体排出到电池壳体200外。另外，在封口板2形成有电解液注液孔。该电解液注液孔在对电池壳体200内注液非水电解液后被密封构件23密封。
接下来说明二次电池50的详细结构。
[正极板]
正极板优选是在作为正极芯体的金属箔的两面形成正极活性物质层的结构。作为正极芯体而优选铝箔或铝合金箔。正极活性物质优选是能吸入和放出锂离子的锂过渡金属氧化物。正极活性物质层优选包含正极活性物质、碳材料等的导电件以及粘合剂。
[负极板]
负极板优选是在作为负极芯体的金属箔的两面形成负极活性物质层的结构。作为负极芯体而优选铜箔或铜合金箔。负极活性物质优选是石墨等碳材料、硅材料。负极活性物质层优选包含负极活性物质以及粘合剂。还能根据需要使负极活性物质层含有导电件。
[电极体]
通过将在宽度方向上的一方的端部具有正极芯体露出部4的带状的正极板和在宽度方向上的另一方的端部具有负极芯体露出部5的带状的负极板隔着带状的隔板卷绕，能做出扁平状的卷绕电极体3。另外，电极体也可以是包含多片正极板和多片负极板的层叠型电极体。
[非水电解质]
作为非水电解质，能使用使电解质溶解在非水溶媒中的非水电解液。非水溶媒以及电解质能使用公知的。另外，非水电解质可以是固体状、凝胶状。
[正极侧的导电路径]
图3是沿着封口板2的长边方向的正极端子7近旁的截面图。在封口板2的正极端子安装孔2a的周围，在内表面侧配置树脂制的内部侧绝缘构件10以及正极集电体6。另外，在封口板2的正极端子安装孔2a的周围，在外表面侧配置树脂制的外部侧绝缘构件12。然后将正极端子7插入外部侧绝缘构件12、封口板2的正极端子安装孔2a、内部侧绝缘构件10的贯通孔以及正极集电体6的贯通孔，将正极端子7的前端铆接在正极集电体6上。由此正极集电体6以及正极端子7被固定在封口板2。另外，优选将正极端子7中被铆接的部分焊接在正极集电体6来形成焊接部60。
在正极端子7焊接外部导电构件14，形成焊接部61。在外部导电构件14设有螺栓部16。螺栓部16为了固定将外部导电构件14和其他二次电池50的外部导电构件电连接的汇流条而用。在外部导电构件14与封口板2之间配置树脂制的绝缘构件18。
正极集电体6、正极端子7、外部导电构件14分别是金属制，优选是铝或铝合金制。螺栓部16优选是金属制。正极集电体6、正极端子7、外部导电构件14分别与封口板2电绝缘。
[负极侧的导电路径]
图4是沿着封口板2的长边方向的负极端子9近旁的截面图。在封口板2的负极端子安装孔2b的周围，在内表面侧配置树脂制的内部侧绝缘构件11以及负极集电体8。另外，在封口板2的负极端子安装孔2b的周围，在外表面侧配置树脂制的外部侧绝缘构件13。然后，将负极端子9插入外部侧绝缘构件13、封口板2的负极端子安装孔2b、内部侧绝缘构件11的贯通孔以及负极集电体8的贯通孔，将负极端子9的前端铆接在负极集电体8上。由此负极集电体8以及负极端子9被固定在封口板2。另外，优选将负极端子9中被铆接的部分焊接在负极集电体8来形成焊接部62。
在负极端子9焊接外部导电构件15，形成焊接部63。在外部导电构件15设置螺栓部17。螺栓部17为了固定将外部导电构件15和其他二次电池50的外部导电构件电连接的汇流条而用。在外部导电构件15与封口板2之间配置树脂制的绝缘构件19。
负极集电体8优选是铜或铜合金制。外部导电构件15优选是铝或铝合金制。通过将外部导电构件15设为铝或铝合金制，能使二次电池50以及利用其的电池组轻量化。另外，在使用铝或铝合金制的汇流条的情况下，由于能使外部导电构件15与汇流条的连接是同种金属间的连接，因此外部导电构件15与汇流条的连接部的可靠性提升。
如图4以及图5所示那样，负极端子9具有凸缘部9a。凸缘部9a具有：第1面91；位于与第1面91相反侧的第2面92；和将第1面91和第2面92相连的侧面93。在凸缘部9a的第1面91设有连接部9b。凸缘部9a的外径比封口板2的负极端子安装孔2b的内径大。凸缘部9a的外径比连接部9b的外径大。将连接部9b插入设于封口板2的负极端子安装孔2b。将连接部9b的前端部铆接在负极集电体8上。在连接部9b设有凹部9c。在凸缘部9a的第2面92设有突起部9d。另外，也可以不设突起部9d。
铝或铝合金制的外部导电构件15配置于凸缘部9a上。将外部导电构件15和凸缘部9a焊接，形成焊接部63。外部导电构件15具有薄壁部15b，将薄壁部15b焊接在凸缘部9a。外部导电构件15具有贯通孔15a。负极端子9的突起部9d配置于贯通孔15a内。薄壁部15b形成于贯通孔15a的缘部近旁。
负极端子9具有由铝或铝合金构成的第1区域101和由铜或铜合金构成的第2区域102。第1区域101位于第2面92侧，第2区域102位于第1面91侧。第1区域101与第2区域102的边界103从凸缘部9a的侧面93向凸缘部9a的中央侧延伸。在负极端子9的中央部(负极端子9的中心轴9x的近旁)，边界103位于比凸缘部9a的第1面91更靠连接部9b的前端侧(图5中下方侧)的位置。
边界103被配置得形成：从凸缘部9a的侧面93向负极端子9的中心轴9x而第1区域101的厚度慢慢变小的区域；和向负极端子9的中心轴9x而第1区域101的厚度慢慢变大的区域。而且，在连接部9b，边界103形成为中央部向第2面92侧突出的凸状。形成为凸状的部分成为弯曲的凸状。
凸缘部9a在连接部9b的根部部分具有厚度比外周部的厚度大的厚壁部9e。厚壁部9e成为从第1面91部分地向封口板2侧突出的状态。通过形成厚壁部9e，能提升负极端子9的导电性。因而成为输出特性更卓越的二次电池。另外，由于能抑制负极端子9的发热，因此能抑制外部侧绝缘构件13的劣化。
由铝或铝合金构成的外部导电构件15在负极端子9与由铝或铝合金构成的第1区域101连接。另外，由铜或铜合金构成的负极集电体8在负极端子9与铜或铜合金制的第2区域102连接。因此，外部导电构件15和负极端子9在同种的金属间连接，负极集电体8和负极端子9在同种的金属间连接。因此，外部导电构件15与负极端子9的连接部、负极集电体8与负极端子9的连接部各自是稳固的且可靠性高。
在此，在形成于外部导电构件15与负极端子9的第1区域101之间的焊接部63到达至负极端子9的第2区域102的情况下，由于成为铝系金属与铜系金属之间的异种金属间接合，因此外部导电构件15与负极端子9的接合强度、以及第1区域101与第2区域102的接合强度有可能会降低。因此，焊接部63优选为到达负极端子9的第2区域102。
为了确保外部导电构件15与负极端子9的第1区域101的接合强度，且不使焊接部63到达负极端子9的第2区域102，优选在凸缘部9a，将第1区域101的厚度最小的部分的第1区域101的厚度T1设为0.3mm以上。由此，即使是形成于负极端子9的第1区域101的焊接部63的位置偏离的情况，也能确保外部导电构件15与负极端子9的接合强度，且防止焊接部63到达负极端子9的第2区域102。
另外，优选在凸缘部9a，在比第1区域101的厚度最小的部分更接近负极端子9的中心轴9x的区域形成焊接部63。由此能有效果地防止焊接部63到达负极端子9的第2区域102。
另外，更优选在凸缘部9a，将第1区域101的厚度最小的部分的第1区域101的厚度T1设为0.5mm以上。
通过在外部导电构件15设置贯通孔15a，在将外部导电构件15和负极端子9焊接连接时，能确认到在外部导电构件15与负极端子9的凸缘部9a之间未产生间隙，因此能稳定地形成焊接部63。因而能确实地控制成焊接部63不到达负极端子9的第2区域102。
另外，通过在外部导电构件15的薄壁部15b形成焊接部63，能确实地控制成焊接部63不到达负极端子9的第2区域102。另外，薄壁部15b的厚度优选比突起部9d的高度小。
外部导电构件15的厚度(薄壁部15b的周围的厚度)优选比突起部9d的高度大。若是这样的结构，就能防止焊接部63接触其他构件等而焊接部63损伤。
优选在连接部9b，径向(图5中左右方向)上第2区域102的厚度最小的部分的第2区域102的厚度T2是0.1mm以上。由此能确实地防止第1区域101从连接部9b露出。另外，在第1区域101从连接部9b露出的情况下，第1区域101有可能因非水电解质而腐蚀。
优选在连接部9b，径向上第2区域102的厚度最小的部分的第2区域102的厚度T2是0.5mm以下。由此，由于能加大连接部9b中的第1区域101所占的比例，因此能有效果地防止焊接部63到达第2区域102。
优选在负极端子9的连接部9b的中央部，第2区域102的中心轴9x延伸的方向上的厚度T3是0.6mm以上。由此能提升负极端子9的导电性。因而成为输出特性更卓越的二次电池。另外，由于能抑制负极端子9的发热，因此能抑制外部侧绝缘构件13的劣化。
图6是沿着封口板2的短边方向的负极端子9近旁的截面图。另外，在图6中仅记载负极端子9和外部导电构件15。
图7是负极端子9和外部导电构件15的近旁的俯视图。焊接部63优选从负极端子9的中心轴9x起在径向上多列形成。焊接部63能漩涡状地形成。优选在封口板2的长边方向上，形成焊接部63的位置形成在从负极端子9的中心轴9x向封口板2的中央部侧(气体排出阀21侧)偏离的位置。由此成为更低电阻的二次电池。
另外，也可以在第2区域102的表面设置由镍构成的镍层。
配置于凸缘部9a的侧面的边界103优选被外部侧绝缘构件13覆盖。根据这样的结构，在因冷凝等而在负极端子9近旁产生水分的情况下，能防止成为跨越由铝或铝合金构成的第1区域101和由铜或铜合金构成的第2区域102而存在水滴或水膜的状态。因而能抑制由铝或铝合金构成的第1区域101的腐蚀。
优选封口板2的短边方向上的厚壁部9e的长度相对于凸缘部9a的长度的比例比封口板2的长边方向上的厚壁部9e的长度相对于凸缘部9a的长度的比例大。
[电池组]
图8是包含多个二次电池50的电池组500的俯视图。一个二次电池50的外部导电构件14和其他二次电池50的外部导电构件15通过汇流条501电连接。外部导电构件14和汇流条501通过螺栓部16和螺母502而紧固连接。外部导电构件15和汇流条501通过螺栓部17和螺母502而紧固连接。另外，汇流条501优选是金属制，优选是铝或铝合金制。
[其他电池组]
在上述的实施方式所涉及的二次电池50以及电池组500中，示出将与正极端子7连接的外部导电构件14和与负极端子9连接的外部导电构件15通过汇流条501连接的示例。能将一方的二次电池50的正极端子7和另一方的二次电池50的负极端子9通过汇流条直接连接。
在图9所示的电池组600中，汇流条601与正极端子7和负极端子9分别直接连接。汇流条601具有贯通孔601a，汇流条601在贯通孔601a的周围具有比其他部分厚度要小的薄壁部601b。汇流条601在薄壁部601b与正极端子7和负极端子9分别焊接，形成焊接部602。在汇流条601与封口板2之间配置树脂制的绝缘构件603。
[其他]
也可以在负极端子9，在第1区域101与第2区域102之间配置镍层。在该情况下，镍层存在于边界103。

Claims (8)

1.一种二次电池，具备：
包含正极板和负极板的电极体；
有开口且收容所述电极体的外装体；
将所述开口封口的封口板；和
与所述正极板或所述负极板电连接的端子，
所述封口板具有端子安装孔，
所述端子具有：具有第1面和位于所述第1面的相反侧的第2面的凸缘部；和设于所述第1面的连接部，
所述连接部插入所述端子安装孔，
所述端子具有由铝或铝合金构成的第1区域和由铜或铜合金构成的第2区域，
在所述凸缘部，在所述第1面侧配置所述第2区域，在所述第2面侧配置所述第1区域，
所述第1区域与所述第2区域的边界的至少一部分配置于所述第1面与所述第2面之间，
在所述凸缘部，所述凸缘部的厚度方向上的所述第1区域的厚度最小的部分的所述第1区域的厚度是0.3mm以上，
在所述凸缘部上配置铝或铝合金制的外部导电构件，
将所述外部导电构件与所述凸缘部焊接来形成焊接部。
2.根据权利要求1所述的二次电池，其中，
在所述连接部中配置于所述端子安装孔内的部分，与所述第1区域相比，所述第2区域位于更靠所述连接部的径向的外侧，
在所述连接部中配置于所述端子安装孔内的部分，所述连接部的径向上的所述第2区域的厚度最小的部分的所述第2区域的厚度是0.1mm以上。
3.根据权利要求1或2所述的二次电池，其中，
在所述连接部，所述边界形成为中央向所述第2面侧突出的凸状，
在形成为所述凸状的所述边界，形成于中央的所述第2区域的厚度最大的部分的所述第2区域的厚度是0.6mm以上。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的二次电池，其中，
在所述外部导电构件形成螺栓部。
5.根据权利要求1～3中任一项所述的二次电池，其中，
所述外部导电构件是汇流条。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的二次电池，其中，
所述外部导电构件具有薄壁部，
将所述薄壁部与所述凸缘部焊接来形成所述焊接部。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的二次电池，其中，
所述焊接部被多列形成。
8.一种电池组，包含多个权利要求1～7中任一项所述的二次电池。
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