JP2002358945A - リチウム二次単電池の接続構造体 - Google Patents

リチウム二次単電池の接続構造体

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JP2002358945A
JP2002358945A JP2001251496A JP2001251496A JP2002358945A JP 2002358945 A JP2002358945 A JP 2002358945A JP 2001251496 A JP2001251496 A JP 2001251496A JP 2001251496 A JP2001251496 A JP 2001251496A JP 2002358945 A JP2002358945 A JP 2002358945A
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Akio Enomoto
明夫 榎本
Kenji Kawamura
賢司 河村
Shinji Otsubo
真治 大坪
Masanobu Kito
賢信 鬼頭
Hiroshi Nemoto
宏 根本
Toshihiro Yoshida
俊広 吉田
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NGK Insulators Ltd
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    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Abstract

(57)【要約】 【課題】 リチウム二次単電池どうしの接続抵抗を低減
させたままでリチウム二次単電池の構造を簡便にするこ
とにより、生産性の向上を図ったリチウム二次単電池の
接続構造体を提供する。 【解決手段】 正極及び負極を配設し、非水電解液が含
浸された内部電極体と、この内部電極体を内部に収容し
た電池ケースと、外部に電流を導出する外部端子部材と
を備えたリチウム二次単電池を複数個接続してなるリチ
ウム二次単電池の接続構造体21である。複数のリチウ
ム二次単電池のいずれかのリチウム二次単電池の正極外
部端子部材と、この正極外部端子部材を有するリチウム
二次単電池以外のリチウム二次単電池の負極外部端子部
材とを、ブスバー20により接続してなり、ブスバー
が、異種金属22、23を接合して形成された構成とし
た。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】 本発明は、リチウム二次単
電池の接続構造体(以下、単に「接続構造体」ともい
う)に関し、さらに詳しくは、生産性に優れたリチウム
二次単電池の接続構造体に関する。
【0002】
【従来の技術】 近年、リチウム二次単電池(以下、単
に「単電池」ともいう)は、携帯型の通信機器やノート
型パーソナルコンピュータ等の電子機器の電源として広
く用いられている。また、国際的な地球環境の保護のた
めの省資源化や省エネルギー化の要請が高まり、電気自
動車やハイブリッド電気自動車(以下、単に「電気自動
車等」ともいう)のモータ駆動用バッテリーとして、リ
チウム二次単電池の開発が進められている。
【0003】 このリチウム二次単電池は、図5、図6
に示すように、正極板2と負極板3とをセパレータ4を
介して中空円筒状の巻芯7の外周壁を囲繞するように配
設され、非水電解液を含浸した内部電極体1と、この内
部電極体1を内部に収容した、両端が開放された円筒状
の電池ケース18と、板状部材11A、11B、外部端
子部材12A、12B、及び内部端子部材13A、13
Bを有する、電池ケース18の端部で内部電極体1を封
止した電極蓋とにより構成される。尚、符号5、6は正
極用及び負極用の集電タブを示し、符号10はリチウム
二次単電池を、符号14は弾性体を示し、符号15は放
圧孔を示し、符号16金属箔を、符号17は放圧弁を示
している。
【0004】 この中で、電極蓋は、内部電極体で生じ
た電流を外部へ導出するための電流導出機能、電池内部
の圧力が異常に上昇した際に電池の破裂を防止するため
の放圧機能、電池ケース内に収納された内部電極体に電
解液を注入する際の電解液注入口としての機能を備えな
ければならない。よって、この電極蓋は、リチウム二次
単電池のうちの小体積の部品であるが、電池の出力や耐
久性に大きな影響を与える部品である。
【0005】 このようなリチウム二次単電池を電気自
動車等のモータ駆動用として用いる場合には、駆動に必
要な電圧を確保すべく複数の単電池を直列に接続して用
いることになる。
【0006】 この複数の単電池の直列接続の一実施形
態としては、図8に示すように、複数のリチウム二次単
電池のいずれかのリチウム二次単電池30の正極外部端
子部材32と、この正極外部端子部材32を有するリチ
ウム二次単電池30以外のリチウム二次単電池31の負
極外部端子部材33とを、ブスバー20により接続する
という構成が挙げられる。
【0007】 ブスバーとは、リチウム二次単電池のひ
とつの正極外部端子部材と、それ以外のリチウム二次単
電池の負極外部端子部材とを接続するための部材であ
り、導電性がよく、外部端子部材との接続抵抗が小さい
金属材料が用いられ、形状としては、パンチングメタル
或いはメッシュ(網)を好適に用いることができる。
【0008】 この接続構造を用いると、個別に単電池
を適当な枠によって固定することにより、上下、左右に
単電池を積み重ねて収納することができ、多数の単電池
をコンパクトに収納することができるようになる。
【0009】 このようなリチウム二次単電池の接続構
造体を電気自動車のモータ駆動用バッテリとして用いた
場合、100V以上の電流が流れることも頻繁に起こる
ことになる。従って、リチウム二次単電池の接続構造体
においては、高出力特性、大電流特性を実現するため
に、単電池どうしを接続する際の接続抵抗をできる限り
低減させることが大きな課題となっている。
【0010】 この課題に対して本発明者らは、リチウ
ム二次単電池をブスバーにより複数個接続してなるリチ
ウム二次単電池の接続構造体であって、ブスバーと外部
端子部材とが溶接により接合され、且つブスバーと外部
端子部材とが同種金属により構成されたリチウム二次単
電池の接続構造体を提案している(特願2001−10
1872参照)。
【0011】 これは、ブスバーと外部端子部材とを同
種金属により構成することにより、接続抵抗を低減で
き、リチウム二次単電池の接続構造体として高出力特
性、大電流特性を実現できるものである。
【0012】 この発明は上述のような優れた効果を有
するものの、本発明者らの継続的な研究により、以下の
ような課題を有することが明らかとなった。リチウム二
次単電池は、正極および負極の電気化学反応より、正極
の内部端子部材にはAl材を、負極の内部端子部材には
Cu材またはNi材を用いなければならず、また、正極
外部端子部材及び負極外部端子部材とブスバーは、かし
め及び/又は溶接によって接続されるが、その接続部に
おいて電流の接続抵抗が生じることになる。
【0013】 そこで、先の発明においては、この電流
の接続抵抗を考慮して、接続される正極外部端子部材、
負極外部端子部材、及びブスバーを同種材料で構成した
が、そのため、正極あるいは負極のどちらか一方の外部
端子部材と内部端子部材を異種材料で構成しなければな
らなかった。このことにより、接続抵抗を含めた接続構
造体の内部抵抗には何ら問題はないが、接続構造体を構
成するリチウム二次単電池の構造が複雑化することにな
ったのである。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】 本発明は、かかる従
来の問題に鑑みてなされたものであり、その目的とする
ところは、リチウム二次単電池どうしの接続抵抗を低減
させたままでリチウム二次単電池の構造を簡便にするこ
とにより、生産性の向上を図ったリチウム二次単電池の
接続構造体を提供することにある。
【0015】
【課題を解決するための手段】 すなわち、本発明によ
れば、正極及び負極を配設し、非水電解液が含浸された
内部電極体と、この内部電極体を内部に収容した電池ケ
ースと、外部に電流を導出する外部端子部材とを備えた
リチウム二次単電池を複数個接続してなるリチウム二次
単電池の接続構造体であって、複数のリチウム二次単電
池のいずれかのリチウム二次単電池の正極外部端子部材
と、この正極外部端子部材を有するリチウム二次単電池
以外のリチウム二次単電池の負極外部端子部材とを、ブ
スバーにより接続してなり、ブスバーが、異種金属を接
合して形成されたことを特徴とするリチウム二次単電池
の接続構造体、が提供される。
【0016】 また、本発明によれば、中空円筒状の巻
芯の外周壁に、正極板および負極板を捲回、積層して構
成され、かつその内部に非水電解液を含浸した内部電極
体と、この内部電極体を内部に収容した、両端が開放さ
れた円筒状の電池ケースと、板状部材、外部端子部材、
および内部端子部材を有する、電池ケースの開放両端で
内部電極体を封止した電極蓋とを備えたリチウム二次単
電池を複数個接続してなるリチウム二次単電池の接続構
造体であって、複数のリチウム二次単電池のいずれかの
リチウム二次単電池の正極外部端子部材と、この正極外
部端子部材を有するリチウム二次単電池以外のリチウム
二次単電池の負極外部端子部材とを、ブスバーにより接
続してなり、ブスバーが、異種金属を接合して形成され
たことを特徴とするリチウム二次単電池の接続構造体、
が提供される。
【0017】 具体的には、正極の外部端子部材がAl
またはAl合金であり、負極の外部端子部材がCuまた
はCu合金であって、ブスバーが、Alを主成分とした
ものとCuを主成分としたものを接合して形成されるこ
とが好ましく、または、正極の外部端子部材がAlまた
はAl合金であり、負極の外部端子部材がNiまたはN
i合金であって、ブスバーが、Alを主成分としたもの
とNiを主成分としたものを接合して形成されることが
好ましい。
【0018】 このとき、ブスバーとしては、摩擦接
合、ロウ付け、溶接、かしめ、鍛造かしめ、圧入、鋳ぐ
るみ、爆破接着、および締まりばめからなる群から選ば
れる1以上の方法により作製されたものであることが好
ましい。
【0019】 本発明においては、少なくとも一方の電
極蓋が、放圧孔を有することが好ましく、また、ブスバ
ーとしては、放圧孔を閉塞しないように接合して形成さ
れることが好ましい。さらに、放圧孔としては、巻芯の
中心軸に対応する位置に配設され、巻芯の中心軸が、電
池ケースの中心軸と同軸であり、外部端子部材が中空部
分を有し、この中空部分を放圧孔の放圧通路としてなる
リチウム二次単電池であり、ブスバーが、中空部分を閉
塞しない形状を有することが好ましい。また、ブスバー
と外部端子部材とは、溶接により接合されることが好ま
しい。
【0020】 本発明のリチウム二次単電池の接続構造
体は、リチウム二次単電池の電池容量が2Ah以上の大
型電池の場合に好適に採用される。また、リチウム二次
単電池が車載用電池の場合に好適に採用され、高出力を
必要とするエンジン起動用電源、大電流の放電が頻繁に
行われる電気自動車又はハイブリッド電気自動車のモー
タ駆動用電源等のリチウム二次単電池の接続構造体とし
て好適に用いられる。
【0021】
【発明の実施の形態】 以下、本発明の実施の形態につ
いて図面を参照しながら説明する。
【0022】 本発明のリチウム二次単電池の接続構造
体は、上述のように、正極及び負極を配設し、非水電解
液が含浸された内部電極体と、この内部電極体を内部に
収容した電池ケースと、外部に電流を導出する外部端子
部材とを備えたリチウム二次単電池を複数個接続してな
るリチウム二次単電池の接続構造体であって、複数のリ
チウム二次単電池のいずれかのリチウム二次単電池の正
極外部端子部材と、この正極外部端子部材を有するリチ
ウム二次単電池以外のリチウム二次単電池の負極外部端
子部材とを、ブスバーにより接続してなり、ブスバー
が、異種金属を接合して形成された構成とする。
【0023】 本発明は、図1に示すように、正極外部
端子部材にAl材を、負極外部端子部材にCu材または
Ni材を用いた場合、すなわち正極と負極の外部端子部
材に異なる金属を用いた場合に、ブスバーをAl材22
とCu材またはNi材23を接合した異種金属の接合体
とし、ブスバーの材質をそれぞれの外部端子部材に合わ
せ、接続抵抗の抑制に対応したものである。このことに
より、リチウム二次単電池どうしの接続抵抗を低減させ
たままでリチウム二次単電池の構造を簡便にすることが
できるので、リチウム二次単電池の接続構造体を生産性
よく作製することができる。更には、本発明に用いられ
るブスバーを使用することにより、既に作製された、正
極外部端子部材と負極外部端子部材とが異なる金属であ
るリチウム二次単電池をそのまま用いて、従来よりも接
続抵抗の低減された接続構造体を簡便に作製することが
できる。
【0024】 また、本発明のリチウム二次単電池の接
続構造体においては、中空円筒状の巻芯の外周壁に、正
極板および負極板を捲回、積層して構成され、かつその
内部に非水電解液を含浸した内部電極体と、この内部電
極体を内部に収容した、両端が開放された円筒状の電池
ケースと、板状部材、外部端子部材、および内部端子部
材を有する、電池ケースの開放両端で内部電極体を封止
した電極蓋とを備えたリチウム二次単電池を複数個接続
してなるリチウム二次単電池の接続構造体であって、複
数のリチウム二次単電池のいずれかのリチウム二次単電
池の正極外部端子部材と、この正極外部端子部材を有す
るリチウム二次単電池以外のリチウム二次単電池の負極
外部端子部材とを、ブスバーにより接続してなり、ブス
バーが、異種金属を接合して形成された構成としてもよ
い。
【0025】 具体的には、正極の外部端子部材がAl
またはAl合金であり、負極の外部端子部材がCuまた
はCu合金である場合には、ブスバーがAlを主成分と
したものとCuを主成分としたものを接合して形成され
ることが好ましい。また、正極の外部端子部材がAlま
たはAl合金であり、負極の外部端子部材がNiまたは
Ni合金である場合には、ブスバーがAlを主成分とし
たものとNiを主成分としたものを接合して形成される
ことが好ましい。
【0026】 このとき、ブスバーとしては、摩擦接
合、ロウ付け、溶接、かしめ、鍛造かしめ、圧入、鋳ぐ
るみ、爆破接着、および締まりばめからなる群から選ば
れる1以上の方法により作製されたものであることが好
ましい。具体的には、図2(a)に示すように、Al材
22とCu材またはNi材23とを摩擦接合して異種金
属を接合して形成したブスバー20を作製することがで
きる。また、図2(b)、図2(c)に示すように、穴
部25を有する板状のAl材22にリング状のCu材ま
たはNi材23を締まりばめにより、あるいは穴部25
を有する板状のCu材またはNi材23にリング状のA
l材22を締まりばめにより作製することができる。
【0027】 また、図3に示すように、板状のAl材
22と板状のCu材またはNi材23をロウ付けにより
貼り合わせて作製することもできる。この場合には、1
つのリチウム二次単電池の正極外部端子部材(Al材)
とそれ以外のリチウム二次単電池の負極外部端子部材を
ブスバーに接触させ、それぞれの外部端子部材とブスバ
ーを溶接により接合することが好ましい。このとき、A
lからなる正極外部端子部材は、ブスバーのCu部分に
は接合されず、Al部分と接合される。Cuからなる負
極外部端子部材は、ブスバーのAl部分には接合され
ず、Cu部分と接合される。尚、図2(a)、図2
(b)、図2(c)に示す穴部25は、図4の穴部25
と同様に、外部端子部材との接合のためのものである
が、本発明は、ブスバーが異種金属を接合して形成され
ることがポイントであり、穴部の有無、ブスバーの形状
等に特に制限はないものである。
【0028】 本発明においては、少なくとも一方の電
極蓋が、放圧孔を有するリチウム二次単電池を含み、ブ
スバーが、放圧孔を閉塞しないように接合して形成され
ることが好ましい。具体的には、放圧孔が、巻芯の中心
軸に対応する位置に配設され、巻芯の中心軸が、電池ケ
ースの中心軸と同軸であり、外部端子部材が中空部分を
有し、この中空部分を放圧孔の放圧通路としてなるリチ
ウム二次単電池を採用する場合に、ブスバーが、前記中
空部分を閉塞しない形状を有することが好ましい。すな
わち、図7に示すように、外部端子部材12A、12B
の中空部分を閉塞しないようにブスバー20に中空部分
を設けて接合することで、単電池10の放圧機能を阻害
せずに簡便なブスバー接続構造を実現することができ
る。
【0029】 また、本発明においては、ブスバーと外
部端子部材とは、溶接することにより接合されたブスバ
ー構造を有することが好ましい。このことにより、単電
池どうしの接続抵抗が低減され、接続構造体全体として
の抵抗を抑制することができ、電池の大出力を実現でき
ることとなる。
【0030】 以上、本発明のリチウム二次単電池の接
続構造体の実施の形態について説明してきたが、本発明
が上記実施の形態に限定されるものではない。このよう
な本発明のリチウム二次単電池の接続構造体の構成条件
は、リチウム二次単電池の電池容量が2Ah以上のもの
に好適に採用される。また、リチウム二次単電池の用途
も特に制限はないが、高出力、低内部抵抗と優れたサイ
クル特性が要求される車載用大容量単電池の接続構造体
として、エンジン起動用、又は電気自動車やハイブリッ
ド電気自動車のモータ駆動用に特に好適に用いることが
できる。
【0031】
【発明の効果】 以上説明したように、本発明によっ
て、リチウム二次単電池どうしの接続抵抗を低減させた
ままでリチウム二次単電池の構造を簡便にすることによ
り、生産性の向上を図ったリチウム二次単電池の接続構
造体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明のリチウム二次単電池の接続構造体に
おける一実施形態を示す模式図である。
【図2】 本発明のリチウム二次単電池の接続構造体に
おけるブスバーの一実施形態を示す上面図である。
【図3】 本発明のリチウム二次単電池の接続構造体に
おける別のブスバーの一実施形態を示す側面図である。
【図4】 複数個のリチウム二次単電池におけるブスバ
ー接続状態を示す模式図である。
【図5】 捲回型電極体の構造の一実施形態を示す斜視
図である。
【図6】 本発明に用いられるリチウム二次単電池の一
実施形態を示す断面図である。
【図7】 本発明のリチウム二次単電池の接続構造体に
おけるブスバー接続状態を示す断面図である。
【図8】 複数個のリチウム二次単電池におけるブスバ
ー構造を示す模式図である。
【符号の説明】
1…捲回型電極体、2…正極板、3…負極板、4…セパ
レータ、5…正極用集電タブ、6…負極用集電タブ、7
…巻芯、10…単電池、11A…正極板状部材、11B
…負極板状部材、12A…正極外部端子部材、12B…
負極外部端子部材、13A…正極内部端子部材、13B
…負極内部端子部材、14…弾性体(パッキン)、15
…放圧孔、16…金属箔、17…放圧弁、18…電池ケ
ース、19…外部端子部材、20…ブスバー、21…ブ
スバー構造、22…Al材、23…Cu材またはNi
材、24…接合部、25…穴部、30…単電池、31…
単電池、32…正極外部端子部材、33…負極外部端子
部材。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大坪 真治 愛知県名古屋市瑞穂区須田町2番56号 日 本碍子株式会社内 (72)発明者 鬼頭 賢信 愛知県名古屋市瑞穂区須田町2番56号 日 本碍子株式会社内 (72)発明者 根本 宏 愛知県名古屋市瑞穂区須田町2番56号 日 本碍子株式会社内 (72)発明者 吉田 俊広 愛知県名古屋市瑞穂区須田町2番56号 日 本碍子株式会社内 Fターム(参考) 5H012 AA01 BB02 DD01 GG01 5H022 AA09 BB03 BB11 BB13 CC09 CC25 CC30 EE01 EE03 EE04 5H029 AJ06 AJ14 BJ12 BJ14 CJ03 CJ05 DJ02 DJ05 EJ01 HJ19

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 正極及び負極を配設し、非水電解液が含
    浸された内部電極体と、この内部電極体を内部に収容し
    た電池ケースと、外部に電流を導出する外部端子部材と
    を備えたリチウム二次単電池を複数個接続してなるリチ
    ウム二次単電池の接続構造体であって、 複数の前記リチウム二次単電池のいずれかの前記リチウ
    ム二次単電池の正極外部端子部材と、この正極外部端子
    部材を有する前記リチウム二次単電池以外の前記リチウ
    ム二次単電池の前記負極外部端子部材とを、ブスバーに
    より接続してなり、 前記ブスバーが、異種金属を接合して形成されたことを
    特徴とするリチウム二次単電池の接続構造体。
  2. 【請求項2】 中空円筒状の巻芯の外周壁に、正極板お
    よび負極板を捲回、積層して構成され、かつその内部に
    非水電解液を含浸した内部電極体と、この内部電極体を
    内部に収容した、両端が開放された円筒状の電池ケース
    と、板状部材、外部端子部材、および内部端子部材を有
    する、前記電池ケースの開放両端で前記内部電極体を封
    止した電極蓋とを備えたリチウム二次単電池を複数個接
    続してなるリチウム二次単電池の接続構造体であって、 複数の前記リチウム二次単電池のいずれかの前記リチウ
    ム二次単電池の正極外部端子部材と、この正極外部端子
    部材を有する前記リチウム二次単電池以外の前記リチウ
    ム二次単電池の前記負極外部端子部材とを、ブスバーに
    より接続してなり、 前記ブスバーが、異種金属を接合して形成されたことを
    特徴とするリチウム二次単電池の接続構造体。
  3. 【請求項3】 正極の前記外部端子部材がAlまたはA
    l合金であり、負極の前記外部端子部材がCuまたはC
    u合金であって、 前記ブスバーが、Alを主成分としたものとCuを主成
    分としたものを接合して形成された請求項1又は2に記
    載のリチウム二次単電池の接続構造体。
  4. 【請求項4】 正極の前記外部端子部材がAlまたはA
    l合金であり、負極の前記外部端子部材がNiまたはN
    i合金であって、 前記ブスバーが、Alを主成分としたものとNiを主成
    分としたものを接合して形成された請求項1又は2に記
    載のリチウム二次単電池の接続構造体。
  5. 【請求項5】 前記ブスバーが、摩擦接合、ロウ付け、
    溶接、かしめ、鍛造かしめ、圧入、鋳ぐるみ、爆破接
    着、および締まりばめからなる群から選ばれる1以上の
    方法により作製されたものである請求項1〜4のいずれ
    か1項に記載のリチウム二次単電池の接続構造体。
  6. 【請求項6】 少なくとも一方の前記電極蓋が、放圧孔
    を有するリチウム二次単電池を含む請求項2〜5のいず
    れか1項に記載のリチウム二次単電池の接続構造体。
  7. 【請求項7】 前記ブスバーが、前記放圧孔を閉塞しな
    いように接合して形成された請求項2〜6のいずれか1
    項に記載のリチウム二次単電池の接続構造体。
  8. 【請求項8】 前記放圧孔が、前記巻芯の中心軸に対応
    する位置に配設され、 前記巻芯の中心軸が、前記電池ケースの中心軸と同軸で
    あり、 前記外部端子部材が中空部分を有し、この中空部分を前
    記放圧孔の放圧通路としてなるリチウム二次単電池であ
    り、 前記ブスバーが、前記中空部分を閉塞しない形状を有す
    る請求項2〜7のいずれか1項に記載のリチウム二次単
    電池の接続構造体。
  9. 【請求項9】 前記ブスバーと前記外部端子部材とが、
    溶接により接合された請求項1〜8のいずれか1項に記
    載のリチウム二次単電池の接続構造体。
  10. 【請求項10】 前記リチウム二次単電池が、2Ah以
    上の容量を有する請求項1〜9のいずれか1項に記載の
    リチウム二次単電池の接続構造体。
  11. 【請求項11】 車載用である請求項1〜10のいずれ
    か1項に記載のリチウム二次単電池の接続構造体。
  12. 【請求項12】 エンジン起動用である請求項11に記
    載のリチウム二次単電池の接続構造体。
  13. 【請求項13】 電気自動車用またはハイブリッド電気
    自動車用である請求項11又は12に記載のリチウム二
    次単電池の接続構造体。
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