JP2003346769A

JP2003346769A - 電池

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Publication number: JP2003346769A
Application number: JP2002156704A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Tasai; 田才　　博志; Isao Suzuki; 鈴木　　勲; Takeshi Shimozono; 武司下園; Kuniyoshi Munenaga; 胸永　　訓良
Original assignee: Japan Storage Battery Co Ltd
Current assignee: Japan Storage Battery Co Ltd
Priority date: 2002-05-30
Filing date: 2002-05-30
Publication date: 2003-12-05
Anticipated expiration: 2022-05-30
Also published as: JP4288556B2

Abstract

(57)【要約】【課題】重量エネルギオー密度が高く、信頼性の高い端
子部構造を有する電池を提供する。【解決手段】電池容器と発電要素１と集電接続体２と端
子３とを備え、集電接続体２は略二等辺三角形状部と略
二等辺三角形状の頂部に形成された端子挿通用孔１０と
略二等辺三角形状部の底辺部に形成された発電要素接続
部２ａとを有ｓｉし、端子は、一端が電池容器内部にお
いて端子挿通用孔１０に通用固定されるとともに、他端
が電池容器外部に導出される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は電池に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１は電気自動車等に用いられる大型の
リチウムイオン二次電池の発電要素と端子との接続構造
を示す組み立て斜視図である。

【０００３】このリチウムイオン二次電池は、長円筒形
の発電要素１を４個密着して並べ並列接続したものであ
る。上記４個の発電要素１は、長円筒形の平坦な側面同
士が接するようにして密着して並べられ、これらの発電
要素１の両端面部にそれぞれ集電接続体２の発電要素接
続部２ａが配置される。これらの集電接続体２は、矩形
状の水平に配置された金属板であり、この１縁部から下
方に向けて８本の細長い発電要素接続部２ａが突設され
ている。

【０００４】上記集電接続体２は、４個の発電要素１の
両端部の上方にそれぞれ配置され、発電要素接続部２ａ
がこれらの発電要素１の端面部に配置されるようにす
る。また、発電要素接続部２ａは、各発電要素１の端面
に２本ずつ配置される。

【０００５】ここで、各発電要素１の端面には、正負極
の金属箔１ａが巻回された状態で長円筒形にはみ出して
いる。そして、各発電要素１毎に配置された２本の発電
要素接続部２ａは、これら左右に分かれた金属箔の束の
外側にそれぞれ配置される。

【０００６】このようにして集電接続体２の発電要素接
続部２ａが配置されると、図３に示すように、挟持板４
によって、各発電要素接続部２ａと共に、正極１ａや負
極１ｂの金属箔の束を挟み込む。挟持板４は、短冊状の
金属板を長手方向に沿って二つ折りにしたものである。
そして、これらの挟持板４の両側から超音波溶接を行な
うことにより、それぞれの挟持板４の間に挟み込んだ集
電接続体２の発電要素接続部２ａと正極１ａや負極１ｂ
の金属箔の束とを溶着させる。

【０００７】発電要素１の両端部の上方に配置された正
負の集電接続体２の矩形状の部分は、図３に示すよう
に、絶縁封止材５を介して矩形の蓋板６の下面の両側に
取り付けられる。蓋板６は、金属版からなり、上面の両
側には、端子３が別の絶縁封止材７を介して配置され
る。

【０００８】これらの端子３は、下端部が蓋板６を貫通
してそれぞれの集電接続体２の矩形状の端部付近にも設
けた端子挿通用孔１０に通し、かしめによって接続固定
される。また、これらの端子３の上端部は、絶縁封止材
７上に配置された外部端子９を係止する接続導体８にか
しめによって接続固定される。絶縁封止材５、７は、蓋
板６の上下に配置されて、集電接続体２や端子３、接続
導体８、外部端子９と蓋板６との間を絶縁封止する樹脂
成形板である。

【０００９】尚、外部端子９としてはボルト状のものが
一般的であるが、必ずしもボルト状に限られるものでは
ない。また、外部端子９や接続導体８を用いず、端子３
の電池容器外部に位置する部分を外部機器との接続用端
子として用いる場合もある。

【００１０】上記４個の発電要素１は、図示しない金属
製の電池容器本体に収納され、蓋板６がこの電池容器本
体の上端開口部に嵌め込まれ溶接によって固着される。
そして、この電池容器本体の内部に非水電解液が充填さ
れることによりリチウムイオン二次電池となる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記のよう
な端子部構成の電池においては、端子３から発電要素１
（又は発電要素１から端子３）への電流は、集電接続体
の端子３と発電要素接続部２ａとの間の最短経路で流れ
るため、図４に示す集電接続体の端子挿通用孔１０の両
側の三角状縁部２cは集電機能を果さないばかりか、こ
の部分が存在することにより電池重量が増加し電池の重
量エネルギー密度が低下するという問題があった。

【００１２】この発明は上記のような課題を解決するた
めになされたもので、重量エネルギー密度が高く、かつ
信頼性が高い発電要素と端子との接続構造を有する電池
を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】請求項１の電池は、電池
容器と発電要素と集電接続体と端子とを備え、集電接続
体は略二等辺三角形状部と略二等辺三角形状の頂部に形
成された端子挿通用孔と略二等辺三角形状部の底辺部に
形成された発電要素接続部とを有するものであり、端子
は、一端が電池容器内部において端子挿通用孔に通用固
定されるとともに、他端が電池容器外部に導出されたも
のであることを特徴とする。

【００１４】この発明によれば、集電接続体の集電機能
に不要な部分が切除されているので重量低減が図れ、集
電機能を損なうことなく、重量エネルギー密度の高い電
池が提供される。

【００１５】請求項２の電池は、集電接続体の略二等辺
三角形状部頂部から端子挿通用の中心までの距離をＤと
し、端子挿通用孔の直径をＲとしたとき、Ｒは０．５Ｄ
以上とすることを特徴とする。

【００１６】Ｒを０．５Ｄ未満にすると、端子挿通用孔
近傍の強度が低下し耐振動性が低下するので、電池使用
中にこの部分で破損や接続不良が発生し、電池の信頼性
が低下する。なお、Ｒを４Ｒよりも大きくすると集電機
能に不要な部分が増え、電池の重量増に繋がるので、Ｒ
は４Ｒ以下が好ましい。また、略二等辺三角形状部は、
頂部を完全に尖らせるよりも、Ｒより長い稜を有する山
形にするのが好ましい。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を参照して説明する。

【００１８】本実施形態は、従来例と同様に、電気自動
車等に用いられる大型のリチウムイオン二次電池につい
て説明する。このリチウムイオン二次電池は、図５に示
すように、長円筒形の発電要素１を４個密着して並べ並
列接続したものである。各発電要素１は、長円筒形の一
方の端面からは正極１ａの側端部のアルミニウム箔がは
み出すと共に、他方の端面からは負極１ｂの側端部の銅
箔がはみ出すようになっている。

【００１９】上記４個の発電要素１は、長円筒形の平坦
な側面同士が接するようにして密着して並べられ、これ
らの発電要素１の両端面部にそれぞれ集電接続体２の発
電要素接続部２ａが配置される。集電接続体２は、発電
要素１の一方の端面側に配置するものはアルミニウム合
金板からなり、他方の端面側に配置するものは銅合金板
からなる。また、これらの集電接続体２は、高率放電時
の大きな電流も十分に流せるようにある程度板厚の厚い
金属板が用いられる。この例ではいずれも１．７ｍｍ厚
である。

【００２０】これらの集電接続体２は、やや扁平状の略
二等辺三角形状の水平に配置された金属板であり、この
三角形状の底辺部から下方に向けて８本の細長い発電要
素接続部２ａが突設されている。これらの発電要素接続
部２ａは、集電接続体２の金属板をプレス加工によって
細長い金属板状に抜き加工したものであり、下方に向け
て屈曲させると共に、９０°のひねりを加えている。ま
た、これらの発電要素接続部２ａには、図２に示すよう
に、金属板の一方の表面側に突出する複数の凸部２ｂが
形成されている。

【００２１】上記集電接続体２は、４個の発電要素１の
両端部の上方にそれぞれ配置され、発電要素接続部２ａ
がこれらの発電要素１の端面部に配置されるようにす
る。即ち、発電要素１の正極１ａのアルミニウム箔がは
み出す側の端面部には、アルミニウム合金板からなる集
電接続体２が配置され、負極１ｂの銅箔がはみ出す側の
端面部には、銅合金板からなる集電接続体２が配置され
る。また、発電要素接続部２ａは、各発電要素１の端面
に２本ずつ配置される。

【００２２】ここで、各発電要素１の端面には、正極１
ａのアルミニウム箔か負極１ｂの銅箔が巻回された状態
で長円筒形にはみ出しているので、これらの金属箔が直
線状に束となった部分は、巻回軸を中心にして左右に分
かれている。そして、各発電要素１ごとに配置された２
本の発電要素接続部２ａは、これら左右に分かれた金属
箔の束の外側にそれぞれ配置される。また、これら２本
の発電要素接続部２ａは、図２に示すように、凸部２ｂ
の突出する側の面が内側、つまり金属箔の束側を向くよ
うに、互いに逆方向に９０°のひねりが加えられてい
る。

【００２３】このようにして集電接続体２の発電要素接
続部２ａが配置されると、挟持板４によって、各発電要
素接続部２ａと共に、正極１ａや負極１ｂの金属箔の束
を挟み込む。挟持板４は、短冊状の金属板を長手方向に
沿って二つ折りにしたものであり、正極１ａ側の発電要
素接続部２ａの場合にはアルミニウム合金板が用いら
れ、負極１ｂ側の発電要素接続部２ａの場合には銅合金
板が用いられる。

【００２４】そして、これらの挟持板４の両側から超音
波溶接を行なうことにより、それぞれの挟持板４の間に
挟み込んだ集電接続体２の発電要素接続部２ａと正極１
ａや負極１ｂの金属箔の束とを溶着させる。

【００２５】この際、挟持板４は、発電要素接続部２ａ
と金属箔の束とを溶着して接続固定するためだけに用い
られるので、最適な超音波溶接が可能となるようなある
程度薄い金属板を用いることができる。また、発電要素
接続部２ａには、正極１ａや負極１ｂの金属箔の束と重
なり合う面に凸部２ｂが形成されているので、これらの
金属箔の束が凸部２ｂで集中的に超音波のエネルギーを
受けて確実に溶着するようになる。

【００２６】発電要素１の両端部の上方に配置された正
負の集電接続体２のほぼ二等辺三角形状の部分は、図６
に示すように、絶縁封止材５を介して矩形の蓋板６の下
面の両側に取り付けられる。蓋板６は、ステンレス鋼版
からなり、上面の両側には、正負の端子３が別の絶縁封
止材７を介して配置される。これらの端子３は、下端部
が蓋板６を貫通してそれぞれの集電接続体２のほぼ二等
辺三角形状の頂点部付近に設けた端子挿通用孔１０に通
し、かしめによって接続固定される。

【００２７】また、これらの端子３の上端部は、絶縁封
止材７上に配置された外部端子９を係止する接続導体８
にかしめによって接続固定される。これらの端子３は、
アルミニウム合金板からなる集電接続体２にはアルミニ
ウム合金製のものが用いられ、銅合金板からなる集電接
続体２には銅合金製のものが用いられる。

【００２８】しかし、接続導体８や外部端子９は、電解
液に触れることがないので、これらアルミニウム合金や
銅合金等よりも強度が高い鋼や鉄の合金等が用いられ
る。絶縁封止材５，７は、蓋板６の上下に配置されて、
集電接続体２や端子３、接続導体８、外部端子９と蓋板
６との間を絶縁封止する樹脂成形板である。

【００２９】上記４個の発電要素１は、図示しない金属
製の電池容器本体に収納され、蓋板６がこの電池容器本
体の上端開口部に嵌め込まれ溶接によって固着される。
そして、この電池容器本体の内部に非水電解液が充填さ
れることによりリチウムイオン二次電池となる。なお、
この発明では、電池容器とは電池容器本体と蓋板との総
称である。

【００３０】この電池によれば、集電接続体の集電機能
に不要な部分が切除されているので重量低減が図れ、集
電機能を損なうことなく、重量エネルギー密度の高い電
池が提供される。集電接続体の略二等辺三角形状部頂部
から端子挿通用の中心までの距離をＤとし、端子挿通用
孔の直径をＲとしたとき、Ｒは０．５Ｄ以上とするのが
好ましい。

【００３１】Ｒを０．５Ｄ未満にすると、端子挿通用孔
近傍の強度が低下し耐振動性が低下するので、電池使用
中にこの部分で破損や接続不良が発生し、電池の信頼性
が低下する。Ｒを４Ｒよりも大きくすると集電機能に不
要な部分が増え、電池の重量増に繋がるので、Ｒは４Ｒ
以下が好ましい。また、略二等辺三角形状部は、頂部を
完全に尖らせるよりも、Ｒより長い稜を有する山形にす
るのが強度面や重量面から好ましい。

【００３２】また、上記構成のリチウムイオン二次電池
によれば、各発電要素１の正極１ａや負極１ｂと端子３
との間の充放電電流は、もっぱら厚い金属板で構成され
る集電接続体２の発電要素接続部２ａを通して流れるの
で、十分に大きな充放電電流を流すことができるように
なる。しかも、各発電要素１の正極１ａや負極１ｂの金
属箔の束は、ある程度薄い金属板からなる挟持板４を介
して発電要素接続部２ａに超音波溶接されるので、溶着
が確実に行なわれ金属箔が剥がれ易くなるようなことが
なくなる。

【００３３】また、この超音波溶接によるエネルギーを
発電要素接続部２ａの凸部２ｂに集中させることができ
るので、金属箔の束をさらに確実強固に発電要素接続部
２ａに溶着することができるようになる。

【００３４】さらに、各発電要素接続部２ａは、発電要
素１の端面からはみ出した正極１ａや負極１ｂの金属箔
の束の側部に配置され、これらの発電要素接続部２ａと
金属箔の束を順に挟持板４の間に挟み込んで行けばよい
ので、従来のように、これらの金属箔の束を集電接続体
２の波板状の各凹部に挿入する作業に比べて、容易に組
み立て作業を行なうことができるようになる。

【００３５】また、上記リチウムイオン二次電池によれ
ば、アルミニウム合金製や銅合金製の端子３が鋼や鉄の
合金等からなる接続導体８に接続固定され、外部回路と
の接続はこの接続導体８に係止された外部端子９を介し
て行なうので、強度の弱いアルミニウム合金製や銅合金
製の端子３に直接ねじ止めして接続を行なう必要がなく
なり、このねじ止めの締め付けによって端子３が破損し
たり、この端子３が振動や衝撃を受けて変形したりする
ようなおそれもなくなる。

【００３６】なお、上記実施形態では、超音波溶接によ
って挟持板４の間に発電要素接続部２ａと正極１ａや負
極１ｂの金属箔とを溶着する場合について説明したが、
スポット溶接等の他の溶接により溶着を行なうこともで
きる。また、このような溶接に代えて、挟持板４の外側
から強い力で圧迫することにより、発電要素接続部２ａ
と正極１ａや負極１ｂの金属箔とを圧着することもでき
る。この場合、挟持板４は、溶接の場合とは異なり、あ
る程度板厚の厚い金属板を用いて、この間に発電要素接
続部２ａと金属箔とを確実に圧着保持できるようにする
必要がある。

【００３７】さらに、上記実施形態では、発電要素接続
部２ａに凸部２ｂを形成する場合について説明したが、
同様の凸部を挟持板４に形成することもできる。もっと
も、このような凸部２ｂを全く形成しない場合にも、金
属箔を確実に溶着又は圧着することはできる。

【００３８】また、上記実施形態では、発電要素接続部
２ａの片側にだけ正極１ａや負極１ｂの金属箔を配置す
る場合について説明したが、両側に金属箔を配置して、
これを挟持板４の間に挟み込むようにすることもでき
る。さらに、上記実施形態では、各発電要素１の片方の
端面に２本の発電要素接続部２ａを配置したが、この発
電要素接続部２ａの配置本数も限定されない。例えば、
各発電要素１の片方の端面に１本ずつの発電要素接続部
２ａを配置してもよいし、この１本の発電要素接続部２
ａに隣接する２個の発電要素１の端面からはみ出した金
属箔を共通して溶着又は圧着することもできる。

【００３９】さらに、上記実施形態では、外部端子９や
接続導体８を用いているが、外部端子９や接続導体８を
用いず、端子３の電池容器外部に位置する部分を外部機
器との接続用端子として用いてもよい。

【００４０】上記実施形態では、リチウムイオン二次電
池について説明したが、電池の種類は問わない。ちなみ
に、本発明にかかるリチウムイオン電池の基本構成とし
ては下記のようにすることができる。

【００４１】まず、正極活物質には二硫化チタンをはじ
めとしてリチウムコバルト複合酸化物、スピネル型リチ
ウムマンガン酸化物、五酸化バナジウムおよび三酸化モ
リブデンなどの種々のものが利用可能であるが、なかで
も、リチウムコバルト複合酸化物（ＬｉＣｏＯ_２）およ
びスピネル型リチウムマンガン酸化物（Ｌｉ_ｘＭｎ_２Ｏ
_４）は、４Ｖ（Ｌｉ／Ｌｉ^＋）以上のきわめて貴な電位
で充放電を行うため、正極として用いることで高い放電
電圧を有する電池が実現できる。

【００４２】尚、正極は、集電体として１０〜３０μｍ
厚のアルミニウム箔が公的であり、前記集体の両面に活
物質層が塗着されるのが一般的であり、活物質層は、厚
みが５０〜１５０μｍ（片面当り）、密度が１．８〜
３．０ｇ／ｃｃ、多孔度が２５〜４５％のものが寿命性
能及び充放電特性上好ましい。

【００４３】負極としては、金属リチウムをはじめとし
てリチウムの吸蔵・放出が可能なＬｉ−Ａｌ合金や炭素
材料など種々のものが適用可能であるが、なかでも炭素
材料は、安全性が高くかつサイクル寿命の長い電池が得
られるという利点がある。

【００４４】この場合、集電体としては１０〜２０μ厚
の銅箔が好適であり、活物質層は、厚みが４５〜１２５
μｍ（片面当り）、密度が１．１５〜２．５ｇ／ｃｃ、
多孔度が２５〜４５％のものが寿命性能及び充放電特性
上好ましい。

【００４５】また、電解液としては、プロピレンカーボ
ネート、エチレンカーボネート、７−ブチロラクトン、
スルホランなどの高誘電率溶媒に１，２−ジメトキシエ
タン、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネー
ト、ジエチルカーボネートなどの低粘度溶媒を混合した
ものに、溶質としての過塩素酸リチウム、トリフルオロ
メタンスルホン酸リチウム、六フッ化燐酸リチウムなど
が添加されたものである。これら液系のものではなく、
全固体式の電解質やゲル状電解質あるいはこれらと液系
電解質との併用といったものもある。

【００４６】電極は、例えば活物質と結着剤と溶剤とを
混合して調製したスラリーを金属箔上に塗布して製造で
きる。結着剤として、ポリフッ化ビニリデンおよびポリ
テトラフルオロエチレンなどのフッ素樹脂が耐酸化還元
性、耐電解液性の点で優れているが、なかでも有機溶剤
に可溶なポリフッ化ビニリデンは容易にスラリーを調製
できるため現在最も広く用いられている。その量として
は、正極の場合は２〜６重量％、負極の場合には６〜１
０重量％とするのが好ましい。

【００４７】セパレータとしては、厚さ２０〜６０μｍ
の多孔性の樹脂フィルムが好適であるが、ポリマー電解
質膜を用いることもできる。

【００４８】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の電池は、集電接続体の集電機能に不要な部分が切除さ
れているので重量低減が図れ、集電機能を損なうことな
く、重量エネルギー密度の高い電池が提供される。ま
た、集電接続体の略二等辺三角形状部頂部から端子挿通
用の中心までの距離をＤとし、端子挿通用孔の直径をＲ
としたとき、Ｒは０．５Ｄ以上、かつ好ましくは４Ｒ以
下としているので、部分で破損や接続不良が防止でき、
電池の信頼性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】リチウムイオン二次電池の発電要素と端子との
接続構造の従来例を示す組み立て斜視図である。

【図２】挟持板の間に挟み込んだ集電接続体の発電要素
接続部と発電要素の正極や負極の金属箔とを示す横断面
図である。

【図３】従来例を示す図である。

【図４】集電接続体の従来例を示す図である。

【図５】本発明の実施態様を示す組み立て斜視図であ
る。

【図６】本発明の実施態様を示す組み立て斜視図であ
る。

【符号の説明】

１発電要素１ｄアルミニウム箔１ｅ銅箔１ｆ絶縁材２集電接続体２ａ発電要素接続部３端子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者下園武司京都府京都市南区吉祥院西ノ庄猪之馬場町１番地日本電池株式会社内 (72)発明者胸永訓良京都府京都市南区吉祥院西ノ庄猪之馬場町１番地日本電池株式会社内Ｆターム(参考） 5H022 AA09 AA18 BB02 BB03 CC02 CC19 5H029 AJ03 AJ12 AK02 AK03 AK05 AL06 AL12 AM03 AM04 AM05 AM07 BJ06 BJ14 CJ05 DJ05 HJ04 HJ06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電池容器と発電要素と集電接続体と端子
とを備え、集電接続体は略二等辺三角形状部と略二等辺
三角形状部に形成された端子挿通用孔と略二等辺三角形
状部の底辺部に形成された発電要素接続部とを有するも
のであり、端子は、一端が電池容器内部において端子挿
通用孔に通用固定されるとともに、他端が電池容器外部
に導出されたものであることを特徴とする電池。
【請求項２】集電接続体の略二等辺三角形状部頂部か
ら端子挿通用の中心までの距離をＤとし、端子挿通用孔
の直径をＲとしたとき、Ｒは０．５Ｄ以上であることを
特徴とする請求項１記載の電池。