JP2010086785A - 二次電池および電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】電池モジュールの組み立ての際に位置決めが容易であって、製造歩留まりを改善する二次電池および電池モジュールを提供する。
【解決手段】正極および負極を備える電極体１６と、電極体１６と電解液１４とを収納した外装容器１２と、を備え、外装容器１２は、正極と電気的に接続された正極端子２０ａと、負極と電気的に接続された負極端子２０ｂとを含む電極端子を備え、電極端子は、外装容器１２の一端面に略直交する方向に突出するとともに、突出する方向における終端部が始端部より細い端子部２０Ｔを備える二次電池１０。
【選択図】 図１

Description

この発明は、二次電池および電池モジュールに係り、特に、リチウムイオン電池などに代表される非水電解液を用いた二次電池およびこの二次電池を複数備える電池モジュールに関する。

近年、非水系二次電池、特にリチウムイオン二次電池は、高電圧、高エネルギー密度を有することから、コードレス携帯型電子機器の電源、さらには電気自動車などの車両駆動用の電源などとして注目されている。

非水電解液二次電池は、電極群と電解液とを収容する外装容器を備える。外装容器には、その一端面から突出する電極端子が設けられている。電極端子は、電極群から導出された正極端子と電気的に接続された正極端子と、電子群から導出された負極端子と電気的に接続された負極端子と、を備える。

従来、例えば特許文献１には、正極端子と負極端子とが、略直方体形状の凸部を備える二次電池を複数備えた電池パックが開示されている。
特開２００５−２０３２５０号公報

複数の二次電池からなる電池モジュールを組み立てる際には、電極端子が挿入される複数の端子孔を備えたバスバーを接続手段として用いることがある。しかし、バスバーの端子孔に略直方体形状の電極端子の凸部を挿入させる際には高い位置決め精度が必要であり、端子孔の縁部と電極端子とを溶接する際にも位置決めが困難であった。

この発明は、上述した事情に鑑みなされたものであって、電池モジュールの組み立ての際に位置決めが容易であって、製造歩留まりを改善する二次電池および電池モジュールを提供することを目的とする。

本発明の第１態様による二次電池は、正極および負極を備える電極体と、前記電極体と電解液とを収納した外装容器と、を備え、前記外装容器は、前記正極あるいは前記負極と電気的に接続された電極端子を備え、前記電極端子は、前記外装容器の一端面に略直交する方向に突出するとともに、突出する方向における終端部が始端部より細い端子部を備える。

本発明の第２態様による電池モジュールは、外装容器に収納された正極あるいは負極と電気的に接続された電極端子を備えた複数の二次電池と、前記複数の二次電池の前記電極端子を電気的に接続する接続手段と、を備え、前記電極端子は、前記外装容器の一端面から突出するとともに、突出する方向における終端部が始端部より細い端子部を備え、前記接続手段は、前記端子部の前記終端部が挿入される電極孔を備え、前記端子部は、前記突出する方向における始端部と終端部との間で、前記電極孔の縁部と接触している。

この発明によれば、電池モジュールの組み立ての際に位置決めが容易であって、製造歩留まりを改善する二次電池および電池モジュールを提供することができる。

以下、この発明の一実施形態に係る二次電池および電池モジュールについて図面を参照して説明する。図１は、本実施形態に係る密閉型二次電池の外観を示す斜視図、図２は、密閉型二次電池の一部を示す断面図である。

図１および図２に示すように、密閉型二次電池は、例えば、リチウムイオン電池等の薄型の非水系二次電池１０として構成されている。二次電池１０は、アルミニウム等により形成された偏平な矩形箱状の外装容器１２と、外装容器１２内に非水電解液１４と共に収納された電極体１６と、を備えている。

外装容器１２は、上端が開口した容器本体１２ａと、容器本体１２ａに溶接され容器本体の開口を閉塞した矩形板状の蓋体１２ｂとを有し、気密に形成されている。容器本体１２ａは、開口に対向する底壁と、開口と底壁との間に延びるとともに互いに対向する２つの主壁と、２つの主壁間に延びる２つの側壁とを備える。電極体１６は、例えば、正極板および負極板をその間にセパレータを介在させて渦巻き状に捲回し、更に、径方向に圧縮することにより、偏平な矩形状に形成されている。

正極端子２０ａおよび負極端子２０ｂが蓋体１２ｂの長手方向両端部にそれぞれ設けられ、蓋体１２ｂから突出している。正極端子２０ａおよび負極端子２０ｂは、電極体１６の正極および負極にそれぞれ電気的に接続されている。

負極端子２０ｂは、図２に示すように、蓋体１２ｂを貫通して延びている。負極端子２０ｂと蓋体１２ｂとの間には、合成樹脂、ガラス等の絶縁体からなるシール材、例えば、ガスケット１８が設けられ、負極端子２０ｂと外装容器１２との間を気密にシールしているとともに、電気的に絶縁している。

正極端子２０ａと負極端子２０ｂとは、蓋体１２ｂの表面から外装容器１２の外側に向かって突出するとともに、突出する方向における先端部が蓋体１２ｂ側の端部（始端部）よりも細くなった端子部２０Ｔを備えている。

本実施形態では、端子部２０Ｔは蓋体１２ｂから蓋体１２ｂの面方向（Ｘ−Ｚ方向）と略直交する方向（Ｙ方向）において、外方（電極体１６側と反対方向）に向かって突出し、突出する方向における終端側の端面（上底面）の面積（図４に示す径ｄ１）が始端側の端面（下底面）の面積（図４に示す径ｄ２）よりも小さい略円錐台形状である。

図１、および図２に示すように、蓋体１２ｂには、外装容器１２内へ非水電解液１４を注入するための注液孔３４が形成され、外装容器内に連通している。注液孔３４は、例えば、円形に形成されている。注液孔３４は、蓋体１２ｂに固定された封止栓（図示せず）により封止されている。蓋体１２ｂの中央部には、圧力開放弁３２が配置されている。なお、圧力開放弁３２は、蓋体１２ｂの板厚を部分的に薄くした薄肉部により構成してもよい。外装容器１２の内圧がある一定以上に高まると、圧力開放弁３２が開放され、内圧を下げて外装容器の破裂等の不具合を防止する。

上記の二次電池１０を組み立てる際には、図３に示すように、複数の二次電池１０を、隣接する二次電池１０の主壁１２ａ１同士が互いに略平行となるとともに、側壁１２ａ２が略同一面上において二次電池１０の厚さ方向（Ｚ方向）に並ぶように配置する。このとき、複数の二次電池１０を直列接続とする場合には、二次電池１０の厚さ方向（Ｚ方向）において、正極端子２０ａと負極端子２０ｂとが交互に並ぶように二次電池１０を配置する。

次に、図３に示すように、接続手段としてのバスバー３０によって隣接する二次電池１０の電極端子同士を電気的に接続させる。バスバー３０は、正極端子２０ａあるいは負極端子２０ｂの端子部２０Ｔの先端（終端部）を挿入させる電極孔３０ｈを備える。電極孔３０ｈの形状は正極端子２０ａあるいは負極端子２０ｂの端子部２０Ｔの形状に適合した形状であって、端子部２０Ｔの上底面あるいは下底面の少なくともいずれか一方の略相似形である。本実施形態では、電極孔３０ｈは略円形状である。

ここで、電極孔３０ｈの径ｄ３は、端子部２０Ｔの上底面の径ｄ１よりも大きく、下底面の径ｄ２より小さい（ｄ１＜ｄ３＜ｄ２）。したがって、電極孔３０ｈの面積は、端子部２０Ｔの上底面の面積よりも大きく、かつ、下底面の面積よりも小さい。

図４に示すように、バスバー３０の電極孔３０ｈに正極端子２０ａの端子部２０Ｔを挿入させると、電極孔３０ｈには、正極端子２０ａの端子部２０Ｔが、上底面と下底面との中間の位置まで挿入される。そのため、電極孔３０ｈにおいて、バスバー３０と正極端子２０ａとが必ず接触することとなる。

電極孔３０ｈの縁部が正極端子２０ａと例えばレーザ溶接により溶接固定され、バスバー３０と二次電池１０との位置が固定され、複数の二次電池１０が直列接続された電池モジュールが組み立てられる。

上記のように、本実施形態では、正極端子２０ａおよび負極端子２０ｂの上底面の面積が電極孔３０ｈの面積よりも小さいため、正極端子２０ａおよび負極端子２０ｂを電極孔３０ｈに挿入する際の位置決めが容易である。

さらに、正極端子２０ａおよび負極端子２０ｂの下底面の面積が電極孔３０ｈの面積よりも大きいため、正極端子２０ａおよび負極端子２０ｂと、バスバー３０とを必ず接触させることができる。

したがって、複数の二次電池１０を並べて配置する際の位置決めの際に、いずれかの二次電池１０の位置に微小なズレが生じていたとしても、バスバー３０の電極孔３０ｈ内に電極端子の上底面を挿入することができ、さらに、バスバー３０によって隣接する電極端子とを接続させることができるとともに、バスバー３０の電極孔３０ｈの位置に合わせて二次電池１０の位置を正しく修正することが可能となる。

すなわち、本実施形態に係る二次電池および電池モジュールによれば、電池モジュールの組み立ての際での位置決めが容易であって、製造歩留まりを改善する二次電池および電池モジュールを提供することができる。

なお、この発明は、上記実施形態そのものに限定されるものではなく、その実施の段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。例えば、上記の実施形態に係る二次電池１０は、略円錐台形状に突出した電極端子を備えているが、電極端子の形状はこれに限らず、突出する方向に向けて先細になっていればよい。正極端子と負極端子とが異なる形状であってもよい。

例えば、図５に示すように、電極端子は上底面と下底面とが略矩形状であってもよく、図６に示すように、上底面と下底面との形状が異なっていてもよい。図６に示す場合では、上底面が略円形状であって、下底面が略矩形状である。

上記の実施形態に係る電池モジュールでは、バスバー３０の電極孔３０ｈの形状は略円形状であったが、図５に示すように電極端子の上底面および下底面の形状が略矩形状である場合には、電極孔３０ｈは略形状とし、図６に示すように電極端子の上底面が略円形状で下底面が略矩形状である場合には、電極孔３０ｈは例えば略円形状あるいは略矩形状とする。

このとき、略四角錘台の電極端子を貫通させる電極孔３０ｈを略矩形状とする場合には、電極孔３０ｈの端辺の幅を、電極端子の上底面の端辺の幅よりも大きく、かつ、電極端子の下底面の端辺の幅よりも小さくする。

上底面が略円形状で下底面が略矩形状である電極端子を貫通させる電極孔３０ｈを略矩形状にする場合には、電極孔３０ｈの端辺の幅を、電極端子の上底面の径よりも大きく、かつ、電極端子の下底面の端辺の幅よりも小さくする。

上底面が略円形状で下底面が略矩形状である電極端子を貫通させる電極孔３０ｈを略円形状にする場合には、電極孔３０ｈの径を、電極端子の上底面の径よりも大きく、かつ、電極端子の下底面の対角線の幅よりも小さくする。

このように、電極孔３０ｈの形状を電極端子の形状に適合させることによって、電極孔３０ｈの縁部と電極端子とを接触させることができる。なお、円錐台形状あるいは多角錘台形状の電極端子と、この電極端子に上底面および下底面に形状に合わせた電極孔３０ｈの縁部とを溶接固定する場合には、少なくとも２箇所以上で固定されることが望ましい。

さらに、上記の実施形態では、端子部２０Ｔは突出する方向における始端側から終端側へと連続的に細くなっていたが、端子部２０Ｔの始端側と終端側との間に少なくとも１つの段差が設けられていてもよい。

端子部２０Ｔに段差を設ける場合には、例えば端子部２０Ｔは突出する方向の始端側に配置される第１柱状部と、突出する方向の終端側において第１柱状部上に配置される第２柱状部とを備え、バスバー３０の電極孔３０ｈの径を第１柱状部の径よりも大きく、かつ、第２柱状部の径よりも小さくする。このように電極孔３０ｈの径の大きさを設定すると、電極孔３０ｈには第２柱状部のみが挿入されバスバー３０は第１柱状部の上面に接触する。

上記のように端子部２０Ｔに段差を設けた場合であっても、電極孔３０ｈに端子部２０Ｔを挿入させることが容易となり、かつ電極孔３０ｈの縁部を端子部２０Ｔに確実に接触させることができ、上述の実施形態に係る二次電池および電池モジュールと同様の効果を得ることができる。

また、上記の実施形態では、電極孔３０ｈの形状は、端子部２０Ｔの上底面あるいは下底面の形状の略相似形状であったが、電極孔３０ｈの形状は、端子部２０Ｔの先端（終端部）を挿入可能であって、始端部を通過させない形状であればよい。なお、電極孔３０ｈの形状を、端子部２０Ｔの上底面あるいは下底面の形状の略相似形状とすることによって、電極孔３０の縁部と端子部２０Ｔとの接触部分を増やすことができる。

また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

本発明の一実施形態に係る二次電池の一構成例を概略的に示す図。 図１に示す二次電池の一部を示す断面図。 図１に示す二次電池を用いて電池モジュールを組み立てる方法の一例を説明するための図。 本発明の一実施形態に係る電池モジュールの電極端子とバスバーとの接続部分の一構成例を説明するための断面図。 本発明の一実施形態に係る二次電池の電極端子の形状の他の例を概略的に示す図。 本発明の一実施形態に係る二次電池の電極端子の形状の他の例を概略的に示す図。

符号の説明

１０…二次電池、１２…外装容器、１４…電解液、１６…電極体、２０ａ…正極端子、２０ｂ…負極端子、２０Ｔ…端子部

Claims (5)

1. 正極および負極を備える電極体と、
   前記電極体と電解液とを収納した外装容器と、を備え、
   前記外装容器は、前記正極あるいは前記負極と電気的に接続された電極端子を備え、
   前記電極端子は、前記外装容器の一端面に略直交する方向に突出するとともに、突出する方向における終端部が始端部より細い端子部を備える二次電池。
2. 前記端子部は、前記突出する方向において、始端側に配置されたた第１底面と、終端側に配置された第２底面と、を備え、
   前記第１底面の面積は前記第２底面の面積よりも大きい請求項１記載の二次電池。
3. 外装容器に収納された正極あるいは負極と電気的に接続された電極端子を備えた複数の二次電池と、前記複数の二次電池の前記電極端子を電気的に接続する接続手段と、を備え、
   前記電極端子は、前記外装容器の一端面から突出するとともに、突出する方向における終端部が始端部より細い端子部を備え、
   前記接続手段は、前記端子部の前記終端部が挿入される電極孔を備え、
   前記端子部は、前記突出する方向における始端部と終端部との間で、前記電極孔の縁部と接触している電池モジュール。
4. 前記端子部は、前記突出する方向において、始端側に配置された第１底面と、終端側に配置された第２底面と、を備え、
   前記第１底面の面積は前記電極孔の面積よりも大きく、前記第２底面の面積は前記電極孔の面積よりも小さい請求項３記載の電池モジュール。
5. 前記端子部は、前記突出する方向において、始端側に配置された第１底面と、終端側に配置された第２底面と、を備え、
   前記電極孔の形状は、前記第１底面および前記第２底面のすくなくともいずれか一方の略相似形である請求項３記載の電池モジュール。

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