JP2010267443A - 二次電池及び二次電池の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電極端子に、電極板に設けられたタブを電気的、熱的に接続状態を長期的に安定させて固定された状態とすることができる二次電池を提供すること。
【解決手段】二次電池は、箱状のケース２と、ケース２の内部に、積層されて配置された複数の電極板１０と、該電極板１０それぞれの一端に設けられた導電性のタブ１１と、 ケース２の内部に突出して該タブ１１を支持する支持面を有する基部、支持面から突出する軸部、及び、軸部から張り出して塑性変形することで、基部との間でタブ１１の一部を挟み込む鍔部を有する電極端子１２とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、二次電池及び二次電池の製造方法に関する。

二次電池は、ケースの内部に積層して配置された複数の電極板と、その電極板の一端から延びるタブ（リード）に接続される電極端子とを有し、その電極端子を介して電極板とケースの外側との間で充放電を行う。下記特許文献には、二次電池に関する技術の一例が開示されている。具体的には、特許文献１の二次電池では、電極端子が、ケースに形成された電極取付用孔に嵌合して雌ネジ部が形成された雌部材と、雌ネジ部に螺合される軸部及びケース内部で軸部の一端に設けられたフランジ部を有する雄部材とを備えている。そして、雄部材を雌部材に螺合させて締め付けることで、雄部材のフランジ部と、雌部材との間で、タブが固定され電気的に接続された状態となっている。

特開２００６−３２４１７８号公報

しかしながら、上記特許文献１のような従来の二次電池の場合、雌部材に雄部材を締め込むことでタブを固定しているため、外部から伝わる振動などでゆるみが発生しやすく、タブと電極端子との間での電気的結合の低下によって電気抵抗が上昇し、また、接触面積の低下によってタブ及び電極端子を介して行われる電極板で発生する熱の放熱性能が低下してしまう問題があった。

本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、電極端子に、電極板に設けられたタブを電気的、熱的に接続状態を長期的に安定させて固定された状態とすることが可能な二次電池及び二次電池の製造方法に関する。

本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。
本発明に係る二次電池は、箱状のケースと、該ケースの内部に、積層されて配置された複数の電極板と、該電極板それぞれの一端に設けられた導電性のタブと、前記ケースの内部に突出して該タブを支持する支持面を有する基部、該支持面から突出する軸部、及び、該軸部から張り出して塑性変形することで、前記基部との間で前記タブの一部を挟み込む鍔部を有する電極端子とを備えることを特徴としている。

この発明では、タブは、基部の支持面と基部から突出した軸部から張り出す鍔部とによって挟み込まれることで、電極端子に固定されている。ここで、鍔部は、塑性変形した状態となっていることで、基部との間でタブを挟み込む力が変化してしまうことがなく、長期に安定した力でタブを挟み込んで固定することができる。

また、前記鍔部は、前記軸部の先端部分が塑性変形することで張り出して前記基部との間で前記タブの一部を挟み込んでいることが好ましい。

この発明は、鍔部が軸部の先端部分が塑性変形することで形成されていることで、電極端子を構成する基部、軸部及び鍔部を一体的なものとし、より強固にタブを固定することができる。

また、前記タブは、貫通孔を有し、該貫通孔に前記軸部が挿通された状態で前記基部と前記鍔部との間に挟み込まれていることが好ましい。

この発明は、タブに形成された貫通孔に、タブを挟み込む基部と鍔部とを連結する軸部が挿通されていることで、タブと電極端子とをより確実に固定された状態とすることができる。

また、前記基部の前記支持面は、前記電極板の積層方向に直交するようにして設けられ、前記鍔部との間で前記タブを前記積層方向に挟み込むことが好ましい。

この発明は、基部の支持面が電極板の積層方向に直交するように、すなわち電極板と略平行に設けられていることで、電極板の一端に設けられたタブとも略平行な状態とすることでき、電極板が積層されてケースに収容された状態で、タブの曲がりを最小限にして固定することができる。このため、ケースに収容された状態で、タブにかかる負荷を最小限として、タブの劣化の進行を抑えることができる。

また、本発明は、箱状のケースと、該ケースの内部に、積層されて配置された複数の電極板と、該電極板それぞれの一端に設けられた導電性のタブと、前記ケースに設けられて前記タブと接続される電極端子とを備える二次電池の製造方法であって、支持面を有する基部及び該基部から突出する軸部を有して、前記電極端子となる端子部材を準備する準備工程と、前記タブが設けられた複数の前記電極板を重ね合わせて積層させる積層工程と、積層された複数の前記電極板から突出する前記タブの束を前記端子部材の前記支持面に当接させた状態で、前記軸部の先端部分を塑性変形させて張り出させて鍔部を形成することで、該鍔部と前記基部の前記支持面との間で前記タブを挟み込むタブ固定工程と、前記積層された前記電極板を前記ケースに収容する収容工程とを備えることを特徴としている。

この発明は、タブ固定工程において、準備工程で準備された端子部材の基部の支持面にタブを当接させた状態で軸部を塑性変形させて張り出させて鍔部を形成することで、鍔部と基部の支持面との間でタブを挟み込んで固定することができる。ここで、上記のとおり、鍔部は、塑性変形した状態となっていることで、基部との間でタブを挟み込む力が変化してしまうことがなく、長期に安定した力でタブを挟み込んで固定することができる。

また、前記積層された複数の前記電極板から突出する複数の前記タブに互いに連通するように貫通孔を形成する貫通孔形成工程を備え、前記タブ固定工程では、前記タブの前記貫通孔に、前記端子部材の前記軸部を挿通させて前記基部の前記支持面に当接させた状態で、前記鍔部を形成し挟み込むことが好ましい。

この発明は、タブ固定工程において、貫通孔形成工程でタブに形成された貫通孔に、タブを挟み込む基部と鍔部とを連結する軸部が挿通されていることで、タブと電極端子とをより確実に固定された状態とすることができる。

また、前記準備工程では、前記端子部材として、正極側と対応する第一の端子部材と、該第一の端子部材の材質と異なる材質で形成され、負極側と対応する第二の端子部材とを準備し、前記タブ固定工程では、前記第一の端子部材及び前記第二の端子部材のそれぞれで、略等しい所定荷重で前記軸部の塑性変形させて前記鍔部を形成することで、該鍔部と前記基部の前記支持面とで前記タブを挟み込み、前記第一の端子部材と前記第二の端子部材のそれぞれの前記軸部は、それぞれ前記所定荷重で塑性変形させた際に、略等しい厚さで前記鍔部が形成されるように、基部から突出する長さが互いに異なるように設定されていることが好ましい。

この発明は、タブ固定工程では、正極側と対応する第一の端子部材、及び、負極側と対応する第二の端子部材のそれぞれで、軸部を塑性変形させて鍔部を形成させることで、鍔部と基部の支持面との間にタブを挟み込んで固定することができる。ここで、第一の端子部材の軸部及び第二の端子部材の軸部のそれぞれを塑性変形させる荷重が所定荷重で等しく、また、各軸部の長さが材質に応じて異なる長さに設定されていて所定荷重で塑性変形することで略等しい厚さの鍔部を形成することができる。このため、第一の端子部材によって形成される正極端子、及び、第二の端子部材によって形成される負極端子、いずれにおいても、所定荷重で略等しい挟持力でタブを固定するとともに、互いの鍔部を略等しい厚さとして鍔部としての強度を確保することができる。

本発明によれば、電極端子に、電極に設けられたタブが電気的、熱的に接続状態を長期的に安定させて固定された状態とすることができる。このため、電池温度の上昇を抑え、電池性能の向上、並びに、長寿命化を図ることができる。

本発明の実施形態の二次電池を示す一部破断した斜視図である。 本発明の実施形態の二次電池の断面図である。 本発明の実施形態の二次電池の電極端子の詳細を示す断面図である。 本発明の実施形態の二次電池の製造方法において、タブ固定工程の詳細を示す断面図である。 本発明の実施形態の二次電池の製造方法において、タブ固定工程の詳細を示す断面図である。 本発明の実施形態の変形例の二次電池の電極端子の詳細を示す断面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。以下の説明においては、ＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部の位置関係について説明する。水平面内の所定方向をＸ軸方向、水平面内においてＸ軸方向と直交する方向をＹ軸方向、Ｘ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれと直交する方向（鉛直方向、上下方向）をＺ軸方向とする。

図１は、本実施形態に係る二次電池１の外観を示す斜視図であり、一部を破断した図である。図２は、二次電池１の断面図である。図１及び図２においては、二次電池１は、以下に示す正極端子及び負極端子が上部に位置するように配置されており、これにより内部の正極板及び負極板は、水平面内における一軸であるＸ軸に直交するように配置され、該Ｘ軸方向を積層方向として交互に積層されている。

図１及び図２において、二次電池１は、箱状のケース２と、ケース２の内部に配置された電極板１０である複数の正極板３及び複数の負極板４と、正極板３及び負極板４のそれぞれの上端に対応して設けられた導電性のタブ１１である正極用タブ５及び負極用タブ６と、ケース２に支持された電極端子１２である正極端子７及び負極端子８と、正極板３と負極板４との間に配置されるセパレータ９とを備えている。

正極板３及び負極板４は、プレート状の部材である。正極板３は、例えばアルミニウムで形成されており、また、負極板４は、例えば銅で形成されている。正極板３は、上述したように図１に示す配置状態において、その表面がＸ軸と直交、すなわちＹＺ平面と略平行になるように、ケース２の内側に配置されている。同様に、負極板４も、その表面がＸ軸と直交、すなわちＹＺ平面と略平行になるように、ケース２の内側に配置されている。正極板３は、Ｘ軸方向に複数配置されている。負極板４は、Ｘ軸方向に複数配置されている。正極板３と負極板４とは、間にセパレータ９を介してＸ軸方向に交互に配置されている。なお、図１に示すように、本実施形態ではセパレータ９は、負極板４をそれぞれラミネートするような構成であり、これにより正極板３と負極板４とのそれぞれの間に介装された状態としている。

正極用タブ５は、導電性であり、本実施形態では正極板３と一体的に形成されている。正極用タブ５は、図１に示す配置状態において、正極板３それぞれの上端となる一端に設けられ、正極板３と略平行として上方に突出している。正極用タブ５の幅（Ｙ軸方向のサイズ）は、正極板３の幅（Ｙ軸方向のサイズ）より小さい。正極用タブ５は、正極板３の上端の、Ｙ軸方向（幅方向）中心よりも＋Ｙ方向寄りに接続されている。

負極用タブ６は、導電性であり、本実施形態では負極板４と一体的に形成されている。負極用タブ６は、図１に示す配置状態において、負極板４それぞれの上端となる一端に設けられ、負極板４と略平行として上方に突出している。負極用タブ６の幅（Ｙ軸方向のサイズ）は、負極板４の幅（Ｙ軸方向のサイズ）より小さい。負極用タブ６は、負極板４の上端の、Ｙ軸方向（幅方向）中心よりも−Ｙ方向寄りに接続されている。

ケース２は、一面が開口した本体部２Ｓと、本体部２Ｓの開口を閉塞する蓋体２Ｔとを有する。正極端子７及び負極端子８は、それぞれ蓋体２Ｔに形成された貫通孔２ａに嵌合されているスリーブ状の絶縁体２ｂに嵌挿されて蓋体２Ｔに支持されている。正極端子７の一端となる上端は、ケース２の外側に配置されている。正極端子７の他端となる下端は、ケース２の内側に配置されている。負極端子８の一端となる上端は、ケース２の外側に配置されている。負極端子８の他端となる下端は、ケース２の内側に配置されている。正極端子７と負極端子８とは、Ｙ軸方向に配置されている。正極端子７は、負極端子８の＋Ｙ方向に配置されている。また、正極端子７と負極端子８とは、互いに異なる材質で形成されており、本実施形態では例えば正極端子７がアルミニウムで、負極端子８が銅でそれぞれ形成されている。

図３に示すように、正極端子７及び負極端子８である電極端子１２は、いずれも、ケース２の蓋体２Ｔの外側で係止される係止部１２ａと、蓋体２Ｔからケース２の内部に突出する基部１２ｂと、基部１２ｂから突出した軸部１２ｃと、軸部１２ｃから張り出した鍔部１２ｄとを有する。基部１２ｂは、タブ１１の内、正極用タブ５または負極用タブ６の対応するいずれかを支持して電気的に接続される支持面１２ｅを有する。本実施形態では、支持面１２ｅは、下方に突出する基部１２ｂの下面により構成されている。また、軸部１２ｃは、基部１２ｂの支持面１２ｅの中央から下方に突出しており、支持面１２ｅに支持されたタブ１１の貫通孔１１ａに挿通されている。また、鍔部１２ｄは、後述するように軸部１２ｃの先端部分が塑性変形することで側方（Ｘ軸方向及びＹ軸方向）に向かって張り出しているとともに、基部１２ｂの支持面１２ｅとの間でタブ１１の一部分を挟み込むようにして固定している。なお、軸部１２ｃには、ワッシャ１３が外装されており、軸部１２ｃは、ワッシャ１３を介してタブ１１を押圧している。

次に、この実施形態の二次電池１の製造方法について説明する。
まず、準備工程として、各部材を準備する。すなわち、ケース２において、蓋体２Ｔと、本体部２Ｓとを準備する。また、電極板１０として、正極板３及び負極板４とを所定枚数準備する。なお、タブ１１である正極用タブ５及び負極用タブ６のそれぞれは、対応する正極板３または負極板４と一体的に形成されている。

また、図４に示すように、電極端子１２となる端子部材１４を準備する。端子部材１４としては、正極端子７となる第一の端子部材１５と、負極端子８となる第二の端子部材１６とをそれぞれ準備する。本実施形態では、第一の端子部材１５は、正極端子７と対応してアルミニウムで形成されており、また、第二の端子部材１６は、負極端子８と対応して銅で形成されており、互いに異なる材質で形成されている。端子部材１４は、いずれも、電極端子１２として構成するための係止部１２ａ及び基部１２ｂが形成されているとともに、電極端子１２としての軸部１２ｃと対応する軸部１４ａが形成されているものの、鍔部１２ｄが形成されておらず、また、軸部１４ａは、その突出する長さＬ１４が最終形状となる電極端子１２の軸部１２ｃの長さＬ１２よりも長く形成されている。さらに、端子部材１４の軸部１４ａの長さＬ１４は、正極端子７と負極端子８との材質の違いから、互いに異なる長さに設定されており、本実施形態では、負極端子８を形成する銅と比較して同一荷重での変形量の大きいアルミニウムで形成された正極端子７と対応する第一の端子部材１５における軸部１４ａの方が、第二の端子部材１６における軸部１４ａよりも長くなるように設定されている。詳細は後述する。
そして、各端子部材１４を、ケース２の蓋体２Ｔに絶縁体２ｂを介して装着する。

次に、積層工程として、正極板３と、セパレータ９でラミネートされた負極板４とを交互に、所定枚数積層させる。この際、正極板３のそれぞれから突出する正極用タブ５は、正極板３の上端に沿って略等しい位置となって重なり合って束となっている。また、負極板４のそれぞれから突出する負極用タブ６は、負極板４の上端に沿って正極用タブ５が突出位置と異なり、かつ互いに略等しい位置となって重なり合って束となっている。次に、貫通孔形成工程として、正極用タブ５及び負極用タブ６のぞれぞれの束に、タブ１１同士で互いに連通するように貫通孔１１ａを形成する。

次に、タブ固定工程として、タブ１１を電極端子１２となる端子部材１４に固定させる。すなわち、図４に示すように、まず、正極用タブ５及び負極用タブ６のぞれぞれのタブ１１について、貫通孔１１ａに、対応する端子部材１４の軸部１４ａを挿通させて、その基部１２ｂの支持面１２ｅに当接させ、さらに、ワッシャ１３を装着する。この状態で、図５に示すように、端子部材１４の係止部１２ａに支持部材１７を当接させ、軸部１４ａの先端を支持部材１７に向かって押圧部材１８によって所定荷重で押圧することにより、軸部１４ａの先端部分を塑性変形させる。これにより、軸部１４ａは、タブ１１の貫通孔１１ａ及びワッシャ１３に挿通された基端部分が、そのまま電極端子１２の軸部１２ｃとして構成されるとともに、ワッシャ１３よりも突出した先端部分が軸部１２ｃよりも側方に張出して鍔部１２ｄとなり、該鍔部１２ｄは、ワッシャ１３を介してタブ１１を押圧して基部１２ｂの支持面１２ｅとの間で挟み込むこととなる。

ここで、正極端子７と、負極端子８とでは、いずれも略等しい所定荷重で押圧部材１８により押圧することで、互いに略等しい挟持力でタブ１１を挟み込んで固定することができる。また、鍔部１２ｄを形成する前の端子部材１４の軸部１４ａとしての長さＬ１４を、同等の荷重で変形させた際に銅に対して塑性変形量の大きいアルミニウムで形成された正極端子７で、負極端子８よりも長くすることで、変形後の鍔部１２ｄの厚さＴ１２を略等しくすることができ、これにより鍔部１２ｄの強度をいずれの電極端子１２でも確保することができる。

そして、最後に収容工程として、電極端子１２、タブ１１及び蓋体２Ｔ一体となった電極板１０を、電解液が入ったケース２の本体部２Ｓに挿入し、最後に本体部２Ｓの開口に蓋体２Ｔを取り付けることで、二次電池１が完成する。

以上のように、本実施形態の二次電池１によれば、電極端子１２が支持面１２ｅを有する基部１２ｂ、軸部１２ｃ及び鍔部１２ｄを備え、鍔部１２ｄは、塑性変形した状態となっていることで、基部１２ｂとの間でタブ１１を挟み込む力が変化してしまうことがなく、長期に安定した力でタブ１１を挟み込んで固定することができる。このため、電極端子１２に、電極板１０に設けられたタブ１１が電気的、熱的に接続状態を長期的に安定させて固定された状態とすることができる。このため、電池温度の上昇を抑え、電池性能の向上、並びに、長寿命化を図ることができる。また、上記のとおり鍔部１２ｄは、端子部材１４の軸部１４ａの先端部分を塑性変形して形成することで、電極端子１２としての軸部１２ｃと一体的に構成されたものであり、強固にタブ１１を固定することができる。また、上記のとおり、タブ１１には貫通孔１１ａが形成されており、タブ１１は、該貫通孔１１ａに軸部１２ｃが挿通された状態で鍔部１２ｄと基部１２ｂの支持面１２ｅに挟み込まれて固定されていることから、タブ１１と電極端子１２とをさらに確実に固定された状態とすることができる。

なお、上記実施形態では、タブ１１を支持する基部１２ｂの支持面１２ｅは、基部１２ｂの下面として構成されるものとしたが、これに限るものではない。図６は、変形例を示している。図６に示すように、この変形例の電極端子２０では、蓋体２Ｔの外側で係止される係止部２０ａと、係止部２０ａからケース２の内部へ突出する基部２０ｂと、基部２０ｂから突出する軸部２０ｃと、軸部２０ｃの先端から張り出す鍔部２０ｄとを有する。ここで、基部２０ｂにおいて、タブ１１を支持する支持面２０ｅは、電極板１０の積層方向となるＸ軸方向に直交するようにして設けられている。そして、軸部２０ｃは、この支持面２０ｅから突出しており、すなわちＸ軸方向に沿って配設され、その先端から鍔部２０ｄが張り出している。そして、この変形例でも同様にタブ１１は、貫通孔１１ａに軸部２０ｃが挿通された状態で、基部２０ｂの支持面２０ｅと鍔部２０ｄとの間で挟みこまれて固定されている。

この変形例では、基部２０ｂの支持面２０ｅが電極板１０の積層方向となるＸ軸方向に直交するように、すなわち電極板１０と略平行に設けられていることで、電極板１０の上端に設けられたタブ１１とも略平行な状態とすることでき、電極板１０が積層されてケース２に収容された状態で、タブ１１の曲がりを最小限にして固定することができる。このため、ケース２の収容された状態で、タブ１１にかかる負荷を最小限として、タブ１１の劣化の進行を抑えることができる。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

１ 二次電池
２ ケース
１０ 電極板
１１ タブ
１１ａ 貫通孔
１２、２０ 電極端子
１２ｂ、２０ｂ 基部
１２ｃ、２０ｃ 軸部
１２ｄ、２０ｄ 鍔部
１２ｅ、２０ｅ 支持面
１４ 端子部材
１４ａ 軸部

Claims (7)

1. 箱状のケースと、
   該ケースの内部に、積層されて配置された複数の電極板と、
   該電極板それぞれの一端に設けられた導電性のタブと、
   前記ケースの内部に突出して該タブを支持する支持面を有する基部、該支持面から突出する軸部、及び、該軸部から張り出して塑性変形することで、前記基部との間で前記タブの一部を挟み込む鍔部を有する電極端子とを備えることを特徴とする二次電池。
2. 請求項１に記載の二次電池において、
   前記鍔部は、前記軸部の先端部分が塑性変形することで張り出して前記基部との間で前記タブの一部を挟み込んでいることを特徴とする二次電池。
3. 請求項１または請求項２に記載の二次電池において、
   前記タブは、貫通孔を有し、該貫通孔に前記軸部が挿通された状態で前記基部と前記鍔部との間に挟み込まれていることを特徴とする二次電池。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の二次電池において、
   前記基部の前記支持面は、前記電極板の積層方向に直交するようにして設けられ、前記鍔部との間で前記タブを前記積層方向に挟み込むことを特徴とする二次電池。
5. 箱状のケースと、該ケースの内部に、積層されて配置された複数の電極板と、該電極板それぞれの一端に設けられた導電性のタブと、前記ケースに設けられて前記タブと接続される電極端子とを備える二次電池の製造方法であって、
   支持面を有する基部及び該基部から突出する軸部を有して、前記電極端子となる端子部材を準備する準備工程と、
   前記タブが設けられた複数の前記電極板を重ね合わせて積層させる積層工程と、
   積層された複数の前記電極板から突出する前記タブの束を前記端子部材の前記支持面に当接させた状態で、前記軸部の先端部分を塑性変形させて張り出させて鍔部を形成することで、該鍔部と前記基部の前記支持面との間で前記タブを挟み込むタブ固定工程と、
   前記積層された前記電極板を前記ケースに収容する収容工程とを備えることを特徴とする二次電池の製造方法。
6. 請求項５に記載の二次電池の製造方法において、
   前記積層された複数の前記電極板から突出する複数の前記タブに互いに連通するように貫通孔を形成する貫通孔形成工程を備え、
   前記タブ固定工程では、前記タブの前記貫通孔に、前記端子部材の前記軸部を挿通させて前記基部の前記支持面に当接させた状態で、前記鍔部を形成し挟み込むことを特徴とする二次電池の製造方法。
7. 請求項５または請求項６に記載の二次電池の製造方法において、
   前記準備工程では、前記端子部材として、正極側と対応する第一の端子部材と、該第一の端子部材の材質と異なる材質で形成され、負極側と対応する第二の端子部材とを準備し、
   前記タブ固定工程では、前記第一の端子部材及び前記第二の端子部材のそれぞれで、等しい所定荷重で前記軸部の先端部分を塑性変形させて前記鍔部を形成することで、該鍔部と前記基部の前記支持面とで前記タブを挟み込み、
   前記第一の端子部材と前記第二の端子部材のそれぞれの前記軸部は、それぞれ前記所定荷重で塑性変形させた際に、略等しい厚さで前記鍔部が形成されるように、基部から突出する長さが互いに異なるように設定されていることを特徴とする二次電池の製造方法。

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