JP2010277797A - 電池、車両及び電池使用機器 - Google Patents

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Abstract

【課題】電極端子部材における要素接続部材の加締部と外部配置端子部材の固定部との接続強度及び接続信頼性を十分に確保できる電池等を提供すること。
【解決手段】 リチウム二次電池100は、外部配置端子部材133の固定部133eの固定孔133ehが、電池外部に向かって拡大する外側端部133eh2を含む形態とされ、固定部133eに要素接続部材131の加締部131gが溶接されている。その溶接部132は、加締部131gのうち外側端部133eh2よりも径方向外側に位置する加締外周部131gd、及び、固定部133eのうち外側端部133eh2よりも径方向外側に位置する固定部外周部133edにのみ形成されている。
【選択図】 図4

Description

本発明は、発電要素と、これを収容する電池ケースと、電池ケース内で発電要素に接続すると共に、電池ケースの外部に延出する電極端子部材とを備える電池に関する。また、この電池を備える車両、及び、この電池を備える電池使用機器に関する。
従来より、発電要素と、これを収容する電池ケースと、電池ケース内で発電要素に接続すると共に、電池ケースの外部に延出して外部の接続端子との接続に利用される電極端子部材とを備える電池が知られている。例えば特許文献1に、このような電池が開示されている。図13に、この電池900のうち、電極端子部材930の固定部933e近傍の縦断面図を示し、また、図14に、図13に対応した分解斜視図を示す。
この電池900は、発電要素(図示外)を収容する電池ケース910と、電池ケース910内で発電要素に接続する一方、電池ケース910の外部に延出する電極端子部材930と、この電極端子部材930と電池ケース910との間に介在してこれらを絶縁する2種類の絶縁部材(外部絶縁部材950及びシールゴム960)とを備える。
このうち電池ケース910は、発電要素を収容する箱状のケース本体部材(図示外)と、このケース本体部材の開口を閉塞するケース蓋部材913とから構成されている。ケース蓋部材913には、端子挿通孔913hが形成され、電極端子部材930が挿通されている。
電極端子部材930は、要素接続部材931と外部配置端子部材933と図示外の締結部材の3部材からなる。
このうち要素接続部材931は、要素接続本体部931eと挿通部931fと加締部931gとからなる。要素接続本体部931eは、電池ケース910の内部に位置し、発電要素に接続している。また、挿通部931fは、この要素接続本体部931eの上端(図13及び図14中、上方の端部)に連なり、ケース蓋部材913の端子挿通孔913h及び後述する外部接続端子材933の固定部933eの固定孔933ehに挿通されている。また、加締部931gは、挿通部931fの上端に連なり、電池外部に露出し、加締められ拡径されて傘状をなし、外部接続端子933の固定部933eに上側から当接している。
外部配置端子部材933は、ケース蓋部材913上に位置し、固定部933eと中間部933fと図示外の外部接続部とからなり、Z字状をなす。固定部933eは、自身を貫通し、電池外部に(上側に)向かって拡大するテーパ状の固定孔933ehを有し、上述のように要素接続部931(加締部931g)に接続している。この固定部933eは、ケース蓋部材913に沿ってこれに平行に延びる板状をなし、後述する外部絶縁部材950を介してケース蓋部材913に固定されている。中間部933fは、この固定部933eに連なり、上方(図13及び図14中、上方)に延びる板状をなす。
特開2008−192552号公報
上述の電池900では、前述のように、要素接続部材931の加締部931gの加締めにより、要素接続部材931の加締部931gと外部配置端子部材933の固定部933eとを接続している。このため、接続強度を十分に確保することが困難であり、また、長期間に渡る使用により加締めが緩むなどして、接触抵抗が増加するおそれがある。そこで、本発明者は、要素接続部材931の加締部931gと外部配置端子部材933の固定部933eとを加締め固定した上で、更に、これら加締部931g及び固定部933eを溶接することを考えた。
しかしながら、加締部931gと固定部933eとを溶接すると、その溶接部にブローホールが発生することがある。ブローホールが発生すると、溶接面積が減少するために、接続信頼性が低下する。本発明者が鋭意検討した結果、ブローホールが発生する原因は、溶接が固定部933eの固定孔933ehのテーパ部分にかかると、加締部931gとテーパ部分とは加締めにより密着しているために、溶接の際に生じるガスの逃げ道がなくなり、ブローホールの発生に繋がると考えられた。
本発明は、かかる現状に鑑みてなされたものであって、電極端子部材がその要素接続部材の加締部と外部配置端子部材の固定部とを加締め固定する形態とされた電池において、これら加締部と固定部との接続強度及び接続信頼性を十分に確保できる電池を提供することを目的とする。また、この電池を備える車両、及び、この電池を備える電池使用機器を提供することを目的とする。
その解決手段は、発電要素と、開口をなし、前記発電要素を収容するケース本体部材、及び、このケース本体部材の前記開口を閉塞するケース蓋部材を有する電池ケースと、前記電池ケースの内部で前記発電要素に接続すると共に、前記ケース蓋部材に形成された端子挿通孔を通じて前記ケース蓋部材上に延出する電極端子部材と、を備える電池であって、前記電極端子部材は、前記電池ケースの内部で前記発電要素に接続すると共に、前記ケース蓋部材の前記端子挿通孔に挿通された要素接続部材と、前記要素接続部材に接続し、前記電池ケースの外部のうち前記ケース蓋部材上に位置する外部配置端子部材と、を有し、前記要素接続部材は、前記電池ケースの内部に位置し、前記発電要素に接続する要素接続本体部と、この要素接続本体部に連なり、前記ケース蓋部材の前記端子挿通孔に挿通された挿通部と、この挿通部に連なり、電池外部に露出し、加締められ拡径されて傘状をなし、前記外部配置端子部材に係合する加締部と、を含み、前記外部配置端子部材は、前記ケース蓋部材に沿って延び、前記ケース蓋部材に固定された固定部であって、自身を貫通する固定孔に前記要素接続部材の前記挿通部が挿通されると共に、前記要素接続部材の前記加締部が係合する固定部を含み、前記固定部の前記固定孔は、少なくとも自身の外側端部が電池外部に向かって拡大するテーパ形状をなし、前記加締部と前記固定部とは、前記加締部のうち、前記固定孔の前記外側端部よりも径方向外側に位置する加締外周部、及び、前記固定部のうち、前記固定孔の前記外側端部よりも径方向外側に位置する固定部外周部においてのみ、互いに溶接されてなる電池である。
本発明の電池では、要素接続部材の加締部を外部配置端子部材の固定部に加締め固定した上、更にこれらを溶接している。このため、これら加締部と固定部との接続強度を十分に確保でき、長期間に渡る使用でもこれらの接触抵抗が増加するのを防止できる。
しかも、本発明では、加締部と固定部との溶接が、加締部のうち、固定孔の外側端部よりも径方向外側に位置する加締外周部、及び、固定部のうち、固定孔の前記外側端部よりも径方向外側に位置する固定部外周部においてのみ、行われている。加締部を変形させて固定部に加締め固定する際、加締部は固定孔の外側端部に隙間なく密着する。一方、通常、加締部の加締外周部を固定部の固定部外周部に押し付けるように変形してもスプリングバックが生じるので、これらの間には僅かに隙間が生じる。このため、加締部と固定部との溶接を加締外周部及び固定部外周部で行えば、溶接の際に生じるガスが上記隙間を通じて径方向外側に移動し外部に放出されやすいので、溶接時にブローホールが発生し溶接不良が生じるのを効果的に抑制できる。従って、加締部と固定部との溶接を確実に行うことができるので、両者の接続信頼性を特に向上させることができる。
なお、「発電要素」としては、例えば、各々長尺状をなす正極、負極及びセパレータを重ねて捲回してなる捲回型の発電要素や、各々所定形状をなす正極、負極及びセパレータを多数積層してなる積層型の発電要素などが挙げられる。
「電池ケース」としては、角型の電池ケースや円筒型の電池ケースが挙げられる。
「固定孔」の形態としては、例えば、外側端部を含む孔全体が電池外部に向かって拡大するテーパ形状をなすものでもよいし、外側端部のみが電池外部に向かって拡大するテーパ形状をなすものでもよい。
更に、上記の電池であって、前記固定孔の前記外側端部は、この固定孔の中心軸とのなす角が20度〜45度とされてなる電池とすると良い。
固定孔の外側端部の中心軸とのなす角(以下、傾斜角とも言う。)を小さくし過ぎると、具体的には傾斜角を20度より小さくすると、加締めによる接続強度が小さくなり、要素接続部材の加締部が外部配置端子部材の固定部から抜けやすくなる。一方、固定孔の外側端部の傾斜角を大きくし過ぎると、具体的には傾斜角を45度より大きくすると、固定孔の開口径が大きくなるため、加締部の加締外周部と固定部の固定部外周部との溶接可能な面積が小さくなる。このため、加締部を固定部に溶接する際に制約を受けやすくなる。
これに対し本発明の電池では、固定孔の外側端部の中心軸とのなす角(傾斜角)を20度以上としているので、加締めによる接続強度を十分に確保できる。また一方で、固定孔の外側端部の傾斜角を45度以下としているので、開口径を適切な大きさに収めることができ、加締部の加締外周部と固定部の固定部外周部との溶接可能な面積を十分に確保できる。このため、加締部を固定部に溶接する際に、加締部のうちの加締外周部と固定部のうちの固定部外周部とを確実に溶接できる。従って、固定孔の外側端部の傾斜角を20度〜45度とすることで、要素接続部材の加締部と外部配置端子部材の固定部との接続信頼性を更に向上させることができる。なお、固定孔の外側端部の傾斜角を30度〜45度とすると更に好適である。
更に、上記の電池であって、前記加締部の前記加締外周部は、前記径方向の寸法が0.5mm以上とされてなる電池とすると良い。
加締部の加締外周部の径方向の寸法(以下、径方向寸法とも言う。)を0.5mmよりも小さくすると、要素接続部材の加締部を外部配置端子部材の固定部に溶接する際に、加締部の加締外周部と固定部の固定部外周部との溶接可能な面積が小さくなる。このため、加締部を固定部に溶接する際に制約を受けやすくなる。
これに対し本発明の電池では、加締外周部の径方向寸法を0.5mm以上としているので、加締部の加締外周部と固定部の固定部外周部との溶接可能な面積を十分に確保できる。このため、加締部を固定部に溶接する際に、加締部のうちの加締外周部と固定部のうちの固定部外周部とを確実に溶接できる。従って、要素接続部材の加締部と外部配置端子部材の固定部との接続信頼性を更に向上させることができる。なお、加締外周部の径方向寸法を1.0mm以上とすると更に好適である。
更に、上記のいずれかに記載の電池であって、前記固定孔の前記外側端部は、自身の周方向に配置された第1外側端部及び第2外側端部であって、前記第1外側端部と前記固定孔の中心軸とのなす角が、前記第2外側端部と前記固定孔の中心軸とのなす角よりも大きくされた第1外側端部及び第2外側端部を有する電池とすると良い。
本発明の電池では、固定孔の外側端部が、中心軸とのなす角(傾斜角)が互いに異なる第1外側端部及び第2外側端部を周方向に配置した形態とされている。このように固定孔の外側端部が周方向に方向性を有することにより、要素接続部材の加締部と外部配置端子部材の固定部とが相対的に回転することを効果的に防止できる。
上記の電池であって、前記加締部と前記固定部とは、前記固定孔の前記第2外側端部の径方向外側においてのみ、互いに溶接されてなる電池とすると良い。
前述のように、第2外側端部の中心軸とのなす角(傾斜角)は、第1外側端部の傾斜角よりも小さいため、第2外側端部の外径も小さい。このため、第2外側端部の径方向外側においては、加締部の加締外周部と固定部の固定部外周部との溶接可能な面積を十分に確保できるので、加締部を固定部に溶接する際に、加締部のうちの加締外周部と固定部のうちの固定部外周部とを確実に溶接できる。従って、要素接続部材の加締部と外部配置端子部材の固定部とが相対的に回転することを効果的に防止できる上に、加締部と固定部との接続信頼性を更に向上させることができる。
また、他の解決手段は、上記のいずれかに記載の前記電池を搭載し、この電池による電気エネルギーを動力源の全部または一部に使用する車両である。
前述の電池は、従来の電池900に比して、要素接続部材の加締部を外部配置端子部材の固定部に加締め固定した上でこれらを溶接しているので、両者の接続強度を十分に確保でき、長期間に渡る使用でもこれらの接触抵抗が増加するのを防止できる。その上、加締部と固定部との溶接の際に溶接不良が生じるのを抑制できるので、両者の接続信頼性を特に向上させることができる。従って、この電池を搭載する車両の信頼性を向上させることができる。
なお、「車両」としては、例えば、電気自動車、ハイブリッド自動車、プラグインハイブリッド自動車、ハイブリッド鉄道車両、フォークリフト、電気車いす、電動アシスト自転車、電動スクータなどが挙げられる。
また、他の解決手段は、上記のいずれかに記載の前記電池を搭載し、この電池をエネルギー源の少なくとも1つとして使用する電池使用機器である。
前述の電池は、従来の電池900に比して、要素接続部材の加締部を外部配置端子部材の固定部に加締め固定した上でこれらを溶接しているので、両者の接続強度を十分に確保でき、長期間に渡る使用でもこれらの接触抵抗が増加するのを防止できる。その上、加締部と固定部との溶接の際に溶接不良が生じるのを抑制できるので、両者の接続信頼性を特に向上させることができる。従って、この電池を搭載する電池使用機器の信頼性を向上させることができる。
なお、「電池搭載機器」としては、例えば、パーソナルコンピュータ、携帯電話、電池駆動の電動工具、無停電電源装置など、電池で駆動される各種の家電製品、オフィス機器、産業機器などが挙げられる。
実施形態1に係るリチウム二次電池の縦断面図である。 実施形態1に係るリチウム二次電池のうち、電極端子部材、ケース蓋部材及び各絶縁部材を示す分解斜視図である。 実施形態1に係るリチウム二次電池に関し、外部配置端子部材の側面図である。 実施形態1に係るリチウム二次電池のうち、電極端子部材の固定部及び加締部近傍を示す縦断面図である。 実施形態1に係るリチウム二次電池のうち、電極端子部材の固定部と加締部との溶接部近傍を拡大して示す縦断面図である。 実施形態2に係るリチウム二次電池に関し、外部配置端子部材の上方から見た平面図である。 実施形態2に係るリチウム二次電池に関し、外部配置端子部材の図6におけるA−A断面図である。 実施形態2に係るリチウム二次電池に関し、外部配置端子部材の図6におけるB−B断面図である。 実施形態3に係るリチウム二次電池に関し、外部配置端子部材の上方から見た平面図である。 実施形態3に係るリチウム二次電池に関し、外部配置端子部材の外部接続部側から見た側面図である。 実施形態4に係る車両を示す説明図である。 実施形態5に係るハンマードリルを示す説明図である。 従来技術に係る電池の電極端子部材の固定部近傍を拡大して示す縦断面図である。 従来技術に係る電池の電極端子部材、ケース蓋部材及び各絶縁部材を示す分解斜視図である。
(実施形態1)
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。図1に、本実施形態1のリチウム二次電池(電池)100の縦断面図を示す。また、図2〜図5に、このリチウム二次電池100を構成する正極電極端子部材130及び負極電極端子部材140等の詳細を示す。なお、図1〜図5における上方をリチウム二次電池100の上側、下方をリチウム二次電池100の下側として説明する。
このリチウム二次電池100は、ハイブリッドカー、電気自動車等の車両や、ハンマードリル等の電池使用機器に搭載される角型電池である。リチウム二次電池100は、角型の電池ケース110、この電池ケース100内に収容された電極体(発電要素)120、この電極体120を包囲しつつ電池ケース110内に収容された絶縁フィルム包囲体125、電池ケース110に支持された2つの電極端子部材130,140、電池ケース110と電極端子部材130,140との間を絶縁する3種類の絶縁部材150,160,170等から構成されている。また、電池ケース110の内部には、電解液が注入されている。
このうち、電池ケース110は、金属(具体的には純アルミニウム)からなり、直方体状に形成されている。この電池ケース110は、上側のみが開口した箱状をなし、後述する電極体120を収容するケース本体部材111と、このケース本体部材111の開口111hを閉塞する形態で溶接された矩形板状のケース蓋部材113とから構成されている。
ケース本体部材111は、ケース蓋部材113に対向する矩形板状のケース底壁部111bと、ケース蓋部材113とケース底壁部111bとの間を結ぶ矩形板状の4つのケース側壁部111c,111c,…とからなる。
ケース蓋部材113は、表面113a及び裏面113bを有する矩形板状をなし、その長手方向(図1及び図2中、左右方向)の両端近傍の所定位置には、このケース蓋部材113を貫通する円孔の端子挿通孔113h,113hがそれぞれ形成されている。一方の端子挿通孔113h(図1及び図2中、左側)には、後述する正極電極端子部材130が挿通され、他方の端子挿通孔113h(図1及び図2中、右側)には、後述する負極電極端子部材140が挿通されている。
ケース蓋部材113の長手方向中央には、安全弁部113jが設けられている。この安全弁部113jは、ケース蓋部材113と一体的に形成されてケース蓋部材113の一部をなす。安全弁部113jは、ケース蓋部材113の他の部分よりも薄く薄膜状(厚み110±30μm)に形成されると共に、その上側にはV字溝を有し、厚み45±30μmと特に薄くされた破断部113jvが所定形状に形成されている。これにより、安全弁部113jは、電池ケース110内部の内圧が所定圧力に達した際に作動する。即ち、内圧が所定圧力に達したときに破断部113jvが破断して、電池内部のガスを電池外部に放出する。
また、この安全弁部113j上には、PPS樹脂からなる薄膜状の樹脂膜115が被着形成されている。安全弁部113jは薄く形成され、破断部113jvは特に薄く形成されているので、酸化により穴が生じるなど破損するおそれがある。しかし、安全弁部113j上に樹脂膜115を形成することにより、安全弁部113jが外部から保護されるので、安全弁部113jに破損が生じることを効果的に防止できる。
また、ケース蓋部材113の長手方向中央よりも負極電極端子部材140側の所定位置には、電解液を電池ケース110内に注入する為の注液口部113mが設けられている。
図1に示すように、電池ケース110の内部には、自身の軸方向に(図1中、左右方向)に直交する横断面が長円形状をなす捲回型の電極体120が、横倒しにした状態で、即ち、電極体120の軸方向が、ケース本体部材111の2つのケース側壁部111c,111cと直交する状態で、収容されている。この電極体120の軸方向の両端には、正極電極端子部材130の要素接続部材131及び負極電極端子部材140の要素接続部材131が接続されている。
この電極体120は、正極シートと負極シートとをセパレータを介して重ねて捲回し、扁平状に圧縮したものである。正極シートは、長尺状アルミニウム箔からなる正極集電体を有する。この正極集電体の両面には、正極活物質を含む正極活物質層が形成されている。また、負極シートは、長尺状銅箔からなる負極集電体を有する。この負極集電体の両面には、負極活物質を含む負極活物質層が形成されている。セパレータは、多孔質のポリプロピレン樹脂シートからなる。
この電極体120は、絶縁フィルムを上側のみが開口した箱状に折り曲げて、所定部位を溶着して形成した絶縁フィルム包囲体125に、自身の上側を除いて全体的に包囲されている。
次に、正極他電極端子部材130及び負極電極端子部材140について説明する(図1〜図5参照)。正極電極端子部材130と負極電極端子部材140は、基本的に同様な構成であるため、これらを構成する各部材には、正極電極端子部材130と負極電極端子部材140とで同一の符号を付して説明する。
正極電極端子部材130は、電池ケース110の内部において電極体120の正極シートと電気的かつ機械的に接続する一方、電池ケース110(ケース蓋部材113)に形成された端子挿通孔113hを通じて、電池ケース110の外部(ケース蓋部材113上)に延出している。また、負極電極端子部材140は、電池ケース110の内部において電極体120の負極シートと電気的かつ機械的に接続する一方、電池ケース110(ケース蓋部材113)に形成された端子挿通孔113hを通じて、電池ケース110の外部(ケース蓋部材113上)に延出している。
これらの電極端子部材130,140は、それぞれ、電池ケース110の内部から端子挿通孔113hを通じてケース蓋部材113上に延出する要素接続部材131と、この要素接続部材131に接続し、ケース蓋部材113上に位置する外部配置端子部材133と、この外部配置端子部材133に接続し、ケース蓋部材113上に配置された締結部材135とからなる。これら要素接続部材131、外部配置端子部材133及び締結部材135は、いずれも金属から形成されている。なお、正極電極端子部材130の要素接続部材131は、電極体120の正極シート(アルミニウム箔)との溶接を考慮して、純アルミニウムにより形成されており、負極電極端子部材140の要素接続部材131は、電極体120の負極シート(銅箔)との溶接を考慮して、純銅により形成されている。
このうち要素接続部材131は、要素接続本体部131eと挿通部131fと加締部131gとからなる。
要素接続本体部131eは、金属板材を屈曲加工した所定形状を有し、電池ケース110の内部に位置し、電極体120に溶接されている。これにより、要素接続部材131と電極体120とが電気的かつ機械的に接続されている。
挿通部131fは、円柱状をなし、自身の下端で要素接続本体部131eの上端131esに連なると共に、自身の上端で加締部131gに連なっている。この挿通部131fは、ケース蓋部材113の端子挿通孔113h及び後述する外部配置端子部材133の固定部133eの固定孔133ehに挿通されている。
加締部131gは、電池外部に露出し、加締められ拡径されて傘状をなして、後述する外部配置端子部材133の固定部133eに上側から係合している。この加締部131gは、後述する固定孔133ehの外側端部133eh2よりも径方向外側に位置する円環状の加締外周部131gdと、これよりも径方向内側に位置する加締中央部131gcとからなる(図4及び図5参照)。このうち加締外周部131gdは、径方向に沿った寸法(径方向寸法)LAが0.5mm以上(本実施形態1では、径方向寸法LA=1.0mm)とされている。
また、この加締部131gは、外部配置端子部材133の固定部133eに溶接されている。具体的には、加締部131gのうち、加締外周部131gdのみが外部配置端子部材133の固定部133eに溶接されている。即ち、加締部131gのうちで、溶接部132が形成されている部位は、加締外周部131gdのみである。この溶接部132は、加締外周部131gd及び後述する固定部133eの固定部外周部133edに、周方向に等間隔に複数(4つ)形成されている。
外部配置端子部材133は、電池ケース110の外部のうちケース蓋部材113上に位置し、固定部133eと中間部133fと外部接続部133gとからなり、Z字状(段状)をなす。
このうち固定部133eは、ケース蓋部材113側とは逆側(上側)を向く固定部表面133eaと、ケース蓋部材113側(下側)を向く固定部裏面113ebとを有する板状をなす。この固定部133eは、ケース蓋部材113に沿ってかつこれに平行に延び、後述する外部絶縁部材150を介してケース蓋部材113に固定されている。具体的には、この固定部133eは、外部絶縁部材150の固定部用凹部150fm内に配置されている。また、固定部表面133eaは、外部絶縁部材150に覆われることなく、電池外部に露出している。
また、この固定部133eには、自身を貫通する固定孔133ehが形成され、前述のように要素接続部材131の挿通部133fが挿通されている。この固定孔133ehは、ケース蓋部材113側(下側)に位置し、開口径が一定の円孔とされた円孔部133eh1と、ケース蓋部材113側とは逆側(上側)に位置し、電池外部に(上側に)向かって直線的に拡大するテーパ孔とされた外側端部133eh2とからなる。このうち外側端部133eh2は、この固定孔133ehの中心軸AXとのなす角(傾斜角)θ1が20度〜45度(本実施形態では傾斜角θ1=30度)とされている(図4参照)。
また、この固定部133eには、前述のように、要素接続部材131の加締部131gが接続している。具体的には、加締部131gの加締中央部131gcが、固定孔133ehの外側端部133eh2に隙間なく当接すると共に、加締部131gの加締外周部131gdが、固定部133eのうち、固定孔133ehの外側端部133eh2よりも径方向外側に位置する固定部外周部133ed上に位置している。前述のように加締部131gと固定部133eとは互いに溶接されており、その溶接部132は、加締部131gのうちの加締外周部131gd、及び、固定部133eのうちの固定部外周部133edにのみ形成されている。
中間部133fは、固定部133eの固定部表面133eaに連なる中間部表面133faと、固定部裏面133ebに連なる中間部裏面133fbとを有する板状をなす。この中間部133fは、固定部133eに連なり、ケース蓋部材113から離れる方向、本実施形態1では、ケース蓋部材113に直交する方向のうち、ケース蓋部材113から離れる方向(上側)に延びている。中間部表面133faは、外部絶縁部材150に覆われることなく、電池外部に露出している。
外部接続部133gは、ケース蓋部材113側とは逆側(上側)を向く接続部表面133gaと、ケース蓋部材113側(下側)を向く接続部裏面133gbとを有する板状をなす。この外部接続部133gは、中間部133fに連なり、ケース蓋部材113に沿って延び、自身を貫通する円孔のネジ挿通孔133ghが形成されている。この外部接続部133gのうち、接続部表面133gaの全体は、後述する外部絶縁部材150に覆われることなく、電池外部に露出している。この接続部表面133gaは、バスバーなどの外部の接続端子との電気的接続に利用される。
また、この外部接続部133gは、図3に示すように、ケース蓋部材113に対して、角θ2=10度だけケース蓋部材113側に傾いている。この角θ2は、1度〜30度とするのが好ましい。このように外部接続部133gに角θ2を持たせることにより、接続部表面133gaにバスバーなどの外部の接続端子を当接させて、後述する締結部材135の雄ネジ部135eにナット等を締結した場合に、ナット等の緩みを防止できる。その結果、外部接続部133gと外部の接続端子との接触抵抗の増加を抑えることができ、リチウム二次電池100の異常発熱等の不具合を確実に防止できるので、リチウム二次電池100の信頼性及び安全性を向上させることができる。
次に、締結部材135について説明する(図1及び図2参照)。締結部材135は、締結部材135は、自身の外周に雄ネジが形成された雄ネジ部135eと、これよりも径大な基部135fとからなる。
このうち雄ネジ部135eは、ケース蓋部材113に直交する方向(上下方向)に延びる形態に外部接続部113gのネジ挿通孔133ghに挿通されており、上記のように外周に雄ネジが形成されている。なお、図1及び図2においては、雄ネジの記載を省略してある。
基部135fは、円板状をなす円板部135f1と、この円板部153f1のケース蓋部材113側に位置し、円板部135f1よりも若干径小で、外形が六角柱状をなす六角部135f2とからなる。この基部135fは、雄ネジ部135e及び外部配置端子部材133の外部接続部133gよりもケース蓋部材113側に位置している。そして、基部135fのうち、ケース蓋部材113側とは逆側(上側)を向く基部表面135faが、外部接続部133gの接続部裏面133gbに当接して、締結部材135が外部端子部材133に電気的に接続している。また、この基部135fの六角部135f2は、後述する外部絶縁部材150の基部用凹部151fnに嵌合しており、これにより、締結部材135がその軸線周りに回転不能な状態とされている。
次に、電極端子部材130,140と共にケース蓋部材113に固定された外部絶縁部材150,150について説明する(図1,図2及び図4参照)。この外部絶縁部材150は、電極端子部材130,140とケース蓋部材113との間に配置されて、電極端子部材130,140とケース蓋部材113とが接触して短絡することを防止している。この外部絶縁部材150は、樹脂(具体的には100%PPS)から形成されている。
この外部絶縁部材150は、電池ケース110の外部(ケース蓋部材113上)に配置されると共に、ケース蓋部材113の端子挿通孔113h内に配置されている。即ち、この外部絶縁部材150は、外部配置端子部材133とケース蓋部材113の表面113aとの間、及び、締結部材135とケース蓋部材113の表面113aとの間に介在している。これにより、外部配置端子部材133とケース蓋部材113との間が絶縁されると共に、締結部材135とケース蓋部材113との間が絶縁されている。また、この外部絶縁部材150は、要素接続部材131の挿通部131fとケース蓋部材113の端子挿通孔113hの内周面113haとの間に介在している。これにより、要素接続部材131の挿通部131fとケース蓋部材113との間が絶縁されている。
詳細には、外部絶縁部材150は、外部配置端子部材133の固定部133eの固定部裏面133ebとケース蓋部材113の表面113aとの間に介在している。即ち、外部絶縁部材150には、ケース蓋部材113側(下側)に凹み、ケース蓋部材113とは逆側(上側)に開口する平面視矩形状の固定部用凹部150fmが形成されている。そして、この固定部用凹部150fm内に外部配置端子部材133の固定部133eが収まっている。
また、外部絶縁部材150は、締結部材135の基部135fとケース蓋部材113の表面113aとの間に介在している。即ち、外部絶縁部材150には、ケース蓋部材113側(下側)に凹み、ケース蓋部材113とは逆側(上側)に開口する平面視六角形状の基部用凹部150fnが形成されている。そして、この基部用凹部150fm内に締結部材135の基部135fの六角部135f2が収まっている。これにより、締結部材135が、その軸線周りに回転不能な状態となっている。
次に、電極端子部材130,140と共にケース蓋部材113に固定されたシールゴム160,160について説明する。このシールゴム160は、樹脂からなり、ケース蓋部材113と要素接続部材131の要素接続本体部131eとの間に、厚み方向に圧縮された状態で狭持されている。このシールゴム160は、円環板状をなし、その内側には、要素接続部材131の挿通部131fが挿通されている。このシールゴム160により、ケース蓋部材113と要素接続部材131の要素接続本体部131eとの間の絶縁及びシールが行われている。
次に、電極端子部材130,140と共にケース蓋部材113に固定された内部絶縁部材170,170について説明する。この内部絶縁部材170は、介在部170eと側壁部170fと側方部170gとから構成されている。この内部絶縁部材170は、樹脂製、具体的には、PPS樹脂から形成されている。
介在部170eは、シールゴム160の径方向外側に配置されると共に、ケース蓋部材113と要素接続部材131の要素接続本体部131eとの間に配置されている。これにより、ケース蓋部材113と要素接続部材131の要素接続本体部131eとの間を絶縁できると共に、シールゴム160の厚みを所定の厚みに規制できる。
側壁部170fは、この介在部170eの径方向外側に位置し、この介在部170eからケース蓋部材113側とは逆側(下側)に延びている。
側方部170gは、介在部170e及び側壁部170fの側方に連なって、ケース蓋部材113と電極体120との間に配置されている。これにより、ケース蓋部材113と電極体120とが接触することを確実に防止している。また、この側方部170gが存在することにより、電極体120がケース蓋部材113側に移動することを防止できるので、電極体120と、ケース蓋部材113の中央に設けられた安全弁部113jとが、常に所定距離以上離間された状態を維持できる。これにより、電極体120が安全弁部113jを塞いでしまうことを防止できる。
以上で説明したように、本実施形態1のリチウム二次電池100は、要素接続部材131の加締部131gを外部配置端子部材133の固定部133eに加締め固定した上で、更にこれらを溶接している。このため、これら加締部131gと固定部133eとの接続強度を十分に確保でき、長期間に渡る使用でもこれらの接触抵抗が増加するのを防止できる。
しかも、加締部131gと固定部133eとの溶接が、加締部131gのうちの加締外周部131gd、及び、固定部133eのうちの固定部外周部133edにおいてのみ、行われている。加締部131gを変形させて固定部133eに加締め固定する際、加締部131gは固定孔133ehの外側端部133eh2に隙間なく密着する。一方、加締部131gの加締外周部131gdを固定部133eの固定部外周部133edに押し付けるように変形してもスプリングバックが生じるので、これらの間には僅かに隙間が生じる。このため、加締部131gと固定部133eとの溶接を加締外周部131gd及び固定部外周部133edで行えば、溶接の際に生じるガスが上記隙間を通じて径方向外側に移動し外部に放出されやすいので、溶接時にブローホールが発生し溶接不良が生じるのを効果的に抑制できる。従って、加締部131gと固定部131eとの溶接を確実に行うことができるので、両者の接続信頼性を特に向上させることができる。
更に、本実施形態1では、固定孔133ehの外側端部133eh2の中心軸AXとのなす角(傾斜角)θ1を20度以上(具体的には傾斜角θ1=30度)としているので、加締めによる接続強度を十分に確保できる。一方、固定孔133ehの外側端部133eh2の傾斜角θ1を45度以下としているので、開口径を適切な大きさに収めることができ、加締部131gの加締外周部131gdと固定部133eの固定部外周部133edとの溶接可能な面積を十分に確保できる。このため、加締部131gを固定部133eに溶接する際に、加締部131gのうちの加締外周部131gdと固定部133eのうちの固定部外周部133edとを確実に溶接できる。従って、固定孔133ehの外側端部133eh2の傾斜角θ1を20度〜45度とすることで、加締部131gと固定部133eとの接続信頼性を更に向上させることができる。
また、本実施形態1では、加締部131gの加締外周部131gdの径方向寸法LA を0.5mm以上(具体的には径方向寸法LA=1.0mm)と大きくしているので、加締部131gの加締外周部131gdと固定部133eの固定部外周部133edとの溶接可能な面積を十分に確保できる。このため、加締部131gを固定部133eに溶接する際に、加締部131gの加締外周部131gdと固定部133eの固定部外周部133edとを確実に溶接できる。従って、加締部131gと固定部133eとの接続信頼性を更に向上させることができる。
次いで、上記リチウム二次電池100の製造方法について説明する。
電極体120と要素接続部材131,131をそれぞれ用意する。そして、電極体120の軸方向の両端に、正極用の要素接続部材131と負極用の要素接続部材131を溶接する。その後、各要素接続部材131,131の挿通部131f,131fにそれぞれシールゴム160,160を配置する。また、各シールゴム160,160の径方向外側にそれぞれ内部絶縁部材170,170を配置する。更に、各内部絶縁部材170,170の上に、ケース蓋部材113を配置し、ケース蓋部材113の端子挿通孔113h,113hに、各要素接続部材131,131の挿通部131f,131fを挿入する。
次に、このうちのケース蓋部材113上に、外部絶縁部材150を配置し、更にその上に、外部配置端子部材133と締結部材135を配置する。その際、各外部配置端子部材133,133の固定部133e,133eの固定孔133eh,133ehに、各要素接続部材131,131の挿通部131f,131fを挿入する。その後、各要素接続部材131,131のうち、固定孔133eh,133ehから突出した部分を加締めて拡大し、加締部131g,131gを形成する。
その後、要素接続部材131の加締部131gを外部配置端子部材133,133の固定部133eに溶接する。具体的には、加締部131gのうちの加締外周部131gdと固定部133eのうちの固定部外周部133edとを溶接し、溶接部132を形成する。この溶接は、レーザ溶接や電子ビーム溶接などにより行えばよい。その際、前述のようにブローホールが発生し溶接不良が生じるのを効果的に抑制できるので、加締部131gと固定部133eとの溶接を確実に行うことができ、両者の接続信頼性を特に向上させることができる。
次に、このうちの電極体120を、別途用意した絶縁フィルム包囲体125内に挿入する。その後、電極体120及び絶縁フィルム包囲体125がケース本体部材111内に収容されるようにして、ケース蓋部材113をケース本体部材111の開口111h上に配置する。そして、ケース蓋部材113の周縁部分とケース本体部材111の開口111h周縁とをレーザ溶接する。その後、ケース蓋部材113の注液口部113mから電池ケース110内に電解液を注入し、この注液口部113mを封止する。かくして、リチウム二次電池100が完成する。
(実施形態2)
次いで、第2の実施の形態について説明する。本実施形態2のリチウム二次電池200は、外部配置端子部材233の固定部233eの固定孔233ehの形態が、上記実施形態1の外部配置端子部材133の固定部133eの固定孔133ehの形態と異なる。それ以外は、基本的に上記実施形態1と同様であるので、上記実施形態1と同様な部分の説明は、省略または簡略化する。図6〜図8に、本実施形態2に係る外部配置端子部材233を示す。
本実施形態2の外部配置端子部材233は、固定部233eと中間部133fと外部接続部133gとからなり、Z字状(段状)をなす。このうち、中間部133fと外部接続部133gの形態は、上記実施形態1と同様である。
一方、固定部233eは、ケース蓋部材113側とは逆側(上側)を向く固定部表面233eaと、ケース蓋部材113側(下側)を向く固定部裏面213ebとを有する板状をなす。この固定部233eには、自身を貫通する固定孔233ehが形成され、上記実施形態1と同様に、要素接続部材131の挿通部131fが挿通されている。
この固定孔233ehは、ケース蓋部材113側(下側)に位置し、開口径が一定の円孔とされた円孔部233eh1と、ケース蓋部材113側とは逆側(上側)に位置し、電池外部に(上側に)向かって直線的に拡大するテーパ形状をなす外側端部233eh2とからなる。
このうち外側端部233eh2は、自身の周方向に交互に配置された2つの第1外側端部233eh21,233eh21と2つの第2外側端部233eh22,233eh22を有する。第1外側端部233eh1と固定孔233ehの中心軸AXとのなす角(傾斜角)θ11は、第2外側端部233eh2と固定孔233ehの中心軸AXとのなす角(傾斜角)θ12よりも大きくされている。具体的には、第1外側端部233eh21の傾斜角はθ11=45度とされ、第2外側端部233eh22の傾斜角はθ12=30度とされている。
また、この固定部233eには、要素接続部材131の加締部131gが加締め及び溶接により接続している。具体的には、加締部131gの加締中央部131gcが、固定部233eの固定孔233ehの外側端部233eh2に加締めにより隙間なく当接すると共に、加締部131gの加締外周部131gdが、固定部233eのうち、固定孔233ehの外側端部233eh2よりも径方向外側に位置する固定部外周部233ed上に位置している。そして、加締部131gのうちの加締外周部131gdが、固定部233eの固定部外周部233edに溶接されている。本実施形態2では、溶接部232は、固定部外周部233edのうち、固定孔233ehの2つの第2外側端部233eh22,233eh22の径方向外側にそれぞれ(合計2つ)形成されている。
本実施形態2のリチウム二次電池200も、要素接続部材131の加締部131gを外部配置端子部材233の固定部233eに加締め固定した上で、更にこれらを溶接しているので、これらの接続強度を十分に確保でき、長期間に渡る使用でもこれらの接触抵抗が増加するのを防止できる。
しかも、加締部131gと固定部233eとは、加締部131gのうちの加締外周部131gd、及び、固定部233eのうちの固定部外周部233edにおいてのみ、互いに溶接されている(図5参照)。このため、加締部131gと固定部233eとの溶接を加締外周部131gd及び固定部外周部233edの部分で行う際に、溶接の際に生じるガスが両者の隙間を通じて径方向外側に移動し外部に放出されやすいので、溶接時にブローホールが発生し溶接不良が生じるのを抑制できる。従って、加締部131gと固定部233eとの溶接を確実に行うことができるので、両者の接続信頼性を特に向上させることができる。
更に、本実施形態2では、固定孔233ehの外側端部233eh2を、傾斜角θ11,θ12が互いに異なる第1外側端部233eh21,233eh21及び第2外側端部233eh22,233eh22を周方向に配置した形態とし、周方向に方向性を持たせている。このため、要素接続部材131の加締部131gと外部配置端子部材233の固定部233eとが相対的に回転することを効果的に防止できる。
また、本実施形態2では、第2外側端部233eh22の傾斜角θ12(具体的にはθ12=30度)が第1外側端部233eh21の傾斜角θ11(具体的にはθ11=45度)よりも小さいため、第2外側端部233eh22の外径が小さい。このため、第2外側端部233eh22の径方向外側においては、加締部131gの加締外周部131gdと固定部233eの固定部外周部233edとの溶接可能な面積を十分に確保できるので、加締部131gを固定部233eに溶接する際に、加締部131gのうちの加締外周部131gdと固定部233eのうちの固定部外周部233edとを確実に溶接できる。従って、加締部131gと固定部233eとが相対的に回転することを効果的に防止できる上に、加締部131gと固定部233eとの接続信頼性を更に向上させることができる。その他、上記実施形態1と同様な部分は、同様な作用効果を奏する。
(実施形態3)
次いで、第3の実施の形態について説明する。本実施形態3のリチウム二次電池300は、外部配置端子部材333の外部接続部333gの形態が、上記実施形態1,2の外部配置端子部材133,233の外部接続部133gの形態と異なる。それ以外は、基本的に上記実施形態1等と同様であるので、上記実施形態1等と同様な部分の説明は、省略または簡略化する。図9及び図10に、本実施形態3に係る外部配置端子部材333を示す。
本実施形態3の外部配置端子部材333は、固定部133eと中間部133fと外部接続部333gとからなり、Z字状(段状)をなす。このうち、固定部133eと中間部133fの形態は、上記実施形態1と同様である。
一方、外部接続部333gは、ケース蓋部材113側とは逆側(上側)を向く接続部表面333gaと、ケース蓋部材113側(下側)を向く接続部裏面333gbとを有する板状をなす。この外部接続部333gは、中間部133fに連なり、ケース蓋部材113に沿って延び、自身を貫通するネジ挿通孔333ghが形成されている。
本実施形態3では、外部接続部333gには、固定部133e側とは反対側に位置する先端部333gsに切れ込み部333gjが形成され、外部接続部333gが平面視C字状とされている。そして、切れ込み部333gjにより2つに分割された先端部333gs,333gsは、ケース蓋部材113に直交する方向(上下方向)において、段違い(高さ違い)となるように加工されている。即ち、分割された2つの先端部333gs,333gsの一方(図10中、左側)は、ケース蓋部材113側(下側)に位置し、他方(図10中、左側)は、これよりもケース蓋部材113側とは逆側(上側)に位置している。
このように外部接続部333gの2つの先端部333gs,333gsを段違いとすることにより、接続部表面333gaにバスバーなどの外部の接続端子を当接させて、締結部材135の雄ネジ部135eにナット等を締結した場合に、ナット等の緩みを防止できる。その結果、外部接続部333gと外部の接続端子との接触抵抗の増加を抑えることができ、リチウム二次電池300の異常発熱等の不具合を確実に防止できるので、リチウム二次電池300の信頼性及び安全性を向上させることができる。その他、上記実施形態1等と同様な部分は、上記実施形態1等と同様な作用効果を奏する。
(実施形態4)
次いで、第4の実施の形態について説明する。本実施形態4に係る車両700は、上記実施形態1のリチウム二次電池(電池)100を複数搭載したものである。具体的には、図11に示すように、この車両700は、エンジン740、フロントモータ720及びリアモータ730を併用して駆動するハイブリッド自動車である。この車両700は、車体790、エンジン740、これに取り付けられたフロントモータ720、リアモータ730、ケーブル750、インバータ760を備える。更に、この車両700は、複数のリチウム二次電池100を自身の内部に有する組電池710を備え、この組電池710による電気エネルギーを、フロントモータ720及びリアモータ730の駆動に利用している。
前述したように、リチウム二次電池100は、従来に比して、要素接続部材131の加締部131gと外部配置端子部材133の固定部133eとの接続強度を十分に確保でき、長期間に渡る使用でもこれらの接触抵抗が増加するのを防止できる。また、これら加締部131gと固定部133eとの溶接を確実に行うことができるので、両者の接続信頼性を特に向上させることができる。従って、このリチウム二次電池100を搭載する車両700の信頼性を向上させることができる。
(実施形態5)
次いで、第5の実施の形態について説明する。本実施形態5のハンマードリル800は、上記実施形態1のリチウム二次電池(電池)100を含むバッテリパック810を搭載した電池使用機器である。図12に示すように、このハンマードリル800は、本体820の底部821に、バッテリパック810が収容されており、このバッテリパック810を、ドリルを駆動するためのエネルギー源として利用している。
前述したように、リチウム二次電池100は、従来に比して、要素接続部材131の加締部131gと外部配置端子部材133の固定部133eとの接続強度を十分に確保でき、長期間に渡る使用でもこれらの接触抵抗が増加するのを防止できる。また、これら加締部131gと固定部133eとの溶接を確実に行うことができるので、両者の接続信頼性を特に向上させることができる。従って、このリチウム二次電池100を搭載するハンマードリル800の信頼性を向上させることができる。
以上において、本発明を実施形態に即して説明したが、本発明は上述の実施形態1〜5に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることは言うまでもない。
例えば、上記実施形態1〜5では、電池として、リチウム二次電池100,200,300を例示したが、例えばニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池等の他の種類の二次電池などにも、本発明を適用できる。
また、上記実施形態1〜5では、捲回型の発電要素(電極体120)を有する電池100,200,300を例示したが、積層型の発電要素を有する電池などにも、本発明を適用できる。
100,200,300 リチウム二次電池(電池)
110 電池ケース
111 ケース本体部材
111h 開口
113 ケース蓋部材
113h 端子挿通孔
120 電極体(発電要素)
130 正極電極端子部材(電極端子部材)
131 要素接続部材
131e 要素接続本体部
131f 挿通部
131g 加締部
131gc 加締中央部
131gd 加締外周部
132,232 溶接部
133,233,333 外部配置端子部材
133e,233e 固定部
133ed,233ed 固定部外周部
133eh,233eh 固定孔
133eh1,233eh1 円孔部
133eh2,233eh2 外側端部
233eh21 第1外側端部
233eh22 第2外側端部
133f 中間部
133g,333g 外部接続部
133gh,333gh ネジ挿通孔
135 締結部材
135e 雄ネジ部
135f 基部
140 負極電極端子部材(電極端子部材)
150 外部絶縁部材
160 シールゴム
170 内部絶縁部材
700 車両
710 組電池(電池)
800 ハンマードリル(電池搭載機器)
810 バッテリパック(電池)
AX 中心軸
θ1,θ11,θ12 傾斜角

Claims (7)

  1. 発電要素と、
    開口をなし、前記発電要素を収容するケース本体部材、及び、このケース本体部材の前記開口を閉塞するケース蓋部材を有する電池ケースと、
    前記電池ケースの内部で前記発電要素に接続すると共に、前記ケース蓋部材に形成された端子挿通孔を通じて前記ケース蓋部材上に延出する電極端子部材と、を備える
    電池であって、
    前記電極端子部材は、
    前記電池ケースの内部で前記発電要素に接続すると共に、前記ケース蓋部材の前記端子挿通孔に挿通された要素接続部材と、
    前記要素接続部材に接続し、前記電池ケースの外部のうち前記ケース蓋部材上に位置する外部配置端子部材と、を有し、
    前記要素接続部材は、
    前記電池ケースの内部に位置し、前記発電要素に接続する要素接続本体部と、
    この要素接続本体部に連なり、前記ケース蓋部材の前記端子挿通孔に挿通された挿通部と、
    この挿通部に連なり、電池外部に露出し、加締められ拡径されて傘状をなし、前記外部配置端子部材に係合する加締部と、を含み、
    前記外部配置端子部材は、
    前記ケース蓋部材に沿って延び、前記ケース蓋部材に固定された固定部であって、自身を貫通する固定孔に前記要素接続部材の前記挿通部が挿通されると共に、前記要素接続部材の前記加締部が係合する固定部を含み、
    前記固定部の前記固定孔は、
    少なくとも自身の外側端部が電池外部に向かって拡大するテーパ形状をなし、
    前記加締部と前記固定部とは、
    前記加締部のうち、前記固定孔の前記外側端部よりも径方向外側に位置する加締外周部、及び、前記固定部のうち、前記固定孔の前記外側端部よりも径方向外側に位置する固定部外周部においてのみ、互いに溶接されてなる
    電池。
  2. 請求項1に記載の電池であって、
    前記固定孔の前記外側端部は、
    この固定孔の中心軸とのなす角が20度〜45度とされてなる
    電池。
  3. 請求項1または請求項2に記載の電池であって、
    前記加締部の前記加締外周部は、
    前記径方向の寸法が0.5mm以上とされてなる
    電池。
  4. 請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載の電池であって、
    前記固定孔の前記外側端部は、
    自身の周方向に配置された第1外側端部及び第2外側端部であって、前記第1外側端部と前記固定孔の中心軸とのなす角が、前記第2外側端部と前記固定孔の中心軸とのなす角よりも大きくされた第1外側端部及び第2外側端部を有する
    電池。
  5. 請求項4に記載の電池であって、
    前記加締部と前記固定部とは、
    前記固定孔の前記第2外側端部の径方向外側においてのみ、互いに溶接されてなる
    電池。
  6. 請求項1〜請求項5のいずれか一項に記載の前記電池を搭載し、この電池による電気エネルギーを動力源の全部または一部に使用する車両。
  7. 請求項1〜請求項5のいずれか一項に記載の前記電池を搭載し、この電池をエネルギー源の少なくとも1つとして使用する電池使用機器。
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