JP2010536128A - バッテリー用個別セル及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、セル筐体内に配置された電極スタック（１）を備えたバッテリー用個別セル、及びその製造方法に関する。個々の電極、好ましくは電極箔（３）は、集電タブ（５）と導電接続され、その際に少なくとも異なる極性を持つ電極がセパレータ（４）によって、好ましくはセパレータ箔によって互いに絶縁されて分離されている。同じ極性を持つ集電タブ（５）が導電性を持って互いに接続され、１つの極をなす。１つの極をなす集電タブ（５）が導電性をもって互いにプレス加工及び／又は溶接される。
【選択図】図５

Description

本発明は、請求項１の前段に従う、１つのセル筐体内に配置され、個々の電極、好ましくは電極箔が集電タブと導電接続された電極スタックを備えたバッテリー用個別セルに関し、少なくとも異なる極性を持つ電極が１つのセパレータ、好ましくは１つのセパレータ箔によって、互いに絶縁されて分離され、同じ極性を持つ集電タブが互いに１つの極に導電接続されている個別セルに関し、および、請求項１２の前段に従う、対応する個別セルの製造方法に関する。両方とも例えばエネルギー技術分野及び特に補助的にバッテリーで駆動される車両技術分野に導入されていることが知られている。

一般には平型セルとして作られている、特にマイルドハイブリッドカー用リチウムイオンセルでは、電気化学的に活性な材料によって被覆加工されたアルミニウム箔および銅箔が電極箔として使用されている。電極箔は積み重ねられて電極スタックを形成し、個々の電極箔は好ましくは同じく１つの箔として作られた１つのセパレータによって互いに電気的、空間的に分離される。電極箔の外部への接触は電極箔に溶接された集電タブが行うが、集電タブはセル筐体を通して案内する必要がある。個別セルのセル筐体は通常金属製で、好ましくはアルミニウムから形成されているため、集電タブは引き込み領域でとりわけ電気的に絶縁する必要がある。セル筐体の引き込み領域における耐漏洩性を確保することは非常に困難で、製造にはきわめて費用がかかる。この問題は特に、耐圧性と湿気に対する密閉性の両方に関係する。特に湿気の侵入は、その解決が未だに非常に難しいうえに費用のかかる問題である。

本発明の課題は、バッテリー用個別セル及びその製造方法を改善し、特に従来技術で示されている課題を克服し、製造費用を可能な限り低減することである。

バッテリー用個別セルに関し、この課題は本発明に従い請求項１に示された特徴によって解決される。バッテリー用個別セルの製造方法に関し、この課題は本発明に従い請求項１２に示された特徴によって解決される。

有利な実施形態は、従属請求項に開示される。

本発明の個別セルでは請求項１に従い、バッテリー個別セル電極箔の集電タブの提案された接続によって、費用をかけずに密閉性処置を行って電気極を個別セルの内部から外部へと導くことができる。ここで接続は、内部にある電極箔を外部へ導通させるために、特に付属する外面を貫通溶接することによって行われる。

特別な方法では、電極スタックの外へ導かれた各電極箔の縁領域が集電タブとして使用され、それによって費用のかかる電極箔と集電タブとの接触が不要となる。同時に、この種の接触は少なくとも多くの、特に衝撃や振動などの外乱に対し非常に安全である。

特別な方法では、特に双極の個別セルの場合、接触は向かい合っているセル筐体の外面、特に平坦面に直接行われ、この外面、特に平坦面は互いに電気的に絶縁されている。このようにして、１つの極性を持つ集電タブは直接、特に平型セルのセル筐体の外面、好ましくは平坦面に溶接及び／又はプレス加工され、その際に異なる極性を持つ外面は電気的に互いに絶縁される。

周縁部を囲む、特に電気的に絶縁されたフレームに電極スタックを配置することで、有利には追加の絶縁配置を省略することができる。さらに、個別セルの扱いやすさと安全性が向上する。

本発明の発展形態では、セル筐体の２つの導電性平坦面の間に周縁部を囲む電気的に絶縁されたフレームが配置されている。このフレームは電気的に互いに絶縁され、互いに間隔をあけられた２つの後退部を備えている。この後退部内には、それぞれ１つの極性を持つ集電タブが配置されている。有意義には、電極の積み重ね方向で測定した後退部の内法の高さは、互いに干渉しないように上下に積み重ねられた付属する集電タブの対応する長さよりも小さいか又は同じであり、電極箔の平坦面と平行に測定された集電タブの奥行きは、付属する集電タブの対応する長さよりも大きいか又は同じである。このことにより、集電タブは確実に後退部内に保持される、特にフレームと外面／平坦面との間が密接に接続された状態で導電性を保ちながら集積タブとプレス加工できる。

本発明の有意義な発展形態に従い、セル筐体と電極スタックの「＋」極又は「−」極の間の電気接続は、特にセル筐体の取付け中および特に取付け後に初めて、つまり外側から溶接及び／又はプレスを行うことによって、好ましくはレーザー溶接により構成される。

好ましくは、溶接の場合に対応する外面の筐体壁と、さらにその深部で電極スタックの集電タブが部分的に溶融され、それによって接着結合が可能になる。

本発明の有意義な発展形態に従い、電極の積み重ねの方向に見て、溶接線はすべての集電タブを含むか又はこれを貫通している。

本発明の発展形態に従い、電極の積み重ねの方向に見て、溶接線はすべての集電タブだけでなく個別セルのセル筐体の対応する導電性外面を含むか又はこれを貫通している。

本発明の有利な発展形態では、セル筐体の対応する平坦面、特に極として銅箔を備えるアルミ筐体の接続は、例えばニッケルなどの追加材料から成る箔を挿入することで改善することができる。

本発明の有利な発展形態に従い、最終溶接法が最後に行われて初めて、セル筐体の対応する外面、特に平坦面へ極が接続される。

１つ又は複数の上記処置により、製造コストを下げ、セル筐体の構造を簡素にし、防振性を高め、それによって安定性及び耐用年数を改善し、さらに応用の多様性も向上させて、接触位置を可変にすることが可能になったことによって、バッテリーボックス内での取付けスペースの有効利用が可能になる。特に、接触方法が単純化されたことによって接続部の数も低減される。その上、密閉した個別セルへの接触が簡単になったことで、その製造が格段に簡単になる。さらに、集電タブの接着結合的接触によって電流容量が拡大する。また極の接点挿入が行われないため、個別セルのセル筐体の耐圧性の低下もない。この方法によって湿気侵入に対するセル筐体内部の耐漏洩性の向上とも直接結びつく。

本発明の実施例を図を使用して以下で詳細に説明する。

平型セルの電極スタックの模式的断面図である。 図１に従った平型セルの電極スタックの模式的全体図である。 フレーム内に配置された、図１に従った電極スタックの模式的断面図である。 フレーム内に配置された、図３に従った電極スタックの模式的全体図である。 フレームに配置された２つの平坦面を備え、フレーム内に配置された、図３に従った電極スタックの模式的断面図である。 フレームに配置された２つの平坦面を備え、フレーム内に配置された、図５に従った電極スタックの縁領域の模式的拡大図である。 フレームに配置された２つの平坦面を備え、フレーム内に配置された、図６に従った電極スタックの縁領域と、施された溶接線の模式的拡大図である。 平型セルの模式的全体図である。

全図において互いに対応する部材には同一の符号を付している。

図１は、図５から図８に詳細に示された平型セル２内の電極スタック１の断面図を示している。中央部分には異なる極性を持つ電極箔３、特にアルミニウム箔及び／又は銅箔及び／又は他の金属合金箔が、上下に積み重ねられ、セパレータ４、特にセパレータ箔を使用して電気的に互いに絶縁されている。

電極スタック１の中央部分の上に突き出している電極箔３の縁領域の上の集電タブ５では、同じ極性を持つ電極箔３が電気的に互いに接続している。ここで集電タブ５は導電性を備えながら互いにプレス加工され及び／又は溶接され、電極スタック１の極を形成している。

図２は、図１の平型セル２の電極スタック１を斜視図で示している。

図３は、図１の電極スタック１の断面図を示し、電極スタック１には電極スタック１の周縁部を囲むフレーム６が配置されている。このフレーム６は、互いに間隔をあけられた２つの後退部７を備えており、このフレームは集電タブ５から形成された極が後退部７内に配置されるように形成されている。後退部７の内法の高さｈは、その高さが、互いに影響しない状態で上下に積み重ねられた集電タブ５の対応する長さに合致するか又はそれより少なくなるように形成される。後退部７の奥行きｔは、対応する集電タブ５の長さに合致するか、又はそれより大きくなるように形成される。フレーム６は、好ましくは電気的に絶縁された材料から作られ、その結果集電タブ５から形成された異なる極性を持つ極が電気的に互いに絶縁され、有利には追加的な電気的絶縁体の配置が不要になる。

図４は、フレーム６内に配置された、図３の電極スタック１の模式的全体図を示している。

図５は、フレーム６内に配置された２つの平坦面８を備え、フレーム６内に配置された、図３の電極スタック１の断面図を示している。平坦面８の固定は、詳細には図示していない方法で、詳細には図示していないフレーム６の周囲を巡る溝に平坦面８を接着及び／又は縁曲げにより実施する。フレーム６と平坦面８は、電極スタック１への粒子、湿気の侵入及び物理的な影響から電極スタック１を保護するためのセル筐体を形成している。

ここで集電タブ５から形成される極は、平坦面８に対してプレス加工され、その結集電タブ５の電位は、フレーム６を使用して互いに電気的に絶縁されている平坦面８にかかる。

本発明の発展形態では、極と平坦面８の接続を良くするために、例えば銅製の極とアルミニウム製の平坦面８との間に、詳細には図示されていない例えばニッケル製の箔を追加で挿入してよい。

本発明の実施形態ではさらに、詳細には図示していない電気的に絶縁された箔が極と平坦面８との間に配置することができ、又は平坦面８側にだけ電気的に絶縁された層を作ることができ、その結果、図７に示されているように平坦面８と極を溶接することで初めて、極が平坦面８と電気的に接触する。

図６は、フレーム６に配置された２つの平坦面８を備え、フレーム６内に配置された、図５の電極スタック１の縁領域の模式的拡大図を示している。

図７は、フレーム６に配置された２つの平坦面８を備え、フレーム６内に配置された、図６の電極スタック１の縁領域の拡大図を示している。ここで、例えばレーザー光線又は他の溶接法を使用して、外側から平坦面８を通って電極箔３の積み重ね方向へ向けて、集電タブ５から形成された極に溶接線Ｓが施され、平坦面８の素材が部分的に溶解すること及び集電タブ５が接着結合することによって、平坦面８と割り当てられた極の間に電気的な接触が生じる。

溶接線Ｓは、接着結合による安定した電流容量及び電極スタック１のセル筐体内部での固定を確保するため、図１によるプレス加工又は溶接された集電タブ５において、図５による極と平坦面８との間の電気的に絶縁された箔とは無関係に、極と平坦面８との電気的接触をもたらす。

図８は、平型セル２の模式的全体図を示しており、溶接線Ｓの配置が模式的に点線で示されている。平坦面８と各極の接着接合のために、本発明の発展形態では、別法として連続した溶接線Ｓの代わりに複数の局所的に配置された溶接線Ｓが使用され、又は、詳細に図示していない１つ又は複数の溶接点を点溶接法によって外側から平坦面８を通って電極箔３の積み重ね方向へ向けて、集電タブ５から形成された極に導入する。

Claims (22)

1. セル筐体内に配置され、個々の電極、好ましくは電極箔（３）が集電タブ（５）と導電接続されている電極スタック（１）を備えたバッテリー用個別セルであって、
   少なくとも異なる極性を持つ電極がセパレータ（４）、好ましくはセパレータ箔によって互いに絶縁されており、同じ極性を持つ複数の集電タブ（５）が互いに導電性をもって１つの極をなすように接続される個別セルにおいて、
   １つの極をなす複数の集電タブ（５）が導電性をもって互いにプレス加工及び／又は溶接されていることを特徴とする個別セル。
2. 集電タブ（５）が、前記電極スタック（１）の外側へ導かれた対応する電極箔（３）の縁領域であることを特徴とする、請求項１に記載の個別セル。
3. 電極箔（３）が１つの銅箔及び／又はアルミニウム箔又はそのような合金金属箔であることを特徴とする、請求項１に記載の個別セル。
4. セル筐体が、２つの平坦面（８）及びその間に配置された周縁部を囲む１つのフレーム（６）を備えていることを特徴とする、請求項１に記載の個別セル。
5. セル筐体が、２つの導電性平坦面（８）及びその間に配置された周縁部を囲む電気的に絶縁されたフレーム（６）を備えていることを特徴とする、請求項１に記載の個別セル。
6. セル筐体が、２つの平坦面（８）及びその間に配置された該平坦面の周縁部を囲むフレーム（６）を備え、該フレーム（６）が電気的に互いに絶縁されるとともに互いに間隔をあけられた２つの後退部（７）を備え、該各後退部（７）内で集電タブ（５）にそれぞれ１つの極性が割り当てられ、電極箔（３）の積み重ねの方向に測定した該後退部（７）の内法の高さ（ｈ）は互いに干渉しないように積み重ねられた集電タブ（５）の対応する長さよりも小さいか又は同じであり、電極箔（３）の平坦面と平行に測定した奥行き（ｔ）は、集電タブの対応する長さよりも大きいか又は同じであることを特徴とする、請求項１に記載の個別セル。
7. それぞれ１つの極性を持つ集電タブ（５）が、セル筐体の外面の導電性をもつ１つの領域と導電接続され、異なる極性を持つ双方の領域が電気的に互いに絶縁されていることを特徴とする、請求項１に記載の個別セル。
8. 異なる極性を持つ領域が、好ましくは１つの平型セル（２）のセル筐体のそれぞれの平坦面（８）であることを特徴とする、請求項７に記載の個別セル。
9. １つの極性を持つ集電タブ（５）が、平型セル（２）のセル筐体の、好ましくは１つの平坦面（８）の、外面に直接溶接及び／又はプレス加工され、異なる極性を持つ外面同士が電気的に互いに絶縁されていることを特徴とする、請求項１に記載の個別セル。
10. 電極箔（３）の積み重ねの方向に見て、溶接線（Ｓ）が、すべての集電タブ（５）を含むか又はこれらを貫通していることを特徴とする、請求項１に記載の個別セル。
11. 電極箔（３）の積み重ねの方向に見て、溶接線（Ｓ）がすべての集電タブ（５）及び個別セルの対応する導電性を持つ外面を含むか又はこれらを貫通していることを特徴とする、請求項１に記載の個別セル。
12. 個別セルにおいてセル筐体内に電極スタック（１）が配置され、個々の電極、好ましくは電極箔（３）が集電タブ（５）と導電接続され、各電極がセパレータ（４）、好ましくはセパレータ箔によって互いに絶縁されて分離され、同じ極性を持つ複数の集電タブ（５）が互いに導電性を持って１つの極をなすように接続されている、バッテリー用個別セルの製造方法において、
    １つの極をなす複数の集電タブ（５）が導電性を持って互いにプレス加工及び／又は溶接されることを特徴とするバッテリー用個別セルの製造方法。
13. 集電タブ（５）として、前記電極スタック（１）の外側へ導かれた対応する電極箔（３）の縁領域が選択されることを特徴とする、請求項１２に記載の方法。
14. 電極箔（３）として、銅箔及び／又はアルミニウム箔又はそのような合金金属箔が選択されることを特徴とする、請求項１２に記載の方法。
15. セル筐体が２つの平坦面（８）を備え、その間に周縁部を囲む１つのフレーム（６）が取り付けられることを特徴とする、請求項１２に記載の方法。
16. セル筐体が伝導性を持つ２つの平坦面（８）を備え、その間に周縁部を囲む、電気的に絶縁された１つのフレーム（６）が取り付けられることを特徴とする、請求項１２に記載の方法。
17. セル筐体が２つの導電性を持つ平坦面（８）を備え、その間に周縁部を囲む電気的に絶縁された１つのフレーム（６）が取り付けられ、該フレーム（６）に電気的に互いに絶縁されるとともに互いに間隔をあけられた２つの後退部（７）が設けられ、前記後退部（７）に同じ極性を持つ集電タブ（５）が挿入され、電極箔（３）の積み重ねの方向に測定した後退部（７）の内法の高さ（ｈ）が互いに干渉しないように積み重ねられた集電タブ（５）の対応する長さよりも小さいか又は同じになるように設定され、電極箔の平坦面と平行に測定した後退部の奥行き（ｔ）が、集電タブ（５）の対応する長さよりも大きいか又は同じであるように設定されることを特徴とする、請求項１２に記載の方法。
18. それぞれ１つの極性を持つ集電タブ（５）が、セル筐体の外面の導電性をもつ領域導電接続され、異なる極性を持つ双方の領域が電気的に互いに絶縁されていることを特徴とする、請求項１２に記載の方法。
19. 異なる極性を持つ領域として、平型セル（２）のセル筐体のそれぞれ平坦面（８）が選択されることを特徴とする、請求項１８に記載の方法。
20. １つの極性を持つ前記集電タブ（５）が、平型セル（２）のセル筐体の、好ましくは１つの平坦面（８）の外面に直接溶接及び／又はプレス加工され、異なる極性を持つ外面同士が電気的に互いに絶縁されていることを特徴とする、請求項１２に記載の方法。
21. 溶接線（Ｓ）によって、前記電極箔（３）の積み重ねの方向に見てすべての集電タブ（５）が一度に相互に溶接されるか、又は溶接線（Ｓ）によって、前記電極箔（３）の積み重ね方向に見てすべての集電タブ（５）のすべてを貫通して相互に溶接されることを特徴とする、請求項１２に記載の方法。
22. １つの溶接線（Ｓ）によって、前記電極箔（３）の積み重ね方向に見てすべての集電タブ（５）及び対応する導電性を持つ個別セルの外面が、一度に相互に溶接されるか又は１つの溶接線（Ｓ）によって電極箔（３）の積み重ね方向に見てすべての集電タブ（５）及び対応する導電性を持つ個別セルの外面を貫通して相互に溶接されることを特徴とする、請求項１２に記載の方法。
    

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