JP2011071104A - 電池、組電池及び組電池の製造方法 - Google Patents

電池、組電池及び組電池の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】外部端子とバスバーの溶接を行う際の外部端子とバスバーの位置ズレによる溶接不良が抑えられ、信頼性と安全性の高い電池パックを提供する。
【解決手段】外装缶１と、正極及び負極を含む電極群２と、第１の貫通孔１５ａ及び第２の貫通孔１５ｂを有する蓋５と、頭部２３と、前記頭部２３から延出し、かつ前記蓋５の前記第１の貫通孔１５ａにかしめ固定される軸部２４とを有する正極外部端子１３ａと、頭部２３と、前記頭部２３から延出し、かつ前記蓋５の前記第２の貫通孔１５ｂにかしめ固定される軸部２４とを有する負極外部端子１３ｂと、前記蓋５と前記正極外部端子１３ａとの間に配置される第１の絶縁部材１２ａと、前記蓋５と前記負極外部端子１３ｂとの間に配置される第２の絶縁部材１２ｂとを具備し、前記第１の絶縁部材１２ａ及び前記第２の絶縁部材１２ｂは、バスバー固定部を有することを特徴とする電池。
【選択図】図１

Description

組電池、組電池を構成する電池及び組電池の製造方法に関する。
近年、電気自動車、ハイブリッド自動車、電動バイク、フォークリフトなどに代表される大型、大容量電源として、鉛蓄電池、ニッケル水素電池等の二次電池が使われている。最近ではエネルギー密度の高いリチウムイオン二次電池の採用に向けての開発が盛んになっている。それに応え得るリチウムイオン二次電池の開発は、高寿命、安全性などを配慮しながら、大型化、大容量化の開発が行われている。
これらの用途の電源として、駆動電力が大きいため、直列あるいは並列に接続した多数個の電池を収納した電池パックが使われる。
電池を直列あるいは並列に接続するための電池間の配線、あるいは電池から外部に電気エネルギーを取り出すために、電池の外部端子にバスバーを接続することが行われている（例えば、特許文献１〜４）。バスバーの接続方法は、外部端子に形成されたボルトに穴の開いたバスバーをネジで締結する方法が一般的である。ネジで締結された外部端子とバスバー間には接触抵抗が発生し、振動、衝撃などの機械的強度がネジ締結部に加わると接触抵抗の変化が懸念される。
特開２００９−８７５４２号公報 特開２００９−８７７２０号公報 特開２００９−８７７２２号公報 特開２００９−８７７６１号公報
外部端子とバスバーの接合抵抗を安定させるために、外部端子とバスバーの接続をレーザ溶接、抵抗溶接あるいは超音波溶接（接合）で行うことが検討されている。多数個電池を直列あるいは並列接続するために、電池を整列させて、バスバーを配置し溶接すると、外部端子とバスバーの位置ズレによる溶接不良が発生することがしばしばある。バスバーの位置ズレを防ぐために、電池とバスバーの位置だしおよび固定冶具を使う手法が挙げられるが、多数個使う場合、それによる製造コストの上昇が問題となる。
溶接不良は、バスバーの位置ズレによる溶接外れあるいは溶接強度不足などがあるが、多数個の電池を取り扱う場合には、溶接不良の発見が困難になるため、電池パックの信頼性が低下するだけでなく、外れたバスバーにより短絡を誘発するなど危険性がともなう。
本実施形態は、外部端子とバスバーの溶接を行う際の外部端子とバスバーの位置ズレによる溶接不良が抑えられ、信頼性と安全性の高い電池パックを提供するための電池、組電池および組電池の製造方法を提供するものである。
実施形態に係る電池は、外装缶と、
前記外装缶内に収納され、正極及び負極を含む電極群と、
前記外装缶の開口部に取り付けられ、第１の貫通孔及び第２の貫通孔を有する蓋と、
頭部と、前記頭部から延出し、かつ前記蓋の前記第１の貫通孔にかしめ固定される軸部とを有する正極外部端子と、
頭部と、前記頭部から延出し、かつ前記蓋の前記第２の貫通孔にかしめ固定される軸部とを有する負極外部端子と、
前記蓋と前記正極外部端子との間に配置される第１の絶縁部材と、
前記蓋と前記負極外部端子との間に配置される第２の絶縁部材と
を具備し、
前記第１の絶縁部材及び前記第２の絶縁部材は、バスバー固定部を有することを特徴とする。
実施形態に係る組電池は、前記電池を複数個と、
前記電池の前記正極外部端子または前記負極外部端子の前記頭部に溶接され、かつ前記第１の絶縁部材または前記第２の絶縁部材の前記バスバー固定部に固定されるバスバーと
を備えることを特徴とする。
前記組電池の製造方法であって、前記電池の前記第１の絶縁部材または前記第２の絶縁部材の前記バスバー固定部に前記バスバーが固定された状態で、前記バスバーを前記正極外部端子または前記負極外部端子の前記頭部に溶接することを特徴とする。
また、実施形態に係る電池は、外装缶と、
前記外装缶内に収納され、正極及び負極を含む電極群と、
前記外装缶の開口部に取り付けられ、第１の貫通孔及び第２の貫通孔を有する蓋と、
頭部と、前記頭部から延出し、かつ前記蓋の前記第１の貫通孔にかしめ固定される軸部とを有する正極外部端子と、
頭部と、前記頭部から延出し、かつ前記蓋の前記第２の貫通孔にかしめ固定される軸部とを有する負極外部端子と、
前記蓋と前記正極外部端子との間に配置され、前記正極外部端子の前記頭部の周囲を囲む側壁部と、前記側壁部の上端面に位置するバスバー固定部としての第１の突起部とを有する第１の絶縁部材と、
前記蓋と前記負極外部端子との間に配置され、前記負極外部端子の前記頭部の周囲を囲む側壁部と、前記側壁部の上端面に位置するバスバー固定部としての第２の突起部とを有する第２の絶縁部材と
を具備することを特徴とする。
実施形態に係る組電池は、前記電池を複数個と、
前記電池の前記正極外部端子または前記負極外部端子の前記頭部に溶接され、かつ前記第１の突起部または前記第２の突起部が嵌合される穴部を有するバスバーと
を備えることを特徴とする。
実施形態に係る組電池の製造方法は、前記バスバーの前記穴部が前記第１の突起部または前記第２の突起部に嵌合された状態で、前記バスバーを前記正極外部端子または前記負極外部端子の前記頭部に溶接することを特徴とする。
本実施形態によれば、外部端子とバスバーの溶接を行う際の外部端子とバスバーの位置ズレによる溶接不良が抑えられ、信頼性と安全性の高い電池パックを提供するための電池、組電池および組電池の製造方法を提供することができる。
実施形態の電池を示す展開斜視図。 図１の電池の外観を示す斜視図。 図２のIII−III線に沿った縦断面を矢印方向から見た時のカシメ部の断面図。 実施形態の組電池を示す斜視図。 図４の組電池におけるバスバーの取り付け部の拡大断面図。 他の実施形態の電池を使用した組電池におけるバスバー取り付け部の拡大断面図。 他の実施形態の電池に使用する外部絶縁体の模式的な平面図。 他の実施形態の電池を使用した組電池におけるバスバー取り付け部の拡大断面図。 図１の電池に用いられる電極群の部分展開斜視図。 図９のＸ−Ｘ線に沿った断面を矢印方向から見た時の断面図。 （ａ）；実施形態の電池に使用される第１，第２の絶縁部材の一例の部分上面図で、（ｂ）；（ａ）に示す絶縁部材を備えるかしめ部の断面図。 （ａ）；実施形態の電池に使用される第１，第２の絶縁部材の一例の部分上面図で、（ｂ）；（ａ）に示す絶縁部材を備えるかしめ部の断面図。 （ａ）；実施形態の電池に使用される第１，第２の絶縁部材の一例の部分上面図で、（ｂ）；（ａ）に示す絶縁部材を備えるかしめ部の断面図。 （ａ）；実施形態の電池に使用される第１，第２の絶縁部材の一例の部分上面図で、（ｂ）；（ａ）に示す絶縁部材を備えるかしめ部の断面図。 （ａ）実施形態の電池に使用される第１，第２の絶縁部材の一例の部分上面図で、（ｂ）；（ａ）に示す絶縁部材を備えるかしめ部の断面図。 （ａ）実施形態の電池に使用される第１，第２の絶縁部材の一例の部分上面図で、（ｂ）；（ａ）に示す絶縁部材を備えるかしめ部の断面図。
以下、本発明の実施形態に係わる電池を図面を参照して説明する。なお、本発明は、これら実施形態に限られるものではない。
図１に示す電池３０は、密閉型の角型非水電解質二次電池である。外装缶１は、有底角筒形状をなし、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄あるいはステンレスなどの金属から形成される。
電極群２は、例えば、シート状の正極とシート状の負極との間にセパレータを挟んで渦巻状に捲回した後、全体を扁平形状に加圧成形することにより作製される。正極（図示しない）は、集電体と、集電体の片面もしくは両面に積層された正極活物質層とを有する。一方、負極（図示しない）は、集電体と、集電体の片面もしくは両面に積層された負極活物質層とを有する。正極タブ３は、電極群２の正極集電体に超音波溶接（接合）され、電極群２の上端面から上向きに導出されている。一方、負極タブ４は、電極群２の負極集電体に超音波溶接（接合）され、電極群２の上端面から上向きに導出されている。なお、正極タブ３及び負極タブ４は、電極群２の正極及び負極から電気的エネルギーを取り出すことができるものであれば特に限定されず、正極及び負極それぞれの集電体を部分的に延出させたものを使用しても良い。電解液（図示しない）は、電極群２に含浸されている。
図２に示すように、矩形板状の蓋５は、外装缶１の開口部に例えばレーザでシーム溶接され、蓋５の四辺全てにレーザ溶接部６が形成されている。蓋５は、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄あるいはステンレスなどの金属から形成される。蓋５と外装缶１は、同じ種類の金属から形成されることが望ましい。電解液の注液口７は、蓋５に開口され、電解液の注液後に封止蓋８で封止される。
図１に示すように、正極の端子部９（＋）と負極の端子部９（−）は、蓋５に設けられている。正極の端子部９（＋）は、正極リード１０ａと、第１の内部絶縁体１１aと、第１の絶縁部材１２ａと、正極外部端子１３ａとを有する。一方、負極の端子部９（−）は、負極リード１０ｂと、第２の内部絶縁体１１ｂと、第２の絶縁部材１２ｂと、負極外部端子１３ｂとを有する。
蓋５の外面には、矩形状の凹部１４が２つ設けられ、一方の凹部１４に正極外部端子１３ａが収容され、かつ他方の凹部１４に負極外部端子１３ｂが収容される。各凹部１４には、第１の貫通孔１５ａ、第２の貫通孔１５ｂが設けられている。
正極リード１０ａ及び負極リード１０ｂは、それぞれ、正負極外部端子１３ａ，１３ｂの軸部の取付孔としての貫通孔１６を持つ矩形板状をなす。正極リード１０ａ及び負極リード１０ｂは、外装缶１内に位置している。正極リード１０ａは、正極タブ３に例えば溶接などで電気的に接続されている。一方、負極リード１０ｂは、負極タブ４に例えば溶接などで電気的に接続されている。
第１の内部絶縁体１１ａは、蓋５の第１の貫通孔１５ａ及び正極リード１０ａの貫通孔１６と連通する貫通孔１７を有する矩形板状をなす。第１の内部絶縁体１１ａは、蓋５の内面と正極リード１０ａの間に配置され、蓋５と正極リード１０ａとを絶縁している。一方、第２の内部絶縁体１１ｂは、蓋５の第２の貫通孔１５ｂ及び負極リード１０ｂの貫通孔１６と連通する貫通孔１７を有する矩形板状をなす。第２の内部絶縁体１１ｂは、蓋５の内面と負極リード１０ｂの間に配置され、蓋５と負極リード１０ｂとを絶縁している。
図３に示すように、第１の絶縁部材１２ａ及び第２の絶縁部材１２ｂは、それぞれ、円筒状の筒部１８と、筒部１８の一方の開口端に鍔状に形成されたフランジ部１９と、フランジ部１９の四辺から上方に立上った側壁部２０と、バスバー固定部として２つの突起部２１1，２１2とを有する。２つの突起部２１1，２１2は、第１，第２の絶縁部材１２ａ，１２ｂの側壁部２０における互いに対向する二辺の上端面に設けられている。各突起部２１1，２１2は、各側壁部２０の中央部に位置している。各突起部２１1，２１2は、バスバーの穴部と略同寸法の円柱状で、上端部に円錐台形状に拡径したフック２２を有する。
第１の絶縁部材１２ａ及び第２の絶縁部材１２ｂの筒部１８は、それぞれ、蓋５の凹部１４内の第１、第２の貫通孔１５ａ，１５ｂに挿入され、筒部１８の他方の開口端が第１，第２の内部絶縁体１１ａ，１１ｂの貫通孔１７に挿入されている。第１，第２の絶縁部材１２ａ，１２ｂのフランジ部１９は、蓋５の凹部１４内の第１、第２の貫通孔１５ａ，１５ｂの周縁を覆っている。
正極外部端子１３ａ及び負極外部端子１３ｂは、それぞれ、図１に示すように、矩形状の頭部２３と、頭部２３から下方に延出された軸部２４とを有する。図３に示すように、正負極外部端子１３ａ，１３ｂの頭部２３が、第１，第２の絶縁部材１２ａ，１２ｂのフランジ部１９及び側壁部２０で囲まれた空間内に収容される。正負極外部端子１３ａ，１３ｂの軸部２４は、第１、第２の絶縁部材１２ａ，１２ｂの筒部１８及び正負極リード１０ａ，１０ｂの貫通孔１６に挿入され、軸部２４の下端が貫通孔１６から突出している。
正負極外部端子１３ａ，１３ｂは、頭部２３の位置を固定しながら軸部２４を軸方向に加圧すると、図３に示すように、軸部２４が拡径変形（膨張変形）する。その結果、正極外部端子１３ａの軸部２４と蓋５の第１の貫通孔１５ａとの間に位置する第１の絶縁部材１２ａが圧縮され、この圧縮により第１の絶縁部材１２ａが第１の内部絶縁体１１aと密着し、さらに、正極外部端子１３ａの軸部２４が正極リード１０ａの貫通穴１６に密着する。また、負極外部端子１３ｂの軸部２４と蓋５の第２の貫通孔１５ｂとの間に位置する第２の絶縁部材１２ｂが圧縮され、この圧縮により第２の絶縁部材１２ｂが第２の内部絶縁体１１ｂと密着し、さらに、負極外部端子１３ｂの軸部２４が負極リード１０ｂの貫通穴１６に密着する。つまり、正負極外部端子１３ａ，１３ｂが蓋５の第１、第２の貫通孔１５ａ，１５ｂに第１，第２の絶縁部材１２ａ，１２ｂと第１、第２の内部絶縁体１１ａ，１１ｂとを介してかしめ固定されると共に、正負極リード１０ａ，１０ｂともかしめ固定される。これにより、正負極外部端子１３ａ，１３ｂと蓋５は、絶縁性と気密性が確保された状態で固定され、さらに正極外部端子１３ａと正極リード１０ａは、電気的接続が確保された状態で固定される。負極外部端子１３ｂと負極リード１０ｂも、電気的接続が確保された状態で固定される。
図４は、上述した構成の電池３０を複数個（例えば３個）備えた組電池の一実施形態である。組電池３１は、バスバー３２を備える。ここで、バスバー３２は、電池間の配線、あるいは電池から外部に電気エネルギーを取り出すために使用される。バスバー３２は、金属のような導電性を有する材料から形成されている。バスバー３２は、隣り合う２個の電池を電気的に接続するため、一方の電池３０の第１または第２の絶縁部材の２つの突起部２１1，２１2が嵌め合わされる一対の穴部３３1，３３2と、他方の電池３０の第１または第２の絶縁部材の２つの突起部２１1，２１2が嵌め合わされる一対の穴部３４1，３４2とを有する。
図４の一番奥側に位置する電池３０の第２の絶縁部材１２ｂの２つの突起部２１1，２１2が１本目のバスバー３２の一対の穴部３３1，３３2に挿入されて嵌め合わされる。また、このバスバー３２の一対の穴部３４1，３４2に、真中に位置する電池３０の第１の絶縁部材１２ａの２つの突起部２１1，２１2が挿入されて嵌め合わされる。さらに、真中に位置する電池３０の第２の絶縁部材１２ｂの２つの突起部２１1，２１2が、２本目のバスバー３２の一対の穴部３３1，３３2に挿入されて嵌め合わされる。また、このバスバー３２の一対の穴部３４1，３４2に、手前に位置する電池３０の第１の絶縁部材１２ａの２つの突起部２１1，２１2が挿入されて嵌め合わされる。突起部２１1，２１2のフック２２は、バスバー３２が突起部２１1，２１2から抜けるのを防止する。これにより、３つの電池３０が２つのバスバー３２で固定される。この状態で、図５に示すように、１本目のバスバー３２の穴部３３1，３３2間の複数箇所（例えば２箇所）を、奥側の電池３０の負極外部端子１３ｂの頭部２３に溶接する。同時に、このバスバー３２の穴部３４1，３４2間の複数箇所（例えば２箇所）を、真中の電池３０の正極外部端子１３ａの頭部２３に溶接する。また、２本目のバスバー３２の穴部３３1，３３2間の複数箇所（例えば２箇所）を、真中の電池３０の負極外部端子１３ｂの頭部２３に溶接すると共に、このバスバー３２の穴部３４1，３４2間の複数箇所（例えば２箇所）を、手前の電池３０の正極外部端子１３ａの頭部２３に溶接する。これにより、３個の電池３０がバスバー３２によって電気的に接続され、直列接続される。なお、図４、図５における符番３５は、溶接部を示す。なお、電池３０の接続は、直列に限らず、並列接続も可能である。
さらに、図４の組電池３１は、組電池の入出力用端子にバスバー３２を用いることができる。図４の奥側の電池３０の第１の絶縁部材１２ａの２つの突起部２１1，２１2に、バスバー３２の穴部３４1，３４2を嵌め込んだ後、バスバー３２を正極外部端子１３ａの頭部３２に溶接すると、このバスバー３２を組電池の正極端子として用いることができる。また、図４の手前側の電池３０の第２の絶縁部材１２ｂの２つの突起部２１1，２１2に、バスバー３２の穴部３３1，３３2を嵌め込んだ後、バスバー３２を負極外部端子１３ｂの頭部３２に溶接すると、このバスバー３２を組電池の負極端子として用いることができる。
このように第１、第２の絶縁部材１２ａ，１２ｂの突起部２１1，２１2とバスバー３２の穴部３３1，３３2，３４1，３４2とが嵌合で固定された状態では、正負極外部端子１３ａ，１３ｂとバスバー３２との位置ズレがないため、容易に溶接が可能となった。溶接は、レーザ溶接、抵抗溶接、超音波溶接（接合）等が挙げられる。また、レーザ溶接の場合、外部端子とバスバーの溶接面が密着していないと溶接不良となるため、レーザ溶接時には、溶接部近くのバスバーを押さえつけるような冶具が必要であるが、すでに位置決めされているため、簡単な押さえ冶具でかまわない。
ここで、電池の外部端子と蓋の間に配置される樹脂成形品である第１、第２の絶縁部材１２ａ，１２ｂの材料として、大電流用途の電池の場合、融点の高い樹脂材料の使用が望ましい。代表的な樹脂として、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（以下ＰＦＡとする）、あるいは、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）などが使用される。第１、第２の内部絶縁体１１ａ，１１ｂの形成材料は、特に限定されるものではないが、第１、第２の絶縁部材１２ａ，１２ｂの場合と同様なものを挙げることができる。
また、第１、第２の絶縁部材１２ａ，１２ｂを二つに分割し、第１、第２の内部絶縁体１１ａ，１１ｂと合せて３種の樹脂成形品を使用することができる。この例を図６に示す。図６では、第１の絶縁部材１２ａは、第１の絶縁ガスケット４０と、第１の外部絶縁体４１との二部品からなる。一方、第２の絶縁部材１２ｂは、第２の絶縁ガスケット４０と、第２の外部絶縁体４１との二部品からなる。第１，第２の絶縁ガスケット４０は、それぞれ、円筒状の筒部４０ａと、筒部４０ａの一方の開口端に鍔状に形成されたフランジ部４０ｂとを有する。第１、第２の絶縁ガスケット４０の筒部４０ａは、蓋５の凹部１４内の第１，第２の貫通孔１５ａ，１５ｂに挿入され、筒部４０ａの他方の開口端が第１，第２の内部絶縁体１１ａ，１１ｂの貫通孔１７に挿入されている。第１、第２の絶縁ガスケット４０のフランジ部４０ｂは、蓋５の凹部１４内の第１，第２の貫通孔１５ａ，１５ｂの周縁を覆っている。
第１，第２の外部絶縁体４１は、貫通孔４１ａを有する矩形板状の台座部４１ｂと、台座部４１ｂの四辺から上方に立ち上がった側壁部４１ｃと、側壁部４１ｃの上端面に位置する突起部２１1，２１2とを有する。第１，第２の外部絶縁体４１は、蓋５の凹部１４内に配置され、第１，第２の外部絶縁体４１の貫通孔４１ａ内に第１、第２の絶縁ガスケット４０のフランジ部４０ｂが挿入される。
正負極外部端子１３ａ，１３ｂの頭部２３は、第１，第２の絶縁ガスケット４０のフランジ部４０ｂ及び第１、第２の外部絶縁体４１の台座部４１ｂ並びに側壁部４１ｃで囲まれた空間内に収容される。正負極外部端子１３ａ，１３ｂの軸部２４は、第１，第２の絶縁ガスケット４０の筒部４０ａ及び正負極リード１０ａ，１０ｂの貫通孔１６に挿入され、軸部２４の下端が貫通孔１６から突出している。
頭部２３の位置を固定しながら軸部２４を軸方向に加圧すると、図６に示すように、軸部２４が拡径変形（膨張変形）する。その結果、正負極外部端子１３ａ，１３ｂの軸部２４と蓋５の第１，第２の貫通孔１５ａ，１５ｂとの間に位置する第１，第２の絶縁ガスケット４０が圧縮されるとともに、この圧縮により絶縁ガスケット４０が内部絶縁体１１及び外部絶縁体４１と密着し、さらに、正負極外部端子１３ａ，１３ｂの軸部２４が正負極リード１０の貫通穴１６に密着する。つまり、正負極外部端子１３ａ，１３ｂが蓋５に外部絶縁体４１と絶縁ガスケット４０と内部絶縁体１１とを介してかしめ固定されると共に、正負極リード１０ａ，１０ｂともかしめ固定される。これにより、正負極外部端子１３ａ，１３ｂと蓋５は、絶縁性と気密性が確保された状態で固定され、さらに正極外部端子１３ａと正極リード１０ａは、電気的接続が確保された状態で固定される。負極外部端子１３ｂと負極リード１０ｂも、電気的接続が確保された状態で固定される。
カシメ固定による気密性確保に重要な部品は、絶縁ガスケット４０である。外部絶縁体４１および内部絶縁体１１より融点の高い樹脂材料を使用した成形品を絶縁ガスケット４０に使用することによって、樹脂材料の使用量を少量に抑えつつ、高温時（例えば１００℃以下）での気密性を確保することができる。よって、絶縁ガスケット４０に高価な樹脂材料であるＰＦＡを使用しても、材料費アップが抑えられる。また、外部絶縁体４１は、絶縁ガスケット４０に比して硬い材料を使用すれば、機械的強度を高めることができ、外部端子が回転した際の短絡の危険性を低くすることが可能となる。
さらに、絶縁ガスケット４０は、図３の第１、第２の絶縁部材１２ａ，１２ｂに比べて小さい形状でできるため、成形金型で多数個取りが可能になり、ガスケットの生産性が上がり、加工費が抑えられる効果が得られ、ガスケットのコストダウンが可能になる。融点の高い樹脂材料は、電解液に対する耐性に優れるふっ素樹脂成形品であることが望ましく、代表的な樹脂として、融点が３００〜３１０℃のテトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）を挙げることができる。
ＰＦＡは、メルトフローレート（以下、ＭＦＲと称す）が５ｇ／１０分以下であることが望ましい。これにより、さらに高温時の樹脂の流れが抑えられ、気密性が向上する。ＭＦＲは、温度３７２℃、荷重５ｋｇの条件で測定される。
絶縁ガスケット４０のフランジ部４０ｂの厚みは、外部絶縁体４１の台座部４１ｂの厚みよりも大きいことが望ましい。これにより、カシメ時に、気密性確保に重要な絶縁ガスケット４０のフランジ部４０ｂが最初に潰れる。その後、フランジ部４０ｂは、外部絶縁体４１の台座部４１ｂとの隙間を埋めながら正負極外部端子１３ａ，１３ｂの頭部２３と蓋５の間に固定されることにより、絶縁ガスケット４０と外部絶縁体４１の隙間がなくなり、マイグレーションによる短絡防止構造が可能となる。
外部絶縁体４１に使用する樹脂は、特に限定されるものではないが、絶縁ガスケット４０に使用する樹脂よりも融点が低く、かつ硬いものが好ましい。具体的には、外部絶縁体は、絶縁ガスケットより低融点で、かつロックウェル硬さが絶縁ガスケットより大きいことが望ましい。これにより、正負極外部端子１３ａ，１３ｂにカシメ部を中心に回転力が働いた際、外部端子頭部２３と蓋５により加わった力で外部絶縁体が破断するのを回避することができ、外部端子頭部２３と蓋５との接触による短絡を防止することができる。
絶縁ガスケット４０にＰＦＡを使用する場合、ＰＦＡのロックウェル硬さがＲ５０程度であるため、それより大きい材料として、Ｒ８５〜１１０で、融点１６０〜１７０℃のポリプロピレン（ＰＰ）、Ｒ１１０〜１２０で、融点２６４℃のポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、Ｒ１１８〜１２４で、融点２８０〜２９０℃のポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）などが挙げられる。ロックウェル硬さは、ＪＩＳ Ｋ ７２０２−２のプラスチック−硬さの求め方−第２部：ロックウェル硬さで規定される。
外部絶縁体４１は、射出成形品であることが望ましい。ＭＦＲが５ｇ／１０分以下のＰＦＡは、高温での気密性を確保できるものの、射出成形が難しい。外部絶縁体４１に射出成形品を使用することにより、形状変化の自由度が増すと共に、正極端子あるいは負極端子のカシメに使用するそれぞれの外部絶縁体４１に、「＋」、「−」マークなどの極性表示を形成したり、色違いにすることが可能になるため、容易に極性の区別ができるようになる。図７は、正極の外部絶縁体４１の側壁部４１ｃの上端面に「＋」のマーク４２を表示した例である。射出成形が可能な樹脂は、ＰＰ、ＰＥＴ、ＰＰＳなどが挙げられる。
第１，第２の内部絶縁体１１ａ，１１ｂに使用する樹脂は、特に限定されるものではないが、絶縁ガスケット４０に使用する樹脂よりも融点が低いものが好ましい。また、射出成形が可能であると、形状変化の自由度が増すため、望ましい。具体的には、ＰＰ、ＰＥＴ、ＰＰＳなどが挙げられる。
突起部２１1，２１2の形状は、図３に示す形状に限られるものではなく、バスバー３２が抜けないような形状であれば良い。例えば、図８に示すように、突起部２１1，２１2は、上端における円周の一部を外側に拡径させたものをフック２２として用いても良い。
また、絶縁部材に設ける突起部の数は、２つに限定されるものではなく、１つあるいは３個以上にすることができる。ここで、突起部の数は、第１の絶縁部材と第２の絶縁部材に設けられた突起部の合計ではなく、絶縁部材毎に数えた値である。第１の絶縁部材に設ける突起の数は、第２の絶縁部材に設ける突起の数と同じでも、異なっていても良い。
ここで、代表的な外部端子材料の説明をする。負極活物質に炭素系材料を使用するリチウムイオン二次電池の場合、正極端子は一般的に、アルミニウムあるいはアルミニウム合金が使用され、負極端子は、銅、ニッケル、ニッケルメッキされた鉄などの金属が使用される。また、負極活物質にチタン酸リチウムを使用する場合は、上記に加え、負極端子にアルミニウムあるいはアルミニウム合金を使用してもかまわない。
図１では、電極群の一方の端面から正負極両電極のタブを引き出したが、タブの導出方法はこれに限らず、例えば、電極群の一方の端面から正極タブを引き出し、かつ他方の端面から負極タブを引き出しても良い。この場合、電極群の両方の端面に、活物質無担時の集電体を露出させ、それぞれを正負極タブとして使用することができる。
図１では、扁平渦巻き形状の電極群を使用したが、電極群の構造は特に限定されず、例えば、正極と負極をその間にセパレータを介在させながら交互に積層した積層型電極群を使用することが可能である。
以下、前述した図１で用いた正極、負極、セパレータ及び電解液について説明する。
正極は、例えば、正極活物質を含むスラリーをアルミニウム箔もしくはアルミニウム合金箔からなる集電体に塗着することにより作製される。正極活物質としては、特に限定されるものではないが、リチウムを吸蔵放出できる酸化物や硫化物、ポリマーなどが使用できる。好ましい活物質としては、高い正極電位が得られるリチウムマンガン複合酸化物、リチウムニッケル複合酸化物、リチウムコバルト複合酸化物、リチウム燐酸鉄等が挙げられる。また、負極は、負極活物質を含むスラリーをアルミニウム箔もしくはアルミニウム合金箔からなる集電体に塗着することにより作製される。負極活物質としては、特に限定されるものではないが、リチウムを吸蔵放出できる金属酸化物、金属硫化物、金属窒化物、合金等が使用でき、好ましくは、リチウムイオンの吸蔵放出電位が金属リチウム電位に対して０．４Ｖ以上貴となる物質である。このようなリチウムイオン吸蔵放出電位を有する負極活物質は、アルミニウムもしくはアルミニウム合金とリチウムとの合金反応を抑えられることから、負極集電体および負極関連構成部材へのアルミニウムもしくはアルミニウム合金の使用を可能とする。たとえば、チタン酸化物、リチウムチタン酸化物、タングステン酸化物、アモルファススズ酸化物、スズ珪素酸化物、酸化珪素などがあり、中でもリチウムチタン複合酸化物が好ましい。セパレータとしては、微多孔性の膜、織布、不織布、これらのうち同一材または異種材の積層物等を用いることができる。セパレータを形成する材料としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン共重合ポリマー、エチレン−ブテン共重合ポリマー等を挙げることができる。
電解液は、非水溶媒に電解質（例えば、リチウム塩）を溶解させることにより調製された非水電解液が用いられる。非水溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、ブチレンカーボネート（ＢＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、γ−ブチロラクトン（γ−ＢＬ）、スルホラン、アセトニトリル、１，２−ジメトキシエタン、１，３−ジメトキシプロパン、ジメチルエーテル、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、２−メチルテトラヒドロフラン等を挙げることができる。非水溶媒は、単独で使用しても、２種以上混合して使用してもよい。電解質としては、例えば、過塩素酸リチウム（ＬｉＣｌＯ4）、六フッ過リン酸リチウム（ＬｉＰＦ6）、四フッ化ホウ酸リチウム（ＬｉＢＦ4）、六フッ化砒素リチウム（ＬｉＡｓＦ6）、トリフルオロメタスルホン酸リチウム（ＬｉＣＦ3ＳＯ3）等のリチウム塩を挙げることができる。電解質は単独で使用しても、２種以上混合して使用してもよい。電解質の非水溶媒に対する溶解量は、０．２ｍｏｌ／Ｌ〜３ｍｏｌ／Ｌとすることが望ましい。
ここで、図１に示す電極群２を図９及び図１０を参照して説明する。図９は、図１の電池３０に用いられる電極群２の部分展開斜視図である。図１０は、図９のＸ−Ｘ線に沿った断面を矢印方向から見た時の断面図である。図１０に示すように、正極５１は、帯状の正極集電体５１ａと、正極集電体５１ａの両面に形成された正極活物質層５１ｂとを有する。正極活物質層５１ｂは、正極活物質、導電剤及び結着剤を含むことができる。正極集電体５１ａは、例えば、金属箔で形成することができる。正極集電体５１ａを形成する材料は、例えばアルミ二ウムや、アルミ二ウム合金を使用することができる。一方、負極５２は、帯状の負極集電体５２ａと、負極集電体５２ａの両面に形成された負極活物質層５２ｂとを有する。負極活物質層５２ｂは、負極活物質、導電剤及び結着剤を含むことができる。負極集電体５２ａは、例えば、金属箔で形成することができる。負極集電体５２ｂを形成する材料は、例えばアルミ二ウムや、アルミ二ウム合金を使用することができる。２枚のセパレータ５３のうち、一方のセパレータ５３を正極活物質層５１ｂと負極活物質層５２ｂとの間に配置し、他方のセパレータ５３を負極２のもう片方の負極活物質層５２ｂ上に配置する。これらを扁平形状をした二本の巻芯を用いて扁平形状に捲回する。上記方法で捲回した後、プレスにより所望の扁平形状にすることにより、図１に示す扁平形状の電極群２が得られる。
第１，第２の絶縁部材のバスバー固定部の構造は図３，図８に示すものに限らない。例えば、図１１（ａ）〜図１６（ａ）に示す構造の第１，第２の絶縁部材を使用することが可能である。図１１（ａ），図１２（ａ），図１３（ａ）、図１４（ａ）、図１５（ａ）及び図１６（ａ）は、それぞれ、第１，第２の絶縁部材１２ａ，１２ｂの側壁部２０の突起部２１1，２１2付近の部分上面図である。図１１（ｂ），図１２（ｂ），図１３（ｂ）、図１４（ｂ）、図１５（ｂ）及び図１６（ｂ）は、それぞれ、正負極外部端子１３ａ，１３ｂが蓋５及び正負極リード１０ａ，１０ｂに第１，第２の絶縁部材１２ａ，１２ｂ及び第１，第２の内部絶縁体１１ａ，１１ｂを介してかしめ固定された部分を、正負極外部端子１３ａ，１３ｂの軸に平行に切断した際に得られる断面図である。なお、図１〜図３に示したのと同様な部材については、同符号を付して説明を省略する。
図１１（ａ）及び図１１（ｂ）は、円柱状の突起部２１1，２１2の上端部を多角錐台形状に拡径させたものを、フック２２として使用した実施形態を示す。図１２（ａ）及び図１２（ｂ）は、円柱状の突起部２１1，２１2の上端部を四角錐台形状に拡径させたものを、フック２２として使用した実施形態を示す。ここで、多角形状は、図１１（ａ）及び図１１（ｂ）に示す十二角形や、図１２（ａ）及び図１２（ｂ）に示す四角形に限らず、三辺以上で構成されていれば良く、例えば、三角形、五角形、六角形等様々な形状にすることができる。多角錐台形状のフック２２が突起部２１1，２１2の周面から突き出ているため、バスバー３２が突起部２１1，２１2から抜けるのを防止することができる。
図１３（ａ）及び図１３（ｂ）では、突起部２１1，２１2が四角柱状をしている。突起部２１1，２１2の上端部における外側に面した側面２２ａがそれぞれ傾斜し、各傾斜面は下に向かう程、外側に張り出している。この外側に張り出した部分が、それぞれ、フック２２として機能する。多角柱状のフック２２が、突起部２１1，２１2の側面から外側に突き出ているため、バスバー３２が突起部２１1，２１2から抜けるのを防止することができる。
図１４（ａ）〜図１５（ｂ）は、フック２２を設けない実施形態を示す。図１４（ａ）及び図１４（ｂ）に示すように、突起部２１1，２１2は、それぞれ、円柱形状をしている。フック２２が設けられていないため、バスバー３２を突起部２１1，２１2に速やかに取り付けることができ、バスバー３２を正負極外部端子１３ａ，１３ｂに溶接する作業に要する時間を短縮することができる。また、突起部２１1，２１2の径を、バスバー３２の穴部の径よりも大きくすることによって、バスバー３２が突起部２１1，２１2から抜けるのを防止することができる。なお、突起部２１1，２１2が樹脂から形成されているため、突起部２１1，２１2の径を大きくしても、バスバー３２の穴部への挿入は可能である。
図１５（ａ）及び図１５（ｂ）に示すように、突起部２１1，２１2は、それぞれ、四角柱形状をしている。フック２２が設けられていないため、バスバー３２を突起部２１1，２１2に速やかに取り付けることができ、バスバー３２を正負極外部端子１３ａ，１３ｂに溶接する作業に要する時間を短縮することができる。さらに、突起部２１1，２１2の寸法を、バスバー３２の穴部の径よりも大きくすることによって、バスバー３２が突起部２１1，２１2から抜けるのを防止することができる。
図１６（ａ）及び図１６（ｂ）に示すように、突起部２１1，２１2は、それぞれ、多角柱形状（例えば八角柱形状）をしている。突起部２１1，２１2の途中から上端に向かって径が連続的に細くなっており、突起部２１1，２１2の先端が多角錐形状をしている。突起部２１1，２１2の先端が多角錐形状をしているため、バスバー３２を突起部２１1，２１2に速やかに取り付けることができ、バスバー３２を正負極外部端子１３ａ，１３ｂに溶接する作業に要する時間を短縮することができる。
以上説明したように、本実施形態の電池は、電池パックの組電池における電池間の配線、あるいは電池から外部に電気エネルギーを取り出すために、電池の外部端子と蓋の間に配置される絶縁部材によってバスバーが固定できる機能を設け、絶縁部材を外部端子のカシメで蓋に固定することによりバスバー固定部を容易に取り付けることが可能で、バスバーには絶縁部材への嵌合機能を設けることにより、電池の外部端子とバスバーの溶接時の位置ズレを迎え、溶接不良を無くすことにより、信頼性と安全性の高い電池パックを提供できる。さらに、溶接時の電池とバスバーの位置だしおよび固定冶具は、すでに外部端子とバスバーが固定されているので、冶具構成が簡素になった効果もある。
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施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。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わせにより、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。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
１…外装缶、２…電極群、３…正極タブ、４…負極タブ、５…蓋、９（＋）…正極の端子部、９（−）…負極の端子部、１０ａ…正極リード、１０ｂ…負極リード、１１ａ…第１の内部絶縁体、１１ｂ…第２の内部絶縁体、１２ａ…第１の絶縁部材、１２ｂ…第２の絶縁部材、１３ａ…正極外部端子、１３ｂ…負極外部端子、１８…筒部、１９…フランジ部、２０…側壁部、２１1，２１2…突起部（バスバー固定部）、２２…フック、２３…頭部、２４…軸部、３０…電池、３１…組電池、３２…バスバー、３３1，３３2，３４1，３４2…穴部、３５…溶接部、４０…絶縁ガスケット、４０ａ…筒部、４０ｂ…フランジ部、４１…外部絶縁体、４１ａ…貫通孔、４１ｂ…台座部、４１ｃ…側壁部、４２…極性表示。

Claims (9)

  1. 外装缶と、
    前記外装缶内に収納され、正極及び負極を含む電極群と、
    前記外装缶の開口部に取り付けられ、第１の貫通孔及び第２の貫通孔を有する蓋と、
    頭部と、前記頭部から延出し、かつ前記蓋の前記第１の貫通孔にかしめ固定される軸部とを有する正極外部端子と、
    頭部と、前記頭部から延出し、かつ前記蓋の前記第２の貫通孔にかしめ固定される軸部とを有する負極外部端子と、
    前記蓋と前記正極外部端子との間に配置される第１の絶縁部材と、
    前記蓋と前記負極外部端子との間に配置される第２の絶縁部材と
    を具備し、
    前記第１の絶縁部材及び前記第２の絶縁部材は、バスバー固定部を有することを特徴とする電池。
  2. 前記第１の絶縁部材は前記正極外部端子の前記頭部の周囲を囲む側壁部と、前記側壁部の上端面に位置する第１の突起部とを有し、前記第２の絶縁部材は前記負極外部端子の前記頭部の周囲を囲む側壁部と、前記側壁部の上端面に位置する第２の突起部とを有し、前記バスバー固定部が前記第１の突起部及び前記第２の突起部からなることを特徴とする請求項１記載の電池。
  3. 前記第１の突起部及び前記第２の突起部は、柱状形状を有することを特徴とする請求項２記載の電池。
  4. 前記第１の突起部及び前記第２の突起部は、外側に突出したフックを有することを特徴とする請求項２または３記載の電池。
  5. 前記第１の絶縁部材は、前記正極外部端子の前記頭部の周囲を囲む側壁部及び前記側壁部の上端面に位置する第１の突起部を有する第１の外部絶縁体と、前記蓋の前記第１の貫通孔内に挿入される筒部を有する第１の絶縁ガスケットとを有し、
    前記第２の絶縁部材は、前記負極外部端子の前記頭部の周囲を囲む側壁部及び前記側壁部の上端面に位置する第２の突起部を有する第２の外部絶縁体と、前記蓋の第２の貫通孔内に挿入される筒部を有する第２の絶縁ガスケットとを有し、
    前記バスバー固定部が前記第１の突起部及び前記第２の突起部からなることを特徴とする請求項１記載の電池。
  6. 前記第１の外部絶縁体の色が、前記第２の外部絶縁体の色と異なることを特徴とする請求項５記載の電池。
  7. 前記第１の外部絶縁体または前記第２の外部絶縁体が極性表示を有することを特徴とする請求項５記載の電池。
  8. 請求項１〜７いずれか１項記載の電池を複数個と、
    前記電池の前記正極外部端子または前記負極外部端子の前記頭部に溶接され、かつ前記第１の絶縁部材または前記第２の絶縁部材の前記バスバー固定部に固定されるバスバーと
    を備えることを特徴とする組電池。
  9. 請求項８記載の組電池の製造方法であって、前記電池の前記第１の絶縁部材または前記第２の絶縁部材の前記バスバー固定部に前記バスバーが固定された状態で、前記バスバーを前記正極外部端子または前記負極外部端子の前記頭部に溶接することを特徴とする。
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