JP2011523183A - 二次電池 - Google Patents

Abstract

巻芯（７）と、巻芯（７）の端部から伸びる電極タブ（４）と、巻芯（７）の端部に設置される電極タブリード部と、カバープレート（１）とを備える二次電池を提供する。電極タブリード部は、巻芯の端部に接触する絶縁層（６）と、前記巻芯の端部から遠く離れる導電層（５）とを有する。電極タブ（４）は、導電層に電気的に接続され、前記導電層は、カバープレート（１）に電気的に接続される。二次電池は、カバープレート（１）と電極タブリード部の導電層（５）との間において積層されたガスケット（３）と、電極タブ（４）をガスケット（３）と電極タブリード部の導電層（５）との間に押し付けるための連結部材とを更に備える。

Description

本発明は、二次電池に関するものであり、特に、二次電池における電極タブとカバープレートとの接続構造に関するものである。

リチウムイオン二次電池は、負極板と、正極板と、電解液と、正極板と負極板との間に設置され短絡を防止するための隔膜とを備える。正極板と負極板をシート状或いは箔状として作製し、電極板及びその間における隔膜を順次に積層したり、またはスパイラル状として巻いたりして電芯を作成し、作製した電芯を、ステンレス鋼や、ニッケルめっきされた鉄や、アルミニウムシェル等から作製された電池容器、又は、軟包装フィルムが積層された電池容器に入れて電解液を注入してその容器を密封して電池として作成する。ここで、電芯と外部との電気導通は、極板に接続する電極タブと、極柱或いはカバープレートとの接続を介して実現される。

従来の技術によると、普通、電極タブは半田付けによってカバープレートの極柱に接合される。例えば、電池がハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）又は電気自動車（ＥＶ）に用いられる場合、大電流で放電すると、電極タブや極柱等の接続が不良なため、または失効するため、発熱で電池の温度が大変高くなる恐れがある。厳重な場合には、電池が失効することになってしまう。よって、電池の安全性と循環寿命に影響を及ぼす。特に、複数の電極タブが極柱に接続される場合は、半田付け位置が正確に把握できなく、プロセスと品質に対する制御に不利となる。

本発明は、上記した欠陥を克服するために、電芯において複数の電極タブと極柱との接続を改善し、電池の内部抵抗を減らして電池の発熱量を減らすことが可能な二次電池を提供することを目的とする。

本発明が解決しようとする技術問題は下記の技術案によって解決することができる。

本発明は、端部から正電極タブと負電極タブを有する電極タブが伸びる巻芯と、カバープレートとを備える二次電池であって、
巻芯の端部に接触する絶縁層と、巻芯の端部から遠く離れる導電層とを有するものであって、巻芯の端部に設けられる電極タブリード部とを更に備え、前記電極タブは、導電層に電気的に接続され、前記導電層は、カバープレートに電気的に接続されることを特徴とする。

前記電極タブリード部は、絶縁層と導電層が一体化した構造を有する。

前記電極タブリード部は円盤状である。

前記電極タブリード部に穴部が設置され、前記電極タブは前記穴部を貫通して前記導電層に接続される。

前記電極タブリード部に設置される穴部は扇形形状を有する。

前記電極タブは電極タブリード部の外縁から伸びて導電層に電気的に接続される。

前記電極タブリード部は、前記絶縁層を構成する絶縁ガスケットと、前記導電層を構成する第一ガスケットとを備える。

前記絶縁ガスケットと、第一ガスケットとは円盤状である。

前記絶縁ガスケットに穴部が設置され、前記第一ガスケットに穴部が設置され、前記電極タブは、前記絶縁ガスケットに設置された穴部と、第一ガスケットに設置された穴部とを貫通して第一ガスケットに電気的に接続される。

前記絶縁ガスケットに設置される穴部と第一ガスケットに設置される穴部は扇形形状の穴部である。

前記電極タブは、絶縁ガスケットと第一ガスケットの外縁から伸びて第一ガスケットに電気的に接続される。

カバープレートと電極タブリード部の導電層との間において積層された第二ガスケットと、電極タブを第二ガスケットと電極タブリード部の導電層との間に押し付けるための連結部材とを更に備える。

前記第二ガスケットは、電極タブに対応する位置に設置される穴部を備える

前記連結部材はボルト連結部材である。

前記ボルト連結部材の螺子は、電極タブリード部の導電層に固定されると共に、ナッツによって第二ガスケットを電極タブリード部の導電層に押し付ける。

前記電極タブリード部の導電層は、前記連結部材を介してカバープレートに電気的に接続される。

前記カバープレートに極柱が設置され、前記連結部材は、カバープレートに設置された極柱に電気的に接続される。

前記電極タブと電極タブリード部の導電層との接合は半田付けによって行われる。

前記電極タブと、電極タブリード部の導電層との接合はレーザビーム溶接によって行われる。

前記正電極タブと前記負電極タブとは、それぞれ複数設置される。

前記複数の正電極タブは前記巻芯の一端に位置され、前記複数の負電極タブは前記巻芯のもう一端に位置される。

前記複数の電極タブと、電極タブリード部の導電層との接合は半田付けによって行われる。

前記複数の電極タブは、それぞれ半田付けによって電極タブリード部の導電層において対応する位置に接合される。

本発明は、従来の技術と比較すると、下記の有益な効果を有する。
１．電極タブリード部を備え、電極タブを電極タブリード部に固定的で電気的に接続することによって電極タブの接続を確実にすることができる。
２．電極タブリード部において、位置が固定された穴部を設置することによって電極タブの接続位置を確保することができる。例えば、半田付けを行う位置が正確かつ一致にされ、半田付けを容易にすることができるため、作業生産の効率も向上することもできる。特に、複数の電極タブを有する電芯の場合は、各電極タブを正確に半田付けを行うことができる。
３．第二ガスケットを備え、かつ、第二ガスケットによって機械的に接触して押し付けて電芯の電極タブと極柱との接続を確実にし、電極タブと極柱との接触面積を増大することができる。
４．電極タブと電極タブリード部の導電層との接合はレーザビーム溶接によって行われる。よって、導電効果を向上させ、電池が放電する時の性能を確保し、電池の内部抵抗を減らし、発熱量を減らし、電池の循環寿命を延長することができる。
５．電極タブリード部と、第二ガスケットと、カバープレートとが緊密に接触するため、巻芯に対して確実に固定することができる。電池の電極タブと極柱との接続構造が簡単であるため、容易に組み立てることができるし、コストも安くなれるとともに、産業上の利用も可能となる。

本発明は複数の電極タブを有し、体積の大きな円筒形電池に最適である。電芯を効果良く固定し、電池の耐振動耐衝撃力を向上させることによって電池の安全性を改善できるため、ハイブリッド電気自動車や電気自動車の電池に最適であるし、大型な蓄電池にも適用することができる。

図１は、本発明の一実施形態の構成を示す図である。 図２は、図１における絶縁ガスケットの構造図である。 図３は、図１における第一ガスケットの構造図である。 図４は、図３に示す構造の上面図である。 図５は、図１における第二ガスケットの構造図である。 図６は、図１におけるカバープレートの構造図である。 図７は、本発明の更なる実施形態における電極タブリード部の構造図である。 図８は、本発明の更なる実施形態における電極タブリード部の構造図である。

実施例１
二次電池は、図１に示すように、カバープレート１と、連結部材と、電極タブリード装置と、第二ガスケット３と、巻芯７とを備える。電極タブリード部は、絶縁層を構成する絶縁ガスケット６と、導電層を構成する第一ガスケット５とを備える。連結部材はナッツ２と、第一ガスケットに固定された螺子５０２とを備える。電池極板は巻かれて円筒状の巻芯７になり、巻芯７の両端の何れか一端から巻芯７の外へ複数の電極タブ４が伸び、その一端における電極タブは正電極タブであり、もう一端における電極タブは負電極タブであり、両端の電極タブがカバープレートとの接続構造は同じである。

絶縁ガスケット６は円形状のものであり、巻芯７の端面に位置される。絶縁ガスケット６の構造は図２に示される。絶縁ガスケット６に穴部６０１が設置され、穴部６０１は断続的な扇形形状を有する。絶縁ガスケット６の上に、第一ガスケット５が積層される。第一ガスケット５の構造は図３と、図４に示される。第一ガスケット５に穴部５０１が設置され、穴部５０１は断続的な扇形形状を有する。第一ガスケット５の中央において、表面にスレッドが設置され、下端が絶縁ガスケット６のセンターにおける穴部を貫通し、上端が第二ガスケット３の中心穴部を貫通する螺子５０２が設置される。第二ガスケット３は、ナッツ２によって第一ガスケットとファスニングされる。第二ガスケット３の構造は図５の示される。第二ガスケット３に穴部３０１が設置される。カバープレート１は第二ガスケット３に位置され、その構造は図６の示すように、中央において穴部１０１が設置された極柱１０４はカバープレート１において設置される。カバープレート１において、液体注入孔１０２と、爆発防止孔１０３とが設置される。第一ガスケット５と、第二ガスケット６と、電極タブ４と、カバープレート１と、極柱１０４とは、導電性の金属材料から作製される。カバープレート１と極柱１０４との間は絶縁である。

組み立てる時に、電極タブ４を、絶縁ガスケット６における穴部６０１と、第一ガスケットにおける穴部５０１とを貫通して絶縁ガスケット６の上から引き出されるようにして、第一ガスケット５の上に押し付けて、レーザースポット溶接或いは連続溶接によって電極タブ４を第一ガスケット５に接合させて、第一ガスケット５の上に第二ガスケット３を設置して、即ち、第一ガスケットの螺子５０２が第二ガスケット３の中心穴部を貫通させる。すると、上下における二つの金属ガスケットは電極タブ４を挟み、ナッツによってファスニングを行って電極タブ４を挟み付け、最後に、カバープレート１で覆う。カバープレート１の中心穴部１０１と、第一ガスケット５の螺子５０２の上端のベア部とは密接され、外でレーザー溶接によって接合される。中心穴部１０１と、螺子５０２の上端との形状は一致し、円形や方形などの多種類の形状をしてもよい。

電極タブ４を第一ガスケット５に接合するステップは、第二ガスケット３を設置した後で行ってもよい。この場合は、第二ガスケットの穴部３０１を介して電極タブ４をレーザースポット溶接或いは連続溶接によって第一ガスケット５に接合すことができる。

また、巻芯７の一端のカバープレート１には、極柱１０４を設置せずに、正電極タブ或いは負電極タブを導電性のあるカバープレート１に直接に接続してもいい。
他の実施例におて、正電極タブと負電極タブは全て巻芯７の同じ端に設置され、カバープレートにおいて二つの極柱は設置される。この時、正電極タブと負電極タブとは、絶縁部によってカバープレートにおける二つの極柱の電気接続構造と分離される必要がある。

実施例２
二次電池であって、カバープレートと、連結部材と、電極タブリード部と、第二ガスケットと、巻芯とを備える。当該二次電池と実施例１との違いは、前記電極タブリード部では、絶縁層と導電層が一体化した構造を有する。図７に示すように、電極タブリード部は、導電層としての上層と、絶縁層としての下層とを備え、絶縁層の下から電極タブリード部における穴部を貫通して半田付けによって導電層の上に接合される。

実施例３
二次電池であって、カバープレートと、連結部材と、電極タブリード部と、第二ガスケットと、巻芯とを備える。当該二次電池と実施例２との違いは、電極タブリード部には穴部が設置されない。図８に示すように、電極タブリードは、絶縁層の下から電極タブリード部の外縁を通して伸びて半田付けによって導電層の上に接合される。
発明の詳細な説明の項においてなされた具体的な実施形態または実施例は、あくまでも、本発明の技術内容を明らかにするものであって、そのような具体例にのみ限定して狭義に解釈されるべきものではなく、本発明の精神と次に記載する特許請求事項の範囲内で、いろいろと変更して実施することができるものである。

Claims (23)

1. 端部から正電極タブと負電極タブを有する電極タブ（４）が伸びる巻芯（７）と、カバープレート（１）とを備える二次電池であって、
   前記巻芯（７）の端部に接触する絶縁層と、前記巻芯（７）の端部から遠く離れる導電層とを有するものであって、前記巻芯（７）の端部に設けられる電極タブリード部を更に備え、
   前記電極タブ（４）は、前記導電層に電気的に接続され、
   前記導電層は、前記カバープレート（１）に電気的に接続されることを特徴とする二次電池。
2. 前記電極タブリード部は、前記絶縁層と前記導電層が一体化した構造を有することを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
3. 前記電極タブリード部は円盤状であることを特徴とする請求項２に記載の二次電池。
4. 前記電極タブリード部に穴部が設置され、
   前記電極タブ（４）は前記穴部を貫通して前記導電層に接続されることを特徴とする請求項２に記載の二次電池。
5. 前記電極タブリード部に設置される前記穴部は扇形形状を有することを特徴とする請求項４に記載の二次電池。
6. 前記電極タブ（４）は前記電極タブリード部の外縁から伸びて前記導電層に電気的に接続されることを特徴とする請求項２に記載の二次電池。
7. 前記電極タブリード部は、
   前記絶縁層を構成する絶縁ガスケット（６）と、
   前記導電層を構成する第一ガスケット（５）と、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
8. 前記絶縁ガスケット（６）と第一ガスケット（５）とは円盤状であることを特徴とする請求項７に記載の二次電池。
9. 前記絶縁ガスケット（６）に穴部（６０１）が設置され、
   前記第一ガスケット（５）に穴部（６０２）が設置され、
   前記電極タブ（４）は、前記絶縁ガスケット（６）に設置された穴部（６０１）と、前記第一ガスケット（５）に設置された穴部（５０１）とを貫通して前記第一ガスケット（５）に電気的に接続されることを特徴とする請求項７に記載の二次電池。
10. 前記絶縁ガスケット（６）に設置される穴部（６０１）と、前記第一ガスケット（５）に設置される穴部（５０１）は、扇形形状の穴部であることを特徴とする請求項９に記載の二次電池。
11. 前記電極タブ（４）は、前記絶縁ガスケット（６）と前記第一ガスケット（５）の外縁から伸びて前記第一ガスケット（５）に電気的に接続されることを特徴とする請求項７に記載の二次電池。
12. 前記カバープレート（１）と前記電極タブリード部の前記導電層との間において積層された第二ガスケット（３）と、
    前記電極タブ（４）を前記第二ガスケット（３）と前記電極タブリード部の導電層との間に押し付けるための連結部材と、
    を更に備えることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか一項に記載の二次電池。
13. 前記第二ガスケット（３）は、前記電極タブ（４）に対応する位置に設置される穴部を備えることを特徴とする請求項１２に記載の二次電池。
14. 前記連結部材はボルト連結部材であることを特徴とする請求項１２に記載の二次電池。
15. 前記ボルト連結部材の螺子（５０２）は、前記電極タブリード部の導電層に固定されると共に、ナッツ（２）によって、第二ガスケット（３）を前記電極タブリード部の導電層に押し付けることを特徴とする請求項１４に記載の二次電池。
16. 前記電極タブリード部の導電層は前記連結部材を介して前記カバープレート（１）に電気的に接続されることを特徴とする請求項１２に記載の二次電池。
17. 前記カバープレート（１）に極柱（１０４）が設置され、
    前記連結部材は、前記カバープレート（１）に設置された極柱（１０４）に電気的に接続されることを特徴とする請求項１６に記載の二次電池。
18. 前記電極タブ（４）と、前記電極タブリード部の導電層との接合は半田付けによって行われることを特徴とする請求項１２に記載の二次電池。
19. 前記電極タブ（４）と、前記電極タブリード部の導電層との接合はレーザビーム溶接によって行われることを特徴とする請求項１８に記載の二次電池。
20. 前記正電極タブと前記負電極タブとは、それぞれ複数設置されることを特徴とする請求項１２に記載の二次電池。
21. 前記複数の正電極タブは前記巻芯（７）の一端に位置され、前記複数の負電極タブは前記巻芯（７）のもう一端に位置されることを特徴とする請求項２０に記載の二次電池。
22. 前記複数の電極タブ（４）と、前記電極タブリード部の導電層との接合は半田付けによって行われることを特徴とする請求項２０に記載の二次電池。
23. 前記複数の電極タブ（４）は、それぞれ半田付けによって電極タブリード部の導電層において対応する位置に接合されることを特徴とする請求項２２に記載の二次電池。

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