JP2012181941A

JP2012181941A - 二次電池

Info

Publication number: JP2012181941A
Application number: JP2011042333A
Authority: JP
Inventors: Daisuke Chiba; 大介智葉
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2011-02-28
Filing date: 2011-02-28
Publication date: 2012-09-20
Also published as: US20120219845A1; CN202564467U

Abstract

【課題】複数の積層体間における劣化のばらつきを抑え、リチウム二次電池の寿命を長くすることのできる二次電池を提供することを目的とする。
【解決手段】リチウム二次電池の電池容器本体内に多数枚の正極板、負極板を積層し、さらにこれら多数枚の正極板、負極板を、所定枚数ごとに束とし、それぞれの束において、正極板、負極板を、１枚の帯状の集電リード２２Ａ、２２Ｂに接合し、この集電リード２２Ａ、２２Ｂを正電極端子、負電極端子に接続するようにした。そして、各束の集電リード２２Ａ、２２Ｂの長さＬに応じ、集電リード２２Ａ、２２Ｂの幅Ｗを異ならせるようにし、各束間において、積層体の集電抵抗の均一化を図るようにした。
【選択図】図６

Description

本発明は、リチウム二次電池等の二次電池に関する。

近年、各種の電子機器の電源として、充放電可能な二次電池が多用されている。特に、小型化、大容量化、高出力化が可能なものとしてリチウム二次電池があり、このリチウム二次電池は電気自動車用の電源としても注目されている。

このようなリチウム二次電池は、電池容器内に、複数枚の正負の極板が、互いに対向した状態で交互に収められている。そして、電池容器の内外を連通するよう、正負の電極が設けられている。複数枚の極板は所定枚数ごとに束ねられ、各束に帯状の集電リードが接続され、この帯状の集電リードが正負の集電リードに接続されている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００５−５２１５号公報

ここで、電池容器内には複数の極板の束（以下、これを積層体と適宜称する）が収容されているが、電極までの距離に応じ、それぞれの積層体から電極端子に至る集電リードの長さが異なる。すると、各積層体から複数の集電リードを介し電極端子に至るまでの電気抵抗（集電抵抗）が異なる。
リチウム二次電池から一定の電流を取り出す場合、抵抗の低い積層体、すなわち最も短い集電リードが接続された積層体から電流を多く取り出すことになる。その結果、その積層体の劣化が他の積層体よりも早く進行することになり、リチウム二次電池全体としての寿命の低下が懸念される。
本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、複数の積層体間における劣化のばらつきを抑え、二次電池を長寿命化することのできる二次電池を提供することを目的とする。

かかる目的のもとになされた本発明の二次電池は、電池容器内に、複数枚の正負の極板が交互に積層されてなる複数の積層体と、電池容器の内外を連通するよう設けられた正負の電極端子と、正負それぞれにおいて、複数枚の極板と電極端子を電気的に接続する帯状の集電リードと、を備え、複数の積層体間において、積層体に接続された集電リードの長さに応じ、当該集電リードの幅および厚さの少なくとも一方が異なっていることを特徴とする。
このようにすることで、複数の積層体間で、集電リードの長さに関わらず、その電気抵抗を均一化することができる。
ここで、具体的には、複数の積層体間において、当該積層体のそれぞれの集電抵抗値が実質的に均一となるように、該集電リードの幅および厚さの少なくとも一方が異なっている。

また、電池容器内に、複数枚の正負の極板が交互に積層されてなる複数の積層体と、電池容器の内外を連通するよう設けられた正負の電極端子と、正負それぞれにおいて、複数枚の極板と電極端子を電気的に接続する帯状の集電リードと、を備え、極板と集電リードは、極板のそれぞれに形成されたタブと集電リードの一端とが接合されることで電気的に接続され、その接合面積が、積層体に接続された集電リードの長さと幅と厚さに応じて、当該積層体のそれぞれの集電抵抗値が実質的に均一となるように設定された構成とすることもできる。

本発明によれば、集電リードの長さに応じ、当該集電リードの幅および厚さの少なくとも一方が異なっているので、複数の積層体間で、集電リードの長さに関わらず、その電気抵抗を均一化することができる。これにより、各積層体間における集電抵抗を均一化し、特定の積層体から電流を多く取り出すのを抑え、各積層体の劣化を均等にすることができる。その結果、二次電池の寿命を長くすることが可能となる。

本実施の形態におけるリチウム二次電池の外観を示す斜視図である。リチウム二次電池の概略構成を示す斜視断面図である。交互に積層された正極板および負極板と、集電リードとの関係を示す斜視図である。蓋を電池容器本体に取り付けた状態を示す図である。正極板と負極板を交互に積層し、所定枚数ごとに集電リードを取り付けた状態を示す図である。集電リードの長さに応じて、幅を異ならせた例を示す図である。集電リードの長さに応じて、幅と接合面積を異ならせた例を示す図である。

以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
図１および図２は、本実施の形態におけるリチウム二次電池の概略構成を説明するための図である。
図１に示すように、リチウム二次電池(二次電池)１０は、電池容器１１が、一面が開口した有底筒状の電池容器本体１２と、電池容器本体１２の開口部を塞ぐ蓋１３とから形成されている。これら電池容器本体１２と蓋１３は、例えばアルミニウム系の材料によって形成され、その合わせ面で溶接されることで、電池容器１１内が密封されるようになっている。

蓋１３には、電池容器１１の内外を連通する正電極端子３０Ａ、負電極端子３０Ｂが設けられている。正電極端子３０Ａは、例えばアルミニウム系の材料により形成され、負電極端子３０Ｂは、例えば銅系の材料により形成されている。
また、この蓋１３には、何らかの要因で電池容器１１内の温度が上昇した場合の安全機構として、電池容器１１の内圧が所定以上となった時に開放される安全弁１４が設けられている。

図２に示すように、電池容器本体１２内には、所定枚数(例えば３０枚)の極板２０が収容されている。図３に示すように、これら極板２０には、正極板２０Ａと負極板２０Ｂとがあり、これら正極板２０Ａと負極板２０Ｂとが、例えば１５枚ずつ、短絡しないように図示しないセパレータフィルムを介して交互に積層されている。正極板２０Ａ、負極板２０Ｂは、それぞれ略長方形状で所定の厚さ、例えば０．０５〜２ｍｍ、好ましくは０．２ｍｍを有しており、電池容器本体１２内で蓋１３側となる端部に、タブ２１が突出形成されている。
電池容器本体１２内で、正極板２０Ａのタブ２１と、負極板２０Ｂのタブ２１は互いに重ならないよう、間隔を隔てて形成されている。

そして、正極板２０Ａ、負極板２０Ｂのタブ２１は、所定枚数、例えば５枚ごとに、帯状の集電リード２２Ａ、２２Ｂの一端に、例えば超音波溶接等の接合手段により接合されている。そして、この集電リード２２Ａ、２２Ｂの他端が、蓋１３に設けられた正電極端子３０Ａ、負電極端子３０Ｂに接合されている。言い換えれば、正電極端子３０Ａに接続された１枚の集電リード２２Ａに、５枚の正極板２０Ａのタブ２１が接続され、負電極端子３０Ｂに接続された１枚の集電リード２２Ｂには、５枚の負極板２０Ｂのタブ２１が接合されている。
正電極端子３０Ａに接続される正極用の集電リード２２Ａは、高い導電性と柔軟性(可撓性)を有した材料、例えばアルミニウム系の材料により形成され、負電極端子３０Ｂに接続される負極用の集電リード２２Ｂは、同じく高い導電性と柔軟性(可撓性)を有した材料、例えば銅系の材料により形成される。これら集電リード２２Ａ、２２Ｂは、例えば０．０５〜２ｍｍ、好ましくは０．１ｍｍの厚さを有している。
正極板２０Ａと負極板２０Ｂは、前記したように交互に配置されているため、それぞれ５枚ずつのタブ２１を正電極端子３０Ａ用の集電リード２２Ａと負電極端子３０Ｂ用の集電リード２２Ｂに接続することで、合わせて１０枚の正極板２０Ａ、負極板２０Ｂが一束にまとめられ、束１００が形成されたような形態となる。

電池容器本体１２内に収められた全て(上記の例では３０枚)の正極板２０Ａ、負極板２０Ｂが、上記のように集電リード２２Ａ、２２Ｂに５枚ずつ接続されることで、１０枚の正極板２０Ａ、負極板２０Ｂの束１００が、合計３束形成される。そして、正電極端子３０Ａ、負電極端子３０Ｂには、それぞれ計３枚の集電リード２２Ａ、２２Ｂが重なった状態で接続される。

蓋１３に設けられた正電極端子３０Ａ、負電極端子３０Ｂと、複数枚(上記の例では３枚)が重ねられた状態の集電リード２２Ａ、２２Ｂの接続は、端部に形成された孔２２ｈを通してリベット４０でかしめることにより固定されている。（例えばボルトを用いてもよい。）
正電極端子３０Ａに取り付けられるものは、例えばアルミニウム系の材料により形成し、負電極端子３０Ｂに取り付けられるものは、例えば銅系の材料により形成するのが好ましい。

さて、上記に示したようなリチウム二次電池１０においては、１つのリチウム二次電池１０に組み込むそれぞれの束１００の集電リード２２Ａ、２２Ｂは、最終的に電池容器本体１２内に収めた状態で図４に示すように折り曲げられて先端部が正電極端子３０Ａ、負電極端子３０Ｂに接続されるため、電池容器本体１２内における束１００の位置に応じ、その長さが異なることになる。
このため、各束１００の集電リード２２Ａ、２２Ｂの長さＬを図５に示したように予め調整して異ならせておく。

さらに、図６に示すように、各束１００の集電リード２２Ａ、２２Ｂの長さＬに応じ、集電リード２２Ａ、２２Ｂの幅Ｗを異ならせる。具体的には、各束１００の集電リード２２Ａ、２２Ｂの長さＬが大きいほど、幅Ｗを大きくする。より詳しくは、各束１００の集電リード２２Ａ、２２Ｂの長さＬに関わらず、それぞれの電気抵抗が同一となるように幅Ｗを設定するのが好ましい。したがって、各束１００の集電リード２２Ａ、２２Ｂの長さＬに応じ、集電リード２２Ａ、２２Ｂの幅Ｗを異ならせるだけではなく、厚さＴを異ならせるようにしても良い。

上述したように、リチウム二次電池１０の電池容器本体１２内に多数枚の正極板２０Ａ、負極板２０Ｂを積層し、さらにこれら多数枚の正極板２０Ａ、負極板２０Ｂを、所定枚数ごとに束１００とし、それぞれの束１００において、正極板２０Ａ、負極板２０Ｂを、１枚の帯状の集電リード２２Ａ、２２Ｂに接合し、この集電リード２２Ａ、２２Ｂを正電極端子３０Ａ、負電極端子３０Ｂに接続するようにした。
そして、各束１００の集電リード２２Ａ、２２Ｂの長さＬに応じ、集電リード２２Ａ、２２Ｂの幅Ｗを異ならせるようにしたので、各束１００間において、集電リード２２Ａ、２２Ｂの抵抗の均一化を図ることができる。これにより、リチウム二次電池１０から一定の電流を取り出す場合において、各束１００間における抵抗を均一化し、特定の束１００から電流を多く取り出すのを抑え、各束１００の劣化を均等にすることができる。その結果、リチウム二次電池１０の長寿命化を図ることが可能となる。

（他の実施形態）
なお、上記実施形態では、各束１００の集電リード２２Ａ、２２Ｂの長さＬに応じ、集電リード２２Ａ、２２Ｂの幅Ｗを異ならせるようにしたが、各束１００の集電リード２２Ａ、２２Ｂの長さＬに応じ、集電リード２２Ａ、２２Ｂと正極板２０Ａ、負極板２０Ｂのタブ２１との接合面積を異ならせるようにしても良い。
これは、図７に示すように、集電リード２２Ａ、２２Ｂと正極板２０Ａ、負極板２０Ｂのタブ２１とを例えば超音波溶接により接合する場合、各束１００の集電リード２２Ａ、２２Ｂの長さＬが大きいほど、集電リード２２Ａ、２２Ｂと正極板２０Ａ、負極板２０Ｂのタブ２１とを超音波溶接により接合する面積Ａを大きくする。

これにより、上記と同様、各束１００間において、集電リード２２Ａ、２２Ｂの抵抗の均一化を図ることができる。これにより、リチウム二次電池１０から一定の電流を取り出す場合において、各束１００間における抵抗を均一化し、特定の束１００から電流を多く取り出すのを抑え、各束１００の劣化を均等にすることができる。その結果、リチウム二次電池１０の寿命を長くすることが可能となる。

このとき、上記と同様、各束１００の集電リード２２Ａ、２２Ｂの長さＬに応じ、集電リード２２Ａ、２２Ｂの幅Ｗを異ならせるのが好ましいが、各束１００の集電リード２２Ａ、２２Ｂの長さＬに関わらず、集電リード２２Ａ、２２Ｂの幅Ｗを一定とする形態を排除するものではない。
ただし、リチウム二次電池１０が大型のものであり、各束１００間において、集電リード２２Ａ、２２Ｂの長さＬの差が大きくなる場合、集電リード２２Ａ、２２Ｂの幅Ｗを異ならせるのみでは、集電リード２２Ａ、２２Ｂの幅Ｗが大きくなりすぎることがある。そのような場合に、集電リード２２Ａ、２２Ｂの幅Ｗを異ならせることと、接合面積Ａを異ならせることを組み合わせれば、集電リード２２Ａ、２２Ｂの幅Ｗを抑えることが可能となる。

なお、上記実施の形態では、集電リード２２Ａ、２２Ｂの正電極端子３０Ａ、負電極端子３０Ｂに対する固定構造を例示したが、その構造は上記リベット４０やボルトに限らず、他の固定部材を用いたり、各種固定部材を用いず、集電リード２２Ａ、２２Ｂを正電極端子３０Ａ、負電極端子３０Ｂに対し、スポット溶接、プロジェクション溶接、超音波溶接等の溶接手段で直接溶接する構成とすることも可能である。
さらに、上記実施の形態では、二次電池としてリチウム二次電池１０を例に挙げたが、電池容器１１内に多数枚の極板２０が収められる同様の構成を備えるのであれば、他の種類の二次電池にも本発明を適用できるのは言うまでもない。
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。

１０リチウム二次電池
１１電池容器
１２電池容器本体
１３蓋
１４安全弁
２０極板
２０Ａ正極板
２０Ｂ負極板
２１タブ
２２Ａ集電リード
２２Ｂ集電リード
２２ｈ孔
３０Ａ正電極端子
３０Ｂ負電極端子
１００束

Claims

電池容器内に、複数枚の正負の極板が交互に積層されてなる複数の積層体と、
前記電池容器の内外を連通するよう設けられた正負の電極端子と、
正負それぞれにおいて、複数枚の前記極板と前記電極端子を電気的に接続する帯状の集電リードと、を備え、
複数の前記積層体間において、前記積層体に接続された前記集電リードの長さに応じ、当該集電リードの幅および厚さの少なくとも一方が異なっていることを特徴とする二次電池。
複数の前記積層体間において、当該積層体のそれぞれの集電抵抗値が実質的に均一となるように、該集電リードの幅および厚さの少なくとも一方が異なっていることを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
電池容器内に、複数枚の正負の極板が交互に積層されてなる複数の積層体と、
前記電池容器の内外を連通するよう設けられた正負の電極端子と、
正負それぞれにおいて、複数枚の前記極板と前記電極端子を電気的に接続する帯状の集電リードと、を備え、
前記極板と前記集電リードは、前記極板のそれぞれに形成されたタブと前記集電リードの一端とが接合されることで電気的に接続され、その接合面積が、前記積層体に接続された前記集電リードの長さと幅と厚さに応じて、当該積層体のそれぞれの集電抵抗値が実質的に均一となるように設定されていることを特徴とする二次電池。