JP2013073806A - 電極リード接続体及びこれを用いた非水電解質蓄電装置並びにその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】異なる金属の正極リードと負極リードとを接続する場合であっても、機械的に十分な接合強度や接合信頼性（長期接合安定性）を得られ、且つ非水電解質蓄電装置の組立プロセスの簡便、確実化及び非水電解質蓄電装置の小型化を可能とする電極リード接続体及びこれを用いた非水電解質蓄電装置並びにその製造方法を提供する。
【解決手段】電池セル１１の正極に接続された正極リード１２と他の電池セル１１の負極に接続され、正極リード１２と異なる金属からなる負極リード１３との間に配置されて正極リード１２と負極リード１３とを電気的に接続する電極リード接続体１０において、正極リード１２と同じ金属からなり、正極リード１２に接続させる第一部材１４と、負極リード１３と同じ金属からなり、負極リード１３に接続させる第二部材１５と、を備え、第一部材１４と第二部材１５は、正極接合部１６及び負極接合部１７以外の部分で互いに接合されており、その接合部が露出しないように遮蔽されているものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、一般に、電池セルの正極に接続された正極リードと他の電池セルの負極に接続された負極リードとを電気的に接続する電極リード接続体及びこれを用いた非水電解質蓄電装置並びにその製造方法に関するものである。

近年、リチウムイオン二次電池に代表される非水電解質二次電池の実用化が進展している。非水電解質二次電池は鉛蓄電池など他の電池と比較して単位体積（単位質量）当たりのエネルギ出力が高いため、移動体通信機器、ノートパソコンを始め、電気自動車やハイブリッド自動車、更には太陽電池など再生可能エネルギを使用した電力の蓄電システムへの適用が進められている。

こうした非水電解質二次電池の電池セルは、正極と負極との間にセパレータを配して積層構造とした電極群を作製し、これを外装体に収納した後、外装体内に電解液を封入することにより製造される。正極の基材としてはＡｌが、負極の基材にはＣｕが用いられる。正負それぞれの電極には電極リードが接続され、この電極リードで他の電池セルや制御装置と電気的に接続される。電極リードの金属としては、正極に接続される電極リード（正極リード）にはＡｌが、負極に接続される電極リード（負極リード）についてはＣｕ又はＮｉが用いられている。

このような非水電解質二次電池は移動体通信機器など一部の機器では電池セル単体で用いられるが、電気自動車など大出力が必要な機器では電池セル単体の出力では当然足りず、複数の電池セルを直並列接続して所望の電気エネルギを得ることになる。この場合、正極リードと負極リードとを接続する必要があるが、前述のように正極リードにはＡｌが、負極リードにはＣｕ又はＮｉが用いられているため、異種金属同士の接合を行わなければならない。異種金属同士の接合では、金属のイオン化傾向の違いによる局部電池効果によって接合部の腐食問題が懸念される。また、接合自体についても金属接合で一般的な抵抗溶接などではそれぞれの金属の持つ融点の違いにより、安定した接合強度を得るのは困難であるという課題がある。更に複数の電池セルを組み合わせて効率良く充放電を行うためには、各電池セルの状態、一般的には電圧を監視する必要があり、このための配線も各電池セル間に行う必要がある。故に、非水電解質蓄電装置（電池モジュール）の組立では、例えば、接続作業スペース的に余裕のある電池セル単体状態でＡｌ材質である正極リードとＮｉ板とを超音波接合した後、Ｎｉ板と他の電池セルのＮｉ材質である負極リードとを抵抗溶接することで非水電解質蓄電装置を完成させ、その後、各電池セル間に電圧監視用のリード線を半田付けするといった都合３種類の異なる接合方法で非水電解質蓄電装置の組立を行っており煩雑である。

また、例えば特許文献１には、正極又は負極と同様の金属、即ちＡｌ又はＣｕで構成された第一部材と第二部材との重複箇所を冷間圧延により接合し、その重複箇所に耐食材を被覆したリード部材（電極リード）が開示されている。このリード部材によれば、機械的に十分な接合強度が得られ、且つ被覆による外気遮断で接合部分の腐食を防止することができるとされている。これを電池セルの正極リード又は負極リードに用いることで電池セル間の電極接続では同種金属同士の接合となるため、局部電池効果による腐食を原理的に発生させずに、例えば抵抗溶接のようなより簡便な方法を採用することが可能となる。

その他、例えば特許文献２には、正極リード部材としてＡｌ板にＣｕ板をレーザ溶接などで接合し、接合部分を樹脂で被覆した構造が開示されている。

特開２００８−１０８５８４号公報 特許第３９３１９８３号公報 特開２００４−２４７２４４号公報

しかし、特許文献１では、リード部材の第一部材と第二部材との接合部分を被覆した耐食材部分が外装体のシール部分と重なった構成となっているため、被覆していないリード部材よりも厚くなっており、外装体の熱シールプロセスでは十分な封止性を得るのは困難と考えられ、電解液の漏出懸念がある。

また、特許文献２では、リード部材における異種金属の接合部を被覆した樹脂被覆部分が外装体より外側に位置しているが、電池セルを製造する場合には外装体の熱シールプロセス時に樹脂被覆部分が製造治工具と干渉することで樹脂被覆部分に損傷などが発生することが懸念され、外装体の端から樹脂被覆部分の端までの電極リード部分の長さは、製造治工具の大きさよりも大きくする等の設計上の制限が課されるため、非水電解質蓄電装置の小型、薄型化を図る上では問題と言える。また、電池セルの製造後、電極リード部に異種金属を接合、樹脂被覆する場合には接続終了後の組電池形態での樹脂被覆作業性が悪く、不良品となった場合の損失も大きく、リード部材だけでなく電池セル或いはそれ以上に影響を及ぼしてしまう。

そこで、本発明の目的は、異なる金属の正極リードと負極リードとを接続する場合であっても、機械的に十分な接合強度や接合信頼性（長期接合安定性）を得られ、且つ非水電解質蓄電装置の組立プロセスの簡便、確実化及び非水電解質蓄電装置の小型化を可能とする電極リード接続体及びこれを用いた非水電解質蓄電装置並びにその製造方法を提供することにある。

この目的を達成するために創案された本発明は、電池セルの正極に接続された正極リードと他の電池セルの負極に接続され、前記正極リードと異なる金属からなる負極リードとの間に配置されて前記正極リードと前記負極リードとを電気的に接続する電極リード接続体において、前記正極リードと同じ金属からなり、前記正極リードに接続させる第一部材と、前記負極リードと同じ金属からなり、前記負極リードに接続させる第二部材と、を備え、前記第一部材と前記第二部材は、正極接合部及び負極接合部以外の部分で互いに接合されており、その接合部が露出しないように遮蔽されている電極リード接続体である。

前記第一部材がＡｌからなり、前記第二部材がＣｕ、Ｎｉ又はＮｉめっきが施されたＣｕからなると良い。

前記第一部材又は前記第二部材は、その金属と同種の金属からなるリード線が接続されていると良い。

また本発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の電極リード接続体と、正極リード及び負極リードを有する複数の電池セルと、を備え、前記複数の電池セルが前記電極リード接続体の第一部材と前記電池セルの正極リード、及び前記電極リード接続体の第二部材と前記電池セルの負極リードを接合することによって接続された非水電解質蓄電装置である。

また本発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の電極リード接続体の第一部材と前記電池セルの正極リード、及び前記電極リード接続体の第二部材と前記電池セルの負極リードを接合することによって、複数の電池セルを接続する非水電解質蓄電装置の製造方法である。

本発明によれば、異なる金属の正極リードと負極リードとを接続する場合であっても、機械的に十分な接合強度や接合信頼性（長期接合安定性）を得られ、且つ非水電解質蓄電装置の組立プロセスの簡便、確実化及び非水電解質蓄電装置の小型化を図ることができる。

本発明の実施の形態に係る電極リード接続体を示す斜視図である。 本発明の実施の形態に係る電極リード接続体を示す斜視図である。 図１の電極リード接続体を用いた非水電解質蓄電装置を示す斜視図である。

以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面にしたがって説明する。

図１〜３に示すように、本実施の形態に係る電極リード接続体１０は、電池セル１１の正極に接続された正極リード１２と他の電池セル１１の負極に接続され、正極リード１２と異なる金属からなる負極リード１３との間に配置されて正極リード１２と負極リード１３とを電気的に接続するものであり、正極リード１２と同じ金属からなり、正極リード１２に接続させる第一部材１４と、負極リード１３と同じ金属からなり、負極リード１３に接続させる第二部材１５と、を備える。この電極リード接続体１０の第一部材１４を電池セル１１の正極に接続された正極リード１２に接合（正極接合部１６）し、第二部材１５を負極に接続された負極リード１３に接合（負極接合部１７）すると非水電解質蓄電装置１８が得られる。

電池セル１１の正極はＡｌからなり、負極はＣｕからなる。また、正極リード１２はＡｌ又はその合金からなり、負極リード１３はＣｕ、Ｎｉ又はＮｉめっきが施されたＣｕからなる。

第一部材１４と第二部材１５は互いに金属が異なり、第一部材１４は正極リード１２と同種金属であり、第二部材１５は負極リード１３と同種金属である。即ち、第一部材１４がＡｌからなり、第二部材１５がＣｕ、Ｎｉ又はＮｉめっきが施されたＣｕからなる。

第一部材１４と第二部材１５は、正極接合部１６及び負極接合部１７以外の部分で、例えば超音波溶接又はレーザ溶接によって互いに接合されており、その接合部が露出しないように遮蔽されている。接合部を遮蔽する方法としては、例えば図１等に示すような耐食材２０などからなる遮蔽材で接合部を含むように第一部材１４と第二部材１５とを覆う方法がある。但し、接合部を遮蔽する方法はこれに限定されず、第一部材１４と第二部材１５とが接する部分のみが外気にふれないように遮蔽されていればよい。これにより、第一部材１４と第二部材１５との接合部１９が外部雰囲気（外気）から遮断され、局部電池効果による腐食の進展を抑制することができる。

第一部材１４と第二部材１５とを接合する際にレーザ溶接を用いる場合は、融点の低い金属側（即ち、Ａｌ又はその合金からなる第一部材１４側）からレーザ光線を当てるようにすると良い。このような工法を採ることにより、例えば抵抗溶接などでは困難とされる異種金属の接合が高い接合強度で達成できる。

なお、第一部材１４と第二部材１５との重ね代は製造する非水電解質蓄電装置１８の大きさにより適宜変更することができる。また、レーザ光線の１点当たりの照射範囲は狭いので接合部１９のサイズによらず、所望の接合強度確保のために打点数を増やすことが可能である。

耐食材２０などからなる遮蔽材としては、電極リード接続体１０と正極リード１２又は負極リード１３との接合作業時及び非水電解質蓄電装置１８使用時の発熱に耐え、接合部１９を外気から遮断することができる樹脂（例えば、ポリプロピレンなどのポリオレフィン樹脂）や酸化膜（例えば、ＺｎＯなど）が選択される。また、取り扱いの簡便な電極リード接続体１０単体の状態で耐食材２０などからなる遮蔽材で接合部１９を遮蔽するプロセスを行うため、当該プロセスの種類を多様な工法から選択することができる。例えば、樹脂を被覆する場合であれば、樹脂フィルムの貼り付け、液状樹脂の塗布などの工法から選択することができ、酸化膜を被覆する場合であれば、めっきや溶射などの工法から選択することができる。

更に、図２に示すように、第一部材１４又は第二部材１５にその金属と同種の金属からなる電圧監視用のリード線２１を接続しても良い。電極リード接続体１０とリード線２１を同種の金属で接続することで、より一般的で生産性が高い、例えば抵抗溶接を採用することができると同時に、局部電池効果による接合部の腐食現象の発生を抑制することができ、高い接合信頼性が得られる。

以上要するに、本実施の形態に係る電極リード接続体１０によれば、第一部材１４と第二部材１５は、正極接合部１６及び負極接合部１７以外の部分で、例えば超音波溶接又はレーザ溶接によって互いに接合されているため、機械的に十分な接合強度を確保することができる。また、第一部材１４と第二部材１５との接合部１９は、耐食材２０などの遮蔽材によって外気から遮断されているため、局部電池効果に起因する接合部１９の腐食を効果的に抑制することができ、高い接合信頼性（長期接合安定性）が得られる。

次に、この電極リード接続体１０を用いた非水電解質蓄電装置１８について説明する。

図３に示すように、非水電解質蓄電装置１８は、電極リード接続体１０の第一部材１４と電池セル１１の正極リード１２、及び電極リード接続体１０の第二部材１５と電池セル１１の負極リード１３を接合することによって、複数の電池セル１１を直列接続（並列接続であっても良い）して製造される。

つまり、非水電解質蓄電装置１８は、電極リード接続体１０と、正極リード１２及び負極リード１３を有する複数の電池セル１１と、を備え、複数の電池セル１１が電極リード接続体１０の第一部材１４と電池セル１１の正極リード１２、及び電極リード接続体１０の第二部材１５と電池セル１１の負極リード１３を接合することによって接続されたものである。なお、正極リード１２はＡｌなどからなり、負極リード１３はＣｕ、Ｎｉ又はＮｉめっきが施されたＣｕなどからなる。

電池セル１１としては、リチウムイオン二次電池が挙げられる。電池セル１１は、Ａｌからなる正極とＣｕからなる負極とをセパレータを介して積層した電極群が電解液と共に外装体により封止パック化された構造であり、外部に前述した正極リード１２と負極リード１３とが引き出されている。

電極リード接続体１０によって複数の電池セル１１を接続するときには、同種金属側同士を接合する。即ち、第一部材１４を正極リード１２に、第二部材１５を負極リード１３に接合する。このように接合金属が同種のものであるため、例えば抵抗溶接のような高速で低コストな接合方法を選択することが可能となる。また、同種金属であれば正極接合部１６、負極接合部１７における腐食問題の懸念もない。

なお、電極リード接続体１０には、既に電圧監視用のリード線２１が接続されているため、非水電解質蓄電装置１８の組立の際に新たな配線を行う必要がなく、非水電解質蓄電装置１８の組立プロセスの簡便化を図ることができる。

よって、本実施の形態に係る非水電解質蓄電装置１８によれば、電池セル１１の正極リード１２又は負極リード１３と同種の金属からなる第一部材１４、第二部材１５を用いた電極リード接続体１０によって各電池セル１１を接続しているため、正極接合部１６及び負極接合部１７に局部電池効果に起因する腐食が生じることはない。更に、電極リード接続体１０に既にリード線２１が接続されていることも相まって非水電解質蓄電装置１８の組立プロセスの簡便、確実化を実現することができる。

また、接合部１９が電池セル１１の外側に位置し、接合部１９を覆う耐食材２０は、電池セル１１本体とは重ならないため、特許文献１で懸念されるような外装体の熱シール部分が厚くなることで外装体の封止性が不十分となり電解液が漏出するということがない。更に、電極リード接続体１０は電池セル１１の製造とは別工程で製造されるため、特許文献２で生じていたような耐食材２０部分の製造治工具との干渉を考慮する必要がなく、結果として非水電解質蓄電装置１８の小型化が可能となる。また、電極リード接続体１０が電池セル１１の製造と別工程で製造されることで、電極リード接続体１０の製造不良の影響が電池セル１１の製造に与える影響は全くなく、製造コストの低減を図ることができる。

以下に本発明による電極リード接続体及びこれを用いて組み立てた非水電解質蓄電装置の実施例を示す。

電極リード接続体の第一部材として厚さ０．２ｍｍ、幅３０ｍｍ、長さ５０ｍｍのＡｌ板を用い、第二部材として第一部材と同サイズのＣｕ板を用いた。

第一部材を上面にして重ね代１０ｍｍで重ね合わせ、第一部材のＡｌ板側からＹＡＧレーザ光線を照射し溶接した。また、溶接ポイントを含めた部材重ね部分（接合部）についてはポリプロピレン系熱可塑性樹脂フィルムで挟み熱溶着させた。電池セルの電圧を監視するための電圧監視用のリード線については線材質としてＣｕ系のものを使用し、第二部材側に抵抗溶接にて接合した。

この電極リード接続体を用いてリチウムイオン二次電池の電池セルの接続を行った。電池セルは正極としてＡｌが用いられ、負極としてＣｕが用いられ、セパレータ、電解液と共にアルミラミネートフィルムからなる外装体で矩形に密封化されたものであり、電池セルの両短辺よりＡｌ製の正極リードとＣｕ製の負極リードとが引き出されている。

電極リード接続体と電池セルの各々の電極接続においては、電池セルの正極リードと第一部材、及び電池セルの負極リードと第二部材を抵抗溶接（スポット溶接）により溶接した。

これらの構成により、電池セル本体には何も手を加えることなく、即ち、電池セルの電極リードのアルミラミネートフィルムによる封止部分については単純な電極リードのみが引き出された構造となっているので、熱シールプロセスで安定した封止性を得ることができ、電池セルの製造歩留まりを高く維持し、製造簡略化に寄与しつつ、更に非水電解質蓄電装置の小型化を図ることができた。

１０ 電極リード接続体
１１ 電池セル
１２ 正極リード
１３ 負極リード
１４ 第一部材
１５ 第二部材
１６ 正極接合部
１７ 負極接合部
１８ 非水電解質蓄電装置
１９ 接合部
２０ 耐食材
２１ リード線

Claims (5)

1. 電池セルの正極に接続された正極リードと他の電池セルの負極に接続され、前記正極リードと異なる金属からなる負極リードとの間に配置されて前記正極リードと前記負極リードとを電気的に接続する電極リード接続体において、
   前記正極リードと同じ金属からなり、前記正極リードに接続させる第一部材と、
   前記負極リードと同じ金属からなり、前記負極リードに接続させる第二部材と、
   を備え、
   前記第一部材と前記第二部材は、正極接合部及び負極接合部以外の部分で互いに接合されており、その接合部が露出しないように遮蔽されていることを特徴とする電極リード接続体。
2. 前記第一部材がＡｌからなり、前記第二部材がＣｕ、Ｎｉ又はＮｉめっきが施されたＣｕからなる請求項１に記載の電極リード接続体。
3. 前記第一部材又は前記第二部材は、その金属と同種の金属からなるリード線が接続されている請求項１又は２に記載の電極リード接続体。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の電極リード接続体と、
   正極リード及び負極リードを有する複数の電池セルと、
   を備え、
   前記複数の電池セルが前記電極リード接続体の第一部材と前記電池セルの正極リード、及び前記電極リード接続体の第二部材と前記電池セルの負極リードを接合することによって接続されたことを特徴とする非水電解質蓄電装置。
5. 請求項１〜３のいずれかに記載の電極リード接続体の第一部材と前記電池セルの正極リード、及び前記電極リード接続体の第二部材と前記電池セルの負極リードを接合することによって、複数の電池セルを接続することを特徴とする非水電解質蓄電装置の製造方法。