JP2013118115A - 組電池の電極集電部構造及び該電極集電部構造を有する組電池 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の電池の各電極同士を接続した組電池において、接触抵抗を低減でき、構成方法が単純で安価な、電極の集電部構造、及び該構造を備えた組電池の提供。
【解決手段】複数の電池を並列に接続してなる組電池の電極集電部構造であって、前記複数の電池の各正極及び各負極は、端部が各正極用集電タブ及び各負極用集電タブと接続しており、複数本の線状切り欠き部を有する集電プレートの各線状切り欠き部に前記集電タブを差し込んで、各集電タブを集電プレートに支持し固定してなることを特徴とする組電池の電極集電部構造。
【選択図】図３

Description

本発明は、複数の電池を接続してなる組電池の電極の集電部構造に関する。

従来、リチウム二次電池等は、携帯電話、ノートパソコン、デジタルカメラなどの電源に利用されている。特にリチウム二次電池は近年、電気自動車、電動バイク等の電気駆動車両や、ハイブリッド自動車用の大型、大容量電源としても注目されている。
リチウム二次電池は正極と負極の間で電解質層を介してリチウムイオンをやり取りすることによって充放電を行う電池であり、その構造としては、一般に、正極と負極、及びこれら正負極間に電解質を含んだセパレータを配置したものが知られている。また、長寿命・高効率・高容量のために、複数の正極と負極とを有し、それぞれの電極間に電解質を含んだセパレータを配置することも知られている。

しかしながら、上記のような複数の電極群が積層された構造を有する電池においては、積層された各々の正極・負極を、リード線を介して電極端子と接続する必要があるため、リード線を接続するために必要なスペースが大きくなり、また、製造工程が複雑化し、コストが高くなるという問題がある。
このような問題に対し、例えば特許文献１には、複数枚の電極のタブリードを束ねて１つの集電リードに接続するという構造が提案されている。これにより積層された全ての電極を電極端子と接続する場合に比べてリード線の本数が少なくなり、省スペース化、製造の効率化が図られている。

また、リチウム二次電池を一つの構造として複数積層し、各電池の電極同士を接続した組電池（積層型電池）も知られている（特許文献２等）。
上記特許文献１に記載の組電池の集電部は、正極、負極及び電解質を含む発電要素の集電体を直列又は並列に接続して、正極集電端子・負極集電端子に接続するという構造を有している。具体的には、各発電要素の隣り合う正極・負極の集電体同士を板状銅線で接続することにより、各発電要素が直列に接続された組電池が記載されている。
各発電要素をこのように接続すると、発電要素の数が多くなるほど板状銅線の必要数も多くなり、また、各正極・負極集電体同士を接続する工程が多くなるため、コストが高くなり製造工程が煩雑になるという問題がある。

上記の組電池の電極の集電部構造について、例えば、前述の特許文献１に記載の電池の集電部構造を適用することも考えられる。しかしながら特許文献１において、各タブリードと集電リードとは超音波溶接により接続されているが、超音波溶接を利用すると製造コストが高くなるという問題がある。特に、組電池の電極の集電部構造においては、電極に厚みがあり、これを超音波溶接により接続するためには、相当の時間と電流とが必要になる。また、集電部の構造としてもより単純な構造が望まれる。

特開２００５−００５２１５号公報 特開２００８−３００１４４号公報

本発明は、上記問題点に鑑みて、複数の電池の各電極同士を接続した組電池において、接触抵抗を低減でき、構成方法が単純で安価な、電極の集電部構造、及び該構造を備えた組電池を提供することを課題とする。

本発明者は上記課題を解決すべく鋭意探求を重ねた結果、以下の発明をするに至った。本発明は以下の構成を有する。
（１）複数の電池を並列に接続してなる組電池の電極集電部構造であって、
前記複数の電池の各正極及び各負極は、端部が各正極用集電タブ及び各負極用集電タブと接続しており、
複数本の線状切り欠き部を有する集電プレートの各線状切り欠き部に前記集電タブを差し込んで、各集電タブを集電プレートに支持し固定してなることを特徴とする組電池の電極集電部構造。
（２）前記集電タブの端部がＬ字形状を有しており、前記線状切り欠き部が集電プレートの端部から中央に伸びており、前記集電タブの基部を前記線状切り欠き部に差し込んで集電タブを集電プレートに支持し固定することを特徴とする（１）記載の組電池の電極集電部構造。
（３）前記線状切り欠き部が集電プレートの中央部に形成されており、前記集電タブを前記線状切り欠き部に差し込み、集電タブの端部をＬ字状に折り曲げて集電タブを集電プレートに支持し固定することを特徴とする（１）記載の組電池の電極集電部構造。
（４）前記集電プレートと集電タブの端部とが、溶接により固定されていることを特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載の組電池の電極集電部構造。
（５）前記集電プレートを覆う集電プレートカバーを有し、
該集電プレートカバーで、前記集電プレートに差し込まれた前記集電タブの端部を押圧することにより集電タブの端部が集電プレートカバーと集電プレートとの間で固定されていることを特徴とする（１）〜（４）のいずれかに記載の組電池の電極集電部構造。
（６）前記集電プレートカバーと前記集電プレートとが、挟持部材、締結部材、かしめ、粘着、及び溶接から選ばれる少なくとも一つの手段により固定されていることを特徴とする（５）に記載の組電池の電極集電部構造。
（７）前記集電プレートカバーと前記集電プレートとが、溶接により固定されていることを特徴とする（５）又は（６）に記載の組電池の電極集電部構造。
（８）（１）〜（７）のいずれかに記載の電極集電部構造を有することを特徴とする組電池。
（９）前記組電池を構成する各電池が、少なくとも、正極と、負極と、電解質と、セパレータとを、耐電解液性のラミネートフィルムを用いて形成された可撓性の袋状外包体に収容して形成された電池であることを特徴とする（８）に記載の組電池。

本発明により、複数の電池の各電極同士を接続した組電池の電極の集電部構造を、簡便で安価に提供することが可能となる。また、本発明の組電池は該構造を備えることにより簡便で安価に製造することができる。

本発明に係る組電池の電極集電部構造の構成部品の一例を表す図である。 本発明に係る組電池の電極集電部構造の一例を表す図である。 本発明に係る組電池の電極集電部構造の別の一例を表す図である。

本発明に係る組電池の電極集電部構造は、複数の電池を並列に接続してなる組電池の電極集電部構造であって、前記複数の電池の各正極及び各負極は、端部が各正極用集電タブ及び各負極用集電タブと接続しており、複数本の線状切り欠き部を有する集電プレートの各線状切り欠き部に前記集電タブを差し込んで、各集電タブを支持し固定してなることを特徴とする。

本発明の実施の形態を図１、２に基づいて説明する。
図１に示すように本発明の集電部構造は、複数の電池と、該電池の各々の電極に接続された集電タブと、集電プレートとを備えている。
各電池の正極及び負極の端子には、それぞれ正極用集電タブ及び負極用集電タブが接続されている。該正極用集電タブ及び負極用集電タブは、図１に示すように、正極又は負極の端子と接続された端部とは逆側の端部がＬ字状の形をしている。また、集電プレートは平板形状をしており、複数本の線状切り欠き部が形成されている。

本発明の集電部構造は、前記集電プレートに形成された各線状切り欠き部に、集電タブの基部を差し込み、該集電プレートと集電タブの端部とを接続することにより形成される。各電池を並列に接続するには、各電池の正極同士、及び負極同士を接続する必要がある。このため、１枚の集電プレートには、各電池の正極用集電タブ、又は負極用集電タブのどちらか一方のみが差し込まれる。
図１には１枚の集電プレートのみを表しているが、組電池とするには、もう片方の極の集電タブ同士も何らかの方法により接続されている必要があるが、本発明の構造により接続されていることが好ましい。即ち、２枚の集電プレートを用意し、それぞれを正極用又は負極用集電プレートとして使用し、正極用タブ又は負極用タブを差し込んで支持し固定することが好ましい。

上記の図では集電タブの端部がＬ字形状を有しており、前記線状切り欠き部が集電プレートの端部から中央部に伸びており、前記集電タブの基部を前記線状切り欠き部に差し込んで集電タブを集電プレートに支持し固定する場合を示したが、線状切り欠き部を集電プレートの端部に設けるのではなく集電プレートの中央部に形成し、集電タブを線状切り欠き部に差し込み、集電タブの端部をＬ字状に折り曲げて集電タブを集電プレートに支持し固定することもできる。この様にした場合には、集電プレートに集電タブを取り付ける時、集電タブの位置決めが容易である。

集電タブの材質は導電性のものであれば特に限定されず、例えば、アルミニウム、銅、ニッケル等を好ましく用いることができる。なお、端部をＬ字型の形状に加工するため、加工性が良いものが好ましい。また、電池を支えることができる程度の強度があることが好ましい。
また、集電タブは、各電池の正極用又は負極用の電極端子と接続される。集電タブと各電池の電極端子との接続手段は特に限定されず、ネジ止め、溶接、かしめ、バネ係止等、接続強度が保たれるものが好ましい。

集電プレートの材質は導電性のものであれば特に限定されず、例えば、アルミニウム、銅、ニッケル等を好ましく用いることができる。集電プレートは複数の電池が接続された場合にもそれらを支えられる程度の強度を備えていることが好ましい。
また、利用する電池がリチウム電池等、使用時に発熱する電池の場合には、集電プレートは伝熱性に優れた材質であることが好ましい。これにより電池から発せられた熱は、集電タブを介して集電プレートへと伝わり、集電プレートがいわゆるヒートシンクの役割を果たすことができる。

本発明では集電タブと集電プレートの接続面積を大きくすることができ、これにより接触抵抗を低減することも可能である。また、集電プレートは単純な構造のためプレス生産で大量に製造することが可能であり、製造コストを抑えることができる。また、集電プレートに集電タブを差し込んで固定するのみであるため、製造工程も簡略化することが可能である。

集電プレートには集電タブが接続される。集電プレートと集電タブとの接続手段は特に限定されず、ネジ止め、かしめ、バネ係止等による方法、更に、後述する溶接による方法、集電プレートカバーを使用する方法等が挙げられ、接続強度が保たれるものであればよい。
また、集電プレートは、組電池用の電極端子が接続される。集電プレートと組電池用の電極端子との接続手段は特に限定されず、ネジ止め、溶接、かしめ、バネ係止等が挙げられる。
電池の数は特に限定されず、図１では４つの場合を示しているが、適宜変更が可能であり、例えば１０〜５０個の電池を接続することができる。

本発明の電極集電部構造において、前記集電プレートと集電タブとは、図２に示すように溶接により固定されていることが好ましい。なお、図２においては便宜的に正極と負極の一方の極のみを表している。
溶接方法は特に限定されず、例えば、スポット溶接、超音波溶接、ＴＩＧ溶接、ＹＡＧ溶接等が挙げられる。これにより集電プレートと集電タブとの固定を簡便で確実かつ安価に行うことができる。

また、本発明の電極集電部構造においては、前記集電プレートを覆う集電プレートカバーを更に有し、該集電プレートカバーで、前記集電タブが差し込まれた集電プレートの上面を押圧することにより集電タブの端部が集電プレートカバーと集電プレートとの間で固定されていることが好ましい（図３参照）。なお、図３においては便宜的に正極と負極の一方の極のみを表している。

このように集電プレートと集電プレートカバーとで各集電タブの端部を挟み込む場合には、前述のように集電プレートと各集電タブとが溶接等により固定されている必要は特にない。この場合には、集電プレートと集電プレートカバーとを固定することにより、集電プレートと集電プレートカバーとの間に挟まれた各集電タブの端部を固定することが可能である。

また、この場合には、組電池用の電極端子は、前述のように集電プレートに接続されている必要はなく、集電プレートカバーに接続されていても良いし、集電プレートと集電プレートカバーとを固定した後に両者と接触するように接続してもよい。組電池用の電極端子の接続手段は特に限定されず、ネジ止め、溶接、かしめ、バネ係止等、接続強度が保たれるものが好ましい。

集電プレートカバーの材質は特に限定されず、例えば、アルミニウム、銅、ニッケル等が挙げられる。なお、利用する電池がリチウム電池等、使用時に発熱する電池の場合には、集電プレートカバーは伝熱性に優れた材質であることが好ましい。これにより集電プレートと同様に、集電プレートカバーもヒートシンクの役割を果たすことができる。
また、集電プレートカバーは薄い平板状のものを利用することができるが、集電プレートと集電プレートカバーとの間に各集電タブの端部を挟み込んだ場合に、安定する程度の強度があることが好ましい。なお、集電プレートカバーもプレス生産することが可能であるため、本発明の構造に利用する部材を安価に提供することができる。

また、前記集電プレートカバーと前記集電プレートとは、挟持部材、締結部材、かしめ、粘着、及び溶接から選ばれる少なくとも一つの手段により固定することも可能である。挟持部材としては、例えば、クリップ、クランプ等が挙げられ、締結部材としては、例えば、ネジ等が挙げられ、粘着としては、例えば、テープ、接着剤、熱溶着による方法等が挙げられる。

本発明の電極集電部構造において、前記集電プレートと集電プレートカバーとは、図３に示すように、溶接により固定されていることが好ましい。溶接の方法や、溶接により固定する場所は特に限定されないが、溶接方法としては、例えばスポット溶接、超音波溶接、ＴＩＧ溶接、ＹＡＧ溶接等が挙げられる。また、溶接により固定する場所としては、例えば、集電プレートと集電プレートカバーの周囲２箇所や、４箇所等、少ないポイント数で固定することもできる。

本発明に係る組電池は、前記本発明の電極集電部構造を有することを特徴とする。組電池に使用される電池は特に限定されず、例えば、リチウム電池、ニッケル水素電池、鉛電池、ナトリウム硫黄電池、溶融塩電解液電池、ナトリウム溶融塩電解液電池、固体電解質電池等を利用することができる。

前記電池は、図１〜３に示されているように平板状のものであることが好ましく、更には、シート状で軽量のものであることが好ましい。
特に、前記電池は、少なくとも、正極と、負極と、電解質と、セパレータとを、耐電解液性のラミネートフィルムを用いて形成された可撓性の袋状外包体に収容して形成された電池であることが好ましい。これにより、組電池をコンパクトにすることができ、また並列に接続する電池の数も多くすることができるため、より容量の大きな組電池を提供することができる。

以上、本発明を実施の形態に基づいて説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。本発明と同一および均等の範囲内において、上記の実施の形態に対して種々の変更を加えることができる。

Claims (9)

1. 複数の電池を並列に接続してなる組電池の電極集電部構造であって、
   前記複数の電池の各正極及び各負極は、端部が各正極用集電タブ及び各負極用集電タブと接続しており、
   複数本の線状切り欠き部を有する集電プレートの各線状切り欠き部に前記集電タブを差し込んで、各集電タブを集電プレートに支持し固定してなることを特徴とする組電池の電極集電部構造。
2. 前記集電タブの端部がＬ字形状を有しており、前記線状切り欠き部が集電プレートの端部から中央に伸びており、前記集電タブの基部を前記線状切り欠き部に差し込んで集電タブを集電プレートに支持し固定することを特徴とする請求項１記載の組電池の電極集電部構造。
3. 前記線状切り欠き部が集電プレートの中央部に形成されており、前記集電タブを前記線状切り欠き部に差し込み、集電タブの端部をＬ字状に折り曲げて集電タブを集電プレートに支持し固定することを特徴とする請求項１記載の組電池の電極集電部構造。
4. 前記集電プレートと集電タブの端部とが、溶接により固定されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の組電池の電極集電部構造。
5. 前記集電プレートを覆う集電プレートカバーを有し、
   該集電プレートカバーで、前記集電プレートに差し込まれた前記集電タブの端部を押圧することにより集電タブの端部が集電プレートカバーと集電プレートとの間で固定されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の組電池の電極集電部構造。
6. 前記集電プレートカバーと前記集電プレートとが、挟持部材、締結部材、かしめ、粘着、及び溶接から選ばれる少なくとも一つの手段により固定されていることを特徴とする請求項５に記載の組電池の電極集電部構造。
7. 前記集電プレートカバーと前記集電プレートとが、溶接により固定されていることを特徴とする請求項５又は６に記載の組電池の電極集電部構造。
8. 請求項１〜７のいずれかに記載の電極集電部構造を有することを特徴とする組電池。
9. 前記組電池を構成する各電池が、少なくとも、正極と、負極と、電解質と、セパレータとを、耐電解液性のラミネートフィルムを用いて形成された可撓性の袋状外包体に収容して形成された電池であることを特徴とする請求項８に記載の組電池。