JP2014107146A

JP2014107146A - 蓄電装置

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Publication number: JP2014107146A
Application number: JP2012259678A
Authority: JP
Inventors: Motoaki Okuda; 元章奥田; Hidaka Yamada; 晃嵩山田
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2012-11-28
Filing date: 2012-11-28
Publication date: 2014-06-09
Anticipated expiration: 2032-11-28
Also published as: JP5991168B2

Abstract

【課題】タブと導電部材との溶接を好適に行うことができる蓄電装置を提供すること。
【解決手段】二次電池は、正極電極２１と負極電極２２とがセパレータ２３を間に挟んだ状態で積層された電極組立体１４を備えている。負極電極２２の端部２２ｃには負極タブ３２が設けられており、当該負極タブ３２は負極導電部材４２と溶接されている。ここで、負極導電部材４２は、幅が相違する幅広部５１及び幅狭部５２を有し、負極タブ３２と負極導電部材４２との溶接箇所Ｐは、幅狭部５２にある。
【選択図】図５

Description

本発明は蓄電装置に関する。

ＥＶ（ＥｌｅｃｔｒｉｃＶｅｈｉｃｌｅ）やＰＨＶ（ＰｌｕｇｉｎＨｙｂｒｉｄＶｅｈｉｃｌｅ）などの車両には、走行用モータへの供給電力を蓄える蓄電装置としての二次電池が搭載されている。二次電池は、例えば端部にタブが突出して設けられた電極を備えている。また、二次電池は、タブと溶接されているとともに、ケースに設けられた端子と電気的に接続されている導電部材を備えている。ここで、導電部材とタブとの溶接態様として、例えば特許文献１には、導電部材と溶接される箇所のタブの形状を非直線状にすることが記載されている。

特開２００２−０５６８３９号公報

ところで、タブと導電部材との溶接を行う場合、溶接対象箇所に対して熱を付与する必要がある。この場合、溶接に係る熱が拡散すると、溶接不良が生じ得る。
本発明は、上述した事情を鑑みてなされたものであり、タブと導電部材との溶接を好適に行うことが可能な蓄電装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、端部にタブが設けられた電極と、前記タブと溶接されているとともに、前記電極が収容されるケースに設けられた端子と電気的に接続されている板状の導電部材と、を備えた蓄電装置において、前記導電部材は、幅が相違する幅広部及び幅狭部を有し、前記導電部材と前記タブとの溶接箇所の少なくとも一部は、前記幅狭部にあることを特徴とする。

かかる発明によれば、導電部材とタブとの溶接箇所の少なくとも一部が幅狭部にあるため、溶接箇所全体が幅広部にある構成と比較して、溶接に係る熱が付与された場合に、その熱が拡散しにくい。これにより、タブと導電部材との溶接を好適に行うことができる。

好適な例では、前記幅狭部は、前記導電部材においてその幅方向及び厚さ方向の双方と直交する方向に位置する一端を構成している。かかる構成によれば、溶接に係る熱の拡散が一方向に限定されるため、より好適に熱拡散を抑制することができる。

好適な例では、前記幅狭部における幅方向の中央と、前記幅広部の幅方向の中央とは、前記導電部材の幅方向において一致する。かかる構成によれば、溶接の際に、幅狭部をその厚さ方向から押圧する場合に、導電部材の位置が安定する。これにより、タブと導電部材との溶接を、より好適に行うことができる。

好適な例では、前記溶接箇所は、前記幅狭部のみにある。かかる構成によれば、溶接に係る熱の拡散を、より抑制することができる。これにより、タブと導電部材の溶接を、より好適に行うことができる。

好適な例では、前記電極は負極電極である。一般的に正極電極に設けられるタブにはアルミニウムが用いられ、負極電極に設けられるタブには銅が用いられる。この場合、銅はアルミニウムよりも抵抗が低いため、溶接に係る電力等が付与された場合に、その電力等がジュール熱に変換されにくい。このため、負極電極のタブと導電部材の方が、正極電極のタブと導電部材よりも、溶接不良が発生し易い。

これに対して、上記のように幅狭部を設け、その幅狭部にて溶接を行う構成を採用することにより、正極側よりも問題となり易い負極側のタブと導電部材との溶接を好適に行うことができる。

好適な例では、蓄電装置は二次電池である。

この発明によれば、タブと導電部材との溶接を好適に行うことができる。

二次電池の分解斜視図。二次電池の斜視図。電極組立体の分解斜視図。負極タブ及び負極導電部材の周辺を示す斜視図。負極タブ及び負極導電部材の周辺を示す平面図。図５の６−６線断面図。溶接工程を説明するための断面図。別例の負極導電部材を示す平面図。別例の負極導電部材を示す平面図。別例の負極導電部材を示す平面図。

以下、本発明に係る蓄電装置の一実施形態を図１〜図７を用いて説明する。
図１及び図２に示すように、蓄電装置としての二次電池１０は、その外形を構成するケース１１を備えている。ケース１１は、四角箱状の容器１２と、その容器１２に設けられた開口部分を塞ぐ矩形平板状の蓋１３とから構成されている。このため、二次電池１０は、その外形が角型の角型電池である。なお、容器１２及び蓋１３は金属製である。また、本実施形態の二次電池１０は、リチウムイオン電池である。

二次電池１０は、ケース１１に収容されている電極組立体１４と、電極組立体１４と電力のやり取りを行うのに用いられる正極端子１５及び負極端子１６とを備えている。各端子１５，１６はケース１１、詳細には蓋１３に取り付けられている。正極端子１５は、絶縁リング１７によって絶縁された状態で蓋１３を貫通しており、正極端子１５の一部はケース１１外に露出し、別の一部はケース１１内にある。同様に、負極端子１６は、絶縁リング１７によって絶縁された状態でケース１１を貫通している。これにより、各端子１５，１６は、ケース１１外からアクセス可能となっている。

図３に示すように、電極組立体１４は、電極としての正極電極２１及び負極電極２２が、電気伝導に係るイオン（リチウムイオン）が通過可能な多孔質膜で形成されたセパレータ２３を介して交互に積層されて構成されている。各電極２１，２２及びセパレータ２３はそれぞれ、矩形のシート状である。

正極電極２１は、矩形状の正極金属箔（例えばアルミニウム箔）２１ａと、当該正極金属箔２１ａの両面全体に設けられた正極活物質層２１ｂと、を有する。負極電極２２は、矩形状の負極金属箔（例えば銅箔）２２ａと、当該負極金属箔２２ａの両面全体に設けられた負極活物質層２２ｂと、を有する。電極組立体１４を構成している状態において、正極活物質層２１ｂは負極活物質層２２ｂによって覆われ、且つ、各電極２１，２２はセパレータ２３によって覆われている。

図３に示すように、正極電極２１の端部２１ｃには、正極タブ３１が突出して設けられている。正極タブ３１は、端部２１ｃから、正極金属箔２１ａの一部が突出することによって形成されている。

同様に、負極電極２２の端部２２ｃには、負極タブ３２が突出して設けられている。負極タブ３２は、端部２２ｃから、負極金属箔２２ａの一部が突出することによって形成されている。負極タブ３２は、負極タブ３２の突出方向と直交する方向に幅を有している。突出方向と直交する方向は、負極電極２２の端部２２ｃに沿う方向とも言える。

各電極２１，２２は、各タブ３１，３２の同一極性同士が積層方向に列状に配置される一方、異なる極性同士が積層方向に並ばないように重なっている。そして、図１に示すように、各負極タブ３２は、電極組立体１４の積層方向の一端側に寄せて集められ、その集められた状態で上記一端側とは反対側の他端側に向けて折り返されている。同様に、各正極タブ３１は、電極組立体１４の積層方向の一端側に集められた状態で、上記一端側とは反対側の他端側に向けて折り返されている。そして、電極組立体１４は、各タブ３１，３２がある部位と、各端子１５，１６が設けられている蓋１３とが対向する状態でケース１１内に収容されている。

図１に示すように、二次電池１０は、各タブ３１，３２と各端子１５，１６との同一極性同士を電気的に接続する正極導電部材４１及び負極導電部材４２を備えている。正極導電部材４１は、金属（例えばアルミニウム）で構成されており、正極タブ３１に溶接されているとともに、正極端子１５と電気的に接続されている。負極導電部材４２は、金属（例えば銅）で構成されており、負極タブ３２に溶接されているとともに、負極端子１６と電気的に接続されている。これにより、各端子１５，１６にアクセスすることにより、電極組立体１４の電力をケース１１外に取り出すことができるとともに、電極組立体１４に対して電力を付与することが可能となっている。

次に、負極タブ３２と負極導電部材４２との溶接態様について、負極導電部材４２の詳細な構成と合わせて説明する。なお、正極タブ３１と正極導電部材４１との溶接態様は、負極タブ３２と負極導電部材４２との溶接態様と同様であるため、その詳細な説明を省略する。

図４に示すように、負極導電部材４２は全体として板状であり、その厚さは負極タブ３２の厚さよりも厚い。負極導電部材４２は、厚さ方向に直交する両板面４２ａ，４２ｂのうち負極タブ３２側にあるタブ側板面４２ａが負極タブ３２と接触した状態で取り付けられている。なお、タブ側板面４２ａと接触している負極タブ３２は、負極タブ３２が重なって構成された負極タブ群Ｇの最外層を構成するものである。

負極導電部材４２が取り付けられている状態において、負極導電部材４２の厚さ方向と、負極タブ３２の突出方向に沿う方向とは一致している。ここで、電極組立体１４の積層方向と一致する方向を、負極導電部材４２の幅方向とする。なお、負極導電部材４２の幅方向は、負極タブ３２の幅方向と直交している方向である。

図５に示すように、負極導電部材４２は、幅が相違する幅広部５１及び幅狭部５２を有している。幅狭部５２は、負極導電部材４２においてその幅方向及び厚さ方向の双方と直交する方向に位置する一端４２ｃを構成している。また、幅狭部５２における幅方向の中央と、幅広部５１の幅方向の中央とは、負極導電部材４２の幅方向において一致する。つまり、幅狭部５２は、幅広部５１の幅方向の中央に配置されている。幅狭部５２は、幅広部５１の幅方向と直交する方向の端部の中央から延出している。また、幅狭部５２における幅広部５１側の部位は、負極導電部材４２の幅方向の端部から中央に向けて凸となるように湾曲している。

なお、幅狭部５２を形成する手法は任意であるが、例えば長方形状の金属板の一部を切り欠く手法や、負極導電部材４２の形状となった金型を用いて打ち抜く手法等が考えられる。

図５及び図６に示すように、負極導電部材４２は、その厚さ方向から見て、幅狭部５２と負極タブ３２とが重なるように配置されている。この場合、負極導電部材４２の厚さ方向から見て、幅狭部５２は負極タブ３２の幅方向の中央に配置されている。また、負極導電部材４２の厚さ方向から見て、幅狭部５２は、全負極タブ３２の重なり部分と重なっている（図６参照）。

ここで、図５及び図６に示すように、幅狭部５２にて負極タブ３２と負極導電部材４２とが溶接されている。つまり、負極タブ３２と負極導電部材４２との溶接箇所Ｐは、幅狭部５２のみにある。

次に負極タブ３２と負極導電部材４２との溶接工程について説明する。
図７に示すように、負極タブ３２が電極組立体１４の積層方向の一端側に集められた状態で、幅狭部５２が負極タブ３２に接触するように負極導電部材４２を配置する。そして、一対の溶接用電極棒Ｗ１，Ｗ２を用いて、各負極タブ３２と負極導電部材４２とを挟みこむ。この場合、負極導電部材４２側の溶接用電極棒Ｗ１は、幅狭部５２と接触している。また、負極タブ３２側の溶接用電極棒Ｗ２は、当て板Ｗ３を介して、各負極タブ３２を押圧している。そして、その状態にて、一対の溶接用電極棒Ｗ１，Ｗ２間に溶接に係る電力を付与する。これにより、各負極タブ３２同士が溶接されるとともに、幅狭部５２にて負極タブ３２と負極導電部材４２とが溶接される。なお、一対の溶接用電極棒Ｗ１，Ｗ２の径は、溶接箇所Ｐが所望の溶接強度を確保することが可能な大きさとなるように設定されている。

次に、本実施形態の作用について説明する。
既に説明した通り、幅狭部５２にて負極タブ３２と負極導電部材４２とが溶接されている。これにより、幅広部５１にて溶接する構成と比較して、熱拡散の経路が狭くなっているため、溶接に係る熱が拡散しにくい。

以上詳述した本実施形態によれば以下の優れた効果を奏する。
（１）板状の負極導電部材４２に幅狭部５２を設け、負極タブ３２と負極導電部材４２との溶接箇所Ｐの少なくとも一部、詳細には溶接箇所Ｐ全体が幅狭部５２にある構成とした。これにより、幅広部５１にて溶接されている構成と比較して、溶接に係る熱の拡散の低減を図ることができるため、負極タブ３２と負極導電部材４２との溶接を好適に行うことができる。

特に、一般的に負極導電部材４２の厚さは負極タブ３２の厚さよりも厚いため、負極導電部材４２において熱拡散が発生し易い。これに対して、負極導電部材４２に幅狭部５２を設けることにより、特に熱拡散が発生し易い負極導電部材４２内の熱拡散を抑制することができる。

また、上述した通り、負極タブ３２は、複数集める関係上、負極導電部材４２よりも薄くなっているとともに、負極タブ３２には、折り曲げることによって応力が付与されている。このため、負極タブ３２の幅を局所的に狭くすると、負極タブ３２が破断し易い。

これに対して、本実施形態によれば、負極タブ３２よりも厚い負極導電部材４２に幅狭部５２を設けることにより、負極タブ３２の破断を抑制しつつ、熱拡散を抑制することができる。これにより、負極タブ３２と負極導電部材４２との溶接を好適に行うことができる。

（２）また、負極タブ３２を構成する銅は、正極タブ３１を構成するアルミニウムよりも抵抗が低いため、溶接に係る電力が付与された場合に、その電力がジュール熱に変換されにくい。このため、負極タブ３２と負極導電部材４２の方が、正極タブ３１と正極導電部材４１よりも、溶接不良が発生し易い。

これに対して、上記のように幅狭部５２を設け、その幅狭部５２にて溶接を行う構成を採用することにより、正極側よりも問題となり易い負極タブ３２と負極導電部材４２との溶接を好適に行うことができる。

（３）幅狭部５２は、負極導電部材４２においてその幅方向及び厚さ方向の双方と直交する方向に位置する一端４２ｃを構成する。これにより、溶接に係る熱の拡散が一方向に限定されるため、より好適に熱拡散を抑制することができる。すなわち、例えば幅狭部５２に対して幅方向及び厚さ方向の双方と直交する方向の両側に幅広部５１が設けられている場合、幅狭部５２に対して熱が付与されると、当該熱は、両側の幅広部５１に向けて拡散される。つまり、熱拡散方向が２方向となる。これに対して、本実施形態によれば、幅狭部５２が負極導電部材４２の一端４２ｃを構成しているため、幅広部５１は片側にしか存在しない。これにより、熱拡散方向が一方向に限定されることとなり、熱拡散を、より好適に抑制することができる。

（４）幅狭部５２における幅方向の中央と、幅広部５１の幅方向の中央とを、負極導電部材４２の幅方向において一致させた。これにより、溶接の際に幅狭部５２がその厚さ方向から押圧された場合に、負極導電部材４２が曲がったり、位置ずれしたりすることなく、安定する。よって、負極タブ３２と負極導電部材４２との溶接を好適に行うことができる。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 実施形態では、溶接箇所Ｐ全体が幅狭部５２にある構成であったが、これに限られない。例えば、溶接箇所Ｐの一部が幅狭部５２にあって、別の一部が幅広部５１にある構成であってもよい。要は、溶接箇所Ｐの少なくとも一部が幅狭部５２にあればよい。

○ 実施形態では、幅狭部５２は負極導電部材４２においてその幅方向と直交する方向の一端４２ｃを構成したが、これに限られない。例えば、図８に示すように、幅狭部５２と、その幅狭部５２に対して幅方向と直交する方向の両側に設けられた幅広部５１とを有する負極導電部材１０１であってもよい。

○ 実施形態では、幅狭部５２は、幅広部５１の幅方向の中央に配置されている構成であったが、完全に中央にある必要はなく、例えば幅広部５１の幅方向の両端部よりも中央よりに配置されていればよい。また、図９に示すように、幅広部５１の幅方向の両端部のうち一方の端部に幅狭部５２を設けてもよい。要は、幅方向に対する幅狭部５２の位置は任意である。

○ 図１０に示すように、負極導電部材４２において、幅方向に所定の間隔を隔てて一対の貫通孔１１１を形成してもよい。この場合、一対の貫通孔１１１の間の部位が幅狭部１１２となる。そして、その幅狭部１１２に溶接箇所Ｐを設けるとよい。

○ 実施形態では、幅狭部５２における幅広部５１側の部位は、幅方向の端部から中央に向けて凸となるように湾曲していたが、これに限られない。例えば直線状に傾斜している構成であってもよい。また、幅狭部５２全体が、幅広部５１から一端４２ｃに向けて徐々に先細りとなっている構成であってもよい。要は、幅狭部５２は、幅広部５１よりも幅が狭ければ、その具体的な形状は任意である。

○ 実施形態では、負極導電部材４２が取り付けられた状態において、積層方向と一致する方向を負極導電部材４２の幅方向としたが、これに限られず、例えば負極導電部材４２の厚さ方向から見て積層方向と直交する方向を、負極導電部材４２の幅方向としてもよい。この場合、負極導電部材４２の厚さ方向から見て積層方向と直交する方向に所定の間隔を隔てて一対の貫通孔を設けることにより、幅狭部を形成する構成としてもよい。要は、負極導電部材４２の幅とは、負極導電部材４２の厚さ方向から見て、負極導電部材４２の隣り合う２辺のうちいずれか一方の辺に沿った方向の長さである。

○ 実施形態では、正極タブ３１と正極導電部材４１との溶接態様は、負極タブ３２と負極導電部材４２との溶接態様と同様であったが、これに限られず、異なっていてもよい。例えば、幅狭部５２による溶接を、正極タブ３１と正極導電部材４１との溶接にのみ適用してもよいし、逆に、幅狭部５２による溶接を、負極タブ３２と負極導電部材４２との溶接にのみ適用してもよい。

○ 実施形態では、幅狭部５２は１つのみ設けられていたが、これに限られず、複数設けてもよい。この場合、各幅狭部５２に溶接箇所Ｐを設けるとよい。
○ 実施形態では、電極組立体１４は、複数の正極電極２１及び複数の負極電極２２を備え、これら各電極２１，２２がセパレータ２３を介して積層されている所謂積層型であったが、これに限られない。例えば、帯状の正極電極及び帯状の負極電極を捲回して層状に積層した捲回型の電極組立体であってもよい。

○ 実施形態では、各電極２１，２２の大きさは同一であったが、これに限られず、負極電極２２が正極電極２１よりも一回り大きい構成であってもよい。この場合、負極活物質層２２ｂは、正極活物質層２１ｂよりも一回り大きいとよい。

○ 実施形態では、正極活物質層２１ｂは、正極電極２１の両面にある構成であったが、これに限られず、正極電極２１の片面のみにある構成としてもよい。同様に、負極電極２２の片面のみに負極活物質層２２ｂがある構成としてもよい。

○ 実施形態では、導電部材４１，４２とタブ３１，３２の同一極性同士は同一金属で構成されていたが、これに限られず、異なる金属で構成されていてもよい。
○ 実施形態では、負極タブ３２は、負極電極２２の端部２２ｃに沿う方向と直交する方向に突出している構成であったが、これに限られず、負極電極２２の端部２２ｃに沿う方向と直交する方向に対して傾斜して突出している構成であってもよい。

○ 実施形態の二次電池１０が搭載される対象は任意である。例えば、自動車や産業用車両等の車両に搭載してもよいし、定置用の蓄電ユニットに搭載してもよい。
○ 本発明を、電気二重層キャパシタ等の他の蓄電装置に適用してもよい。

○ 実施形態では、二次電池１０はリチウムイオン二次電池であったが、これに限られず、ニッケル水素等の他の二次電池であってもよい。要は、正極活物質層と負極活物質層との間をイオンが移動するとともに電荷の授受を行うものであればよい。

１０…二次電池（蓄電装置）、１１…ケース、１４…電極組立体、１５，１６…端子、２１，２２…電極、３１，３２…タブ、４１，４２…導電部材、４２ｃ…負極導電部材の一端、５１…幅広部、５２…幅狭部、１０１…別例の負極導電部材、１１１…貫通孔、１１２…幅狭部。

Claims

端部にタブが設けられた電極と、
前記タブと溶接されているとともに、前記電極が収容されるケースに設けられた端子と電気的に接続されている板状の導電部材と、
を備えた蓄電装置において、
前記導電部材は、幅が相違する幅広部及び幅狭部を有し、
前記導電部材と前記タブとの溶接箇所の少なくとも一部は、前記幅狭部にあることを特徴とする蓄電装置。
前記幅狭部は、前記導電部材においてその幅方向及び厚さ方向の双方と直交する方向に位置する一端を構成していることを特徴とする請求項１に記載の蓄電装置。
前記幅狭部における幅方向の中央と、前記幅広部の幅方向の中央とは、前記導電部材の幅方向において一致することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の蓄電装置。
前記溶接箇所は、前記幅狭部のみにあることを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか一項に記載の蓄電装置。
前記電極は負極電極であること特徴とする請求項１〜４のうちいずれか一項に記載の蓄電装置。
前記蓄電装置は二次電池であることを特徴とする請求項１〜５のうちいずれか一項に記載の蓄電装置。