JP2016115438A - 蓄電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】導電部材における電極組立体の電極のタブとの接続部が非接触状態にされることを抑制することができる蓄電装置を提供する。【解決手段】電極組立体１１とケース１２と正極端子１３と負極端子１４と正極通電板１５と負極通電板１６とを有する。正極通電板１５および負極通電板１６は、それぞれタブ１９ｄ，２０ｄとの接続部である第１接続部１５ａ，１６ａと、正極端子１３または負極端子１４との接続部である第２接続部１５ｂ，１６ｂとを有し、正極通電板１５および負極通電板１６は、第１接続部１５ａ，１６ａと第２接続部１５ｂ，１６ｂとの間に、タブ１９ｄ，２０ｄの突出方向に曲がる湾曲部１５ｃ，１６ｃを有する。【選択図】図３

Description

本発明は、蓄電装置に関するものである。

二次電池等のような蓄電装置は再充電が可能であり、繰り返し使用することができるため電源として広く利用されている。二次電池では、金属薄板に活物質層が形成された正負の電極がセパレータを間に介在する状態で層状に配置された電極組立体を備える。この電極組立体がケースに収容されるとともにケースに取り付けられた端子から延びる導電部材が電極組立体の電極のタブに溶接されている（例えば、特許文献１参照）。

特許第３５５１３６５号公報

ところが、例えば車載用二次電池において、二次電池に対し振動、加速、衝撃等が加わった時にケース内の電極組立体に慣性力が加わって導電部材における電極組立体の電極のタブとの接合部に応力が作用して導電部材と電極組立体の電極のタブとの接合部において剥離が発生する懸念がある。

本発明の目的は、導電部材における電極組立体の電極のタブとの接続部が非接触状態にされることを抑制することができる蓄電装置を提供することにある。

請求項１に記載の発明では、金属薄板に正極用活物質層が形成された正極電極および金属薄板に負極用活物質層が形成された負極電極がセパレータを間に介在する状態で層状に配置された電極組立体と、前記電極組立体を収容するケースと、前記ケースに取り付けられた正極端子と、前記ケースに取り付けられた負極端子と、前記電極組立体の正極電極の端部から突出したタブと前記正極端子を電気的に接続する正極導電部材と、前記電極組立体の負極電極の端部から突出したタブと前記負極端子を電気的に接続する負極導電部材と、を有する蓄電装置であって、前記正極導電部材および前記負極導電部材は、それぞれ前記タブとの接続部である第１接続部と、前記正極端子または前記負極端子との接続部である第２接続部とを有し、前記正極導電部材および前記負極導電部材の少なくとも一方の導電部材は、前記第１接続部と前記第２接続部との間に前記タブの突出方向に曲がる曲げ部を有することを要旨とする。

請求項１に記載の発明によれば、電極組立体に慣性力が加わった際に、導電部材の曲げ部において慣性力が吸収され、導電部材における電極組立体の電極のタブとの接続部が非接触状態にされることを抑制することができる。

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の蓄電装置において、前記電極組立体は、前記タブが積層された状態で集められており、当該タブの積層方向における前記集められたタブの厚みが前記電極組立体の厚みよりも小さくなっていることを要旨とする。

請求項２に記載の発明によれば、タブの積層方向において、導電部材をケースと接触しにくくすることができる。
請求項３に記載の発明では、請求項２に記載の蓄電装置において、前記導電部材における前記第１接続部と前記第２接続部との間の部位は、前記タブの積層方向において前記電極組立体よりも飛び出していないことを要旨とする。

請求項３に記載の発明によれば、タブの積層方向において、導電部材をよりケースと接触しにくくすることができる。
請求項４に記載の発明では、請求項１〜３のいずれか１項に記載の蓄電装置において、前記導電部材における前記第１接続部と前記第２接続部との間の部位は、前記タブの突出方向において前記電極組立体よりも飛び出していないことを要旨とする。

請求項４に記載の発明によれば、タブの突出方向において、導電部材をケースと接触しにくくすることができる。
請求項５に記載の発明では、請求項１〜４のいずれか１項に記載の蓄電装置において、前記曲げ部は、前記第１接続部と前記第２接続部との間の部分の全体が、前記タブの突出方向に曲げられていることを要旨とする。

請求項５に記載の発明によれば、電極組立体に慣性力が加わった際に導電部材の曲げ部において慣性力をより吸収することができる。

本発明によれば、導電部材における電極組立体の電極のタブとの接続部が非接触状態にされることを抑制することができる。

実施形態の二次電池を示す部分破断斜視図。 電極組立体を示す斜視図。 二次電池を示す正断面図。 二次電池を示す一部側断面図。 （ａ），（ｂ）は別例の二次電池を示す一部正断面図。

以下、蓄電装置を二次電池に具体化した一実施形態を図１〜図４にしたがって説明する。
なお、図面において、水平面を、直交するＸ，Ｙ方向で規定するとともに、上下方向をＺ方向で規定している。

図１に示すように、蓄電装置としての車載用二次電池１０は、電極組立体１１と、ケース（缶）１２と、正極端子１３と、負極端子１４と、正極導電部材としての正極通電板１５と、負極導電部材としての負極通電板１６を有する。ケース１２に電極組立体１１が収納されているとともにケース１２に電解液（図示せず）が注入されている。

ケース１２は、有底四角筒状のケース本体１７と、ケース本体１７に電極組立体１１を挿入するための開口部１７ａを塞ぐ矩形平板状の蓋体１８とからなる。ケース本体１７と蓋体１８は、いずれも金属製（例えばステンレス製やアルミニウム製）である。二次電池１０は角型電池であり、リチウムイオン二次電池である。

図２に示すように、電極組立体１１は、長尺の矩形シート状の正極電極１９と、長尺の矩形シート状の負極電極２０との間に、長尺の矩形シート状のセパレータ２１を介在させて捲回軸Ｌを中心に捲回された渦巻き状であり、且つ扁平な形状である。これにより正極電極１９および負極電極２０がセパレータ２１を間に介在する状態で層状に配置されている。セパレータ２１は、絶縁性を有する樹脂製（例えばポリエチレンなど）である。

正極電極１９は、金属薄板としての長尺の矩形シート状の正極用金属箔１９ａの両面に正極用活物質層１９ｂが形成されている。正極電極１９は、長手方向に延びる一方の辺１９ｃに沿って正極用活物質層１９ｂの設けられていない未塗工部であるタブ１９ｄを一定幅で有する。タブ１９ｄは、正極電極１９の端部１９ｅ（図１，２，３参照）から突出している。タブ１９ｄの突出方向は電極組立体１１の捲回軸Ｌの延びる方向である。タブ１９ｄは、間にセパレータ２１を挟まない状態で集められて積層されている。

図２に示すように、負極電極２０は、金属薄板としての長尺の矩形シート状の負極用金属箔２０ａの両面に負極用活物質層２０ｂが形成されている。負極電極２０は、長手方向に延びる一方の辺２０ｃに沿って負極用活物質層２０ｂの設けられていない未塗工部であるタブ２０ｄを一定幅で有する。タブ２０ｄは、負極電極２０の端部２０ｅ（図２，３参照）から突出している。タブ２０ｄの突出方向は電極組立体１１の捲回軸Ｌの延びる方向である。タブ２０ｄは、間にセパレータ２１を挟まない状態で集められて積層されている。

図３に示すように、正極端子１３および負極端子１４はケース１２の蓋体１８に取り付けられている。正極端子１３は、正極通電板１５に溶接される基部１３ａと、基部１３ａから立設された軸部１３ｂとを備える。正極端子１３の軸部１３ｂには、正極端子１３をケース１２から絶縁するためのリング状の絶縁部材２２が取り付けられている。また、蓋体１８の内面と、基部１３ａにおける蓋体１８の内面への対向面との間には、シール部材２３が挟持され、蓋体１８における軸部１３ｂの貫通部がシール部材２３によって気密にシールされている。

負極端子１４は、負極通電板１６に溶接される基部１４ａと、基部１４ａから立設された軸部１４ｂとを備える。負極端子１４の軸部１４ｂには、負極端子１４をケース１２から絶縁するためのリング状の絶縁部材２４が取り付けられている。また、蓋体１８の内面と、基部１４ａにおける蓋体１８の内面への対向面との間には、シール部材２５が挟持され、蓋体１８における軸部１４ｂの貫通部がシール部材２５によって気密にシールされている。

図１，３に示すごとく、ケース１２内において電極組立体１１は捲回軸ＬがＹ方向となるように配置されている。端子１３，１４はケース１２に軸がＺ方向となるように取り付けられている。電極組立体１１の電極のタブ１９ｄ，２０ｄはＹ方向に突出し、端子１３，１４の軸方向と電極組立体１１の電極のタブ１９ｄ，２０ｄの突出方向とは直交している（垂直である）。また、図４に示すように、電極組立体１１の電極のタブ１９ｄ，２０ｄはＸ方向に積層されている。

図３に示すように、電極組立体１１における捲回軸Ｌでの一方の端部において正極電極１９のタブ１９ｄが位置し、捲回軸Ｌでの他方の端部において負極電極２０のタブ２０ｄが位置している。正極電極１９のタブ１９ｄの上側に正極端子１３が配置されているとともに負極電極２０のタブ２０ｄの上側に負極端子１４が配置されている。正極通電板１５は、電極組立体１１の正極電極１９の端部１９ｅから突出したタブ１９ｄと正極端子１３を電気的に接続するためのものである。負極通電板１６は、電極組立体１１の負極電極２０の端部２０ｅから突出したタブ２０ｄと負極端子１４を電気的に接続するためのものである。

正極通電板１５は、金属（本実施形態ではアルミニウム）からなる平板を例えばプレス加工などにより折り曲げて形成されている。正極通電板１５は、正極電極１９のタブ１９ｄとの接続部である第１接続部１５ａと、正極端子１３との接続部である第２接続部１５ｂとを有する。第１接続部１５ａは通電板１５の下端に形成されている。また、第２接続部１５ｂは通電板１５の上端に形成されている。正極通電板１５は、第１接続部１５ａと第２接続部１５ｂとの間にタブの突出方向に曲がる曲げ部としての湾曲部１５ｃを有する。

湾曲部１５ｃの下端の第１接続部１５ａは電極組立体１１の正極電極１９のタブ１９ｄと溶接されている。第２接続部１５ｂは電極組立体１１の捲回軸方向に沿って延び、かつ正極端子１３の基部１３ａと対向配置される。第２接続部１５ｂは、正極端子１３の基部１３ａと溶接されている。

湾曲部１５ｃは、第１接続部１５ａと第２接続部１５ｂとの間の部分の全体が、タブ１９ｄの突出方向に曲げられている。湾曲部１５ｃは、第２接続部１５ｂから下方（Ｚ方向）に向かい、かつ、タブ１９ｄの突出方向（Ｙ方向）での電極組立体１１の外側に湾曲するように延びている。

図４に示すように、電極組立体１１は、タブ１９ｄが積層された状態で集められ、タブ１９ｄの積層方向（Ｘ方向）における集められたタブ１９ｄの厚みｔ１が電極組立体１１の厚みｔ２よりも小さくなっている。また、図４に示すように、通電板１５における第１接続部１５ａと第２接続部１５ｂとの間の部位は、タブ１９ｄの積層方向（Ｘ方向）において電極組立体１１よりも飛び出していない。さらに、図３に示すように、通電板１５における第１接続部１５ａと第２接続部１５ｂとの間の部位は、タブ１９ｄの突出方向（Ｙ方向）において電極組立体１１よりも飛び出していない。

負極通電板１６は、金属（本実施形態では銅）からなる平板を例えばプレス加工などにより折り曲げて形成されている。負極通電板１６は、負極電極２０のタブ２０ｄとの接続部である第１接続部１６ａと、負極端子１４との接続部である第２接続部１６ｂとを有する。第１接続部１６ａは通電板１６の下端に形成されている。また、第２接続部１６ｂは通電板１６の上端に形成されている。負極通電板１６は、第１接続部１６ａと第２接続部１６ｂとの間にタブの突出方向に曲がる曲げ部としての湾曲部１６ｃを有する。

湾曲部１６ｃの下端の第１接続部１６ａは電極組立体１１の負極電極２０のタブ２０ｄと溶接されている。第２接続部１６ｂは電極組立体１１の捲回軸方向に沿って延び、かつ負極端子１４の基部１４ａと対向配置される。第２接続部１６ｂは、負極端子１４の基部１４ａと溶接されている。

湾曲部１６ｃは、第１接続部１６ａと第２接続部１６ｂとの間の部分の全体が、タブ２０ｄの突出方向に曲げられている。湾曲部１６ｃは、第２接続部１６ｂから下方（Ｚ方向）に向かい、かつ、タブ２０ｄの突出方向（Ｙ方向）での電極組立体１１の外側に湾曲するように延びている。

図４に示すように、電極組立体１１は、タブ２０ｄが積層された状態で集められ、タブ２０ｄの積層方向（Ｘ方向）における集められたタブ２０ｄの厚みｔ１が電極組立体１１の厚みｔ２よりも小さくなっている。また、図４に示すように、通電板１６における第１接続部１６ａと第２接続部１６ｂとの間の部位は、タブ２０ｄの積層方向（Ｘ方向）において電極組立体１１よりも飛び出していない。さらに、図３に示すように、通電板１６における第１接続部１６ａと第２接続部１６ｂとの間の部位は、タブ２０ｄの突出方向（Ｙ方向）において電極組立体１１よりも飛び出していない。

次に、作用について説明する。
ケース１２に電極組立体１１が収納されており、ケース１２に取り付けられた端子１３，１４と電極組立体のタブ１９ｄ，２０ｄとが通電板１５，１６により電気的に接続されている。通電板１５，１６はタブ１９ｄ，２０ｄと溶接されている。

この状態で、二次電池に対し振動、加速、衝撃等が加わった時に、ケース１２内の電極組立体１１に慣性力が加わる。すると、通電板１５，１６における電極組立体１１の電極のタブ１９ｄ，２０ｄとの溶接部に応力が作用することになる。ここで、本実施形態では電極組立体１１に慣性力が加わると、通電板１５，１６の湾曲部１５ｃ，１６ｃにおいて慣性力が吸収される。そして、電極組立体１１に慣性力が加わった際に、通電板１５，１６におけるタブ１９ｄ，２０ｄとの接続部である第１接続部１５ａ，１６ａが非接触状態にされることが防止される。

このように、通電板１５，１６を湾曲形状にすることにより通電板１５，１６に柔軟性を持たせることによって、慣性力を吸収し、タブ溶接部の剥離が低減される。つまり、導電部材としての通電板に柔軟性が無い場合においては、振動、加速、衝撃等が加わった時に電極組立体に発生する慣性力がタブ溶接部に掛かり、剥離を招く懸念があるが、本実施形態では、タブ溶接部の剥離が防止される。

また、図４に示すように、通電板１５，１６はＺ方向において直線的に延びていることにより、タブ１９ｄ，２０ｄとの溶接面積を稼ぐ上で好ましい。さらに、図４に示すように、タブ１９ｄ，２０ｄの積層方向における集められたタブ１９ｄ，２０ｄの厚みｔ１が電極組立体１１の厚みｔ２よりも小さくなっていることにより、通電板１５，１６はタブの積層方向においてケース１２と接触しにくい。さらには、図４に示すように、通電板１５，１６における第１接続部１５ａ，１６ａと第２接続部１５ｂ，１６ｂとの間の部位は、タブ１９ｄ，２０ｄの積層方向において電極組立体１１よりも飛び出していないことにより、通電板１５，１６はタブの積層方向においてよりケース１２と接触しにくい。

また、図３に示すように、通電板１５，１６における第１接続部１５ａ，１６ａと第２接続部１５ｂ，１６ｂとの間の部位は、タブ１９ｄ，２０ｄの突出方向（Ｙ方向）において電極組立体１１よりも飛び出していないことにより、通電板１５，１６はタブの突出方向においてケース１２と接触しにくい。さらに、湾曲部１５ｃ，１６ｃは第１接続部１５ａ，１６ａと第２接続部１５ｂ，１６ｂとの間の部分の全体が、タブ１９ｄ，２０ｄの突出方向に曲げられていることにより、電極組立体１１に慣性力が加わった際に、通電板１５，１６の湾曲部１５ｃ，１６ｃにおいて慣性力が吸収されやすい。

上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）正極通電板１５および負極通電板１６は、それぞれタブ１９ｄ，２０ｄとの接続部である第１接続部１５ａ，１６ａと、正極端子１３または負極端子１４との接続部である第２接続部１５ｂ，１６ｂとを有し、正極通電板１５および負極通電板１６は、第１接続部１５ａ，１６ａと第２接続部１５ｂ，１６ｂとの間に、タブ１９ｄ，２０ｄの突出方向に曲がる曲げ部としての湾曲部１５ｃ，１６ｃを有する。よって、電極組立体１１に慣性力が加わった際に、通電板１５，１６の湾曲部１５ｃ，１６ｃにおいて慣性力が吸収され、通電板１５，１６における電極組立体の電極のタブとの接続部が非接触状態にされることを抑制することができる。

（２）電極組立体１１は、タブ１９ｄ，２０ｄが積層された状態で集められており、当該タブ１９ｄ，２０ｄの積層方向における集められたタブ１９ｄ，２０ｄの厚みｔ１が電極組立体１１の厚みｔ２よりも小さくなっている。よって、タブの積層方向において、通電板１５，１６をケース１２と接触しにくくすることができる。

（３）通電板１５，１６における第１接続部１５ａ，１６ａと第２接続部１５ｂ，１６ｂとの間の部位は、タブ１９ｄ，２０ｄの積層方向において電極組立体１１よりも飛び出していない。よって、タブの積層方向において、通電板１５，１６をよりケース１２と接触しにくくすることができる。

（４）通電板１５，１６における第１接続部１５ａ，１６ａと第２接続部１５ｂ，１６ｂとの間の部位は、タブ１９ｄ，２０ｄの突出方向において電極組立体１１よりも飛び出していない。よって、タブの突出方向において、通電板１５，１６をケース１２と接触しにくくすることができる。

（５）湾曲部１５ｃ，１６ｃは、第１接続部１５ａ，１６ａと第２接続部１５ｂ，１６ｂとの間の部分の全体が、タブ１９ｄ，２０ｄの突出方向に曲げられている。よって、電極組立体１１に慣性力が加わった際に通電板１５，１６の湾曲部１５ｃ，１６ｃにおいて慣性力をより吸収することができる。

実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
・通電板１５，１６における曲げ部の形状として電極組立体１１における外側（ケース側）に湾曲したが、これに代わり、曲げ部は電極組立体１１における内側（電極組立体の活物質層の形成領域側）に湾曲した形状としてもよい。

・通電板の下端部分をタブとの接続部としたが、これに代わり、タブとの接続部を通電板の下端部よりも広くしてもよい。例えば、湾曲形状の部位（図３で説明に用いた湾曲部１５ｃ，１６ｃ）の下半分をタブと溶接してもよい。

・通電板における第１接続部と第２接続部との間にタブの突出方向に曲がる曲げ部を有する導電部材（通電板）は、正極導電部材および負極導電部材の少なくとも一方であればよい。

・通電板における第１接続部と第２接続部との間にタブの突出方向に曲がる曲げ部を有する導電部材は、板材（通電板）により構成しなくてもよく、例えば、棒材で構成してもよい。

・通電板は一回だけ湾曲させた形状であったが、これに代わり、電極組立体１１のタブの幅が大きくなるので、２回以上湾曲させた形状（例えばＳ字形状）であってもよい。
・正極電極、負極電極及びセパレータそれぞれが連続したものを層状に捲回した捲回型の電極組立体であったが、これに限らない。例えば、積層型の電極組立体でもよい。つまり、矩形の正極電極と矩形の負極電極との間にセパレータを介在させて、これらを一定方向に複数積層して構成した積層型の電極組立体に具体化してもよい。

・通電板１５，１６は、タブ１９ｄ，２０ｄとの接続部（第１接続部１５ａ，１６ａ）と端子１３，１４との接続部（第２接続部１５ｂ，１６ｂ）との間の部分の全体が、タブ１９ｄ，２０ｄの突出方向に曲げられていなくてもよい。例えば、図５（ａ）に示すように、通電板４０は、タブ２０ｄとの接続部（第１接続部４０ａ）と、端子１４との接続部（第２接続部４０ｂ）と、湾曲部４０ｃと、直線部４０ｄを有する。曲げ部としての湾曲部４０ｃは第１接続部４０ａと第２接続部４０ｂとの間においてタブ２０ｄの突出方向に曲げられている。

・導電部材（通電板）は、第１接続部と第２接続部との間にタブの突出方向に曲がる湾曲部を有していたが、これに代わり、例えば図５（ｂ）に示すように、通電板５０は、タブ２０ｄとの接続部（第１接続部５０ａ）と、端子１４との接続部（第２接続部５０ｂ）と、コ字状をなす屈曲部５０ｃと、直線部５０ｄを有する。つまり、第１接続部５０ａと第２接続部５０ｂとの間においてタブ２０ｄの突出方向に曲がる屈曲部５０ｃを有していてもよい。

・導電部材（通電板）は、タブと溶接にて接続されるとともに端子と溶接にて接続されていたが、これに限ることなく、例えば、溶着による接合にて接続されていてもよいし、他にも、かしめにより接続されていてもよい。いずれの場合も通電板とタブとの接続が非接続状態にされることを抑制できる。つまり、溶接以外の場合であっても、例えばタブ（金属箔）での不都合発生等を未然に防止することができる。

・実施形態では、正極電極は、正極用金属箔の両面に正極用活物質層を有するとしたが、正極用金属箔の片面のみに正極用活物質層を有していてもよい。同様に、負極電極は、負極用金属箔の両面に負極用活物質層を有するとしたが、負極用金属箔の片面のみに負極用活物質層を有していてもよい。

・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、他の二次電池等であってもよい。

１０…二次電池、１１…電極組立体、１２…ケース、１３…正極端子、１４…負極端子、１５…正極通電板、１５ａ…第１接続部、１５ｂ…第２接続部、１５ｃ…湾曲部、１６…負極通電板、１６ａ…第１接続部、１６ｂ…第２接続部、１６ｃ…湾曲部、１９…正極電極、１９ａ…正極用金属箔、１９ｂ…正極用活物質層、１９ｄ…タブ、１９ｅ…端部、２０…負極電極、２０ａ…負極用金属箔、２０ｂ…負極用活物質層、２０ｄ…タブ、２０ｅ…端部、２１…セパレータ。

Claims (5)

1. 金属薄板に正極用活物質層が形成された正極電極および金属薄板に負極用活物質層が形成された負極電極がセパレータを間に介在する状態で層状に配置された電極組立体と、
   前記電極組立体を収容するケースと、
   前記ケースに取り付けられた正極端子と、
   前記ケースに取り付けられた負極端子と、
   前記電極組立体の正極電極の端部から突出したタブと前記正極端子を電気的に接続する正極導電部材と、
   前記電極組立体の負極電極の端部から突出したタブと前記負極端子を電気的に接続する負極導電部材と、
   を有する蓄電装置であって、
   前記正極導電部材および前記負極導電部材は、それぞれ前記タブとの接続部である第１接続部と、前記正極端子または前記負極端子との接続部である第２接続部とを有し、
   前記正極導電部材および前記負極導電部材の少なくとも一方の導電部材は、前記第１接続部と前記第２接続部との間に前記タブの突出方向に曲がる曲げ部を有することを特徴とする蓄電装置。
2. 前記電極組立体は、前記タブが積層された状態で集められており、当該タブの積層方向における前記集められたタブの厚みが前記電極組立体の厚みよりも小さくなっていることを特徴とする請求項１に記載の蓄電装置。
3. 前記導電部材における前記第１接続部と前記第２接続部との間の部位は、前記タブの積層方向において前記電極組立体よりも飛び出していないことを特徴とする請求項２に記載の蓄電装置。
4. 前記導電部材における前記第１接続部と前記第２接続部との間の部位は、前記タブの突出方向において前記電極組立体よりも飛び出していないことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の蓄電装置。
5. 前記曲げ部は、前記第１接続部と前記第２接続部との間の部分の全体が、前記タブの突出方向に曲げられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の蓄電装置。