JP2017111853A - ラミネート型電池の電極板積層固定構造 - Google Patents

Abstract

【課題】積層される電極板同士の接続が強固に行えるようにする。【解決手段】リチウムイオン二次電池における重ねられた複数枚の電極板５２，５３の接続部５２ａ，５３ａ同士が重なり合ってできる接続部群１３の接続部５２ａ，５３ａ同士を接続する電極板積層固定構造１１において、接続部群１３の外面に直接又は間接に圧接する圧接部、及び圧接部と一体で接続部群１３に突き刺さって反対側の面に突き抜ける切り込み部を有した本体部材２１と、切り込み部の先端部で接続部群１３の面方向に広がって接続部群１３を圧接部との協働で挟持して接続部群１３に直接又は間接に圧接する挟持部を有した留め部材２２で構成される固定具１２で固定する。【選択図】図１

Description

この発明は、リチウムイオン二次電池などのようなラミネート型電池の電極板同士を電気的に接続するための技術に関し、より詳しくは、電極板同士の積層状態での接続が強固に行えるような電極板積層固定構造に関する。

リチウムイオン電池は、金属箔からなる集電体の表裏両面に活物質を有するシート状の電極板を備えている。電極板は正極のものと負極のものが用意され、これらがセパレータを介して必要数交互に積層される。積層は、正極の電極板と負極の電極板における活物質を有しない端部をそれぞれ反対方向に向けてなされる。重なり合った電極板の端部は互いに接続されるとともに、タブも重ねて接続される。

電極板同士とタブの接続は、例えば下記特許文献１に開示されているように超音波溶接で行われている。

しかし、超音波溶接は、接合する金属同士を重ねた状態で超音波振動を発生させて接合界面で原子結合させるものであるが、接合される金属の表面には酸化被膜や汚れなどの不純物があるので、接合界面にそれらが残ることがある。このため超音波溶接で接合した部分は、良好な安定性を得られるように接合したつもりでも振動で外れることがある。

特開２００５−２２２７８８号公報

そこで、この発明は、電極板同士の接続が強固に行えるようにすることを主な目的とする。

そのための手段は、ラミネート型電池における重ねられた複数枚の電極板の接続部同士が重なり合ってできる接続部群の前記接続部同士を接続する電極板積層固定構造であって、前記接続部群の外面に直接又は間接に圧接する圧接部と、該圧接部と一体で前記接続部群に突き刺さって反対側の面に突き抜ける切り込み部と、該切り込み部の先端部で前記接続部群の面方向に広がって前記接続部群を前記圧接部との協働で挟持して前記接続部群に直接又は間接に圧接する挟持部を有した固定具を備えるラミネート型電池の電極板積層固定構造である。

この構成では、固定具の圧接部と切り込み部と挟持部がそれぞれ別方向から接続部群を圧縮して接続部の積層状態を保持するとともに、接続部群に対して直接又は間接に密着して、電極板の接続部同士を電気的に接続する。

この発明によれば、接続部群に切り込んで貫通する切り込み部と、切り込み部と一体の圧接部、圧接部と協働で接続部群を挟持する挟持部を有する固定具によって積層された接続部を固定するので、電極板同士の接続が振動で外れないように強固に行える。

電極板積層固定構造をあらわす斜視図。 電極板積層固定構造の平面図。 リチウムイオン二次電池の概略構成図。 リチウムイオン二次電池における電極板部分の構造を示す断面図。 電極板積層固定構造における固定具部分の断面図。 固定具固定前の状態を示す片側断面側面図。 他の例に係る電極板積層固定構造における固定具部分の断面図。 他の例に係る電極板積層固定構造の平面図。 他の例に係る電極板積層固定構造における固定具部分の断面図。

この発明を実施するための一形態を、以下図面を用いて説明する。
図１に、ラミネート型電池の電極板積層固定構造１１の概略を表す斜視図、図２は電極板積層固定構造１１の平面図を示している。これらの図に示すように、電極板積層固定構造１１は固定具１２を用いて構成するものである。

まず、ラミネート型電池の一例としてのリチウムイオン二次電池５１の概略構造について図３を用いて説明する。リチウムイオン二次電池５１は、金属箔からなる集電体の表裏両面に活物質が備えられたシート状の正極の電極板５２と負極の電極板５３が、図４にも示したように、これらの間にセパレータ５４を介装して必要枚数積層されている。電極板５２，５３は活物質のない接続部５２ａ，５３ａを一端部に有し、この接続部５２ａ，５３ａは正極の電極板５２と負極の電極板５３とでそれぞれ反対方向に向けて積層される。正極の電極板５２における接続部５２ａと負極の電極板５３における接続部５３ａは、それぞれ重なり合い、この状態の接続部５２ａ，５３ａに方形板状のタブ５５が一部を重ねた状態で接続されている。

このような電極板５２，５３は、図１に示したように絶縁シート５６で被覆されて電解液（図示せず）とともに、タブ５５の先端部を露出した状態でラミネートフィルム５７によって被覆される（図３参照）。

タブ５５の厚さは適宜設定され、電極板５２，５３を構成する金属箔よりも厚い。この厚さは例えば０．１ｍｍ〜０．５ｍｍほどである。

図示例では、リチウムイオン二次電池５１の相反する２辺のうちの一方の辺に正極のタブ５５ａを、他方の辺に負極のタブ５５ｂを備えた例を示したが、リチウムイオン二次電池５１は正極のタブ５５ａと負極のタブ５５ｂを同一辺に並べて備えたものであってもよい。

つぎに、電極板５２，５３の接続部５２ａ，５３ａ同士を接続する積層固定構造１１について説明する。

複数枚の電極板５２，５３の接続部５２ａ，５３ａ同士が重なり合ってできる接続部群１３は、図１に示したように薄いシート状になる。この接続部群１３の中間部分に、タブ５５の一部が重ねられて、重なり合った部分に適宜数の固定具１２が固定される。固定具１２の個数も配置も適宜設定される。図５が固定具１２による固定がなされた状態の固定具１２とその近傍の断面図である。

図５に示したようにこの電極板積層固定構造１１は、接続部群１３の外面に直接又は間接に圧接する圧接部１４と、圧接部１４と一体で接続部群１３に突き刺さって反対側の面に突き抜ける切り込み部１５と、切り込み部１５の先端で接続部群１３の面方向に広がって接続部群１３を圧接部１４との協働で挟持して接続部群１３に直接又は間接に圧接する挟持部１６を有した固定具１２を備えている。

固定具１２は、導電性を有し冷間鍛造ができる材料で形成されており、図６に示したように本体部材２１と留め部材２２で構成される。本体部材２１は前述の圧接部１４と切り込み部１５を構成する部材であり、留め部材２２は前述の挟持部１６を構成する部材である。

本体部材２１は円筒状をなす円筒部２３と、円筒部２３の一端から外方に広がる鍔状の円環部２４を有する。円筒部２３は接続部群１３の厚さよりも長く形成されており、基部側の部分が切り込み部となる部分で、円筒部２３の先端側の先端側部２３ａは接続部群１３に突き刺さった後でかしめられる部分である。円筒部２３の先端は、接続部群１３に突き刺さりやすい尖った形状に形成されている。

円環部２４は円筒部２３から滑らかに連続し、円筒部２３側の部分には、接続部群１３から離れる方向に膨らむ凹所２５を備えている。円環部２４の外周方向の長さは、接続部群１３に固定したときに接続部群１３の厚さや留め部材２２などとの関係で十分な挟持を行える長さに設定されている。

留め部材２２は中央に貫通穴２６を有する円形の皿状である。貫通穴２６の大きさは本体部材２１の円筒部２３を遊嵌する大きさに形成されている。貫通穴２６の縁部２７は平らな部分を若干有し、本体部材２１の凹所２５に対向する部位に形成されている。また縁部２７は、留め部材２２の中では接続部群１３に近づく方向に最も突出しており、接続部群１３に対して強く押圧力を発揮する押圧部分となる。

この縁部２７より外周側に、接続部群１３から離れる方向に斜めに延設され、本体部材２１の円環部２４の外周縁２４ａに対向する部位に接続部群１３から離れる方向に膨らむ円弧状の凹所２８が形成され、この凹所２８の外周縁２９が接続部群１３側に若干せり出している。

このような構成の固定具１２の本体部材２１と留め部材２２を、接続部群１３とタブ５５を挟んで対峙させ、本体部材２１と留め部材２２で接続部群１３の固定部位を挟んで押しつけると、本体部材２１の円筒部２３は接続部群１３に突き刺さって反対側に抜け、円筒部２３で切断された部分は円筒部２３の内側から脱落する。円筒部２３の先端側部２３ａは図５に示したようにかしめられ、折り返されるように屈曲変形された円筒部２３の先端側部２３ａが留め部材２２を押圧する。

この結果、前述のような電極板積層固定構造１１が得られる。この電極板積層固定構造１１は、具体的には、接続部群１３の外面にタブ５５を介して間接に圧接する圧接部１４と、圧接部１４と一体でタブ５５と接続部群１３に突き刺さって接続部群１３の反対側の面に突き抜ける切り込み部１５と、切り込み部１５の先端部で接続部群１３の面方向に広がって接続部群１３を圧接部１４との協働で挟持して接続部群１３に対して直接に圧接する挟持部１６を有した固定具１２を備えている。

接続部群１３における固定具１２を備えた部位では、圧接部１４、切り込み部１５および挟持部１６を構成する本体部材２１と留め部材２２によって、具体的には本体部材２１の凹部２５と留め部材２２の縁部２７、および本体部材２１の外周縁２４ａと留め部材２２の外周縁２９によって、接続部群１３が厚み方向に圧縮され波打つように変形されるとともに、切り込み部１５と挟持部１６との間に挟まれる被挟持部１７が形成される。

このように構成された電極板積層固定構造１１では、切り込み部１５が突き刺さった部位の近傍で本体部材２１と留め部材２２が一体となって接続部群１３とタブ５５に圧接する。接続部群１３とタブ５５は、厚み方向で圧縮されるうえに被挟持部１７が形成されるうえに、本体部材２１と留め部材２２がかしめにより固定されるので、高い密着度と、振動等で容易に分離しない強力な固定状態が得られることになる。

しかも挟持部１６はかしめられる本体部材２１とは別の部材である留め部材２２に形成されているので、かしめた部分で直接に圧接する場合に比して、当たりを軟らかくすることができる。しかも、挟持部１６となる留め部材２２の縁部２７は、水平な面で構成したので、電極板５２，５３の接続部５２ａ，５３ａに圧接しても接続部５２ａ，５３ａを不測に破断してしまうようなことを回避できる。

また、本体部材２１の円筒部２３の先端側部２３ａがかしめられるので、固定時の本体部材２１高さは低くなる。そのうえ留め部材は皿状に形成されており、筒状部２３の先端側部２３ａが収まるので、固定具１２全体として薄く形成できる。このため、ラミネート５６で被覆される電極板の固定構造としてふさわしいものとなる。

接続部群１３にはタブ５５を重ねて固定をしているので、タブ５５の接続も簡素に行える。タブ５５は接続部群１３の外面に重ねるのではなく内部に差し込むことも可能である。

さらに、本体部材２１の円筒部２３が固定に際してタブ５５と接続部群１３の一部を切除するので、軽量化をはかることができる。

以下、その他の例について説明する。この説明において、前述の構成と同一または類似の部位については同一の符号を付してその詳しい説明を省略する。
図７は、他の例に係る電極板積層固定構造１１における固定具１２による固定がなされた状態の固定具１２とその近傍の断面図である。この図に示すように、固定具１２の切り込み部１５が複数設けられるとともに、これら切り込み部１５が圧接部１４の輪郭に沿って間欠配置されている。具体的には、本体部材２１は円形をなす円環部２４を有し、この円環部２４に対して同形同大の５個の起立片３１が均等に配設されている。起立片３１の形状は適宜設定されるが、この例では略半楕円形に形成されている。留め部材２２は、略円板状に形成されており、起立片３１に対応する部位より若干内周側の部位に、全周にわたって接続部群１３側に突出する凸部３２を有している。この凸部３２より外周側の部分には、起立片３１を侵入させるとともに、起立片３１の先端側部を変形させる変形湾曲部３３を有している。変形湾曲部３３は起立片３１の先端側部３１ａを外周方向に広げたのち接続部群１３側に折り返すように変形させるもので、極力平らに形成されている。変形湾曲部３３の先端縁３３ａは、水平に近い緩やかな傾斜状であり、本体部材２１の凹所２５に対向する位置に形成されている。

このような固定具１２を備えた電極板積層固定構造１１は、具体的には、接続部群１３の外面にタブ５５を介して間接に圧接する圧接部１４と、圧接部１４と一体でタブ５５と接続部群１３に突き刺さって接続部群１３の反対側の面に突き抜ける切り込み部１５と、切り込み部１５の先端部で接続部群１３の面方向に広がって接続部群１３を圧接部１４との協働で挟持して接続部群１３に対して直接に圧接する挟持部１６を有した固定具１２を備えている。接続部群１３における固定具１２を備えた部位には、本体部材２１の凹部２５と留め部材２２の変形湾曲部３３の先端縁３３ａ、本体部材２１の外周縁２４ａ、および留め部材２２の凸部３２によって、接続部群１３が厚み方向に圧縮され波打つように変形されるとともに、切り込み部１５と挟持部１６との間に挟まれる被挟持部１７が形成される。

このように構成された電極板積層固定構造１１でも、前述と同様に、高い密着度と、振動等で容易に分離しない強力な固定状態が得られることになる。

図８は、他の例に係る電極板積層固定構造１１の平面図である。この電極板積層固定構造１１は、接続部群１３が電極板５２，５３同士を接合する超音波溶接部３５を有するものである。具体的には、接続部群１３とタブ５５の重なり合う部分に、これらを接合する超音波溶接部３５が形成されている。超音波溶接部３５は所定の間隔をあけて複数形成される。固定具１２は、超音波溶接部３５と非接触で、または超音波溶接部３５と接触状態で固定される。

このような構成の電極板積層固定構造１１では、超音波溶接部３５が導通部分となるとともに固定具１２が接続部群１３とタブ５５の接合状態を得るので、確実な導通性が得られる。しかも、超音波溶接部３５を固定具１２の固定よりも先に形成するので、接続部群１３とタブ５５の位置関係が安定し、固定具１２の固定作業が容易、かつ正確に行える。このため、位置ずれのない所望の固定状態が得られる。

超音波溶接部３５は、タブ５５を重ねる部位以外の部位に形成することもできる。

図９は、他の例に係る電極板積層固定構造１１の固定具１２部分の断面図である。

この電極板積層固定構造１１は、固定具１２の留め部材２２に、電線６１を接続する連結部３７を備えている。連結部３７は、留め部材２２の外周縁に短冊状に一体形成され、連結部３７には、電線６１の導体６２をかしめる環状のかしめ部３７ａが形成されている。

以上はこの発明を実施するための一形態の構成であり、この発明は前述の構成のみに限定されるものではなく、その他の構成を採用することができる。

１１…電極板積層固定構造
１２…固定具
１３…接続部群
１４…圧接部
１５…切り込み部
１６…挟持部
１７…被挟持部
２１…本体部材
２２…留め部材
５１…リチウムイオン二次電池
５２，５３…電極板
５２ａ，５３ａ…接続部
５５…タブ

Claims (6)

1. ラミネート型電池における重ねられた複数枚の電極板の接続部同士が重なり合ってできる接続部群の前記接続部同士を接続する電極板積層固定構造であって、
   前記接続部群の外面に直接又は間接に圧接する圧接部と、
   該圧接部と一体で前記接続部群に突き刺さって反対側の面に突き抜ける切り込み部と、
   該切り込み部の先端部で前記接続部群の面方向に広がって前記接続部群を前記圧接部との協働で挟持して前記接続部群に直接又は間接に圧接する挟持部を有した固定具を備える
   ラミネート型電池の電極板積層固定構造。
2. 前記固定具の前記挟持部が、前記切り込み部を有する部材とは別の部材に形成された
   請求項１に記載のラミネート型電池の電極板積層固定構造。
3. 前記接続部群に一部が重ねられたタブを有し、
   前記接続部群における前記タブを重ねた部位に前記固定具を備えた
   請求項１または請求項２に記載のラミネート型電池の電極板積層固定構造。
4. 前記接続部群が前記各電極板同士を接合する超音波溶接部を有する
   請求項１から請求項３のうちいずれか一項に記載のラミネート型電池の電極板積層固定構造。
5. 前記固定具の前記切り込み部が複数設けられるとともに、これら切り込み部が前記圧接部の輪郭に沿って間欠配置された
   請求項１から請求項４のうちいずれか一項に記載のラミネート型電池の電極板積層固定構造。
6. 前記接続部群における前記固定具を備えた部位に、前記切り込み部と前記挟持部との間に挟まれる被挟持部が形成された
   請求項１から請求項５のうちいずれか一項に記載のラミネート型電池の電極板積層固定構造。

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