JP2017162764A

JP2017162764A - 電池モジュールの製造方法

Info

Publication number: JP2017162764A
Application number: JP2016048291A
Authority: JP
Inventors: 優高木; Masaru Takagi
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-03-11
Filing date: 2016-03-11
Publication date: 2017-09-14
Anticipated expiration: 2036-03-11
Also published as: JP6658130B2

Abstract

【課題】電池モジュール製造中における電池ケースの損傷を抑制する。【解決手段】電極巻回体と電池ケース１３とを含む円筒電池１０と、円筒電池１０が固定される散熱板２２と、散熱板２２に取り付けられる負極バスバーアセンブリ３０と、を備え、電極巻回体１５が負極リード１６を含み、円筒電池１０は、外面に負極リード１６の位置を示すマークを有し、負極バスバーアセンブリ３０が開口３１の周縁から開口３１の内側に向かって延出するバスバー３２とを含む、電池モジュール２０を製造する際に、マーク１４に基づいて、負極リード１６とバスバー３２との間が所定距離だけ離れるように円筒電池１０と負極バスバーアセンブリ３０とを散熱板２２に取り付け、バスバー３２と電池ケース１３の底板１３ａの外面とを溶接する。【選択図】図９

Description

本発明は、円筒電池を用いた電池モジュールの製造方法に関する。

有底筒状の電池ケース内に正極板と負極板とをセパレータを介して巻回した電極巻回体及び電解液を収容し、電池ケースの開口端を封口部材によって封口した円筒電池が用いられている。このような円筒電池では、電極巻回体の負極から引き出された負極リードが電池ケースの底板内面にスポット溶接され、正極板から引き出された正極リードが封口部材の封口蓋に接続されているので、電池ケースが電池の負極出力端子となり、封口蓋が電池の正極出力端子となる（例えば、特許文献１参照）。

また、特許文献１のような円筒電池を複数接続した電池モジュールが用いられている。電池モジュールは、複数の円筒電池と、これらの円筒電池を多段多列に配列して保持する電池ホルダと、各円筒電池の端部電極を接続するリード板とを備えている。このような電池モジュールは、電池ホルダの所定位置に円筒電池を固定した後、リード板を各円筒電池の正極端子である封口蓋、負極端子である電池ケースに抵抗溶接して製造される（例えば、特許文献２参照）。

特開２０００―９０９７４号公報特開２０１２―２４３５３５号公報

ところで、特許文献１に記載されたような円筒電池を用いて特許文献２に記載された電池モジュールを製造する場合、電池ケースの底板内面にスポット溶接された負極リードと底板外面のリード板とが重なる位置となってしまう場合がある。この場合、底板外面とリード板を抵抗溶接する際の電流が分流して底板と負極リードとの間に流れてしまい、発熱によって電池ケースの底板が損傷してしまうという場合があった。

そこで、本発明は、電池モジュール製造中における電池ケースの損傷を抑制することを目的とする。

本発明の電池モジュールの製造方法は、正極板と負極板とをセパレータを介して円筒状に巻回した電極巻回体と前記電極巻回体を収容する有底円筒型の電池ケースとを含む円筒電池と、前記円筒電池の外径が固定される丸孔を有する散熱板と、前記散熱板に取り付けられるバスバーアセンブリと、を備え、前記電極巻回体が前記負極板から引き出され、前記電池ケースの底板内面に溶接される負極リードを含み、前記円筒電池は、外面に前記負極リードの位置を示すマークを有し、前記バスバーアセンブリが前記丸孔の配置に合わせて設けられた開口と前記開口の周縁から前記開口の内側に向かって延出するバスバーとを含む、電池モジュールの製造方法であって、前記マークに基づいて、前記負極リードと前記バスバーとの間が所定距離だけ離れるように前記円筒電池と前記バスバーアセンブリとを前記散熱板に取り付け、前記バスバーと前記電池ケースの底板外面とを溶接することを特徴とする。

本発明は、電池モジュール製造中における電池ケースの損傷を抑制することができる。

本発明の実施形態の製造方法により製造した電池モジュールの概略斜視図である。本発明の実施形態の製造方法により製造した電池モジュールの分解斜視図である。図１に示す電池モジュールのＡ−Ａ断面である。図２に示す電池モジュールの負極バスバー板を示す上側から見た平面図である。図２に示す電池モジュールの負極バスバーアセンブリを示す上側から見た斜視図である。図２に示す電池モジュールの円筒電池の製造工程を示す説明図である。図６に示す電極巻回体を構成する正極板と負極板とセパレータとを示す説明図である。図２に示す電池モジュールの散熱板に円筒電池を組み込む工程を示す電池モジュール下側から見た斜視図である。図２に示す電池モジュールの散熱板に円筒電池とバスバーアセンブリを取り付けた状態を示す電池モジュール下側から見た斜視図である。

以下、図面を参照しながら本発明の本実施形態の電池モジュール２０の製造方法について説明するが、その前に、本実施形態の製造方法によって製造される電池モジュール２０の構造について簡単に説明する。なお、各図中の、上、下、前、後、右、左の文字は電池モジュール２０の上下前後左右の方向を示す。

図１に示すように、電池モジュール２０は略直方体形状で、複数の円筒電池１０が固定される金属製の散熱板２２と、散熱板２２の上に取り付けられて円筒電池１０の周囲を囲む樹脂製のカバー２３と、散熱板２２の下側に取り付けられる底蓋２５と、カバー２３の上部を覆う天井蓋２４とを含んでいる。

図２に示すように、散熱板２２は、円筒電池１０が差し込み固定される多数の丸孔２２ａが設けられた、例えば、アルミニウム等の金属板である。散熱板２２の厚さは、丸孔２２ａの円筒面によって円筒電池１０を保持することができる程度の厚さ、例えば、１０〜２０ｍｍ程度、である。図２、３に示すように、円筒電池１０は、散熱板２２に対して立て方向で、各円筒電池１０が平行に並ぶように接着剤３８によってその外径が固定されている。

樹脂製のカバー２３は、各円筒電池１０の正極端子１１が突出する穴２３ｃが設けられた天井板２３ａと散熱板２２に組み付けられた複数の円筒電池１０の外周を覆う四角筒２３ｂとから構成されている。図３に示すように、カバー２３を散熱板２２の上に取り付けると、カバー２３の天井板２３ａの穴２３ｃからは各円筒電池１０の正極端子１１が突出する。カバー２３の穴２３ｃの上側にはいくつかのグループごとに円筒電池１０の正極端子１１を接続する複数の正極バスバー板２６が取り付けられ、その上に天井蓋２４が取り付けられる。

散熱板２２の下側には円筒電池１０の負極端子１２をいくつかのグループ毎に接続する負極バスバーアセンブリ３０が取り付けられる。負極バスバーアセンブリ３０は、図４に示す３枚の負極バスバー板３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃを、図５に示すように樹脂３３でモールドした板状の部材である。図４に示すように、各負極バスバー板３４Ａ〜３４Ｃは、散熱板２２の丸孔２２ａの配置に合わせて設けられた円形の開口３１と、開口３１の周縁から開口の内側に向かって延出する切片状のバスバー３２を備えている。バスバー３２は円筒電池１０の負極端子１２に溶接により接続される。図４，５に示すように、本実施形態では、バスバー３２は、電池モジュール２０の左側から右側に向かって延出している。また、バスバー３２は、円形の開口３１の中心よりも電池モジュール２０の前側に寄った位置に取り付けられている。このため、バスバー３２と開口３１との前後方向の距離は、電池モジュール２０の後側が前側よりも大きくなっている。

図２に示すように、負極バスバーアセンブリ３０の下側には、中央がトレイ状に凹み、底面に補強用の凹凸部が形成された底蓋２５が取り付けられている。底蓋２５は、伝熱性の高いアルミ等の金属製である。

正極バスバー板２６、負極バスバー板３４は、それぞれ一つのグループの円筒電池１０の正極端子１１同士、負極端子１２同士を接続するもので、各バスバー板２６，３４で接続されるグループの円筒電池１０は並列に接続される。そして、正極バスバー板２６と負極バスバー板３４とを接続バスバー（図示せず）で接続することにより、複数の円筒電池１０が並列接続されたグループを直列に接続した電池モジュール２０が構成される。

次に、図６を参照しながら、図１から図５を参照して説明した電池モジュール２０に組み込まれる円筒電池１０の製造工程について説明する。

図６（ａ）に示す電極巻回体１５は、図７（ａ）、（ｂ）に示す正極板１２２と負極板１２１とをセパレータ１２３，１２４を介して円筒状に巻回したものである。円筒状の電極巻回体１５は負極板１２１から引き出された負極リード１６と、正極板１２２から引き出された正極リード１７とを有している。負極リード１６は、電極巻回体１５の外周側の負極板から引き出されており、正極リード１７は、電極巻回体１５の中心の孔１８の近傍の正極板から引き出されている。また、電極巻回体１５は、中心に孔１８を形成するように巻回されている。

図７（ａ）に示すように、負極板１２１は、集電箔１２１ａと、集電箔１２１ａの表面に形成された負極活物質層１２１ｂとを有する。負極活物質層１２１ｂは、図７（ａ）中では、集電箔１２１ａの下側の表面に形成されるので、破線のハッチングで示す。なお、図７（ａ）、（ｂ）において、Ｙは負極板１２１と正極板１２２とセパレータ１２３，１２４との積層方向を示し、ＸはＹと直角方向を示す。

また、同様に、正極板１２２は、集電箔１２２ａと、集電箔１２２ａの表面に形成された正極活物質層１２２ｂとを有する。正極活物質層１２２ｂは、図７（ａ）中では、集電箔１２２ａの上側の表面に形成されるので、実線のハッチングで示す。

電極巻回体１５は、図７（ｂ）に示すように、負極板１２１の負極活物質層１２１ｂと正極板１２２の正極活物質層１２２ｂとの間にセパレータ１２３を挟んで積層し、図７（ｂ）に示すＤの方向に長く延びる帯状の薄板とし、この帯状の薄板をセパレータ１２４と共に図７（ａ）、図７（ｂ）に示す方向Ｄが周方向となるように円筒状に巻回したものである。

次に、図６（ｂ）に示すような底板１３ａを有する有底円筒状の電池ケース１３を準備する。本実施形態では、電池ケース１３はステンレス鋼板を成形したものである。電池ケース１３の側面には、マーク１４が設けられている。マーク１４は印刷あるいは塗装等によって設けることができる。

次に、図６（ｃ）に示すように、電極巻回体１５の負極リード１６の周方向位置と電池ケース１３のマーク１４の周方向位置を合わせて、電極巻回体１５を電池ケース１３の中に挿入する。本実施形態では、図６（ｃ）に示すように、電池ケース１３のマーク１４を左側にセットし、電極巻回体１５の負極リード１６の位置がマーク１４と同様、左側となるように位置合わせして電極巻回体１５の中に挿入する。この際、電極巻回体１５の外周側から引き出されている負極リード１６は、電池ケース１３の底板１３ａに溶接できるよう、図６（ｃ）に破線で示すように、外周側から中心に向かって折り曲げられる。また正極リード１７の先端は、後で説明する封口蓋１９と接続できるように、Ｌ字形に折り曲げられる。

図６（ｄ）に示すように、電池ケース１３の底板１３ａに負極リード１６が接するまで電極巻回体１５を挿入したら、電極巻回体１５の中心の孔１８に電極棒４１を差し込んで、電池ケース１３の底板１３ａと負極リード１６との間に電流を流し、底板１３ａの内面と負極リード１６とを溶接で接続する。図６（ｅ）に示すように、溶接が終ると、電池ケース１３のマーク１４の周方向位置は、負極リード１６の周方向位置と一致している。従って、マーク１４は、負極リード１６の周方向位置を示すものとなる。

図６（ｆ）に示すように、負極リード１６の溶接が終了したら、電池ケース１３の内部に電解液を注入し、封口蓋１９と正極リード１７とが接続するように、電池ケース１３の上部に封口蓋１９を取り付ける。

図６（ｇ）に示すように、組み立て終った円筒電池１０の電池ケース１３の底板１３ａは、円筒電池１０の負極端子１２となり、封口蓋１９は、円筒電池１０の正極端子１１となる。また、外面のマーク１４は、図６（ｈ）に示すように、負極リード１６の周方向位置を示すものとなっており、負極リード１６はマーク１４の位置から底板１３ａの中心まで向かって半径方向に延びている。

次に、図８に示すように、散熱板２２の下側の面から円筒電池１０を散熱板２２の丸孔２２ａに挿入する。先に、図２〜５を参照して説明したように、本実施形態では、バスバー３２は、電池モジュール２０の左側から右側に向かって開口３１に延出しており、バスバー３２の位置は電池モジュール２０の前側寄りに配置されている。そこで、負極リード１６の延びる方向とバスバー３２の延出する方向とが重ならず、負極リード１６の先端がバスバー３２からできるだけ離れるように、マーク１４を電池モジュール２０の後側にして円筒電池１０を丸孔２２ａに挿入する。そして、図３を参照して説明したように、円筒電池１０の外径を接着剤３８で散熱板２２に固定する。

全ての円筒電池１０を丸孔２２ａに挿入して散熱板２２に固定したら、散熱板２２の下側、つまり、電池モジュール２０の下側から図５を参照して説明した負極バスバーアセンブルを取り付ける。すると、図９に示すように、バスバー３２の延出する方向と負極リード１６の延びる方向は、９０°ずれてバスバー３２と負極リード１６とは互いに重ならない位置関係となる。また、負極リード１６は、バスバー３２と開口３１との距離が大きい電池モジュール２０の後側に位置している。このため、負極リード１６の先端と、バスバー３２の先端との間には、水平方向に距離ｄだけ隙間ができる。距離ｄは、例えば、１ｍｍ程度であってもよい。

この後、バスバー３２の先端中央の凹部３２ａに電極棒４１を当て、バスバー３２と電池ケース１３の底板１３ａとの間に電流を流し、バスバー３２と底板１３ａの外面との間を溶接する。バスバー３２と負極リード１６との間には１ｍｍ程度の距離があるので、溶接電流は底板１３ａと負極リード１６との間に分流せず、底板１３ａの温度が上昇して底板１３ａが損傷することを抑制することができる。

以上説明した実施形態では、バスバー３２の延出する方向と円筒電池１０の内部の負極リード１６の延びる方向とが９０°ずれるように、マーク１４を電池モジュール２０の後側にして円筒電池１０を散熱板２２の丸孔２２ａに挿入することとして説明したが、バスバー３２の延出方向と負極リード１６の延びる方向とが重ならない範囲で、バスバー３２と負極リード１６との間に１ｍｍ程度の距離ができるなら、例えば、マーク１４を電池モジュール２０の後側から右側に４５°程度まで、あるいは左側に４５°程度まで傾けた範囲として円筒電池１０を散熱板２２に挿入してもよい。

また、先に説明した電池モジュール２０と異なり、バスバー３２が電池モジュール２０の右側から左側に向かって開口３１の内側に延出していても、バスバー３２が円形の開口３１の中心よりも電池モジュール２０の前側に寄った位置に取り付けられている場合には、バスバー３２と開口３１との前後方向の距離は、電池モジュール２０の後側が前側よりも大きくなるので、上記実施形態と同様、マーク１４を電池モジュール２０の後側にして円筒電池１０を散熱板２２の丸孔２２ａに挿入してもよい。

一方、バスバー３２が円形の開口３１の中心よりも電池モジュール２０の後側に寄った位置に取り付けられている場合には、バスバー３２と開口３１との前後方向の距離は、電池モジュール２０の前側が後側よりも大きくなるので、上記実施形態とは逆に、マーク１４の位置を電池モジュール２０の前側、あるいは、前側から右側に４５°程度まで、あるいは左側に４５°程度まで傾けた範囲として円筒電池１０を散熱板２２の丸孔２２ａに挿入してもよい。

つまり、バスバー３２と負極リード１６との間に所定の距離ができるようにするには、バスバー３２と開口３１との距離が大きい側で、バスバー３２の延びる方向と負極リード１６の延びる方向とが所定角度だけずれる範囲に円筒電池１０のマーク１４が位置するようにして円筒電池１０を散熱板２２の丸孔２２ａに挿入すればよい。

以上説明したように、本実施形態の電池モジュール２０の製造方法は、円筒電池１０に負極リード１６の方向を示すマーク１４を設けておき、このマーク１４に基づいて、負極リード１６とバスバー３２とが重ならず、その間が所定距離だけ離れるように円筒電池１０と負極バスバーアセンブリ３０とを散熱板２２に取り付けて、バスバー３２と電池ケース１３の底板１３ａとを溶接するので、溶接電流の底板１３ａと負極リード１６との間へ分流を抑制することができる。このため、バスバー３２と底板１３ａの溶接の際に底板１３ａの温度が上昇して底板１３ａが損傷することを抑制することができる。

以上説明した実施形態では、電池ケース１３の外面に予め塗装等でマーク１４を設けておき、電極巻回体１５の負極リード１６の周方向位置をマーク１４に合わせて電極巻回体１５を電池ケース１３に挿入することで、マーク１４が負極リード１６の周方向位置を示すようにすることとして説明したが、円筒電池１０の組み立て中に負極リード１６の方向を確認しておき、円筒電池１０の組み立て後に電池ケース１３の外面に塗装、刻印等でマーク１４を設けてもよい。また、円筒電池１０の組み立て後に封口蓋１９に刻印等でマーク１４を設けてもよい。

また、本実施形態では、電極巻回体１５の負極リード１６を電池ケース１３の底板１３ａの内面に溶接することとして説明したが、本発明は、正極リード１７を電池ケース１３の底板１３ａの内面に溶接する場合にも適用できる。

１０円筒電池、１１正極端子、１２負極端子、１３電池ケース、１３ａ底板
１４マーク、１５電極巻回体、１６負極リード、１７正極リード、１８孔、１９封口蓋、２０電池モジュール、２２散熱板、２２ａ丸孔、２３カバー、２３ａ天井板、２３ｂ四角筒、２３ｃ穴、２４天井蓋、２５底蓋、２６正極バスバー板、３０負極バスバーアセンブリ、３１開口、３２バスバー、３２ａ凹部
３３樹脂、３４，３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃ負極バスバー板、３８接着剤、４１電極棒、１２１負極板、１２１ａ集電箔、１２１ｂ負極活物質層、１２２正極板、１２２ａ集電箔、１２２ｂ正極活物質層、１２３，１２４セパレータ。

Claims

正極板と負極板とをセパレータを介して円筒状に巻回した電極巻回体と前記電極巻回体を収容する有底円筒型の電池ケースとを含む円筒電池と、
前記円筒電池の外径が固定される丸孔を有する散熱板と、
前記散熱板に取り付けられるバスバーアセンブリと、を備え、
前記電極巻回体が前記負極板から引き出され、前記電池ケースの底板内面に溶接される負極リードを含み、
前記円筒電池は、外面に前記負極リードの位置を示すマークを有し、
前記バスバーアセンブリが前記丸孔の配置に合わせて設けられた開口と前記開口の周縁から前記開口の内側に向かって延出するバスバーとを含む、電池モジュールの製造方法であって、
前記マークに基づいて、前記負極リードと前記バスバーとの間が所定距離だけ離れるように前記円筒電池と前記バスバーアセンブリとを前記散熱板に取り付け、
前記バスバーと前記電池ケースの底板外面とを溶接する電池モジュールの製造方法。