JP2018081860A - 二次電池 - Google Patents

Abstract

【課題】クラッド材の使用面積を最小限とすることにより、低コスト化が可能となり、かつクラッド材の厚みに依存することなく、外部端子の厚みを自由に設計することができる。【解決手段】本発明に記載の二次電池１は、電極群４０と、電極群４０と接続される集電板２１、３１と、電極群４０及び集電板２１、３１とを収納し、開口を有する電池缶４と、電池缶４の開口を塞ぎ、外部端子６１、７１が配置された電池蓋３と、外部端子６１、７１と集電板２１、３１とをつなぐ接続端子７２を有し、接続端子７２は、外部端子７２との伝道経路の間にクラッド材６０を有し、当該クラッド材６０を挟持する。【選択図】図５

Description

本発明は、車載用途等に使用される二次電池に関する。

従来、再充電可能な二次電池の分野では、鉛電池、ニッケル−カドミウム電池、ニッケル−水素電池等の水溶液系電池が主流であった。しかし、電気機器の小型化、軽量化が進むに連れ、高エネルギー密度を有するリチウムイオン二次電池が着目され、その研究、開発および商品化が急速に進められている。また、地球温暖化や枯渇燃料の問題から電気自動車（以下、ＥＶ）や駆動の一部を電気モーターで補助するハイブリッド電気自動車（以下、ＨＥＶ）が各自動車メーカーで開発され、その電源として高容量で高出力な二次電池が求められるようになっている。

このような要求に合致する電源として、高電圧の非水溶液系のリチウムイオン二次電池が注目されている。特に、扁平箱型の電池容器を備えた角形リチウムイオン二次電池は、パック化した際の体積効率が優れているため、ＨＥＶ、ＥＶ、またはその他の機器に搭載される電源として需要が増大している。このような密閉型の電池容器を備える角形二次電池を複数直列に接続して組電池とするために、各電池の正負極外部端子にバスバーを接続することが行われている。バスバー接続において、近年、組電池の軽量化および低コスト化を目的として、正負極外部端子のバスバー接続部をアルミニウム材とすることで、アルミニウム製のバスバーを使用することがある。

例えば、特許文献１に記載の角形二次電池は、負極外部端子が一定の板厚でかつ略一定幅で電池蓋の長辺方向に沿って延在する平板形状を有している。また負極外部端子は、アルミニウム合金と銅合金などの異種金属からなるクラッド材により構成されている。したがって、正負極外部端子のバスバー接続部を同種金属とすることにより、バスバーを同種金属とすることが可能な構成となっている。

特開２０１４−２２９４８３号公報

しかしながら、特許文献１に記載された角形二次電池では、負極外部端子が一定の板厚で電池蓋の長辺方向に沿って延在する平板形状であることから、例えば外部端子とバスバーを重ね溶接により接続する場合、外部端子の貫通を避けるため、ある厚み以上となるように異種金属からなるクラッド材の総厚を増やす必要がある。そのため、外部端子の板厚は、クラッド材の板厚に依存しており、クラッド材の製造制約上においては、自由に厚みを設定することが困難となることがある。また、平板形状であるクラッド材の使用面積が大きいほど、高コストとなる虞がある。

本発明は、前記の課題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、クラッド材の使用面積を極力減らし、かつ外部端子の厚みの設計自由度に優れ、確実に安定してバスバー接続ができる二次電池を提供することにある。

前記の目的を達成すべく、本発明に記載の二次電池１は、電極群４０と、電極群４０と接続される集電板２１、３１と、電極群４０及び集電板２１、３１とを収納し、開口を有する電池缶４と、電池缶４の開口を塞ぎ、外部端子６１、７１が配置された電池蓋３と、外部端子６１、７１と集電板２１、３１とをつなぐ接続端子７２を有し、接続端子７２は、外部端子７２との伝道経路の間にクラッド材６０を有し、当該クラッド材６０を挟持する。

本発明によれば、クラッド材の使用面積を最小限とすることにより、低コスト化が可能となり、かつクラッド材の厚みに依存することなく、外部端子の厚みを自由に設計することができる。これにより、確実に安定してバスバー接続ができる二次電池を提供することができる。

前記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の実施形態１に係る二次電池の斜視図。 図１に示す二次電池の分解斜視図。 図１に示す二次電池の捲回電極群の分解斜視図。 図１に示す二次電池の正極外部端子の拡大断面図。 図１に示す二次電池の負極外部端子の拡大断面図。 図５に示す負極外部端子の分解斜視図。 図６に示す二次電池の変形例１となる負極外部端子の分解斜視図 図６に示す二次電池の変形例２となる負極外部端子の分解斜視図 図５に示すＡ部の拡大図

以下、本発明の二次電池の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る二次電池１の斜視図である。図２は、図１に示す二次電池１の分解斜視図である。図３は、図２に示す電極群４０の一部を展開した分解斜視図である。

二次電池１は、例えば角形リチウムイオン二次電池であり、扁平な角形の電池容器２を備えている。電池容器２は、開口部４ａを有する矩形箱状の電池缶４と、電池缶４の開口部４ａを封止する電池蓋３により構成されている。以下の説明では、平面視で長方形の電池蓋３の長辺に沿う方向を電池容器２の長手方向といい、短辺に沿う方向を電池容器２の短手方向という。電池缶４および電池蓋３は、例えばアルミニウムまたはアルミニウム合金によって製作され、電池蓋３が電池缶４の開口部の全周に亘って、例えばレーザー溶接により接合されることで、電池容器２が密閉されている。電池容器２の内部には、図示を省略する絶縁シートを介して電極群４０が収容されている。

電極群４０は、例えば図３に示すように、セパレータ４３，４４を介して積層した正極電極４１および負極電極４２からなる積層体を捲回して一対の湾曲部と一対の平面部をもつ形状に成形することで設けられている。電極群４０は、帯状の積層体の延在方向に、例えば所定の引張荷重をかけながら捲回される。このとき、電極群４０は、帯状の積層体の幅方向すなわち捲回軸方向の両端部における正極電極４１、負極電極４２およびセパレータ４３，４４の端部が一定の位置になるように蛇行制御しながら捲回される。

正極電極４１は、正極箔の両面に正極合剤層４１ａが形成され、幅方向すなわち電極群４０の捲回軸方向の一方の側縁に、正極箔が露出した箔露出部４１ｂを有している。負極電極４２は、負極箔の両面に負極合剤層４２ａが形成され、幅方向すなわち電極群４０の捲回軸方向の他方の側縁に、負極箔が露出した箔露出部４２ｂを有している。正極電極４１の箔露出部４１ｂ、および負極電極４２の箔露出部４２ｂは、幅方向すなわち捲回軸方向において互いに反対側に位置するように捲回される。本実施の形態では、捲回されて一対の湾曲部と一対の平面部をもつ捲回型の電極群を例示したが、これに限定されず、例えば積層型の電極群としても良い。

正極電極４１は、例えば以下の手順で作製することができる。まず、正極活物質としてマンガン酸リチウム（化学式ＬｉＭｎ_２Ｏ_４）１００重量部に対し、導電材として１０重量部の鱗片状黒鉛と、結着剤として１０重量部のポリフッ化ビニリデン（以下、ＰＶＤＦという。）と、を添加する。これに分散溶媒としてＮ−メチルピロリドン（以下、ＮＭＰという。）を添加し、混練して正極合剤を作製する。この正極合剤を正極箔である厚さ２０μｍのアルミニウム箔の両面に箔露出部４１ｂを残して塗布する。その後、乾燥、プレス、裁断してアルミニウム箔を含まない正極合剤層４１ａの厚さが、例えば９０μｍの正極電極４１を得ることができる。

本実施の形態では、正極活物質にマンガン酸リチウムを用いる場合について例示したが、スピネル結晶構造を有する他のマンガン酸リチウムや一部を金属元素で置換又はドープしたリチウムマンガン複合酸化物や層状結晶構造を有すコバルト酸リチウムやチタン酸リチウムやこれらの一部を金属元素で置換またはドープしたリチウム-金属複合酸化物を用いるようにしてもよい。

負極電極４２は、例えば以下の手順で作製することができる。まず、負極活物質として非晶質炭素粉末１００重量部に対して、結着剤として１０重量部のＰＶＤＦを添加し、これに分散溶媒としてＮＭＰを添加、混練して負極合剤を作製する。この負極合剤を、負極箔である厚さ１０μｍの銅箔の両面に箔露出部４２ｂを残して塗布する。その後、乾燥、プレス、裁断して銅箔を含まない負極合剤層４２ａの厚さが、例えば７０μｍの負極電極４２を得ることができる。

本実施の形態では、負極活物質として非晶質炭素を例示したが、負極活物質は特に限定されず、例えば、リチウムイオンを挿入および脱離可能な天然黒鉛や、人造の各種黒鉛材、コークスなどの炭素質材料等を用いることができる。また、負極活物質の粒子形状についても特に限定されず、例えば、鱗片状、球状、繊維状、塊状等であってもよい。

また、本実施の形態では、結着剤としてＰＶＤＦを例示したが、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリブタジエン、ブチルゴム、ニトリルゴム、スチレンブタジエンゴム、多硫化ゴム、ニトロセルロース、シアノエチルセルロース、各種ラテックス、アクリロニトリル、フッ化ビニル、フッ化ビニリデン、フッ化プロピレン、フッ化クロロプレン、アクリル系樹脂などの重合体およびこれらの混合体などを用いることができる。

セパレータ４３，４４は、例えばポリエチレン製の微多孔性を有する絶縁材料からなり、正極電極４１と負極電極４２とを絶縁する役割を有している。負極電極４２の負極合剤層４２ｂは、正極電極４１の正極合剤層４１ａよりも幅方向に大きく、これにより正極合剤層４１ａは必ず負極合剤層４２ｂに挟まれるように構成されている。

正極電極４１の箔露出部４１ｂ、負極電極４２の箔露出部４２ｂは、それぞれ電極群４０の平坦な部分で束ねられている。箔露出部４１ｂ，４２ｂは、図２に示すように、それぞれ、電池蓋３の下方から電池缶４の底面に向けて電池容器２の高さ方向に延びる平板状の正極集電板２１の接合片２１ａ、負極集電板３１の接合片３１ａに、例えば、抵抗溶接または超音波溶接によって接合されて固定されている。これにより、電極群４０は、正極電極４１、及び負極電極４２が、それぞれ正極集電板２１、負極集電板３１に電気的に接続されている。なお、セパレータ４３，４４は、負極合剤層４２ａの幅よりも広いが、両側に箔露出部４１ｂ，４２ｂを露出させる幅とされているので、箔露出部４１ｂ，４２ｂを束ねて溶接する際の支障にはならない。

正極集電板２１は、絶縁板６５を介して電池蓋３の下面に固定され、電池容器２の内部に配置される。正極外部端子６１は、絶縁部材６４を介して電池蓋３の上面に固定され、電池容器２の外面に配置される。正極集電板２１および正極外部端子６１は、例えばアルミニウムまたはアルミニウム合金によって製作されている。

負極集電板３１は、絶縁板７５を介して電池蓋３の下面に固定され、電池容器２の内部に配置される。負極外部端子７１は、絶縁部材７４を介して電池蓋３の上面に固定され、電池容器２の外部に配置される。詳細は後述するが、負極外部端子７１と負極集電板３１の間には、電池蓋３を貫通する負極接続端子７２が設けられ、前記負極接続端子７２のセル内方側をかしめることで負極集電板３１が固定される。また、負極外部端子７１と負極接続端子７２とは、負極接続端子７２のセル外方側をかしめることにより挟持されているクラッド材６０を介して電気的に接続されている。負極集電板３１および負極接続端子７２は、例えば、銅または銅合金によって製作されている。クラッド材６０は、例えばアルミニウムまたはアルミニウム合金と銅または銅合金の異種金属を重ね合わせた重ねクラッド構造で製作されている。負極外部端子７１は、例えば、アルミニウムまたはアルミニウム合金によって製作されている。

電池蓋３に正極、負極外部端子６１，７１および正極、負極集電板２１，３１等が固定されることで蓋組立体１０が構成されている。さらに、電極群４０の箔露出部４１ｂ，４２ｂが、接合片２１ａ，３１ａに接合されて固定され、電極群４０が正極、負極集電板２１，３１の間に支持されることで、発電要素５０が構成されている。本発明では、この発電要素５０は、蓋組立体１０と電極群４０の２つをまとめたものと定義する。

電池蓋３は、長手方向の一端と他端に固定された正極外部端子６１と負極外部端子７１の間に、電解液を注入するための注液孔１１と、電池容器２内部の圧力が所定値を超えて上昇したときに開裂するガス排出弁１３を備えている。電池容器２は、電池蓋３の注液孔１１から内部に非水電解液が注入された後、注液孔１１に注液栓９が、例えばレーザー溶接によって接合されることで密閉される。

電池容器２に注入する非水電解液としては、例えば、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートとを体積比で１：２の割合で混合した混合溶液中へ六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ_６）を１モル／リットルの濃度で溶解したものを用いることができる。なお、非水電解液は、リチウム塩や有機溶媒に制限されない。一般的なリチウム塩を電解質とし、これを有機溶媒に溶解した非水電解液を用いるようにしてもよい。

電解質としては、例えば、ＬｉＣｌＯ_４、ＬｉＡｓＦ_６、ＬｉＢＦ_４、ＬｉＢ（Ｃ_６Ｈ_５）_４、ＣＨ_３ＳＯ_３Ｌｉ、ＣＦ_３ＳＯ_３Ｌｉ等やこれらの混合物を用いることができる。また、有機溶媒としては、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、１，２−ジメトキシエタン、１，２−ジエトキシエタン、γ−ブチロラクトン、テトラヒドロフラン、１，３−ジオキソラン、４−メチル−１，３−ジオキソラン、ジエチルエーテル、スルホラン、メチルスルホラン、アセトニトリル、プロピオニトニル等またはこれら２種類以上の混合溶媒を用いるようにしてもよく、混合配合比についても特に限定されない。

図４は、図１に示す二次電池１のＡ−Ａ断面において、正極外部端子の拡大断面図である。図５は、図１に示す二次電池１のＢ−Ｂ断面において、負極外部端子の拡大断面図である。

前述のように、電極群４０の正極電極４１の箔露出部４１ｂに接続された正極集電板２１は、電池蓋３と平行な平板状の基部２２が、絶縁板６５を介して電池蓋３の下面に固定され、電池容器２の内部に配置される。縁部板６５は、例えば絶縁性の樹脂材料によって製作され、正極外部端子６１の正極筒部６２を貫通させる貫通孔を有する平板状の部材である。正極集電板２１は電池蓋３の下面に絶縁板６５を介して、正極外部端子６１から延びる正極筒部６２によって電池蓋３にかしめ固定され、電池容器２の内部に配置されている。

前述のように正極外部端子６１は、電池容器２の長手方向に伸びる平板状に形成され、正極外部端子６１の一部から電池内方側へ延びる正極筒部６２が接続されている。正極筒部６２は、例えば、正極外部端子６１と一体的に設けられている。

正極筒部６２は、電池蓋３を貫通する中心軸線に沿って延び、正極外部端子６１と正極集電板２１とを接続する筒状の部材である。正極筒部６２は、正極外部端子６１に接続された基部の外径よりも、電池容器２の内方に延びる先端部の外径が小さくなっている。正極筒部６２は、正極外部端子６１から電池容器２の内方に延びて電池蓋３の貫通孔を貫通し、先端部が電池容器２の内部に配置された正極集電板２１の貫通孔を貫通し、先端がかしめられてかしめ部６２ａが設けられている。これにより、正極筒部６２は、絶縁部材６４，絶縁板６５を介在させて、正極外部端子６１、電池蓋３、および正極集電板２１を一体的に固定すると共に、正極外部端子６１と正極集電板２１とを電気的に接続している。

正極外部端子６１は、絶縁部材６４を介して電池蓋３の上面に配置され、電池蓋３と電気的に絶縁されている。絶縁部材６４は、正極外部端子６１を係合させる凹部６４ａと、電池蓋３の貫通孔を露出させる開口部６４ｂを有している。正極筒部６２と電池蓋３とは、ガスケット６６によって電気的に絶縁されている。ガスケット６６は、筒状に形成され、一端に径方向に拡がるフランジ状の部分が設けられている。絶縁部材６４およびガスケット６６は、例えば、絶縁性の樹脂材料によって製作されている。

以上の構成によって、正極集電板２１と、正極外部端子６１とは、正極筒部６２を介して電気的に接続されている。なお、正極集電板２１、正極筒部６２、および正極外部端子６１は、例えば、アルミニウムまたはアルミニウム合金によって製作されている。

図４に示す各部材は、例えば、以下の手順によって組立てることができる。まず、電池蓋３の上面に絶縁部材６４およびガスケット６６を位置合わせして配置し、絶縁部材６４の開口部６４ｂに電池蓋３の貫通孔を露出させ、ガスケット６６の筒状の部分を電池蓋３の貫通孔に挿入する。次に、正極筒部６２をガスケット６６の筒状の部分に挿通して電池蓋３の貫通孔を貫通させ、正極外部端子６１を絶縁部材６４の凹部６４ａに係合させる。

次に、電池蓋３の下面に絶縁板６５を位置合せして配置し、絶縁板６５の貫通孔に正極筒部６２の先端部を挿通させる。また、正極外部端子６１は、電池蓋３の長手方向に伸びる平板形状であり、長手方向中心部側の端部には、組電池製作の際にバスバーを接続するバスバー接続部を有している。

さらに、正極筒部６２の先端部を正極集電板６３の貫通孔に挿通させ、先端が拡径するように塑性変形させてかしめ部６２ａを形成する。これにより、正極外部端子６１、絶縁部材６４、絶縁板６５、電池蓋３、ガスケット６６、および正極集電板２１が一体的にかしめ固定される。また、正極外部端子６１と正極集電板２１は正極筒部６２によって電気的に接続され、絶縁部材６４，絶縁板６５およびガスケット６６によって電池蓋３と電気的に絶縁される。

前記絶縁部材６４、絶縁板６５およびガスケット６６は、例えば、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）ペルフルオロアルコキシフッ素樹脂等の絶縁性を有する樹脂によって、成形される。

次に、図５に示す負極外部端子７１の拡大断面図と図６に示す負極外部端子７１の分解斜視図を用いて構成について述べる。当該構成が本発明の特徴となる部分である。

前述のように、電極群４０の負極電極４２の箔露出部４２ｂに接続された負極集電板３１は、電池蓋３と平行な平板状の基部３２が、絶縁板７５を介して電池蓋３の下面に固定され、電池容器２の内部に配置される。負極集電板３１は、電池蓋３の下面に対向する平板状の基部３２に固定孔を有している。絶縁板７５は、例えば絶縁性の樹脂材料によって製作され、負極接続端子７２を貫通させる貫通孔を有する平板状の部材である。負極集電板３１は電池蓋３の下面に絶縁板７５を介して、負極接続端子７２によって電池蓋３にかしめ固定され、電池容器２の内部に配置されている。

前述のように負極外部端子７１は、電池容器２の長手方向に伸びる平板状に形成され、負極接続端子７２側には、異種金属の重ね合わせからなるクラッド材６０を収容する凹部７１ａを有し、前記凹部７１ａには、前記負極外部端子７１とは別部材の負極接続端子７２との干渉をさける貫通孔が設けられている。クラッド材６０は、例えばアルミニウムまたはアルミニウム合金と銅または銅合金の重ね合わせクラッド構造で構成され、矩形状に成形された平板となっており、前記負極接続端子７２の負極筒部Ａ７３が挿入される貫通孔を有している。

負極接続端子７２の負極筒部Ｂ７６は、電池蓋３を貫通する中心軸線に沿って延び、負極集電板３１と接続する筒状の部材である。なお、説明を割愛していたが、負極接続端子７２には、２つの筒状部である負極筒状部Ａと負極筒状部Ｂが形成されている。ここで言う負極筒部Ａ７３は、負極接続端子鍔部７８よりも電池容器２の外側に配置される負極接続端子の筒状部を指し、負極筒部Ｂ７６は、負極接続端子鍔部７８よりも電池容器２の内側に配置される負極接続端子の筒状部を指す。負極接続端子７２の負極筒部Ｂ７６は、電池容器２の内方に延び、負極接続端子７２の最外形よりも先端部の外径が小さくなっている。負極筒部Ｂ７６は、負極接続端子７２から電池容器２の内方に延びて電池蓋３の貫通孔を貫通し、先端部が電池容器２の内部に配置された負極集電板３１の貫通孔を貫通し、先端がかしめられてかしめ部７６ａが設けられている。

本発明の特徴となる点をわかりやすくするために、図９を用いて本発明のくらっど剤６０近傍の様子を説明する、図９は図５のＡ部の拡大図である。クラッド材６０には負極接続端子７２の負極筒部Ａ７３が挿入される貫通孔を有しており、クラッド材６０の銅または銅合金面を電池外方側に向けて負極接続端子７２の負極筒部Ａ７３に挿入される。クラッド材６０を挿入後、負極筒部Ａ７３の先端部をかしめることで負極接続端子７２によってクラッド材６０を挟持し、固定される。なお、電気的な導通を目的として、負極筒部Ａ７３のかしめ部７３ａとクラッド材６０をレーザー溶接などによって接合しても良い。

次に、負極外部端子７１に設けられた凹部７１ａにクラッド材６０を挿入することによって、クラッド材６０を介して負極外部端子７１と負極接続端子７２が接続される。電気的な導通を目的として、負極外部端子７１とクラッド材６０の接触部をレーザー溶接などによって接合しても良い。例えば本発明の場合、図９のＢ部を溶接してクラッド材６０のアルミニウムまたはアルミニウム合金面を、同様にアルミニウムまたはアルミニウム合金面で構成された負極外部端子７１と溶接する方法がある。

したがって、負極接続端子７２は、クラッド材６０、絶縁部材７４，絶縁板７５を介在させて、負極外部端子７１、電池蓋３、および負極集電板３１を一体的に固定すると共に、負極外部端子７１と負極集電板３１とを電気的に接続している。

なお、図５に示すように負極外部端子７１は、絶縁部材７４を介して電池蓋３の上面に配置され、電池蓋３と電気的に絶縁されている。絶縁部材７４は、負極外部端子７１を係合させる凹部７４ａと、電池蓋３の貫通孔を露出させる開口部７４ｂを有している。負極接続端子７２と電池蓋３とは、ガスケット７７によって電気的に絶縁されている。ガスケット７７は、筒状に形成され、一端に径方向に拡がるフランジ状の部分が設けられている。絶縁部材７４およびガスケット７７は、例えば、絶縁性の樹脂材料によって製作されている。

以上の構成によって、負極集電板３１は、負極接続端子７２の負極筒部Ｂ７６を介して電気的に接続され、負極外部端子７１は、クラッド材６０を負極接続端子７２の負極筒部Ａ７３で挟持することでクラッド材６０を介して電気的に接続されている。なお、負極集電板３１、負極接続端子７２は、例えば銅または銅合金によって製作され、負極外部端子７１は、アルミニウムまたはアルミニウム合金によって製作されている。

図５および図６に示す各部材は、例えば、以下の手順によって組立てることができる。まず、クラッド材６０に設けられた貫通孔に負極接続端子７２の負極筒部Ａ７３を挿入し、負極筒部Ａ７３の先端をかしめることでクラッド材６０を挟持し、固定する。電気的な導通を目的として、負極筒部Ａ７３のかしめ部７３ａとクラッド材６０の一部をレーザー溶接などによって接合しても良い。

次に、負極外部端子７１に設けられた凹部７１ａに負極接続端子７２とかしめ固定されたクラッド材６０を挿入する。挿入後、電気的な導通を目的として、負極外部端子７１とクラッド材６０の接触部をレーザー溶接などによって接合しても良い。

次に、電池蓋３の上面に絶縁部材７４およびガスケット７７を位置合わせして配置し、絶縁部材７４の開口部７４ｂに電池蓋３の貫通孔を露出させ、ガスケット７７の筒状の部分を電池蓋３の貫通孔に挿入する。次に、負極接続端子７２の負極筒部Ｂ７６をガスケット７７の筒状の部分に挿通して電池蓋３の貫通孔を貫通させ、負極外部端子７１を絶縁部材７４の凹部７４ａに係合させる。

次に、電池蓋３の下面に絶縁板７５を位置合せして配置し、絶縁板７５の貫通孔に負極接続端子７２の負極筒部Ｂ７６の先端部を挿通させる。また、負極外部端子６１は、電池蓋３の長手方向に伸びる平板形状であり、長手方向中心部側の端部には、組電池製作の際にバスバーを接続するバスバー接続部を有している。

さらに、負極筒部Ｂ７６の先端部を負極集電板３１の貫通孔に挿通させ、先端が拡径するように塑性変形させてかしめ部７６ａを形成する。これにより、負極外部端子７１、絶縁部材７４、絶縁板７５、電池蓋３、ガスケット７７、クラッド材６０、および負極集電板３１が一体的に固定される。また、負極外部端子７１と負極集電板３１は負極接続端子７２とクラッド材６０によって電気的に接続され、絶縁部材７４，絶縁板７５およびガスケット７７によって電池蓋３と電気的に絶縁される。

前記絶縁部材７４、絶縁板７５およびガスケット７７は、例えば、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）ペルフルオロアルコキシフッ素樹脂等の絶縁性を有する樹脂によって、成形される。

したがって、銅または銅合金で製作された負極接続端子７２からクラッド材６０を介することで、負極外部端子７１をアルミニウムまたはアルミニウム合金に変換することが可能となり、正極外部端子６１と負極外部端子７１を同種金属とすることができる。

以上により、図２に示す蓋組立体１０が構成され、さらに電極群４０の両端の箔露出部４１ｂ，４２ｂを束ねて、正極、負極集電板２１，３１の接合片２１ａ，３１ａに接合することで、発電要素５０が構成される。

次に、発電要素５０を電池缶４の開口部４ａから電池缶４の内部に図示を省略する絶縁シートで覆った後に挿入し、電池缶４の開口部４ａと電池蓋３を溶接し、注液孔１１から電池容器２の内部に非水電解液を注入し、注液孔１１に注液栓９を溶接して電池容器２を密閉することで、図１に示す二次電池１が得られる。

以上より、正極外部端子６１およぶ負極外部端子７１が同種金属となった本実施の形態の二次電池１を使用することで、銅または銅合金に比べ、比較的安価で軽量なアルミニウムまたはアルミニウム合金で製作されたバスバーを使用することができ、各外部端子とバスバーが接続されることによって、組電池の低コスト化および軽量化が実現出来る。

また、負極外部端子７１、負極接続端子７２、クラッド材６０をそれぞれ別部材とし、クラッド材６０を負極接続端子７２によって挟持させる構成とすることによって、クラッド材６０の使用面積を最小限に抑えることができ、部品コストを低減させることができる。また、クラッド材６０の厚みに依存せず、負極外部端子７１の厚みを自由に設計することができるため、バスバー溶接時に負極外部端子７１が貫通することなく、確実に安定して接続することができる。

また、本実施の形態では、比較的安価で軽量なアルミニウムまたはアルミニウム合金で製作されたバスバーを使用するために、正極外部端子６１と負極外部端子７１がアルミニウムまたはアルミニウム合金となるように、負極外部端子７１側にクラッド材６０を使用した構成としているが、これに限定されるわけではなく、例えば、同様の手法で正極外部端子６１側に図示しない正極接続端子とクラッド材６０を適用することで、正極外部端子６１と負極外部端子７１を銅または銅合金の同種金属で構成することもできる。

以下、本発明の二次電池の変形例１および変形例２の形態について、図面を参照しながら説明する。

図７に、図６に示す二次電池の変形例１となる負極外部端子の分解斜視図を示す。

実施例１からの変更点は、負極外部端子１７１は負極接続端子７２側の電池外方面側にクラッド材６０を収容する凹部１７１ａを設けた形状としている点である。組立の手順は、負極外部端子１７１の負極筒部Ａ７３をクラッド材６０に設けられた貫通孔に挿入し、負極筒部Ａ７３をかしめることでクラッド材６０を挟持し、固定する。次に負極外部端子１７１に設けられた凹部側から負極接続端子７２を挿入し、クラッド材６０を凹部に収容する。電気的な導通を目的として、負極外部端子１７１とクラッド材６０および負極接続端子７２とクラッド材６０の各接触部をレーザー溶接等で接合しても良い。その後の手順は、図６に示す二次電池と同様の手順で組立できる。

変形例１の形態の二次電池では、例えば振動や衝撃等により、負極外部端子１７１がバスバー垂直方向へ引張応力が加わった場合においても、負極外部端子１７１の凹部１７１ａの底面が、クラッド材６０と接触していることによって、負極外部端子１７１とクラッド材６０の接続が損なわれる可能性を極めて抑制することが出来る。

続いて、図８に、図６に示す二次電池の変形例２となる負極外部端子の分解斜視図を示す。

実施例１からの変更点は、図８に示すように、クラッド材１６０を例えばアルミニウムまたはアルミニウム合金と銅または銅合金の異種金属同士を、突き合せて拡散接合させた突き合せクラッド構造を適用した構成としている。組立の手順は、図６に示す二次電池と同様に組立を行うことができ、電気的な導通を目的として、負極外部端子７１とクラッド材１６０および負極接続端子７２とクラッド材１６０の各接触部をレーザー溶接等で接合しても良い。

変形例２の形態の二次電池では、異種金属を突き合せたクラッド材１６０を適用しても、正極外部端子６１および負極外部端子７１を同種の金属とすることができ、重ね合せクラッド材のみならず、様々なクラッド材選定における設計の自由度を高めることができる。

以上、本発明について簡単にまとめる。本発明に記載の二次電池１は、電極群４０と、電極群４０と接続される集電板２１、３１と、電極群４０及び集電板２１、３１とを収納し、開口を有する電池缶４と、電池缶４の開口を塞ぎ、外部端子６１、７１が配置された電池蓋３と、外部端子６１、７１と集電板２１、３１とをつなぐ接続端子７２を有し、接続端子７２は、外部端子７２との伝道経路の間にクラッド材６０を有し、当該クラッド材６０を挟持する。このような構造にすることによって、クラッド材６０の使用面積を最小限に抑えることができ、部品コストを低減させることができる。また、クラッド材６０の厚みに依存せず、負極外部端子７１の厚みを自由に設計することができるため、バスバー溶接時に負極外部端子７１が貫通することなく、確実に安定して接続することができる。

また、本発明に記載の二次電池１は、外部端子６１、７１には、クラッド材６０を収納する収納部７１ａ、１７１ａが形成される。このような構造にすることによって、外部端子６１、７１の厚みを必要以上に厚くする必要がなくなるので、二次電池１の高さを小さくすることができる。

また、本発明に記載の二次電池１は、収納部１７１ａが電池蓋３に向かって凹形状となる凹部である。このような構造にすることによって、振動や衝撃等により、負極外部端子１７１がバスバー垂直方向へ引張応力が加わった場合においても、負極外部端子１７１の凹部（収納部１７１ａ）１７１ａの底面が、クラッド材６０と接触していることによって、負極外部端子１７１とクラッド材６０の接続が損なわれる可能性を極めて抑制することが出来る。

また、本発明に記載の二次電池１は、クラッド材６０が、電池蓋３よりも外側に配置され、クラッド材６０の電池蓋側面は外部端子７１、１７１と同種の金属で構成され、電池蓋とは反対側の面は接続端子７２と同種の金属で構成される。

また本発明に記載の二次電池１は、クラッド材６０の電池蓋３側の金属はアルミニウム又はアルミニウム合金で構成され、クラッド材６０の電池蓋３とは反対側の面は銅又は銅合金で構成される。

また本発明に記載の二次電池１は、クラッド材６０の電池蓋３側の面は、外部端子７１、１７１と溶接され、クラッド材６０の電池蓋３とは反対側の面は、接続端子７２と溶接されることを特徴とする。このような構造にすることにより、単にかしめだけで接続するよりも電気伝導性を上げることができる。

また本発明に記載の二次電池は、クラッド材６０が突合せクラッド材で構成されている。

以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。前述の実施形態は本発明を解りやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明したすべての構成を備えるものに限定されない。

１…二次電池、２…電池容器、３…電池蓋、４…電池缶、４ａ…開口部、２１…正極集電板、２１ａ…接合片、３１…負極集電板、３１ａ…接合片、４０…電極群、６０…クラッド材、６１…正極外部端子、７１…負極外部端子、７２…負極接続端子、６２ａ…かしめ部、６４…絶縁部材、６５…絶縁板、６６…ガスケット

Claims (7)

1. 電極群と、
   前記電極群と接続される集電板と、
   前記電極群及び集電板とを収納し、開口を有する電池缶と、
   前記電池缶の開口を塞ぎ、外部端子が配置された電池蓋と、
   前記外部端子と前記集電板とをつなぐ接続端子を有し、
   前記接続端子は、前記外部端子との伝道経路の間にクラッド材を有し、当該クラッド材を挟持することを特徴とする二次電池。
2. 請求項１に記載の二次電池において、
   前記外部端子には、前記クラッド材を収納する収納部が形成されることを特徴とする二次電池。
3. 請求項１に記載の二次電池において、
   前記収納部は前記電池蓋に向かって凹形状となる凹部であることを特徴とする二次電池。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載の二次電池において、
   前記クラッド材は、前記電池蓋よりも外側に配置され、
   前記クラッド材の電池蓋側面は前記外部端子と同種の金属で構成され、前記電池蓋とは反対側の面は前記接続端子と同種の金属で構成されることを特徴とする二次電池。
5. 請求項４に記載の二次電池において、
   前記クラッド材の電池蓋側の金属はアルミニウム又はアルミニウム合金で構成され、前記クラッド材の電池蓋とは反対側の面は銅又は銅合金で構成されることを特徴とする二次電池。
6. 請求項４又は５に記載の二次電池において、
   前記クラッド材の電池蓋側の面は、前記外部端子と溶接され、
   前記クラッド材の電池蓋とは反対側の面は、前記接続端子と溶接されることを特徴とする二次電池。
7. 請求項１に記載の二次電池において、
   前記クラッド材は突合せクラッド材で構成されていることを特徴とする二次電池。

Images