JP2019140069A - 蓄電装置及び蓄電装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】絶縁カバーの装着性を向上することができる蓄電装置及び蓄電装置の製造方法を提供する。【解決手段】電極組立体12とケース11と引出端子と導電部材40と絶縁カバー46を備える。タブ群27は折り返し部28を有する。絶縁カバー46は、板状のタブ絶縁部47と、蓋部材14と導電部材40の間に介在する第1板部48と、折り返し部28と電極組立体のタブ側端面12aとの間に介在する第2板部49を有する。タブ群27の折り返し部28に、インサート材が挟まれた状態において折り返し部28に重なる部位のタブ群27aと接合する1つのタブ当たり2箇所のインダイレクト抵抗溶接部31を有する。【選択図】図4
Description
本発明は、蓄電装置及び蓄電装置の製造方法に関するものである。
従来から、EV(Electric Vehicle)やPHV(Plug in Hybrid Vehicle)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リチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池などが搭載されている。
二次電池は、シート状の正極及び負極の電極が絶縁された状態で積層された電極組立体と、電極組立体を収容するケースとを備える。電極組立体は、電極の一辺の一部から突出したタブを同じ極性同士で寄せ集めたタブ群を有する。ケースは、有底筒状のケース部材と、ケース部材の開口部を閉塞する蓋部材とを有する。二次電池は、電極組立体と電気を授受する電極端子を備える。
特許文献1に開示の電極組立体を備える蓄電装置においては、図15に示すように、正極タブ及び負極タブ100は、それぞれ先端部が傾斜面を形成するように積層され、かつ導電部材101と平板状の保護板102とに積層方向から挟まれた状態で基端側において溶接されており、正極タブ及び負極タブ100の先端側が折り返された状態で導電部材101と保護板102との間に収納されている。
ところで、タブ100を積層したタブ群の先端を折り返すとともに保護板102を設けた状態から図15において仮想線で示す絶縁カバー110を差し込んで折り返し部104を絶縁カバー110に収納することによって平板状の保護板102と電極組立体103の上面との間の短絡を防止することが考えられる。この場合、タブ群の先端の折り返し部104の反力により保護板102が変形してしまい絶縁カバー110の装着が難しくなることが懸念される。
本発明の目的は、絶縁カバーの装着性を向上することができる蓄電装置及び蓄電装置の製造方法を提供することにある。
上記問題点を解決するための蓄電装置は、正極と負極の電極が絶縁された状態で積層され、かつ各極の前記電極から突出したタブが同じ極性同士で積層されたタブ群を有する電極組立体と、前記電極組立体を収容するケース部材、及び前記ケース部材の開口部を閉塞する板状の蓋部材を有するケースと、前記蓋部材に固定され、前記電極組立体と電気を授受する各極の電極端子と、前記蓋部材の内面と、前記タブ群が存在する前記電極組立体のタブ側端面との間に配置され、同じ極性の前記タブ群と接合されるとともに前記電極端子と電気的に接続された各極性の導電部材と、前記タブ群と前記ケース部材とを絶縁する絶縁カバーと、を備える蓄電装置であって、前記タブ群は、前記電極の積層方向のうちの一方である第1方向に折り曲げられた形状をなし、先端側に前記積層方向のうちの前記第1方向とは逆向きの第2方向に、かつ、前記電極組立体側に折り返された折り返し部を有し、前記絶縁カバーは、前記電極組立体における前記電極の積層方向一端側において前記タブ群と前記ケース部材との間に介在する板状のタブ絶縁部と、前記積層方向に沿って前記タブ絶縁部から前記第2方向に突出し、前記蓋部材と前記導電部材の間に介在する第1板部と、前記第1板部よりも前記電極組立体寄りに位置し、前記積層方向に沿って前記タブ絶縁部から前記第2方向に突出し、前記タブ群の折り返し部と前記電極組立体のタブ側端面との間に介在する第2板部と、を有し、前記タブ群の折り返し部に、インサート材が挟まれた状態において折り返し部に重なる部位のタブ群と接合する1つのタブ当たり2箇所のインダイレクト抵抗溶接部を有することを要旨とする。
これによれば、蓋部材、導電部材及び電極端子を一体に組み付けた状態で、絶縁カバーを電極組立体の積層方向一端側から他端側に向けてスライド移動させて、絶縁カバーの第2板部をタブ群の折り返し部と電極組立体のタブ側端面との間に差し込まれて絶縁カバーが装着される。このとき、タブ群の折り返し部が溶接されているので、絶縁カバーをスライド移動させた時、折り返し部の反力により変形することなく絶縁カバーを円滑に差し込むことができる。その結果、絶縁カバーの装着性を向上することができる。
上記問題点を解決するための蓄電装置の製造装置は、正極と負極の電極が絶縁された状態で積層され、かつ各極の前記電極から突出したタブが同じ極性同士で積層されたタブ群を有する電極組立体と、前記電極組立体を収容するケース部材、及び前記ケース部材の開口部を閉塞する板状の蓋部材を有するケースと、前記蓋部材に固定され、前記電極組立体と電気を授受する各極の電極端子と、前記蓋部材の内面と、前記タブ群が存在する前記電極組立体のタブ側端面との間に配置され、同じ極性の前記タブ群と接合されるとともに前記電極端子と電気的に接続された各極性の導電部材と、前記タブ群と前記ケース部材とを絶縁する絶縁カバーと、を備え、前記タブ群は、前記電極の積層方向のうちの一方である第1方向に折り曲げられた形状をなし、先端側に前記積層方向のうちの前記第1方向とは逆向きの第2方向に、かつ、前記電極組立体側に折り返された折り返し部を有し、前記絶縁カバーは、前記電極組立体における前記電極の積層方向一端側において前記タブ群と前記ケース部材との間に介在する板状のタブ絶縁部と、前記積層方向に沿って前記タブ絶縁部から前記第2方向に突出し、前記蓋部材と前記導電部材の間に介在する第1板部と、前記第1板部よりも前記電極組立体寄りに位置し、前記積層方向に沿って前記タブ絶縁部から前記第2方向に突出し、前記タブ群の折り返し部と前記電極組立体のタブ側端面との間に介在する第2板部と、を有する蓄電装置の製造方法であって、前記蓋部材に各極の電極端子及び導電部材を組み付けるとともに導電部材に電極組立体のタブ群を接合した状態から、前記タブ群の折り返し部と当該折り返し部に重なる部位のタブ群とをインダイレクト抵抗溶接する第1工程と、前記第1工程の後に、前記タブ群の折り返し部と前記電極組立体のタブ側端面との間に前記絶縁カバーの第2板部を前記第2方向に差し込む第2工程と、を有することを要旨とする。
これによれば、タブ群の折り返し部をインダイレクト抵抗溶接した後に、タブ群の折り返し部と電極組立体のタブ側端面との間に絶縁カバーの第2板部を差し込むことにより、折り返し部の反力により変形することなく絶縁カバーを円滑に差し込むことができる。その結果、絶縁カバーの装着性を向上することができる。
前記インダイレクト抵抗溶接は、インサート材を挟んだ状態で行うとよい。
前記インサート材は、少なくとも一方の端部が前記タブ群側に折り曲げられて位置決めされているとよい。
前記インサート材は、少なくとも一方の端部が前記タブ群側に折り曲げられて位置決めされているとよい。
前記インダイレクト抵抗溶接は、重ねたタブ同士が接する状態で行うとよい。
前記インダイレクト抵抗溶接は、正負の電極棒が前記タブの幅方向における両端部に位置する状態で行うとよい。
前記インダイレクト抵抗溶接は、正負の電極棒が前記タブの幅方向における両端部に位置する状態で行うとよい。
本発明によれば、絶縁カバーの装着性を向上することができる。
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13にしたがって説明する。なお、図において、タブ(金属箔)を積層して構成されるタブ群は、タブを数枚積層して模式的に示しており、実際には、タブを数10枚積層して使用される。
図1、図2、図3及び図4に示すように、蓄電装置としての二次電池10はケース11を備え、ケース11には電極組立体12が収容されている。ケース11は、電極組立体12を収容する四角箱状のケース部材13と、このケース部材13の開口部13aを閉塞する矩形平板状の蓋部材14とを有している。なお、本実施形態の二次電池10はリチウムイオン電池である。蓋部材14は、ケース部材13の開口部13aの周縁に支持される矩形平板状の天板14aと、天板14aからケース部材13に向けて突出する矩形状の嵌合部14bとを有する。嵌合部14bは、ケース部材13の開口部13aに嵌合される。そして、天板14aの周縁とケース部材13における開口部13aの周縁とが溶接されてケース部材13と蓋部材14が一体化されている。
図3,4に示すように、二次電池10は電極組立体12を備える。電極組立体12は、シート状の複数の正極電極21とシート状の複数の負極電極22とを備え、正極電極21と負極電極22とは異なる極性の電極である。詳細には、正極電極21は、正極金属箔(本実施形態ではアルミニウム箔)と、その正極金属箔の両面に存在する正極活物質層とを有する。負極電極22は、負極金属箔(本実施形態では銅箔)と、その負極金属箔の両面に存在する負極活物質層とを有する。そして、電極組立体12は、複数の正極電極21と複数の負極電極22の間にこれらを絶縁するセパレータ23を介在させて積層された積層型である。正極電極21と負極電極22が積層された方向を電極組立体12の積層方向とする。
正極電極21は、正極電極21の一辺21aの一部から突出した形状のタブ25を有する。負極電極22は、負極電極22の一辺22aの一部から突出した形状のタブ26を有する。複数の正極のタブ25、及び複数の負極のタブ26は、正極電極21及び負極電極22が積層された状態で、正極のタブ25と負極のタブ26とが重ならない位置にそれぞれ設けられている。
電極組立体12は、タブ側端面12aを備える。タブ側端面12aは、正極電極21の一辺21a、負極電極22の一辺22a、及びセパレータ23の一辺を寄せ集めて形成されている。電極組立体12を構成する各正極電極21は、それぞれのタブ25が積層方向に沿って列状に配置されるように積層される。同様に、電極組立体12を構成する各負極電極22は、それぞれのタブ26が積層方向に沿って列状に配置されるように積層される。
図4に示すように、電極組立体12は、タブ側端面12aから突出した正極のタブ25が積層されたタブ群27を有し、このタブ群27は、全ての正極のタブ25を電極組立体12における積層方向に寄せ集め、積層して構成されている。また、電極組立体12は、タブ側端面12aから突出した負極のタブ26が積層されたタブ群27を有し、このタブ群27は、全ての負極のタブ26を積層して構成されている。各極のタブ群27は、電極の積層方向のうちの一方である第1方向に折り曲げられた形状をなし、先端側に積層方向のうちの第1方向とは逆向きの第2方向に、かつ、電極組立体12側に折り返された折り返し部28を有する。タブ群27の折り返し部28は基部29と先端部30とを有し、基部29と先端部30との間においてインダイレクト抵抗溶接部31を有する。図10(c)に示すように、インダイレクト抵抗溶接部31は、インサート材(図10(a)の符号62で示す)が挟まれた状態において折り返し部28に重なる部位のタブ群27aと接合している。インダイレクト抵抗溶接部31は、1つのタブ当たり2箇所にわたり形成されている。2箇所のインダイレクト抵抗溶接部31は、タブの幅方向において離間して配置される電極棒60,61(図8(a),(b)参照)の位置に対応している。また、図13に示すように、溶接部は、インサート材を用いることなくインダイレクト抵抗溶接することによるインダイレクト抵抗溶接部31であってもよい。この場合、インダイレクト抵抗溶接部31が導電部材40にまで到達していてもよい。
電極組立体12は、絶縁フィルム15によって覆われている。
図1,2に示すように、二次電池10は、各極性の導電部材40を備え、導電部材40は同じ極性のタブ群27と接合されている。
図1,2に示すように、二次電池10は、各極性の導電部材40を備え、導電部材40は同じ極性のタブ群27と接合されている。
正極のタブ群27には、電極組立体12と、後述の正極端子構造16とを電気的に接続するための導電部材40が接合されている。また、負極のタブ群27には、電極組立体12と、後述の負極端子構造17とを電気的に接続するための導電部材40が接合されている。導電部材40は、蓋部材14の内面と、タブ群27が存在する電極組立体12のタブ側端面12aとの間に配置されている。
正極及び負極の導電部材40の長手は、蓋部材14の長手方向へ延びるクランク状であり、各極性の導電部材40の短手は、電極組立体12の積層方向へ延びる。正極及び負極の導電部材40は、同じ極性のタブ群27と接合された電極接合部40aを長手方向一端側に備える。また、正極及び負極の導電部材40は、同じ極性の引出端子41と接続される平板状の端子接合部40bを長手方向他端側に備えるとともに、電極接合部40aと端子接合部40bを繋ぐ連繋部40cを備える。連繋部40cにより、端子接合部40bは、電極接合部40aよりも電極組立体12寄りに位置している。導電部材40の短手方向に沿った電極接合部40a、端子接合部40b及び連繋部40cの寸法はいずれも同じである。
次に、正極端子構造16及び負極端子構造17を説明する。なお、正極端子構造16と負極端子構造17は基本的に同じ構成であるため、共通の部材については、同じ部材番号を使用して説明する。
正極端子構造16及び負極端子構造17は、それぞれ蓋部材14に固定された電極端子としての引出端子41を備える。引出端子41は、各極において導電部材40の端子接合部40bと電気的に接続され、電極組立体12と電気を授受する。引出端子41は、蓋部材14より外側に突出している。正極端子構造16及び負極端子構造17は、蓋部材14の外側で引出端子41と電気的に接続された端子接合部材42を備える。正極端子構造16及び負極端子構造17は、蓋部材14の外側で、端子接合部材42と電気的に接続された外部接続端子43を備える。正極端子構造16及び負極端子構造17は、端子接合部材42及び外部接続端子43を蓋部材14から絶縁する外側絶縁部材44を蓋部材14の外面に備える。
正極端子構造16及び負極端子構造17は、ケース11の内側で引出端子41及び端子接合部40bを蓋部材14から絶縁する内側絶縁部材45を備える。内側絶縁部材45は矩形板状である。内側絶縁部材45におけるタブ側端面12a寄りの端面と、端子接合部40bにおけるタブ側端面12a寄りの端面とが面一になっている。また、端子接合部40bの一部、連繋部40c及び電極接合部40aが内側絶縁部材45における端子接合部40b寄りの側面から突出している。
次に、ケース11内に設けられた樹脂製の絶縁カバー46について説明する。
二次電池10に備えられる絶縁カバー46はタブ群27とケース部材13とを絶縁するためのものである。
二次電池10に備えられる絶縁カバー46はタブ群27とケース部材13とを絶縁するためのものである。
絶縁カバー46は、正極及び負極の導電部材40に対し、積層方向の一端側から第2方向(図3,4参照)に差し込まれて装着されている。図4に示すように、絶縁カバー46は、矩形板形状のタブ絶縁部47を有する。タブ絶縁部47は、電極組立体12における電極の積層方向一端側においてタブ群27とケース部材13との間に介在する。
絶縁カバー46は、蓋部材14の長手方向に延びるタブ絶縁部47の一対の長縁部のうち、蓋部材14寄りの長縁部から積層方向他端に向けて突出した第1板部48を備える。図4に示すように、第1板部48は、電極の積層方向に沿ってタブ絶縁部47から第2方向に突出し、蓋部材14と両極の導電部材40の電極接合部40aとの間に介在し、両者を絶縁する。絶縁カバー46の第1板部48は、両極の電極接合部40aに支持されている。
絶縁カバー46は、第2板部49を有する。第2板部49は、第1板部48よりも電極組立体12寄りに位置し、積層方向に沿ってタブ絶縁部47から第2方向に突出し、負極のタブ群27の折り返し部28と電極組立体12のタブ側端面12aとの間に介在する。
図1,3に示すように、絶縁カバー46は、蓋部材14の長手方向に延びるタブ絶縁部47の一対の長縁部のうち、電極組立体12寄りの長縁部の両端部から積層方向他端に向けて突出した一対の第3板部50を備える。一方の第3板部50は、正極端子構造16における端子接合部40bと、タブ側端面12aとの間に介在し、端子接合部40bの一部を電極組立体12側から覆う。他方の第3板部50は、負極端子構造17における端子接合部40bと、タブ側端面12aとの間に介在し、端子接合部40bの一部を電極組立体12側から覆う。
絶縁カバー46において、タブ絶縁部47からの第1板部48の突出方向への寸法と、タブ絶縁部47からの第3板部50の突出方向への寸法は同じである。そして、絶縁カバー46において、タブ絶縁部47の短手方向を高さ方向とすると、絶縁カバー46を長手方向に見た側面視では、第1板部48の突出端の位置と第3板部50の突出端の位置は高さ方向に揃っている。
図1,3に示すように、絶縁カバー46は、各第3板部50におけるタブ絶縁部47からの突出方向の先端に係止爪51を備える。係止爪51は、各第3板部50から第1板部48に向けて突出する。各端子接合部40bに対する係止爪51の係止により、絶縁カバー46が積層方向一端側である第1方向に移動することが規制されている。
次に、二次電池10の製造方法を作用とともに記載する。
まず、図5に示すように、蓋部材14に、各極の引出端子41、導電部材40、端子接合部材42、外部接続端子43、外側絶縁部材44、及び内側絶縁部材45が組付けられ、正極端子構造16及び負極端子構造17が形成されるとともに、蓋端子組立体20が形成される。
まず、図5に示すように、蓋部材14に、各極の引出端子41、導電部材40、端子接合部材42、外部接続端子43、外側絶縁部材44、及び内側絶縁部材45が組付けられ、正極端子構造16及び負極端子構造17が形成されるとともに、蓋端子組立体20が形成される。
そして、負極の導電部材40の電極接合部40aと電極組立体12の負極のタブ群27とをレーザ溶接によって接合して導電部(溶接部)Wを形成する。また、正極の導電部材40の電極接合部40aと正極のタブ群27とをレーザ溶接によって接合する。すると、蓋端子組立体20と電極組立体12が一体化される。
そして、図6(a),(b)及び図7に示すように、タブ群27の先端側を電極組立体12側に折り返す。
さらに、図8(a),(b)及び図9に示すように、タブ群27の折り返し部28をインダイレクト抵抗溶接する。つまり、タブ群27の折り返し部28と当該折り返し部28に重なる部位のタブ群27aとをインダイレクト抵抗溶接する。特に、最も外側のタブ32(図6(b)参照)を、折り返し部28に重なる部位のタブ群27aに溶接することにより、反力を低減するとともに、抵抗溶接時の幅方向の両端部でのハネを防止する。
さらに、図8(a),(b)及び図9に示すように、タブ群27の折り返し部28をインダイレクト抵抗溶接する。つまり、タブ群27の折り返し部28と当該折り返し部28に重なる部位のタブ群27aとをインダイレクト抵抗溶接する。特に、最も外側のタブ32(図6(b)参照)を、折り返し部28に重なる部位のタブ群27aに溶接することにより、反力を低減するとともに、抵抗溶接時の幅方向の両端部でのハネを防止する。
タブ群27の折り返し部28のインダイレクト抵抗溶接について詳しく説明する。
まず、図10(a),(b),(c)に示すように、銅やアルミよりも抵抗の大きなインサート材を挟んだ状態で行う場合のインダイレクト抵抗溶接について説明する。抵抗の大きなインサート材がある所が発熱して溶接される。インサート材62は板状又はフィルム状をなし、インサート材62は、図8(a),(b)に示すように同一平面に拡がる長方形状をなす。
まず、図10(a),(b),(c)に示すように、銅やアルミよりも抵抗の大きなインサート材を挟んだ状態で行う場合のインダイレクト抵抗溶接について説明する。抵抗の大きなインサート材がある所が発熱して溶接される。インサート材62は板状又はフィルム状をなし、インサート材62は、図8(a),(b)に示すように同一平面に拡がる長方形状をなす。
そのやり方として、押さえ治具でプレスしながら、タブの余剰箔である折り返し部28を反対側に押さえつけて、折り返し部28を10枚程度溶融し溶接する。また、折り返し部28における幅方向に2箇所溶接する。10数枚のタブ(金属箔)が、図15の保護板102が無い状態で、導電部材40と固定されており、非折り返し部を介して接合され固定される。これにより折り曲げ反力を無くす(逆らって拘束)ことができる。
インサート材62の例として、インサート材自身が溶融しない場合として、ステンレス鋼板(SUS等の鋼材)、あるいはこれら鋼材に銅めっき又は亜鉛めっきしたものを挙げることができる。また、インサート材自身が溶融する場合として、厚さが0.5〜1μmの銅合金(Cuを主成分としSi,Mn,Zn,Cr,Mg,Ni等から選ばれる1種以上の元素を含有する)を挙げることができる。前記銅合金を用いた場合、溶融時にタブ材との化合物を晶出することなく、良好な抵抗溶接を得ることができる。
インサート材ありの場合、即ち、タブ(金属箔)間にインサート材を挟んだ状態でインダイレクト抵抗溶接を行ったときの効果として、共晶反応によって溶融されためっき層が表面の不純物と共に接合部の周囲に排出された後に、めっき層の下から極めて清浄な新生面が現れることになり、より強固な接合が可能となる。
次に、図13に示すように、インサート材なしの場合、即ち、重ねたタブ同士が接する状態で行う場合のインダイレクト抵抗溶接について説明する。
そのやり方として、押さえ治具でプレスしながら、タブの余剰箔である折り返し部28を反対側に押さえつけて、導電部材40まで少なくとも溶融部が届くまで貫通溶接する。
そのやり方として、押さえ治具でプレスしながら、タブの余剰箔である折り返し部28を反対側に押さえつけて、導電部材40まで少なくとも溶融部が届くまで貫通溶接する。
図9に示すように、タブは厚さ10〜30μm程度で、さらに厚さ方向に積層してはいるが接触しているだけで抵抗が大きいためごく一部の電流しか流れない。抵抗溶接にとってはエネルギーのロス分となる。よって、大部分の電流は電極棒60,61で押さえつけられ密着(圧着)された部位に最大の電流が流れ、余剰タブ(模式図では全部で4枚だが、実際は60枚程度)10数枚が溶接され、固定される。
このとき、インサート材がなくても大電流を流して溶接ナゲットを大きくすれば溶接できる。その時に、電極棒60,61で圧着されるために余剰タブ積層方向の隙間がなくなることと、ナゲット形成による溶融部分の電極棒60,61による圧縮と、溶融部が凝固収縮することによって、溶接部周囲がハネてしまい、絶縁カバー46を挿入するクリアランスが狭くなり組付かない虞がある。よって、できるだけ余剰タブの端面(特に2本の電極棒60,61)近くを溶接する。つまり、図8において、インダイレクト抵抗溶接は、正負の電極棒60,61がタブの幅方向における両端部に位置する状態で行う。
そして、図11に示すように、電極組立体12の積層方向一端側から他端側の第2方向に向けて絶縁カバー46をスライド移動させ、図12に示すように蓋部材14と電極接合部40aとの間に第1板部48を第2方向に差し込むとともに、折り返し部28と電極組立体12のタブ側端面12aとの間に第2板部49を第2方向に差し込む。
蓋部材14と電極接合部40aとの間に第1板部48が差し込まれると、両方の電極接合部40aに第1板部48が支持される。第1板部48が電極接合部40aに支持された状態で、絶縁カバー46を積層方向一端側から他端側に向けてスライド移動させる。そして、係止爪51が各極性の端子接合部40bにおける積層方向他端の縁部に係止する。
すると、絶縁カバー46が積層方向一端側に移動することが規制され、蓋端子組立体20から絶縁カバー46が抜け出ることが規制される。その結果、絶縁カバー46の第1板部48が、電極接合部40aと蓋部材14との間に介在した状態となる。
そして、電極組立体12をケース部材13の開口部13aからケース部材13内に挿入する。電極組立体12がケース部材13内に挿入された後、蓋部材14をケース部材13の開口端に接合すると、二次電池10が組み立てられる。
次に、絶縁カバー46の組み付け性について言及する。
二次電池10は大型(厚みの厚い)角型電池であり、集電箔であるタブを積層(集箔)したタブ群においては、タブの長さの差、即ち、集箔経路の差により、タブ群の先端が位置ズレし、短い経路で集められるタブの先端は飛び出しが大きくなる。飛び出したタブ、即ち、余剰のタブ(箔)がケースや逆側の極の電極に接触する懸念がある。
二次電池10は大型(厚みの厚い)角型電池であり、集電箔であるタブを積層(集箔)したタブ群においては、タブの長さの差、即ち、集箔経路の差により、タブ群の先端が位置ズレし、短い経路で集められるタブの先端は飛び出しが大きくなる。飛び出したタブ、即ち、余剰のタブ(箔)がケースや逆側の極の電極に接触する懸念がある。
特許文献1の図11ではリードを用いており、リードはタブの先端側にタブ群の先端側の折り曲げ部を収納する収納部が折り曲げ形成され、基端側にはタブの基端側に凸となるように湾曲する保護部が形成されている。そのため、リードの折り曲げ加工に手間が掛かるとともに、保護部が存在する分、余分なスペースが必要になる。
余剰のタブの折り返し部の反力を充分に押さえ込まなければ、絶縁カバーが干渉して絶縁カバーの組付けが困難になる。特許文献1の図4、即ち、本件の図15に示す場合には保護板102において折り返し部での反力に対抗する充分な剛性を持たせる必要がある。そのためには、厚さや凹リブ形状が必要になり、保護板102と電極組立体103の上面との間隙は狭くなってしまい、絶縁カバー110が挿入しにくくなる。若しくは、寸法が大きくなり外寸が同じ場合には電極寸法が小さくなり、電池の容量の低下を招く。なお、特許文献1の段落番号[0022]に記載のように導電部材及び保護板はタブと同じ材質であると、アルミや銅の材質を変更して剛性の強度化はできない。例えば保護板102の材質を、アルミのヤング率の71GPaからヤング率を3倍にするにはヤング率が210GPaの鋼材を用いる必要がある。
本実施形態では、余剰のタブを溶接することで反力を低減し、折り返し部28と電極組立体12のタブ側端面12aとの間の間隙を確保して絶縁カバー46の組み付け性の向上が図られる。このようにして、絶縁カバー46の変形がなくなることで、組み付け不良がなくなる。
また、副次的な効果として、折り返し部28は折り曲げ加工によって硬化しており、弾性的にスプリングバックするが、インダイレクト抵抗溶接によって加熱されるためアニール効果で軟化しスプリングバックの軽減が可能となる。特に、折り返し部28の基端における最外周側のタブ(図6(b)において符号32aで示す)には引張り残留応力が残存しており平均応力が高くなっているために、車載時の振動で疲労破壊しやすく最外周側のタブの先端部が電池短絡の原因となる虞があるが、熱処理されることによって残留応力が開放され、引張り残留応力が低減される。
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)蓄電装置としての二次電池10の構造として、タブ群27の折り返し部28に、インサート材62が挟まれた状態において折り返し部28に重なる部位のタブ群27aと接合する1つのタブ当たり2箇所のインダイレクト抵抗溶接部31を有する。よって、蓋部材14、導電部材40及び引出端子41を一体に組み付けた状態で、絶縁カバー46を電極組立体12の積層方向一端側から他端側に向けてスライド移動させて、絶縁カバー46の第2板部49をタブ群27の折り返し部28と電極組立体12のタブ側端面12aとの間に差し込まれて絶縁カバー46が装着される。このとき、タブ群27の折り返し部28が溶接されているので、絶縁カバー46をスライド移動させた時、折り返し部28の反力により変形することなく絶縁カバー46を円滑に差し込むことができる。その結果、絶縁カバー46の装着性を向上することができる。
(1)蓄電装置としての二次電池10の構造として、タブ群27の折り返し部28に、インサート材62が挟まれた状態において折り返し部28に重なる部位のタブ群27aと接合する1つのタブ当たり2箇所のインダイレクト抵抗溶接部31を有する。よって、蓋部材14、導電部材40及び引出端子41を一体に組み付けた状態で、絶縁カバー46を電極組立体12の積層方向一端側から他端側に向けてスライド移動させて、絶縁カバー46の第2板部49をタブ群27の折り返し部28と電極組立体12のタブ側端面12aとの間に差し込まれて絶縁カバー46が装着される。このとき、タブ群27の折り返し部28が溶接されているので、絶縁カバー46をスライド移動させた時、折り返し部28の反力により変形することなく絶縁カバー46を円滑に差し込むことができる。その結果、絶縁カバー46の装着性を向上することができる。
(2)蓄電装置としての二次電池10の製造方法として、蓋部材14に各極の引出端子41及び導電部材40を組み付けるとともに導電部材40に電極組立体12のタブ群27を接合した状態から、タブ群27の折り返し部28と当該折り返し部28に重なる部位のタブ群27aとをインダイレクト抵抗溶接する第1工程と、第1工程の後に、タブ群27の折り返し部28と電極組立体12のタブ側端面12aとの間に絶縁カバー46の第2板部49を第2方向に差し込む第2工程と、を有する。よって、タブ群27の折り返し部28をインダイレクト抵抗溶接した後に、タブ群27の折り返し部28と電極組立体12のタブ側端面12aとの間に絶縁カバー46の第2板部49を差し込むことにより、折り返し部28の反力により変形することなく絶縁カバー46を円滑に差し込むことができる。その結果、絶縁カバー46の装着性を向上することができる。
(3)インダイレクト抵抗溶接は、インサート材62を挟んだ状態で行うと、実用上好ましいものとなる。タブ群27は、正極電極21、負極電極22から電流を流すため、タブ25,26材料は低電気抵抗なもので構成されるため、インダイレクト溶接などの抵抗溶接を行うためには電流を大きくする、または通電時間を必要があり、そのため抵抗溶接時の熱影響が大きくなるが、インサート材62を挟むことで抵抗溶接時の熱影響を抑制することができる。
(4)インダイレクト抵抗溶接は、重ねたタブ同士が接する状態で行うと、実用上好ましいものとなる。タブ群27の折り返し部28は先端部30のみでインダイレクト抵抗溶接部31を有することで、抵抗溶接時の熱影響を抑制することができる。
(5)インダイレクト抵抗溶接は、正負の電極棒60,61がタブの幅方向における両端部に位置する状態で行うことにより、タブの幅方向における両端部での反りを防止することができる。
(6)絶縁カバー46の第2板部49と第3板部50とがタブ絶縁部47の長手方向において連続して形成される場合においてはタブ群の折り返し部28に絶縁カバー46の第2板部49が接触して下方に変形してそれに伴い第3板部50も下方に変形してしまうことになる。そうなると絶縁カバー46を差し込むことができなくなってしまうが、折り返し部28と当該折り返し部28に重なる部位のタブ群27aとを溶接することにより、折り返し部28が下方に曲がることなく絶縁カバー46の第2板部49との干渉による第3板部50の変形を防止して絶縁カバー46を容易に差し込むことができる。
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。
○ インダイレクト抵抗溶接の電極棒60,61の断面形状は、円形ではなく、四角形あるいはその角部が丸みを帯びたものであっても良い。丸形状では余剰タブ端面と点接触するが、四角形では余剰タブ端面に直線に接触させることができ、より端面のハネを抑制することができ、絶縁カバーの挿入寸法が確保できる。
○ インダイレクト抵抗溶接の電極棒60,61の断面形状は、円形ではなく、四角形あるいはその角部が丸みを帯びたものであっても良い。丸形状では余剰タブ端面と点接触するが、四角形では余剰タブ端面に直線に接触させることができ、より端面のハネを抑制することができ、絶縁カバーの挿入寸法が確保できる。
○インサート材は、溶接箇所における金属箔のタブに、予めロウ付け材等をコーティングや塗布することにより構成してもよい。
○ インサート材は、金属部材の表面に熱可塑性樹脂を成形することにより樹脂と金属との接合体を用いてもよい。
○ インサート材は、金属部材の表面に熱可塑性樹脂を成形することにより樹脂と金属との接合体を用いてもよい。
○ 図14(a),(b),(c),(d)に示すように、インサート材65は、長方形の本体部65aと、本体部65aの両端において折り曲げられた側面部65b,65cを有することとし、位置ズレ防止のため本体部65aの両端端面を折り曲げていてもよい。つまり、インサート材65は、少なくとも一方の端部がタブ群側に折り曲げられて位置決めされている構成としてもよい。
このようにすれば、以下のような効果を得ることができる。
(7)インサート材65が位置決めされていることにより、製造時の搬送に伴うインサート材65のズレが防止でき、インダイレクト溶接時の溶接欠陥を抑制することができる。
(7)インサート材65が位置決めされていることにより、製造時の搬送に伴うインサート材65のズレが防止でき、インダイレクト溶接時の溶接欠陥を抑制することができる。
○ 絶縁カバー46の第2板部49が差し込まれるのは負極のタブ群であったが、正極のタブ群であっても、負極のタブ群及び正極のタブ群であってもよい。
○ 正極電極21及び負極電極22は、金属箔の片面に活物質層が存在する構造でもよい。
○ 正極電極21及び負極電極22は、金属箔の片面に活物質層が存在する構造でもよい。
○ 蓄電装置は、例えばキャパシタなど、二次電池以外の蓄電装置にも適用可能である。
○ 二次電池10は、リチウムイオン二次電池以外の他の二次電池であってもよい。要は、正極用の活物質と負極用の活物質との間をイオンが移動するとともに電荷の享受を行うものであればよい。
○ 二次電池10は、リチウムイオン二次電池以外の他の二次電池であってもよい。要は、正極用の活物質と負極用の活物質との間をイオンが移動するとともに電荷の享受を行うものであればよい。
10…蓄電装置としての二次電池、11…ケース、12…電極組立体、12a…タブ側端面、13…ケース部材、13a…開口部、14…蓋部材、21…正極電極、22…負極電極、25,26…タブ、27…タブ群、28…折り返し部、31…インダイレクト抵抗溶接部、40…導電部材、41…電極端子としての引出端子、46…絶縁カバー、47…タブ絶縁部、48…第1板部、49…第2板部、60,61…電極棒、62,65…インサート材。
Claims (6)
- 正極と負極の電極が絶縁された状態で積層され、かつ各極の前記電極から突出したタブが同じ極性同士で積層されたタブ群を有する電極組立体と、
前記電極組立体を収容するケース部材、及び前記ケース部材の開口部を閉塞する板状の蓋部材を有するケースと、
前記蓋部材に固定され、前記電極組立体と電気を授受する各極の電極端子と、
前記蓋部材の内面と、前記タブ群が存在する前記電極組立体のタブ側端面との間に配置され、同じ極性の前記タブ群と接合されるとともに前記電極端子と電気的に接続された各極性の導電部材と、
前記タブ群と前記ケース部材とを絶縁する絶縁カバーと、
を備える蓄電装置であって、
前記タブ群は、前記電極の積層方向のうちの一方である第1方向に折り曲げられた形状をなし、先端側に前記積層方向のうちの前記第1方向とは逆向きの第2方向に、かつ、前記電極組立体側に折り返された折り返し部を有し、
前記絶縁カバーは、前記電極組立体における前記電極の積層方向一端側において前記タブ群と前記ケース部材との間に介在する板状のタブ絶縁部と、
前記積層方向に沿って前記タブ絶縁部から前記第2方向に突出し、前記蓋部材と前記導電部材の間に介在する第1板部と、
前記第1板部よりも前記電極組立体寄りに位置し、前記積層方向に沿って前記タブ絶縁部から前記第2方向に突出し、前記タブ群の折り返し部と前記電極組立体のタブ側端面との間に介在する第2板部と、を有し、
前記タブ群の折り返し部に、インサート材が挟まれた状態において折り返し部に重なる部位のタブ群と接合する1つのタブ当たり2箇所のインダイレクト抵抗溶接部を有することを特徴とする蓄電装置。 - 正極と負極の電極が絶縁された状態で積層され、かつ各極の前記電極から突出したタブが同じ極性同士で積層されたタブ群を有する電極組立体と、
前記電極組立体を収容するケース部材、及び前記ケース部材の開口部を閉塞する板状の蓋部材を有するケースと、
前記蓋部材に固定され、前記電極組立体と電気を授受する各極の電極端子と、
前記蓋部材の内面と、前記タブ群が存在する前記電極組立体のタブ側端面との間に配置され、同じ極性の前記タブ群と接合されるとともに前記電極端子と電気的に接続された各極性の導電部材と、
前記タブ群と前記ケース部材とを絶縁する絶縁カバーと、
を備え、
前記タブ群は、前記電極の積層方向のうちの一方である第1方向に折り曲げられた形状をなし、先端側に前記積層方向のうちの前記第1方向とは逆向きの第2方向に、かつ、前記電極組立体側に折り返された折り返し部を有し、
前記絶縁カバーは、前記電極組立体における前記電極の積層方向一端側において前記タブ群と前記ケース部材との間に介在する板状のタブ絶縁部と、
前記積層方向に沿って前記タブ絶縁部から前記第2方向に突出し、前記蓋部材と前記導電部材の間に介在する第1板部と、
前記第1板部よりも前記電極組立体寄りに位置し、前記積層方向に沿って前記タブ絶縁部から前記第2方向に突出し、前記タブ群の折り返し部と前記電極組立体のタブ側端面との間に介在する第2板部と、を有する
蓄電装置の製造方法であって、
前記蓋部材に各極の電極端子及び導電部材を組み付けるとともに導電部材に電極組立体のタブ群を接合した状態から、前記タブ群の折り返し部と当該折り返し部に重なる部位のタブ群とをインダイレクト抵抗溶接する第1工程と、
前記第1工程の後に、前記タブ群の折り返し部と前記電極組立体のタブ側端面との間に前記絶縁カバーの第2板部を前記第2方向に差し込む第2工程と、
を有することを特徴とする蓄電装置の製造方法。 - 前記インダイレクト抵抗溶接は、インサート材を挟んだ状態で行うことを特徴とする請求項2に記載の蓄電装置の製造方法。
- 前記インサート材は、少なくとも一方の端部が前記タブ群側に折り曲げられて位置決めされていることを特徴とする請求項3に記載の蓄電装置の製造方法。
- 前記インダイレクト抵抗溶接は、重ねたタブ同士が接する状態で行うことを特徴とする請求項2に記載の蓄電装置の製造方法。
- 前記インダイレクト抵抗溶接は、正負の電極棒が前記タブの幅方向における両端部に位置する状態で行うことを特徴とする請求項2〜5のいずれか1項に記載の蓄電装置の製造方法。
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JP2018025133A JP2019140069A (ja) | 2018-02-15 | 2018-02-15 | 蓄電装置及び蓄電装置の製造方法 |
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WO2024124586A1 (zh) * | 2022-12-16 | 2024-06-20 | 宁德时代新能源科技股份有限公司 | 电池单体、电池、用电设备及电池单体的制造方法 |
-
2018
- 2018-02-15 JP JP2018025133A patent/JP2019140069A/ja active Pending
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