JP2020107513A - 二次電池 - Google Patents

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Abstract

【課題】正負の極板にそれぞれ接続された集電タブが、集電部材を介して、封口板に固定された引出端子及び外部端子に接続された構造を有する二次電池において、集電部材と引出端子との接続部の損傷を抑制した二次電池を提供する。【解決手段】電池ケース６０の封口板６２外側に設けられた外部端子５０、５２と、封口板の内側に設けられ、外部端子と接続した状態で封口板に固定された引出端子３０Ｂ、３２Ｂと、封口板の内側に配置され、引出端子に接続された集電部材３０Ａ、３２Ａと、電極体１０の端部において、正極板及び負極板にそれぞれ接続された複数の集電タブ２０、２２とを備え、複数の集電タブは、集電部材に接続されており、電極体は、複数の集電タブが、封口板の内側空間において、屈曲した状態で、電池ケース内に収容されている。【選択図】図６

Description

本発明は、正負の極板にそれぞれ接続された集電タブが、集電部材を介して、封口板に固定された引出端子及び外部端子に接続された構造を有する二次電池に関する。
近年、リチウムイオン二次電池は、車両搭載用電源、あるいはパソコンおよび携帯端末の電源として好ましく用いられている。この種のリチウムイオン二次電池の一つとして、正極板及び負極板がセパレータを介して交互に積層された電極体を備える電池構造が知られている。
例えば、特許文献１には、複数の正極板及び負極板をセパレータを介して積層した電極体を、電池ケースに収納したリチウムイオン二次電池が開示されている。同公報では、電極体の一端から引き出されたリード（タブ）の端部を、封口板に組み付けられた内部端子（引出端子）に接続した後、リードを折り曲げながら、電池ケースの内部空間に収容し、その後、電池ケースの開口部を封口板で封口する組立工程が開示されている。これにより、正極板及び負極板は、それぞれ、リード及び内部端子を介して、外部端子に接続されている。なお、リベット状の外部端子は、封口板を貫通して、内部端子をかしめ固定している。
特開２００３−２４２９５７号公報
特許文献１に開示されたリチウムイオン二次電池の組立工程では、電極体の一端から引き出されたリード（タブ）の端部は、内部端子（引出端子）に溶接等により接続される。しかしながら、内部端子は、封口板に組み付けられているため、リードの端部を内部端子に接続する際、封口板がじゃまになり、作業性が悪い。
そこで、作業性をよくするために、電極体の一端から引き出されたリード（タブ）の端部を、集電部材を介して、封口板に組み付けられた内部端子（引出端子）に接続する構造が考えられる。このような構造は、まず、リード（タブ）の端部を集電部材に溶接等で接続し、その後、リードが接続された集電部材を、封口板に組み付けられた内部端子（引出端子）に接続することによって組み立てることができる。すなわち、このような組立工程においては、リードの端部を集電部材に接続する際、じゃまになる封口板がないため、作業性が大幅に向上する。
しかしながら、このような構造では、集電部材は、内部端子に接続されているだけで、集電部材自身が、封口板に固定されているわけではない。そのため、二次電池に強い衝撃等が加わると、電極体が電池ケース内で動き、これにより、集電部材は、リード（タブ）によって引っ張られる。そのため、集電部材は、集電部材と内部端子（引出端子）との接続部が支点となって、封口板から離れたりくっついたりの振動をする。その結果、集電部材と内部端子（引出端子）との接続部に大きな負荷がかかり、接続部が損傷・破損するという問題が生じる。なお、特許文献１に開示された二次電池のように、リード（タブ）が、集電部材を介さず、直接、内部端子（引出端子）に接続した構造では、内部端子（引出電極）が封口板に固定されているため、上記のような問題は生じない。
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、正負の極板にそれぞれ接続された集電タブが、集電部材を介して、封口板に固定された引出端子及び外部端子に接続された構造を有する二次電池において、集電部材と引出端子との接続部の損傷を抑制した二次電池を提供することにある。
本発明に係る二次電池は、正極板及び負極板を備えた電極体と、開口部を有し、電極体を収容した電池ケースと、開口部を封口する封口板と、封口板の外側に設けられた外部端子と、封口板の内側に設けられ、外部端子と接続した状態で、封口板に固定された引出端子と、封口板の内側に配置され、引出端子に接続された集電部材と、電極体の封口板側端部において、正極板及び負極板にそれぞれ接続された複数の集電タブとを備え、複数の集電タブは、集電部材に接続されており、電極体は、複数の集電タブが、封口板の内側空間において、屈曲した状態で電池ケース内に収容されている。
本発明によれば、正負の極板にそれぞれ接続された集電タブが、集電部材を介して、封口板に固定された引出端子及び外部端子に接続された構造を有する二次電池において、集電部材と引出端子との接続部の損傷を抑制した二次電池を提供することができる。
本発明の一実施形態における二次電池の構成を模式的に示した断面図である。 二次電池の組立工程を説明した図である。 二次電池の組立工程を説明した図である。 二次電池の組立工程を説明した図である。 図１において、正極外部端子近傍を拡大した部分拡大図である。 図１のＶ−Ｖ線に沿った断面図である。 変形例１における封口板の短手方向に沿った正極集電部材近傍の部分断面図である。 変形例２における封口板の短手方向に沿った正極集電部材近傍の部分断面図である。 変形例３における二次電池の構成を模式的に示した断面図である。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。また、本発明の効果を奏する範囲を逸脱しない範囲で、適宜変更は可能である。
図１は、本発明の一実施形態における二次電池の構成を模式的に示した断面図である。
図１に示すように、本実施形態における二次電池は、正極板及び負極板を備えた電極体１０と、電極体１０を収納した電池ケース６０と、電池ケース６０の開口部を封口した封口板６２とを有している。
電極体１０の封口板６２側端部において、正極板に接続された複数の正極集電タブ２０は、束ねられて、正極集電部材３０Ａに接続されている。同様に、負極板に接続された複数の負極集電タブ２２は、束ねられて、負極集電部材３２Ａに接続されている。ここで、正極集電タブ２０及び負極集電タブ２２は、金属箔からなる。また、正極集電部材３０Ａ及び負極集電部材３２Ａは、金属板からなる。
正極集電部材３０Ａは、封口板６２の内側に設けられた正極引出端子３０Ｂを介して、封口板６２の外側に設けられた正極外部端子５０に接続されている。同様に、負極集電部材３２Ａは、封口板６２の内側に設けられた負極引出端子３２Ｂを介して、封口板６２の外側に設けられた負極外部端子５２に接続されている。ここで、引出端子３０Ｂ、３２Ｂは金属板からなる。
正極集電部材３０Ａ及び正極引出端子３０Ｂと、封口板６２との間には、絶縁部材９０が配置されている。同様に、負極集電部材３２Ａ及び負極引出端子３２Ｂと、封口板６２との間には、絶縁部材９２が配置されている。また、正極外部端子５０は、ガスケット９１を介して、封口板６２にかしめ加工により固定されている。同様に、負極外部端子５２は、ガスケット９３を介して、封口板６２にかしめ加工により固定されている。また、正極引出端子３０Ｂ及び絶縁部材９０は、正極外部端子５０のかしめ加工により、封口板６２に固定されている。同様に、負極引出端子３２Ｂ及び絶縁部材９２は、負極外部端子５２のかしめ加工により、封口板６２に固定されている。
次に、図２〜図４を参照しながら、図１に示した二次電池の組立工程を説明する。
図２は、電極体１０の端部から、正極板に接続された複数の正極集電タブ２０が突き出ている状態を示した斜視図である。
そして、この状態で、図３に示すように、複数の正極集電タブ２０を束ねて積層させて、正極集電部材３０Ａの上に載せる。そして、正極集電タブ２０と正極集電部材３０Ａとを、例えば、超音波接合、あるいは抵抗溶接により、接続させる。これにより、正極集電タブ２０と正極集電部材３０Ａとは、接続部７０で接続される。
次に、図４に示すように、あらかじめ、封口板６２、正極外部端子５０、絶縁部材９０、及び正極引出端子３０Ｂを接続・固定して、これらが一体となった部材に、正極集電タブ２０が接続された正極集電部材３０Ａを載せる。このとき、正極集電部材３０Ａは、正極引出端子３０Ｂの隣に接するように載せられる。そして、正極集電部材３０Ａと正極引出端子３０Ｂとの接する部分を、例えば、レーザ溶接により接続する。これにより、正極集電部材３０Ａと正極引出端子３０Ｂとは、接続部７８で接続される。その後、封口板６２を、矢印Ａの方向に回転させて、電極体１０を電池ケース６０内に収容する。
最後に、電池ケース６０の開口部を封口板６２で封口して、本実施形態における二次電池が組み立てられる。このとき、電極体１０は、正極集電タブ２０が、封口板６２の内側空間において屈曲した状態で、電池ケース６０に収容されている。なお、負極集電タブ２２、負極集電部材３２Ａ、負極引出端子３２Ｂ、及び負極外部端子５２についても、同様の方法で組み立てられる。
ところで、図４に示したように、正極集電部材３０Ａは、正極集電部材３０Ａと正極引出端子３０Ｂとの隣接部分における接続部７８のみで、正極引出端子３０Ｂと接続されている。すなわち、正極集電部材３０Ａは、接続部７８以外は、絶縁部材９０（封口板６２）側に当接しているだけで、封口板６２には固定されていない。
図５は、図１において、正極外部端子５０近傍を拡大した部分拡大図である。
図５に示すように、二次電池に強い衝撃等が加わると、電極体が電池ケース内で動き、そのため、正極集電部材３０Ａは、正極集電タブ２０によって矢印Ｐの方向に引っ張られる。これにより、正極集電部材３０Ａは、正極集電部材３０Ａと正極引出端子３０Ｂとの接続部７８が支点となって、絶縁部材９０と当接している面３１が、絶縁部材９０から離れたりくっついたりの振動をする。その結果、正極集電部材３０Ａと正極引出端子３０Ｂとの接続部７８に大きな負荷がかかり、接続部７８が損傷・破損するおそれがある。
しかしながら、本実施形態では、図６に示すように、電極体１０は、複数の正極集電タブ２０が、封口板６２の内側空間において、２つの屈曲部１００、１１０を有した状態で、電池ケース６０内に収容されている。ここで、図６は、図１のＶ−Ｖ線に沿った断面図である。
図６に示すように、複数の正極集電タブ２０は、２つの屈曲部１００、１１０を有しているため、屈曲した正極集電タブ２０の弾力に起因する押力Ｆにより、正極集電部材３０Ａは、常に、絶縁部材９０（封口板６２）側に押圧されている。そのため、二次電池に強い衝撃等が加わっても、正極集電部材３０Ａは、図５に示したように、正極集電部材３０Ａと正極引出端子３０Ｂとの接続部７８が支点となって振動することはない。その結果、正極集電部材３０Ａと正極引出端子３０Ｂとの接続部７８の損傷を抑制することができ、接続部７８の信頼性が向上する。なお、負極集電部材３２Ａと負極引出端子３２Ｂとの接続部についても、同様の効果を奏する。
また、本実施形態における二次電池は、正負の極板からそれぞれ引き出された集電タブ２０、２２の端部を、集電部材３０Ａ、３２Ａを介して、封口板６２に固定された引出端子３０Ｂ、３２Ｂに接続した構造を採用している。そのため、このような構造を有する二次電池は、集電タブ２０、２２の端部を集電部材３０Ａ、３２Ａに接続し、その後、集電タブ２０、２２が接続された集電部材３０Ａ、３２Ａを、封口板６２に固定された引出端子３０Ｂ、３２Ｂに接続することによって組み立てることができる。その結果、集電タブ２０、２２の端部を、集電部材３０Ａ、３２Ａに接続する際、じゃまになる封口板６２がないため、作業性が大幅に向上する。
本実施形態では、複数の集電タブ２０、２２に、２つの屈曲部１００、１１０を設けることによって、集電タブ２０、２２自身に、集電部材３０Ａ、３２Ａを封口板６２側に押し付ける押力Ｆを付与している。この押力Ｆを、より効果的に発揮させるために、２つの屈曲部１００、１１０を、以下のように形成することが好ましい。
図６に示すように、封口板６２の内側空間において、封口板６２側に形成された屈曲部１００を第１の屈曲部、電極体１０側に形成された屈曲部１１０を第２の屈曲部としたとき、第２の屈曲部１１０の最内層における屈曲点Ｑは、第１の屈曲部１００の最内層における屈曲点Ｐ１に対して、第１の屈曲部１００の最外層における屈曲点Ｐ２と反対側にあることが好ましい。これにより、押力Ｆを的確に集電部材３０Ａ、３２Ａにかけることができるため、正極集電タブ２０の封口板６２側に押し付ける押力Ｆを、より大きくすることができる。
さらに、図６に示すように、第２の屈曲部１１０の最内層における屈曲点Ｑと、第１の屈曲部１００の最内層における屈曲点Ｐ１との封口板６２と平行な方向の距離をＷ１、電極体１０の封口板６２と平行な方向の幅をＷ２としたとき、Ｗ１＜１／２Ｗ２の関係を満たしていることが好ましい。Ｗ１が大きすぎると屈曲部が折れ曲がってしまい、屈曲部が復元しようとする力が失われ、集電部材３０Ａ、３２Ａを封口板６２側に押し付ける押力Ｆが小さくなってしまうためある。
また、図６に示すように、電極体１０の封口板６２側端部と、封口板６２の内側面との距離をＬとしたとき、Ｗ１＜Ｌの関係を満たしていることが好ましい。Ｗ１が大きすぎると屈曲部が折れ曲がってしまい、屈曲部が復元しようとする力が失われ、集電部材３０Ａ、３２Ａを封口板６２側に押し付ける押力Ｆが小さくなってしまうためある。
以上、説明したように、正負の極板にそれぞれ接続された集電タブ２０、２２が、集電部材３０Ａ、３２Ａを介して、封口板６２に固定された引出端子３０Ｂ、３２Ｂ及び外部端子５０、５２に接続された構造を有する二次電池において、電極体１０を、複数の集電タブ２０、２２が、封口板６２の内側空間において、屈曲した状態で、電池ケース６０内に収容することによって、二次電池に強い衝撃等が加わっても、集電部材３０Ａ、３２Ａと引出端子３０Ｂ、３２Ｂとの接続部の損傷を抑制することができる。
（変形例１）
上記実施形態では、封口板６２の内側空間において、複数の正極集電タブ２０に、２つの屈曲部１００、１１０を設けたが、図７に示すように、複数の正極集電タブ２０に、１つの屈曲部１００を設けただけでもよい。ここで、図７は、封口板６２の短手方向に沿った正極集電部材３０Ａ近傍の部分断面図である。
本変形例１においても、複数の正極集電タブ２０に屈曲部１００を設けることによって、正極集電タブ２０自身に、正極集電部材３０Ａを封口板６２側に押し付ける押力を付与することができる。これにより、二次電池に強い衝撃等が加わっても、正極集電部材３０Ａと正極引出端子３０Ｂとの接続部７８の損傷を抑制することができる。同様に、負極集電タブ２２についても、１つの屈曲部を設けることによって、負極集電部材３２Ａと負極引出端子３２Ｂとの接続部の損傷を抑制することができる。
（変形例２）
図８は、封口板６２の短手方向に沿った正極集電部材３０Ａ近傍の部分断面図である。
図８に示すように、本変形例２における二次電池は、同一構造からなる２つの電極体１０Ａ、１０Ｂが、電池ケース６０内に収容されている。そして、電極体１０Ａ、１０Ｂの封口板６２側端部において、それぞれ、正極板に接続された複数の正極集電タブ２０Ａ、２０Ｂが、束ねられて、１つの正極集電部材３０Ａに接続されている。
本変形例２におい、正極集電タブ２０Ａ、２０Ｂは、それぞれ、２つの屈曲部（１００Ａ、１１０Ａ）、（１００Ｂ、１１０Ｂ）を有している。そして、それぞれ２つの屈曲部（１００Ａ、１１０Ａ）、（１００Ｂ、１１０Ｂ）は、互いに反対方向に屈曲している。
本変形例２によれば、正極集電タブ２０Ａ、２０Ｂに、それぞれ、２つの屈曲部（１００Ａ、１１０Ａ）、（１００Ｂ、１１０Ｂ）を設けることによって、正極集電タブ２０Ａ、２０Ｂ自身に、正極集電部材３０Ａを封口板６２側に押し付ける押力を付与することができる。これにより、二次電池に強い衝撃等が加わっても、正極集電部材３０Ａと正極引出端子３０Ｂとの接続部の損傷を抑制することができる。
同様に、２つの電極体１０Ａ、１０Ｂの封口板６２側端部から引き出された２つの負極集電タブ２２についても、それぞれ、２つの屈曲部を設けることによって、負極集電部材３２Ａと負極引出端子３２Ｂとの接続部の損傷を抑制することができる。
（変形例３）
図９は、本発明の変形例３における二次電池の構成を模式的に示した断面図である。
図９に示すように、本変形例３における二次電池は、正負の引出端子３０Ｂ、３２Ｂ、及び正負の外部端子５０、５２の構造が、図１に示した構造と異なっている。
すなわち、リベット状の引出端子３０Ｂ、３２Ｂは、それぞれ、封口板６２を貫通して、ガスケット９１、９３を介して、封口板６２にかしめ固定されている。また、外部端子５０、５２は、それぞれ、引出端子３０Ｂ、３２Ｂに接続されて、封口板６２の外側に配置されている。
また、電極体１０の封口板６２側端部から引き出された正負の集電タブ２０、２２は、それぞれ、正負の集電部材３０Ａ、３２Ａに接続されている。そして、正負の集電部材３０Ａ、３２Ａの端部は、それぞれ、封口板６２の内側に設けられた正負の引出端子３０Ｂ、３２Ｂまで引き出され、そこで、正負の引出端子３０Ｂ、３２Ｂに溶接等で接続されている。
本変形例３においても、電極体１０は、複数の正負の集電タブ２０、２２が、それぞれ、封口板６２の内側空間において、少なくとも１つ以上の屈曲部を有する状態で、電池ケース６０内に収容されている。
このような構造の二次電池は、図２〜４に示した工程と同様の工程により組み立てられる。
すなわち、図２、３に示した工程と同様に、電極体１０の端部から引き出された複数の正極集電タブ２０を束ねて積層させて、正極集電部材３０Ａの上に載せる。そして、正極集電タブ２０と正極集電部材３０Ａとを、例えば、超音波接合、あるいは抵抗溶接により、接続させる。
次に、図４に示した工程と同様に、あらかじめ、封口板６２、正極外部端子５０、ガスケット９１、及び正極引出端子３０Ｂを接続・固定して、これらが一体となった部材に、正極集電タブ２０が接続された正極集電部材３０Ａを載せる。このとき、正極集電部材３０Ａは、その端部が正極引出端子３０Ｂと重なるように載せられる。そして、正極集電部材３０Ａの正極引出端子３０Ｂと重なる部分を、例えば、レーザ溶接により、正極引出端子３０Ｂに接続する。その後、封口板６２を回転させて、電極体１０を電池ケース６０内に収容する。最後に、電池ケース６０の開口部を封口板６２で封口して、本変形例３における二次電池が組み立てられる。
このとき、電極体１０は、正極集電タブ２０が、封口板６２の内側空間において屈曲した状態で、電池ケース６０に収容されている。なお、負極集電タブ２２、負極集電部材３２Ａ、負極引出端子３２Ｂ、及び負極外部端子５２についても、同様の方法で組み立てられる。
本変形例３においても、正極集電部材３０Ａは、正極集電部材３０Ａの正極引出端子３０Ｂと重なった部分においてのみ、正極引出端子３０Ｂと接続されており、封口板６２には固定されていない。そのため、図５に示したのと同様に、二次電池に強い衝撃等が加わると、正極集電部材３０Ａは、正極集電タブ２０によって引っ張られて、正極引出端子３０Ｂとの接続部が支点となって振動する。その結果、正極集電部材３０Ａと正極引出端子３０Ｂとの接続部に大きな負荷がかかり、接続部が損傷・破損するおそれがある。
しかしながら、本変形例３においても、複数の正極集電タブ２０に、１つ以上の屈曲部を設けることによって、正極集電タブ２０自身に、正極集電部材３０Ａを封口板６２側に押し付ける押力Ｆを付与することができる。これにより、二次電池に強い衝撃等が加わっても、正極集電部材３０Ａと正極引出端子３０Ｂとの接続部の損傷を抑制することができる。
同様に、電極体１０の封口板６２側端部から引き出された複数の負極集電タブ２２についても、１つ以上の屈曲部を設けることによって、負極集電部材３２Ａと負極引出端子３２Ｂとの接続部の損傷を抑制することができる。
以上、本発明を好適な実施形態により説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、もちろん、種々の改変が可能である。例えば、上記実施形態及び変形例において、図１及び図９に示したような構造の正負の集電部材３０Ａ、３２Ａ、引出端子３０Ｂ、３２Ｂ、及び外部端子５０、５２を例示したが、このような構造に特に限定されない。なお、この場合、引出端子３０Ｂ、３２Ｂは、少なくとも、封口板６２の内側に設けられ、外部端子５０、５２と接続した状態で、封口板６２に固定されていればよい。
また、本発明における二次電池は、その種類は、特に限定されず、例えば、リチウムイオン二次電池、ニッケル水素二次電池等に適用することができる。また、電極体１０も、その構造は特に限定されない。また、正極、負極、セパレータ、電解液等については公知の材料を使用できる。
１０ 電極体
２０ 正極集電タブ
２２ 負極集電タブ
３０Ａ 正極集電部材
３０Ｂ 正極引出端子
３２Ａ 負極集電部材
３２Ｂ 負極引出端子
５０ 正極外部端子
５２ 負極外部端子
６０ 電池ケース
６２ 封口板
７０ 接続部
９０、９２ 絶縁部材
９１、９３ ガスケット
１００ 第１の屈曲部
１１０ 第２の屈曲部

Claims (5)

  1. 正極板及び負極板を備えた電極体と、
    開口部を有し、前記電極体を収容した電池ケースと、
    前記開口部を封口する封口板と、
    前記封口板の外側に設けられた外部端子と、
    前記封口板の内側に設けられ、前記外部端子と接続した状態で、前記封口板に固定された引出端子と、
    前記封口板の内側に配置され、前記引出端子に接続された集電部材と、
    前記電極体の前記封口板側端部において、前記正極板及び前記負極板にそれぞれ接続された複数の集電タブと、
    を備えた二次電池であって、
    前記複数の集電タブは、前記集電部材に接続されており、
    前記電極体は、前記複数の集電タブが、前記封口板の内側空間において、屈曲した状態で、前記電池ケース内に収容されている、二次電池。
  2. 前記複数の集電タブは、前記封口板の内側空間において、２つの屈曲部を有している、請求項１に記載の二次電池。
  3. 前記複数の集電タブは、前記封口板の内側空間において、前記封口板側に形成された第１の屈曲部と、前記電極体側に形成された第２の屈曲部とを有し、
    前記第２の屈曲部の最内層における屈曲点は、前記第１の屈曲部の最内層における屈曲点に対して、前記第１の屈曲部の最外層における屈曲点と反対側にある、請求項２に記載の二次電池。
  4. 前記第２の屈曲部の最内層における屈曲点と、前記第１の屈曲部の最内層における屈曲点との前記封口板と平行な方向の距離をＷ１、前記電極体の前記封口板と平行な方向の幅をＷ２としたとき、Ｗ１＜１／２Ｗ２の関係を満たしている、請求項３に記載の二次電池。
  5. 前記第２の屈曲部の最内層における屈曲点と、前記第１の屈曲部の最内層における屈曲点との前記封口板と平行な方向の距離をＷ１、前記電極体の前記封口板側端部と、前記封口板の内側面との距離をＬとしたとき、Ｗ１＜Ｌの関係を満たしている、請求項３に記載の二次電池。

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