JP2020119718A

JP2020119718A - 電池

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Publication number: JP2020119718A
Application number: JP2019008982A
Authority: JP
Inventors: 中山　博之; Hiroyuki Nakayama; 博之中山
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2019-01-23
Filing date: 2019-01-23
Publication date: 2020-08-06
Anticipated expiration: 2039-01-23
Also published as: JP7205719B2

Abstract

【課題】シール部材による隙間のシール性が低下することを適切に抑制することが可能な電池を提供する。【解決手段】電池は、ケース、外部端子６Ｂ、内部端子、および絶縁部材１５Ｂを備える。外部端子６Ｂはケースの外側に配置され、バスバー１０が接続される。内部端子は、軸部とかしめ部７６Ｂを有し、ケースの内側で電極体と電気的に接続される。絶縁部材１５Ｂは、ケースと外部端子６Ｂの間に配置され、且つ、内部端子の軸部の軸方向に突出して外部端子６Ｂの外周の少なくとも一部を囲う囲い部１８Ｂを備える。軸部の軸方向から見た場合に、外部端子６Ｂの幅は、かしめ部７６Ｂが位置する第一領域Ｒ１の幅Ｗ１の方が、バスバー１０が接続される位置と第一領域Ｒ１との間の第二領域Ｒ２の幅Ｗ２よりも大きい。絶縁部材１５Ｂの囲い部１８Ｂが、外部端子６Ｂの第一領域Ｒ１の周囲の少なくとも一部と接触する。【選択図】図３

Description

本発明は、電池に関する。

リチウムイオン二次電池等の電池は、パソコンや携帯端末等のポータブル電源、あるいはＥＶ（電気自動車）、ＨＶ（ハイブリッド自動車）、ＰＨＶ（プラグインハイブリッド自動車）等の車両駆動用電源として広く用いられている。例えば、特許文献１に開示されている二次電池は、溶接によりバスバー（接続部材）を固定することが可能な外部端子を有する。該電池の外部端子の溶接面と接続部との間の位置には、狭窄部が設けられている。狭窄部の幅は、外部端子の溶接部と接続部のいずれの最大幅よりも小さい。

特開２０１４−２３５８７０号公報

上記従来の電池において、外部端子の狭窄部は他の部分よりも狭いので、狭窄部の抵抗は高くなり易い。そのため、外部端子に電流が流れると、抵抗が高い狭窄部の近傍において温度が上昇し易くなる可能性がある。外部端子が過度に温度上昇すると、部材同士の隙間をシールしているシール部材のシール性が低下することも考えられる。一方で、狭窄部が設けられていない場合には、外部端子に外力が加わった場合に、外力が狭窄部によって吸収されない。その結果、外部端子に加わる外力によって、シール部材によるシール性が低下する可能性がある。

本発明の典型的な目的は、シール部材による隙間のシール性が低下することを適切に抑制することが可能な電池を提供することである。

かかる目的を実現すべく、ここに開示される一態様の電池は、発電要素を収容するケースと、前記ケースの外側に配置され、バスバーが接続される外部端子と、前記ケースおよび前記外部端子の各々に形成された貫通孔に挿通される軸部と、前記ケースの外側でかしめられることで前記外部端子と接続されるかしめ部とを有し、前記ケースの内側で電極体と電気的に接続される内部端子と、前記ケースと前記外部端子との間に配置され、且つ、前記軸部の軸方向に突出して前記外部端子の外周の少なくとも一部を囲う囲い部を備える絶縁部材と、を備え、前記軸部の軸方向から見た場合に、前記バスバーが接続される位置と前記かしめ部とを結ぶ方向に交差する方向における前記外部端子の幅は、前記かしめ部が位置する第一領域の幅の方が、前記バスバーが接続される位置と前記第一領域との間の第二領域の幅よりも大きく、前記絶縁部材の前記囲い部が、前記外部端子の前記第一領域の周囲の少なくとも一部と接触することを特徴とする。

上記構成の電池における外部端子では、抵抗が高くなり易い狭窄部が設けられていない。従って、外部端子に電流が流れる際に発生するジュール熱の増加が抑制される。また、外部端子の第一領域の周囲の少なくとも一部が絶縁部材の囲い部と接触することで、外部端子から絶縁部材への伝熱経路が増加する。その結果、外部端子の温度上昇がさらに抑制される。また、外部端子に外力が加わった場合でも、第一領域と第二領域の境界に応力が集中する。従って、シール部材による隙間のシール性が外力によって低下することも抑制される。よって、シール部材による隙間のシール性が低下することが、適切に抑制される。

本実施形態の電池１の構成を示す縦断面図である。負極端子部材４Ｂの近傍の縦断面図である。負極端子部材４Ｂの近傍の平面図である。

以下、本開示における典型的な実施形態の１つについて、図面を参照しつつ詳細に説明する。本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって実施に必要な事柄は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。なお、以下の図面においては、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付して説明している。また、各図における寸法関係（長さ、幅、厚み等）は実際の寸法関係を反映するものではない。

本明細書において、「電池」とは、電気エネルギーを取り出し可能な蓄電デバイス一般を指す用語であって、一次電池および二次電池を含む概念である。「二次電池」とは、繰り返し充放電可能な蓄電デバイス一般をいい、リチウムイオン二次電池、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池等のいわゆる蓄電池（すなわち化学電池）の他、電気二重層キャパシタ等のキャパシタ（すなわち物理電池）を包含する。以下、電池の一種である扁平角形のリチウムイオン二次電池を例示して、本開示に係る電池について詳細に説明する。ただし、本開示に係る電池を、以下の実施形態に記載されたものに限定することを意図したものではない。

＜電池の全体構成＞
図１を参照して、本開示に係る電池１の全体構成について説明する。図１に例示する電池１はリチウムイオン二次電池であり、ケース２、電極体（発電要素に相当する）３、および電解液３５を備える。ケース２は、電極体３および電解液３５を内部に密閉した状態で収容する。本実施形態におけるケース２の形状は、扁平な角形である。ケース２は、一端に開口部を有する箱型の本体２１と、該本体の開口部を塞ぐ板状の蓋部材２２を備える。本体２１と蓋部材２２は、溶接等によって一体とされる。ケース２の材質としては、例えば、アルミニウム等の軽量で熱伝導性の良い金属材料等を用いることができる。一例として、本実施形態における電極体３には、長尺状の正極体、負極体、およびセパレータが重ね合わされて捲回された捲回電極体が用いられている。一例として、本実施形態における電解液３５には、リチウム塩を含む非水電解液が用いられている。

蓋部材２２の形状は、矩形板状である。蓋部材２２の長手方向（図１における左右方向）の両端部には、一対の電極端子部材４（正極端子部材４Ａおよび負極端子部材４Ｂ）が設けられている。詳細には、蓋部材２２の長手方向の一端部（図１における左端部）には正極端子部材４Ａが設けられており、他端部（図１における右端部）には負極端子部材４Ｂが設けられている。

正極端子部材４Ａは、正極外部端子（図示せず）、正極内部端子７Ａ、および正極集電端子８Ａを備える。正極外部端子は、ケース２の外部に配置される。正極内部端子７Ａは、ケース２の内部に配置される。また、正極内部端子７Ａは、ケース２に設けられた第１貫通孔を通じて正極外部端子に接続される。正極集電端子８Ａは、ケース２の内部において、電極体３の正極３Ａと正極内部端子７Ａに電気的に接続される。

負極端子部材４Ｂは、負極外部端子６Ｂ（図２参照）、負極内部端子７Ｂ、および負極集電端子８Ｂを備える。負極外部端子６Ｂは、ケース２の外部に配置される。負極内部端子７Ｂは、ケース２の内部に配置される。また、負極内部端子７Ｂは、ケース２に設けられた第１貫通孔２３Ｂ（図２参照）を通じて負極外部端子６Ｂに接続される。負極集電端子８Ｂは、ケース２の内部において、電極体３の負極３Ｂと負極内部端子７Ｂに電気的に接続される。正極端子部材４Ａおよび負極端子部材４Ｂを構成する各部材は、高い導電性を有する金属等によって適宜形成される。

＜電極端子部材＞
図２および図３を参照して、電池１における電極端子部材４（正極端子部材４Ａおよび負極端子部材４Ｂ）の構成について詳細に説明する。なお、本実施形態における正極端子部材４Ａと負極端子部材４Ｂの構造は、電池１の長手方向の中央を中心として略対称な構造に形成されている。従って、以下では負極端子部材４Ｂの構成について詳細な説明を行い、正極端子部材４Ａの構成の説明は省略する。

負極外部端子６Ｂは板状であり、貫通孔６２Ｂを有する。ケース２（本実施形態では蓋部材２２）と負極外部端子６Ｂとの間には、絶縁部材１５Ｂが配置される。絶縁部材１５Ｂは、絶縁性を有する材質によって形成されている。絶縁部材１５Ｂは、平板部１６Ｂと囲い部１８Ｂを備える。平板部１６Ｂには、貫通孔１７Ｂが形成されている。囲い部１８Ｂは、平板部１６Ｂの端部から上方に（つまり、後述する軸部７５Ｂの軸方向に）延びる。囲い部１８Ｂは、負極外部端子６Ｂの外周の少なくとも一部（本実施形態では全周）を囲う。本実施形態では、絶縁部材１５Ｂは、ケース２の蓋部材２２の延伸方向（図１〜図３における左右方向）に延びる。詳細には、絶縁部材１５Ｂの囲い部１８Ｂが延びる方向と、ケース２の蓋部材２２の延伸方向は、平行である。従って、絶縁部材１５Ｂにおいて、部分的に蓋部材２２と本体２１との境目に近い部分はない。よって、蓋部材２２と本体２１とを溶接等により接続する時に、絶縁部材１５Ｂが熱等の影響を受ける可能性を低減できる。

ケース２（本実施形態では、ケース２の蓋部材２２）には、負極内部端子７Ｂが挿通される貫通孔２３Ｂが設けられている。負極内部端子７Ｂは、支持部７１Ｂ、軸部７５Ｂ、およびかしめ部７６Ｂを備える。支持部７１Ｂは、略板状の板面を有する。軸部７５Ｂは柱状（本実施形態では円柱状）であり、支持部７１Ｂの板面から垂直に（図２における上方に）延びる。軸部７５Ｂの横断面は、支持部７１Ｂの板面よりも小さい。軸部７５Ｂは、ケース２における貫通孔２３Ｂおよび負極外部端子６Ｂにおける貫通孔６２Ｂに挿通される。かしめ部７６Ｂは、軸部７５Ｂの先端部（図２における上端部）がかしめられることで負極外部端子６Ｂと接続される。

なお、負極内部端子７Ｂの材料の強度が負極外部端子６Ｂの材料の強度よりも高い場合、軸部７５Ｂの先端部がかしめられることで、かしめ部７６Ｂ（貫通孔６２Ｂ）周辺の負極外部端子６Ｂの幅が押し広げられる。従って、一例として、略同じ幅で延びる負極外部端子６Ｂが用意され、軸部７５Ｂの先端部がかしめられることで、かしめ部７６Ｂ（貫通孔６２Ｂ）周辺の負極外部端子６Ｂの幅が広げられてもよい。また、他の例として、かしめ部７６Ｂ（貫通孔６２Ｂ）周辺の負極外部端子６Ｂの幅が広い負極外部端子６Ｂが、予め用意されてもよい。

負極内部端子７Ｂとケース２（本実施形態では蓋部材２２）の内面２５Ｂとの間には、シール部材９Ｂが配置される。シール部材９Ｂは、絶縁性を有する材質によって形成されている。シール部材９Ｂは、更に、弾性および耐電解液性を有する材質（例えば樹脂等）によって形成されていてもよい。シール部材９Ｂは、負極内部端子７Ｂとケース２の間を絶縁する。また、シール部材９Ｂは、負極内部端子７Ｂおよびケース２の内面２５Ｂに密着することで、負極内部端子７Ｂとケース２の内面２５Ｂとの間をシールする。なお、ケース２の内面２５Ｂとは、ケース２の内側を向く面（図２における蓋部材２２の下側の面）である。

シール部材９Ｂは、基部９１Ｂ、貫通孔９２Ｂ、および筒部９３Ｂを備える。基部９１Ｂは、略平板状に形成されている。なお、基部９１Ｂは、負極内部端子７Ｂとケース２の内面の間で圧縮されることで、変形してもよい。貫通孔９２Ｂは、基部９１Ｂの略中央部を厚み方向（図２における上下方向）に貫通する。筒部９３Ｂは、貫通孔９２Ｂの周縁部からケース２の外方（図２における上方）へ向けて突出する筒状（本実施形態では円筒状）の部位である。筒部９３Ｂは、蓋部材２２に設けられた貫通孔２３Ｂに嵌めこまれる。

なお、外部端子６（正極外部端子６Ａおよび負極外部端子６Ｂ）には、バスバー１０を配置することが可能である。例えば、バスバー１０を介して複数の電池１を接続することによって、組電池を構成することもできる。外部端子６にバスバー１０を接続する方法は適宜選択できる。例えば、バスバー１０は、外部端子６に配置され、溶接により外部端子６に固定されてもよい。例えば、電極端子部材４にボルトが設けられ、バスバー１０に貫通孔が設けられてもよい。この場合、バスバー１０の貫通孔に電極端子部材４のボルトが挿通されて、バスバー１０が外部端子６に配置されてもよい。バスバー１０の貫通孔に挿通されたボルトにナットが締結されることで、バスバー１０が外部端子６に固定されてもよい。

図３に示すように、負極内部端子７Ｂの軸部７５Ｂ（図２参照）の軸方向（つまり、図２における上方）から見た場合に、負極外部端子６Ｂにおいてかしめ部７６Ｂが位置する領域を第一領域Ｒ１とし、負極外部端子６Ｂにおいてバスバー１０が接続される位置と第一領域Ｒ１との間の領域を第二領域Ｒ２とする。この場合に、負極外部端子６Ｂのうち、バスバー１０が接続される位置とかしめ部７６Ｂを結ぶ方向に交差する方向（つまり、図３における上下方向）の幅に着目する。本実施形態の負極外部端子６Ｂでは、第一領域Ｒ１の幅Ｗ１が、第二領域Ｒ２の幅Ｗ２よりも大きい。従って、負極外部端子６Ｂは、抵抗が高くなる可能性がある狭窄部を有しない。そのため、負極外部端子６Ｂに電流が流れた場合に、ジュール熱が発生し難い。よって、負極外部端子６Ｂの発熱を抑制することができる。また、負極外部端子６Ｂに外力が加わる場合（例えば、負極外部端子６Ｂにバスバー１０を固定する場合等）に、第一領域Ｒ１と第二領域Ｒ２の境目に応力が集中する。これにより、該境目で負極外部端子６Ｂが変形することで、衝撃や振動を適切に吸収することができる。このように、負極外部端子６Ｂの発熱を低減しつつ、衝撃や振動を適切に吸収することで、シール部材９Ｂにかかる負荷を低減することができる。これにより、シール部材９Ｂのシール性の悪化を低減することができる。

絶縁部材１５Ｂの囲い部１８Ｂは、負極外部端子６Ｂの第一領域Ｒ１の周囲の少なくとも一部と接触する。本実施形態では、第一領域Ｒ１の幅方向の端部が、囲い部１８Ｂと接触する。これにより、伝熱経路が増加する。従って、負極外部端子６Ｂのかしめ部７６Ｂ周辺の発熱をさらに低減することができる。

上述の通り、正極端子部材４Ａと負極端子部材４Ｂの構造は、電池１の長手方向の中央を中心として略対称な構造である。よって、正極端子部材４Ａについても、負極端子部材４Ｂと同様の構造とすることで、負極端子部材４Ｂと同様の作用および効果を得られる。

上記実施形態で開示された技術は一例に過ぎない。従って、上記実施形態で例示された技術を変更することも可能である。上述の通り、本実施形態では、絶縁部材１５Ｂは、ケース２の蓋部材２２の延伸方向に延びる。詳細には、絶縁部材１５Ｂの囲い部１８Ｂが延びる方向と、ケース２の蓋部材２２の延伸方向は、平行である。しかしながら、絶縁部材１５Ｂは、ケース２の蓋部材２２の延伸方向に延びていなくてもよい。絶縁部材１５Ｂの囲い部１８Ｂが延びる方向と、ケース２の蓋部材２２の延伸方向は、平行でなくてもよい。

１電池
２ケース
３電極体
４電極端子部材
４Ａ正極端子部材
４Ｂ負極端子部材
６Ｂ負極外部端子
７Ｂ負極内部端子
９Ｂシール部材
１０バスバー
１５Ｂ絶縁部材
１８Ｂ囲い部
２３Ｂ貫通孔
６２Ｂ貫通孔
７５Ｂ軸部
７６Ｂかしめ部
Ｒ１第一領域
Ｒ２第二領域

Claims

発電要素を収容するケースと、
前記ケースの外側に配置され、バスバーが接続される外部端子と、
前記ケースおよび前記外部端子の各々に形成された貫通孔に挿通される軸部と、前記ケースの外側でかしめられることで前記外部端子と接続されるかしめ部とを有し、前記ケースの内側で電極体と電気的に接続される内部端子と、
前記ケースと前記外部端子との間に配置され、且つ、前記軸部の軸方向に突出して前記外部端子の外周の少なくとも一部を囲う囲い部を備える絶縁部材と、
を備え、
前記軸部の軸方向から見た場合に、前記バスバーが接続される位置と前記かしめ部とを結ぶ方向に交差する方向における前記外部端子の幅は、前記かしめ部が位置する第一領域の幅の方が、前記バスバーが接続される位置と前記第一領域との間の第二領域の幅よりも大きく、
前記絶縁部材の前記囲い部が、前記外部端子の前記第一領域の周囲の少なくとも一部と接触することを特徴とする電池。