JP2022021909A

JP2022021909A - 組電池

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Publication number: JP2022021909A
Application number: JP2020125788A
Authority: JP
Inventors: 毅古賀; Takeshi Koga; 賢一小橋; Kenichi Kobashi
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2020-07-22
Filing date: 2020-07-22
Publication date: 2022-02-03
Anticipated expiration: 2040-07-22
Also published as: JP7327311B2; CN113972350A

Abstract

【課題】通電時にタブ同士の接合部に生じる応力を低減すること。【解決手段】セル本体と、互いに熱膨張係数の異なる金属材料からなる板状の正極タブおよび負極タブと、を有する電池セルを複数備え、複数の電池セルが積層された状態で、電池セルの一方の極のタブが、隣り合う電池セルの他方の極のタブに接合され、電気的に接続された組電池であって、正極タブと負極タブとのうち少なくとも一方の極のタブは、タブの延在方向と直交する平面の断面積について、セル本体に近い根元側の断面積が、セル本体から遠い先端側の断面積よりも大きく形成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、組電池に関する。

特許文献１には、複数のラミネート型の電池セルが積層された組電池において、隣り合う電池セル同士がバズバーを介して電気的に接続された構造が開示されている。このバズバーは、折り曲げ用の脆弱部を有し、脆弱部が折り曲げられた状態で積層方向に延在しており、積層方向に離れた位置に配置された正極タブと負極タブのそれぞれに接合されている。

特開２０１９－０６１８３０号公報

ところで、ラミネート型の電池セルでは、正極タブと負極タブとが互いに異なる金属材料により構成されることが多い。そして、組電池の構造としては、正極タブと負極タブとがバズバーを介さずに直接的に接続された構造が考えられる。しかしながら、異種材料からなるタブ同士が接合された構造では、熱膨張係数の差によって基準温度に対するタブの変形量に差が生じる。そのため、通電による熱でタブが変形する際、正極側と負極側とでタブの変形量に差が生じ、タブ同士の接合部に生じる応力が大きくなる虞がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、通電時にタブ同士の接合部に生じる応力を低減することができる組電池を提供することを目的とする。

本発明は、セル本体と、前記セル本体から突出し、互いに熱膨張係数の異なる金属材料からなる板状の正極タブおよび負極タブと、を有する電池セルを複数備え、複数の前記電池セルが積層された状態で、前記電池セルの一方の極のタブが、隣り合う電池セルの他方の極のタブに接合され、電気的に接続された組電池であって、前記正極タブと前記負極タブとのうち少なくとも一方の極のタブは、タブの延在方向と直交する平面の断面積について、前記セル本体に近い根元側の断面積が、前記セル本体から遠い先端側の断面積よりも大きく形成されていることを特徴とする。

この構成によれば、異種材料からなる正極タブと負極タブとが接合された構造の組電池において、正極タブと負極タブとのうち少なくとも一方の極のタブは、セル本体に近い根元側の断面積が、セル本体から遠い先端側の断面積よりも大きく形成されている。これにより、通電時、タブで生じた熱はタブ内部において相対的に熱抵抗が低いほう、すなわち相対的に断面積の大きいほうへと移動するため、タブの先端側から根元側へと熱伝導する。このタブ構造によれば、通電時に生じた熱をタブのうちセル本体側へと熱伝導させやすくなる。その結果、通電によりタブで生じた熱がセル本体へと伝わりやすくなり、タブの温度上昇を抑制することができるので、タブ同士の接合部に生じる応力を低減することができる。

また、前記根元側の断面積が前記先端側の断面積よりも大きく形成されたタブは、前記隣り合う電池セルの他方の極のタブと接触する面とは反対側の面に、前記根元側の板厚が前記先端側の板厚よりも厚くなるように設けられた段差部を有し、前記段差部は、前記根元側の部分と前記先端側の部分との間に形成されてもよい。

この構成によれば、タブにおいて、根元側の板厚が先端側の板厚よりも厚く形成されていることにより、タブで生じた熱がタブの根元側へと熱伝導しやすくなる。また、段差部が、隣り合う電池セルの他方の極のタブと接触する面とは反対側の面に設けられていることにより、通電時にタブを流れる電流の経路が短くなり、電気的な損失を低減させることができる。これにより、通電時のタブでの発熱を抑制することができる。

また、前記負極タブのみが、前記根元側の断面積が前記先端側の断面積よりも大きく形成され、前記正極タブは、平板状に形成され、前記負極タブは、前記正極タブよりも剛性が低く、前記隣り合う電池セルの前記正極タブに向けて屈曲してもよい。

この構成によれば、剛性が低い場合に比べて剛性が高い場合には、板材の曲げ加工がしづらいため、相対的に剛性の高い正極タブを平板状とすることにより、生産性を向上させることができる。

また、前記根元側の断面積が前記先端側の断面積よりも大きく形成されたタブは、前記正極タブと前記負極タブとが接合された接合部よりも前記セル本体に近い根元側の断面積が、前記接合部よりも前記セル本体から遠い先端側の断面積に比べて大きく形成されてもよい。

この構成によれば、接合部よりも根元側の断面積が、接合部よりも先端側の断面積よりも大きいことにより、接合部の熱をセル本体側へと熱伝導しやくなる。これにより、タブの温度上昇を抑制することができ、通電時に接合部に生じる応力を低減することができる。

本発明では、異種材料からなる正極タブと負極タブとが接合された構造の組電池において、正極タブと負極タブとのうち少なくとも一方の極のタブは、セル本体に近い根元側の断面積が、セル本体から遠い先端側の断面積よりも大きく形成されている。これにより、通電時、タブで生じた熱はタブ内部において相対的に熱抵抗が低いほう、すなわち相対的に断面積の大きいほうへと移動するため、タブの先端側から根元側へと熱伝導する。このタブ構造によれば、通電時に生じた熱をタブのうちセル本体側へと熱伝導させやすくなる。その結果、通電によりタブで生じた熱がセル本体へと伝わりやすくなり、タブの温度上昇を抑制することができるので、タブ同士の接合部に生じる応力を低減することができる。

図１は、第１実施形態における組電池を説明するための模式図である。図２は、隣り合う電池セル同士で正極タブと負極タブとが接合された状態を説明するための模式図である。図３は、電池セルの内部構造を説明するための模式図である。図４は、第１実施形態の組電池における電池セルを模式的に示す斜視図である。図５は、第１実施形態の組電池において正極タブと負極タブとが接合された状態を説明するための斜視図である。図６は、正極タブと負極タブとの接合部を説明するための模式図である。図７は、正極タブと負極タブとが接合された状態を説明するための側面図である。図８は、第１実施形態における正極タブの板厚と負極タブの板厚とを説明するための分解図である。図９は、第１実施形態における正極タブが屈曲される前の状態を模式的に示す図である。図１０は、第１実施形態におけるタブ構造での通電経路を示す説明図である。図１１は、タブで生じた熱が冷却液への伝達する熱伝達経路を説明するための図である。図１２は、実施例１と比較例１と比較例２とについて通電時にタブで生じる最高温度を示すグラフ図である。図１３は、実施例１と比較例１と比較例２とについて通電時にタブ同士の接合部に生じる応力を示すグラフ図である。図１４は、第１実施形態の変形例におけるタブ構造を説明するための図である。図１５は、第１実施形態の他の変形例におけるタブ構造を説明するための図である。図１６は、第２実施形態の組電池において正極タブと負極タブとが接合された状態を説明するための斜視図である。図１７は、第２実施形態における正極タブの板厚と負極タブの板厚とを説明するための分解図である。図１８は、第２実施形態における正極タブが屈曲される前の状態を模式的に示す図である。図１９は、第２実施形態におけるタブ構造での通電経路を示す説明図である。図２０は、実施例２と比較例１と比較例３とについて通電時にタブで生じる最高温度を示すグラフ図である。図２１は、実施例２と比較例１と比較例３とについて通電時にタブ同士の接合部に生じる応力を示すグラフ図である。図２２は、第３実施形態の組電池における電池セルを模式的に示す斜視図である。図２３は、第３実施形態の組電池において正極タブと負極タブとが接合された状態を説明するための斜視図である。図２４は、実施例３と比較例１と比較例２とについて通電時にタブで生じる最高温度を示すグラフ図である。図２５は、実施例３と比較例１と比較例２とについて通電時にタブ同士の接合部に生じる応力を示すグラフ図である。図２６は、第３実施形態の変形例におけるタブ構造を説明するための図である。図２７は、各実施形態の変形例におけるタブ構造を説明するための図である。図２８は、比較例１のタブ構造を模式的に示す斜視図である。図２９は、比較例２のタブ構造を模式的に示す斜視図である。図３０は、比較例３のタブ構造を模式的に示す斜視図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態における組電池について具体的に説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施形態に限定されるものではない。

（第１実施形態）
第１実施形態の組電池１は、図１に示すように、複数の電池セル２が積層された構造を有する。電池セル２は、正極タブ１０と負極タブ２０とを有するラミネート型セルである。組電池１では、積層方向に隣り合う電池セル２同士において正極タブ１０と負極タブ２０とが対向するように配置されている。そして、図２に示すように、この積層方向に対向する正極タブ１０と負極タブ２０とが接合されている。組電池１は、隣り合う正極タブ１０と負極タブ２０とが接合された接合部３０を有する。つまり、組電池１では、複数のラミネート型の電池セル２が構造的にも電気的にも直列に接続されている。なお、図１には、分解図のように複数の電池セル２が互いに積層方向に離された状態が図示されている。

図１に示す例では、組電池１が三つの電池セル２により構成されている。この組電池１では、積層方向の一方側から他方側へ向けて、第１電池セル２Ａ，第２電池セル２Ｂ，第３電池セル２Ｃの順に配置されている。隣り合う第１電池セル２Ａと第２電池セル２Ｂとでは、第１電池セル２Ａの負極タブ２０（第１負極タブ）が第２電池セル２Ｂの正極タブ１０（第２正極タブ）と接合されている。隣り合う第２電池セル２Ｂと第３電池セル２Ｃとでは、第２電池セル２Ｂの負極タブ２０（第２負極タブ）が第３電池セル２Ｃの正極タブ１０（第３正極タブ）と接合されている。そして、第３電池セル２Ｃの負極タブ２０（第３負極タブ）は、図示しない負極端子に接続されている。また、第１電池セル２Ａの正極タブ１０（第１正極タブ）は、図示しない正極端子に接続されている。

このように、正極タブ１０は、この正極タブ１０自身が設けられている電池セル２に対して積層方向の一方側に隣り合う電池セル２の負極タブ２０と接合されている。すなわち、負極タブ２０は、この負極タブ２０自身が設けられている電池セル２に対して積層方向の他方側に隣り合う電池セル２の正極タブ１０と接合されている。そのため、組電池１では、電気的に直列に接続される。

なお、組電池１では、積層方向に隣り合う電池セル２同士の間に、中間板３が設けられている。中間板３は、組電池１の周囲に配置された冷媒に熱（電池セル２で生じた熱）を伝達するように、熱伝導性のよいアルミ製のプレートにより構成されている。この中間板３は電池セル２同士の間に限らず、図２に示すように、電池セル２に挟まれていない組電池１の積層方向両端側にも配置されている。さらに、組電池１では、複数の電池セル２および中間板３が積層された状態で、図示しない拘束部材によって拘束されている。

ここで、電池セル２の構成をより詳細に説明する。

電池セル２は、図３に示すように、セル本体４と、正極５と、負極６と、正極タブ１０と、負極タブ２０とを備えている。セル本体４は、ラミネートフィルムにより形成された外装体を有する。セル本体４の内部で、発電素子である正極５と負極６とがセパレータ（図示せず）を挟むように積層されている。セル本体４は、正極５と負極６とセパレータとが内部に収容された状態で密封されている。

正極５は、薄板状の正極集電体と正極活物質層とを含んで構成されている。例えば、正極５はアルミニウム箔により構成される。負極６は、薄板状の負極集電体と負極活物質層とを含んで構成されている。例えば、負極６は銅箔により構成される。なお、正極５と負極６とは、いずれも導電性材料により構成されていればよく、上記のアルミニウム箔と銅箔に限定されない。

正極タブ１０は、アルミニウムからなる板状の部材である。この正極タブ１０は、セル本体４の内部で正極５と電気的に接続され、セル本体４から上下方向の上方に突出している。正極タブ１０は、図３に示すように、セル本体４から突出した部分が一定の板幅に形成されている。セル本体４の内部には、板幅方向の片側位置に、正極５と正極タブ１０とが接合された接合部７が設けられている。接合部７は、例えば溶接により形成されている。なお、正極５と正極タブ１０との接合方法は、溶接に限らず、接着等のその他の既知の接合方法であってもよい。

負極タブ２０は、銅からなる板状の部材である。この負極タブ２０は、セル本体４の内部で負極６と電気的に接続され、セル本体４から上下方向の上方に突出している。負極タブ２０は、図３に示すように、セル本体４から突出した部分が一定の板幅に形成されている。セル本体４の内部には、板幅方向の片側位置に、負極６と負極タブ２０とが接合された接合部８が設けられている。接合部８は、例えば溶接により形成されている。なお、負極６と負極タブ２０との接合方法は、溶接に限らず、接着等のその他の既知の接合方法であってもよい。

このように、正極タブ１０と負極タブ２０とは、互いに熱膨張係数の異なる金属材料により構成されている。アルミニウムは銅よりも熱膨張係数の大きい金属である。つまり、正極タブ１０は、負極タブ２０よりも熱膨張係数の大きい金属材料からなるタブである。負極タブ２０は、正極タブ１０よりも熱膨張係数の小さい金属材料からなるタブである。

ここで、正極タブ１０と負極タブ２０の構造をより詳細に説明する。

まず、正極タブ１０と負極タブ２０とはいずれも、図４に示すように、セル本体４から突出した部分が上下方向に対して屈曲した形状を有する。正極タブ１０と負極タブ２０とは互いに積層方向で反対側に向けて屈曲している。つまり、単体の電池セル２としては、正極タブ１０の接触面１０ａと負極タブ２０の接触面２０ａ（図６等に示す）とが互いに積層方向で反対側を向くように構成されている。そして、組電池１を構成する複数の電池セル２としては、図５および図７に示すように、積層方向に対向する正極タブ１０と負極タブ２０とにおいて、正極タブ１０の接触面１０ａと負極タブ２０の接触面２０ａとが面接触した状態で接合されている。

なお、図４には、図１に示す第１電池セル２Ａが例示されている。第２電池セル２Ｂでは、図４に示す構造から正極タブ１０と負極タブ２０との板幅方向位置が入れ替わるように構成されている。第３電池セル２Ｃは、第１電池セル２Ａと同じ構造である。仮に第４電池セルを設ける場合には、第４電池セルは第２電池セル２Ｂと同じ構造である。このように、組電池１では、第１電池セル２Ａと同じ構造のセルと、第２電池セル２Ｂと同じ構造のセルとの組み合わせにより構成することが可能である。

正極タブ１０では、セル本体４から突出している部分において、延在方向の根元側（セル本体側）から先端側に向けて順番に、根元部１１、屈曲部１２、接触部１３、先端部１４が形成されている。

根元部１１は、セル本体４から突出した部分であり、上下方向に沿って延在している。この根元部１１は、相対的にセル本体４に近い側（根元側）の部分である。

屈曲部１２は、上下方向に対して屈曲した部分であり、負極タブ２０に向けて屈曲している。正極タブ１０では、セル本体４から上下方向の上方に延在した板材が屈曲部１２で屈曲し、積層方向の一方側（接合対象となる負極タブ２０側）に向けて延在する。

接触部１３は、負極タブ２０に面接触する部分であり、屈曲部１２よりも先端側で上下方向に沿って延在している。この接触部１３は、相対的にセル本体４から遠い側（先端側）の部分である。そして、接触部１３のうち積層方向で一方側の面が接触面１０ａを形成している。接触面１０ａは、上下方向および板幅方向に沿って広がる平面であり、積層方向の一方側を向いている。この接触面１０ａは、負極タブ２０と面接触する。

また、接触部１３には、図６に示すように、負極タブ２０との接合部３０が設けられている。例えば、接合部３０は、レーザ溶接によって正極タブ１０と負極タブ２０とが溶接された溶接部である。この場合、レーザ溶接の走査方向は正極タブ１０の板幅方向に沿っている。

先端部１４は、正極タブ１０の上端部であり、上下方向で接触部１３の上端に位置する。この先端部１４は、接合部３０よりも上方側に位置しており、負極タブ２０に接合されていない部分となる。

また、正極タブ１０では、図８に示すように、板厚が、先端側よりも根元側のほうが大きくなるように構成されている。根元部１１の板厚Ｔ１が、接触部１３の板厚Ｔ２よりも大きく形成されている。また、根元部１１よりも先端側で、屈曲部１２と接触部１３との間の部分では、板厚Ｔ３に形成されている。この板厚Ｔ３は、例えば接触部１３の板厚Ｔ２と同じ厚さに形成されている。なお、図８には、正極タブ１０の延在方向が一点鎖線で示されている。

さらに、正極タブ１０は、例えばプレス加工により、屈曲部１２を有する形状に成形される。屈曲部１２が形成される前の形状（プレス前形状）は、例えば図９に示すように、上下方向に沿って延在し、根元部１１と接触部１３との間に傾斜部１５が設けられている。傾斜部１５は、接触面１０ａとは反対側の面１０ｂ（積層方向で他方側の面）に設けられ、根元部１１側から接触部１３側へと板厚が徐々に薄くなるように形成されている。この傾斜部１５を含む部分が積層方向の一方側へと屈曲されるようにプレス加工されることにより、屈曲部１２が形成される。なお、屈曲部１２はプレス加工に限らず、既知の方法で成形されてよい。

負極タブ２０では、セル本体４から突出している部分において、延在方向の根元側（セル本体側）から先端側に向けて順番に、根元部２１、屈曲部２２、接触部２３、先端部２４が形成されている。

根元部２１は、セル本体４から突出した部分であり、上下方向に沿って延在している。この根元部２１は、相対的にセル本体４に近い側（根元側）の部分である。

屈曲部２２は、上下方向に対して屈曲した部分であり、正極タブ１０に向けて屈曲している。負極タブ２０では、セル本体４から上下方向の上方に延在した板材が屈曲部２２で屈曲し、積層方向の他方側（接合対象となる正極タブ１０側）に向けて延在する。

接触部２３は、正極タブ１０に面接触する部分であり、屈曲部２２よりも先端側で上下方向に沿って延在している。この接触部２３は、相対的にセル本体４から遠い側（先端側）の部分である。そして、接触部２３のうち積層方向で他方側の面が接触面２０ａを形成している。接触面２０ａは、上下方向および板幅方向に沿って広がる平面であり、積層方向の他方側を向いている。この接触面２０ａは、正極タブ１０と面接触する。

また、接触部２３には、図６に示すように、正極タブ１０との接合部３０が設けられている。例えば、接合部３０がレーザ溶接によって形成された溶接部である場合、レーザ溶接の走査方向は負極タブ２０の板幅方向に沿っている。

先端部２４は、負極タブ２０の上端部であり、上下方向で接触部２３の上端に位置する。この先端部２４は、接合部３０よりも上方側に位置しており、正極タブ１０に接合されていない部分となる。

また、負極タブ２０では、図８に示すように、板厚が、先端側よりも根元側のほうが大きくなるように形成されている。根元部２１の板厚ｔ１は、接触部２３の板厚ｔ２よりも大きく形成されている。また、屈曲部２２よりも先端側で、屈曲部２２と接触部２３との間の部分では、板厚ｔ３に形成されている。この板厚ｔ３は、例えば接触部２３の板厚ｔ２と同じ厚さに形成されている。なお、図８には、負極タブ２０の延在方向が二点鎖線で示されている。

さらに、負極タブ２０は、例えばプレス加工により、屈曲部２２を有する形状に成形される。屈曲部２２が形成される前の形状（プレス前形状）は、正極タブ１０と同様、上下方向に沿って延在し、根元部２１と接触部２３との間に傾斜部２５が設けられている。傾斜部２５は、接触面２０ａとは反対側の面２０ｂ（積層方向で一方側の面）に設けられ、根元部２１側から接触部２３側へと板厚が徐々に薄くなるように形成されている。この傾斜部２５を含む部分が積層方向の他方側へと屈曲されるようにプレス加工されることにより、屈曲部２２が形成される。なお、屈曲部２２はプレス加工に限らず、既知の方法で成形されてよい。

このように構成された正極タブ１０と負極タブ２０とが接合された組電池１では、通電時に、図１０に示すように、正極タブ１０から負極タブ２０へと電流が流れる。第１実施形態では、正極タブ１０と負極タブ２０とはそれぞれに根元側の板厚が先端側の板厚よりも厚く形成されている。そのため、正極タブ１０と負極タブ２０とにおいて、通電によりタブで生じた熱は、タブ内部において相対的に熱抵抗の低いほう、すなわち板厚の薄い部分から板厚の厚い部分へと熱伝導する。つまり、通電により正極タブ１０と負極タブ２０とに生じた熱は、各タブの先端側から根元側へと移動するため、各タブのうちセル本体側へと熱伝導させやすくなる。そして、各タブからセル本体４へと熱が伝達される。

各タブからセル本体４へと伝達された熱は、例えば図１１に示すように、セル本体４から中間板３に伝達し、中間板３から冷却液９へと放熱される。これにより、組電池１の通電時には、正極タブ１０の温度上昇を抑制することができ、かつ負極タブ２０の温度上昇を抑制することができる。その結果、組電池１の通電時、タブの温度上昇に伴うタブの変形を抑制することができるため、タブ同士の接合部３０に生じる応力を低減することができる。

例えば、組電池１の通電時に、正極タブ１０と負極タブ２０とが互いに変形しようとする際、正極タブ１０の熱膨張係数と負極タブ２０の熱膨張係数との差によって、基準温度に対する正極タブ１０の変形量と負極タブ２０の変形量とに差が生じる。いわゆるバイメタル変形が生じる。この場合、正極タブ１０と負極タブ２０とはそれぞれ、上下方向に伸びるように変形するとともに、水平方向（板幅方向と積層方向とを含む）に伸びるように変形する。正極タブ１０は負極タブ２０よりも熱膨張係数が大きいため、基準温度に対して正極タブ１０のほうが負極タブ２０よりも伸びようとする（変形量が大きくなる）。この変形量が大きくなると接合部３０に応力が集中する。そこで、組電池１では、この応力集中の発生を抑制するために、正極タブ１０と負極タブ２０の温度上昇を抑制するように構成されている。

ここで、第１実施形態の組電池１（実施例１）と、厚さが均一のタブ構造（比較例１、比較例２）とを比較する。なお、比較例１のタブ構造１００を図２８に例示し、比較例２のタブ構造２００は図２９に例示する。また、実施例１と比較例１と比較例２とはいずれも、正極タブはアルミニウム（Ａｌ）からなり、負極タブは銅（Ｃｕ）からなる。

比較例１は、図２８に示すように、タブ全体が均一の厚さに形成された正極タブ１１０と負極タブ１２０とを有する。例えば、比較例１の正極タブ１１０の板厚は、実施例１の正極タブ１０における接触部１３の板厚Ｔ２と同じ厚さに形成されている。比較例１の負極タブ１２０の板厚は、実施例１の負極タブ２０における接触部２３の板厚ｔ２と同じ厚さに形成されている。

比較例２は、図２９に示すように、比較例１の板厚の二倍の厚さで、タブ全体が均一の厚さに形成された正極タブ２１０と負極タブ２２０とを有する。例えば、比較例２の正極タブ２１０の板厚は、実施例１の正極タブ１０における接触部１３の板厚Ｔ２の二倍の厚さに形成されている。比較例２の負極タブ２２０の板厚は、実施例１の負極タブ２０における接触部２３の板厚ｔ２の二倍の厚さに形成されている。

また、比較例１のタブ構造１００では、通電による熱で、図２８に示すように、タブ同士に変形が生じる。正極タブ１１０と負極タブ１２０は所定の板幅を有するため、板幅方向の中央位置に比べて板幅方向の両端位置において、熱膨張係数の差による変形の影響を受けやすい。その結果、タブ同士が板幅方向に対して湾曲した形状、言い換えればタブ同士が積層方向に反り返るように変形する。そして、正極タブ１１０と負極タブ１２０との接合部は板幅方向に沿って延在しているため、この変形が生じることで、タブ同士の接合部のうち板幅方向の両端側に応力が集中する。

そして、通電時に生じる応力と温度について、実施例１と比較例１と比較例２との実験結果を図１２および図１３に例示した。なお、図１２および図１３には、比較例１については白抜きの棒グラフ、比較例２については斜線の棒グラフ、実施例１についてはドット模様の棒グラブで、通電時の応力と温度とが示されている。また、図１３に示すＡｌ側の応力は、実施例１については、図６に示す正極タブ１０側の接合部３０に生じる応力を表す。図１３に示すＣｕ側の応力は、実施例１については、図６に示す負極タブ２０側の接合部３０に生じる応力を表す。同様に、比較例１と比較例２についても、Ａｌ側は正極タブ側、Ｃｕ側は負極タブ側を表す。

図１２に示すように、通電時に実施例１で生じる最高温度は、通電時に比較例１で生じる最高温度よりも低い。また、通電時に比較例２で生じる最高温度は、通電時に実施例１で生じる最高温度よりも低い。この図１２に示された実験結果から、実施例１および比較例２は比較例１よりも通電時の発熱に対してタブの温度上昇を抑制することができる。さらに、比較例２は実施例１よりもタブの温度上昇を抑制することができる。

しかしながら、図１３に示すように、通電時に比較例２のタブ同士の接合部に生じる応力は、通電時に比較例１のタブ同士の接合部に生じる応力よりも大きい。これに対して、通電時に実施例１のタブ同士の接合部３０に生じる応力は、通電時に比較例１のタブ同士の接合部に生じる応力よりも小さい。より詳細には、実施例１の正極タブ１０側（Ａｌ側）で生じる応力は比較例１の正極タブ１１０側（Ａｌ側）で生じる応力よりも小さく、かつ実施例１の負極タブ２０側（Ｃｕ側）で生じる応力は比較例１の負極タブ１２０側（Ｃｕ側）で生じる応力よりも小さい。

比較例２のようにタブの板厚を厚くしてタブの断面積を増やすことにより、熱抵抗および電気抵抗が下がるため、タブの温度を下げることが可能である。しかしながら、比較例２のようにタブ全体の板厚が増大すると、タブの温度を低下できるものの、剛性が高くなり、熱膨張による変形を吸収できなくなることに加え、重量化によって振動による負荷が増大する、という背反が生じてしまう。タブの重量が増加して振動特性が悪化すると、図１３に示す比較例２のように、タブの根元側に掛かる応力が増加する可能性がある。これに対して、実施例１によれば、このような背反が生じずに、比較例１や比較例２よりもタブ同士の接合部３０に生じる応力を低減することができる。

以上説明した通り、第１実施形態によれば、正極タブ１０と負極タブ２０とがいずれも、根元側の板厚が先端側の板厚よりも厚く形成されているため、タブで生じた熱がセル本体側へと熱伝導しやすい。これにより、通電により正極タブ１０と負極タブ２０で生じた熱がセル本体４へと伝わりやすくなり、タブの温度上昇を抑制することができる。その結果、通電時にタブの温度上昇を抑えることができ、タブの温度上昇に伴うタブの変形を抑えることができるので、タブ同士の接合部３０に生じる応力を低減することができる。

また、正極タブ１０と負極タブ２０とでは、根元側の板厚が厚いことにより、タブの熱容量が増加するため、通電時にタブの温度を低下させることができる。さらに、正極タブ１０と負極タブ２０との根元側の部分では、本発明を適用しない場合に比べて、断面積を大きくできるため、電気抵抗を下げることができ、通電時の発熱量を低減できる。さらに、この根元側の部分で断面積が大きいことにより、タブの熱抵抗が低下する。そのため、タブの根元側の部分は自身で発生した熱に加えて、先端側の部分で発生した熱も伝えなければはらないため、熱抵抗が低いことが好ましい。これにより、通電時のタブの冷却効果が向上する。接合部３０の応力はタブの温度が上がると高くなる傾向がある。本発明では、通電時にタブの温度を下げることができるので、接合部３０に生じる応力を下げることができる。

また、正極タブ１０と負極タブ２０とでは、先端側の板厚が薄いため、タブの質量増加による共振周波数の低下という背反影響と、振動時のタブの根元側での応力増加という背反影響とを小さく抑えることができる。つまり、第１実施形態の正極タブ１０および負極タブ２０によれば、タブの断面積に関して、先端側の断面積を小さくすることによって、振動影響を抑えて根元側の断面積を大きくすることができ、タブの温度上昇を抑制することができる。

さらに、正極タブ１０と負極タブ２０とでは、先端側の板厚が薄いことにより、この部分で変形を吸収しやすくなり、タブの柔軟性を確保できる。これにより、根元側の板厚を厚くしても、柔軟性の低下による応力増大という背反影響を小さく抑えることができる。

なお、正極タブ１０と負極タブ２０とのどちらも屈曲部１２，２２を含む曲げ部分よりも先端側が肉を薄くして断面積を減じた部分である。この断面積が変わる部分はＲ形状になっており、加工性や電流の流れに配慮した形状になっている。また、肉厚の変化は圧延あるいはプレス加工によって、曲げ加工と同時に行う。

また、第１実施形態の変形例として、接合部３０は、溶接により形成された溶接部に限定されず、接着剤により接着された接着部であってもよい。

また、第１実施形態の変形例として、正極タブ１０と負極タブ２０とのそれぞれについて、板厚が根元側から先端側へと徐々に薄くなるように形成されてもよい。例えば、図１４に示すように、変形例の正極タブ１０では、屈曲される前の形状について、接触面１０ａと反対側の面１０ｂが、全体的に上下方向に対して傾斜した傾斜面により形成されている。この正極タブ１０は、根元側の板厚Ｔ１、中間部分の板厚Ｔ３、先端側の板厚Ｔ２の順に徐々に板厚が薄くなる。あるいは、図１５に示すように、別の変形例として、正極タブ１０は、接触面１０ａを含む積層方向で一方側の面が、全体的に上下方向に対して傾斜した傾斜面により形成されている。なお、変形例の負極タブ２０についても、図１４と図１５に示す正極タブ１０と対になる形状にすることが可能である。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態について説明する。第２実施形態では、第１実施形態とは異なり、正極タブ１０と負極タブ２０とのそれぞれに、段差部が設けられている。なお、第２実施形態の説明では、第１実施形態と同様の構成については説明を省略し、その参照符号を引用する。

第２実施形態の組電池１では、図１６および図１７に示すように、正極タブ１０が段差部１６を有し、負極タブ２０が段差部２６を有する。

正極タブ１０では、セル本体４から突出している部分において、延在方向の根元側から先端側に向けて順番に、根元部１１、段差部１６、屈曲部１２、接触部１３、先端部１４が形成されている。段差部１６は、根元部１１と屈曲部１２との間に設けられている。

また、段差部１６は、図１７に示すように、接触面１０ａとは反対側の面１０ｂに設けられ、根元側の板厚が先端側の板厚よりも厚くなるように形成されている。つまり、正極タブ１０では段差部１６を境にして板厚が変化する。例えば、根元部１１は均一の板厚Ｔ１に形成されている。段差部１６よりも先端側の部分の板厚Ｔ３は、根元部１１の板厚Ｔ１よりも薄く形成されている。また、接触部１３は均一の板厚Ｔ２に形成されている。そして、この板厚Ｔ２は中間部分の板厚Ｔ３と同じ厚さである。つまり、段差部１６よりも先端側の板厚は、板厚Ｔ２で均一に形成されている。

例えば、屈曲部１２が形成される前の形状（プレス前形状）は、図１８に示すように、段差部１６よりも先端側が上下方向に沿って延在している。この段差部１６よりも先端側の部分が積層方向の一方側へと屈曲されることによって、屈曲部１２が形成される。

負極タブ２０では、セル本体４から突出している部分において、延在方向の根元側から先端側に向けて順番に、根元部２１、段差部２６、屈曲部２２、接触部２３、先端部２４が形成されている。段差部２６は、根元部２１と屈曲部２２との間に設けられている。

また、段差部２６は、図１７に示すように、接触面２０ａとは反対側の面２０ｂに設けられている。この段差部２６は、負極タブ２０において、根元側の板厚が先端側の板厚よりも厚くなるように形成されている。つまり、段差部２６を境にして板厚が変化する。例えば、根元部２１は均一の板厚ｔ１に形成されている。段差部２６よりも先端側の部分の板厚ｔ３は、根元部２１の板厚ｔ１よりも薄く形成されている。また、接触部２３は均一の板厚ｔ２に形成されている。そして、この板厚ｔ２は中間部分の板厚ｔ３と同じ厚さである。つまり、段差部２６よりも先端側の板厚は、板厚ｔ２で均一に形成されている。

例えば、屈曲部２２が形成される前の形状は、正極タブ１０と同様、段差部２６よりも先端側が上下方向に沿って延在している。この段差部２６よりも先端側の部分が積層方向の他方側へと屈曲されることによって、屈曲部２２が形成される。

このように構成された第２実施形態の組電池１では、通電時に、図１９に示すように、短い通電経路を形成するようにして、正極タブ１０から負極タブ２０へと電流が流れる。この正極タブ１０と負極タブ２０との接合状態において、接触面１０ａ，２０ａとは反対側の面１０ｂ，２０ｂすなわち外側の面に、段差部１６，２６が設けられていることにより、通電経路は、内側の面に近い位置の短い経路かつ進路変更の少ない経路に形成される。電流が進路変更を少なく流れることにより、電気的な損失は少なくなる。つまり、電気的な損失による発熱量が低減する。そのため、第２実施形態によれば、段差部１６，２６が外側の面に設けられていることにより、通電時の損失が低減し、タブでの発熱量を低減することができる。

ここで、第２実施形態の組電池１（実施例２）と、厚さが均一のタブ構造（比較例１）と、段差部が逆側に設けられたタブ構造（比較例３）とを比較する。なお、比較例３のタブ構造３００は図３０に例示する。また、実施例２と比較例１と比較例３とはいずれも、正極タブはアルミニウム（Ａｌ）からなり、負極タブは銅（Ｃｕ）からなる。

比較例３は、図３０に示すように、実施例２とは逆側に段差部３１６，３２６が設けられた正極タブ３１０と負極タブ３２０とを有する。段差部３１６は、正極タブ３１０のうち接触面と同じ側の面に設けられている。段差部３２６は、負極タブ３２０のうち接触面と同じ側の面に設けられている。また、正極タブ３１０の板厚は、実施例２の正極タブ１０の板厚と同じである。負極タブ３２０の板厚は、実施例２の負極タブ２０の板厚と同じである。

そして、通電時に生じる応力と温度について、実施例２と比較例１と比較例３との実験結果を図２０および図２１に例示した。なお、図２０および図２１には、比較例１については白抜きの棒グラフ、比較例３については斜線の棒グラフ、実施例２についてはドット模様の棒グラブで応力と温度とが示されている。

図２０に示すように、通電時に実施例２のタブで生じる最高温度は、通電時に比較例１のタブで生じる最高温度よりも低い。また、通電時に比較例３のタブで生じる最高温度は、通電時に実施例２のタブで生じる最高温度と同じである。この図２０に示された実験結果から、実施例２と比較例３とは、比較例１よりもタブの温度上昇を抑制することができる。さらに、比較例３は実施例２と同程度にタブの温度上昇を抑制することができる。

しかしながら、図２１に示すように、通電時に比較例３のダブ同士の接合部に生じる応力は、通電時に比較例１のタブ同士の接合部に生じる応力と同じ大きさである。つまり、比較例３では、比較例１よりも応力を低減できていない。また、この比較例３のタブ構造では、図３０に示すように、接合状態の内側に面に段差部３１６，３２６が設けられているため、電流が短い経路を流れようとする際に、通電経路が進路変更の多い経路となり、電気的な損失が大きくなってしまう。これ対して、通電時に実施例２のタブ同士の接合部３０に生じる応力は、通電時に比較例１のタブ同士の接合部に生じる応力よりも小さい。より詳細には、実施例２の正極タブ１０側（Ａｌ側）で生じる応力は比較例１の正極タブ１１０側（Ａｌ側）で生じる応力よりも小さく、かつ実施例２の負極タブ２０側（Ｃｕ側）で生じる応力は比較例１の負極タブ１２０側（Ｃｕ側）で生じる応力よりも小さい。

つまり、通電時にタブの温度上昇を抑制する効果は、実施例２は比較例３と同程度であるものの、応力の低減効果では、実施例２のほうが比較例３よりも優れている。実施例２によれば、比較例１や比較例３よりも接合部３０に生じる応力を低減することができる。

以上説明した通り、第２実施形態によれば、第１実施形態と同様に、タブの温度上昇を抑制することができるとともに、タブの温度上昇に伴うタブの変形を抑えることができる。その結果、通電時にタブ同士の接合部３０に生じる応力を低減することができる。

また、第２実施形態によれば、段差部１６，２６が接合状態の外側の面に設けられていることにより、電気抵抗の増大を抑制することができる。これにより、電気的な損失を低減することができる。

（第３実施形態）
次に、第３実施形態について説明する。第３実施形態では、第１実施形態とは異なり、正極タブ１０が平板状に形成されている。なお、第３実施形態の説明では、第１実施形態と同様の構成については説明を省略し、その参照符号を引用する。

第３実施形態の組電池１では、図２２に示すように、正極タブ１０が平板状に形成され、図２３に示すように、平板状の正極タブ１０に、屈曲部２２を有する負極タブ２０が接合されている。

正極タブ１０は、上下方向の下方側から上方側に向けて、根元部１１、接触部１３、先端部１４の順に形成されており、全体が上下方向に沿って延在している。この正極タブ１０の板厚は、全体が均一の厚さに形成されており、負極タブ２０の根元部２１の板厚よりも厚く形成されている。例えば、正極タブ１０の板厚は、根元部２１の板厚の二倍の厚さに形成されている。

負極タブ２０は、根元部２１と、屈曲部２２と、接触部２３と、先端部２４とを有する。そして、負極タブ２０は、正極タブ１０よりも剛性が低い。第３実施形態では、負極タブ２０の板厚が正極タブ１０の板厚よりも薄いことにより、負極タブ２０の剛性を正極タブ１０の剛性よりも低くすることができる。図２３に示すように、負極タブ２０は、根元部２１の板厚が接触部２３の板厚よりも厚く形成されている。この根元部２１の板厚は、正極タブ１０の板厚の半分の厚さに形成されている。

このように、第３実施形態では、負極タブ２０のみが根元側の板厚が先端側の板厚よりも厚く形成されている。さらに、根元側の板厚と先端側の板厚とが異なる厚さに形成された負極タブ２０のみに屈曲部２２が設けられている。これは、負極タブ２０は、剛性が低く板材の曲げ加工がしやすいためである。一方、正極タブ１０は、剛性が高く板材の曲げ加工がしづらいため、全体が平板状に形成されている。これにより、電池セル２の生産性、ひいては組電池１の生産性が向上する。

また、第３実施形態では、アルミニウム側のタブ（正極タブ１０）を平板として、銅側のタブ（負極タブ２０）のみを先端側の断面積が小さい形状としている。そして、両方のタブの電気抵抗を近い状態にしようとすると、アルミニウムは銅よりも電気抵抗率が高いため、正極タブ１０の板厚を厚くすることになる。厚くなると曲げ剛性が高まるため、正極タブ１０を平板として、曲げに対する欠陥発生防止や曲げ加工性を向上させている。

ここで、第３実施形態の組電池１（実施例３）と、厚さが均一のタブ構造（比較例１、比較例２）とを比較する。通電時に生じる応力と温度について、実施例３と比較例１と比較例２との実験結果を図２４および図２５に例示した。なお、図２４および図２５には、比較例１については白抜きの棒グラフ、比較例２については斜線の棒グラフ、実施例３についてはドット模様の棒グラブで応力と温度とが示されている。

図２４に示すように、通電時に実施例３で生じる最高温度は、通電時に比較例１で生じる最高温度よりも低い。また、通電時に比較例２で生じる最高温度は、通電時に実施例３で生じる最高温度よりも低い。この図２４に示された実験結果から、実施例３および比較例２は比較例１よりも通電時の発熱に対してタブの温度上昇を抑制することができる。さらに、比較例２は実施例３よりもタブの温度上昇を抑制することができる。

しかしながら、図２５に示すように、通電時に比較例２のタブ同士の接合部に生じる応力は、通電時に比較例１のタブ同士の接合部に生じる応力よりも大きい。これに対して、通電時に実施例３のタブ同士の接合部３０に生じる応力は、通電時に比較例１のタブ同士の接合部に生じる応力よりも小さい。より詳細には、実施例３の正極タブ１０側（Ａｌ側）で生じる応力は比較例１の正極タブ１１０側（Ａｌ側）で生じる応力よりも小さく、かつ実施例３の負極タブ２０側（Ｃｕ側）で生じる応力は比較例１の負極タブ１２０側（Ｃｕ側）で生じる応力よりも小さい。

以上説明した通り、第３実施形態によれば、第１実施形態と同様に、通電による熱で正極タブ１０および負極タブ２０が温度上昇することを抑制でき、タブの変形量を抑えることができる。その結果、通電時にタブ同士の接合部３０に生じる応力を低減することができる。

また、第３実施形態の変形例として、負極タブ２０は、図２６に示すように、接触面２０ａとは反対側の面２０ｂに段差部２６が設けられた構造であってもよい。要するに、第３実施形態の負極タブ２０として、上述した第１実施形態の構造、または第２実施形態の構造を適用することが可能である。

また、本発明は、上述した各実施形態に限定されず、本発明の目的を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。

例えば、各実施形態では、タブの板幅が一定の形状において、正極タブ１０の板厚と負極タブ２０の板厚とが、根元側と先端側とで異なる厚さに形成されている。本発明はこれに限定されず、タブの板厚が一定（均一）の形状において、正極タブ１０の板幅と負極タブ２０の板幅とが、根元側と先端側とで異なる幅に形成されてもよい。

この変形例として、図２７に示すように、正極タブ１０と負極タブ２０とはいずれも、セル本体４から突出している部分において、根元側から先端側へと徐々に板幅が狭くなるように形成されている。この正極タブ１０と負極タブ２０とはいずれも板厚が均一に形成されている。このように板厚が均一で先端側の板幅が根元側の板幅よりも狭く形成された正極タブ１０および負極タブ２０によれば、板幅を変化させることにより、根元側の断面積が先端側の断面積よりも大きくできる。

要するに、本発明では、板厚が変化するのか、あるいは板幅が変化するのかを問わず、タブの延在方向と直交する平面の断面積について、セル本体４に近い側（根元側）の断面積が、セル本体４から遠い側（先端側）の断面積よりも大きく形成されていればよい。また、少なくとも負極タブ２０は、根元側の断面積が先端側の断面積よりも大きく形成されていればよい。さらに、根元側の断面積が先端側の断面積より大きく形成されたタブには、上述した屈曲部１２または屈曲部２２が設けられていればよい。

また、第３実施形態では、正極タブ１０が平板状、負極タブ２０は根元側の板厚と先端側の板厚とが異なる厚さに形成された形状となっているが、本発明は、これに限定されない。例えば、上述した例とは反対に、正極タブ１０は負極タブ２０よりも熱膨張係数の小さい金属材料からなるタブであり、負極タブ２０は正極タブ１０よりも熱膨張係数の大きい金属材料からなるタブである場合、負極タブ２０が平板状、正極タブ１０が根元側の板厚と先端側の板厚とが異なる厚さに形成された形状となる。つまり、正極側と負極側とのうち、少なくとも相対的に熱膨張係数の小さい金属材料からなるタブが、根元側の板厚と先端側の板厚とが異なる厚さに形成される。要するに、本発明では、正極側と負極側とのうち少なくとも一方の極のタブが、根元側の断面積と先端側の断面積とが異なる大きさに形成された形状であればよい。

１組電池
２電池セル
４セル本体
５正極
６負極
１０正極タブ
１０ａ接触面
１０ｂ反対側の面
１１根元部
１２屈曲部
１３接触部
１４先端部
１６段差部
２０負極タブ
２０ａ接触面
２０ｂ反対側の面
２１根元部
２２屈曲部
２３接触部
２４先端部
２６段差部
３０接合部
Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，ｔ１，ｔ２，ｔ３板厚

Claims

セル本体と、前記セル本体から突出し、互いに熱膨張係数の異なる金属材料からなる板状の正極タブおよび負極タブと、を有する電池セルを複数備え、
複数の前記電池セルが積層された状態で、前記電池セルの一方の極のタブが、隣り合う電池セルの他方の極のタブに接合され、電気的に接続された組電池であって、
前記正極タブと前記負極タブとのうち少なくとも一方の極のタブは、タブの延在方向と直交する平面の断面積について、前記セル本体に近い根元側の断面積が、前記セル本体から遠い先端側の断面積よりも大きく形成されている
ことを特徴とする組電池。
前記根元側の断面積が前記先端側の断面積よりも大きく形成されたタブは、
前記隣り合う電池セルの他方の極のタブと接触する面とは反対側の面に、前記根元側の板厚が前記先端側の板厚よりも厚くなるように設けられた段差部を有し、
前記段差部は、前記根元側の部分と前記先端側の部分との間に形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の組電池。
前記負極タブのみが、前記根元側の断面積が前記先端側の断面積よりも大きく形成され、
前記正極タブは、平板状に形成され、
前記負極タブは、前記正極タブよりも剛性が低く、前記隣り合う電池セルの前記正極タブに向けて屈曲している
ことを特徴とする請求項１または２に記載の組電池。
前記根元側の断面積が前記先端側の断面積よりも大きく形成されたタブは、前記正極タブと前記負極タブとが接合された接合部よりも前記セル本体に近い根元側の断面積が、前記接合部よりも前記セル本体から遠い先端側の断面積に比べて大きく形成されている
ことを特徴とする請求項１から３のうちのいずれか一項に記載の組電池。