JP2023015619A - 二次電池、その電極部品及び組電池 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の二次電池は、電極部品に密着する部品への熱ダメージが大きくなる問題があった。
【解決手段】本発明の二次電池は、二次電池の電極体に設けられる電極箔と電気的に接続される集電部品と接合され、二次電池の電極端子となる電極部品を有し、電極部品が集電部品３２と同一の部材で形成され、集電部品３２と接合されるインナー部３６と、インナー部３６とは異なる部材で形成され、インナー部３６の表面を覆うアウター部３７と、を有し、インナー部３６とアウター部３７は、インナー部３６とアウター部３７との少なくとも一方に形成される凸部を介して接合され、インナー部３６とアウター部３７とが対向する部分に凸部により空間が形成される。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば、二次電池、その電極部品及び組電池に関する。

近年、二次電池では、電池の堆積に対する電力容量の大きさが性能の高低と示す判断基準の１つとなっている。そこで、二次電池の体積を削減する方法の１つとして、端子部品の小型が進んでいる。端子部分の小型技術の１つに、組み合わせる電池セルの電極同士を接続するバスバーと電池セルの電極の接合部分を、ボルト締結から溶接に変更する技術がある。溶接によりバスバーと電池セルの電極端子を接合する場合、バスバーと電極端子とが同一部材である方が良好な接合状態をえることができる。しかしながら、二次電池では、ケース内に収納される電極体を構成する正極箔と負極箔の部材が異なるため正極箔と負極箔と同一部材で電池セルの電極端子を形成すると正極端子と負極端子のいずれか一方がバスバーと異なる部材となってしまう。そこで、正極端子と負極端子の一方のバスバー接合面を他方の端子部材で覆うことが行われる。このようにバスバー接合面と、バスバー接合面より電池セル側になる部分とが異なる部材とする場合、当該異なる部材の接合面には異材接合技術が用いられる。そこで、異材接合の技術が特許文献１に開示されている。

特許文献１に記載の封口板端子部の接合方法では、高分子材料よりなる封口板本体に一体成形した電極端子に外部端子を接合する方法において、外部端子に電極端子に向けて接合用突起を設け、接合用突起の先端部にテーパー状の傾斜面を設け、このテーパー状の傾斜面を設けた接合用突起の先端部を電極端子に押し付けながら縦方向（接合面と直交する方向）に加振する超音波接合を実施することにより電極端子に外部端子を接合する。

特開２００５－２５９６９０号公報

特許文献１に記載の技術では、接合される部品が隙間なく全体的に密着する。しかしながら、電極部品を小型化すると電極部品の熱容量が低下するため、バスバーとバスバーの接合面とをレーザー溶接する際に生じる熱により、電極部品に密着するインシュレータ等の絶縁部品等に熱ダメージを与えてしまうおそれがある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、電極部品に密着する部品の熱ダメージを低減し溶接することを目的とするものである。

本発明にかかる二次電池の一態様は、ケースに収納される電極体と、前記電極体の正極箔と負極箔の一方に接合される第１の集電部品と、前記電極体の正極箔と負極箔の他方に接合される第２の集電部品と、前記ケースの開口部を塞ぐ蓋を挟んで前記第１の集電部品と接合される第１の電極部品と、前記蓋を挟んで前記第２の集電部品と接合される第２の電極部品と、前記蓋と前記第１の集電部品、及び前記蓋と前記第１の電極部品とを絶縁する第１のインシュレータと、前記蓋と前記第２の集電部品、及び前記蓋と前記第２の電極部品とを絶縁する第２のインシュレータと、を有し、前記第１の電極部品と前記第２の電極部品の少なくとも一方は、対応する集電部品と接合されるインナー部と、前記インナー部の表面を覆うアウター部と、を有し、前記インナー部と前記アウター部は、前記インナー部と前記アウター部との少なくとも一方に形成される凸部を介して接合され、前記インナー部と前記アウター部とが対向する部分に空気と酸化膜の少なくとも一方を含む断熱層が形成される。

本発明にかかる電極部品の一態様は、二次電池の電極体に設けられる電極箔と電気的に接続される集電部品と接合され、前記二次電池の電極端子となる電極部品であって、前記集電部品と同一の部材で形成され、前記集電部品と接合されるインナー部と、前記インナー部とは異なる部材で形成され、前記インナー部の表面を覆うアウター部と、を有し、前記インナー部と前記アウター部は、前記インナー部と前記アウター部との少なくとも一方に形成される凸部を介して接合され、前記インナー部と前記アウター部とが対向する部分に空気と酸化膜の少なくとも一方を含む断熱層が形成される。

本発明にかかる組電池の一態様は、それぞれが正極である第１の電極部品と負極である第２の電極部品とを備え、積層される複数の二次電池と、隣接する前記二次電池の前記第１の電極部品と前記第２の電極部品とを接続するバスバーと、を有し、前記第１の電極部品と前記第２の電極部品の少なくとも一方は、電極部品と同一の部材で形成され、前記電極部品と接合されるインナー部と、前記インナー部とは異なる部材で形成され、前記インナー部の表面を覆うアウター部と、を有し、前記インナー部と前記アウター部は、前記インナー部と前記アウター部との少なくとも一方に形成される凸部を介して接合され、前記インナー部と前記アウター部とが対向する部分に空気と酸化膜の少なくとも一方を含む断熱層が形成される。

本発明の二次電池、その電極部品及び組電池によれば、バスバーを電極部品に溶接する際に電極部品に密着する部品に及ぶ熱ダメージを低減することができる。

実施の形態１にかかる二次電池の概略図である。 実施の形態１にかかる負極の端子部分の断面図である。 実施の形態１にかかる組電池の概略図である。 実施の形態１にかかる負極にバスバーをレーザー溶接する工程を説明する負極の端子部分の断面図である。 その他の実施の形態にかかる負極の端子部分の第１の例の断面図である。 その他の実施の形態にかかる負極の端子部分の第２の例の断面図である。

説明の明確化のため、以下の記載及び図面は、適宜、省略、及び簡略化がなされている。また、各図面において、同一の要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略されている。

実施の形態１
図１に実施の形態１にかかる二次電池１の概略図を示す。図１に示すように、実施の形態１にかかる二次電池１は、袋状に形成された絶縁フィルム１１に電極体１２を入れた状態で、電極体１２をケース１０に収納する。また、二次電池１は、ケース１０の開口部を蓋１３により塞ぐ。二次電池１では、ケース１０に蓋１３を取り付けた状態で注液口１４から電解液をケース１０内に注液する。注液後は、注液口１４はキャップ１５により密閉される。

図１に示す例では、電極体１２の左右に集電箔２１と集電箔３１が設けられる。集電箔２１は、例えば、二次電池１の正極でありアルミニウムを主成分とする金属箔である。集電箔３１は、例えば、二次電池１の負極であり銅を主成分とする金属箔である。そして、集電箔２１には、アルミニウムを主成分とする金属部品である集電箔２１が接合される。集電箔３１には、銅を主成分とする金属部品である集電箔３１が接合される。

そして、集電部品２２は、二次電池１のケースの外側に設けられる第１の電極部品２５と接合される。図１に示す例では、蓋１３に設けられる極柱貫通穴１７に第１の電極部品２５に設けられる突起を通し、第１の電極部品２５と集電部品２２とを接合する。また、集電部品２２と第１の電極部品２５は、第１の電極部品２５の突起をかしめることで接合される。このとき、集電部品２２と蓋１３との間には、第１の内部インシュレータ２３が挟み込まれる。また、第１の電極部品２５と蓋１３との間には、第１の外部インシュレータ２４が挟み込まれる。第１の内部インシュレータ２３及び第１の外部インシュレータ２４は、極柱貫通穴１７部分を密閉する。また、第１の内部インシュレータ２３及び第１の外部インシュレータ２４は樹脂部品である。第１の内部インシュレータ２３は集電部品２２と蓋１３とを絶縁し、第１の外部インシュレータ２４は、第１の電極部品２５と蓋１３とを絶縁する。

図１では、正極側の集電部品２２、第１の内部インシュレータ２３、第１の外部インシュレータ２４及び第１の電極部品２５を組み立てる前の分割した状態で示した。一方、図１では、負極側の集電部品３２、第２の内部インシュレータ３３（図１では不図示）、第２の外部インシュレータ３４及び第２の電極部品３５については組み立てた状態で示した。

つまり、集電部品３２は、二次電池１のケースの外側に設けられる第２の電極部品３５と接合される。集電部品３２と第２の電極部品３５は、第２の電極部品３５の突起をかしめることで接合される。このとき、集電部品３２と蓋１３との間には、第２の内部インシュレータ３３（図１では不図示）が挟み込まれる。また、第２の電極部品３５と蓋１３との間には、第２の外部インシュレータ３４が挟み込まれる。第２の内部インシュレータ３３及び第２の外部インシュレータ３４は、負極側に設けられる極柱貫通穴（図１では不図示）部分を密閉する。また、第２の内部インシュレータ３３及び第２の外部インシュレータ３４は樹脂部品である。第２の内部インシュレータ３３は集電部品３２と蓋１３とを絶縁し、第２の外部インシュレータ３４は、第２の電極部品３５と蓋１３とを絶縁する。

実施の形態１にかかる二次電池１では、第２の電極部品３５を集電部品３２と同じ銅を主成分とするインナー部と、バスバーと同じアルミニウムを主成分とするアウター部を接合した電極部品を用いる。なお、第１の電極部品２５についてもこのような異材接合部品を用いることも出来る。第１の電極部品２５と第２の電極部品３５のいずれに異材接合部品を用いるかは、バスバーの部材と集電部品２２及び集電部品３２の部材との関係に依存する。より具体的には、第１の電極部品２５及び第２の電極部品３５のアウター部の部材は、バスバーと同一とし、第１の電極部品２５及び第２の電極部品３５の部材は、対応する集電部品の部材と同一とする。

そこで、第２の電極部品３５を含む負極の端子部分の構造について詳細に説明する。図２に実施の形態１にかかる負極の端子部分の断面図を示す。図２に示すように、二次電池１の端子部分では、蓋１３と集電部品３２の間に第２の内部インシュレータ３３が挟み込まれ、蓋１３と第２の電極部品３５の間に第２の外部インシュレータ３４が挟み込まれた状態で、第２の電極部品３５の突起の先端がかしめられることで、第２の電極部品３５と集電部品３２が接合された状態となっている。

そして、第２の電極部品３５は、インナー部３６とアウター部３７を有する。インナー部３６は、対応する集電部品（例えば集電部品３２）と接合される。アウター部３７は、インナー部３６の表面を覆う用に設けられる。ここで、実施の形態１では、インナー部３６は、集電部品３２と同一部材であり、銅を主成分とする部品である。一方、アウター部３７は、バスバーと同一部材であり、アルミニウムを主成分とする部品である。

また、図２に示す例では、アウター部３７は、アウター部３７の面のうちインナー部３６に対向する面に凸部を有する。そして、第２の電極部品３５では、この凸部をインナー部３６に接合することで、インナー部３６とアウター部３７を電気的に接続する。また、凸部とインナー部３６の接合は、超音波接合技術等を用いて固相接合とすることが好ましい。凸部は、超音波接合時のエネルギダイレクターとしても機能する。このような接合を行うことで、インナー部３６とアウター部３７との間には、凸部の高さに合わせた空間が形成される。そして、この空間は断熱層３８となる。断熱層３８には空気が存在するため、当該空気が断熱材の役割を果たす。また、実施の形態１では、凸部のみがインナー部３６と固相接合された状態なるため、インナー部３６の表面に形成された酸化膜が残存した状態となり、この酸化膜も断熱材の機能を果たす。断熱層３８は空気と酸化膜両方ある場合だけでなく、空気と酸化膜の少なくとも一方が含まれている場合も含む。

ここで、実施の形態１にかかる二次電池１は、複数の二次電池を組みあせることで1つの電池として利用する組電池に好適である。そこで、実施の形態１にかかる二次電池１を含み組電池について説明する。図３に実施の形態１にかかる組電池の概略図を示す。図３に示すように、組電池は、それぞれが正極である第１の電極部品と負極である第２の電極部品とを備え、積層される複数の二次電池１を有する。また、二次電池１はスペーサ２を挟んで積層される。そして、二次電池１は、隣接する二次電池１の第１の電極部品と第２の電極部品とを接続するバスバー４０を有する。実施の形態１にかかる二次電池１を用いることで、バスバー４０を電極部品（特に第２の電極部品３５）に溶接する際に電極部品に密着する部品への熱ダメージを抑制することができる。

より具体的には、実施の形態１にかかる二次電池１では、図２で説明した第２の電極部品３５に対してバスバー４０をレーザー溶接により接合する。そこで、図４に実施の形態１にかかる負極にバスバーをレーザー溶接する工程を説明する負極の端子部分の断面図を示す。図４に示すように、実施の形態１にかかる二次電池１では、バスバー４０と同一部材で形成された第２の電極部品３５のアウター部３７と、バスバー４０とがレーザー溶接が行われる。このレーザー溶接では、同一部材に対してレーザー溶接であるため、レーザー光の出力を落とすことが出来る。また、第２の電極部品３５が断熱層３８を有しているため、第２の電極部品３５では、レーザー溶接によって発生する熱が第２の電極部品３５に接する第２の外部インシュレータ３４に伝達する量が低減される。

上記説明より、実施の形態１にかかる二次電池１によれば、第２の電極部品３５が断熱層３８を有する構造であるため、レーザー溶接に起因する第２の外部インシュレータ３４等の熱ダメージを低減することができる。

ここで、アウター部３７に設けられる凸部は、インナー部３６側に設けることもできる。また、凸部は、アウター部３７の外周に沿って断熱層３８を密閉する形態とすることが好ましい。このように断熱層３８を密閉構造とすることで、水分の浸入を防止して、インナー部３６及びアウター部３７の腐食を防止することができる。

その他の実施の形態
ここでは、その他の実施の形態としてアウター部３７の形状について２つの例を示す。まず、図５にその他の実施の形態にかかる負極の端子部分の第１の例の断面図を示す。図５に示すように、その他の実施の形態の第１の例では、第２の電極部品３５ａを構成するアウター部３７ａの中心部に対応した位置に島状に凸部を有する。そして、第２の電極部品３５ａでは、断熱層３８aは、外周に沿って形成される。また別の観点では、アウター部３７ａの凸部は、アウター部３７ａにおいて、インナー部３６に対向する面の一部であって外周を除く領域に形成される。

その他の実施の形態の第１の例のようにアウター部３７ａの外周に沿って断熱層３８ａが形成される場合であっても、アウター部３７ａからインナー部３６に伝わる熱が断熱され、かつ、アウター部３７ａとインナー部３６の接触面積が減るため、インナー部３６を介して第２の外部インシュレータ３４等に伝わる熱を低減することが出来る。

また、図６にその他の実施の形態にかかる負極の端子部分の第２の例の断面図を示す。図６に示すように、その他の実施の形態の第２の例では、第２の電極部品３５ａを構成するアウター部３７ｂが、実施の形態１で説明したアウター部３７と同様に外周部に沿って凸部を有する。この凸部について、アウター部３７ｂでは、中央部を含むアウター部３７ｂの内周部分を切削して、中央部周辺に凹部を作ることで相対的に外周に沿った領域に凸部を形成する。

このように、アウター部に設ける凸部は、平坦な面に取り付けてもよく、切削によって浮き出させるようなものであっても、実施の形態１にかかるアウター部３７を用いた場合と同様に断熱層３８ｂを形成できるため、断熱効果を発揮させることができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

１ 二次電池
２ スペーサ
１０ ケース
１１ 絶縁フィルム
１２ 電極体
１３ 蓋
１４ 注液口
１５ キャップ
１６ 安全弁
１７ 極柱貫通穴
２１ 集電箔
２２ 集電部品
２３ 第１の内部インシュレータ
２４ 第１の外部インシュレータ
２５ 第１の電極部品
３１ 集電箔
３２ 集電部品
３３ 第２の内部インシュレータ
３４ 第２の外部インシュレータ
３５ 第２の電極部品
３６ インナー部
３７ アウター部
３８ 断熱層
４０ バスバー

Claims (7)

1. ケースに収納される電極体と、
   前記電極体の正極箔と負極箔の一方に接合される第１の集電部品と、
   前記電極体の正極箔と負極箔の他方に接合される第２の集電部品と、
   前記ケースの開口部を塞ぐ蓋を挟んで前記第１の集電部品と接合される第１の電極部品と、
   前記蓋を挟んで前記第２の集電部品と接合される第２の電極部品と、
   前記蓋と前記第１の電極部品との間に配置され、前記蓋と前記第１の電極部品とを絶縁する第１のインシュレータと、
   前記蓋と前記第２の電極部品との間に配置され、前記蓋と前記第２の電極部品とを絶縁する第２のインシュレータと、を有し、
   前記第１の電極部品と前記第２の電極部品の少なくとも一方は、
   対応する集電部品と同一の部材で形成され、対応する前記集電部品と接合されるインナー部と、
   前記インナー部とは異なる部材で形成され、前記インナー部の表面を覆うアウター部と、を有し、
   前記インナー部と前記アウター部は、前記インナー部と前記アウター部との少なくとも一方に形成される凸部を介して接合され、
   前記インナー部と前記アウター部とが対向する部分に空気と酸化膜の少なくとも一方を含む断熱層が形成される二次電池。
2. 前記凸部は、少なくとも前記アウター部の外周に沿って形成される請求項１に記載の二次電池。
3. 前記凸部は、前記アウター部の中心部に対応した位置に島状に形成され、前記断熱層は、外周に沿って形成される請求項１に記載の二次電池。
4. 前記インナー部は、銅を主成分とする部材であり、
   前記アウター部は、アルミニウムを主成分とする部材である請求項１乃至３のいずれか１項に記載の二次電池。
5. 前記インナー部と前記アウター部は、固相接合により接合される請求項１乃至４のいずれか１項に記載の二次電池。
6. 二次電池の電極体に設けられる電極箔と電気的に接続される集電部品と接合される電極部品であって、
   前記集電部品と同一の部材で形成され、前記集電部品と接合されるインナー部と、
   前記インナー部とは異なる部材で形成され、前記インナー部の表面を覆うアウター部と、を有し、
   前記インナー部と前記アウター部は、前記インナー部と前記アウター部との少なくとも一方に形成される凸部を介して接合され、
   前記インナー部と前記アウター部とが対向する部分に空気と酸化膜の少なくとも一方を含む断熱層が形成される電極部品。
7. それぞれが正極である第１の電極部品と負極である第２の電極部品とを備え、積層される複数の二次電池と、
   隣接する前記二次電池の前記第１の電極部品と前記第２の電極部品とを接続するバスバーと、を有し、
   前記第１の電極部品と前記第２の電極部品の少なくとも一方は、
   電極部品と同一の部材で形成され、前記電極部品と接合されるインナー部と、
   前記インナー部とは異なる部材で形成され、前記インナー部の表面を覆うアウター部と、を有し、
   前記インナー部と前記アウター部は、前記インナー部と前記アウター部との少なくとも一方に形成される凸部を介して接合され、
   前記インナー部と前記アウター部とが対向する部分に空気と酸化膜の少なくとも一方を含む断熱層が形成される組電池。

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