JP2023142801A - 二次電池 - Google Patents

Abstract

【課題】組み立てが容易な二次電池を提供する。【解決手段】蓋体を有する外装容器と、電極体と、前記蓋体に設けられ雄ねじ部を有している出力端子と、前記容器の内部において前記電極体と前記蓋体との間に設けられたリードと、を備え、前記リードは、蓋体に対向する板状の接合部と、前記接合部を貫通して設けられた雌ねじ部とを有し、前記出力端子の前記雄ねじ部は、前記蓋体を通して前記雌ねじ部にねじ込まれ、前記接合部に電気的に接続されている、二次電池。【選択図】 図５

Description

本発明の実施形態は、二次電池に関する。

近年、電子機器や電気自動車の電源として、エネルギー密度の高い二次電池、例えば、リチウムイオン二次電池が広く用いられている。このような二次電池は、電極体及び非水電解質を、アルミニウム又はアルミニウム合金で形成された直方体の外装容器に収納して構成される。外装容器の蓋体には、正極又は負極の出力端子が設けられている。出力端子は、外装容器の内部に設けられたリードを介して電極体に接続されている。
出力端子とリードとを接続する方法として、ねじによる締付や溶接などが知られている。

特開２００１―１４３６６８号公報 特開２０１４―０３８７０６号公報

本実施形態の課題は、組み立てが容易な二次電池を提供することにある。

一実施形態に係る二次電池は、蓋体を有する外装容器と、電極群と前記電極群から延出した集電タブとを有し、前記外装容器の内部に収納された電極体と、前記蓋体に設けられ、第１雄ねじ部を有している出力端子と、前記外装容器の内部において前記電極体と前記蓋体との間に設けられ、前記集電タブと前記出力端子とを電気的に接続するリードと、を備え、前記リードは、前記蓋体に対向する板状の接合部と、前記接合部を貫通して設けられた雌ねじ部とを有し、前記出力端子の前記第１雄ねじ部は、前記蓋体を通して前記雌ねじ部にねじ込まれ、前記接合部に電気的に接続されている、

図１は、一実施形態に係る二次電池の外観を示す斜視図である。 図２は、図１に示す二次電池の分解斜視図である。 図３は、リードを示す斜視図である。 図４は、図３に示すリードを裏面側から見た斜視図である。 図５は、図１のＡ―Ａに沿った断面図である。 図６は、本実施形態に係る二次電池の使用例を示す斜視図である。

以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、開示はあくまで一例にすぎず、当業者において、発明の趣旨を保っての適宣変更について容易に想到し得るものについては、当然に本発明の範囲に含有されるものである。また、図面や説明をより明確にするため、実際の様態に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して、詳細な説明を適宣省略することがある。

以下、実施形態に係る二次電池について詳細に説明する。
図１は、実施形態に係る二次電池の外観を示す斜視図である。
図１に示すように、二次電池１０は、例えば、リチウムイオン電池等の非水電解質二次電池であり、扁平な略直方体形状の外装容器１２と、外装容器１２の内部に非水電解液と共に収納された後述の電極体３０と、を備えている。外装容器１２は、例えば、樹脂によって形成された樹脂容器である。外装容器１２は、上端が開口した容器本体１６と、容器本体１６に固定され容器本体１６の開口を閉塞した板状の蓋体１４とを有し、内部が気密に形成されている。本実施形態では、上記のように、容器本体１６は樹脂で形成され、蓋体１４は電気的な絶縁性を有する樹脂で形成されている。

蓋体１４には、一対の出力端子２０と、注入口２９と、が設けられている。
ここで、蓋体１４及び容器本体１６の長手方向をＸ、長手方向Ｘと直交する蓋体１４及び容器本体１６の幅方向をＹ、容器本体１６の高さ方向をＺと定義する。
なお、外装容器１２は、樹脂に限らず、アルミニウム合金、鉄あるいはステンレスなどの金属で形成された金属容器としてもよい。

図２は、図１に示す二次電池の分解斜視図である。
図２に示すように、外装容器１２の容器本体１６は、矩形状の長側壁１６ａ、長側壁１６ａと間隔を置いて平行に対向する矩形状の長側壁１６ｂ、互いに対向する一対の短側壁１６ｃ、及び底壁１６ｄを有している。一対の長側壁１６ａ、１６ｂの上端縁及び一対の短側壁１６ｃの上端縁により、矩形状の上部開口１７が規定されている。
蓋体１４は、上部開口１７とほぼ等しい大きさの矩形板状に形成されている。蓋体１４は、上部開口１７を閉塞した状態で容器本体１６に固定されている。
蓋体１４には、一対の円形の透孔２６が形成されている。各透孔２６は、蓋体１４を高さ方向（厚さ方向）Ｚに貫通して形成された貫通孔である。一対の透孔２６は、蓋体１４の長手方向Ｘの両端部に位置し、長手方向Ｘに互いに離間している。注入口２９は、一対の透孔２６の間に位置している。注入口２９を通して外装容器１２の内部に非水電解液を注液した後、注入口２９は、例えば、円盤状の封止蓋２５で封止される。
出力端子２０は、高さ方向Ｚに沿って延びる柱状に形成され、一端部に形成された第１雄ねじ部２０ａと、他端部に形成された第２雄ねじ部２０ｂと、第１雄ねじ部２０ａと第２雄ねじ部２０ｂとの間に位置している環状のフランジ部２０ｃと、を一体に有している。フランジ部２０ｃは、例えば、六角形状に形成され、ナットを構成している。出力端子２０は、第１雄ねじ部２０ａを蓋体１４の透孔２６に挿通した状態で、蓋体１４に取り付けられる。
図２に示すように、外装容器１２に収納される電極体３０は、例えば、シート状の複数の正極板と複数の負極板とを、セパレータを挟んで交互に積層して構成されている。正極板は、板状の正極集電体と、正極集電体の少なくとも一方の面に形成された正極活物質層と、正極集電体の一端から高さ方向Ｚに向かって延出した正極集電タブ３２ａと、を有している。負極板は、板状の負極集電体と、負極集電体の少なくとも一方の面に形成された負極活物質層と、負極集電体の一端から高さ方向Ｚに向かって延出した負極集電タブ３２ｂと、を有している。セパレータは、電気的絶縁性を有しており、正極板と負極板とを電気的に絶縁している。
正極板及び負極板の集電体及び集電タブは、一例では、厚さ５乃至５０μｍ程度の金属箔から形成される。金属箔の材料は、正極や負極に使用する活物質の種類により変わり得るものではあるが、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金などの金属箔や、導電性の樹脂フィルムなどを用いることができる。

複数の正極集電タブ３２ａは、電極体（電極群）３０の一端から外側に延出し、幅方向Ｙに積層されている。複数枚の正極集電タブ３２ａの延出端部は、Ｕ字形状に折り曲げられたバックアップリード３４によってまとめて狭持されていてもよい。正極集電タブ３２ａは、長手方向Ｘにおける電極体３０の一端側に位置している。
複数の負極集電タブ３２ｂは、電極体３０の一端から外側に延出し、幅方向Ｙに積層されている。複数枚の負極集電タブ３２ｂの延出部は、Ｕ字形状に折り曲げられたバックアップリード３４によってまとめて挟持されており、負極集電タブ３２ｂは、長手方向Ｘにおける電極体３０の他端側に位置している。

このように正極集電タブ３２ａ及び負極集電タブ３２ｂは、電極体３０の一端から同一方向に延出しているとともに、電極体３０の長手方向Ｘに互いに間隔を設けて位置している。
上記のように構成された電極体３０は、電極体３０の一端面、正極集電タブ３２ａ、及び負極集電タブ３２ｂが高さ方向Ｚにおいて蓋体１４と対向する向きで、容器本体１６の内部に収納される。電極体３０の一端面と蓋体１４との間には、所定の間隔が設けられている。

図２に示すように、二次電池１０は、外装容器１２の内部で電極体３０と蓋体１４との間の空間に設けられた、一対の絶縁体３６、接着部材３８、正極リード４０Ａ、及び負極リード４０Ｂを備えている。
絶縁体３６は、例えば、電気的絶縁性を有する樹脂によって形成されている。絶縁体３６は、蓋体１４と電極体３０との間の空間を囲むように枠状に形成され、容器本体１６の内面に当接して配置される。絶縁体３６は、正極リード４０Ａ、負極リード４０Ｂ、正極集電タブ３２ａ及び負極集電タブ３２ｂと容器本体１６との間を電気的に絶縁するとともに、蓋体１４と電極体３０との間隔を保持するスペーサとしての機能を有している。
一例では、絶縁体３６は、一対の絶縁体に分割され、これらを組み合わせることにより枠体を構成する。各絶縁体３６は、長手方向Ｘに延びる細長い板状に形成され、長手方向Ｘの両端部が幅方向Ｙに折曲げられている。絶縁体３６は、容器本体１６の内面に当接する外面と、反対側の内面と、長手方向Ｘの中央部で内面に突設された２つのリブ３６ａと、リブ３６ａと一端との間で内面に突設された複数、例えば、４つの係合突起３６ｂと、を有している。

接着部材３８は、例えば、帯状の接着テープである。接着部材３８は、各絶縁体３６の外面と、各絶縁体３６の蓋体１４と対向する上面と、電極体３０の幅方向Ｙにおける一対の側面と、に設けられている。ただし、一例では、各絶縁体３６のリブ３６ａの上面に位置するように設けられている。接着部材３８は、各絶縁体３６と電極体３０とが一体化された状態を保持する。

正極リード４０Ａは、幅方向Ｙにおいて各絶縁体３６の間に位置し、出力端子２０と正極集電タブ３２ａとを電気的に接続する。負極リード４０Ｂは、幅方向Ｙにおいて各絶縁体３６の間に位置し、出力端子２０と負極集電タブ３２ｂとを電気的に接続する。本実施形態において、正極リード４０Ａと負極リード４０Ｂとは同一の構成、形状を有している。
以下、本実施形態に係る二次電池１０のリードについて、正極リード４０Ａを代表してその構成を詳細に説明する。

図３は、正極リードを示す斜視図、図４は、正極リードを異なる方向から見た斜視図である。
図３、図４に示すように、正極リード４０Ａは、導電金属板材を折り曲げて構成されている。一例では、正極リード４０Ａは、矩形状の第１接合部４１、第１接合部４１の一側縁から第１接合部４１に対してほぼ垂直に延出した矩形状の第２接合部４５と、第１接合部４１の他方の側縁の両端部から第１接合部４１に対してほぼ垂直に延出した矩形状の取付部４３と、を一体に有している。
第１接合部４１は、長手方向Ｘに延びる一対の側縁を有する矩形板状に形成され、蓋体１４に対向する上面４１ａと、上面４１ａと反対側に位置している下面４１ｂと、を有している。第１接合部４１は、一方の側縁の両端部から第２接合部４５を超えて面方向に突出した一対の第１係合凸部４８と、他方の側縁の中央部から取付部４３を超えて面方向に突出した第２係合凸部４９と、を有している。
更に、第１接合部４１は、下面４１ｂのほぼ中央部に突設された円柱形状の突出部４７と、高さ方向Ｚに第１接合部４１及び突出部４７を貫通して形成された雌ねじ部４２と、を有している。雌ねじ部４２は、出力端子２０の第１雄ねじ部２０ａをねじ込むために設けられている。雌ねじ部４２の詳細については図５に示す二次電池１０の内部構造の説明で後述する。

第２接合部４５は、高さ方向Ｚに沿って板状に延出され、容器本体１６の長側壁１６ｂと平行に対向するように配置される。高さ方向Ｚに延びる第２接合部４５の一対の側縁には、それぞれ係合凹所４６が設けられている。各係合凹所４６は、絶縁体３６の係合突起３６ｂと係合可能な位置及び寸法に形成されている。係合凹所４６が係合突起３６ｂと係合することで、正極リード４０Ａと絶縁体３６とは連結される。
取付部４３の各々は、容器本体１６の長側壁１６ａと平行に対向するように配置されている。取付部４３は、幅方向Ｙに貫通して形成された取付孔４４を有している。取付孔４４は、絶縁体３６の係合突起３６ｂと係合可能な位置及び寸法に形成されている。取付孔４４が係合突起３６ｂと係合することで、正極リード４０Ａと絶縁体３６とは連結される。

以下、組み立てられた二次電池１０の内部構成について説明する。
図５は、図１のＡ―Ａに沿った断面図である。
図５に示すように、外装容器１２は、上端が開口した容器本体１６と、容器本体１６の開口を閉塞した蓋体１４と、を有している。また、外装容器１２の内部に、電極体３０、正極リード４０Ａ、及び一対の絶縁体３６が収納されている。一方、外装容器１２の外部（蓋体１４の上方）から出力端子２０が取り付けられている。
電極体３０は、容器本体１６の一対の長側壁１６ａ、１６ｂの間に位置し、蓋体１４に向かって延びる正極集電タブ３２ａを有している。正極集電タブ３２ａの先端は、バックアップリード３４によって狭持され、正極リード４０Ａの第２接合部４５と接続されている。
一対の絶縁体３６は、幅方向Ｙに並べられ、電極体３０と蓋体１４との間に位置している。各絶縁体３６の外面は、容器本体１６の内面に当接し、各絶縁体３６の内面は、正極リード４０Ａの外面に当接している。

正極リード４０Ａは、電極体３０と蓋体１４との間に位置し、係合凹所４６及び取付孔４４と、各絶縁体３６の係合突起３６ｂとが係合することで、絶縁体３６に固定されている（係合凹所４６、取付孔４４、及び係合突起３６ｂについては図２、図３、図４を参照）。
正極リード４０Ａは、蓋体１４の内面と接触している第１接合部４１と、第１接合部４１及び蓋体１４に対してほぼ垂直に延出した第２接合部と、を有している。
第１接合部４１は、第１係合凸部４８と、第２係合凸部４９と、第１接合部４１の下面から突出部４７と、第１接合部４１及び突出部４７を貫通して形成された雌ねじ部４２と、を有している。第１係合凸部４８が一方の絶縁体３６の上面に当接し、第２係合凸部４９が他方の絶縁体３６の上面に当接することで、正極リード４０Ａは、各絶縁体３６に保持されている。
突出部４７は、例えば、バーリング加工によって形成されることができる。雌ねじ部４２の軸線４２ａに沿った方向における長さ（上面４１ａから反対側に位置する端面４７ａまでの長さ）Ｌ１は、正極リード４０Ａの板厚Ｔ１よりも大きい。ただし、ここで言う板厚Ｔ１とは、第１接合部４１の上面４１ａと下面４１ｂとの高さ方向Ｚにおける距離である。例えば、雌ねじ部４２の長さＬ１は２乃至２．５ｍｍであり、第１接合部４１の板厚Ｔ１は１ｍｍ程度である。

ただし、第１接合部４１の板厚Ｔ１が２ｍｍ以上である場合、突出部４７を設ける必要はない。突出部４７が設けられていない場合、雌ねじ部４２の長さＬ１と第１接合部４１の板厚Ｔ１は等しい。
第２接合部４５は、正極集電タブ３２ａ及びバックアップリード３４と接合されている。接合の方法は、例えば、レーザー溶接、超音波接合、抵抗溶接等が用いられる。

出力端子２０は、第１雄ねじ部２０ａと、第２雄ねじ部２０ｂと、第１雄ねじ部と第２雄ねじ部との間に位置しているフランジ部２０ｃと、を有している。
第１雄ねじ部２０ａは、フランジ部２０ｃが蓋体１４の外面に当接する位置まで、蓋体１４の透孔２６を通して正極リード４０Ａの雌ねじ部４２にねじ込まれている。これにより、出力端子２０及び正極リード４０Ａは、蓋体１４の外面及び内面にそれぞれ固定され、出力端子２０は正極リード４０Ａに電気的に接続されている。

本実施形態に係る二次電池の組み立て手順について説明する。
図２に示すように、まず、外装容器１２と、電極体３０と、リード（正極リード４０Ａ及び負極リード４０Ｂ）と、絶縁体３６と、接着部材３８と、出力端子２０とを用意する。次に、電極体３０の正極集電タブ３２ａと正極リード４０Ａとを接続し、負極集電タブ３２ｂと負極リード４０Ｂとを接続する。
続いて、幅方向Ｙにおいてリードの外側から各絶縁体３６を取り付ける。この時、リードの取付孔４４と一方の絶縁体３６の係合突起３６ｂとを係合させ、リードの係合凹所４６と他方の絶縁体３６の係合突起３６ｂとを係合させる（図３、図４参照）。
その後、絶縁体３６の蓋体１４と対向する上面と、各絶縁体３６の外面と、電極体３０の外面と、を接着部材３８で覆って接着する。ただし、本実施形態においては、絶縁体３６の上面として、リブ３６ａの上面を含む。これにより、電極体３０、リード、及び絶縁体３６は、一体化した状態に保持することができる。
一体化された後、一体化された電極体３０、リード、及び絶縁体３６を、容器本体１６の内部に収納し、蓋体１４を容器本体１６の上部開口１７に容器本体１６の内部を密閉するように固定する。
最後に、各出力端子２０を蓋体１４の透孔２６から挿通して、各リードの雌ねじ部４２に、各出力端子２０の第１雄ねじ部２０ａをねじ込む。

本実施形態に係る二次電池の効果について説明する。
図２、図５に示すように、二次電池１０は、外装容器１２と、電極体３０と、出力端子２０と、リード（正極リード４０Ａ及び負極リード４０Ｂ）と、を備えている。リードは蓋体１４に対向する板状の第１接合部４１と、第１接合部４１及び突出部４７を貫通して設けられた雌ねじ部４２とを有し、雌ねじ部４２には、出力端子２０の第１雄ねじ部２０ａがねじ込まれている。これにより、二次電池１０の組立時において、下から順に組み立てることが可能となり、分解時においても、上から順に分解することが可能となる。言い換えると、二次電池１０に使用されるすべての部品に上からアクセスすることができるため、組み立てが容易な二次電池１０を得ることができる。また、リードと出力端子２０とを固定するためのナットが不要になるため、部品点数を減らすことができ、コストを削減することができる。
図５に示すように、リードの板厚Ｔ１が２ｍｍ以下である場合に、リードの雌ねじ部４２の長さは、リードの板厚Ｔ１よりも大きい。これにより、出力端子２０の第１雄ねじ部２０ａとリードの雌ねじ部４２との掛かり代を十分に確保することができる。また、リードの板厚Ｔ１を薄くできるため、軽量化及び低コスト化を可能にする。

本実施形態に係る二次電池の使用例について説明する。
図６は、本実施形態に係る二次電池１０の使用例を示す斜視図である。
図６に示すように、二次電池１０は、蓋体１４を上側にした状態で、ケース５０の内部に幅方向Ｙに並んで２つ収納されている。つまり、ここで説明する使用例では、上方から出力端子２０を取り付けることが可能である。
本使用例における二次電池は、正極の出力端子２０に一端を固定され、他端を負極の出力端子２０に固定された接続部材５６と、出力端子２０のフランジ部２０ｃと蓋体１４との間に設けられたワッシャ５４と、を更に備えている。
２つの二次電池１０は、第２雄ねじ部２０ｂにナット２８の締付により固定された接続部材５６と、正極の出力端子２０と、負極の出力端子２０と、を介して電気的に接続されている。接続部材５６は、例えば、アルミニウムや銅等の金属によって形成されたバスバーである。ただし、接続部材５６と出力端子２０との固定方法は、第２雄ねじ部２０ｂとナット２８との締付に限られない。例えば、外装容器１２の外側で出力端子２０の高さ方向Ｚにおける端部に溶接によって固定することも可能である。つまり、出力端子２０は、第２雄ねじ部２０ｂを無しに構成することもできる。

本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。実施形態は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０…二次電池、１２…外装容器、１４…蓋体、１６…容器本体、２０…出力端子、２０ａ…第１雄ねじ部、２０ｂ…第２雄ねじ部、３０…電極体、３２ａ…正極集電タブ、３２ｂ…負極集電タブ、３６…絶縁体、４０Ａ…正極リード、４０Ｂ…負極リード、４１…第１接合部、４１ａ…上面、４１ｂ…下面、４２…雌ねじ部、４２ａ…軸線、４７…突出部、４７ａ…端面、Ｌ１…長さ、Ｔ１…板厚

Claims (5)

1. 蓋体を有する外装容器と、
   電極群と前記電極群から延出した集電タブとを有し、前記外装容器の内部に収納された電極体と、
   前記蓋体に設けられ、第１雄ねじ部を有している出力端子と、
   前記外装容器の内部において前記電極体と前記蓋体との間に設けられ、前記集電タブと前記出力端子とを電気的に接続するリードと、を備え、
   前記リードは、前記蓋体に対向する板状の接合部と、前記接合部を貫通して設けられた雌ねじ部とを有し、
   前記出力端子の前記第１雄ねじ部は、前記蓋体を通して前記雌ねじ部にねじ込まれ、前記接合部に電気的に接続されている、
   二次電池。
2. 前記リードの前記接合部は、前記蓋体と対向する上面と、前記上面と対向する下面と、前記下面から突出した突出部と、を更に有し、
   前記雌ねじ部は、前記上面から前記突出部の端面まで前記接合部及び前記突出部を貫通して設けられ、
   前記雌ねじ部の軸方向の長さは、前記リードの板厚よりも大きい、
   請求項１に記載の二次電池。
3. 前記突出部を除く前記リードの板厚は、２ｍｍよりも小さい、
   請求項２に記載の二次電池。
4. 前記出力端子は、前記蓋体の外面に当接するフランジ部を更に有している、
   請求項１乃至３のいずれか１項に記載の二次電池。
5. 前記出力端子は、柱状に形成され、軸方向の一端部に形成された前記第１雄ねじ部と、軸方向の他端部に形成された第２雄ねじ部と、前記第１雄ねじ部と前記第２雄ねじ部との間に設けられた前記フランジ部と、を有している、
   請求項４に記載の二次電池。

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