JP4304918B2

JP4304918B2 - battery

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Publication number: JP4304918B2
Application number: JP2002155745A
Authority: JP
Inventors: 博志田才; 勲鈴木; 武司下園; 訓良胸永
Original assignee: GS Yuasa Corp
Current assignee: GS Yuasa Corp
Priority date: 2002-05-29
Filing date: 2002-05-29
Publication date: 2009-07-29
Anticipated expiration: 2022-05-29
Also published as: JP2003346776A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気自動車等に用いられる大型のリチウムイオン二次電池の構成例を図１に示す。図１はリチウムイオン二次電池の発電要素と集電接続体との接続構造を示す組み立て斜視図、図２は挟持板４の間に挟み込んだ集電接続体の接続部２aと発電要素の正極板や負極板の金属箔とを示す横断面図、図３はリチウムイオン二次電池の端子９に、蓋板６に取り付けた端子台８を接続固定した状態を示す斜視図である。
【０００３】
このリチウムイオン二次電池は、図１に示すように、長円筒形の発電要素１を４個密着して並べ並列接続したものである。各発電要素１は、図５に示すように、正極板１ａと負極板１ｂをセパレータ１ｃを介して長円筒形に巻回したものである。正極板１ａは、電極基体となる帯状のアルミニウム箔１ｄの表面に正極活物質を担持させ、負極板１ｂは、電極基体となる帯状の銅箔１ｅの表面に負極活物質を担持させている。ただし、これらの正極板１ａと負極板１ｂは、それぞれ帯状の片方の側端部に活物質を塗布しない未塗工部を設けておき、この未塗工部でアルミニウム箔１ｄと銅箔１ｅが露出するようにしている。
【０００４】
そして、これらの正極板１ａと負極板１ｂは、発電要素１の巻回の際に、巻回軸に沿って互いに反対方向にずらすことにより、長円筒形の一方の端面には正極板１ａの側端部のアルミニウム箔１ｄのみがはみ出し、他方の端面には負極板１ｂの側端部の銅箔１ｅのみがはみ出すようにしている。
【０００５】
上記４個の発電要素１は、長円筒形の平坦な側面同士が接するようにして密着して並べられ、これらの発電要素１の両端面部にそれぞれ集電接続体２の接続部２ａが配置される。集電接続体２は、発電要素１の一方の端面側に配置するものはアルミニウム合金板からなり、他方の端面側に配置するものは銅合金板からなる。
【０００６】
また、これらの集電接続体２は、高率放電時の大きな電流も十分に流せるようにある程度板厚の厚い金属板が用いられる。これらの集電接続体２は、ほぼ二等辺三角形状の水平に配置された金属板部と、この三角形状の底辺部から下方に向けて突設された８本の細長い接続部２ａを備える。
【０００７】
これらの接続部２ａは、集電接続体２の金属板をプレス加工によって細長い金属板状に抜き加工したものであり、下方に向けて屈曲させると共に、９０°のひねりを加えている。また、これらの接続部２ａには、図２に示すように、金属板の一方の表面側に突出する複数の凸部２ｂが形成されている。
【０００８】
上記集電接続体２は、４個の発電要素１の両端部の上方にそれぞれ配置され、接続部２ａがこれらの発電要素１の端面部に配置されるようにする。即ち、発電要素１の正極板１ａのアルミニウム箔がはみ出す側の端面部には、アルミニウム合金板からなる集電接続体２が配置され、負極板１ｂの銅箔がはみ出す側の端面部には、銅合金板からなる集電接続体２が配置される。また、接続部２ａは、各発電要素１の端面に２本ずつ配置される。
【０００９】
ここで、各発電要素１の端面には、正極板１ａのアルミニウム箔か負極板１ｂの銅箔が巻回された状態で長円筒形にはみ出しているので、これらの金属箔が直線状に束となった部分は、巻回軸を中心にして左右に分かれている。そして、各発電要素１毎に配置された２本の接続部２ａは、これら左右に分かれた金属箔の束の外側にそれぞれ配置される。また、これら２本の接続部２ａは、図２に示すように、凸部２ｂの突出する側の面が内側、つまり金属箔の束側を向くように、互いに逆方向に９０°のひねりが加えられている。
【００１０】
このようにして集電接続体２の接続部２ａが配置されると、挟持板４によって、各接続部２ａと共に、正極板１ａや負極板１ｂの金属箔の束を挟み込む。挟持板４は、短冊状の金属板を長手方向に沿って二つ折りにしたものであり、正極板１ａ側の接続部２ａの場合にはアルミニウム合金板が用いられ、負極板１ｂ側の接続部２ａの場合には銅合金板が用いられる。
【００１１】
そして、これらの挟持板４の両側から超音波溶接を行なうことにより、それぞれの挟持板４の間に挟み込んだ集電接続体２の接続部２ａと正極板１ａや負極板１ｂの金属箔の束とを溶着させる。
【００１２】
この際、挟持板４は、接続部２ａと金属箔の束とを溶着して接続固定するためだけに用いられるので、最適な超音波溶接が可能となるようなある程度薄い金属板を用いることができる。また、接続部２ａには、正極板１ａや負極板１ｂの金属箔の束と重なり合う面に凸部２ｂが形成されているので、これらの金属箔の束が凸部２ｂで集中的に超音波のエネルギーを受けて確実に溶着するようになる。
【００１３】
発電要素１の両端部の上方に配置された正負の集電接続体２のほぼ二等辺三角形状の部分は、図３に示すように、絶縁封止材５を介して矩形の蓋板６の下面の両側に取り付けられる。蓋板６は、ステンレス鋼板からなり、上面の両側には、正極接続導体３及び負極接続導体３が別の絶縁封止材７を介して配置される。
【００１４】
これらの接続導体３は、下端部が蓋板６を貫通してそれぞれの集電接続体２のほぼ二等辺三角形状の頂点部付近にかしめによって接続固定される。また、これらの接続導体３の上端部は、絶縁封止材７上に配置された端子９を係止する端子台８にかしめによって接続固定される。
【００１５】
これらの接続導体３は、アルミニウム合金板からなる集電接続体２にはアルミニウム合金製のものが用いられ、銅合金板からなる集電接続体２には銅合金製のものが用いられる。しかし、端子台８や端子９は、電解液に触れることがないので、これらアルミニウム合金や銅合金等よりも強度が高い鋼や鉄の合金等が用いられる。
【００１６】
絶縁封止材５，７は、蓋板６の上下に配置されて、集電接続体２や接続導体３、端子台８、端子９と蓋板６との間を絶縁封止する樹脂成形板である。尚、端子９としてはボルト状のものが一般的であるが、必ずしもボルト状に限られるものではない。
【００１７】
上記４個の発電要素１は、図示しないステンレス鋼板製の電池容器本体に収納され、蓋板６がこの電池容器本体の上端開口部に嵌め込まれ溶接によって固着される。そして、この電池容器本体の内部に非水電解液が充填されることによりリチウムイオン二次電池となる。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
図３に示すようなリチウムイオン二次電池の場合、接続導体３と端子９の位置関係についてみれば、接続導体３が端子９よりも電池上面の中央よりにある（接続導体３が端子９よりも内側にある）ため、集電接続体を大きくせざるを得ず、結果的に電池重量が増加し、重量エネルギー密度が低下するという問題がある。
【００１９】
また、これとは別に、電流は正極板１ａ、負極板１b→接続部２aの先端部→集電接続体２→接続導体３→端子台８→端子９の順（あるいはその逆）に流れることになるので、正極板１ａ、負極板１bから端子９までの電流パスが長く、電池を大電流で充放電したときにこのパスで発生するジュール熱が大きくなり、電池温度が必要以上に高くなってしまう。電池温度が高くなりすぎると、充放電サイクル寿命が低下したり、電解液の蒸発により電池内圧力が高くなりすぎたりする問題が生じる。
【００２０】
この発明は上記のような問題を解決するもので、重量エネルギー密度が優れるとともに、電極から端子までの電流パスを短くし、もってこの部分で発生するジュール熱を低減することにより、前記ジュール熱に起因する充放電サイクル寿命低下や電池内圧力上昇を防ぐ電池を提供することを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の電池は、電池容器外部に設けた正極端子及び負極端子と、電池容器内に収納された発電要素であって正極板及び負極板を有するものと、正極接続導体及び負極接続導体とを備えた電池において、前記正極接続導体は、電池容器外において前記正極端子に接続されるとともに、電池容器内において集電接続体を介して前記正極板に接続されたものであり、前記負極接続導体は、電池容器外において前記負極端子に接続されるとともに、電池容器内において集電接続体を介して前記負極板に接続されたものであり、前記正極端子及び前記負極端子は前記正極接続導体と前記負極接続導体との間に位置することを特徴とする。なお、電池容器とは電池容器本体と当該電池容器本体の開口部を塞ぐ蓋板との総称である。
【００２２】
この発明によれば、集電接続体を小さくすることができるので電池重量が低減でき、重量エネルギー密度にすぐれた電池が得られる。また、集電接続体２が短くなった分、正極板１ａ、負極板１bから端子９までの電流パスが短くなるので、大電流で充放電したときパスで発生するジュール熱を低減でき、電池温度が必要以上に高くなるのを防止することができ、もって電池温度が高くなりすぎることに起因する充放電サイクル寿命の低下や電解液の蒸発により電池内圧力上昇を防ぐことができる。
【００２３】
請求項２の発明は、前記発電要素は、正極板と負極板とセパレータとが巻回されたものであるとともに、その巻回軸を水平状態にして電池容器に収納されたものであることを特徴とする。この発明によれば、巻回軸を水平状態にして電池容器に収納した電池に適した接続構造を提供することができる。
【００２４】
請求項３の発明は、前記電池容器は金属製であり、前記正極接続導体及び負極接続導体は、かしめによって、絶縁部材を介して、前記電池容器に固定されたことを特徴とする。これによれば、密閉機能の優れた大型リチウムイオン電池に適した接続構造を提供することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００２６】
図４は本発明の一実施形態を示すもので、蓋板に取り付けた端子台を接続固定した状態を示す斜視図である。なお、図１〜３及び図５に示した従来例と同様の機能を有する構成部材には同じ番号を付記する。
【００２７】
本実施形態は、従来例と同様に、電気自動車等に用いられる大型のリチウムイオン二次電池について説明する。このリチウムイオン二次電池は、図１に示すように、長円筒形の発電要素１を４個密着して並べ並列接続したものである。各発電要素１は、従来例と同じ構成であり、長円筒形の一方の端面からは正極板１ａの側端部のアルミニウム箔がはみ出すと共に、他方の端面からは負極板１ｂの側端部の銅箔がはみ出すようになっている。
【００２８】
上記４個の発電要素１は、長円筒形の平坦な側面同士が接するようにして密着して並べられ、これらの発電要素１の両端面部にそれぞれ集電接続体２の接続部２ａが配置される。集電接続体２は、発電要素１の一方の端面側に配置するものはアルミニウム合金板からなり、他方の端面側に配置するものは銅合金板からなる。
【００２９】
また、これらの集電接続体２は、高率放電時の大きな電流も十分に流せるようにある程度板厚の厚い金属板が用いられる。これらの集電接続体２は、やや扁平状の二等辺三角形状部を有する水平に配置された板部と、前記板部から下方に向けて突設された８本の細長い接続部２ａとを備える。
【００３０】
これらの接続部２ａは、集電接続体２の金属板をプレス加工によって細長い金属板状に抜き加工したものであり、下方に向けて屈曲させると共に、９０°のひねりを加えている。また、これらの接続部２ａには、図２に示すように、金属板の一方の表面側に突出する複数の凸部２ｂが形成されている。
【００３１】
上記集電接続体２は、４個の発電要素１の両端部の上方にそれぞれ配置され、接続部２ａがこれらの発電要素１の端面部に配置されるようにする。即ち、発電要素１の正極板１ａのアルミニウム箔がはみ出す側の端面部には、アルミニウム合金板からなる集電接続体２が配置され、負極板１ｂの銅箔がはみ出す側の端面部には、銅合金板からなる集電接続体２が配置される。また、接続部２ａは、各発電要素１の端面に２本ずつ配置される。
【００３２】
ここで、各発電要素１の端面には、正極板１ａのアルミニウム箔か負極板１ｂの銅箔が巻回された状態で長円筒形にはみ出しているので、これらの金属箔が直線状に束となった部分は、巻回軸を中心にして左右に分かれている。
【００３３】
そして、各発電要素１ごとに配置された２本の接続部２ａは、これら左右に分かれた金属箔の束の外側にそれぞれ配置される。また、これら２本の接続部２ａは、図２に示すように、凸部２ｂの突出する側の面が内側、つまり金属箔の束側を向くように、互いに逆方向に９０°のひねりが加えられている。
【００３４】
このようにして集電接続体２の接続部２ａが配置されると、挟持板４によって、各接続部２ａと共に、正極板１ａや負極板１ｂの金属箔の束を挟み込む。挟持板４は、短冊状の金属板を長手方向に沿って二つ折りにしたものであり、正極板１ａ側の接続部２ａの場合にはアルミニウム合金板が用いられ、負極板１ｂ側の接続部２ａの場合には銅合金板が用いられる。
【００３５】
そして、これらの挟持板４の両側から超音波溶接を行なうことにより、それぞれの挟持板４の間に挟み込んだ集電接続体２の接続部２ａと正極板１ａや負極板１ｂの金属箔の束とを溶着させる。
【００３６】
この際、挟持板４は、接続部２ａと金属箔の束とを溶着して接続固定するためだけに用いられるので、最適な超音波溶接が可能となるようなある程度薄い金属板を用いることができる。また、接続部２ａには、正極板１ａや負極板１ｂの金属箔の束と重なり合う面に凸部２ｂが形成されているので、これらの金属箔の束が凸部２ｂで集中的に超音波のエネルギーを受けて確実に溶着するようになる。
【００３７】
発電要素１の両端部の上方に配置された正負の集電接続体２のほぼ二等辺三角形状部を有する板状部は、図４に示すように、絶縁封止材５を介して矩形の蓋板６の下面の両側に取り付けられる。蓋板６は、ステンレス鋼版からなり、上面の両側には、正極接続導体３及び負極接続導体３が別の絶縁封止材７を介して配置される。これらの接続導体３は、下端部が蓋板６を貫通してそれぞれの集電接続体２のほぼ二等辺三角形状部の頂点部付近にかしめによって接続固定される。
【００３８】
また、これらの接続導体３の上端部は、絶縁封止材７上に配置された端子９を係止する端子台８にかしめによって接続固定される。これらの接続導体３は、アルミニウム合金板からなる集電接続体２にはアルミニウム合金製のものが用いられ、銅合金板からなる集電接続体２には銅合金製のものが用いられる。
【００３９】
しかし、端子台８や端子９は、電解液に触れることがないので、これらアルミニウム合金や銅合金等よりも強度が高い鋼や鉄の合金等が用いられる。絶縁封止材５，７は、蓋板６の上下に配置されて、集電接続体２や接続導体３、端子台８、端子９と蓋板６との間を絶縁封止する樹脂成形板である。
【００４０】
この発明では、正負の端子９を正負の接続導体３よりも電池上面の中央よりに配する（端子が接続導体よりも内側にある）ことに特徴がある。これにより、電池重量が低減でき重量エネルギー密度にすぐれた電池が得られ、また電池温度が必要以上に高くなるのを防止することができ、充放電サイクル寿命の低下や電解液の蒸発により電池内圧力上昇を防ぐことができる。なお接続導体３と端子９との間隔をどの程度にするかは、電池使用目的等から決定すべき設計事項である。
【００４１】
上記４個の発電要素１は、図示しないステンレス鋼板製の筐体の電池容器本体に収納され、蓋板６がこの電池容器本体の上端開口部に嵌め込まれ溶接によって固着される。そして、この電池容器の内部に非水電解液が充填されることによりリチウムイオン二次電池となる。
【００４２】
また、上記構成のリチウムイオン二次電池によれば、各発電要素１の正極板１ａや負極板１ｂと接続導体３との間の充放電電流は、もっぱら厚い金属板で構成される集電接続体２の接続部２ａを通して流れるので、十分に大きな充放電電流を流すことができるようになる。
【００４３】
しかも、各発電要素１の正極板１ａや負極板１ｂの金属箔の束は、ある程度薄い金属板からなる挟持板４を介して接続部２ａに超音波溶接されるので、溶着が確実に行なわれ金属箔が剥がれ易くなるようなことがなくなる。
【００４４】
また、この超音波溶接によるエネルギーを接続部２ａの凸部２ｂに集中させることができるので、金属箔の束をさらに確実強固に接続部２ａに溶着することができるようになる。
【００４５】
さらに、各接続部２ａは、発電要素１の端面からはみ出した正極板１ａや負極板１ｂの金属箔の束の側部に配置され、これらの接続部２ａと金属箔の束を順に挟持板４の間に挟み込んで行けばよいので、従来のように、これらの金属箔の束を集電接続体２の波板状の各凹部に挿入する作業に比べて、容易に組み立て作業を行なうことができるようになる。
【００４６】
また、上記リチウムイオン二次電池によれば、アルミニウム合金製や銅合金製の接続導体３が鋼や鉄の合金等からなる端子台８に接続固定され、外部回路との接続はこの端子台８に係止された端子９を介して行なうので、強度の弱いアルミニウム合金製や銅合金製の接続導体３に直接ねじ止めして接続を行なう必要がなくなり、このねじ止めの締め付けによって接続導体３が破損したり、この接続導体３が振動や衝撃を受けて変形したりするようなおそれもなくなる。
【００４７】
なお、上記実施形態では、超音波溶接によって挟持板４の間に接続部２ａと正極板１ａや負極板１ｂの金属箔とを溶着する場合について説明したが、スポット溶接等の他の溶接により溶着を行なうこともできる。また、このような溶接に代えて、挟持板４の外側から強い力で圧迫することにより、接続部２ａと正極板１ａや負極板１ｂの金属箔とを圧着することもできる。この場合、挟持板４は、溶接の場合とは異なり、ある程度板厚の厚い金属板を用いて、この間に接続部２ａと金属箔とを確実に圧着保持できるようにする必要がある。
【００４８】
さらに、上記実施形態では、接続部２ａに凸部２ｂを形成する場合について説明したが、同様の凸部を挟持板４に形成することもできる。もっとも、このような凸部２ｂを全く形成しない場合にも、金属箔を確実に溶着又は圧着することはできる。
【００４９】
また、上記実施形態では、接続部２ａの片側にだけ正極板１ａや負極板１ｂの金属箔を配置する場合について説明したが、両側に金属箔を配置して、これを挟持板４の間に挟み込むようにすることもできる。
【００５０】
さらに、上記実施形態では、各発電要素１の片方の端面に２本の接続部２ａを配置したが、この接続部２ａの配置本数も限定されない。例えば、各発電要素１の片方の端面に１本ずつの接続部２ａを配置してもよいし、この１本の接続部２ａに隣接する２個の発電要素１の端面からはみ出した金属箔を共通して溶着又は圧着することもできる。
【００５１】
上記実施形態では、リチウムイオン二次電池について説明したが、電池の種類は問わない。ちなみに、本発明にかかるリチウムイオン電池の基本構成としては下記のようにすることができる。
【００５２】
まず、正極活物質には二硫化チタンをはじめとしてリチウムコバルト複合酸化物、スピネル型リチウムマンガン酸化物、五酸化バナジウムおよび三酸化モリブデンなどの種々のものが利用可能であるが、なかでも、リチウムコバルト複合酸化物（ＬｉＣｏＯ_２）およびスピネル型リチウムマンガン酸化物（Ｌｉ_ｘＭｎ_２Ｏ_４）は、４Ｖ（Ｌｉ／Ｌｉ＋）以上のきわめて貴な電位で充放電を行うため、正極として用いることで高い放電電圧を有する電池が実現できる。
【００５３】
尚、正極板は、集電体として１０〜３０μｍ厚のアルミニウム箔が好適であり、前記集電体の両面に活物質層が塗着されるのが一般的であり、活物質層は、厚みが５０〜１５０μｍ（片面当り）、密度が１．８〜３．０ｇ／ｃｃ、多孔度が２５〜４５％のものが寿命性能及び充放電特性上好ましい。
【００５４】
負極板としては、金属リチウムをはじめとしてリチウムの吸蔵・放出が可能なＬｉ−Ａｌ合金や炭素材料など種々のものが適用可能であるが、なかでも炭素材料は、安全性が高くかつサイクル寿命の長い電池が得られるという利点がある。この場合、集電体としては１０〜２０μ厚の銅箔が好適であり、活物質層は、厚みが４５〜１２５μｍ（片面当り）、密度が１．１５〜２．５ｇ／ｃｃ、多孔度が２５〜４５％のものが寿命性能及び充放電特性上好ましい。
【００５５】
また、電解液としては、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、７−ブチロラクトン、スルホランなどの高誘電率溶媒に１，２−ジメトキシエタン、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジエチルカーボネートなどの低粘度溶媒を混合したものに、溶質としての過塩素酸リチウム、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム、六フッ化燐酸リチウムなどが添加されたものである。これら液系のものではなく、全固体式の電解質やゲル状電解質あるいはこれらと液系電解質との併用といったものもある。
【００５６】
正負極板は、例えば活物質と結着剤と溶剤とを混合して調製したスラリーを金属箔上に塗布して製造できる。結着剤として、ポリフッ化ビニリデンおよびポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素樹脂が耐酸化還元性、耐電解液性の点で優れているが、なかでも有機溶剤に可溶なポリフッ化ビニリデンは容易にスラリーを調製できるため現在最も広く用いられている。その量としては、正極板の場合は２〜６重量％、負極板の場合には６〜１０重量％とするのが好ましい。
【００５７】
セパレータとしては、厚さ２０〜６０μｍの多孔性の樹脂フィルムが好適であるが、ポリマー電解質膜を用いることもできる。
【００５８】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の電池は、集電接続体を小さくすることができるので電池重量が低減でき、重量エネルギー密度にすぐれた電池が得られる。また、集電接続体２が短くなった分、正極板１ａ、負極板１bから端子９までの電流パスが短くなるので、大電流で充放電したときパスで発生するジュール熱を低減でき、電池温度が必要以上に高くなるのを防止することができ、もって電池温度が高くなりすぎることに起因する充放電サイクル寿命に低下や電解液の蒸発により電池内圧力上昇を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】リチウムイオン二次電池の発電要素と端子との接続構造を示す組み立て斜視図である。
【図２】挟持板の間に挟み込んだ集電接続体の接続部と発電要素の正極や負極の金属箔とを示す横断面図である。
【図３】従来例を示す図である。
【図４】本発明の一実施態様を示す図である。
【図５】発電要素の構造を示す組み立て斜視図である。
【符号の説明】
１発電要素
１ｄアルミニウム箔
１ｅ銅箔
１ｃ絶縁材
２集電接続体
２ａ接続部
２ｂ凸部
３接続導体 [0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a battery.
[0002]
[Prior art]
A configuration example of a large-sized lithium ion secondary battery used for an electric vehicle or the like is shown in FIG. FIG. 1 is an assembled perspective view showing a connection structure between a power generation element of a lithium ion secondary battery and a current collector connection, and FIG. 2 is a connection portion 2a of the current collector connected between the sandwiching plates 4 and the positive electrode of the power generation element. cross-sectional view showing a metal foil plate and negative electrode plate, 3 to the terminal 9 of the lithium ion secondary battery is a perspective view showing a state of connecting the fixed terminal block 8 attached to the cover plate 6.
[0003]
As shown in FIG. 1, this lithium ion secondary battery is a battery in which four long cylindrical power generation elements 1 are in close contact and connected in parallel. Each power generating element 1, as shown in FIG. 5, is a positive electrode plate 1a and the negative electrode plate 1b by winding the long cylindrical with a separator 1c. The positive electrode plate 1a is on the surface of the strip-shaped aluminum foil 1d serving as an electrode substrate by supporting a positive electrode active material, a negative electrode plate 1b is allowed to support the negative electrode active material on the surface of a strip-shaped copper foil 1e serving as an electrode substrate. However, these positive electrode plate 1a and the negative electrode plate 1b, respectively may be provided a non-coated portion is not an active material is applied to the side end portion of the belt-shaped one, an aluminum foil 1d and the copper foil 1e in this uncoated portion It is exposed.
[0004]
Then, these positive electrode plate 1a and the negative electrode plate 1b, when the winding of the power generating element 1, by shifting in opposite directions along the winding axis, the positive electrode plate 1a on one end face of the long cylindrical only aluminum foil 1d of the side end portion protruding, on the other end surface so that only the copper foil 1e of the side end portion of the negative electrode plate 1b protrudes.
[0005]
The four power generating elements 1 are arranged in close contact with each other so that the flat cylindrical flat side surfaces are in contact with each other, and the connection portions 2a of the current collector connection bodies 2 are disposed on both end surfaces of the power generating elements 1, respectively. The The current collector connector 2 is arranged on one end face side of the power generating element 1 from an aluminum alloy plate, and the one arranged on the other end face side is made of a copper alloy plate.
[0006]
In addition, these current collector connectors 2 are made of a metal plate that is thick to some extent so that a large current during high rate discharge can sufficiently flow. These collector joint 2 comprises a substantially isosceles triangular horizontally disposed metal plate, an elongated connection portion 2a of the eight which project downward from the bottom portion of this triangular shape.
[0007]
These connecting portions 2a are obtained by punching a metal plate of the current collector connection body 2 into a long and narrow metal plate shape by pressing, and bending it downward and adding a twist of 90 °. Further, as shown in FIG. 2, a plurality of convex portions 2b projecting to one surface side of the metal plate are formed in these connection portions 2a.
[0008]
The current collector connection body 2 is arranged above both end portions of the four power generation elements 1, and the connection portion 2 a is arranged on the end face portions of these power generation elements 1. That is, the end face on the side where the aluminum foil of the positive electrode plate 1a of the power generating element 1 protrudes, collector joint 2 made of an aluminum alloy plate is disposed on the end face on the side where the copper foil of the negative electrode plate 1b protrudes is A current collector connector 2 made of a copper alloy plate is disposed. Two connecting portions 2 a are arranged on the end face of each power generating element 1.
[0009]
Here, the end faces of the power generating element 1, since the copper foil of aluminum foil or a negative electrode plate 1b of the positive electrode plate 1a is overrunning the long cylindrical in a state of being wound, the bundle of these metal foils linearly The part which became is divided into right and left centering on the winding axis. And the two connection parts 2a arrange | positioned for every electric power generation element 1 are each arrange | positioned on the outer side of the bundle | flux of these metal foils divided into right and left. In addition, as shown in FIG. 2, these two connecting portions 2a have twists of 90 ° in opposite directions so that the protruding side surface of the convex portion 2b faces the inside, that is, the bundle side of the metal foil. It has been added.
[0010]
This way is arranged connecting portion 2a of the current collector joint 2, the clamping plate 4, together with the respective connecting portions 2a, sandwiching a bundle of metal foil of the positive electrode plate 1a and the negative electrode plate 1b. Holding plate 4 is for a strip-shaped metal plate was folded into two along the longitudinal direction, the aluminum alloy sheet is used in the case of the positive electrode plate 1a side of the connecting portion 2a, negative electrode plate 1b side of the connecting portion In the case of 2a, a copper alloy plate is used.
[0011]
By performing the ultrasonic welding from both sides of the clamping plate 4, a bundle of metal foil each connection portion 2a of the current collector joint 2 sandwiched between the holding plate 4 and the positive electrode plate 1a and the negative electrode plate 1b And weld.
[0012]
At this time, since the sandwiching plate 4 is used only for welding and fixing the connection portion 2a and the bundle of metal foils, it is necessary to use a metal plate that is thin to some extent so that optimum ultrasonic welding is possible. it can. Further, the connection portion 2a, the convex portion 2b is formed on a surface overlapping the bundle of metal foil of the positive electrode plate 1a and the negative electrode plate 1b, intensive ultrasonic bundle of these metal foils with the convex portion 2b Receiving the energy of, will surely weld.
[0013]
The substantially isosceles triangular portion of the positive and negative current collector connection body 2 disposed above both ends of the power generating element 1 is formed on the rectangular lid plate 6 via an insulating sealing material 5 as shown in FIG. Mounted on both sides of the bottom surface. The cover plate 6 is made of a stainless steel plate, and the positive electrode connection conductor 3 and the negative electrode connection conductor 3 are disposed on both sides of the upper surface via another insulating sealing material 7.
[0014]
These connection conductors 3 are connected and fixed by caulking near the apex of the isosceles triangle shape of each current collector connection body 2 through the cover plate 6 at the lower end. Further, the upper end portions of the connection conductors 3 are connected and fixed by caulking to a terminal block 8 that locks the terminals 9 arranged on the insulating sealing material 7.
[0015]
These connection conductors 3 are made of aluminum alloy for the current collector connection 2 made of an aluminum alloy plate, and those made of copper alloy are used for the current collector connection 2 made of a copper alloy plate. However, since the terminal block 8 and the terminal 9 do not come into contact with the electrolytic solution, steel or iron alloy having higher strength than these aluminum alloys, copper alloys, or the like is used.
[0016]
Insulating sealing materials 5 and 7 are resin molding plates that are arranged above and below the cover plate 6 to insulate and seal the current collector connection body 2, the connection conductor 3, the terminal block 8, and the terminals 9 and the cover plate 6. It is. The terminal 9 is generally a bolt, but is not necessarily limited to a bolt.
[0017]
The four power generating elements 1 are housed in a battery container body made of a stainless steel plate (not shown), and a cover plate 6 is fitted into the upper end opening of the battery container body and fixed by welding. And the inside of this battery container main body is filled with a non-aqueous electrolyte, and it becomes a lithium ion secondary battery.
[0018]
[Problems to be solved by the invention]
In the case of the lithium ion secondary battery as shown in FIG. 3, when the positional relationship between the connection conductor 3 and the terminal 9 is considered, the connection conductor 3 is located at the center of the battery upper surface than the terminal 9 (the connection conductor 3 is from the terminal 9. Therefore, there is a problem that the current collector connection must be enlarged, resulting in an increase in battery weight and a decrease in weight energy density.
[0019]
Separately from this, the current flows in the order of the positive electrode plate 1a, the negative electrode plate 1b, the tip of the connection part 2a, the current collector connection body 2, the connection conductor 3, the terminal block 8 and the terminal 9 (or vice versa). Therefore, the current path from the positive electrode plate 1a and the negative electrode plate 1b to the terminal 9 is long, and when the battery is charged / discharged with a large current, the Joule heat generated in this path increases, and the battery temperature becomes higher than necessary. End up. When the battery temperature becomes too high, there are problems that the charge / discharge cycle life is shortened or the pressure in the battery becomes too high due to evaporation of the electrolyte.
[0020]
The present invention solves the above-mentioned problems, has an excellent weight energy density, shortens the current path from the electrode to the terminal, and thereby reduces the Joule heat generated in this portion, thereby reducing the Joule heat. It aims at providing the battery which prevents the charging / discharging cycle life fall resulting from it, and the pressure rise in a battery.
[0021]
[Means for Solving the Problems]
Cell according to claim 1 includes a positive terminal and a negative terminal provided in the battery container outside, and having a positive electrode plate and the negative electrode plate a power generating element housed in the battery container, the positive electrode connecting conductor and the negative electrode connection In a battery comprising a conductor, the positive electrode connection conductor is connected to the positive electrode terminal outside the battery container, and is connected to the positive electrode plate via a current collector connection in the battery container, The negative electrode connection conductor is connected to the negative electrode terminal outside the battery container, and is connected to the negative electrode plate via a current collector connection in the battery container. The positive electrode terminal and the negative electrode terminal are the positive electrode It is located between the connection conductor and the negative electrode connection conductor . The battery container is a general term for a battery container body and a cover plate that closes an opening of the battery container body.
[0022]
According to the present invention, the current collector connection can be made small, so that the battery weight can be reduced, and a battery having an excellent weight energy density can be obtained. Moreover, since the current path from the positive electrode plate 1a and the negative electrode plate 1b to the terminal 9 is shortened by the shortening of the current collector connection body 2, Joule heat generated in the path when charging / discharging with a large current can be reduced, and the battery It is possible to prevent the temperature from becoming unnecessarily high, and thus it is possible to prevent an increase in the internal pressure of the battery due to a decrease in charge / discharge cycle life and evaporation of the electrolyte due to the battery temperature becoming too high.
[0023]
According to a second aspect of the present invention, the power generating element is one in which a positive electrode plate, a negative electrode plate, and a separator are wound, and is housed in a battery container with its winding shaft in a horizontal state. Features. According to the present invention, it is possible to provide a connection structure suitable for a battery housed in a battery container with the winding shaft in a horizontal state.
[0024]
The invention of claim 3 is characterized in that the battery container is made of metal, and the positive electrode connecting conductor and the negative electrode connecting conductor are fixed to the battery container through an insulating member by caulking. According to this, a connection structure suitable for a large-sized lithium ion battery having an excellent sealing function can be provided.
[0025]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0026]
FIG. 4 shows an embodiment of the present invention and is a perspective view showing a state in which a terminal block attached to a cover plate is connected and fixed. In addition, the same number is attached | subjected to the structural member which has a function similar to the prior art example shown in FIGS. 1-3 and FIG.
[0027]
In the present embodiment, a large-sized lithium ion secondary battery used for an electric vehicle or the like will be described as in the conventional example. As shown in FIG. 1, this lithium ion secondary battery is a battery in which four long cylindrical power generation elements 1 are in close contact and connected in parallel. Each power generating element 1 is the same as the conventional example, the aluminum foil of the side end portion of the positive electrode plate 1a protrudes from one end surface of the long cylindrical, from the other end surface of the side end portion of the negative electrode plate 1b The copper foil protrudes.
[0028]
The four power generating elements 1 are arranged in close contact with each other so that the flat cylindrical flat side surfaces are in contact with each other, and the connection portions 2a of the current collector connection bodies 2 are disposed on both end surfaces of the power generating elements 1, respectively. The The current collector connector 2 is arranged on one end face side of the power generating element 1 from an aluminum alloy plate, and the one arranged on the other end face side is made of a copper alloy plate.
[0029]
In addition, these current collector connectors 2 are made of a metal plate that is thick to some extent so that a large current during high rate discharge can sufficiently flow. These collector joint 2 comprises a horizontally arranged plate part having a slightly flat isosceles triangle portion, and an elongated connection portion 2a of the eight which project downward from the plate portion Prepare .
[0030]
These connecting portions 2a are obtained by punching a metal plate of the current collector connection body 2 into a long and narrow metal plate shape by pressing, and bending it downward and adding a twist of 90 °. Further, as shown in FIG. 2, a plurality of convex portions 2b projecting to one surface side of the metal plate are formed in these connection portions 2a.
[0031]
The current collector connection body 2 is arranged above both end portions of the four power generation elements 1, and the connection portion 2 a is arranged on the end face portions of these power generation elements 1. That is, the end face on the side where the aluminum foil of the positive electrode plate 1a of the power generating element 1 protrudes, collector joint 2 made of an aluminum alloy plate is disposed on the end face on the side where the copper foil of the negative electrode plate 1b protrudes is A current collector connector 2 made of a copper alloy plate is disposed. Two connecting portions 2 a are arranged on the end face of each power generating element 1.
[0032]
Here, the end faces of the power generating element 1, since the copper foil of aluminum foil or a negative electrode plate 1b of the positive electrode plate 1a is overrunning the long cylindrical in a state of being wound, the bundle of these metal foils linearly The part which became is divided into right and left centering on the winding axis.
[0033]
And the two connection parts 2a arrange | positioned for every electric power generation element 1 are each arrange | positioned on the outer side of the bundle | flux of these metal foils divided into right and left. In addition, as shown in FIG. 2, these two connecting portions 2a have twists of 90 ° in opposite directions so that the protruding side surface of the convex portion 2b faces the inside, that is, the bundle side of the metal foil. It has been added.
[0034]
This way is arranged connecting portion 2a of the current collector joint 2, the clamping plate 4, together with the respective connecting portions 2a, sandwiching a bundle of metal foil of the positive electrode plate 1a and the negative electrode plate 1b. Holding plate 4 is for a strip-shaped metal plate was folded into two along the longitudinal direction, the aluminum alloy sheet is used in the case of the positive electrode plate 1a side of the connecting portion 2a, negative electrode plate 1b side of the connecting portion In the case of 2a, a copper alloy plate is used.
[0035]
By performing the ultrasonic welding from both sides of the clamping plate 4, a bundle of metal foil each connection portion 2a of the current collector joint 2 sandwiched between the holding plate 4 and the positive electrode plate 1a and the negative electrode plate 1b And weld.
[0036]
At this time, since the sandwiching plate 4 is used only for welding and fixing the connection portion 2a and the bundle of metal foils, it is necessary to use a metal plate that is thin to some extent so that optimum ultrasonic welding is possible. it can. Further, the connection portion 2a, the convex portion 2b is formed on a surface overlapping the bundle of metal foil of the positive electrode plate 1a and the negative electrode plate 1b, intensive ultrasonic bundle of these metal foils with the convex portion 2b Receiving the energy of, will surely weld.
[0037]
Plate-like portion having a substantially isosceles triangle shape portion of the power generating element 1 at both ends of the arranged above the positive and negative collector joint 2, as shown in FIG. 4, a rectangular through an insulating sealing member 5 It is attached to both sides of the lower surface of the lid plate 6. The cover plate 6 is made of a stainless steel plate, and the positive electrode connection conductor 3 and the negative electrode connection conductor 3 are disposed on both sides of the upper surface via another insulating sealing material 7. These connection conductors 3 are connected and fixed by caulking near the apex portions of the substantially isosceles triangular portions of the respective current collector connection bodies 2 through the cover plates 6 at the lower ends.
[0038]
Further, the upper end portions of the connection conductors 3 are connected and fixed by caulking to a terminal block 8 that locks the terminals 9 arranged on the insulating sealing material 7. These connection conductors 3 are made of aluminum alloy for the current collector connection 2 made of an aluminum alloy plate, and those made of copper alloy are used for the current collector connection 2 made of a copper alloy plate.
[0039]
However, since the terminal block 8 and the terminal 9 do not come into contact with the electrolytic solution, steel or iron alloy having higher strength than these aluminum alloys, copper alloys, or the like is used. Insulating sealing materials 5 and 7 are resin molding plates that are arranged above and below the cover plate 6 to insulate and seal the current collector connection body 2, the connection conductor 3, the terminal block 8, and the terminals 9 and the cover plate 6. It is.
[0040]
The present invention is characterized in that the positive and negative terminals 9 are arranged from the center of the upper surface of the battery with respect to the positive and negative connection conductors 3 (the terminals are located inside the connection conductors). Thus, to obtain a battery in which the battery weight is superior in weight energy density can be reduced, the battery temperature can be prevented from becoming higher than necessary, the battery by evaporation and a decrease in the electrolyte solution of the charge-discharge cycle life A pressure increase can be prevented. It should be noted that how much the distance between the connection conductor 3 and the terminal 9 is a design matter to be determined from the purpose of battery use.
[0041]
The four power generating elements 1 are housed in a battery case main body of a stainless steel plate housing (not shown), and a cover plate 6 is fitted into the upper end opening of the battery case main body and fixed by welding. Then, the inside of the battery container is filled with a non-aqueous electrolyte, whereby a lithium ion secondary battery is obtained.
[0042]
Further, according to the lithium ion secondary battery having the above structure, the charge and discharge current between the connecting conductor 3 and the positive electrode plate 1a and the negative electrode plate 1b of the power generating element 1 is configured collector connected exclusively thick metal plate Since it flows through the connection part 2a of the body 2, a sufficiently large charge / discharge current can be made to flow.
[0043]
Moreover, a bundle of metal foil of the positive electrode plate 1a and the negative electrode plate 1b of the power generating element 1, since the ultrasonically welded to the connection portion 2a via the clamping plate 4 made of a somewhat thin metal plate, welding is performed reliably The metal foil is not easily peeled off.
[0044]
Moreover, since the energy by this ultrasonic welding can be concentrated on the convex part 2b of the connection part 2a, the bundle of metal foil can be more reliably and firmly welded to the connection part 2a.
[0045]
Further, the connection portion 2a, the power generating element is disposed on the side of the bundle of metal foil of the positive electrode plate 1a and the negative electrode plate 1b protruding from the end face of the 1, these connections 2a and metal foil sequentially holding plate bundles 4 Therefore, it is possible to perform the assembling operation more easily than the operation of inserting the bundle of these metal foils into the corrugated concave portions of the current collector connection body 2 as in the prior art. become able to.
[0046]
Further, according to the lithium ion secondary battery, the connection conductor 3 made of aluminum alloy or copper alloy is connected and fixed to the terminal block 8 made of an alloy of steel, iron, etc., and this terminal block 8 is connected to an external circuit. Therefore, it is not necessary to directly connect the connection conductor 3 made of aluminum alloy or copper alloy, which is weak in strength, to the connection conductor 3, and the connection conductor 3 can be connected by tightening the screw. There is no risk of breakage or deformation of the connection conductor 3 due to vibration or impact.
[0047]
In the above embodiment has described the case of welding the metal foil of the connecting portion 2a and the positive electrode plate 1a and the negative electrode plate 1b between the clamping plate 4 by ultrasonic welding, welding by other welding, such as spot welding Can also be performed. Further, instead of such a weld, by pressing with a strong force from outside the holding plate 4, it is also possible to bond the metal foil of the connecting portion 2a and the positive electrode plate 1a and the negative electrode plate 1b. In this case, unlike the case of welding, it is necessary to use a metal plate that is thick to some extent so that the connecting portion 2a and the metal foil can be securely pressed and held therebetween.
[0048]
Furthermore, although the said embodiment demonstrated the case where the convex part 2b was formed in the connection part 2a, the same convex part can also be formed in the clamping board 4. FIG. But even when such a convex part 2b is not formed at all, metal foil can be reliably welded or crimped | bonded.
[0049]
In the above embodiment, a case has been described in which only placing a metal foil of the positive electrode plate 1a and the negative electrode plate 1b on one side of the connecting portion 2a, by arranging a metal foil on both sides, which during the clamping plate 4 It can also be inserted.
[0050]
Furthermore, in the said embodiment, although the two connection parts 2a were arrange | positioned in the one end surface of each electric power generation element 1, the arrangement | positioning number of this connection part 2a is not limited. For example, one connecting portion 2a may be disposed on one end face of each power generating element 1, or metal foils protruding from the end faces of two power generating elements 1 adjacent to the one connecting portion 2a may be used. Common welding or pressure bonding can also be performed.
[0051]
Although the lithium ion secondary battery has been described in the above embodiment, the type of battery is not limited. Incidentally, the basic configuration of the lithium ion battery according to the present invention can be as follows.
[0052]
First, various positive electrode active materials such as titanium disulfide, lithium cobalt composite oxide, spinel type lithium manganese oxide, vanadium pentoxide and molybdenum trioxide can be used. Since complex oxide (LiCoO ₂ ) and spinel-type lithium manganese oxide (Li _x Mn ₂ O ₄ ) are charged and discharged at an extremely noble potential of 4 V (Li / Li +) or higher, high discharge occurs when used as a positive electrode. A battery having a voltage can be realized.
[0053]
Incidentally, the positive electrode plate, an aluminum foil 10~30μm thickness as a current collector is the preferred, the both surfaces active material layer of the current collector is generally being Nurigi, the active material layer has a thickness Of 50 to 150 μm (per side), a density of 1.8 to 3.0 g / cc, and a porosity of 25 to 45% are preferable in terms of life performance and charge / discharge characteristics.
[0054]
As the negative electrode plate , various materials such as metallic lithium as well as Li-Al alloys and carbon materials capable of occluding and releasing lithium can be applied. Of these, carbon materials are highly safe and have a cycle life. There is an advantage that a long battery can be obtained. In this case, a copper foil having a thickness of 10 to 20 μm is suitable as the current collector, and the active material layer has a thickness of 45 to 125 μm (per one side), a density of 1.15 to 2.5 g / cc, and a porosity of The thing of 25 to 45% is preferable in terms of life performance and charge / discharge characteristics.
[0055]
In addition, as an electrolytic solution, a mixture of a high dielectric constant solvent such as propylene carbonate, ethylene carbonate, 7-butyrolactone, and sulfolane with a low viscosity solvent such as 1,2-dimethoxyethane, dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, and diethyl carbonate. Further, lithium perchlorate, lithium trifluoromethanesulfonate, lithium hexafluorophosphate and the like as solutes are added. Instead of these liquid systems, there are all solid electrolytes, gel electrolytes, and combinations of these with liquid electrolytes.
[0056]
The positive and negative electrode plates can be manufactured by, for example, applying a slurry prepared by mixing an active material, a binder, and a solvent onto a metal foil. As binders, fluororesins such as polyvinylidene fluoride and polytetrafluoroethylene are excellent in terms of redox resistance and electrolyte resistance, but in particular, polyvinylidene fluoride soluble in organic solvents is easily slurried. Is currently most widely used. As the amount of 2-6 wt% in the case of the positive electrode plate, in the case of the negative electrode plate is preferably set to 6-10% by weight.
[0057]
As the separator, a porous resin film having a thickness of 20 to 60 μm is suitable, but a polymer electrolyte membrane can also be used.
[0058]
【The invention's effect】
As is clear from the above description, the battery of the present invention can reduce the weight of the current collector connection body, so that the battery weight can be reduced and a battery having an excellent weight energy density can be obtained. Moreover, since the current path from the positive electrode plate 1a and the negative electrode plate 1b to the terminal 9 is shortened by the shortening of the current collector connection body 2, Joule heat generated in the path when charging / discharging with a large current can be reduced, and the battery It is possible to prevent the temperature from becoming unnecessarily high, and thus it is possible to prevent an increase in the internal pressure of the battery due to a decrease in charge / discharge cycle life and evaporation of the electrolyte due to the battery temperature becoming too high.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an assembled perspective view showing a connection structure between a power generation element and a terminal of a lithium ion secondary battery.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a connection part of a current collector connector sandwiched between clamping plates and a metal foil of a positive electrode or a negative electrode of a power generation element.
FIG. 3 is a diagram showing a conventional example.
FIG. 4 is a diagram showing an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is an assembled perspective view showing the structure of the power generation element.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Electric power generation element 1d Aluminum foil 1e Copper foil 1 c Insulation material 2 Current collection connection body 2a Connection part 2b Convex part 3 Connection conductor

Claims

In a battery comprising a positive electrode terminal and a negative electrode terminal provided outside the battery container, a power generation element housed in the battery container having a positive electrode plate and a negative electrode plate , a positive electrode connection conductor and a negative electrode connection conductor ,
The positive electrode connection conductor is connected to the positive electrode terminal outside the battery container, and connected to the positive electrode plate via a current collector connection in the battery container,
The negative electrode connection conductor is connected to the negative electrode terminal outside the battery container, and connected to the negative electrode plate via a current collector connection in the battery container,
The battery , wherein the positive terminal and the negative terminal are located between the positive connection conductor and the negative connection conductor .

The power generation element is a member in which a positive electrode plate, a negative electrode plate, and a separator are wound, and is housed in a battery container with a winding shaft in a horizontal state. The battery described.

The battery according to claim 1 or 2, wherein the battery container is made of metal, and the positive electrode connection conductor and the negative electrode connection conductor are fixed to the battery container by caulking through an insulating member.