JP4572605B2 - 組電池，リチウムイオン電池および電池間接続継ぎ手 - Google Patents

Description

本発明は，複数個の角型のリチウムイオン電池を接続した組電池とそのリチウムイオン電池，およびリチウムイオン電池の端子間の接合部分である電池間接続継ぎ手に関する。さらに詳細には，両端子が異種金属である角型のリチウムイオン電池と，そのリチウムイオン電池の端子同士を接合した組電池，およびその接合部である電池間接続継ぎ手に関するものである。

従来より，小型軽量な二次電池の例としてラミネート型リチウムイオン電池が普及している。このラミネート型リチウムイオン電池では，両極端子として銅製端子とアルミ製端子を有することが一般的である。ここで，このラミネート型リチウムイオン電池を自動車等の大電力を要する機器に利用する場合には，電池単体で得られる電圧が低いことから，複数の電池を直列に接続して使用することが多い。この場合，互いに異種の金属でできた両端子を接合することが必要となる。

しかしながら，異種金属をそのまま接合した場合，局部電池現象のため空気中の僅かな水分によっても腐食が進行することが分かっている。例えば，銅とアルミとの接合部の場合では，アルミが腐食されてしまう。この問題に対処するために，従来より様々な方法が試みられている。例えば，銅端子とアルミ端子とが直接接触しないように，間にＳＵＳ材等の部材を挟み，ボルト締結によって接続したものがある。この方法では，部品点数が多く，また接続抵抗が増加するという問題点があった。

これに対し，端子や端子の接合部分をフィルムや樹脂材等で覆い，水分が付着することを防止した技術が考案されている（例えば，特許文献１，特許文献２参照）。特許文献１に記載の技術では，複数の導電性材料の接合部が絶縁性フィルムで被覆されたリードが提案されている。また，特許文献２に記載の技術では，扁平電池の箔状端子が絶縁材層で被覆され，その箔状端子にリード材が溶接された接続構造が提案されている。
特開２００２−８６２２号公報 特開２００２−５０３４０号公報

しかしながら，前記した従来の各技術では，次のような問題点があった。特許文献１に記載の技術では，両端子は接合された後に被覆される。電池の場合では，電池本体に端子が取り付けられ，さらに電池同士が直列接続された後ということになる。この状態で絶縁性フィルムによって被覆する作業は一般に作業性が悪いものである。さらに，この被覆作業時に何らかの不具合が発生した場合にはその接続された複数の電池全体が無駄になるおそれがあるという問題点があった。

また，特許文献２に記載の技術のように，端子等に樹脂製の絶縁材をコーティングする場合には，塗装欠陥によるピンホール等が発生するおそれがあった。ピンホール等が発生すると，その部分から内部へ向かって腐食が進行するおそれがあるという問題点があった。

本発明は，前記した従来の各技術が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは，異種金属の両端子を接合した場合においても，端子の腐食を防止することができる組電池，リチウムイオン電池および電池間接続継ぎ手を提供することにある。

この課題の解決を目的としてなされた本発明の組電池は，発電要素と，発電要素を包む包装部材と，発電要素に接続されるとともに包装部材から突出する銅製の負極端子およびアルミ製の正極端子とを有する角型のリチウムイオン電池を２個以上直列接続してなる組電池であって，隣接するリチウムイオン電池間の端子の接合箇所では，負極端子の，包装部材から突出する部分の全体のうち，少なくとも，隣接するリチウムイオン電池の正極端子との接続に用いられる部分を除いた部分が，絶縁材により覆われており，正極端子の，包装部材との接触箇所のみが絶縁材により覆われており，正極端子の，包装部材との接触箇所および負極端子との接続に用いられる部分を除いた部分は露出されているものである。

本発明の組電池によれば，接続される角型のリチウムイオン電池の銅製の負極端子は，包装部材から突出する部分の全体のうち，少なくとも，隣接するリチウムイオン電池のアルミ製の正極端子との接続に用いられる部分を除いた部分が，絶縁材により覆われている。すなわち，接続部分は覆われていないので，接続抵抗は小さい。その一方で，それ以外のほとんどの部分が絶縁材で覆われているので，自然電位が高い金属（銅）の露出面積はほとんどない。僅かに露出しているとしても，それによる僅かな腐食電流は他方の端子の大きい露出面積に分散されるので，金属腐食はほとんど進行しない。従って，異種金属の両端子を接合した場合においても，端子の腐食を防止することができる組電池となっている。

さらに本発明では，絶縁材は，フィルム状であることが望ましい。
このようにすれば，コーティングに比較して作業が容易であり，ピンホール等の絶縁欠陥が発生しにくい。

また，本発明は，発電要素と，発電要素を包む包装部材と，発電要素に接続されるとともに包装部材から突出する銅製の負極端子およびアルミ製の正極端子とを有する角型のリチウムイオン電池であって，負極端子の，包装部材から突出する部分の全体のうち，少なくとも，他のリチウムイオン電池の正極端子との接続に用いられる部分を除いた部分が，絶縁材により覆われており，正極端子の，包装部材との接触箇所のみが絶縁材により覆われており，正極端子の，包装部材との接触箇所を除いた部分は露出されているリチウムイオン電池にも及ぶ。

さらに，本発明の電池間接続継ぎ手は，一端が一方の角型のリチウムイオン電池の包装部材に包まれるとともに他端がその包装部材から突出する銅製の負極端子と，一端がもう一方の角型のリチウムイオン電池の包装部材に包まれるとともに他端がその包装部材から突出するアルミ製の正極端子とを有し，負極端子と正極端子との他端同士が接続されてなる電池間接続継ぎ手であって，負極端子の，一方の角型のリチウムイオン電池の包装部材から突出する部分の全体のうち，少なくとも，正極端子との接続に用いられる部分を除いた部分が，絶縁材により覆われており，正極端子の，もう一方の角型のリチウムイオン電池の包装部材との接触箇所のみが絶縁材により覆われており，正極端子の，包装部材との接触箇所および負極端子との接続に用いられる部分を除いた部分は露出されているものである。
この電池間接続継ぎ手によって，本発明のリチウムイオン電池を２個以上直列接続すれば，本発明の組電池とすることができる。

本発明の組電池，リチウムイオン電池および電池間接続継ぎ手によれば，異種金属の両端子を接合した場合においても，端子の腐食を防止することができる。

以下，本発明を具体化した最良の形態について，添付図面を参照しつつ詳細に説明する。本形態は，ラミネート型の二次電池およびその二次電池を複数個直列に接続して構成される組電池に，本発明を適用したものである。

本形態の二次電池１は，ラミネート型のリチウムイオン電池である。この二次電池１は，図１に示すように，略長方形で扁平型の電極体１１と，その電極体１１にそれぞれ接続された平板状の正極端子１２および負極端子１３とを有している。電極体１１は，正極板と負極板とがセパレータシートを挟んで捲回されたものであり，その正極板に正極端子１２が，負極板に負極端子１３がそれぞれ接続されている。さらに，電極体１１はその全体がラミネートフィルム１４で覆われ，そのラミネートフィルム１４の図中上下方向の同位置から左右へそれぞれ，正極端子１２および負極端子１３の先端部が突出されている。

正極端子１２と負極端子１３とには，図１に示すように，大きさの異なる絶縁フィルム１５が貼り付けられている。さらに，正極端子１２と負極端子１３との先端部には，同径の貫通孔１６が設けられている。具体的には，正極端子１２は，その基材がアルミ製であり，ラミネートフィルム１４との接触箇所のみに絶縁フィルム１５が貼り付けられている。従って，正極端子１２の貫通孔１６の周囲は，基材のアルミが露出されている。

一方，負極端子１３では，その基材１７は銅製であり，ラミネートフィルム１４との接触箇所から先端部まで一続きの絶縁フィルム１５が貼り付けられている。負極端子１３の貫通孔１６の周囲には，両側の絶縁フィルム１５に貫通孔１６よりやや大きい孔が設けられ，基材１７が露出した円環状の露出部１８が形成されている。従って，負極端子１３は，ラミネートフィルム１４の外部では露出部１８を除いて全て絶縁フィルム１５に覆われている。

絶縁フィルム１５は，ラミネートフィルム１４と両端子１２，１３との絶縁機能および，延面距離を稼ぐことにより，ラミネートフィルム１４の外表面に結露した場合でも，両端子１２，１３に水滴がつかないようにする機能を有している。この絶縁フィルム１５は，従来より端子部材とラミネートフィルム１４との絶縁のために設けられているフィルムと同じものを用いたものである。また，貫通孔１６は，両端子１２，１３を互いに接続するためのものである。

この負極端子１３は，図２に示すように，単体で製造される。まず，図２（ａ）に示すような，貫通孔１６を有する基材１７を形成する。この基材１７は，その全体が銅製の平板状である。これに，図２（ｂ）に示すように，貫通孔１６の無い基端側の端部を残して，絶縁フィルム１５を貼り付ける。絶縁フィルム１５には，あらかじめ所定の大きさの穴を設けておき，その穴が貫通孔１６の周囲に配置されるようにする。これによって，露出部１８が形成される。あるいは，穴の形成されていない絶縁フィルム１５を貼り付けた後，貫通孔１６の周囲を切り剥がして露出部１８を形成しても良い。

このように製造されるので，負極端子１３に絶縁フィルム１５を貼り付ける段階で何らかの不具合が発生した場合でも，その負極端子１３のみを処分すればよい。まだ電極体１１に接続されていない状態であるので，再利用等も容易である。
一方，正極端子１２は，負極端子１３の基材１７と同形のアルミ製の基材に，ラミネートフィルム１４との接触箇所周辺にのみ絶縁フィルム１５を貼り付けて製造される。そして，このように製造された正極端子１２と負極端子１３とを，一般的な方法で電極体１１に接続することにより，二次電池１が製造される。

次に，この二次電池１が複数個直列に接続された組電池２を図３に示す。組電池２は，複数個の二次電池１が横並べにされ，隣り合う二次電池１の正極端子１２と負極端子１３とが互いに接合部１０によって接合されたものである。ここで，接合部１０では両端子１２，１３の貫通孔１６が重ねられて配置され，ボルト１９によって締結されている。すなわち，接合部１０において，貫通孔１６の周囲の露出部１８の範囲では，両極の基材同士が直接接触されている。この部分が電気的な接点となっている。一方，外側の露出部１８は一般的なＳＵＳ製のワッシャによって覆われている。

この組電池２によれば，接合部１０には銅部材はほとんど露出していない。負極端子１３の絶縁フィルム１５にピンホールがあったり，ワッシャが露出部１８を完全には覆っていないとしても，それによる銅の露出面積はごくわずかである。これに対して，正極端子１２はその大部分が露出している。その結果，アルミ部材の露出面積は銅部材に比較してずっと大きいものとなっている。

そのため，万一絶縁フィルム１５にピンホール等の欠陥が発生して，銅が僅かに露出していた場合においても，そのことによる腐食電流は，正極端子１２においてはアルミの広大な表面に分散されることとなる。従って，アルミが腐食される速度は非常に小さいものとなる。これにより，この組電池２では，接合部１０においてアルミ部材の腐食がよく防止されている。

本発明者は，本形態の正極端子１２と負極端子１３との接合部１０と同様の実施例を形成し，比較例と比較して加速試験を行った。いずれも，厚さ３００μｍのアルミ板に同厚の銅板を重ねて固定し，一般的な塩水噴霧試験を行った。具体的には，温度３５℃・湿度９８％の環境で，５％塩水を連続噴霧した。そして，所定時間経過後にアルミ板のうち腐食されていない部分の平均板厚を測定した。その結果を，図４のグラフに示す。

図４で，○で示したグラフＬ１が本実施例であり，接合部１０の構造と同様に銅板の表面をアルミ被覆した。△で示したグラフＬ２は，比較例１であり，アルミ板と銅板との間にＳＵＳ材を挟んだ。また，□で示したグラフＬ３は，比較例２であり，被覆もＳＵＳ材も用いていない。この図から分かるように，本実施例では，元の厚さ３００μｍのアルミ板は，２００時間以上経過した後も厚さ２７０μｍ以上のアルミ板が残存していた。なお，ここで腐食が多少とも起きるのは，アルミの自己腐食があるためである。一方，比較例１では残り厚さ２４０μｍ，比較例２では残り厚さ５０μｍとなるまで腐食が進行した。

以上詳細に説明したように，本形態の二次電池１によれば，負極端子１３は接続前の端子部材１７に絶縁フィルム１５を貼り付けるだけで製造される。その絶縁フィルム１５は，従来よりラミネートフィルム１４との溶着部分の絶縁のために貼り付けられているものであり，それを大きくしただけなので，新たな工程が付け加えられることが無い。従って，製造が容易である。さらに，露出部１８によって，両端子１２，１３の基材が直接接合されているので接続抵抗は小さい。そして，銅製の基材１７は，ラミネートフィルム１４の外部では全て覆われているので，異種金属間腐食は発生しない。たとえ絶縁フィルム１５に僅かな傷ができた場合でも，露出される銅は僅かであるため，アルミが腐食される速度はごく小さい。従って，この両端子１２，１３を接合した組電池２においても，端子１２，１３の腐食を防止することができ，長寿命が得られる組電池２となっている。

なお，本形態は単なる例示にすぎず，本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に，その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良，変形が可能である。
例えば，上記の形態では負極端子１３の両面に露出部１８を設けるとしたが，片面のみに露出部１８を設けてその面を正極端子１２と接触させても良い。その場合は，ワッシャは無くても良い。
また例えば，上記の形態では負極端子１３を絶縁フィルム１５で覆うとしたが，絶縁フィルム１５以外に，絶縁材によるコーティングによっても良い。この場合，コーティングの範囲は基材１７の先端から絶縁フィルム１５の範囲内まで（露出部１８を除く）である。この場合の絶縁フィルム１５は，正極端子１２と同様の小さいものでよい。
また例えば，両端子１２，１３の固定方法は，ボルト１９による締結に代えて超音波溶接等によっても良い。その場合は，貫通孔１６および露出部１８は不要である。

本形態の端子構造が適用された二次電池の概略形状を示す説明図である。 負極端子の製造方法を示す説明図である。 二次電池を複数接続した組電池の概略形状を示す説明図である。 本形態の端子構造と従来の端子構造との比較実験の結果を示すグラフである。

符号の説明

１ 二次電池（電池）
２ 組電池
１０ 接合部（電池間接続継ぎ手）
１１ 電極体（発電要素）
１２ 正極端子（電池間接続継ぎ手）
１３ 負極端子（電池間接続継ぎ手）
１４ ラミネートフィルム（包装部材）
１５ 絶縁フィルム（絶縁材）

Claims (4)

1. 発電要素と，前記発電要素を包む包装部材と，前記発電要素に接続されるとともに前記包装部材から突出する銅製の負極端子およびアルミ製の正極端子とを有する角型のリチウムイオン電池を２個以上直列接続してなる組電池において，
   隣接するリチウムイオン電池間の端子の接合箇所では，
   前記負極端子の，前記包装部材から突出する部分の全体のうち，少なくとも，隣接するリチウムイオン電池の正極端子との接続に用いられる部分を除いた部分が，絶縁材により覆われており，
   前記正極端子の，前記包装部材との接触箇所のみが絶縁材により覆われており，
   前記正極端子の，前記包装部材との接触箇所および前記負極端子との接続に用いられる部分を除いた部分は露出されていることを特徴とする組電池。
2. 請求項１に記載する組電池において，
   前記絶縁材は，フィルム状であることを特徴とする組電池。
3. 発電要素と，前記発電要素を包む包装部材と，前記発電要素に接続されるとともに前記包装部材から突出する銅製の負極端子およびアルミ製の正極端子とを有する角型のリチウムイオン電池において，
   前記負極端子の，前記包装部材から突出する部分の全体のうち，少なくとも，他のリチウムイオン電池の正極端子との接続に用いられる部分を除いた部分が，絶縁材により覆われており，
   前記正極端子の，前記包装部材との接触箇所のみが絶縁材により覆われており，
   前記正極端子の，前記包装部材との接触箇所を除いた部分は露出されていることを特徴とするリチウムイオン電池。
4. 一端が一方の角型のリチウムイオン電池の包装部材に包まれるとともに他端がその包装部材から突出する銅製の負極端子と，
   一端がもう一方の角型のリチウムイオン電池の包装部材に包まれるとともに他端がその包装部材から突出するアルミ製の正極端子とを有し，
   前記負極端子と前記正極端子との他端同士が接続されてなる電池間接続継ぎ手において，
   前記負極端子の，前記一方の角型のリチウムイオン電池の包装部材から突出する部分の全体のうち，少なくとも，前記正極端子との接続に用いられる部分を除いた部分が，絶縁材により覆われており，
   前記正極端子の，前記もう一方の角型のリチウムイオン電池の包装部材との接触箇所のみが絶縁材により覆われており，
   前記正極端子の，前記包装部材との接触箇所および前記負極端子との接続に用いられる部分を除いた部分は露出されていることを特徴とする電池間接続継ぎ手。

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