JP5017824B2 - 密閉型電池及び組電池 - Google Patents

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Description

本発明は、正極及び負極を含む発電要素が電池容器に収容された密閉型電池及びこれを備える組電池に関し、特に、外部正極端子を有すると共に、電池容器の一部が外部負極部とされた密閉型電池及びこれを備える組電池に関する。
従来より、正極及び負極を含む発電要素が電池容器に収容された密閉型電池が数多く知られている。例えば、特許文献1や特許文献2にその一例が開示されている。
特許文献1の電池では、負極及び正極にそれぞれ集電板が接続されている。この集電板には接続突起が設けられ、電槽の側面に貫通形成した接続穴に嵌入されている。そして、隣り合う単電池の接続突起の先端同士を溶接して、単電池同士を直列接続している(特許文献1の図2,図7及びその説明箇所等参照)。
また、特許文献2の電池では、負極及び正極にそれぞれ集電板が接続されている。また、電槽の側面に接続穴が貫通形成されている。そして、接続穴に接続金具を挿通させ、この接続金具を介して、隣り合う単電池の集電板を溶接して、単電池同士を直列接続している(特許文献1の図2,図8及びその説明箇所等参照)。
特開2001−93503号公報 特開2001−93508号公報
しかしながら、特許文献1の電池では、電槽の接続穴に嵌入した集電板の接続突起の先端同士を溶接するため、その溶接を行うための溶接治具のスペースを確保するために、接続穴を電槽内に収容された発電要素を避けた電槽上部に配置せざるを得ない。このため、正極及び負極から溶接部位までの電気導通路の距離がどうしても長くなり、電気抵抗が大きくなる。しかも、電槽内側から溶接を行わざるを得ないため、溶接自体も容易でない。
また、特許文献2の電池では、電槽の接続穴に挿入した接続金具に集電板を溶接するため、この場合も、その溶接を行うための溶接治具のスペースを確保するために、接続穴を電槽内に収容された発電要素を避けた電槽上部に配置せざるを得ない。従って、特許文献2の電池においても、正極及び負極から溶接部位までの電気導通路の距離がどうしても長くなり、電気抵抗が大きくなる。また、この場合も、電槽内側から溶接を行わざるを得ないため、溶接自体も容易でない。
このように、従来の密閉型電池では、電池同士を溶接するために電池内部にスペースを確保する必要があり、発電要素から電池の外部端子までの電気導通路が長く、電気抵抗が大きい傾向にあった。また、電池容器の内側から溶接を行うため、容易に溶接ができなかった。
本発明は、かかる現状に鑑みてなされたものであって、電池同士の接合を容易かつ確実に行うことができる密閉型電池及びこのような密閉型電池を備える組電池を提供することを目的とする。
その解決手段は、正極及び負極を含む発電要素と、前記発電要素を収容する直方体形状で導電材からなる電池容器であって、第1容器面、これに平行な第2容器面、及び、これら第1容器面と第2容器面とを結ぶ4つの容器側面、を有する電池容器と、前記正極に電気的に接続すると共に、前記第1容器面に電気的に絶縁された状態で固定されて自身の一部が容器外部に露出する複数の外部正極端子と、を備え、4つの前記容器側面のうち対向する2つの容器側面における、前記第2容器面との境界近傍部位が、前記負極に電気的に接続する外部負極部である密閉型電池であって、複数の前記外部正極端子は、前記電池容器を貫通して前記正極に電気的に接続される極柱部、前記極柱部の他端側から径方向外側に延出する端子鍔部、及び、前記端子鍔部から前記第1容器面に対し垂直に延出する複数の延出接合部であって、この密閉型電池の前記第1容器面を他の密閉型電池の前記第2容器面に対向させ、この密閉型電池の前記外部正極端子を前記他の密閉型電池の前記第2容器面に当接させたときに、前記他の密閉型電池の前記外部負極部に接合可能に外側から重なる延出接合部を有し、複数の前記外部正極端子は、記他の密閉型電池の4つの前記容器側面のうち、前記対向する2つの容器側面を両側から挟んだ状態で、それらの前記外部負極部に前記延出接合部がそれぞれ接合可能に外側から重なる形態とされてなる密閉型電池である。
本発明によれば、外部正極端子は、第1容器面に対し垂直に延出する延出接合部を有する。この外部正極端子は、 密閉型電池の第1容器面を他の密閉型電池の第2容器面に対向させ、この密閉型電池の外部正極端子を他の密閉型電池の第2容器面に当接させたときに、延出接合部が他の密閉型電池の外部負極部に外側から重なる形態とされている。
このため、密閉型電池同士を当接させたときに、容器側面の外側から、延出接合部と外部負極部とを容易に接合できる。また、このように接合した密閉型電池は、電池に振動や衝撃が掛かったり、電池に充放電に伴う膨張力が生じても、接合部分が破断しにくく、接続信頼性を向上させることができる。
また、本発明によれば、電池容器は、直方体形状をなして、4つの前記容器側面を有する。また、外部正極端子は、複数の延出接合部を有し、4つの容器側面のうち、対向する2つの容器側面に対して、それらの外部負極部に延出接合部がそれぞれ外側から重なる形態とされている。このような形態とすることで、密閉型電池同士を接続する際に、延出接合部が対向する2つの容器側面を両側から挟んだ状態で接合できるので、密閉型電池同士をより確実に固定できる。
ここで、「発電要素」は、正極と負極を含むものであれば、その形態等は特に限定されない。例えば、正極活物質層を有する複数の正極板と、負極活物質層を有する複数の負極板とが、セパレータを介して交互に積層され、正極板の一部(正極リード部)がいずれも所定方向に延出すると共に、負極板の一部(負極リード部)がいずれも正極リード部とは反対方向に延出する形態が挙げられる。
また、第1容器面や第2容器面は、導電材からなるものでも、絶縁材からなるものでも、或いは、一部が導電材で他が絶縁材からなるものでよい。
電池容器に金属に利用する場合、電解液に対する耐性(耐アルカリ性)や強度、電気的安定性等を考慮して適宜選択すればよく、利用可能な金属としては、例えば、アルミニウムやアルミニウム合金、ニッケルメッキを施した炭素鋼、ニッケルを多く含むオーステナイト系ステンレスなどが挙げられる。また、電池容器に樹脂を利用する場合も、電解液に対する耐性(耐アルカリ性)や強度などを考慮して適宜選択すればよく、例えば、利用可能な樹脂としては、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、変性ポリフェニレンエーテルとポリスチレンの共重合体、ABS樹脂、アクリロニトリルスチレン樹脂、ポリアミド、塩化ビニル樹脂、塩化ビニリデン樹脂、メタクリル樹脂、及び、これらの混合物等が挙げられる。
更に、上記の密閉型電池であって、前記外部正極端子の前記延出接合部は、前記他の密閉型電池の前記外部負極部のうち、前記負極との間の電気導通路の距離が最小である導通距離最小部位に、外側から重なる形態とされてなる密閉型電池とすると良い。
本発明によれば、外部正極端子は、延出接合部が、他の密閉型電池の外部負極部のうち、負極との間の電気導通路の距離が最小である導通距離最小部位に、外側から重なる形態とされている。このような形態とすることで、密閉型電池同士を接合した際に、一の密閉型電池の電池要素の負極から、これと接続する他の密閉型電池の外部正極端子の延出接合部までの電気的導通路が最小となるため、負極から延出接合部までの電気抵抗を最小にすることができる。
また、他の解決手段は、上記のいずれかに記載の密閉型電池の複数個を、一の密閉型電池の前記第1容器面と他の密閉型電池の前記第2容器面とを対向させ、一の密閉型電池の前記延出接合部を他の密閉型電池の前記外部負極部に接合して、互いに直列接続してなる電池モジュールを備える組電池である。
このような組電池は、前述したように、密閉型電池同士を接続するときに、容器側面の外側から、延出接合部と外部負極部とを容易に接合できるので、製造が容易である。また、このような組電池は、振動や衝撃が掛かったり、充放電に伴う膨張力が生じても、密閉型電池同士の接合部分が破断しにくく、接続信頼性を向上させることができる。
なお、延出接合部と外部負極部との接合手段は、特に限定されない。接合手段としては、例えば溶接やロウ付け等が挙げられるが、特に溶接が好ましい。
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。
(実施形態1)
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。図1に本実施形態1に係る密閉型電池100の斜視図を示す。また、図2に本実施形態1に係る組電池500を構成する電池モジュール510の一部を示す。また、図3に密閉型電池100の断面図を示す。また、図4に密閉型電池100を第1容器面110a側から見た図を示す。また、図5に密閉型電池100を第2容器面110b側から見た図を示す。更に、図6に密閉型電池100を第3容器側面110e側から見た図を示す。
密閉型電池100は、電気自動車やハイブリッドカーの電源として用いられる二次電池(例えばニッケル水素蓄電池)であり、略直方体形状の角型電池である。密閉型電池100は、直方体形状をなす電池容器110と、電池容器110の内部に収容された発電要素120と、同じく電池容器110の内部に固設された正極集電板130と、電池容器110に固設された外部正極端子150等から構成され、容器内部には電解液が注入されている(図1,図3〜図6参照)。
電池容器110は、導電材(ニッケルメッキ鋼板)からなり、平板状で長方形状の第1容器面110a(図1中、前方の面)と、これに平行で第1容器面110aと同形状な第2容器面110b(図1中、図示されない後方の面)と、第1容器面110aの長辺と第2容器面110bの長辺とを結ぶ平板状で長方形状の2つの容器側面(第1容器側面110c及び第2容器側面110d)と、第1容器面110aの短辺と第2容器面110bの短辺とを結ぶ平板状で長方形状の容器側面(第3容器側面110e及び第4容器側面110f)とを有する(図1,図3〜図6参照)。
第1容器面110aには、長手方向に所定の間隔をあけて2つの貫通穴が形成され、後述するように外部正極端子150が、それぞれ第1容器面110aとは電気的に絶縁された状態で固設されている。また、第3容器側面110e(図1中、上方)には、その略中央に貫通穴が形成され、安全弁113が固設されている。
発電要素120は、正極活物質層(図示しない)を有する複数の正極板121と、負極活物質層(図示しない)を有する複数の負極板123とが、セパレータを介して交互に積層されることにより構成されている。正極板121のうち、正極活物質層が形成されていない正極リード部121rは、いずれも所定方向(図3中、左側)に延出している。一方、負極板123のうち、負極活物質層が形成されていない負極リード部123rは、いずれも正極リード部121rとは反対方向(図3中、右側)に延出している。
正極リード部121rは、いずれも後述する正極集電板130に溶接により接合されている。一方、負極リード部123rは、いずれも電池容器110の第2容器面110bに溶接により直接接合されている。電池容器110は全体が導電材から形成されているため、第1〜第4容器側面110c,110d,110e,110fは、全体が負極に電池的に接続する外部負極部である。また、第1容器面110a及び第2容器面110bも負極部となる。
正極集電板130は、導電材(ニッケルメッキ鋼板)からなる。正極集電板130の一方の面(図3中、右側)には、発電要素120の正極板121の正極リード部121rが、いずれも溶接により電気的に接続されている。また、正極集電板130の他方の面(図3中、左側)には、外部正極端子150がそれぞれ溶接により電気的に接続されている。
各々の外部正極端子150は、先端(図3中、右端)が閉じた中空筒状をなす極柱部151と、極柱部151の基端(図3中、左端)から径方向外側に延出する端子鍔部153と、端子鍔部153から電池容器110の第1容器面110a対し垂直に延出する4つの延出接合部155とからなる。なお、図7に単体の外部正極端子150を極柱部151の基端側から見た図を示す。また、図8及び図9に単体の外部正極端子150を側方から見た図を示す。
各々の延出接合部155は、この密閉型電池100の第1容器面110aを他の密閉型電池100の第2容器面110bに対向させ、この密閉型電池100の外部正極端子150を他の密閉型電池100の第2容器面110bに当接させたときに、他の密閉型電池100の外部負極部(第1容器側面110c及び第2容器側面110d)に接合可能に外側から重なる(図2参照)。
具体的には、1つの外部正極端子150が有する4つの延出接合部155のうち、第1容器側面110c側に位置する2つの延出接合部155は、他の密閉型電池100の第1容器側面110cのうち、第2容器面110bとの境界近傍部位に接合可能に外側から重なる。また、他の2つの延出接合部155は、他の密閉型電池100の第2容器側面110dのうち、第2容器面110bとの境界近傍部位に接合可能に外側から重なる。即ち、延出接合部155は、他の密閉型電池100のうち、これと対向する2つの容器側面(第1容器側面110c及び第2容器側面110d)に対して、それぞれ接合可能に外側から重なる。また、電池要素120の負極は、電池容器110の第2容器面110bの内側に接合されているので、第1容器側面110c及び第2容器側面110dのうち、第2容器面110bとの境界近傍部位が、負極との電池導通路の距離が最小である導通距離最小部位に相当する。従って、各々の延出接合部155は、外部負極部(第1容器側面110c及び第2容器側面110d)のうち、負極との間の電気導通路の距離が最小である導通距離最小部位に、接合可能に外側から重なる。
この外部正極端子150は、図3に示すように、電気絶縁性を有するシール部材160を介して、電池容器110に固設されている。シール部材160は、一端(図3中、右端)が電池内部に位置し、他端(図3中、左端)が電池外部に位置する筒状の円筒部161と、この円筒部161の他端(左端)から径方向外側に延出するシール鍔部163とからなる。
外部正極端子150の極柱部151は、図3に示すように、電池容器110の貫通穴に、電池容器110との間にシール部材160の円筒部161を介挿させた状態で、上記一端側が電池内部に位置し、上記他端側が電池外部に露出するように挿入されている。そして、極柱部151の上記一端側は、径方向外側に膨出して圧縮変形部151hを構成し、電池容器110の第1容器面110aの内側との間に、上記シール部材160の円筒部161の一部を挟み込んで円筒部161の一部を圧縮している。また、端子鍔部153は、電池容器110の第1容器面110aの外側との間に、シール部材160のシール鍔部163を挟み込んでシール鍔部163を圧縮している。このような形態とすることで、外部正極端子150と電池容器110(第1容器面110a)とを確実に絶縁すると共に、電池容器110の気密性を確保できる。また、極柱部151の一端(圧縮変形部151h)は、上記のように、正極集電板130にレーザ溶接により固定されている。
この密閉型電池100は次のようにして製造する。即ち、公知の手法により発電要素120を作成し、発電要素120の正極リード部121rを正極集電板130の所定位置に接合する。また、発電要素120の負極リード部123rを電池容器110を構成する容器部材の所定位置に接合する。
一方で、電池容器110を構成する別の容器部材に外部正極端子150を固定する。具体的には、この容器部材に形成された貫通穴にシール部材160を装着すると共に、外部正極端子150を容器外側から挿入し、極柱部151の筒内に流体圧を作用させた状態で、容器内側から軸方向に押圧することで、極柱部151の一端側を径方向外側に膨出させながら軸方向に圧縮変形させて圧縮変形部151hを形成する。これにより、端子鍔部153と圧縮変形部151hの間に、容器部材を介してシール部材160が圧縮されて気密性が確保されると共に、外部正極端子150が容器部材に固定される。
次に、容器部材同士をレーザ溶接して電池容器110を封口する。
次に、外部正極端子150の外側から極柱部151の凹部に向けてレーザ照射し、極柱部151の圧縮変形部151hと正極集電板130とを接合する。
その後、電池容器110の第3容器側面110eに形成された貫通穴(注入口)から電解液を注入した後、その注入口を閉鎖するように安全弁113を取り付ければ、上記密閉型電池100が完成する。
次いで、本実施形態1に係る組電池500について説明する(図2参照)。この組電池500は、複数の密閉型電池100が直列接続された電池モジュール510を複数備える。各々の電池モジュール510は、一の密閉型電池100の第1容器面110aと隣り合う他の密閉型電池100の第2容器面110bを対向させ、一の密閉型電池100の外部正極端子150を他の密閉型電池100の外部負極部(第1容器側面110c及び第2容器側面110d)に溶接して互いに接続してなる。
以上で説明したように、本実施形態1では、外部正極端子150が、第1容器面110aに対し垂直に延出する延出接合部155を有する。この延出接合部155は、この密閉型電池100の第1容器面110aを他の密閉型電池100の第2容器面110bに対向させ、この密閉型電池100の外部正極端子150を他の密閉型電池100の第2容器面110bに当接させたときに、図2に示すように、他の密閉型電池100の外部負極部(第1容器側面110c及び第2容器側面110d)に接合可能に外側から重なる。このため、第1容器側面110c及び第2容器側面110dの外側から、各々の延出接合部155を外部負極部(第1容器側面110c及び第2容器側面110d)に容易に溶接できる。また、このように接合した密閉型電池100(組電池500)は、電池に振動や衝撃が掛かったり、電池に充放電に伴う膨張力が生じても、接合部分が破断しにくく、接続信頼性を向上させることができる。
更に、本実施形態1では、外部正極端子150の延出接合部155は、外部負極部(第1容器側面110c及び第2容器側面110d)のうち、発電要素120の負極との間の電気導通路の距離が最小となる導通距離最小部位に、接合可能に外側から重なる。このため、密閉型電池100同士を図2に示すように接合したときに、発電要素120の負極から延出接合部155までの電気的導通路が最小となるため、負極から延出接合部155までの電気抵抗を最小にすることができる。
また、本実施形態1では、電池容器100は、直方体形状をなして、4つの容器側面(第1〜第4容器側面110c,110d,110e,110f)を有する。また、外部正極端子150は、それぞれ4つの延出接合部155を有し、容器側面のうち、対向する2つの容器側面(第1容器側面110c及び第2容器側面110d)に対して、延出接合部155がそれぞれ接合可能に外側から重なる。このため、密閉型電池100同士を接続する際に、延出接合部155が対向する2つの容器側面を両側から挟んだ状態で接合できるので、密閉型電池100同士をより確実に固定できる。
(実施形態2)
次いで、第2の実施形態について説明する。なお、上記実施形態1と同様な部分の説明は、省略または簡略化する。
図10に本実施形態2に係る密閉型電池200の斜視図を示す。この密閉型電池200は、外部正極端子250の形態が上記実施形態1の外部正極端子150と異なる。具体的には、端子鍔部253の形状が上記実施形態1の端子鍔部153と異なる。それ以外の部分は上記実施形態1と同様である。このような形態としても、上記実施形態1と同様な作用効果を得ることができる。
(実施形態3)
次いで、第3の実施形態について説明する。なお、上記実施形態1または2と同様な部分の説明は、省略または簡略化する。
図11に本実施形態3に係る密閉型電池300の斜視図を示す。この密閉型電池300は、外部正極端子350の形態が上記実施形態1または2の外部正極端子150,250と異なる。具体的には、端子鍔部353の形状が上記実施形態1または2の端子鍔部153,253と異なる。それ以外の部分は上記実施形態1等と同様である。このような形態としても、上記実施形態1等と同様な作用効果を得ることができる。
以上において、本発明を実施形態に即して説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることはいうまでもない。
実施形態1に係る密閉型電池の斜視図である。 実施形態1に係る組電池の一部を示す斜視図である。 実施形態1に係る密閉型電池の断面図である。 実施形態1に係る密閉型電池を第1容器面側から見た説明図である。 実施形態1に係る密閉型電池を第2容器面側から見た説明図である。 実施形態1に係る密閉型電池を第3容器側面側から見た説明図である。 実施形態1に係り、外部正極端子の正面図である。 実施形態1に係り、外部正極端子の側面図である。 実施形態1に係り、外部正極端子の上面図である。 実施形態2に係る密閉型電池の斜視図である。 実施形態3に係る密閉型電池の斜視図である。
100,200,300 密閉型電池
110 電池容器
110a 第1容器面
110b 第2容器面
110c 第1容器側面
110d 第2容器側面
110e 第3容器側面
110f 第4容器側面
120 発電要素
130 正極集電板
150,250,350 外部正極端子
151,251,351 (外部正極端子の)極柱部
153,253,353 (外部正極端子の)端子鍔部
155,255,355 (外部正極端子の)延出接合部
160 シール部材
161 (シール部材の)円筒部
163 (シール部材の)シール鍔部
500 組電池
510 電池モジュール

Claims (3)

  1. 正極及び負極を含む発電要素と、
    前記発電要素を収容する直方体形状で導電材からなる電池容器であって、第1容器面、これに平行な第2容器面、及び、これら第1容器面と第2容器面とを結ぶ4つの容器側面、を有する電池容器と、
    前記正極に電気的に接続すると共に、前記第1容器面に電気的に絶縁された状態で固定されて自身の一部が容器外部に露出する複数の外部正極端子と、を備え、
    4つの前記容器側面のうち対向する2つの容器側面における、前記第2容器面との境界近傍部位が、前記負極に電気的に接続する外部負極部である
    密閉型電池であって、
    複数の前記外部正極端子は、
    一端側が前記電池容器を貫通して前記正極に電気的に接続される極柱部、
    前記極柱部の基端から径方向外側に延出する端子鍔部、及び、
    前記端子鍔部から前記第1容器面に対し垂直に延出する複数の延出接合部であって、この密閉型電池の前記第1容器面を他の密閉型電池の前記第2容器面に対向させ、この密閉型電池の前記外部正極端子を前記他の密閉型電池の前記第2容器面に当接させたときに、前記他の密閉型電池の前記外部負極部に接合可能に外側から重なる延出接合部を有し
    複数の前記外部正極端子は、
    記他の密閉型電池の4つの前記容器側面のうち、前記対向する2つの容器側面を両側から挟んだ状態で、それらの前記外部負極部に前記延出接合部がそれぞれ接合可能に外側から重なる形態とされてなる
    密閉型電池。
  2. 請求項1に記載の密閉型電池であって、
    前記外部正極端子の前記延出接合部は、前記他の密閉型電池の前記外部負極部のうち、前記負極との間の電気導通路の距離が最小である導通距離最小部位に、外側から重なる形態とされてなる
    密閉型電池。
  3. 複数個の請求項1または請求項2に記載の密閉型電池を、
    一の密閉型電池の前記第1容器面と他の密閉型電池の前記第2容器面とを対向させ、
    一の密閉型電池の前記延出接合部を他の密閉型電池の前記外部負極部に接合して、互いに直列接続してなる電池モジュール
    を備える組電池。
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