JP5051986B2

JP5051986B2 - 組電池とその製造方法

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Publication number: JP5051986B2
Application number: JP2005191095A
Authority: JP
Inventors: 裕宮崎
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2005-06-30
Filing date: 2005-06-30
Publication date: 2012-10-17
Anticipated expiration: 2025-06-30
Also published as: JP2007012406A

Description

本発明は、複数の素電池を接続体を介して接続している組電池とその製造方法に関する。

複数の素電池を直列あるいは並列に接続している組電池は、金属板の接続体を素電池に抵抗溶接でスポット溶接して接続している。接続体は、隣接する素電池の外装缶と封口板とに接続されて直列接続し、あるいは隣接する素電池の外装缶と外装缶、封口板と封口板とに接続されて並列接続する。接続体を介して複数の素電池を直列に接続する組電池は、開発されている。（特許文献１参照）
また、封口板と外装缶とを直接に溶接して接続する組電池も開発されている。（特許文献２及び３参照）
特開２００３−２２９１０７号公報特開２０００−１４９９０７号公報実開平６−５１１１号公報

特許文献１に記載される組電池は、接続体を介して、素電池を直列に直線状に連結している。接続体は、外周縁に沿って外装缶の円筒に沿う周壁を設けている。周壁の内形は、外装缶の外形にほぼ等しく、周壁の内側に外装缶の底部を挿入して、外装缶と周壁とをスポット溶接している。図１に示すように、接続体２２で素電池２１を連結する組電池は、図２に示すように、周壁２４の表面に一対の溶接電極１５が押し付けられる。溶接電極１５は、接続体２２→外装缶２３→接続体２２に溶接電流を流して、接続体２２を外装缶２３に溶接する。溶接電流のみでなく、接続体には無効電流が流れる。無効電流は、接続体と外装缶との間に流れないので、溶接に利用されない電流である。このように通電して溶接する方式は、シリーズ式と呼ばれる。この方式で接続体が外装缶に溶接されるとき、溶接電流と無効電流とでジュール熱が発生する。ジュール熱は外装缶を加熱する。加熱された外装缶は、内部に収納している電極群に、温度によるダメージを与える。たとえば、正極板と負極板との間に配設しているプラスチック製のセパレータを溶融して、電池の特性を低下させることがある。電池の特性が低下する弊害は、溶接電流を小さくして解消できる。ただ、溶接電流を小さくすると、接続体をしっかりと外装缶に溶接できなくなる。このため、溶接電流は、電池性能を低下させないで、接続体を外装缶に確実に固定できる電流にコントロールすることが要求される。ただ、この条件を満足する範囲は相当に狭く、現実には、接続体を外装缶に溶接した後、電池性能の低下を検査しているのが実状である。

特許文献２と３の組電池は、封口板を外装缶に直接に溶接する。この構造は、溶接電流を素電池に流して、封口板と外装缶を溶接する。このため、素電池に極めて大きな溶接電流を流す必要がある。また、接続体を外装缶に溶接するシリーズ式と同じように、接続体と外装缶を溶接する条件を非常に狭い範囲でコントロールする必要がある。それは、シリーズ式と同じように、溶接電流で外装缶が加熱されて内蔵する電極群に熱ダメージを与えるからである。とくに、溶接部分は局部的な大電流で外装缶が溶融するまで高温に加熱されて、電極群に熱ダメージを与える。したがって、この構造も、溶接電流が大き過ぎると、電極群の熱ダメージで電池性能が低下し、反対に溶接電流が少ないと、封口板と外装缶とを確実に溶接できなくなる。

本発明は、従来のこのような欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、溶接時の熱による電池性能の低下を防止しながら、接続体と外装缶とを確実に溶接できる組電池とその製造方法を提供することにある。
また、本発明の他の大切な目的は、溶接電流をコントロールできる範囲を広くしながら、電池性能の低下を少なくできる組電池とその製造方法を提供することにある。

本発明の請求項１の組電池は、複数の素電池１を接続体２を介して接続して組電池としている。素電池１は、外装缶３の電極収納部６の底面の近傍まで電極群が収納されている。接続体２は、一方の素電池１の外装缶の底部に連結される外装缶連結部２Ａと、他方の素電池１の封口体４に連結される封口板連結部２Ｂを有しており、組電池は、接続体２の外装缶連結部２Ａを、外装缶３の底部に溶接して接続し、接続体２の封口板連結部２Ｂが封口体４に溶接している。素電池１の外装缶３は、底面の外周に沿って、外装缶３を折曲加工し、折り重なって外装缶３の電極収納部６から外部に突出する形状の折り返し突出部７を設けて、折り返し突出部７を外装缶３の電極収納部６から外部に突出させている。組電池は、この折り返し突出部７に接続体２を積層して、積層部で折り返し突出部７と接続体２とを溶接している。

本発明の組電池は、折り返し突出部７を、外装缶３の底面と平行な方向で外側に突出して、この折り返し突出部７に接続体２を積層して、折り返し突出部７と接続体２をダイレクト式に抵抗溶接することができる。

本発明の組電池は、折り返し突出部７を、外装缶３の底面に直交する方向に突出して、この折り返し突出部７に接続体２を積層して溶接することができる。

本発明の組電池は、外装缶３をプレス加工して折り返し突出部７を設けることができる。

本発明の請求項５の組電池は、複数の素電池１を接続体２を介して接続して組電池としている。素電池１は、外装缶３の電極収納部６の底面の近傍まで電極群が収納されている。接続体２は、一方の素電池１の外装缶の底部に連結される外装缶連結部２Ａと、他方の素電池１の封口体４に連結される封口板連結部２Ｂを有しており、組電池は、接続体２の外装缶連結部２Ａを、外装缶３の底部に溶接して接続し、接続体２の封口板連結部２Ｂが封口体４に溶接している。素電池１の外装缶３は、底面の外周に沿って、外装缶３を折曲加工し、折り重なって外装缶３の電極収納部６から外部に突出する形状の折り返し突出部７を設けている。組電池は、この折り返し突出部７と接続体２とをレーザー溶接することで、接続体２の外装缶連結部２Ａと外装缶３の底部とを接続している。

本発明の請求項６の組電池は、第１の素電池１の外装缶３の底面と、第２の素電池１の封口板４とを直接に溶接して、第１の素電池１と第２の素電池１とを直列に接続している。第１の素電池１及び第２の素電池１は、外装缶３の電極収納部６の底面の近傍まで電極群が収納されている。第１の素電池１の外装缶３は、折り重なって電極収納部６から外部に突出するように、底面の外周に沿って、外装缶３を折曲加工してなる折り返し突出部７を備えている。第２の素電池１の封口板４は、折り返し突出部７に接触される突出溶接部１２を設けている。組電池は、折り返し突出部７と突出溶接部１２とを積層して、積層部で折り返し突出部７と突出溶接部１２とを溶接して、第１の素電池１と第２の素電池１とを直列に接続している。

本発明の請求項７の組電池の製造方法は、外装缶３の電極収納部６の底面の近傍まで電極群が収納され、封口板４を介して外装缶３内に電極群を封入している複数の素電池１の外装缶３に接続体２を溶接し、この接続体２を介して素電池１を接続する。接続体２は、一方の素電池１の外装缶３の底部に連結される外装缶連結部２Ａと、他方の素電池１の封口板４に連結される封口板連結部２Ｂとを有している。組電池の製造方法は、金属板をプレス加工して外装缶３を製造する工程において、電極収納部６から外部に突出させて、外装缶３の底部外周に沿って折り重なる折り返し突出部７を設ける。組電池の製造方法は、この折り返し突出部７に接続体２の外装缶連結部２Ａを積層し、封口板４に封口板連結部２Ｂを積層し、積層された折り返し突出部７と接続体２を一対の溶接電極１５で挟着し、溶接電極１５に通電して、封口板４と封口板接続部２Ｂとを抵抗溶接し、折り返し突出部７と接続体２を積層部でダイレクト式に抵抗溶接する。

本発明の組電池とその製造方法は、溶接時の熱による電池性能の低下を防止しながら、複数の素電池を溶接して連結できる特長がある。それは、本発明の組電池とその製造方法が、素電池の外装缶の底面の外周に沿って、外装缶を折曲加工してなる折り返し突出部を設けると共に、この折り返し突出部を外装缶の電極収納部から外部に突出させており、この折り返し突出部を溶接部として接続体または封口板に溶接して複数の素電池を連結しているからである。本発明は、外装缶の底面の外周に沿って、電極収納部から外部に突出して設けた折り返し突出部を溶接部とするので、この部分に流れる溶接電流によってジュール熱が発生しても、外装缶の電極収納部に収納している電極群に与える温度によるダメージを極減でき、電池性能の低下を防止できる。一般に、素電池の電極収納部に収納される電極群は、外装缶の底面と極めて近い位置関係にあるので、外装缶の底面が加熱されるとこの熱のダメージを受けやすい。これに対して、本発明では、溶接部となる折り返し突出部を外装缶の底面から突出して設けるので、電極群から離れた位置が加熱されることになり、溶接時に発生するの熱による電極群への熱ダメージを極減できる。とくに、本発明では、この折り返し突出部を、素電池の外装缶の底面の中央部ではなく外周に沿って設けているので、このことによっても外装缶の電極収納部に収納している電極群に与える影響を極減できる。このように、本発明では、溶接電流による熱の影響を極減できるので、接続体や封口板を外装缶に溶接するときの電流を狭い範囲でコントロールすることなく、溶接電流をコントロールできる範囲を広くしながら、電池性能の低下を少なくできる。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための組電池とその製造方法を例示するものであって、本発明は組電池とその製造方法を以下に特定しない。

さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲」および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。

本発明の組電池は、車両を走行させるモーターを駆動する電源に最適である。それは、複数の素電池を低抵抗な状態で直列に接続できるからである。ただ、本発明の組電池は、用途を車両用には特定しない。車両以外の用途であって、たとえば自転車を駆動する電源用、電動工具、ロボット等の電源にも使用できる。これ等の電源に使用される組電池は、複数個をケースに収納して、直列あるいは並列に接続される。

組電池は、接続体２を介して、複数の素電池１を直列に直線状に連結している。図３ないし図６は、隣接する素電池１の接続部を示す断面図である。これ等の図の組電池は、下の素電池１の封口板４と上の素電池１の外装缶３とを接続体２で連結している。接続体２は、封口板４と外装缶３に溶着されて、上下の素電池１を直列に直線状に連結している。接続体２は、中央部を下の素電池１の封口板４に、外周部を上の素電池１の外装缶３の底部に溶着している。

素電池１は、内部の電極収納部６に入れている電極群５の熱ダメージを防止しながら、接続体２を確実に溶着するために、外装缶３の底面外周に沿って折り返し突出部７を設けている。折り返し突出部７は、ここに接続体２を溶着するときの熱で、電極群５がダメージを受けるのを防止するために、電極収納部６から突出して設けている。外装缶３は、鉄や鉄合金、あるいはアルミニウムやアルミニウム合金等の金属板をプレス加工して製作される。折り返し突出部７は、外装缶３をプレス加工して製作される工程で設けられる。

図３と図４の組電池の折り返し突出部７は、外装缶３の底面と平行な方向で外側に突出している。図３の組電池は、折り返し突出部７に接続体２を積層し、折り返し突出部７と接続体２の積層部を一対の溶接電極１５で挟着して、ダイレクト式の抵抗溶接で連結できる。このため、この構造の組電池は、接続体２と外装缶３とを確実に溶着しながら、外装缶３に収納している電極群５の熱によるダメージを解消できる。

接続体２は、一方の素電池１である上の素電池１の外装缶３に連結される外装缶連結部２Ａと、下の素電池１の封口板４に連結される封口板連結部２Ｂとを備える。外装缶連結部２Ａと封口板連結部２Ｂからなる接続体２は、１枚の金属板をプレス加工して製作される。接続体２は、外装缶連結部２Ａと封口板連結部２Ｂを段差部２Ｃで連結している。この接続体２は、段差部２Ｃで連結して、外装缶連結部２Ａを封口板連結部２Ｂから突出させている。外装缶連結部２Ａは、外装缶３の底部に設けている折り返し突出部７に溶着される。したがって、外装缶連結部２Ａは、折り返し突出部７の下面に沿う平面リング状としている。封口板連結部２Ｂは、中心に、下の素電池１の凸部電極８を貫通させる中心孔２ａを開口している。封口板連結部２Ｂは、封口板４の外周縁に沿って設けられる外装缶３のカシメ凸条９に接触しないように、その外形をカシメ凸条９の内形よりも小さくして、段差部２Ｃで外装缶連結部２Ａに連結している。さらに、図の組電池は、接続体２がカシメ凸条９に接触するのを阻止するために、下の素電池１の凸部電極側の端部に絶縁カバー１３を被せている。絶縁カバー７は、素電池１の端部を挿入できるキャップ状にプラスチック等の絶縁材を成形したものである。封口板連結部２Ｂは、封口板４にダイレクト式又はシリーズ式の抵抗溶接で固定される。外装缶連結部２Ａは、折り返し突出部７にダイレクト式の抵抗溶接で固定される。

図４の組電池は、図３と同じ接続体２を使用して、外装缶３の折り返し突出部７と接続体２の外装缶連結部２Ｂとをレーザー溶接している。この組電池は、互いに積層された折り返し突出部７と接続体２の外装缶連結部２Ｂとの境界にレーザーを照射して、レーザーで折り返し突出部７と接続体２とを溶着する。さらに、図示しないが、図３に示すように、折り返し突出部と接続体の外装缶連結部とを積層して、積層部を電極のローラーで挟着しながら移動させて溶着するシーム溶接で、折り返し突出部と接続体とを溶着することもできる。シーム溶接は、図３と同じ折り返し突出部と接続体を溶接できる。シーム溶接は、折り返し突出部と接続体とを広い面積で溶接するので、溶接部の電気抵抗を小さくできる。また、連結強度も強くできる。

図５の組電池は、折り返し突出部７を、外装缶３の底面に直交する方向に突出して設けている。この折り返し突出部７は、外側に接続体２の外装缶連結部２Ａを積層し、接続体２の表面に溶接電極１５を押し付けて、溶接電極１５に通電して接続体２を折り返し突出部７に溶接する。この接続体２は、外装缶連結部２Ａを、折り返し突出部７を挿入できる円筒に沿う形状としている。接続体２の外装缶連結部２Ａに折り返し突出部７を入れ、外装缶連結部２Ａに溶接電極１５を押圧、通電して、外装缶連結部２Ａを折り返し突出部７に溶接する。

図６の組電池は、上の素電池１の外装缶３に設けた折り返し突出部７を、外装缶３の底面に直交する方向に下に突出させると共に、接続体２の外装缶連結部２Ａを平面リング状としている。この組電池は、平面リング状の外装缶連結部２Ａの上に、折り返し突出部７の下端を接触させて、接続体２と折り返し突出部７との境界をレーザーで溶着する。この構造は、折り返し突出部７の先端縁をレーザー溶接するので、溶着の熱による電極群５のダメージを極減できる特徴がある。それは、レーザーで溶融するまで加熱される折り返し突出部７の先端縁を、外装缶３の電極収納部６から遠く離して、レーザー熱を効率よく放熱した部分に、電極群５を収納できるからである。また、この構造の組電池は、外装缶３の折り返し突出部７と接続体２の外装缶連結部２Ａとを長くレーザー溶接して、接続部の電気抵抗を小さくできる特徴もある。

さらに、図７の組電池は、折り返し突出部７を、外装缶３の底面に直交する方向に突出させると共に、接続体を使用することなく、下の素電池１の封口板４を直接に上の素電池１の折り返し突出部７に溶接している。この折り返し突出部７は、内側に折曲して、外装缶３の底面と平行な姿勢としている。封口板４は、折り返し突出部７に接触する突出溶接部１２をカシメ凸条９の内側に設けている。この組電池は、素電池１を介して突出溶接部１２と折り返し突出部７とに溶接電流を流して抵抗溶接し、あるいは突出溶接部１２と折り返し突出部７の境界にレーザーを照射して、突出溶接部１２と折り返し突出部７とを溶着する。この構造の組電池は、接続体を使用しないので、低抵抗な状態で素電池１を接続できる。

以上の図に示す組電池は、素電池１を円筒型電池とする。ただし、本発明の組電池は、素電池を必ずしも円筒型電池には特定しない。図の素電池１は、外装缶３の開口部に封口板４をカシメて固定して、封口板４で外装缶３の開口部を気密に閉塞している。ただし、本発明の組電池は、素電池をこの構造の円筒型電池には特定しない。素電池は、外装缶の開口部に封口板をレーザーで溶着して固定した電池等も使用できるからである。また、素電池は、リチウムイオン二次電池、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池等の二次電池である。

素電池１は、電極群５と電解液を金属製の外装缶３に充填している。外装缶３の開口部は、金属板の封口板４を絶縁状態で気密に閉塞している。外装缶３は、金属板をプレス加工して、底を閉塞している筒状にして製作される。このとき、折り返し突出部７も設けられる。円筒型電池は、金属板を円筒状に成形して外装缶３とする。角型電池は、金属板を角筒状に成形して外装缶とする。封口板４は、金属板をプレス加工し、あるいは鋳造して製作される。外装缶３と封口板４とは、絶縁状態でかしめられる。絶縁のために、外装缶３と封口板４との間に絶縁材１０が挟着される。絶縁材１０は、外装缶３と封口板４とを絶縁しながら隙間を気密に閉塞する。外装缶３は、かしめ部で封口板４を挟んで固定するために、封口板４の下面に沿って凸条１１を設けている。凸条１１を設けた外装缶３に封口板４をセットし、開口部縁をかしめ加工してカシメ凸条９と凸条１１とで封口板４を挟着して固定する。その後、かしめ部を上面からパンチによって加圧して、外装缶３の全体寸法を規定値とする。

従来の組電池の側面図である。図１に示す組電池の素電池の接続部を示す断面図である。本発明の一実施例にかかる組電池の素電池の接続部を示す一部断面側面図である。本発明の他の実施例にかかる組電池の素電池の接続部を示す一部断面側面図である。本発明の他の実施例にかかる組電池の素電池の接続部を示す一部断面側面図である。本発明の他の実施例にかかる組電池の素電池の接続部を示す一部断面側面図である。本発明の他の実施例にかかる組電池の素電池の接続部を示す一部断面側面図である。

符号の説明

１…素電池
２…接続体２Ａ…外装缶連結部
２Ｂ…封口板連結部
２Ｃ…段差部
２ａ…中心孔
３…外装缶
４…封口板
５…電極群
６…電極収納部
７…折り返し突出部
８…凸部電極
９…カシメ凸条
１０…絶縁材
１１…凸条
１２…突出溶接部
１３…絶縁カバー
１５…溶接電極
２１…素電池
２２…接続体
２３…外装缶
２４…周壁

Claims

複数の素電池(1)を接続体(2)を介して接続してなる組電池であって、
素電池(1)は、外装缶(3)の電極収納部(6)の底面の近傍まで電極群が収納されており、
接続体(2)は、一方の素電池(1)の外装缶(3)の底部に連結される外装缶連結部(2A)と、他方の素電池(1)の封口板(4)に連結される封口板連結部(2B)とを有し、
接続体(2)の外装缶連結部(2A)が外装缶(3)の底部に溶接して接続され、接続体(2)の封口板連結部(2B)が封口板(4)に溶接されると共に、
素電池(1)の外装缶(3)には底面の外周に沿って、外装缶(3)を折曲加工し、折り重なって外装缶(3)の電極収納部(6)から外部に突出する形状の折り返し突出部(7)を設けており、
この折り返し突出部(7)に接続体(2)が積層されて、積層部で折り返し突出部(7)と接続体(2)とが溶接されてなることを特徴とする組電池。
折り返し突出部(7)が、外装缶(3)の底面と平行な方向で外側に突出しており、この折り返し突出部(7)に接続体(2)を積層して、折り返し突出部(7)と接続体(2)をダイレクト式に抵抗溶接している請求項１に記載される組電池。
折り返し突出部(7)が、外装缶(3)の底面に直交する方向に突出しており、この折り返し突出部(7)に接続体(2)を積層して溶接している請求項１に記載される組電池。
外装缶(3)をプレス加工して折り返し突出部(7)を設けている請求項１に記載される組電池。
複数の素電池(1)を接続体(2)を介して接続してなる組電池であって、
素電池(1)は、外装缶(3)の電極収納部(6)の底面の近傍まで電極群が収納されており、
接続体(2)は、一方の素電池(1)の外装缶(3)の底部に連結される外装缶連結部(2A)と、他方の素電池(1)の封口板(4)に連結される封口板連結部(2B)とを有し、
接続体(2)の外装缶連結部(2A)が外装缶(3)の底部に溶接して接続され、接続体(2)の封口板連結部(2B)が封口板(4)に溶接されると共に、
素電池(1)の外装缶(3)には底面の外周に沿って、外装缶(3)を折曲加工し、折り重なって外装缶(3)の電極収納部(6)から外部に突出する形状の折り返し突出部(7)を設けており、
この折り返し突出部(7)と接続体(2)とをレーザー溶接していることを特徴とする組電池。
第１の素電池(1)の外装缶(3)の底面と、第２の素電池(1)の封口板(4)とを直接に溶接して、第１の素電池(1)と第２の素電池(1)とを直列に接続している組電池であって、
第１の素電池(1)及び第２の素電池(1)は、外装缶(3)の電極収納部(6)の底面の近傍まで電極群が収納されており、
第１の素電池(1)の外装缶(3)は、折り重なって電極収納部(6)から外部に突出するように、底面の外周に沿って、外装缶(3)を折曲加工してなる折り返し突出部(7)を備え、
第２の素電池(1)の封口板(4)は、折り返し突出部(7)に接触される突出溶接部(12)を設けており、
折り返し突出部(7)と突出溶接部(12)とが積層され、積層部で折り返し突出部(7)と突出溶接部(12)とが溶接されて、第１の素電池(1)と第２の素電池(1)とを直列に接続してなる組電池。
外装缶(3)の電極収納部(6)の底面の近傍まで電極群が収納され、封口板(4)を介して外装缶(3)内に電極群を封入している複数の素電池(1)の外装缶(3)に接続体(2)を溶接し、この接続体(2)を介して素電池(1)を接続する組電池の製造方法であって、
接続体(2)は、一方の素電池(1)の外装缶(3)の底部に連結される外装缶連結部(2A)と、他方の素電池(1)の封口板(4)に連結される封口板連結部(2B)とを有しており、
金属板をプレス加工して外装缶(3)を製造する工程において、電極収納部(6)から外部に突出させて、外装缶(3)の底部外周に沿って折り重なる折り返し突出部(7)を設け、
この折り返し突出部(7)に接続体(2)の外装缶連結部(2A)を積層し、封口板(4)に封口板連結部(2B)を積層し、積層された折り返し突出部(7)と接続体(2)を一対の溶接電極(15)で挟着し、溶接電極(15)に通電して、封口板(4)と封口板接続部(2B)とを抵抗溶接し、折り返し突出部(7)と接続体(2)を積層部でダイレクト式に抵抗溶接することを特徴とする組電池の製造方法。