JP5157214B2

JP5157214B2 - 電池

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Publication number: JP5157214B2
Application number: JP2007085518A
Authority: JP
Inventors: 仰奥谷; 浩之團野; 守彦奥田
Original assignee: GS Yuasa International Ltd
Current assignee: GS Yuasa International Ltd
Priority date: 2007-03-28
Filing date: 2007-03-28
Publication date: 2013-03-06
Anticipated expiration: 2027-03-28
Also published as: JP2008243719A

Description

本発明は、電池ケースと、この電池ケースに収容されている発電要素から電流を取り出すための電流取出用リード板とが、接続部材によって接続されている電池に関する。

リチウムイオン二次電池のような非水電解質二次電池は、充放電が可能な発電要素を収容している電池ケースと、この発電要素から電流を取り出すための電流取出用リード板とを備える（特許文献１〜３参照）。
過充電と過放電とを防止するために、リチウムイオン二次電池には、リチウムイオン二次電池の出力電圧を制御する保護回路が、電流取出用リード板によって電気的に接続されている。このようなリチウムイオン二次電池は、リチウムイオン二次電池と保護回路とを絶縁性（例えば合成樹脂製）の外装ケースに収容してなる電池パックとして、電子機器に装着される。

図５は、従来のリチウムイオン二次電池が備える蓋部材の凹部近傍の構成を示す平面図であり、図６は、図５におけるVI−VI線の断面図である。
図中９１はリチウムイオン二次電池（以下、Ｌｉ二次電池という）であり、Ｌｉ二次電池９１は、アルミニウム又はアルミニウム合金製の電池ケース９２と、ニッケル製の電流取出用リード板である正極リード板９３とを備える。
電池ケース９２は、有底四角筒状のケース本体と、このケース本体の開口を閉鎖する蓋部材９２２とを備え、蓋部材９２２には、矩形状の凹部９２ａが形成されている。電池ケース９２には発電要素が収容されており、電池ケース９２自体が正極端子として機能する。

凹部９２ａ内部には、凹部９２ａの面積よりも僅かに小さい面積を有する矩形状のクラッド材９４が配されており、このクラッド材９４を接続部材として、電池ケース９２と図示しない保護回路とが、正極リード板９３によって電気的に接続されている。

クラッド材９４は、電池ケース９２と溶接可能なアルミニウム又はアルミニウム合金製であって厚さ５０〜１００μｍ程度のアルミニウム層９４１、及び、正極リード板９３と溶接可能なニッケル製であって厚さ５０〜１００μｍ程度のニッケル層９４２を備え、アルミニウム層９４１の面積及び寸法と正極リード板９３の面積及び寸法とは夫々略等しい。アルミニウム層９４１の一面は、凹部９２ａの底面に、図６中の白抜矢符が示す位置（図５に示す溶接代９５１）で溶接されており、ニッケル層９４２の一面は、正極リード板９３の一面に、図６中の矢符が示す位置（図５に示す溶接代９５２）で溶接されており、アルミニウム層９４１及びニッケル層９４２の他面同士が冶金的に接合されている。

アルミニウム層９４１及び電池ケース９２が溶接される溶接代９５１と、ニッケル層９４２及び正極リード板９３が溶接される溶接代９５２とは、Ｌｉ二次電池９１の厚み方向（図５及び図６中の縦方向）に距離Ｌ９１を有して離隔配置されている。また、溶接代９５１，９５２夫々は、アルミニウム層９４１とニッケル層９４２との二層構造の部分に配されている。

溶接代９５１，９５２夫々は、互いにクラッド材９４の一面に対する投影位置が重ならないように配される必要がある。このため、溶接代９５１と溶接代９５２とは、Ｌｉ二次電池９１の厚み方向に離隔配置される。
特許第３０６６３３８号公報特開２００１−３５４７５号公報特開２００５−２７６５７５号公報

しかしながら、Ｌｉ二次電池９１を小型化すべくＬｉ二次電池９１の厚みを薄くしていくにつれ、溶接代９５１，９５２をＬｉ二次電池９１の厚み方向に十分に離隔して設けることができなくなる。溶接代９５１，９５２が重なって配された場合、溶接代９５１，９５２夫々の溶接強度が低下するか、又は溶接できないという問題が発生するおそれがある。
また、溶接代９５１と溶接代９５２との重なりを抑制するために、溶接代９５１，９５２夫々の面積を小さくした場合、溶接代９５１，９５２夫々が十分な面積を得ることができず、やはり溶接代９５１，９５２夫々の溶接強度が低下する。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、第１接続層と、その面積が第１接続層の面積よりも大きい第２接続層とが積層されている接続部材によって、第１金属製の電池ケースと第２金属製の電流取出用リード板とを接続する構成とすることにより、第１接続層と電池ケースとの溶接代、及び、第２接続層と電流取出用リード板との溶接代夫々について、互いに十分に離隔した十分な面積を得ることができる電池を提供することにある。

本発明の他の目的は、電池ケースの外面に形成されている凹部の内部に、第２接続層の面積よりも小さい面積を有する第１接続層を配する構成とすることにより、互いに十分に離隔した十分な面積の溶接代を得つつ、電池ケースの外面に対する接続部材の突出量を低減することができる電池を提供することにある。

本発明の更に他の目的は、電池ケースの蓋部材の外面に形成されている凹部の内部に、第２接続層の面積よりも小さい面積を有する第１接続層を配する構成とすることにより、厚み方向の小型化に際しても、互いに十分に離隔した十分な面積の溶接代を得ることができる電池を提供することにある。

第１発明に係る電池は、発電要素を収容し、凹部が形成されている第１金属製の電池ケースと、前記発電要素から電流を取り出すための第２金属製の電流取出用リード板と、前記電池ケース及び電流取出用リード板を接続する接続部材とを備える電池において、前記接続部材は、前記第１金属と溶接可能な金属を用いてなり、前記電池ケースの凹部に溶接されている第１接続層、及び、前記第２金属と溶接可能な金属を用いてなり、前記電流取出用リード板が溶接されており、前記凹部の開口面積よりも大きい面積を有する第２接続層が積層されてなることを特徴とする。

第２発明に係る電池は、前記第１接続層が内部に配されている凹部が、前記電池ケースの外面に形成されていることを特徴とする。

第３発明に係る電池は、前記電池ケースは、有底筒状のケース本体と、該ケース本体の開口を閉鎖し、また、外面に前記凹部が形成されている蓋部材とを有することを特徴とする。

第１発明にあっては、第１接続層と第２接続層とが積層されてなる接続部材によって、発電要素を収容している電池ケースと、この電池ケースに収容されている発電要素から電流を取り出すための電流取出用リード板とが接続されている。ただし、第２接続層の面積は第１接続層の面積よりも大きい。換言すれば、第１接続層の面積が、第２接続層の面積よりも小さい。
第１接続層は、第１金属と溶接可能な金属を用いてなり、第１金属製の電池ケースに溶接されている。一方、第２接続層は、第２金属と溶接可能な金属を用いてなり、第２金属製の電流取出用リード板に溶接されている。つまり、第１接続層及び第２接続層を介して、電池ケースと電流取出用リード板とが接続されている。

ところで、従来の接続部材の第１接続層及び第２接続層は夫々の面積が略等しい。このため、第１接続層と電池ケースとの溶接代及び第２接続層と電流取出用リード板との溶接代夫々の位置、面積等は、第１接続層（又は第２接続層）の面積による制限を受ける。また、第１接続層及び電池ケースの溶接代も、第２接続層及び電流取出用リード板の溶接代も、第１接続層と第２接続層との二層構造になっている部分に設けられるため、溶接代同士が重ならないよう、各溶接代の位置、面積等が互いに制限し合う。
以上の結果、各溶接代の離隔距離及び面積夫々が不十分になることがある。

一方、本発明の接続部材は、第２接続層の面積を第１接続層の面積よりも大きくしている。このため、本発明の接続部材は、第１接続層の面積に溶接代等が制限される従来の接続部材に比較して、電流取出用リード板との溶接代を広く取ることができる。従って、電池ケースとの溶接代及び電流取出用リード板との溶接代を夫々十分な面積とすることができるとともに、各溶接代の隔離を容易に行うことができる。

また、第１接続層と電池ケースとの溶接代は、第１接続層の大きさの範囲内に取る必要があるが、第２接続層と電流取出用リード板との溶接代は、前記電池ケースとの溶接代から隔離された部分であれば、第２接続層の大きさの範囲内にあればよい。例えば、第１接続層と第２接続層との二層構造になっていない部分（即ち第１接続層又は第２接続層の一層構造になっている部分）に電流取出用リード板との溶接代が設けられてもよい。

第２発明にあっては、電池ケースの外面には凹部が形成されており、この凹部の内部に第１接続層が配されている。このため、第１接続層の面積は凹部の開口面積によって制限されるが、第２接続層の面積は凹部の開口面積とは略無関係に大きく形成される。
また、凹部の内部に第１接続層が配されている分、電池ケースの外面に対する接続部材の突出量は低減される。

ところで、従来の接続部材は、少なくとも第１接続層が電池ケースの凹部の内部に配され、また、第１接続層及び第２接続層夫々の面積が略等しい。このため、第１接続層及び第２接続層夫々の面積は凹部の開口面積によって制限される。従って、第１接続層と電池ケースとの溶接代及び第２接続層と電流取出用リード板との溶接代夫々の位置、面積等は、凹部の開口面積による制限を受ける。この結果、各溶接代の離隔距離及び面積夫々が不十分になることがある。

一方、本発明の接続部材に関しては、第１接続層と電池ケースとの溶接代の位置、面積等は、凹部の開口面積による制限を受けるが、第２接続層と電流取出用リード板との溶接代の位置、面積等は、凹部の開口面積による制限を受けない。つまり、第２接続層が大きいため、一方の溶接代の位置を他方の溶接代の位置からずらして設けることが可能となる。この結果、各溶接代は互いに十分に離隔し、また、夫々十分な面積を有して設けることが可能となる。

第３発明にあっては、電池ケースの有底筒状のケース本体の開口を閉鎖する蓋部材の外面に凹部が形成されており、この凹部の内部に第１接続層が配されている。
蓋部材の面積は、一般に、ケース本体の側面の面積に比べて小さいため、凹部の開口面積は小さい。また、電池が小型化されることによって、凹部の開口面積は更に小さくされる。

しかしながら、第１接続層と電池ケースとの溶接代の位置、面積等は、凹部の開口面積による制限を受けるが、第２接続層と電流取出用リード板との溶接代の位置、面積等は、凹部の開口面積による制限を受けない。この結果、各溶接代は互いに十分に離隔し、また、夫々十分な面積を有して設けることが可能となる。

第１発明の電池による場合、第１接続層と電池ケースとの溶接代は、第１接続層の面積による制限を受けつつも、第２接続層の面積による制限を受けることなく、第２接続層と電流取出用リード板との溶接代から十分に離隔して、しかも十分な面積を有して設けることができる。同様に、第２接続層と電流取出用リード板との溶接代は、第２接続層の面積による制限を受けつつも、第１接続層の面積による制限を受けることなく、第１接続層と電池ケースとの溶接代から十分に離隔して、しかも十分な面積を有して設けることができる。
このような溶接代を設けることができるため、第１接続層と電池ケースとの溶接強度、及び、第２接続層と電流取出用リード板との溶接強度を夫々向上させることができる。

第２発明の電池による場合、第１接続層と電池ケースとの溶接代は、電池ケースの凹部の開口面積による制限を受けつつも、第２接続層と電流取出用リード板との溶接代から十分に離隔して、しかも十分な面積を有して設けることができる。一方、第２接続層と電流取出用リード板との溶接代は、電池ケースの凹部の開口面積による制限を受けることなく、第１接続層と電池ケースとの溶接代から十分に離隔して、しかも十分な面積を有して設けることができる。

このような溶接代を設けることができるため、電池ケースの凹部に対して接続部材を配する場合でも、第１接続層と電池ケースとの溶接強度、及び、第２接続層と電流取出用リード板との溶接強度を夫々向上させることができる。
更に、第１接続層が電池ケースの外面に形成されている凹部の内部に配されているため、電池ケースの外面に対する接続部材の突出量を低減することができる。

第３発明の電池による場合、第１接続層と電池ケースの蓋部材との溶接代は、電池の小型化に際して小さくなる蓋部材凹部の開口面積による制限を受けつつも、第２接続層と電流取出用リード板との溶接代から十分に離隔して、しかも十分な面積を有して設けることができる。一方、第２接続層と電流取出用リード板との溶接代は、蓋部材凹部の開口面積による制限を受けることなく、第１接続層と蓋部材との溶接代から十分に離隔して、しかも十分な面積を有して設けることができる。
このような溶接代を設けることができるため、電池の小型化に際しても、第１接続層と電池ケースとの溶接強度、及び、第２接続層と電流取出用リード板との溶接強度を夫々向上させることができる。

以下、本発明を、蓋部材と電流取出用リード板との接続を例に、その実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。

図１は、本発明の実施の形態に係る電池としてのリチウムイオン二次電池の構成を示す正面図であり、図２は、このリチウムイオン二次電池が備える蓋部材の構成を示す平面図である。ただし、図２では正極リード板、負極リード板等の図示は省略されている。
また、図３は、この蓋部材の凹部近傍の構成を示す平面図であり、図４は、図３におけるIV−IV線の断面図である。
図１に示すように、図中１はリチウムイオン二次電池（以下、Ｌｉ二次電池という）であり、Ｌｉ二次電池１は、アルミニウム又はアルミニウム合金製の電池ケース２と、ニッケル製の電流取出用リード板である正極リード板３と、電池ケース２及び正極リード板３を接続する接続部材４とを備える。

電池ケース２は、図１及び図２に示すように、有底四角筒状のケース本体２１と、ケース本体２１に嵌合されてレーザ溶接されることによってケース本体２１の開口を閉鎖する矩形状の蓋部材２２とを備え、蓋部材２２の外面には、矩形状の凹部２ａが形成されている。凹部２ａは、例えば蓋部材２２となすべき金属板に対し、凹部２ａを形成すべき部分をプレス加工することによって形成されている。このため、蓋部材２２の内面には、凹部２ａに対応する凸部が突出している（図１及び図４参照）。

凹部２ａは、凹部２ａの長手方向が、蓋部材２２の長手方向（即ち電池ケース２の横幅方向。図１及び図２中の横方向）に沿い、凹部２ａの短手方向が、蓋部材２２の短手方向（即ち電池ケース２の厚み方向。図２中の縦方向）に沿うよう形成されている。
電池ケース２には、正極及び負極をセパレータを介して巻回してなる発電要素が収容されており、この発電要素の正極と電池ケース２とが電池ケース２内部で接続されているため、電池ケース２はＬｉ二次電池１の正極端子として機能する。具体的には、発電要素の正極は、蓋部材２２内面の凸部に接続されている。つまり、蓋部材２２外面に凹部２ａが形成されることによって、発電要素の正極と電池ケース２との接続が容易になる。

また、蓋部材２２には、電池ケース２内部で発電要素の負極と接続されている負極端子１１が突設されており、負極端子１１は電池ケース２に対して絶縁されている。
Ｌｉ二次電池１の保護回路基板１２は、充電時に外部から電力を取り込み、放電時に外部へ電量を取り出すための図示しない電極端子や、発電要素の過充電と過放電とを防止するために、Ｌｉ二次電池１の出力電圧を制御するよう構成されている保護回路１２ａ等が実装されているプリント基板であり、正極リード板３によって、接続部材４を介し、正極端子である電池ケース２と電気的に接続されている。同様に、保護回路基板１２は、電池ケース２に対して絶縁されている負極リード板１３によって、負極端子１１と電気的に接続されている。

図１〜図４に示すように、接続部材４は、５０〜２００μｍ程度の厚みを有するアルミニウム又はアルミニウム合金製の第１接続層（以下、アルミニウム層という）４１と、１０〜５０μｍ程度の厚みを有するニッケル製の第２接続層（以下、ニッケル層という）４２とが積層されてなり、アルミニウム層４１の面積は、ニッケル層４２の面積よりも小さい。

更に詳細には、アルミニウム層４１は、凹部２ａの深さと略同一の厚さであり、また、凹部２ａの底面の寸法より僅かに短い寸法を有する矩形状であり、アルミニウム層４１の一面を凹部２ａの底面に密着させて、凹部２ａの内部に配されている。つまり、アルミニウム層４１の面積は、凹部２ａの底面の面積未満、延いては凹部２ａの開口面積未満の面積に限定されている。更に、アルミニウム層４１は、図４中の白抜矢符が示す位置（具体的には凹部２ａの底面に対向する位置）、即ち図３に示す溶接代５１で、蓋部材２２、延いては電池ケース２にレーザ溶接されている。ここで、アルミニウム層４１及び蓋部材２２の溶接代５１は、必ずアルミニウム層４１とニッケル層４２との二層構造の部分に配される。

ニッケル層４２は、電池ケース２の横幅方向の長さがアルミニウム層４１の同方向の長さに略等しく、電池ケース２の厚み方向長さがアルミニウム層４１の同方向の長さより長く、更に、凹部２ａの底面の面積より大きい面積を有する矩形状である。

また、ニッケル層４２は、ニッケル層４２の一面を正極リード板３の一面に密着させて、図４中の矢符が示す位置（具体的には凹部２ａの周縁近傍に対向する位置）、即ち図３に示す溶接代５２で、正極リード板３にスポット溶接（即ち抵抗溶接）されている。ここで、ニッケル層４２及び正極リード板３の溶接代５２は、必ずしもアルミニウム層４１とニッケル層４２との二層構造の部分に配されず、ニッケル層４２の一層構造の部分に配されていてもよい。本実施の形態においては、ニッケル層４２及び正極リード板３の溶接代５２は、二層構造の部分と一層構造の部分とに亘って形成されている。

アルミニウム層４１及び蓋部材２２が溶接される溶接代５１と、ニッケル層４２及び正極リード板３が溶接される溶接代５２とは、溶接代５１，５２夫々は、ニッケル層４２の一面に対する投影位置が互いに重ならないよう、十分な距離Ｌ１だけ離隔して配されている。

このような接続部材４は、アルミニウム層４１となすべきアルミニウム又はアルミニウム合金製の板部材の一面をニッケルでコーティングしてニッケル層４２となし、更に、アルミニウム又はアルミニウム合金製の板部材の一部をエッチングで除去することによって、容易に形成される。
また、アルミニウム層４１が凹部２ａの内部に配され、しかもニッケル層４２が薄いため、蓋部材２２の外面（例えば凹部２ａの開口周縁）に対する接続部材４の突出量は小さい。

ところで、接続部材４を用いて蓋部材２２を備える電池ケース２と正極リード板３とを間接的に接続する理由は、アルミニウム又はアルミニウム合金製の電池ケース２とニッケル製の正極リード板３とを溶接によって直接的に接続することが困難だからである。この問題を解決するために、電池ケース２に対して溶接可能なアルミニウム層４１と、正極リード板３に対して溶接可能なニッケル層４２とを接合してなる接続部材４を、電池ケース２と正極リード板３との間に介在させる手法が採られている。

以上のようなＬｉ二次電池１と保護回路基板１２とを合成樹脂製の外装ケースに収容することによって、主としてモバイルコンピュータ、ビデオカメラ、携帯電話機等の携帯電子機器に装着されて電源となる電池パックが形成される。
このようなＬｉ二次電池１を製造する場合、溶接代５１，５２は、夫々十分な距離Ｌ１を有して離隔配置される。この距離Ｌ１は、従来のＬｉ二次電池９１に係る距離Ｌ９１よりも長い。また、溶接代５１，５２夫々の面積は十分に大きく、従来のＬｉ二次電池９１に係る溶接代９５１，９５２夫々の面積よりも大きい。

何故ならば、凹部９２ａの開口面積によって制限された面積の範囲内に溶接代９５１，９５２を設ける必要があった従来のＬｉ二次電池９１とは異なり、Ｌｉ二次電池１は、溶接代５１を凹部２ａの開口面積によって制限された面積の範囲内に設ける必要があるが、溶接代５２は、この範囲内に設ける必要がないからである。
なお、第１接続層、第２接続層、電池ケース、及び電流取出用リード板夫々は、アルミニウム、アルミニウム合金、又はニッケルを用いてなる構成に限定されるものではない。

また、接続部材４は蓋部材２２の凹部２ａに取り付けられる構成に限定されるものではない。例えば、ケース本体２１の底部又は側面部の外面に形成されている凹部に取り付けられる構成でもよく、凹部２ａが形成されていない蓋部材２２又はケース本体２１に取り付けられる構成でもよい。
更に、リチウムイオン二次電池に限定されず、本発明を他の二次電池に適用してもよい。

本発明の実施の形態に係る電池としてのリチウムイオン二次電池の構成を示す正面図である。本発明の実施の形態に係るリチウムイオン二次電池が備える蓋部材の構成を示す平面図である。本発明の実施の形態に係るリチウムイオン二次電池が備える蓋部材の凹部近傍の構成を示す平面図である。図３におけるIV−IV線の断面図である。従来のリチウムイオン二次電池が備える蓋部材の凹部近傍の構成を示す平面図である。図５におけるVI−VI線の断面図である。

符号の説明

１Ｌｉ二次電池（電池）
２電池ケース
２１ケース本体
２２蓋部材
２ａ凹部
３正極リード板（電流取出用リード板）
４接続部材
４１アルミニウム層（第１接続層）
４２ニッケル層（第２接続層）

Claims

発電要素を収容し、凹部が形成されている第１金属製の電池ケースと、
前記発電要素から電流を取り出すための第２金属製の電流取出用リード板と、
前記電池ケース及び電流取出用リード板を接続する接続部材とを備える電池において、
前記接続部材は、前記第１金属と溶接可能な金属を用いてなり、前記電池ケースの凹部に溶接されている第１接続層、及び、前記第２金属と溶接可能な金属を用いてなり、前記電流取出用リード板が溶接されており、前記凹部の開口面積よりも大きい面積を有する第２接続層が積層されてなることを特徴とする電池。
前記電池ケースは、
有底筒状のケース本体と、
該ケース本体の開口を閉鎖し、また、外面に前記凹部が形成されている蓋部材と
を有することを特徴とする請求項１に記載の電池。