JP5402318B2 - 電池 - Google Patents

Description

本発明は、扁平形状で且つ有底筒状の缶体と、その缶体の開放部に取り付けられる略平板状の蓋部とを有する電池筐体が備えられ、その電池筐体内に一対の電極板を有する発電要素と前記電極板に接続される集電体とが配置され、前記集電体に連なる電極端子が、前記蓋部を貫通して外部に引き出されて構成されている電池に関する。

かかる電池の一般的な構造としては、例えば下記特許文献１にも記載のように、活物質等を塗布した一対の電極板をセパレータを挟んでロール状にまとめた発電要素に対して、集電体を一対の電極板の夫々に接続し、その集電体に連なるように配置した電極端子を電池筐体の内部から外部へ引き出す構成としている。
この電極端子を電池筐体の蓋板部分に形成した孔を通して外部へ引き出す方法については、下記特許文献１のように、電極端子の構成要素としてリベットを備えて、そのリベットを蓋板の孔に通した状態でガスケットと共にかしめることで、電気的な接続と気密の保持とを確保する手法が一般的に用いられている。
又、近年、下記特許文献２にように、金属と樹脂との接合技術を、電極端子の電池筐体（蓋板）への取り付けに応用しようとする考え方も出てきている。この手法では、蓋板の孔に電極端子を通して、その孔を電極端子と共に樹脂で封止する。

特開２００２−３２４５４１号公報 特開２００８−１７３９６７号公報

上述の電極端子の構成手法のうちの上記特許文献１に記載のリベットを使用する手法については、電極端子の構成部品中に他の部品と独立した部品であるリベットを使用することで、部品点数の増大とそれに伴う構成の複雑化を招いてしまう。
又、上記引用文献２の図４に記載のような、正負の電極端子の並び方向で厚みのある棒状の電極端子を取り付ける手法では、各電池の正負の電極端子の並び方向と直交する方向に複数の電池を並べて配置し、それらの電池の電極端子を電池間に亘って配線して接続する場合に構成が複雑化してしまう不都合がある。
すなわち、このような電池間の配線は、いわゆるバスバーと称される金属の板材を隣接する電池の電極端子間に渡して接続するのが一般的に行われている。そのような板材を棒状の電極端子に取り付けようとすると、棒状の電極端子に嵌合してそれを上記の板材に押圧するための特別な部材が更に必要となってしまう。
本発明は、かかる実情に鑑みてなされたものであって、電池自体の構成の簡素化、及び、電池を並べて配置する場合の構成の簡素化を図る点にある。

本出願の第１の発明は、扁平形状で且つ有底筒状の缶体と、その缶体の開放部に取り付けられる略平板状の蓋部とを有する電池筐体が備えられ、その電池筐体内に一対の電極板を有する発電要素と前記電極板に接続される集電体とが配置され、前記集電体に連なる電極端子が、前記蓋部を貫通して外部に引き出されて構成されている電池において、前記電極端子は、折り曲げ可能な板状部材にて形成され、前記電極端子の取付け姿勢が、前記電極端子の板面の法線方向が前記電池筐体の扁平面に沿う姿勢で前記蓋部を貫通し、且つ、前記電極端子における前記蓋部の貫通箇所から前記電池筐体の外方側端部に至るまで前記電池筐体の外方へ向かう起立姿勢で配置され、前記電極端子と前記蓋部との間が金属−樹脂接合にて封止されて構成され、前記電極端子における前記電池筐体外方側の端部に、先端側が開放したＵ字状の切り欠き部が形成されている。

すなわち、略平板状の蓋部に電極端子を貫通させて樹脂で封止するという構成を基本構成とする。
但し、電極端子を板状部材にて構成して、その板状の電極端子が前記蓋部を貫通する箇所における姿勢を、電極部材の板面の法線方向が電池筐体の扁平面に沿う姿勢とし、更に、電池筐体の外方へ向かう起立姿勢としている。
これによって、複数の電池を電池筐体の扁平面同士が密着あるいは近接する状態で並べて配置したとき、複数の電池間で、板状の電極端子の板面が略面一となるような配置が可能となる。
従って、各電池の電極端子間を例えばバスバー（金属板等の塊状の電気配線部材）にて接続するとき、電極端子間にバスバーを渡して各電極端子をネジやボルト等によってバスバーに固定するだけの単純な構造で接続することができるので、バスバーとボルト等以外に更に固定のための特別な部品が必要となってしまうのを回避でき、電極端子やバスバーの形状が複雑化してしまうのを回避できる。

又、電池筐体から起立姿勢で突出する電極端子は、その姿勢を永続させる必要は必ずしも無く、電池のユーザ側で電極端子を曲げて使用することも可能である。
そのような使用形態をとる場合、電極端子をバスバーに連結してから折り曲げることも可能であるが、複数の電極端子をまとめて折り曲げる作業には大きな力を要することから、電極端子を個々に曲げてから連結する方が作業性が良好である。
このとき、電極端子の先端にＵ字状の切り欠き部が形成されていると、バスバーと電極端子とを締結するためのボルトを、電極端子の折り曲げ時におけるＵ字状の切り欠き部の移動軌跡上に予め固定設置しておくことで、更に作業性を向上できる。電極端子を折り曲げる作業の過程でボルトのネジ部分をＵ字状の切り欠き部に挿入する作業をも併せて行えるのである。

上記第１の発明によれば、板状の電極端子と蓋部との間を金属−樹脂接合によって封止するため電極端子がそのまま蓋部を貫通する構成として端子構造の簡素化を図ると共に、電池筐体外部における電極端子の配置姿勢を他の電池の電極端子との接続に好適な姿勢とすることで、電池自体の構成の簡素化、及び、電池を並べて配置する場合の構成の簡素化を実現できる。
又、電極端子の先端にＵ字状の切り欠き部を形成することで、ユーザ側で電極端子を折り曲げてバスバーとの連結作業を行う場合の作業負担を軽減することができる。

本発明の実施の形態にかかる要部斜視図 本発明の実施の形態にかかる要部断面図 本発明の実施の形態にかかる要部側面図 本発明の実施の形態にかかる外観斜視図

以下、本発明の電池の実施の形態を図面に基づいて説明する。
本実施の形態では、電池として二次電池の１例である非水電解液二次電池（より具体的にはリチウムイオン電池）を例示して説明する。

〔非水電解液二次電池ＲＢの構成〕
図１の斜視図及び図３の側面図に示すように、本実施の形態の非水電解液二次電池ＲＢは、図３で１点鎖線で示す扁平形状で且つ有底筒状（より具体的には有底矩形筒状）の缶体１の開放部に略平板状の蓋部２を被せて溶接して構成した電池筐体ＢＣを有している。図１に示すように、蓋部２は扁平形状の缶体１に対応した短冊状の長方形に形成されており、図４の外観斜視図に示すように、電池筐体ＢＣは全体として扁平な直方体形状を有している。

電池筐体ＢＣの内部には、図１及び図３において２点鎖線で示す発電要素３と集電体４，６が電解液に浸される状態で収納配置されている。発電要素３は、箔状正極板と箔状負極板とからなる一対の電極板の夫々に活物質を塗布し、セパレータを挟んで巻回して構成されている。
発電要素３は、箔状正極板が側方に延出して集電体４に溶接され、箔状負極板がそれと反対側の側方に延出して集電体６に溶接されている。
金属製（具体的には、アルミニウム製）の蓋部２には、正極側の集電体４及びその集電体４に連なる正極の電極端子５と、負極側の集電体６及びその集電体６に連なる負極の電極端子７とが、樹脂製の支持部１０，１１に支持される状態で取り付けられている。

正極側の集電体４及び電極端子５と負極側の集電体６及び電極端子７とは、支持部１０，１１も含めて同一形状のものが蓋部２の長手方向中央に対して対称姿勢で配置されている関係にある。正極側と負極側とで構成する材質のみが異なる。具体的には、正極側の集電体４及び電極端子５の材質はアルミニウムであり、負極側の集電体６及び電極端子７は銅である。
従って、両者を代表して正極側の構成についてのみ説明する。

板状部材にて構成されている電極端子５と集電体４とは別部材にて構成されているのではなく、単一の板材（アルミニウム板）から一体形成されている。
単一の板材を所定の形状に打ち抜き加工あるいは所定の形状に切削加工した後、集電体４部分及び電極端子５部分を図２に示す形状に折り曲げ加工している。
正極側の電極構造を断面図で示す図２によって更に詳細に説明すると、電極端子５における集電体４側寄りの箇所では、図２において矢印Ａで指し示す位置及び矢印Ｂで指し示す位置において、屈曲方向が交互となる状態で、夫々略９０度屈曲させている。これによって、電極端子５には階段状の段差が形成されている。更に、電極端子５における電池筐体ＢＣ外方側の端部には、先端側が開放したＵ字状の切り欠き部５ａ（負極側の電極端子７は切り欠き部７ａ、図１参照）が形成されている。切り欠き部５ａは、電極端子５，７への配線部材であるバスバーを固定するためのもので、詳しくは後述する。

上述のように一連に連なる状態で形成されている集電体４と電極端子５とは、集電体４が電池筐体ＢＣの内部に位置し、電極端子５が蓋部２を通過して電池筐体ＢＣの外部へと露出する位置関係となるので、電極端子５を取り付ける蓋部２には、電極端子５を挿通させるスリット状の孔２ａが形成されている。電極端子５は、この孔２ａを貫通して電池筐体ＢＣの外部に引き出されている。
スリット状の孔２ａはそれの短辺方向が電池筐体ＢＣの扁平面ＰＳ（図４参照）に沿う方向となっており、従って、電極端子５の取付け姿勢は、電極端子５の板面の法線方向（蓋部２の長手方向）が電池筐体ＢＣの扁平面ＰＳに沿う姿勢で蓋部２を貫通している。
更に、電極端子５は、電極端子５における蓋部２の貫通箇所（孔２ａの位置）から電池筐体ＢＣの外方側端部に至るまで、電池筐体ＢＣの外方へ向かう起立姿勢となっている。本実施の形態では、電極端子５の電池筐体ＢＣ外部側部分を蓋部２の法線方向と一致する直立姿勢としている。

蓋部２への電極端子５の取り付けは、いわゆる金属−樹脂接合によって行っている。
この金属−樹脂接合は、金属と樹脂とを強固に接合させる技術であり、例えば金属表面を表面処理して微少な凹部を形成し、その表面処理した金属を金型内に配置して樹脂を射出成形する。
具体的には、集電体４と電極端子５とを一体形成した部材、及び、蓋部２に対して上述の表面処理を施した後、電極端子５を蓋部２の孔２ａに通し、金型中に図２で示す姿勢で配置する。
ここで使用する金型は、図１乃至図３で示す支持部１０の形状に樹脂が流れるように構成されている。
この金型で樹脂を射出成形することで、図２に示す構造の蓋部２の組品が出来上がる。
以上は、正極側の電極端子５等について説明したが、負極側の電極端子７等についても同時に作業を行う。

図２に示す蓋部２の組品では、集電体４の部分が缶体１の側面に沿って蓋部２側へと延びて電極端子５へと連なっている。電極端子５の部分では、電池筐体ＢＣに内部側において、図２において矢印Ａで指し示す位置で略９０度屈曲して蓋部２に沿う姿勢となり、更に矢印Ｂで指し示す位置において矢印Ａの位置とは逆向きに略９０度屈曲している。矢印Ｂで指し示す位置で屈曲した電極端子５は、電池筐体ＢＣの外部に向かって延びて蓋部２の孔２ａを通過する。

このように、電極端子５を矢印Ａで指し示す位置及び矢印Ｂで指し示す位置で略９０度屈曲する屈曲形状に形成することで、電極端子５の形状は、矢印Ａで指し示す位置から矢印Ｂで指し示す位置までの範囲で、蓋部２の近傍で蓋部２に沿う姿勢となっている。
電極端子５を支持する支持部１０を構成する樹脂は、上記の蓋部２に沿う姿勢となっている部分においては、電極端子５の周囲を覆う状態で電極端子５と蓋部２との間に存在している。従って、蓋部２と電極端子５とを面と面とが互いに対向する姿勢として、支持部１０の樹脂と蓋部２との間、及び、支持部１０の樹脂と電極端子５との間を金属−樹脂接合にて接合しているため、両者を強固に接合している。

又、電極端子５における蓋部２の孔２ａを通過する（貫通する）部分でも、電極端子５と孔２ａとの間の空間に緻密に充填される状態で支持部１０を構成する樹脂が存在し、支持部１０の樹脂と電極端子５との間、及び、支持部１０の樹脂と蓋部２との間を金属−樹脂接合によって接合されて、気密封止されていると共に、電極端子５と蓋部２との間の絶縁が確保されている。

上記構成の非水電解液二次電池ＲＢは、１個のみで使用される場合もあるが、複数個の非水電解液二次電池ＲＢを接続して使用する場合も多い。
複数個の非水電解液二次電池ＲＢを接続して使用する場合を図４に示す。
図４では２個の非水電解液二次電池ＲＢを接続した場合を示しており、２個の非水電解液二次電池ＲＢを互いの扁平面ＰＳが対向するように並べて、電極端子５，７同士をバスバー２１にて接続している。

図４で示す接続形態は、一方の非水電解液二次電池ＲＢの負極側の電極端子７と他方の非水電解液二次電池ＲＢの正極側の電極端子５とをバスバー２１にて接続して、２つの非水電解液二次電池ＲＢを直列に接続した場合を示しているが、正極側の電極端子５同士、及び、負極側の電極端子７同士を接続して２つの非水電解液二次電池ＲＢを並列接続する使用形態も可能である。
バスバー２１と電極端子５，７とは、切り欠き部５ａを利用して、ボルト２２及びナット（非図示）にて固定している。

尚、図４は、起立姿勢の電極端子５，７にそのままバスバー２１を取付け固定しているが、電極端子５，７を適宜に折り曲げて使用することも可能である。
この場合、電極端子５，７の切り欠き部５ａは先端側が開放したＵ字状であるので、電極端子５，７を折り曲げる操作の過程で、固定設置したボルト等を切り欠き部５ａ内へ入り込ませることも可能であり、作業性が良い。

〔別実施形態〕
上記実施の形態では、本発明を非水電解液二次電池であるリチウムイオン電池に適用する場合を例示しているが、ニッケル水素電池等の各種の二次電池や、更には、一次電池にも適用することができる。

１ 缶体
２ 蓋部
３ 発電要素
４，６ 集電体
５，７ 電極端子
５ａ，７ａ 切り欠き部
ＢＣ 電池筐体

Claims (1)

1. 扁平形状で且つ有底筒状の缶体と、その缶体の開放部に取り付けられる略平板状の蓋部とを有する電池筐体が備えられ、その電池筐体内に一対の電極板を有する発電要素と前記電極板に接続される集電体とが配置され、前記集電体に連なる電極端子が、前記蓋部を貫通して外部に引き出されて構成されている電池であって、
   前記電極端子は、折り曲げ可能な板状部材にて形成され、
   前記電極端子の取付け姿勢が、前記電極端子の板面の法線方向が前記電池筐体の扁平面に沿う姿勢で前記蓋部を貫通し、且つ、前記電極端子における前記蓋部の貫通箇所から前記電池筐体の外方側端部に至るまで前記電池筐体の外方へ向かう起立姿勢で配置され、
   前記電極端子と前記蓋部との間が金属−樹脂接合にて封止されて構成され、
   前記電極端子における前記電池筐体外方側の端部に、先端側が開放したＵ字状の切り欠き部が形成されている電池。

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