JP5821969B2 - 二次電池の製造方法、及び、二次電池 - Google Patents

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Description

本発明は、電池ケースの内圧が作動圧力を超えた場合に、自身を流れる電流を遮断する圧力型の電流遮断機構を備える二次電池の製造方法、及び、このような二次電池に関する。
近年、リチウムイオン電池に代表される二次電池（以下、単に電池ともいう）は、携帯電話、ノートパソコン、デジタルカメラ等の小型電子機器のほか、ハイブリッド自動車や電気自動車などの駆動用電源として、広く用いられている。特に、ハイブリッド自動車や電気自動車などの車両に用いられる電池においては、高出力が要求されるため、個々の電池が大型化されると共に、複数の電池を直列ないし並列に接続して使用されている。さらに、二次電池を車両等に用いる場合には、特に高い安全性が要求される。このような電池として、例えば特許文献１には、電池の安全性を高めるため、電池ケースの内圧が上昇したときに電流を遮断する圧力型の電流遮断機構を備えた電池が開示されている。
特開２００８−６６２５４号公報
ところで、このような二次電池において、電極板の集電箔にアルミニウム箔を、集電部材にアルミニウム材を用いる場合などでは、この集電箔と集電部材とを抵抗溶接で確実に溶接するのは難しいため、超音波溶接がしばしば用いられる。
一方、圧力型の電流遮断機構は、電池ケースの内圧が上昇した際に、破断して電流を遮断する構造とされた弁部位を有している。このため、超音波溶接を用いて、電極板の集電箔と集電部材とを接続すると、超音波振動によって、集電部材のみならず、これに接続する電流遮断機構の弁部位をなす部材が、大きく振動してしまう場合がある。すると、超音波振動により、上述の弁部位に破断が生じて、電流遮断機構が誤って作動してしまい、電池製造の歩留りが悪くなる虞があった。また、製造時に弁部位をなす部材が破断しなかった電池についても、超音波振動の影響を受けている虞があり、遮断特性がばらつくなど製品（電池）における信頼性の点でも問題があった。加えて、車両に搭載する電池のように、インバータ制御によって電池を使用する場合には、電池使用時に流れるリップル電流により、電極体に微小振動が発生し、これが電流遮断機構へと伝わる場合がある。すると、この微小振動により、電流遮断機構の耐久性が悪化する虞もあった。
本発明は、かかる現状に鑑みてなされたものであって、電流遮断機構を備える二次電池において、製造時の超音波溶接による超音波振動により、電流遮断機構が誤って作動することを防止し、歩留りを良くした二次電池の製造方法、及び、電流遮断機構について高い信頼性を有する二次電池を提供することを目的とする。
上記課題を解決するための、本発明の一態様は、集電箔を含む電極板を有する電極体と、上記電極板の上記集電箔に自身の超音波溶接部で超音波溶接により接続された集電部材と、上記集電部材に導通接続された圧力型の電流遮断機構とを、電池ケース内に気密に収容してなり、上記電流遮断機構は、上記集電部材と一体にされた第１弁体と第２弁体とが連結部で連結され、上記第１弁体及び上記第２弁体の少なくともいずれかは、上記電池ケースの内圧の上昇により、互いの結合が破断する方向に移動する構成とされてなり、前記集電箔、前記集電部材、前記第１弁体、及び前記第２弁体は、いずれも同一の金属元素を含有する金属材料からなり、上記集電部材、上記第１弁体及び上記第２弁体のうち、少なくとも、上記超音波溶接部と上記連結部との間の一部が、上記金属元素及びこれとは異なる異種金属元素との合金である制振性金属の金属材料からなる二次電池の製造方法であって、上記集電部材と一体にされた上記第１弁体と上記第２弁体とを上記連結部で連結した構造体を形成する構造体形成工程と、上記構造体形成工程の後に、上記電極板の上記集電箔と上記集電部材の上記超音波溶接部とを超音波溶接する超音波溶接工程と、を備える二次電池の製造方法である。
この製造方法に係る二次電池は、電池ケースの内圧の上昇により、連結部を通じて連結された第１弁体と第２弁体の少なくともいずれかが、互いの結合が破断する方向に移動する構成とされた圧力型の電流遮断機構を備える。そして、この電池の製造方法では、集電部材と一体にされた第１弁体と第２弁体とを連結部で連結した構造体を形成した後に、電極板の集電箔と集電部材とを、超音波溶接で接続する。すると、電極板の集電箔と集電部材とを超音波溶接する際に、超音波振動により、第１弁体と第２弁体との結合（連結部あるいは破断予定部）が破断してしまう虞がある。
しかるに、この電池の製造方法では、集電部材、第１弁体及び第２弁体のうち、少なくとも、超音波溶接部と連結部との間の一部を、制振性金属で構成している。このため、電極板の集電箔と集電部材とを超音波溶接しても、超音波溶接部から連結部に向けて進む超音波振動は、少なくともこの間に存在する制振性金属で吸収されるので、伝わってきた超音波振動により、連結部あるいは破断予定部において、第１弁体と第２弁体との結合が破断してしまうことが抑えられる。従って、超音波溶接時に、電流遮断機構が誤って作動することを防止でき、歩留り良く二次電池を製造することができる。また、超音波振動による、連結部や刻印部などの破断予定部への影響も抑えられ、電流遮断機構について、特性ばらつきが少なく信頼性の高い二次電池となる。
さらにこの電池の製造方法では、集電箔、集電部材、第１弁体、及び第２弁体は、同一の金属元素を含有する金属材料からなる。加えて、制振性金属は、この同一の金属元素とこれとは異なる異種金属元素との合金を用いている。これにより、集電箔と集電部材の超音波溶接部との間の超音波溶接を容易に行うことができる。また、第１弁体と第２弁体との互いの連結（連結部の構成）も、同一金属元素を含む金属材料同士で良好に行うことができる。このため、超音波溶接や連結部の形成について、信頼性の高い二次電池が得られる。
なお、この二次電池では、集電部材、第１弁体及び第２弁体のうち、少なくとも、超音波溶接部と連結部との間の一部を、制振性金属で構成していれば良いが、集電部材、第１弁体及び第２弁体の三者を、同じ制振性金属で構成するのがより好ましい。また、第１弁体と集電部材とを、制振性金属の一体材で形成しても良い。
なお、制振性金属としては、鉄−アルミニウム合金や、マンガンをベースに銅・ニッケル・鉄を添加したＭ２０５２制振合金、鋳鉄、マグネシウム合金、フェライト系ステンレス鋼、ニッケル−チタン合金などが挙げられる。
また、連結部としては、第１弁体と第２弁体とを溶接等の接続手法で結合させた部位が挙げられる。また、破断予定部は、第１弁体あるいは第２弁体に設けられ、内圧の上昇によって、破断によって、第１弁体と第２弁体との結合が解除されるように構成された部位を指す。例えば、前述の連結部や、第１弁体あるいは第２弁体に形成された刻印部，薄肉部など他の部位よりも脆弱に形成された部位等が挙げられる。
さらに、上述の二次電池の製造方法であって、前記第１弁体及び前記第２弁体は、同一の前記制振性金属からなり、前記構造体形成工程は、上記第１弁体と上記第２弁体とを溶接により結合して前記連結部を構成する溶接工程を含む二次電池の製造方法とすると良い。
この電池の製造方法の構造体形成工程は、同一の制振性金属からなる第１弁体及び第２弁体を溶接する工程を含んでいる。このように溶接を同一材間で行うので、溶接の信頼性が良好にできる。また、超音波溶接時に、超音波振動を第１弁体で吸収できるのみならず、第１弁体から連結部を通じてさらに第２弁体へと伝わる経路においても、超音波振動を吸収することができる。従って、第１弁体と第２弁体を連結部で確実に結合できると共に、超音波溶接時の超音波振動により、電流遮断機構の第１弁体と第２弁体との連結部あるいは破断予定部が破断してしまうのをさらに抑え、さらに歩留り良く二次電池を製造することができる。また、超音波振動による連結部や刻印部などの破断予定部への影響をさらに抑えることができ、電流遮断機構について、さらに信頼性の高い二次電池となる。
さらに、上述のいずれかに記載の二次電池の製造方法であって、前記第１弁体及び前記集電部材は、前記制振性金属の一体材からなる二次電池の製造方法とすると良い。
この電池の製造方法では、制振性金属の一体材からなる第１弁体及び集電部材を用いている。これにより、第１弁体と集電部材を溶接等で結合する必要がなく、コストダウンを図りうる。加えて、超音波振動を第１弁体で吸収できるのみならず、集電部材においても、超音波振動を吸収することができる。従って、超音波溶接時の超音波振動により、連結部あるいは破断予定部において、電流遮断機構の第１弁体と第２弁体との結合が破断するのをより確実に抑制して、さらに歩留り良く二次電池を製造することができる。また、超音波振動による連結部や破断予定部への影響をさらに抑えることができ、電流遮断機構について、さらに信頼性の高い二次電池となる。
上記課題を解決するための、本発明の他の態様は、集電箔を含む電極板を有する電極体と、上記電極板の上記集電箔に自身の超音波溶接部で超音波溶接により接続された集電部材と、上記集電部材に導通接続された圧力型の電流遮断機構とを、電池ケース内に気密に収容してなり、上記電流遮断機構は、上記集電部材と一体にされた第１弁体と第２弁体とが連結部で連結され、上記第１弁体及び上記第２弁体の少なくともいずれかは、上記電池ケースの内圧の上昇により、互いの結合が破断する方向に移動する構成とされてなり、前記集電箔、前記集電部材、前記第１弁体、及び前記第２弁体は、いずれも同一の金属元素を含有する金属材料からなり、上記集電部材、上記第１弁体及び上記第２弁体のうち、少なくとも、上記超音波溶接部と上記連結部との間の一部が、上記金属元素及びこれとは異なる異種金属元素との合金である制振性金属の金属材料からなる二次電池である。
この電池は、集電部材、第１弁体及び第２弁体のうち、少なくとも超音波溶接部と連結部との間の一部を制振性金属で構成した上で、電極板の集電箔と集電部材とを、超音波溶接で接続してある。このため、電極板の集電箔と集電部材との超音波溶接時に、超音波溶接部から連結部に向けて伝わる超音波振動は、少なくともこの間で吸収される。従って、超音波溶接時に、連結部あるいは破断予定部において、第１弁体と第２弁体との結合が破断することが抑えられるのみならず、超音波振動による連結部や破断予定部への影響も抑制でき、電流遮断機構の特性ばらつきが少なく信頼性の高い二次電池となる。
ところで、電池をインバータ制御で使用する場合には、電池を流れるリップル電流により、電極体に微小振動が発生する場合がある。しかるに、この電池では、リップル電流による微小振動も、少なくとも超音波溶接部と連結部との間で吸収することができる。これにより、この微小振動による電流遮断機構の耐久性への影響も抑制することができる。従って、この点からも、電流遮断機構について、高い信頼性を有する二次電池となる。
さらにこの電池は、集電箔、集電部材、第１弁体、及び第２弁体は、同一の金属元素を含有する金属材料からなる。加えて、制振性金属は、この同一の金属元素とこれとは異なる異種金属元素との合金となっている。これにより、集電箔と集電部材の超音波溶接部との間の超音波溶接や、第１弁体と第２弁体との互いの連結（連結部の構成）が、同一金属元素を含む金属材料同士で行われており、信頼性が良好である。このため、超音波溶接や連結部の形成について、信頼性の高い二次電池となる。
更に、上述の二次電池であって、前記第１弁体及び前記第２弁体は、同一の前記制振性金属からなり、溶接により結合して前記連結部を構成してなる二次電池とすると良い。
この電池は、第１弁体と第２弁体を同一の制振性金属とし、両者を溶接により結合して連結部を構成している。このように溶接が同一材間で行われているので、溶接の信頼性が良好である。さらに、電池使用時にリップル電流等による微小振動が生じても、これを第１弁体で吸収できるのみならず、第２弁体へと伝わる経路においても、吸収することができる。このため、電流遮断機構について、さらに高い信頼性を有する二次電池となる。
更に、上述のいずれかに記載の二次電池であって、前記第１弁体及び前記集電部材は、前記制振性金属の一体材からなる二次電池とすると良い。
この電池は、第１弁体及び集電部材を、制振性金属の一体材で構成している。このため、電池使用時にリップル電流等による微小振動が生じても、第１弁体で吸収できるのみならず、集電部材においても、吸収することができる。従って、電流遮断機構について、さらに高い信頼性を有する二次電池となる。
更に、上述の二次電池であって、前記集電箔は、アルミニウム箔であり、前記制振金属は、制振性鉄−アルミニウム合金である二次電池とすると良い。
この電池は、第１弁体と集電部材の一体材をなす制振性金属として、制振性鉄−アルミニウム合金を用いている。この制振性鉄−アルミニウム合金は、アルミニウムと良好に超音波溶接することが可能である。このため、集電箔をなすアルミニウム箔に、この制振性鉄−アルミニウム合金からなる集電部材を適切に超音波溶接することができる。かくして、この電池は、集電部材に制振性金属を用いながらも、これと集電箔とを良好に超音波溶接した二次電池となる。
更に、上述の二次電池であって、前記制振性鉄−アルミニウム合金は、アルミニウムを６〜１０重量％含有し、残部が鉄及び不可避不純物からなる二次電池とすると良い。
鉄−アルミニウム合金のうちでも、アルミニウムを６〜１０重量％含有し、残部が鉄及び不可避不純物からなる合金は、制振性合金として、特に良好な制振性を有する。従って、電流遮断機構について、より高い信頼性を有する二次電池となる。
実施形態１に係るリチウムイオン二次電池の斜視図である。 実施形態１に係る負極端子の構成を示す分解斜視図である。 実施形態１に係る電流遮断機構を含む正極端子の構成を示す斜視図である。 実施形態１に係る電流遮断機構を含む正極端子の構成を示す分解斜視図である。 実施形態１に係り、図３におけるＡ−Ａ断面による電流遮断機構の縦断面図である。 実施形態２に係るハイブリッド自動車を示す説明図である。
（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に係るリチウムイオン二次電池１（以下、単に電池１ともいう）の斜視図を示す。まず、電池１の構成の概略について説明する。なお、以下では、各図面における上方を電池１の上側ＵＷ（上方ＵＷ）、下方を電池１の下側ＤＷ（下方ＤＷ）として説明する。この電池１は、正極板２１及び負極板２２を有する電極体２０と、非水系の電解液３０と、これら電極体２０及び電解液３０を気密に収容してなる角型の電池ケース１０と、正極板２１に接続して電池ケース１０外に延出する正極端子６０と、負極板２２に接続して電池ケース１０外に延出する負極端子７０とを有する。
このうち、電池ケース１０は、開口を含むケース本体部材１１及び封口蓋１２を有する。このうち封口蓋１２は、矩形板状であり、ケース本体部材１１の開口を閉塞して、このケース本体部材１１に溶接されている。また、封口蓋１２には、電解液３０を注液するための注液孔１２Ｈが設けられており、さらに、正極端子６０の一部である正極外部端子６１及び負極端子７０の一部である負極外部端子７１が、それぞれ電池ケース１０外に固設されている。このうち、正極外部端子６１は、ボルト６２及びクランク状（Ｚ字状）に屈曲されたアルミニウム板からなる正極外部端子部材６３により構成され、樹脂からなる外部ガスケット８０を介して、封口蓋１２に固設されている。また、負極外部端子７１は、ボルト７２及びクランク状（Ｚ字状）に屈曲された銅板からなる負極外部端子部材７３により構成され、樹脂からなる外部ガスケット９０を介して、封口蓋１２に固設されている。
電極体２０は、絶縁フィルムを袋状に形成した絶縁フィルム包囲体（図示しない）内に収容され、横倒しにした状態で電池ケース１０内に収容されている。この電極体２０は、帯状の正極板２１と帯状の負極板２２とを、帯状のセパレータ（図示しない）を介して互いに重ねて捲回し、扁平状に圧縮したものである。
このうち、正極板２１は、芯材として、帯状のアルミニウム箔からなる正極集電箔２１ｓを有する。この正極集電箔２１ｓには、その両面に正極活物質、導電剤及び結着剤からなる正極活物質層（図示しない）が帯状に設けられており、その一方辺は、この正極活物質層が存在しない正極リード部２１ｆとされている。即ち、正極リード部２１ｆは、正極板２１のうち、アルミニウム箔の正極集電箔２１ｓが露出した部位となっている。
また、負極板２２は、芯材として、帯状の銅箔からなる負極集電箔２２ｓを有する。この負極集電箔２２ｓには、その両面に負極活物質、結着剤及び増粘剤からなる負極活物質層（図示しない）が帯状に設けられており、その一方辺は、この負極活物質層が存在しない負極リード部２２ｆとされている。即ち、負極リード部２２ｆは、負極板２２のうち、銅箔の負極集電箔２２ｓが露出した部位となっている。
電極体２０のうち、正極板２１の正極リード部２１ｆ（正極集電箔２１ｓ）には、正極端子６０が接続されている（図１，図３，図４参照）。この正極端子６０は、電池ケース１０外に配置された前述の正極外部端子６１のほか、電池ケース１０内に位置する電流遮断機構２、及び正極集電部材６４Ｂからなる。なお、正極集電部材６４Ｂは、後述する正極内部導通部材６４の一部であり、この正極内部導通部材６４は、制振性鉄−アルミニウム合金からなる。そして、正極集電部材６４Ｂは、クランク状に屈曲されて、正極板２１の正極リード部２１ｆ（正極集電箔２１ｓ）と、超音波溶接されている。
また、電流遮断機構２は、電池ケース１０内に配置され、正極集電部材６４Ｂと正極外部端子６１（正極外部端子部材６３）との間に介在して、両者間を導通し、電池ケース１０の内圧Ｐｉが作動圧力Ｐｆを超えた場合に、自身を流れる電池の充放電電流Ｉｄを遮断する圧力型の安全機構である。
一方、負極板２２の負極リード部２２ｆ（負極集電箔２２ｓ）には、負極端子７０が接続されている（図１，図２参照）。この負極端子７０は、電池ケース１０外に配置された前述の負極外部端子７１のほか、電池ケース１０内に位置する負極集電部材７４Ｂからなる。なお、負極集電部材７４Ｂは、後述する負極内部導通部材７４の一部であり、この負極内部導通部材７４は、銅からなる。そして、、負極集電部材７４Ｂは、クランク状に屈曲されて、負極板２２の負極リード部２２ｆ（負極集電箔２２ｓ）と、抵抗溶接されている。
次いで、正極端子６０の構造について、より詳細に説明する（図１，図３，図４，図５参照）。電池ケース１０の封口蓋１２は、正極貫通孔１２Ｃを有し、この正極貫通孔１２Ｃに、前述したように、ボルト６２及び正極外部端子部材６３により構成される正極外部端子６１が、外部ガスケット８０を介して固設されている。
このうち、外部ガスケット８０は、概略Ｌ字状に形成され、六角柱状の凹部をなすボルト保持孔８０Ｈと貫通孔８０Ｃを有する。また、正極外部端子部材６３は、２つの貫通孔６３Ｂ，６３Ｃを有する。そして、ボルト６２は、その六角柱状の頭部６２Ａが、外部ガスケット８０のボルト保持孔８０Ｈに嵌挿されると共に、ネジ部６２Ｂが、正極外部端子部材６３の一方の貫通孔６３Ｂを挿通している。また、正極外部端子部材６３のもう一方の貫通孔６３Ｃは、外部ガスケット８０の貫通孔８０Ｃと共に、封口蓋１２の正極貫通孔１２Ｃに同軸に位置合わせされている。
一方、正極貫通孔１２Ｃの図中下側ＤＷの電池ケース１０内には、電流遮断機構２が配置されている。この電流遮断機構２は、円環板状のシールゴム８１、樹脂からなる第１内部ガスケット８２、封栓６７、空間形成部材６６、板状の第２弁体６５、樹脂からなる第２内部ガスケット８３、及び正極内部導通部材６４により構成されている。なお、正極内部導通部材６４は、第１弁体６４Ａ及び正極集電部材６４Ｂとからなる。
このうち、空間形成部材６６は、アルミニウムからなり、図中下側ＤＷに開口６６Ｈを有する有底四角筒状の空間形成部６６Ｂと、この空間形成部６６Ｂの図中上側ＵＷの底部６６ＢＴから上方ＵＷに延びる円筒状のカシメ部６６Ａとからなる。また、カシメ部６６Ａ内は、筒孔６６Ｃとされており、空間形成部６６Ｂ内まで貫通している。なお、この筒孔６６Ｃは、後述するように、アルミニウムからなる封栓６７により封孔される。
また、樹脂からなる第１内部ガスケット８２は、図中下側ＤＷに開口８２Ｈを有する有底四角筒状をなす。その図中上側ＵＷの底部８２Ｔには、その中央にシールゴム８１の外径よりも径大な円孔８２Ｃを有し、この円孔８２Ｃ内にシールゴム８１を収容可能とされている。そして、図中下側ＤＷの開口８２Ｈを通じて、空間形成部材６６の空間形成部６６Ｂに外嵌可能とされている。さらに、第１内部ガスケット８２の側面の対向する２面に、第２内部ガスケット８３との嵌合に用いる凸状の嵌合凸部８２Ｄが、各々３個ずつ設けられている。
一方、第２内部ガスケット８３は、図中下側ＤＷの平面視、矩形状の本体部８３Ａと、この本体部８３Ａの２つの側縁からそれぞれ図中上側ＵＷに立ち上がる側壁８３Ｂを有する。このうち、本体部８３Ａには、後述する第１弁体６４Ａを挿入可能な矩形状の空間をなして貫通する保持溝８３Ｃを有する。加えて、この本体部８３Ａの平面視、中央部分には、保持溝８３Ｃを隔てて、図中上側ＵＷ及び下側ＤＷのそれぞれに円孔８３Ｅ，８３Ｆが貫通形成されている（図５参照）。２つの側壁８３Ｂには、それぞれ側壁８３Ｂを貫通する嵌合孔８３Ｄが、各々３箇所設けられている。そして、この嵌合孔８３Ｄを第１内部ガスケット８２の嵌合凸部８２Ｄに嵌合させることにより、第２内部ガスケット８３は、第１内部ガスケット８２に係止可能とされている。
そして、空間形成部材６６の空間形成部６６Ｂに、第１内部ガスケット８２が外嵌されると共に、空間形成部材６６のカシメ部６６Ａは、第１内部ガスケット８２及びこれに収容されたシールゴム８１を介して、封口蓋１２の正極貫通孔１２Ｃ、外部ガスケット８０の貫通孔８０Ｃ及び正極外部端子部材６３の貫通孔６３Ｃに挿通されている。さらに、カシメ部６６Ａの先端部分６６ＡＳは、拡径されて正極外部端子部材６３に加締められた後に、レーザ溶接されている。これにより、空間形成部材６６は、封口蓋１２に固設される。
空間形成部材６６の空間形成部６６Ｂのうち、開口６６Ｈの開口端６６ＨＥはレーザ溶接により、第２弁体６５で気密に封止されて、空間形成部材６６と第２弁体６５とで、内部空間Ｃを形成している。この内部空間Ｃは、真空とされ、空間形成部材６６のカシメ部６６Ａの筒孔６６Ｃは、封栓６７で封孔されている。さらに、この封栓６７は、カシメ部６６Ａの先端部分６６ＡＳにレーザ溶接されている。第２弁体６５は、概略矩形板状で、Ｆｅ−８ｗｔ％Ａｌの制振性鉄−アルミニウム合金からなる。
この第２弁体６５は、その中央に図中下向きに突出した凸部６５Ａを有し、この凸部６５Ａには、後述する正極内部導通部材６４の第１弁体６４Ａが、溶接により連結されている。また、空間形成部材６６及び第２弁体６５のうち、空間形成部材６６には、前述の通り、図中上側ＵＷから第１内部ガスケット８２が外嵌されている。これに、さらに図中下側ＤＷから第２内部ガスケット８３が外嵌され、第１内部ガスケット８２の嵌合凸部８２Ｄに第２内部ガスケット８３の嵌合孔８３Ｄが嵌合されている。これにより、空間形成部材６６及び第２弁体６５を、第１内部ガスケット８２及び第２内部ガスケット８３で挟むと共に、第２内部ガスケット８３は、第１内部ガスケット８２に吊下、保持されている。
正極内部導通部材６４は、図中上側ＵＷに位置する矩形板状の第１弁体６４Ａと、この第１弁体６４Ａの一辺縁６４ＡＥからクランク状に屈曲しつつ、図中下方ＤＷに延びる正極集電部材６４Ｂとを一体に有する。なお、この正極内部導通部材６４も、Ｆｅ−８ｗｔ％Ａｌの制振性鉄−アルミニウム合金の一体材からなる。従って、この正極内部導通部材６４と第２弁体６５とは、同一の制振性鉄−アルミニウム合金で構成されている。この制振性鉄−アルミニウム合金は、特に良好な制振性を有すると共に、アルミニウムと良好に超音波溶接可能である。
正極内部導通部材６４は、その第１弁体６４Ａが、第２内部ガスケット８３の保持溝８３Ｃに挿入されて、第２内部ガスケット８３に吊下、保持されている。また、第１弁体６４Ａの円形状の中央部６４Ｃは、その厚みが周囲よりも薄くされると共に、第２弁体６５の凸部６５Ａにレーザ溶接により連結されて連結部ＫＧとされている。加えて、第１弁体６４Ａの中央部６４Ｃの周縁には、次述するように破断することが予定されている破断予定部であるＶ溝状の刻印部６４Ｋが円環状に設けてある。
空間形成部材６６と第２弁体６５とで形成された内部空間Ｃは、真空とされて、空間形成部材６６のカシメ部６６Ａの筒孔６６Ｃが、封栓６７で封孔された後、封栓６７は、カシメ部６６Ａの先端部分６６ＡＳにレーザ溶接されている。このため、電池ケース１０の内圧Ｐｉが上昇すると、第２弁体６５が凹状に変形して、凸部６５Ａが図中上方ＵＷに移動する。そして、内圧Ｐｉが作動圧力Ｐｆを超えると、第１弁体６４Ａの刻印部６４Ｋが破断して、第１弁体６４Ａと第２弁体６５との結合が解除される。このようにして、第１弁体６４Ａ、第２弁体６５及び空間形成部材６６を主たる構成部材として、圧力型の電流遮断機構２が構成される。また、正極外部端子６１、電流遮断機構２及び正極内部導通部材６４が、封口蓋１２に固設され、これらで正極端子６０をなす。なお、正極内部導通部材６４は、正極集電部材６４Ｂの先端部６４ＢＳ（超音波溶接部）で、正極板２１の正極リード部２１ｆ（正極集電箔２１ｓ）に超音波溶接されている。
次いで、負極端子７０の構造について、詳細に説明する（図１，図２参照）。電池ケース１０の封口蓋１２は、負極貫通孔１２Ｄを有し、この負極貫通孔１２Ｄに、前述したように、ボルト７２及び負極外部端子部材７３により構成される負極外部端子７１が、外部ガスケット９０を介して固設されている。
このうち、概略Ｌ字状の外部ガスケット９０は、六角柱状の凹部をなすボルト保持孔９０Ｈと貫通孔９０Ｃを有し、負極外部端子部材７３は、２つの貫通孔７３Ｂ，７３Ｃを有する。ボルト７２のうち、六角柱状の頭部７２Ａは、ボルト保持孔９０Ｈに嵌挿され、ネジ部７２Ｂは、負極外部端子部材７３の貫通孔７３Ｂを挿通している。また、貫通孔７３Ｃは、外部ガスケット９０の貫通孔９０Ｃと共に、封口蓋１２の負極貫通孔１２Ｄに同軸に位置合わせされている。
一方、負極貫通孔１２Ｄの図中下側ＤＷの電池ケース１０内には、円環板状のシールゴム９１、樹脂からなる内部ガスケット９２及び負極内部導通部材７４が配置されている。負極内部導通部材７４は、矩形板状の板状基部７４Ｃと、この板状基部７４Ｃから図中上方ＵＷに延びる円筒状のカシメ部７４Ａと、板状基部７４Ｃの一辺縁７４ＣＥからクランク状に屈曲しつつ、図中下方ＤＷに延びる負極集電部材７４Ｂとを一体に有する。また、内部ガスケット９２は、矩形板状をなし、その中央にシールゴム９１の外径よりも径大な円孔９２Ｃを有し、この円孔９２Ｃ内にシールゴム９１を収容可能とされている。
負極内部導通部材７４の板状基部７４Ｃは、内部ガスケット９２及びこれに収容されたシールゴム９１に当接し、これらを介して、カシメ部７４Ａが、封口蓋１２の負極貫通孔１２Ｄ、外部ガスケット９０の貫通孔９０Ｃ及び負極外部端子部材７３の貫通孔７３Ｃに挿通されている。さらに、カシメ部７４Ａの先端部分７４ＡＳは、拡径されて負極外部端子部材７３に加締められた後に、レーザ溶接されている。これにより、負極内部導通部材７４は、封口蓋１２に固設されている。また、負極外部端子７１及び負極内部導通部材７４が、封口蓋１２に固設され、これらで負極端子７０をなす。なお、負極内部導通部材７４は、負極集電部材７４Ｂの先端部７４ＢＳで、負極板２２の負極リード部２２ｆ（負極集電箔２２ｓ）に抵抗溶接されている。
以上で述べたように、この電池１は、正極集電部材６４Ｂと第１弁体６４Ａとの一体材である正極内部導通部材６４を制振性鉄−アルミニウム合金で構成した上で、正極板２１の正極集電箔２１ｓと正極集電部材６４Ｂとを、超音波溶接で接続してある。このため、正極板２１の正極集電体２１ｓと正極集電部材６４Ｂとの超音波溶接時に、正極集電部材６４Ｂの先端部６４ＢＳ（超音波溶接部）から連結部ＫＧに向けて伝わる超音波振動は、一体材である正極内部導通部材６４で吸収される。従って、超音波溶接時に、連結部ＫＧあるいは刻印部６４Ｋにおいて、第１弁体６４Ａと第２弁体６５との結合が破断することが抑えられるのみならず、超音波振動による連結部ＫＧあるいは刻印部６４Ｋへの影響も抑制でき、電流遮断機構２の特性ばらつきが少なく信頼性の高い電池１となる。
ところで、電池１をハイブリッド自動車や電気自動車に車載して、モータ駆動に使用する場合などでは、電池１をインバータ制御で使用することがある。この場合、電池１を流れるリップル電流により、電極体２０に微小振動が発生する場合がある。しかるに、この電池１では、リップル電流による微小振動も、正極内部導通部材６４で吸収することができる。これにより、この微小振動による電流遮断機構２の耐久性への影響も抑制することができる。従って、この点からも、電流遮断機構２について、高い信頼性を有する電池１となる。
さらに、この電池１は、第１弁体６４Ａと第２弁体６５を同一の制振性金属とし、両者を溶接により結合して連結部ＫＧを構成している。このように溶接が同一材間で行われているので、溶接の信頼性が良好である。さらに、電池１の使用時にリップル電流等による微小振動が生じても、これを正極内部導通部材６４で吸収できるのみならず、第２弁体６５へと伝わる経路においても、吸収することができる。このため、電流遮断機構２について、さらに高い信頼性を有する電池１となる。
さらに、この電池１は、第１弁体６４Ａと正極集電部材６４Ｂの一体材である正極内部導通部材６４をなす制振性金属として、Ｆｅ−８ｗｔ％Ａｌの制振性鉄−アルミニウム合金を用いている。この鉄−アルミニウム合金は、特に良好な制振性を有すると共に、アルミニウムと良好に超音波溶接することが可能である。このため、正極集電箔２１ｓをなすアルミニウム箔に、この鉄−アルミニウム合金からなる正極集電部材６４Ｂと第１弁体６４Ａとの一体材である正極内部導通部材６４を適切に超音波溶接することができる。かくして、この電池１は、正極内部導通部材６４に制振性金属を用いて、電流遮断機構２について、より高い信頼性を有しながらも、正極集電部材６４Ｂと正極集電箔２１ｓとを良好に超音波溶接した電池１となる。
次いで、本実施形態１に係る電池１の製造方法について説明する。まず、電極体２０の形成について説明する。まず、アルミニウム箔（正極集電箔２１ｓ）の両面に、一方辺の正極リード部２１ｆを残して、リチウム複合酸化物からなる正極活物質粒子（図示しない）を含む正極ペーストを塗布し、その後に乾燥させ、これをプレスして、正極板２１を形成する。一方、銅箔（負極集電箔２２ｓ）の両面に、一方辺の負極リード部２２ｆを残して、天然黒鉛からなる負極活物質粒子（図示しない）を含む負極ペーストを塗布し、その後乾燥、プレスして、負極板２２を形成する。次いで、正極板２１と負極板２２とを、セパレータ（図示しない）を介在して捲回し、扁平状に圧縮して電極体２０とする。
また別途、電池ケース１０の封口蓋１２に、正極外部端子６１、電流遮断機構２及び正極内部導通部材６４で構成される正極端子６０を、また、負極外部端子７１及び負極内部導通部材７４で構成される負極端子７０を、それぞれ固設する。
まず、負極端子７０をなす各部材の固設について説明する。まず、ボルト７２の頭部７２Ａを、外部ガスケット９０のボルト保持孔９０Ｈに嵌挿すると共に、ネジ部７２Ｂを、負極外部端子部材７３の一方の貫通孔７３Ｂに挿通する。また、負極外部端子部材７３のもう一方の貫通孔７３Ｃを、外部ガスケット９０の貫通孔９０Ｃと共に、封口蓋１２の負極貫通孔１２Ｄに同軸に位置合わせする。そして、負極内部導通部材７４の円筒状のカシメ部７４Ａを、内部ガスケット９２及びシールゴム９１に挿通し、さらに上述の封口蓋１２の負極貫通孔１２Ｄ、外部ガスケット９０の貫通孔９０Ｃ及び負極外部端子部材７３の貫通孔７３Ｃに挿通する。さらに、カシメ部７４Ａの先端部分７４ＡＳを、拡径して負極外部端子部材７３に加締めた後に、レーザ溶接する。以上により、封口蓋１２に、負極端子７０をなす各部材を固設する。
次に、電流遮断機構２を含む正極端子６０をなす各部材の固設について説明する。まず、空間形成部材６６の空間形成部６６Ｂのうち、開口６６Ｈの開口端６６ＨＥに、第２弁体６５の周縁部６５Ｅをレーザ溶接で気密に接合する。さらに、溶接した空間形成部材６６及び第２弁体６５のうち、空間形成部材６６に第１内部ガスケット８２を図中上側ＵＷから外嵌する。さらに、これらに第２内部ガスケット８３を図中下側ＤＷから外嵌して、空間形成部材６６及び第２弁体６５を第１内部ガスケット８２と第２内部ガスケット８３とで挟み、第２内部ガスケット８３の嵌合孔８３Ｄを第１内部ガスケット８２の嵌合凸部８２Ｄに嵌合させる。
さらに、第２内部ガスケット８３の保持溝８３Ｃに、正極内部導通部材６４の第１弁体６４Ａを挿入して、第１弁体６４Ａの中央部６４Ｃを、第２弁体６５の凸部６５Ａに当接させ、レーザ溶接（溶接工程）で連結させて連結部ＫＧを形成する。これにより、正極集電部材６４Ｂと第１弁体６４Ａとが一体とされた正極内部導通部材６４、第２弁体６５のほか、空間形成部材６６、第１内部ガスケット８２及び第２内部ガスケット８３からなる構造体６０Ｋが形成される（構造体形成工程）。
次に、ボルト６２の頭部６２Ａを、外部ガスケット８０のボルト保持孔８０Ｈに嵌挿すると共に、ネジ部６２Ｂを、正極外部端子部材６３の一方の貫通孔６３Ｂに挿通する。また、正極外部端子部材６３のもう一方の貫通孔６３Ｃを、外部ガスケット８０の貫通孔８０Ｃと共に、封口蓋１２の正極貫通孔１２Ｃに同軸に位置合わせする。そして、構造体６０Ｋのうち空間形成部材６６のカシメ部６６Ａを、シールゴム８１に挿通して、さらに封口蓋１２の正極貫通孔１２Ｃ、外部ガスケット８０の貫通孔８０Ｃ及び正極外部端子部材６３の貫通孔６３Ｃに挿通する。さらに、カシメ部６６Ａの先端部分６６ＡＳを拡径し加締めた後、正極外部端子部材６３とカシメ部６６Ａの先端部分６６ＡＳとをレーザ溶接する。
構造体６０Ｋのうち空間形成部材６６と第２弁体６５とで形成された内部空間Ｃを真空とした後、空間形成部材６６のカシメ部６６Ａの筒孔６６Ｃを、封栓６７で封孔する。さらに、レーザ溶接で、封栓６７をカシメ部６６Ａの先端部分６６ＡＳに結合する。かくして、封口蓋１２に、正極端子６０をなす各部材が固設される。
次いで、封口蓋１２と一体とされた正極内部導通部材６４の正極集電部材６４Ｂ、及び負極内部導通部材７４の負極集電部材７４Ｂと、電極体２０とを接続する。具体的には、銅からなる負極集電部材７４Ｂを負極板２２の負極リード部２２ｆ（負極集電箔２２ｓ）に、抵抗溶接する。一方、正極集電部材６４Ｂを正極板２１の正極リード部２１ｆ（正極集電箔２１ｓ）に、超音波溶接する（超音波溶接工程）。ここで、正極集電部材６４Ｂ及び第１弁体６４Ａをなす正極内部導通部材６４と、第２弁体６５とは、前述したように、いずれもＦｅ−８ｗｔ％Ａｌからなる制振性鉄−アルミニウム合金で構成されている。このため、超音波溶接時の超音波振動は、正極内部導通部材６４Ｂ、第１弁体６４Ａのほか、第２弁体６５で吸収される。これにより、超音波振動によって、第１弁体６４Ａと第２弁体６５との連結部ＫＧあるいは刻印部６４Ｋが、破断してしまうのを防止できる。
次いで、電極体２０をケース本体部材１１内に収容し、封口蓋１２でケース本体部材１１を封口し、封口蓋１２をケース本体部材１１にレーザ溶接する。その後、封口蓋１２の注液孔１２Ｈから電解液３０を注液し、注入後、注液孔１２Ｈを封止する。次いで、この電池１の初期充放電を行う。かくして、電池１が完成する。
以上で述べたように、正極集電部材６４Ｂ、第１弁体６４Ａ及び第２弁体６５のうち、少なくとも、正極集電部材６４Ｂの先端部６４ＢＳ（超音波溶接部）と連結部ＫＧとの間の一部（本実施形態１では、正極集電部材６４Ｂと第１弁体６４Ａとの一体材である正極内部導通部材６４及び第２弁体６５）を、制振性金属（制振性鉄−アルミニウム合金）で構成している。このため、正極板２１の正極集電箔２１ｓと正極集電部材６４Ｂとを超音波溶接しても、正極集電部材６４Ｂの先端部６４ＢＳから連結部ＫＧに向けて進む超音波振動は、少なくともこの間（本実施形態１では、正極内部導通部材６４）で吸収されるので、伝わってきた超音波振動により、連結部ＫＧあるいは刻印部６４Ｋにおいて、第１弁体６４Ａと第２弁体６５との結合が破断してしまうのを防止できる。従って、超音波溶接時に、電流遮断機構２が誤って作動することを防止でき、歩留り良く電池１を製造することができる。また、超音波振動による連結部ＫＧあるいは刻印部６４Ｋへの影響も抑えられ、電流遮断機構２について、特性ばらつきが少なく信頼性の高い電池１となる。
加えて、この電池１の製造方法では、正極板２１の正極集電箔２１ｓにアルミニウム箔を用い、正極集電部材６４Ｂと第１弁体６４Ａとの一体材である正極内部導通部材６４及び第２弁体６５に制振性鉄−アルミニウム合金を用いており、これらは全て同一の金属元素であるアルミニウムを含有している。これにより、正極集電箔２１ｓと正極集電部材６４Ｂの先端部６４ＢＳとの超音波溶接や、第１弁体６４Ａと第２弁体６５との連結部ＫＧのレーザ溶接が良好に行えるので、これらについて、信頼性の高い電池１が得られる。
さらに、この電池１の製造方法の構造体形成工程は、同一の制振性鉄−アルミニウム合金からなる正極内部導通部材６４の第１弁体６４Ａ及び第２弁体６５を溶接する工程を含んでいる。ここでは、溶接を同一材間で行うので、溶接の信頼性が良好にできる。また、超音波溶接時に、超音波振動を第１弁体６４Ａ（正極内部導通部材６４）で吸収できるのみならず、第１弁体６４Ａ（正極内部導通部材６４）から連結部ＫＧを通じてさらに第２弁体６５へと伝わる経路においても、超音波振動を吸収することができる。従って、第１弁体６４Ａと第２弁体６５を連結部ＫＧで確実に結合できると共に、超音波溶接時の超音波振動により、電流遮断機構２の第１弁体６４Ａと第２弁体６５との連結部ＫＧあるいは刻印部６４Ｋが破断してしまうのをさらに抑え、さらに歩留り良く電池１を製造することができる。また、超音波振動による連結部ＫＧあるいは刻印部６４Ｋへの影響をさらに抑えることができ、電流遮断機構２について、さらに信頼性の高い電池１となる。
さらに、この電池１の製造方法では、制振性金属の一体材からなる第１弁体６４Ａ及び正極集電部材６４Ｂ（正極内部導通部材６４）を用いている。これにより、第１弁体６４Ａと正極集電部材６４Ｂを溶接等によって結合する必要がなく、コストダウンを図りうる。加えて、超音波振動を第１弁体６４Ａで吸収できるのみならず、正極集電部材６４Ｂにおいても、超音波振動を吸収することができる。従って、超音波溶接時の超音波振動により、連結部ＫＧあるいは刻印部６４Ｋにおいて、電流遮断機構２の第１弁体６４Ａと第２弁体６５との結合が破断するのをより確実に抑制して、さらに歩留り良く電池１を製造することができる。また、超音波振動による連結部ＫＧあるいは刻印部６４Ｋへの影響をさらに抑えることができ、電流遮断機構２について、さらに信頼性の高い電池１となる。
（実施形態２）
次いで、第２の実施の形態について説明する。本実施形態２に係るハイブリッド自動車（車両）７００（以下、単に自動車７００とも言う）は、実施形態１に係る電池１を搭載し、この電池１に蓄えた電気エネルギーを、駆動源の駆動エネルギーの全部または一部として使用するものである（図６参照）。
この自動車７００は、電池１を複数組み合わせた組電池７１０を搭載し、エンジン７４０、フロントモータ７２０及びリアモータ７３０を併用して駆動するハイブリッド自動車である。具体的には、この自動車７００は、その車体７９０に、エンジン７４０と、フロントモータ７２０及びリアモータ７３０と、組電池７１０（電池１）と、ケーブル７５０と、インバータ７６０とを搭載する。そして、この自動車７００は、組電池７１０（電池１）に蓄えられた電気エネルギを用いて、フロントモータ７２０及びリアモータ７３０を駆動できるように構成されている。
この自動車７００では、フロントモータ７２０及びリアモータ７３０の駆動に際して、組電池７１０（電池１）を、インバータ７６０によるインバータ制御で使用する。このため、電池１には、リップル電流による微小振動が発生する場合がある。しかるに、前述したように、この電池１では、リップル電流による微小振動を、正極内部導通部材６４で吸収することができる。従って、電池１は、微小振動による電流遮断機構２の耐久性への影響を抑制し、高い信頼性を有するので、この電池１を搭載する自動車７００の信頼性を高くできる。
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１及び２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言うまでもない。
例えば、実施形態１では、制振性金属として、制振性鉄−アルミニウム合金を用いたが、他の制振性金属、例えば、Ｍ２０５２制振合金、ニッケル−チタン合金などを用いても良い。また、実施形態１では、正極集電部材６４Ｂ及び第１弁体６４Ａを一体材（正極内部導通部材６４）とし、第２弁体６５と合わせて、同じ制振性鉄−アルミニウム合金を用いたが、正極集電部材６４Ｂ、第１弁体６４Ａ及び第２弁体６５のうち、少なくとも第１弁体６４Ａを、制振性金属で構成していれば良い。また、実施形態１では、電流遮断機構２を正極端子６０内に設けたが、負極端子７０内に設けても良い。
また、実施形態１では、電池１の形状を角型としたが、円筒型の電池で同様に構成しても良く、電池形状は限定されない。また、実施形態１では、正極板２１と負極板２２とをセパレータを介して互いに重ねて捲回した電極体２０を用いたが、電極体の形態はこれに限られない。例えば、複数の正極板及び負極板をセパレータを介して交互に積層してなる積層型としても良い。
また、実施形態２では、本発明に係る電池１を搭載する車両として、ハイブリッド自動車７００を例示したが、これに限られない。本発明に係る電池を搭載する車両としては、例えば、電気自動車、プラグインハイブリッド自動車、ハイブリッド鉄道車両、フォークリフト、電気車いす、電動アシスト自転車、電動スクータなどが挙げられる。
１ リチウムイオン二次電池（二次電池、電池）
２ 電流遮断機構
１０ 電池ケース
１１ ケース本体部材
１２ 封口蓋
２０ 電極体
２１ 正極板（電極板）
２２ 負極板
２１ｓ 正極集電箔（集電箔）
２２ｓ 負極集電箔
６０ 正極端子
６０Ｋ 構造体
６４ 正極内部導通部材
６４Ａ 第１弁体
６４Ｂ 正極集電部材（集電部材）
６４ＢＳ （正極集電部材の）先端部（超音波溶接部）
６５ 第２弁体
６７ 封栓
ＫＧ 連結部
７０ 負極端子
７１ 負極外部端子
７４ 負極内部導通部材
７００ ハイブリッド自動車（車両）
７１０ 組電池

Claims (8)

  1. 集電箔を含む電極板を有する電極体と、
    上記電極板の上記集電箔に自身の超音波溶接部で超音波溶接により接続された集電部材と、
    上記集電部材に導通接続された圧力型の電流遮断機構とを、電池ケース内に気密に収容してなり、
    上記電流遮断機構は、
    上記集電部材と一体にされた第１弁体と第２弁体とが連結部で連結され、
    上記第１弁体及び上記第２弁体の少なくともいずれかは、上記電池ケースの内圧の上昇により、互いの結合が破断する方向に移動する構成とされてなり、
    前記集電箔、前記集電部材、前記第１弁体、及び前記第２弁体は、いずれも同一の金属元素を含有する金属材料からなり、
    上記集電部材、上記第１弁体及び上記第２弁体のうち、少なくとも、上記超音波溶接部と上記連結部との間の一部が、上記金属元素及びこれとは異なる異種金属元素との合金である制振性金属の金属材料からなる
    二次電池の製造方法であって、
    上記集電部材と一体にされた上記第１弁体と上記第２弁体とを上記連結部で連結した構造体を形成する構造体形成工程と、
    上記構造体形成工程の後に、上記電極板の上記集電箔と上記集電部材の上記超音波溶接部とを超音波溶接する超音波溶接工程と、を備える
    二次電池の製造方法。
  2. 請求項１に記載の二次電池の製造方法であって、
    前記第１弁体及び前記第２弁体は、同一の前記制振性金属からなり、
    前記構造体形成工程は、
    上記第１弁体と上記第２弁体とを溶接により結合して前記連結部を構成する溶接工程を含む
    二次電池の製造方法。
  3. 請求項１または請求項２に記載の二次電池の製造方法であって、
    前記第１弁体及び前記集電部材は、前記制振性金属の一体材からなる
    二次電池の製造方法。
  4. 集電箔を含む電極板を有する電極体と、
    上記電極板の上記集電箔に自身の超音波溶接部で超音波溶接により接続された集電部材と、
    上記集電部材に導通接続された圧力型の電流遮断機構とを、電池ケース内に気密に収容してなり、
    上記電流遮断機構は、
    上記集電部材と一体にされた第１弁体と第２弁体とが連結部で連結され、
    上記第１弁体及び上記第２弁体の少なくともいずれかは、上記電池ケースの内圧の上昇により、互いの結合が破断する方向に移動する構成とされてなり、
    前記集電箔、前記集電部材、前記第１弁体、及び前記第２弁体は、いずれも同一の金属元素を含有する金属材料からなり、
    上記集電部材、上記第１弁体及び上記第２弁体のうち、少なくとも、上記超音波溶接部と上記連結部との間の一部が、上記金属元素及びこれとは異なる異種金属元素との合金である制振性金属の金属材料からなる
    二次電池。
  5. 請求項４に記載の二次電池であって、
    前記第１弁体及び前記第２弁体は、同一の前記制振性金属からなり、溶接により結合して前記連結部を構成してなる
    二次電池。
  6. 請求項４または請求項５に記載の二次電池であって、
    前記第１弁体及び前記集電部材は、前記制振性金属の一体材からなる
    二次電池。
  7. 請求項６に記載の二次電池であって、
    前記集電箔は、アルミニウム箔であり、
    前記制振性金属は、制振性鉄−アルミニウム合金である
    二次電池。
  8. 請求項７に記載の二次電池であって、
    前記制振性鉄−アルミニウム合金は、アルミニウムを６〜１０重量％含有し、残部が鉄及び不可避不純物からなる
    二次電池。
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