JP6043428B2

JP6043428B2 - 角形電池及び組電池

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Inventors: 柏野　博志; 博志柏野
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Description

本発明は、角形電池及び組電池に関する。

従来、再充電可能な二次電池の分野では、鉛電池、ニッケル−カドミウム電池、ニッケル−水素電池等の水溶液系電池が主流であった。しかしながら、電気機器の小型化、軽量化が進むにつれ、高エネルギー密度を有するリチウムイオン二次電池が着目され、その研究、開発及び商品化が急速に進められた。

一方、地球温暖化や枯渇燃料の問題から電気自動車（ＥＶ）や駆動の一部を電気モーターで補助するハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）が各自動車メーカーで開発され、その電源として高容量で高出力な二次電池が求められるようになってきた。このような要求に合致する電源として、高電圧を有する非水溶液系のリチウムイオン二次電池が注目されている。特に、角形のリチウムイオン二次電池は、複数個をまとめてパック化した際の体積効率が優れているため、HEV用あるいはEV用としての開発の期待が高まっている。

組電池は、複数の角形電池を直列または並列に電気的に接続して構成されており、各々の角形電池の外部端子どうしがバスバーで接続されているので、例えば車載された状態では走行中の振動により、バスバーと外部端子との接続部分に振動の負荷がかかり、また、外部端子に隣接して設けられて電池内部の気密を保持する樹脂製のガスケットにも負荷がかかる。そのため、長期に渡って振動を受け続けた場合、その負荷によって接続部分の接触状態や気密性に影響を与えるおそれがあった。

そして、従来より、隣接する複数の素電池の金属端子に接続される金属ラインに弾性変形部を設ける技術が提案されている（特許文献１）。

特開2007-323952号公報

しかしながら、特許文献１の金属ラインに設けられた弾性変形部は、組電池を作製する際に組み付け公差によって隣接する電池間の高さ方向の位置がずれた場合に、この位置ずれを吸収する構造とはなっていない。

例えば、複数の単電池を配列させて外部端子間を直列およびまたは並列にバスバーで電気的に接続して組電池を作製する際に、組み付け公差によって互いのバスバー接続面の高さ位置がずれることがある。この状態で強制的に外部端子間を接続すると、その負荷が外部端子とバスバーとの接続部分に作用した状態となる。したがって、車両走行等により長期に渡り振動を受け続けた場合に、その負荷によって接続部分の接触状態や気密性に影響を与えるおそれがある。

本発明は、上記事案に鑑みてなされたものであり、複数の電池の間をバスバーで接続して組電池を作製する際に、電池間の組み付け公差による位置ずれを吸収して、接続部分への負荷を軽減可能な角形電池及び組電池を提供することである。

上記課題を解決する本発明の角形電池は、バスバーが溶接されるバスバー溶接面が設けられた一対の外部端子を有する角形電池であって、前記一対の外部端子の一方の外部端子が、前記バスバー溶接面に垂直な方向に変位可能に屈曲された屈曲構造を有することを特徴としている。

本発明によれば、隣接する角形電池の外部端子の間をバスバーで接続する際に、バスバー溶接面を垂直な方向に変位させることができ、互いのバスバー溶接面の高さ位置を同じ高さ位置に調整することができる。したがって、組み付け公差による位置ずれを吸収して、外部端子とバスバーとの接続部分及び電池缶との間のシール部分に負荷が作用するのを抑制し、良好な接続状態及びシール状態を長期に渡って維持することができる。なお、上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

第１の実施形態に係わる角形電池の斜視図。図１に示す角形電池の分解斜視図。扁平形捲回電極群の一部を展開した状態の外観斜視図。電極の概略図。正極及び負極の外部端子の取付状態を示す正面図。正極及び負極の外部端子の取付状態を示す側面図。負極外部端子の構成を説明する図。負極外部端子のバスバー接続部の構成例を示す図。負極外部端子のバスバー接続部の構成例を示す図。負極外部端子のバスバー接続部の構成例を示す図。負極外部端子のバスバー接続部の構成例を示す図。バスバーの接続前の状態を模式的に示す図。バスバーの接続状態を模式的に示す図。バスバーの接続前の状態を模式的に示す図。バスバーの接続状態を模式的に示す図。負極外部端子の取付状態の変形例を示す図。第２の実施形態に係わる角形電池の斜視図。正極及び負極の外部端子の取付状態を示す正面図。正極及び負極の外部端子の取付状態を示す側面図。負極外部端子の構成を説明する図。負極外部端子のバスバー接続部の構成例を示す図。負極外部端子のバスバー接続部の構成例を示す図。負極外部端子のバスバー接続部の構成例を示す図。負極外部端子のバスバー接続部の構成例を示す図。バスバーの接続前の状態を模式的に示す図。バスバーの接続状態を模式的に示す図。バスバーの接続前の状態を模式的に示す図。バスバーの接続状態を模式的に示す図。負極外部端子の取付状態の変形例を示す図。負極外部端子の構成例を示す図。負極外部端子の構成例を示す図。負極外部端子の構成例を示す図。

以下、図面を参照して、本発明の角形電池を角形のリチウムイオン二次電池の組電池に適用した実施形態について説明する。

＜第１の実施形態＞
まず、各実施形態において共通して用いられる角形電池の構成について説明する。

図１は、本実施形態に係わる角形電池の斜視図、図２は、図１に示す角形電池の分解斜視図、図３は、扁平形捲回電極群の一部を展開した状態の外観斜視図、図４は、電極の概略図である。

図１に示す角形電池１は、例えば電気自動車（ＥＶ）やハイブリッド自動車（ＨＥＶ）に用いられる組電池を構成する高容量で高出力のリチウムイオン二次電池（単電池）であり、扁平箱形の電池容器２内に発電要素３を収容した構成を有している。図２に示すように電池容器２は、開口部１１ａを有する電池缶１１と、電池缶１１の開口部１１ａを封口する電池蓋２１とを有する。詳細は後述するが、発電要素３は、正極３４と負極３２との間にセパレータ３３、３５を介在させて重ね合わせた状態で扁平状に捲回した扁平形捲回電極群３１を有している。

電池缶１１及び電池蓋２１は、共にアルミニウム合金で製作されており、電池蓋２１は、レーザ溶接によって電池缶１１に溶接され、開口部１１ａを封口する。電池缶１１と電池蓋２１は、密閉された直方体形状の扁平角形容器を構成する。電池缶１１は、一対の幅広側面ＰＷと、一対の幅狭側面ＰＮと、底面ＰＢとを有する扁平箱形を有している。電池蓋２１には、絶縁部材を介して正極端子５１と負極端子６１（一対の電極端子）が配設されており、蓋組立体を構成している。また、電池蓋２１には、正極端子５１及び負極端子６１の他に、電池容器２内の圧力が所定値よりも上昇すると開放されて電池容器２内のガスを排出するガス排出弁７１と、電池容器２内に電解液を注入するための注液口７２と、注液口７２を封止する封止栓７３が配置されている。

正極端子５１及び負極端子６１は、電池蓋２１の長手方向一方側と他方側の互いに離れた位置に配置されている。正極端子５１及び負極端子６１は、電池蓋２１の外側に配置される外部端子５２、６２と、電池蓋２１を貫通して一端が外部端子５２、６２に導通接続される接続端子５３、６３を有している。外部端子５２、６２と電池蓋２１との間には、図示していないガスケットが介在されてシールされている。

正極の外部端子５２と接続端子５３は、アルミニウム合金で製作され、負極側の外部端子６２と接続端子６３は、銅合金で製作されている。正極外部端子５２と負極外部端子６２は、それぞれバスバーを溶接して接続するためのバスバー接続部５５、６５を有している。なお、バスバー接続部５５、６５の構成については、後述する。

接続端子５３、６３と外部端子５２、６２は、それぞれ電池蓋２１との間に図示していない絶縁部材が介在されており、電池蓋２１から電気的に絶縁されている。接続端子５３、６３は、電池蓋２１の内側から電池缶１１の底面ＰＢに向かって延出して扁平形捲回電極群３１に導通接続される集電端子５４、６４を有している。扁平形捲回電極群３１は、正極端子５１の集電端子５４と負極端子６１の集電端子６４との間に配置されて支持されており、蓋組立体及び扁平形捲回電極群３１によって、発電要素組立体が構成されている。

扁平形捲回電極群３１は、図３及び図４に示すように、負極３２と正極３４とセパレータ３３、３５を順番に重ねて積層した帯状の積層体を、扁平形状に捲回することによって構成されている。扁平形捲回電極群３１は、平行に延在する一対の平坦面３１Ｐと、これら一対の平坦面３１Ｐの各一方端部の間及び各他方端部の間に連続して形成された一対の湾曲面３１Ｔとを有しており、その断面形状は、二つの半円を直線で結んだ長円形状をなす。

扁平形捲回電極群３１は、図２に示すように、一方の湾曲面３１Ｔ側から電池缶１１に挿入される。そして、電池缶１１の内部で、一対の平坦面３１Ｐが一対の幅広側面ＰＷに対向し、一方の湾曲面３１Ｔが底面ＰＢに対向し、他方の湾曲面３１Ｔが電池蓋２１に対向する姿勢状態に保持される。

負極３２は、負極金属箔の表面と裏面に負極合剤層が形成された負極塗工部３２ｂと、幅方向一方側で長辺方向に沿って一定幅で負極金属箔が露出した負極未塗工部３２ａを有している。そして、正極３４は、正極金属箔の表面と裏面に正極合剤層が形成された正極塗工部３４ｂと、幅方向他方側で長辺方向に沿って一定幅で正極金属箔が露出した正極未塗工部３４ａを有している。

セパレータ３３、３５は、例えばポリエチレン製の微多孔性を有する絶縁材料からなり、正極３４と負極３２を絶縁する役割を有している。負極３２の負極塗工部３２ｂは、正極３４の正極塗工部３４ｂよりも幅方向に大きく、これにより正極塗工部３４ｂは、必ず負極塗工部３２ｂに挟まれるように構成されている。

正極未塗工部３４ａ、負極未塗工部３２ａは、平坦面３１Ｐで束ねられて溶接等により外部端子５２、６２につながる各極の集電端子５４、６４に接続される。尚、セパレータ３３、３５は、幅方向で負極塗工部３２ｂよりも広いが、正極未塗工部３４ａ、負極未塗工部３２ａで金属箔面が露出する位置に捲回されるため、束ねて溶接する場合の支障にはならない。正極３４と負極３２は、図４に示すように、正極未塗工部３４ａと負極未塗工部３２ａが捲回軸方向一方側と他方側の位置に配置されるように重ねられて捲回される。

正極３４は、正極活物質としてリチウム含有複酸化物粉末と、導電材として鱗片状黒鉛と、結着剤としてポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）と、を重量比８５：１０：５で混合し、これに分散溶媒のＮ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）を添加、混練したスラリを、厚さ２０μｍのアルミニウム箔（正極金属箔）の両面に塗布して乾燥し、その後プレス、裁断をすることにより作製された。なお、アルミニウム箔の長手方向一側に形成された正極未塗工部３４ａを正極リードとした。

負極３２は、負極活物質として非晶質炭素粉末に、結着剤としてＰＶＤＦを添加し、これに分散溶媒のＮＭＰを添加、混練したスラリを、厚さ１０μｍの圧延銅箔の両面に塗布して乾燥し、その後プレス、裁断をすることにより作製された。なお、圧延銅箔の長手方向一側に連続して形成された負極未塗工部３２ａを負極リードとした。

なお、本実施形態では、負極活物質に非晶質炭素を例示したが、これに限定されるものではなく、リチウムイオンを挿入、脱離可能な天然黒鉛や、人造の各種黒鉛材、コークスなどの炭素質材料等でよく、その粒子形状においても、鱗片状、球状、繊維状、塊状等、特に制限されるものではない。

上記した角形電池１を組み立てる場合は、まず、図４に示すように、正極３４と負極３２とを、これら両極が直接接触しないように間にセパレータ３３、３５を介在させて順番に重ね合わせる。そして、長辺方向一方側を捲回中心として、図３に示すように、扁平状に捲回して扁平形捲回電極群３１を作製する。捲回時は、正極３４、負極３２、セパレータ３３、３５とも、電極長さおよびセパレータ長辺方向に１０Ｎの荷重をかけて伸展しつつ、電極端面およびセパレータ端面が一定位置になるように蛇行制御しながら作製した。このとき、正極未塗工部３４ａと負極未塗工部３２ａとが、それぞれ扁平形捲回電極群３１の互いに反対側の両端面に位置するように重ね合わせて捲回した。

次に、予め電池蓋２１に正極端子５１等が取り付けられて組み立てられている蓋組立体に対して、扁平形捲回電極群３１を組み付けて、正極リードである正極未塗工部３４ａと正極集電端子５４とを超音波溶接により接合して電気的に導通させ、同様に、負極リードである負極未塗工部３２ａと負極集電端子６４とを超音波溶接により接合して電気的に導通させて、発電要素組立体を形成する。そして、電池缶１１と発電要素組立体とを接近させて、電池缶１１の開口部１１ａから電池缶１１の内部に扁平形捲回電極群３１を挿入して、扁平形捲回電極群３１を収容する。なお、電池缶１１と扁平形捲回電極群３１との間には、図示していない絶縁樹脂シートが介在されている。そして、電池缶１１の開口部１１ａを電池蓋２１で閉塞して、電池缶１１と電池蓋２１との間をレーザー溶接して封止する。

次に、扁平形捲回電極群３１全体を浸潤可能な所定量の非水電解液を、電池蓋２１の注液口７２から電池容器２内に注入して、その後に注液口７２に封止栓７３を取り付けてレーザー溶接し、密閉する。これにより、角形電池１は、図１に示すように、完成した状態とされる。

非水電解液には、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートとを体積比で１：２の割合で混合した混合溶液中へ六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ_６）を１モル／リットルの濃度で溶解したものを用いた。

また、本実施形態では、バインダとしてＰＶＤＦを例示したが、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリブタジエン、ブチルゴム、ニトリルゴム、スチレン／ブタジエンゴム、多硫化ゴム、ニトロセルロース、シアノエチルセルロース、各種ラテックス、アクリロニトリル、フッ化ビニル、フッ化ビニリデン、フッ化プロピレン、フッ化クロロプレン等の重合体及びこれらの混合体などを使用するようにしてもよい。

更に、本実施形態では、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートの混合溶液中にＬｉＰＦ_６を溶解した非水電解液を例示したが、一般的なリチウム塩を電解質とし、これを有機溶媒に溶解した非水電解液を用いるようにしてもよく、本発明は用いられるリチウム塩や有機溶媒には特に制限されない。例えば、電解質としては、ＬｉＣｌＯ_４、ＬｉＡｓＦ_６、ＬｉＢＦ_４、ＬｉＢ（Ｃ_６Ｈ_５）_４、ＣＨ_３ＳＯ_３Ｌｉ、ＣＦ_３ＳＯ_３Ｌｉ等やこれらの混合物を用いることができる。また、有機溶媒としては、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、１，２−ジメトキシエタン、１，２−ジエトキシエタン、γ−ブチロラクトン、テトラヒドロフラン、１，３−ジオキソラン、４−メチル−１，３−ジオキソラン、ジエチルエーテル、スルホラン、メチルスルホラン、アセトニトリル、プロピオニトニル等またはこれら２種類以上の混合溶媒を用いるようにしてもよく、混合配合比についても限定されるものではない。

次に、正極外部端子５２及び負極外部端子６２のバスバー接続部５５、６５の構成について詳細に説明する。

図５Ａは、図１のＡ方向矢視図であり、正極及び負極の外部端子の取付状態を示す正面図、図５Ｂは、図１のＢ方向矢視図であり、正極及び負極の外部端子の取付状態を示す側面図、図６Ａは、負極外部端子の構成を説明する図、図６Ｂから図６Ｅは、バスバー接続部６５の他の具体例を示す図である。

正極外部端子５２のバスバー接続部５５は、上面にバスバー溶接面５５ａが設けられた平面視略矩形のブロック形状を有している。バスバー溶接面５５ａは、電池蓋２１の上面から予め設定された高さｈ０の位置で電池蓋２１と平行に延在するように設けられており、バスバー８０（図７参照）を載せてレーザー溶接により接合される。

負極外部端子６２のバスバー接続部６５は、上面にバスバー溶接面６５ｄが設けられており、バスバー溶接面６５ｄをバスバー溶接面６５ｄに垂直な方向に変位可能に屈曲された屈曲構造を有する。バスバー接続部６５は、図６Ａに示すように、電池蓋２１の上面に沿って平板状に延在する負極外部端子６２の基部６２ａとは別体に設けられており、レーザー溶接によって接合される。バスバー接続部６５は、導電性の板状部材をＺ字状に折り曲げることによって形成されており、基部６２ａに接合される基端部６５ａと、基端部６５ａの側端で折り返されて立ち上がる傾斜部６５ｂと、傾斜部６５ｂの上端で折り返されて基端部６５ａと平行に配置される先端部６５ｃとを有している。先端部６５ｃの上面には、バスバー溶接面６５ｄが形成されている。

本実施の形態では、バスバー接続部６５は、銅合金とアルミニウム合金のクラッド材を用いて製作されており、アルミニウム合金製のバスバー８０を接続できるようになっている。具体的には、基端部６５ａの下面部６５ａ１が銅合金により構成され、基端部６５ａの上面部６５ａ２及び傾斜部６５ｂ、先端部６５ｃがアルミニウム合金により構成されており、基端部６５ａの下面部６５ａ１と上面部６５ａ２とがクラッド結合されている。

したがって、負極外部端子６２の基部６２ａに、基端部６５ａの下面部６５ａ１を接合した場合に、銅合金同士の接合となる。そして、先端部６５ｃのバスバー溶接面６５ｄにアルミニウム合金製のバスバー８０を接合した場合に、アルミニウム合金同士の接合となる。したがって、銅合金製よりも安価なアルミニウム合金製のバスバーを用いることができ、製品コストを低く抑えることができる。

なお、クラッド材の銅合金とアルミニウム合金の構造は、負極外部端子６２の基部６２ａとの溶接面に銅合金が配置され且つバスバー溶接面６５ｄにアルミニウム合金が配置されていること以外は、特に限定されず、他の形状であってもよく、例えば、クラッド材の銅合金６２ｂがバスバー接続部６５全体に配置されていてもよい。

上述のように、バスバー接続部６５は、Ｚ字状の開放断面形状を有しており、基端部６５ａが負極外部端子６２の基部６２ａに接合されている。したがって、先端部６５ｃを押圧した場合に、弾性変形もしくは塑性変形により全体高さが低くなる方向に変形し、バスバー溶接面６５ｄをバスバー溶接面６５ｄに垂直な方向に変位させることができる。

図６Ｂ〜図６Ｄに示すバスバー接続部６５は、図６Ａと同様にＺ字状の開放断面形状を有しているが、クラッド材の構成が相違している。

図６Ｂのバスバー接続部６５は、クラッド材の銅合金部分とアルミニウム合金部分がバスバー接続部６５の全体に亘って層状となるように板厚方向にクラッド結合されており、基端部６５ａの下面部６５ａ１が銅合金部分となり、バスバー溶接面６５ｄを有する先端部６５ｃの上面部６５ｃ２がアルミニウム合金部分となるように配置されている。

図６Ｃのバスバー接続部６５は、基端部６５ａと傾斜部６５ｂとの間がクラッド結合されており、基端部６５ａが銅合金部分となり、傾斜部６５ｂ及び先端部６５ｃがアルミニウム合金部分となるように配置されている。

図６Ｄ及び図６Ｅのバスバー接続部６５は、傾斜部６５ｂの中間位置でクラッド結合されており、基端部６５ａから傾斜部６５ｂの中間位置までが銅合金部分となり、傾斜部６５ｂの中間位置から先端部６５ｃまでがアルミニウム合金部分となるように配置されている。図６Ｄに示すバスバー接続部６５の場合は、クラッド結合面が、厚さ方向に対して斜めに形成されているので、図６Ｃと比較して結合面積をより大きく確保することができ、高い結合強度を得ることができる。そして、図６Ｅに示すバスバー接続部６５の場合は、クラッド結合面が、複数回折り返されたつづら折り状に形成されているので、結合面積をさらに大きく確保することができ、高い結合強度を得ることができる。

なお、本実施形態では、バスバー接続部６５にクラッド材を用いて、基部６２ａと別体に構成してレーザー溶接により接合する場合を例に説明したが、クラッド材を用いずにバスバー接続部６５全体を基部６２ａと同一の材料である銅合金で構成してもよく、その場合には、バスバー接続部６５と基部６２ａとを一体に形成することができる。

正極端子５１の正極外部端子５２と負極端子６１の負極外部端子６２は、図５Ａ及び図５Ｂに示すように、負極外部端子６２の方が正極外部端子５２よりもバスバー溶接面の高さが高くなっており、すなわち、負極外部端子６２のバスバー溶接面６５ｄの方が正極外部端子５２のバスバー溶接面５５ａよりも電池蓋２１からの高さが高い位置に配置されており、バスバー溶接面６５ｄの高さｈ１の方がバスバー溶接面５５ａの高さｈ０よりも高くなるように構成されている。

正極外部端子５２のバスバー溶接面５５ａと負極外部端子６２のバスバー溶接面６５ｄとの高さの差は、複数の角形電池１を配列させて組電池を形成したときに、隣接する角形電池１同士の組み付け公差により発生するバスバー溶接面の高さ方向のずれよりも大きくなるように設定されている。したがって、隣接する角形電池との間をバスバー８０で電気的に接続して組電池を作製する際に、バスバー８０で押さえつけてバスバー溶接面６５ｄの高さ位置を低くなる方向に変位させて、隣接する角形電池のバスバー溶接面５５ａの高さ位置に一致させることができ、組み付け公差によるバスバー溶接面の高さ位置のズレを吸収することができる。

次に、上記した角形電池１を複数用いて組電池を作成する場合について説明する。

図７Ａと図７Ｂは、一方の角形電池に対して隣接する角形電池の高さが低い場合におけるバスバーの接続状態を模式的に示す図、図８Ａと図８Ｂは、一方の角形電池に対して隣接する角形電池の高さが高い場合におけるバスバーの接続状態を模式的に示す図である。

組電池は、複数の角形電池１を配列して固縛することによって構成される。複数の角形電池１は、互いに隣り合う角形電池１の幅広側面ＰＷどうしが対向し、かつ、正極外部端子５２と負極外部端子６２が交互に連続して一列に並ぶように配列される。

例えば、隣り合う角形電池１Ａ、１Ｂを配置したときに、電池の配列方向に直交する方向でかつ電池蓋２１に対向する方向である電池高さ方向に組み付け公差によりズレが生じて、図７Ａに示すように、一方の角形電池１Ａに対して隣接する角形電池１Ｂの高さが差Δ１だけ低くなる場合や、図８Ａに示すように一方の角形電池１Ａに対して隣接する角形電池１Ｂの高さが差Δ２だけ高くなる場合がある。

かかる状態で、バスバー８０を溶接接合するために、バスバー接続部６５及びバスバー接続部５５の上方からバスバー８０を接近させると、正極外部端子５２のバスバー接続部５５よりも先に負極外部端子６２のバスバー接続部６５に接触する。そして、バスバー８０をさらに押し付けることにより、バスバー接続部６５は、その屈曲構造により、バスバー溶接面６５ｄに垂直な方向、すなわち電池高さ方向に変位する。

そして、図７Ｂ又は図８Ｂに示すように、バスバー溶接面６５ｄの高さがｈ１からｈ２に変位することにより、バスバー８０は、バスバー接続部６５のバスバー溶接面６５ｄとバスバー接続部５５のバスバー溶接面５５ａの両方に接面した状態とされる。したがって、バスバー接続部６５とバスバー８０との接続部分に負荷をかけることなく、溶接することができる。そして、接続後もバスバー接続部６５は電池高さ方向に変位することができるので、組電池とした状態で振動による負荷も軽減することができる。

したがって、組み付け公差による位置ずれを吸収して、負極外部端子６２とバスバー８０との接続部分及び負極外部端子６２と電池缶１１の電池蓋２１との間に介在されるガスケット（シール部分）に負荷が作用するのを抑制し、良好な接続状態及びシール状態を長期に渡って維持することができる。

特に、本実施形態では、バスバー接続部６５がＺ字状を有しており、基端部６５ａと先端部６５ｃとが平行に配置されているので、バスバー８０を押し付けて電池高さ方向に移動させる際に、バスバー８０を平行に移動させやすく、正極外部端子５２のバスバー接続部５５のバスバー溶接面５５ａに容易に接面させることができ、確実に溶接することができるという効果を有する。

図９は、図８Ｂにおけるバスバー接続部６５の向きを変更した例を示す図である。バスバー接続部６５の向きは、上述の実施形態の構成に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。

例えば図８に示す例では、角形電池１Ａのバスバー接続部６５は、基端部６５ａと傾斜部６５ｂとの折り曲げ部分が隣接する角形電池１Ｂから離間する位置に配置され且つ傾斜部６５ｂと先端部６５ｃとの折り曲げ部分が隣接する角形電池１Ｂに接近する位置に配置された状態で取り付けられている。これに対して、図９に示す例では、角形電池１Ａのバスバー接続部６５は、基端部６５ａと傾斜部６５ｂとの折り曲げ部分が隣接する角形電池１Ｂに接近する位置に配置され且つ傾斜部６５ｂと先端部６５ｃとの折り曲げ部分が隣接する角形電池１Ｂから離間する位置に配置された状態で取り付けられている。

このように、図８と図９に示すように、バスバー接続部６５の向きを１８０度反対に取り付けてもよく、また、９０度だけ回転させた向き、すなわち、電池蓋２１の長手方向一方側に基端部６５ａと傾斜部６５ｂとの折り曲げ部分が配置され、長手方向他方側に傾斜部６５ｂと先端部６５ｃとの折り曲げ部分が配置されるように取り付けてもよい。

＜第２の実施形態＞
次に、第２の実施形態について図１０から図１５を用いて説明する。

本実施形態において特徴的なことは、負極外部端子６２のバスバー接続部６６がＵ字状の開放断面形状を有することである。バスバー接続部６６の形状がＵ字状に変更されたこと以外は第１の実施形態と同様に構成されている。なお、第１の実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付することでその詳細な説明を省略する。

負極外部端子６２のバスバー接続部６６は、上面にバスバー８０が溶接されるバスバー溶接面６６ｄを有し、バスバー溶接面６６ｄをバスバー溶接面６６ｄに垂直な方向に変位可能に屈曲された屈曲構造を有する。

バスバー接続部６６は、図１２Ａに示すように、電池蓋２１の上面に沿って延在する負極外部端子６２の基部６２ａとは別体に設けられており、レーザー溶接等によって接合される。バスバー接続部６６は、導電性の板状部材をＵ字状に屈曲することによって形成されており、基端部６６ａと、基端部６６ａの側端で屈曲されて立ち上がる湾曲部６６ｂと、湾曲部６６ｂの上端に連続して基端部６６ａと平行に配置される先端部６６ｃとを有している。先端部６６ｃの上面には、バスバー溶接面６６ｄが形成されている。

本実施の形態では、バスバー接続部６６は、銅合金とアルミニウム合金のクラッド材を用いて製作されており、アルミニウム合金製のバスバー８０を接続できるようになっている。具体的には、基端部６６ａの下面部６５ａ１が銅合金により構成され、基端部６６ａの上面部６６ａ２及び湾曲部６６ｂ、先端部６６ｃがアルミニウム合金により構成されており、基端部６６ａの下面部６６ａ１と上面部６６ａ２とがクラッド結合されている。

したがって、負極外部端子６２の基部６２ａに、基端部６６ａの下面部６６ａ１を接合した場合に、銅合金同士の接合となる。そして、先端部６６ｃのバスバー溶接面６６ｄにアルミニウム合金製のバスバー８０を接合した場合に、アルミニウム合金同士の接合となる。したがって、銅合金製よりも安価なアルミニウム合金製のバスバーを用いることができ、製品コストを低く抑えることができる。

なお、クラッド材の銅合金とアルミニウム合金の構造は、負極外部端子６２の基部６２ａとの溶接面に銅合金が配置され且つバスバー溶接面６６ｄにアルミニウム合金が配置されていること以外は、特に限定されず、他の形状であってもよい。

但し、本実施形態では、バスバー接続部６６がＵ字状を有しているので、負極外部端子６２の基部６２ａに溶接される基端部６６ａの下面部６６ａ１のみが銅合金部分となるように配置されている。

図１２Ｂ〜図１２Ｅに示すバスバー接続部６６は、図１２Ａと同様にＵ字状の開放断面形状を有しているが、クラッド材の構成が相違している。

図１２Ｂのバスバー接続部６６は、基端部６６ａと湾曲部６６ｂとの間がクラッド結合されており、基端部６６ａが銅合金部分となり、湾曲部６６ｂ及び先端部６６ｃがアルミニウム合金部分となるように配置されている。図１２Ｃのバスバー接続部６６は、湾曲部６６ｂと先端部６６ｃの間がクラッド結合されており、基端部６６ａ及び湾曲部６６ｂが銅合金部分となり、先端部６６ｃがアルミニウム合金部分となるように配置されている。

図１２Ｄのバスバー接続部６６は、基端部６６ａと湾曲部６６ｂとの間のクラッド結合面が複数回折り返されたつづら折り状に形成されており、図１２Ｅのバスバー接続部６６は、湾曲部６６ｂと先端部６６ｃとの間のクラッド結合面が複数回折り返されたつづら折り状に形成されている。したがって、図１２Ｂ及び図１２Ｃに示される構成と比較して、クラッド接合の結合面積をさらに大きく確保することができ、高い結合強度を得ることができる。

なお、本実施形態では、バスバー接続部６６にクラッド材を用いて、基部６２ａと別体に構成してレーザー溶接により接合する場合を例に説明したが、クラッド材を用いずにバスバー接続部６６全体を基部６２ａと同一の材料である銅合金で構成してもよく、その場合には、バスバー接続部６６と基部６２ａとを一体に形成しても良い。

正極端子５１の正極外部端子５２と負極端子６１の負極外部端子６２は、図１１Ａ及び図１１Ｂに示すように、負極外部端子６２のバスバー溶接面６６ｄの方が正極外部端子５２のバスバー溶接面５５ａよりも電池蓋２１下からの高さが高い位置に配置されている。すなわち、バスバー溶接面６６ｄの高さｈ１の方がバスバー溶接面５５ａの高さｈ０よりも高くなるように構成されている。正極外部端子５２のバスバー溶接面５５ａと負極外部端子６２のバスバー溶接面６６ｄとの高さの差は、複数の角形電池１を配列させて組電池を形成したときに、隣接する角形電池１同士の組み付け公差により発生する高さ方向のずれよりも大きくなるように設定されている。

バスバー溶接面６６ｄの高さｈ１をバスバー溶接面５５ａの高さｈ０よりも高く配置することによって、バスバー８０で電気的に接続して組電池を作製する際に、組み付け公差によるズレを吸収し、組電池における振動による負荷を軽減する構造を提供できる。

図１３Ａと図１３Ｂは、一方の角形電池に対して隣接する角形電池の高さが低い場合におけるバスバーの接続状態を模式的に示す図、図１４Ａと図１４Ｂは、一方の角形電池に対して隣接する角形電池の高さが高い場合におけるバスバーの接続状態を模式的に示す図である。

例えば、隣り合う電池を配置したときに、電池の配列方向に直交する方向でかつ電池蓋２１に対向する方向である電池高さ方向に組み付け公差によりズレが生じて、図１３Ａに示すように、一方の角形電池１Ａに対して隣接する角形電池１Ｂの高さが差Δ１だけ低くなる場合や、図１４Ａに示すように一方の角形電池１Ａに対して隣接する角形電池１Ｂの高さが差Δ２だけ高くなる場合がある。

かかる状態で、バスバー８０を溶接接合するために、バスバー接続部６６及びバスバー接続部５５の上方からバスバー８０を接近させると、正極外部端子５２のバスバー接続部５５よりも先に負極外部端子６２のバスバー接続部６６に接触する。そして、バスバー８０をさらに押し付けることにより、バスバー接続部６６は、その屈曲構造により、湾曲部６６ｂが変形してバスバー溶接面６６ｄに垂直な方向、すなわち電池高さ方向に変位する。

そして、図１３Ｂ又は図１４Ｂに示すように、バスバー溶接面６６ｄの高さがｈ１からｈ２に変位することにより、バスバー８０は、バスバー接続部６６のバスバー溶接面６６ｄとバスバー接続部５５のバスバー溶接面５５ａの両方に接面した状態とされる。したがって、バスバー接続部６６とバスバー８０との接続部分に負荷をかけることなく、溶接することができる。そして、接続後もバスバー接続部６６は電池高さ方向に変位することができるので、組電池とした状態で振動による負荷も軽減することができる。

特に、本実施形態では、バスバー接続部６６がＵ字状を有しているので、第１実施形態のＺ字状と比較して繰り返し応力に強く、振動に対する耐性が高いという効果を有している。また、クラッド材をＵ字状に曲げることにより製造できるので、製造が比較的容易であるという効果も有する。

図１５は、図１４Ｂにおけるバスバー接続部６６の向きを変更した例を示す図である。バスバー接続部６６の向きは、上述の実施形態の構成に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。例えば図１４に示す例では、角形電池１Ａのバスバー接続部６５は、湾曲部６６ｂが隣接する角形電池１Ｂに接近する位置に配置された状態で取り付けられている。これに対して、図１５に示す例では、湾曲部６６ｂが隣接する角形電池１Ｂから離間する位置に配置された状態で取り付けられている。このように、図１４と図１５に示すように、バスバー接続部６６の向きを１８０度反対に取り付けてもよく、また、９０度だけ回転させた向き、すなわち、電池蓋２１の長手方向一方側もしくは他方側に湾曲部６６ｂが配置されるように取り付けてもよい。

図１６Ａから図１６Ｃは、負極外部端子６２に用いられるバスバー接続部の他の構成例を示した図である。

第１及び第２の実施形態では、バスバー接続部６５、６６の形状がＺ字状もしくはＵ字状を有する場合について説明したが、Ｚ字状やＵ字状のように、一部が開放された開放断面を有するものに限定されるものではなく、バスバー溶接面６５ｄ、６６ｄをバスバー溶接面６５ｄ、６６ｄに垂直な方向に変位可能に屈曲された屈曲構造を有するものであればよく、例えば図１６Ａから図１６Ｃに示すように、閉断面形状を有するバスバー接続部６７を用いてもよい。

図１６Ａのバスバー接続部６７は、互いに平行に配置される平板状の基端部６７ａと先端部６７ｃと、基端部６７ａと先端部６７ｃの互いに対向する端部間をくの字状で且つ互いに接近する方向に折曲された一対の折曲部６７ｅを有している。図１６Ｂのバスバー接続部６７は、基端部６７ａと先端部６７ｃの互いに対向する側端間を接続するくの字状で且つ互いに離間する方向に折曲された一対の折曲部６７ｅを有している。そして、図１６Ｃのバスバー接続部６７は、図１６Ａの折曲部６７ｅの代わりに、基端部６７ａと先端部６７ｃの互いに対向する端部間を半円弧状で且つ互いに離間する方向に湾曲した一対の湾曲部６７ｆを有している。

図１６Ａから図１６Ｃに示すバスバー接続部６７は、銅合金とアルミニウム合金のクラッド材を用いて製造されており、アルミニウム合金製のバスバーを接続できるようになっている。具体的には、大部分がアルミニウム合金により構成され、基端部６７ａの上面部６７ａ２に対して銅合金の下面部６７ａ１がクラッド結合されている。すなわち、基端部６７ａの下面部６７ａ１が銅合金部分となり、基端部６７ａの上面部６７ａ２及び折曲部６７ｅ、湾曲部６７ｆ、先端部６７ｃがアルミニウム合金部分となっている。

したがって、負極外部端子６２の基部６２ａに、基端部６７ａの下面部６７ａ１を接合した場合に、銅合金同士の接合となる。そして、先端部６５ｃのバスバー溶接面６５ｄにアルミニウム合金製のバスバー８０を接合した場合に、アルミニウム合金同士の接合となる。したがって、銅合金製よりも安価なアルミニウム合金製のバスバーを用いることができ、製品コストを低く抑えることができる。

図１６Ａから図１６Ｃのバスバー接続部６７は、基端部６７ａの下面部６７ａ１が負極外部端子６２の基部６２ａに溶接され、先端部６７ｃの上面部がバスバー溶接面６７ｄとしてバスバー８０に溶接される。そして、折曲部６７ｅ、湾曲部６７ｆの屈曲により、基端部６７ａに対する先端部６７ｃの高さ位置を変位させることができる。

したがって、隣接する角形電池１の正極外部端子５２のバスバー溶接面５５ａとの間にバスバー８０を架け渡して溶接した場合に、バスバー接続部６７とバスバー８０との接続部分に負荷をかけることなく、溶接することができる。そして、接続後もバスバー接続部６７は電池高さ方向に変位することができるので、組電池とした状態で振動による負荷も軽減することができる。

図１６Ａから図１６Ｃのバスバー接続部６７は、第１及び第２の実施形態におけるＺ字状もしくはＵ字状のような開放断面を有するものと比較して傾くおそれがなく、基端部６７ａに対して先端部６７ｃを平行に変位させることができる。したがって、先端部６７ｃの上面であるバスバー溶接面６７ｄにバスバー３０を接面させた状態で押し込んだ場合に、バスバー３０を平行に移動させて、隣接する角形電池１の正極外部端子５２のバスバー溶接面５５ａにバスバー８０を接面させて、バスバー接続部６６のバスバー溶接面６６ｄとバスバー接続部５５のバスバー溶接面５５ａの両方に接面した状態にできる。したがって、バスバー接続部６６とバスバー８０との接続部分に負荷をかけることなく、溶接することができる。そして、接続後もバスバー接続部６７は電池高さ方向に変位することができるので、組電池とした状態で振動による負荷も軽減することができる。

また、図１６Ａから図１６Ｃのバスバー接続部６７は、一対の折曲部６７ｅ、もしくは湾曲部６７ｆを有している。したがって、第１及び第２の実施形態におけるＺ字状もしくはＵ字状のような開放断面を有するものと比較して、電気が流れる経路が多く、通電抵抗を下げることができるという効果も有する。

以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。例えば、前記した実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。さらに、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１角形電池
１１電池缶
２１電池蓋
３１扁平形捲回電極群
５１正極端子
５２正極外部端子
６１負極端子
６２負極外部端子
６５バスバー接続部
６５ｄバスバー溶接面

Claims

バスバーが溶接されるバスバー溶接面が設けられた一対の外部端子を有する角形電池であって、
前記一対の外部端子の一方の外部端子が、前記バスバー溶接面に垂直な方向に変位可能に屈曲された屈曲構造を有することを特徴とする角形電池。
前記一方の外部端子の方が他方の外部端子よりも前記バスバー溶接面の高さが高いことを特徴とする請求項１に記載の角形電池。
前記一方の外部端子は、電池缶に設けられる基部と、該基部に接合されるバスバー接続部とを有し、該バスバー接続部に前記バスバー溶接面が形成されており、前記バスバー接続部がクラッド材を用いて構成されていることを特徴とする請求項２に記載の角形電池。
該バスバー接続部は、前記基部にレーザー溶接により接合されていることを特徴とする請求項３に記載の角形電池。
前記一方の外部端子は、負極外部端子であり、前記バスバー接続部は、銅合金とアルミニウム合金のクラッド材を用いて構成されていることを特徴とする請求項４に記載の角形電池。
前記バスバー接続部は、前記基部に対向する基端部と、該基端部の側端で折り返されて立ち上がる傾斜部と、該傾斜部の上端で折り返されて基端部と平行に配置されて上面に前記バスバー溶接面が形成された先端部とを有するＺ字状の開放断面形状を有することを特徴とする請求項５に記載の角形電池。
前記バスバー接続部は、前記基部に対向する基端部と、該基端部の側端で屈曲されて立ち上がる湾曲部と、該湾曲部の上端に連続して基端部と平行に配置されて上面に前記バスバー溶接面が形成された先端部とを有するＵ字状の開放断面形状を有することを特徴とする請求項５に記載の角形電池。
前記バスバー接続部は、前記基部に対向する基端部と、該基部に平行に配置される先端部と、前記基端部と前記先端部の互いに対向する側端の間を接続する一対の折曲部もしくは一対の湾曲部とを有する閉断面形状を有することを特徴とする請求項５に記載の角形電池。
バスバーが溶接されるバスバー溶接面が設けられた一対の外部端子を有する角形電池を複数備えた組電池であって、
前記角形電池は、前記一対の外部端子の一方の外部端子が、前記バスバー溶接面に垂直な方向に変位可能に屈曲された屈曲構造を有することを特徴とする組電池。