JP6230543B2 - 電気コネクタおよびそれを備える電池 - Google Patents

Description

関連出願の相互参照

本出願は、２０１１年１１月２５日に中華人民共和国国家知識産権局に提出された中国特許出願第２０１１２０４７６５０６．１号の優先権を主張し、この出願の全内容が、ここでの言及によって本明細書に援用される。

本開示の実施形態は、一般に、電池の分野に関し、さらに詳しくは、電気コネクタおよびそれを備える電池に関する。

近年では、電池技術の進化により、電池を、携帯電話機などの移動体通信機器、ラップトップ、およびデジタルカメラ、ならびにロボット、ハイブリッド車、および電気自動車において、動力源として使用することができ、したがって電池が大容量であることが求められる。しかしながら、電池の容量を増やすためには、電池の巻芯を厚くしなければならない。通常は、電解液の飽和作用を保証するために、複数の比較的薄い巻芯が配置される。この場合、正極タブ（正極集電体の露出部分）および負極タブ（負極集電体の露出部分）の数が多くなり、タブの全体としての厚さも大きくなり、結果として電気接続片のタップへの溶接が難しくなり、したがって封鎖および不適切な溶接が引き起こされ、電池のレート特性が低下する。

図１に示すように、従来の電池の巻芯２０’の正極タブ（または、負極タブ）２１’は、電気接続片２２’を介してカバー板の正電極端子（または、負電極端子）へと接続されている。電池は、複数の巻芯２０’を備えることができるため、各々の巻芯２０’の正極タブ（または、負極タブ）２１’を、電気接続片２２’を介してカバー板の対応する正電極端子（または、負電極端子）へと接続する必要がある。

従来、電気接続片２２’は、１つの巻芯２０’にのみ溶接可能である。巻芯２０’の数が増すにつれ、電気接続片２２’のはんだ付けがますます難しくなり、封鎖および不適切な溶接がより深刻になりうる。

さらに、電気接続片２２’を、側面から超音波溶接によって正極タップ（または、負極タップ）２１’およびカバー板の正電極端子（または、負電極端子）へとはんだ付けする必要があり、超音波溶接シーム２３’が形成される。超音波溶接シームが大きく、大きな面積を占めるため、正極タブ（正極集電体の露出部分）および負極タブ（負極集電体の露出部分）をそれぞれ形成するために巻芯２０’の両端において大きな面積が必要になり、結果として電池の体積エネルギー密度が低くなる可能性がある。

本開示の実施形態は、先行技術に存在する問題のうちの少なくとも１つを少なくとも或る程度まで解決しようと試み、あるいは消費者に有用な市販の選択肢を提供しようと試みる。

本開示の実施形態によれば、電気コネクタを提供することができる。この電気コネクタによれば、電池の正極タブおよび負極タブの厚さを減らすことができ、はんだ付けが容易であり、したがって封鎖または不適切なはんだ付けが少なくなり、電池のレート特性が向上する。

本開示の第１の広い態様の実施形態によれば、各々が電池の巻芯のタップをそれぞれ保持するように構成された少なくとも２つの保持部と、前記２つの隣り合う保持部を接続するように構成された接続部とを備える固定部と、前記固定部へと接続された延長部とを備える電気コネクタが提供される。

本開示の第２の広い態様の実施形態によれば、シェルと、前記シェルへと接続され、前記シェルとの間に内部空間を定めるカバー板と、前記カバー板に配置された電極端子と、前記内部空間に収容され、タブとして構成された非被覆領域と、被覆領域とを各々が有している少なくとも２つの巻芯と、上述の電気コネクタとを備えており、前記タブが、前記固定部の前記保持部に収容されている電池が提供される。

本開示の実施形態による電気コネクタは、適切な構造を有し、複数の巻芯へとレーザ溶接によって同時にはんだ付けすることができ、したがって電池における電気コネクタの占有空間を小さくできる。さらに、電気コネクタを巻芯およびカバー板へと容易にはんだ付けできるため、封鎖および不適切なはんだ付けが回避され、電池の体積エネルギー密度が向上し、電池全体の組み立てが容易になる。

本開示の上述の概要は、本開示について開示される各々の実施形態またはすべての実施例を説明するものではない。図面および以下の詳細な説明が、例示的実施形態をさらに詳しく例証する。本開示の実施形態のさらなる態様および利点は、一部は以下の説明に提示され、一部は以下の説明から明らかになり、あるいは本開示の実施形態を実施することによって理解されるであろう。

先行技術における巻芯へと溶接される電気コネクタの概略図である。 本開示の実施形態による電気コネクタの概略図である。 本開示の実施形態による電池の概略の分解図である。 本開示の実施形態による電池の概略図である。 図４の電池の部分断面図である。 本開示の別の実施形態による電池の概略図である。

本開示の実施形態を詳しく説明する。添付の図面を参照して本明細書において説明される実施形態は、説明および例示のためのものであり、本開示を広く理解するために用いられる。これらの実施形態を、本開示を限定するものと解釈してはならない。同一または類似の構成要素、ならびに同一または類似の機能を有する構成要素は、説明の全体を通して、類似の参照符号によって指し示される。

以下、本開示の実施形態による電気コネクタを図１〜６を参照して詳しく説明する。

本開示の実施形態による電気コネクタを、電池の巻芯を接続するために使用することができ、巻芯は、当業者にとって周知である。図１に示すように、巻芯は、被覆領域および非被覆領域を備えることができ、非被覆領域を、巻芯のタブとして構成することができる。

具体的には、巻芯を、正電極、セパレータ、および負電極を順に積層し、次いで巻くことによって形成することができる。正電極および負電極の各々が、被覆領域および非被覆領域を備えることができる。正電極の非被覆領域を、正の巻回タブとして構成することができ、負電極の非被覆領域を、負の巻回タブとして構成することができる。次いで、正の巻回タブが、互いに近づくように押し合わせられることで、正極タブが形成され、負の巻回タブが、互いに近づくように押し合わせられることで、負極タブが形成される。正極タブおよび負極タブを、電気コネクタとの接続のために巻芯の両側にそれぞれ配置することができる。この巻芯の構造を、主に、当業者にとって周知であるリチウムイオンエネルギー蓄電池またはリチウムイオン車両動力用電池に使用することができる。

図２および図３に示すように、本開示の実施形態においては、電気コネクタ３が、固定部と、固定部に接続された延長部３２とを備えることができる。固定部は、電池の２つの隣接する巻芯１のタブ１０を保持するように各々が構成された少なくとも２つの保持部３１と、２つの隣接する保持部３１を接続するように構成された接続部３３とを備えている。延長部３２が、電池のカバー板６の電極端子６０への接続に使用される。

巻芯のタブを固定部の保持部３１にそれぞれ保持し、延長部３２を電極端子６０にそれぞれ接続することによって、２つの巻芯１を、電気コネクタ３によってカバー板６へと電気的に接続することができる。

本開示のいくつかの実施形態においては、固定部が、接続部３３の両側に配置されて２つの隣接する巻芯のタブをそれぞれ保持するように構成された２つの保持部３１を備え、延長部３２が、接続部３３の第１の端部（図２の右端）に配置される。

本開示のいくつかの実施形態においては、２つの保持部３１を、接続部３３の両側に配置することができる。保持部３１は、巻芯１のタブ１０を収容して保持するための溝３４を定めるよう、略Ｕ字形の断面を有することができる。溝３４により、巻芯１のタブ１０をしっかりと収容して保持することができ、保持部３１の上面をレーザ溶接によってタブ１０の上面へと容易に溶接できる。

本開示のいくつかの実施形態においては、保持部３１が、開口下面３５と、閉鎖上面３６とを有することができ、接続部３３と開口下面３５とが同一平面に位置する。延長部３２が、略Ｓ字形のつなぎ部３７を介して接続部３３の第１の端部へと接続され、延長部３２と閉鎖上面３６とが同一平面に位置する。保持部３１の前側および後側の両方の端面は、開口している。つなぎ部３７と接続部３３とが、一体に形成されている。

この構造によれば、延長部３２および接続部３３の配置が適切であり、接続部３３が、組み立て後に２つの隣接する巻芯１の間に位置する一方で、延長部３２が、カバー板６の電極端子６０へと延びている。結果として、延長部３２を、２つの巻芯１からの電流をカバー板６へと伝えるために容易にレーザ溶接によってカバー板６の電極端子６０へとはんだ付けすることができる。

本開示のいくつかの実施形態においては、電気コネクタ３を、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、ニッケル、ニッケル合金の金属シートなど、弾性シートによって作製することができる。なお、電気コネクタ３の材料は、上述の材料のシートに限られず、電気コネクタ３を、良好な導電性を有する任意の他の材料から作製してもよい。弾性シートの厚さは、約０．１ｍｍ〜約３ｍｍであってよい。

タブ１０は、正極タブ１１および負極タブ１２を含んでもよく、電気コネクタ３によって互いに接続される２つのタブ１０が、同じ極性を有していなければならず、例えば２つのタブが、２つの正極タブ１１または２つの負極タブ１２でなければならないことが理解できるであろう。

本開示のいくつかの実施形態においては、カバー板６に配置された電極端子６０が、正電極端子６１および負電極端子６２を含んでもよい。正電極端子６１および負電極端子６２は、正極タブ１１および負極タブ１２にそれぞれ対応しており、例えば巻芯１の正極タブ１１が電気コネクタ３の保持部３１に収容されて保持されるとき、延長部３２が、カバー板６の正電極端子６１に接続されなければならない。また、巻芯１の負極タブ１１が電気コネクタ３の保持部３１に収容されて保持されるとき、延長部３２が、カバー板６の負電極端子６１に接続されなければならない。

本開示の実施形態によれば、保持部３１の断面が、Ｕ字形に限られず、巻芯１のタブ１０を安定して収容して保持することができる任意の適切な形状であってよい。

図３〜６に示すとおり、本開示の実施形態の電池は、シェル５と、カバー板６と、電極端子６０と、少なくとも２つの巻芯１と、電気コネクタ３とを備えることができる。

カバー板６が、シェル５へと接続され、カバー板６とシェル５との間に内部空間が定められる。電極端子６０は、カバー板６に配置される。少なくとも２つの巻芯１が、前記内部空間に収容され、各々の巻芯１が、タブ１１／１２として構成された非被覆領域と、被覆領域とを有している。

電気コネクタ３が、固定部と、固定部へと接続された延長部３２とを備えることができる。固定部は、２つの保持部３１と、接続部３３とを備える。各々の保持部３１が、電池の巻芯１のタブ１０を保持するように構成され、接続部３３が、２つの隣り合う保持部３１を接続するように構成される。巻芯１のタブ１１、１２の各々が、固定部の保持部３１に収容され、電気コネクタ３の各々の延長部３２が、電極端子６０に接続される。

図４に示すように、本開示のいくつかの実施形態においては、カバー板６が、負電極端子６２および正電極端子６１を備えることができる。各々の巻芯１のタブが、負電極端子６２に隣接して位置する負極タブ１２と、正電極端子６１に隣接して位置する正極タブ１１とを含む。

電池は、上述の２つの電気コネクタ３を備えることができ、電流を２つの巻芯１からカバー板６へと伝えることができるよう、一方の電気コネクタ３が、２つの巻芯１の正極タブ１１をカバー板６の正電極端子６１へと接続でき、他方の電気コネクタ３が、２つの巻芯１の負極タブ１１をカバー板６の負電極端子６１へと接続できる。

図３〜６に示すように、本開示のいくつかの実施形態においては、２つの保持部３１を、接続部３３の両側に配置することができる。２つの保持部３１は、巻芯１のタブ１０を収容して保持するための溝３４を定めるように、略Ｕ字形の断面を有することができる。溝３４が、巻芯１のタブ１０を収容して保持でき、レーザ溶接による保持部３１の上端のタブ１０の上端への溶接を容易にする。

保持部３１は、開口下面３５および閉鎖上面３６を有することができ、接続部３３と開口下面３５とが同一平面に位置する。

延長部３２が、つなぎ部３７を介して接続部３３の第１の端部へと接続され、つなぎ部３７は、略Ｓ字形であり、延長部３２と閉鎖上面３６とが同一平面に位置する。保持部３１の前側および後側の両方の端面は、開口している。つなぎ部３７と接続部３３とが、一体に形成されている。延長部３２および接続部３３の配置が、適切である。組み立て後に、接続部３３が、２つの隣接する巻芯１の間に位置する。延長部３２が、カバー板６の電極端子６０へと延び、２つの巻芯１からの電流をカバー板６へと伝えるために、延長部３２が、レーザ溶接によってカバー板６の電極端子６０へとはんだ付けされる。

本開示のいくつかの実施形態においては、電気コネクタ３を、レーザ溶接によって巻芯１およびカバー板へと接続することができる。

図５に示すように、保持部３１の上面３６を、第１の溶接シーム８１を形成するようにタブ１０の上端へとはんだ付けすることができ、延長部３２を、第２の溶接シームを形成するように電極端子６０へとはんだ付けすることができる。

具体的には、図５に示すように、電気コネクタ３を２つの巻芯１のタブ１０へと配置でき、２つの巻芯１のタブ１０を電気コネクタ３の２つの保持部３１の溝３４に差し込むことができ、次いで電気コネクタ３と２つの巻芯１との間の電気的な接続を実現するために、保持部３１の上面３６をタブ１０の上端へとはんだ付けし、第１の溶接シーム８１を形成することができる。

次いで、図６に示すように、電気コネクタ３とカバー板６との間の電気的な接続を実現するために、電気コネクタ３の延長部３２をカバー板６の電極端子６０へとはんだ付けし、第２の溶接シームを形成することができる。

また、電気コネクタ３とシェル５との接触によって引き起こされる短絡を避けるために、絶縁体４を、巻芯１および電気コネクタ３の外側に配置することができる。絶縁体４を、シェル５と電気コネクタ３および電極端子６０との間に配置することができる。

電池の組み立て方法を、図４〜６を参照して詳しく説明する。

第１に、タブ１０を電気コネクタ３の保持部３１に差し込むことができ、次いで電気コネクタ３をタブ１０へとはんだ付けすることができる。内側の締め付けクランプを、電気コネクタ３の２つの保持部３１の間に配置することができ、タブ１０をきつく圧縮された状態に保つために、外側の圧縮クランプを、電気コネクタ３の保持部３１を外側からきつく圧縮するように配置することができる。したがって、タブ１０の上端の溶接時にレーザが巻芯１へと照射されることを防止でき、したがって信頼できる溶接が達成される。

第２に、電気コネクタ３の延長部３２を、レーザ溶接によってカバー板６の電極端子６０へとはんだ付けすることができる。

第３に、上述の集合体を、電気コネクタ３を２つの巻芯１およびカバー板６の電極端子６０へとはんだ付けした後で、シェル５の中に配置することができる。このようにして、電池が得られる。

図６に示すように、本開示の他の実施形態によれば、電池が４つの巻芯１を備えることができ、電気コネクタ３が、１つの固定部と、固定部へと接続された２つの延長部３２とを備えることができる。

２つの延長部３２を、カバー板６の電極端子６０へと接続することができる。固定部は、それぞれが対応する巻芯１の１つのタブ１０を保持するように構成された４つの保持部と、それぞれが２つの隣接する保持部３１を接続するように構成された３つの接続部３３とを備えることができる。

本開示のいくつかの実施形態においては、電気コネクタ３が、４つの保持部３１および２つの延長部３２を備えていてもよい。延長部３２の数を、必要であれば変更することができ、例えば延長部３２の数は、１つまたは３つであってよい。

３つの延長部３２を有する構造と比べて、２つの延長部３２を有する構造は、より単純にすることができ、製造コストを下げることができる。さらに、１つの延長部３２のみを有する構造と比べ、３つの延長部３２を有する構造については、４つの保持部３１の間の距離が同じであり、したがって電気コネクタ３からカバー板６へと電流を伝えるうえで有利である。

電気コネクタ３を組み立てるとき、４つの巻芯１の各々のタブ１０を、電気コネクタ３の４つの保持部３１のうちの対応する１つに差し込むことができ、保持部３１の上面３６を、第１の溶接シームが形成されるようにレーザ溶接によって電気コネクタ３の上端へとはんだ付けすることで、電気コネクタ３と４つの巻芯１との間の電気的な接続を実現することができる。

次いで、電気コネクタ３の２つの延長部３２を、第２の溶接シームが形成されるようにレーザ溶接によってカバー板６の電極端子６０へとはんだ付けすることで、電気コネクタ３と電極端子６０との間の電気的な接続を実現することができる。

次いで、絶縁体を、巻芯１および電気コネクタ３の外側に配置でき、上記の集合体をシェルの内側に取り付けることができる。

最後に、カバー板をシェルへとはんだ付けし、電池を形成することができる。４つの巻芯を有する電池は、より大きな容量を有することができる。

本開示の実施形態によれば、電気コネクタが、２つ以上の巻芯とカバー板との間の電気的な接続を実現でき、したがって電池の容量を増やすことができる。さらに、電気コネクタの構造が単純であり、電気コネクタの占める空間が少なくなり、電気コネクタを容易にはんだ付けすることができる。本開示の実施形態の電気コネクタは、電池の体積エネルギー密度を向上させることができる。

電気コネクタ３に接続されるように構成された接続板をカバー板６上に配置できることに留意されたい。接続板および電極端子を、一体に形成してもよく、あるいは別々に製造した後に一体にはんだ付けしてもよい。電池が４つの巻芯を備える場合、４つの巻芯を、各々が２つの保持部を有する２つの電気コネクタ３または４つの保持部を有する１つの電気コネクタ３のいずれかによって接続することができる。電池がはるかに多くの巻芯を備える場合、巻芯を、相応の数の電気コネクタ３によって接続することができ、あるいは相応の数の保持部、延長部、および接続部を有する１つの電気コネクタによって接続することができる。

本開示の実施形態による電気コネクタ３を、単純な構造を有し、はんだ付けが容易である標準的な部材へと製造することができる。本開示の実施形態による電気コネクタ３が占める空間は比較的小さく、したがって電池の体積エネルギー密度を高めるために有利である。

本開示の実施形態によれば、電気コネクタおよびそれを備える電池が、以下の利点を有することができる。

１．先行技術の電気接続片は、１つの巻芯にしか溶接することができない。本開示の実施形態による電気コネクタは、少なくとも２つの巻芯へとはんだ付けすることが可能であり、単純な構造を有し、占める空間も少ない。電気コネクタを巻芯およびカバー板へと容易にはんだ付けすることができ、したがって封鎖および不適切な溶接を避けることができる。さらに、電池の容量および容量密度を高めることができる。

２．先行技術の電気接続片は、超音波溶接によってのみ巻芯のタブへとはんだ付けすることができる。本開示の実施形態による電気コネクタは、材料の消費および超音波溶接によって引き起こされる金属粉を減らすことができるレーザ溶接によって、巻芯のタブへとはんだ付けすることが可能である。さらに、保持部の上面がタブの端部へとはんだ付けされることで、巻芯において占められるタブの面積が小さくなり、したがって電池の体積エネルギー密度が増す。

例示的な実施形態を図示および説明したが、上述の実施形態を本開示を限定するものと解釈することはできず、これらの実施形態において、本開示の趣旨、原理、および範囲から離れることなく変更、代替、および改良が可能であることを、当業者であれば理解できるであろう。

Claims (10)

1. シェルと、
   前記シェルへと接続され、前記シェルとの間に内部空間を定めるカバー板と、
   前記カバー板に配置された電極端子と、
   前記内部空間に収容され、タブとして構成された非被覆領域と、被覆領域とを各々が有している少なくとも２つの巻芯と、
   電気コネクタと
   を備えており、
   前記電気コネクタは、各々が電池の巻芯のタブをそれぞれ保持するように構成された少なくとも２つの保持部と、前記２つの隣り合う保持部を接続するように構成された接続部と、を備える固定部と、
   前記固定部へと接続された延長部と、を備え、
   前記保持部が、開口下面および閉鎖上面を有しており、
   前記接続部と前記開口下面とが、同一平面に位置しており、
   前記延長部が、つなぎ部を介して前記接続部の第１の端部へと接続され、前記延長部と前記閉鎖上面とが、同一平面に位置しており、
   前記巻芯の各々のタブが、前記固定部の前記保持部にそれぞれ収容され、前記電気コネクタの各々の延長部が、前記電極端子にそれぞれ接続されている電池。
2. 前記固定部が、前記接続部の両側に配置された２つの保持部を備え、
   前記２つの保持部が、２つの隣り合う巻芯にそれぞれ形成されたタブをそれぞれ保持するように構成されている請求項１に記載の電池。
3. 前記保持部の各々が、巻芯の前記タブを収容して保持するための溝を定めるように略Ｕ字形の断面を有している請求項１または２に記載の電池。
4. 前記つなぎ部が、略Ｓ字形の断面を有している請求項１に記載の電池。
5. 前記保持部の前側および後側の両方の端面が、開口している請求項１に記載の電池。
6. 前記延長部、前記つなぎ部、および前記接続部が、一体である請求項１に記載の電池。
7. 前記電気コネクタが、弾性シートで作製されている請求項１〜６のいずれか一項に記載の電池。
8. 前記弾性シートの厚さが、０．１ｍｍ〜３ｍｍである請求項７に記載の電池。
9. 前記電極端子が、負電極端子および正電極端子を含んでおり、
   前記少なくとも２つの巻芯のタブが、前記負電極端子に隣接して配置された負極タブと、前記正電極端子に隣接して配置された正極タブとを含んでおり、
   前記電気コネクタが、前記負極タブと前記負電極端子との間および／または前記正極タブと前記正電極端子との間に接続されている請求項１に記載の電池。
10. 前記保持部の前記上面が、前記タブの上端へと溶接され、前記延長部が、前記電極端子へと溶接されている請求項１に記載の電池。

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