JP6427462B2 - 角形二次電池 - Google Patents

Description

本発明は、角形二次電池に関する。

近年、ハイブリッド型の電気自動車や純粋な電気自動車等の動力源として大容量（Ｗｈ）の二次電池が開発されており、その中でもエネルギー密度（Ｗｈ／ｋｇ）の高い角形のリチウムイオン二次電池が注目されている。

角形のリチウムイオン二次電池においては、正極箔に正極活物質を塗工した正極電極、負極箔に負極活物質を塗工した負極電極およびそれぞれを絶縁するためのセパレータを重ね合わせて捲回することで扁平形状の捲回電極群が発電要素として形成される。捲回電極群は、電池容器の電池蓋に設けられた正極外部端子および負極外部端子に電気的に接続される。捲回電極群は、電池容器の電池缶に収容され、電池缶の開口部は電池蓋で封止溶接される。角形二次電池は、捲回電極群を収容した電池容器の注液孔から電解液が注液された後、注液栓で注液孔が閉塞されてレーザ溶接により封止溶接されることで形成される。

複数の角形二次電池の正極外部端子と負極外部端子とをバスバーなどの導電部材で電気的に接続することで組電池が形成される。バスバーは、ボルト、ナットにより外部端子にねじ締結されることで、あるいは、外部端子に溶接されることで角形二次電池に接続される。

特許文献１には、複数の二次電池を接続する外部端子がアルミニウムとニッケルからなるクラッド材と二次電池内部からアルミニウムからなる接続端子（特許文献１において電極導出ピン）を備えている。特許文献１に記載の二次電池は、発電要素に接合される接続端子と外部端子のニッケル側でかしめ固定されている。

特許文献２には、バスバーが外部端子に溶接されることで複数の角形二次電池が接続され、接続する外部端子がそれぞれアルミニウムと銅合金であり、バスバーがアルミニウム合金と銅合金が異種金属接合されたクラッド材を備えている。特許文献２に記載のバスバーは、幅狭面で突き合わせ接合されたアルミニウム合金と銅合金であり、バスバーのアルミニウム合金とアルミニウム合金からなる接続端子を、バスバーの銅合金と銅合金からなる接続端子とを、それぞれ溶接することで接続されている。

特開2003-045408号公報 特開2011-060623号公報

上記特許文献１に記載の二次電池では、発電要素に接合されるアルミニウム合金からなる接続端子とアルミニウム合金とニッケルを異種金属変換したクラッド外部端子のニッケル側でかしめ固定により、電気的接続されているため、接触抵抗が大きく、長期にわたりその接触抵抗が変化する恐れもある。

上記特許文献２に記載の二次電池は、溶接によりバスバーを外部端子に接続する二次電池であり、アルミニウム合金および銅合金からなる外部端子を備えており、他の二次電池と接続するためのバスバーは、平板状のアルミニウム合金と銅合金とを幅狭面で異種金属変換を行った（端面どうしでクラッド接合した）クラッドバスバーであり、アルミニウム合金と銅合金の異種金属変換部の抵抗が大きくなる恐れがあった。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、外部端子と接続端子との間を溶接接合した溶接部が絶縁部材に当接するのを防ぎ、溶接部の信頼性を確保することができる角形二次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二次電池は、電池蓋の外面側に配置される外部端子と、前記電池蓋を貫通する貫通孔に挿通されて前記外部端子に溶接接合される接続端子と、前記外部端子と前記電池蓋との間、及び、前記接続端子と前記電池蓋との間に介在される少なくとも１以上の絶縁部材と、を有する角形二次電池であって、前記外部端子と前記接続端子を溶接接合する溶接部は、前記絶縁部材を間に介して前記電池蓋に対向する位置に配置されており、前記絶縁部材との間に空間を有していることを特徴としている。

本発明によれば、外部端子と接続端子との間を溶接接合した溶接部が絶縁部材に当接するのを防ぎ、溶接部の信頼性を確保することができる。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。

本発明の角形二次電池の一実施の形態としての角形二次電池の外観斜視図。 角形二次電池の構成を示す分解斜視図。 捲回電極群を示す斜視図。 蓋組立体を示す分解斜視図。 蓋組立体の負極側の構成を断面で示す分解図。 蓋組立体の負極側の構成を断面で示す分解図。 蓋組立体の負極側の構成を断面で示す組立図。 蓋組立体の負極側の構成を断面で示す組立図。 蓋組立体の正極側の構成を断面で示す分解図。 蓋組立体の正極側の構成を断面で示す組立図。 蓋組立体の正極側の構成を断面で示す組立図。 負極外部端子の集電板接続部の先端を集電板にかしめる工程を示す図。 負極外部端子の集電板接続部の先端を集電板にかしめる工程を示す図。 負極外部端子と負極接続端子の溶接固定構造の一例を断面で示す組立図。 図８Ａの要部拡大図。 負極外部端子と負極接続端子の溶接固定構造の一例を断面で示す組立図。 図９Ａの要部拡大図。 負極外部端子と負極接続端子の溶接固定構造の一例を断面で示す組立図。 図１０Ａの要部拡大図。 負極外部端子と負極接続端子のかしめ構造を断面で示す分解図。 負極外部端子と負極接続端子のかしめ固定構造を断面で示す分解図。 負極外部端子と負極接続端子の溶接固定構造の一例を断面で示す組立図。 図１１Ｃの要部拡大図。

［第１実施の形態］
以下、本発明による角形二次電池の実施の形態について、図面を参照して説明する。
図１は角形二次電池の一実施の形態としての角形二次電池１００の外観斜視図であり、図２は角形二次電池１００の構成を示す分解斜視図である。

図１に示すように、角形二次電池１００は、電池缶１０１と電池蓋１０２とからなる電池容器を備えている。電池缶１０１および電池蓋１０２の材質は、アルミニウムまたはアルミニウム合金などである。電池缶１０１は、深絞り加工を施すことによって、一端が開口された扁平な矩形箱状に形成されている。電池缶１０１は、長方形の底板１０１ｃと、底板１０１ｃの一対の長辺部のそれぞれから立ち上がる一対の幅広側板１０１ａと、底板１０１ｃの一対の短辺部のそれぞれから立ち上がる一対の幅狭側板１０１ｂとを有している。

図２に示すように、電池缶１０１には蓋組立体１０７（図４参照）に保持された捲回電極群１７０が収容されている。捲回電極群１７０の正極電極１７４（図３参照）に接合される正極集電板１８０、および捲回電極群１７０の負極電極１７５（図３参照）に接合される負極集電板１９０、ならびに捲回電極群１７０は、絶縁ケース１０８に覆われた状態で電池缶１０１に収容されている。絶縁ケース１０８の材質は、ポリプロピレン等の絶縁性を有する樹脂であり、電池缶１０１と、捲回電極群１７０とは電気的に絶縁されている。

図１および図２に示すように、電池蓋１０２は、矩形平板状であって、電池缶１０１の開口を塞ぐようにレーザ溶接されている。つまり、電池蓋１０２は、電池缶１０１の開口を封止している。図１に示すように、電池蓋１０２には、捲回電極群１７０の正極電極１７４および負極電極１７５（図３参照）と電気的に接続された正極外部端子１０４および負極外部端子１０５が配置されている。

図２に示すように、正極外部端子１０４は正極集電板１８０を介して捲回電極群１７０の正極電極１７４（図３参照）に電気的に接続され、負極外部端子１０５は負極集電板１９０を介して捲回電極群１７０の負極電極１７５（図３参照）に電気的に接続されている。このため、正極外部端子１０４および負極外部端子１０５を介して外部機器に電力が供給され、あるいは、正極外部端子１０４および負極外部端子１０５を介して外部発電電力が捲回電極群１７０に供給されて充電される。

図２に示すように、電池蓋１０２には、電池容器内に電解液を注入するための注液孔１０６ａが穿設されている。注液孔１０６ａは、電解液注入後に注液栓１０６ｂによって封止される。電解液としては、たとえば、エチレンカーボネート等の炭酸エステル系の有機溶媒に６フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ_６）等のリチウム塩が溶解された非水電解液を用いることができる。

電池蓋１０２には、ガス排出弁１０３が設けられている。ガス排出弁１０３は、プレス加工によって電池蓋１０２を部分的に薄肉化することで形成されている。なお、薄膜部材を電池蓋１０２の開口にレーザ溶接等により取り付けて、薄肉部分をガス排出弁としてもよい。ガス排出弁１０３は、角形二次電池１００が内部短絡等の異常により発熱してガスが発生し、電池容器内の圧力が上昇して所定圧力に達したときに開裂して、内部からガスを排出することで電池容器内の圧力を低減させる。

図３を参照して、捲回電極群１７０について説明する。図３は捲回電極群１７０を示す斜視図であり、捲回電極群１７０の巻き終り側を展開した状態を示している。発電要素である捲回電極群１７０は、帯状の正極電極１７４および負極電極１７５を間にセパレータ１７３ａ、１７３ｂを介在させて捲回中心軸Ｗ周りに扁平形状に捲回することで形成された積層構造を有している。

正極電極１７４は、正極箔１７１の両面に正極活物質合剤の層１７６が形成されてなる。正極活物質合剤は、正極活物質に結着材（バインダ）が配合されたものである。負極電極１７５は、負極箔１７２の両面に負極活物質合剤の層１７７が形成されてなる。負極活物質合剤は、負極活物質に結着材（バインダ）が配合されたものである。

正極箔１７１は、厚さ１０〜３０μｍ程度のアルミニウム箔であり、負極箔１７２は、厚さ１０〜２０μｍ程度の銅箔である。セパレータ１７３ａ，１７３ｂの素材はリチウムイオンが通過可能な微多孔質のポリエチレン樹脂である。正極活物質はマンガン酸リチウム等のリチウム含有遷移金属複酸化物であり、負極活物質はリチウムイオンを可逆に吸蔵、放出可能な黒鉛等の炭素材である。

捲回電極群１７０の捲回方向に直交する捲回中心軸Ｗの方向（捲回電極群１７０の幅方向）の両端部は、一方が正極電極１７４の箔露出部積層部とされ、他方が負極電極１７５の箔露出部積層部とされている。一方に設けられる正極電極１７４の箔露出部積層部は、正極活物質合剤層１７６が形成されていない正極未塗工部、すなわち正極箔１７１の露出部が積層されたものである。他方に設けられる負極電極１７５の箔露出部積層部は、負極活物質合剤層１７７が形成されていない負極未塗工部、すなわち負極箔１７２の露出部が積層されたものである。正極未塗工部の箔露出部積層部および負極未塗工部の箔露出部積層部は、それぞれ予め押し潰され、それぞれ後述の蓋組立体１０７（図４参照）の正極集電板１８０および負極集電板１９０に超音波接合により接続され、電極群組立体が形成される。

図４、図５Ａ〜図５Ｄ、図６Ａ〜図６Ｃを参照して蓋組立体１０７の構成を詳しく説明する。図４は蓋組立体１０７を示す分解斜視図であり、図５Ａ〜図５Ｄは蓋組立体１０７の負極側の構成を示す断面図である。図５Ａは、図４のＣ−Ｃ線断面図である。図５Ｂは、アルミニウム合金と銅合金からなる負極外部端子１０５と負極接続端子１１５が組み立てられた状態を示す断面図である。図５Ｃは、蓋組立体１０７の構成部材が組み立てられた状態を示す断面図であり、挿通軸部１１５ａの先端部１１５ｂがかしめられる前の状態を示している。図５Ｄは、図１のＡ−Ａ線断面図であり、挿通軸部１１５ａの先端部１１５ｂがかしめられた後の状態を示している。

図６Ａ〜図６Ｃは蓋組立体１０７の正極側の構成を示す断面図である。図６Ａは、図４のＤ−Ｄ線断面図である。図６Ｂは、蓋組立体１０７の正極側の構成部材が組み立てられた状態を示す断面図であり、挿通軸部１１４ａの先端部１１４ｂがかしめられる前の状態を示している。図６Ｃは、図１のＢ−Ｂ線断面図であり、挿通軸部１１４ａの先端部１１４ｂがかしめられた後の状態を示している。

図５Ａに示すように、蓋組立体１０７の負極側は、電池蓋１０２と、電池蓋１０２の一端に設けられた負極外部端子１０５と、負極接続端子１１５と、外部絶縁体１６０と、内部絶縁体１６５と、ガスケット１６９と、負極集電板１９０とを含んで構成されている。

図５Ｂは、負極外部端子１０５と負極接続端子１１５が一体化される図を示したものである。負極外部端子１０５は、電池蓋１０２の上面に沿って配置される長方形の平板形状を有しており、その上面には、バスバー１２３（図５Ｄ参照）が溶接接合されるバスバー接合面１０５ｅが形成されている。負極外部端子１０５は、互いに異種金属からなる２枚の平板部が幅広面同士でクラッド接合されたクラッド材からなる。本実施の形態では、平板形状を有するアルミニウム合金部１０５ａ（第１合金部）と銅合金部１０５ｂ（第２合金部）が幅広面同士で異種金属接合された平板状のクラッド材によって構成されており、電池蓋１０２側に銅合金部１０５ｂが配置され、アルミニウム合金部１０５ａが電池蓋１０２から離間して露出する側に配置される。

負極外部端子１０５には、負極接続端子１１５がレーザ溶接により電気的に接続される。負極接続端子１１５は、負極外部端子１０５の２枚の平板部、すなわちアルミニウム合金部１０５ａと銅合金部１０５ｂのうち、電池蓋１０２側に配置される平板部である銅合金部１０５ｂに溶接接合される。負極接続端子１１５の材質は、銅合金であり、負極接続端子１１５と負極外部端子１０５は、レーザ溶接により同種金属同士で接合される。

負極外部端子１０５の銅合金部１０５ｂの長手方向中央位置には、負極接続端子１１５を接続するための負極外部端子接続部１０５ｃが設けられている。負極外部端子接続部１０５ｃは、銅合金部１０５ｂに凹陥形成されており、一定径で所定深さを有する円形の凹部によって構成される。

負極接続端子１１５は、負極外部端子接続部１０５ｃに基端が嵌入された状態でレーザ溶接される。負極接続端子１１５は、丸棒状の挿通軸部１１５ａと、挿通軸部１１５ａの基端で拡径されたフランジ部１１５ｃと、挿通軸部１１５ａの先端で縮径された円筒状の先端部１１５ｂを有している。負極外部端子接続部１０５ｃは、フランジ部１１５ｃの厚さの半分の深さと、内周面がフランジ部１１５ｃの外周面に対向する穴径を有している。負極接続端子１１５と負極外部端子１０５は、負極接続端子１１５のフランジ部１１５ｃが、負極外部端子１０５の負極外部端子接続部１０５ｃに嵌入され、フランジ部１１５ｃの外周面と負極外部端子接続部１０５ｃの内周面との境界部分が全周に亘って連続してレーザ溶接され、互いに接合される。そして、その接合部分には、溶接部１１５ｄが形成される（図８Ｂ参照）。

負極外部端子１０５は、銅合金部１０５ｂの負極外部端子接続部１０５ｃよりも長手方向両側位置に、短辺方向に亘って延びる一対の凹溝１０５ｈを有している。一対の凹溝１０５ｈは、負極外部端子１０５のバスバー接合面１０５ｅにバスバー１２３（図５Ｄ参照）が溶接される溶接箇所（不図示）と負極外部端子接続部１０５ｃとの間の位置に設けられており、バスバー１２３から負極外部端子１０５に力が作用した場合に、凹溝１０５ｈで積極的に折れ曲がることにより力を吸収し、ガスケット１６９の変形を抑制する。ガスケット１６９は、負極接続端子１１５の挿通軸部１１５ａに外嵌される短軸の円筒部１６９ａと、円筒部１６９ａの基端部で径方向に広がる鍔部１６９ｂとを有する。

次に、図５Ｃは、蓋組立体１０７の負極側の構成部材が組み立てられた状態を示す断面図であり、先端部１１５ｂがかしめられる前の状態を示す。図５Ｂで示したように、レーザ溶接により一体化された負極外部端子１０５と負極接続端子１１５は、挿通軸部１１５ａが負極集電板１９０の基部１９１に開口する挿通穴に挿通され、先端部１１５ｂが拡径されてかしめられ、さらにかしめ部１１５ｅ（図５Ｄ参照）をレーザ溶接することで負極集電板１９０に電気的に接続される。負極接続端子１１５は、外部絶縁体１６０およびガスケット１６９を介して電池蓋１０２に取り付けられている。負極集電板１９０は、内部絶縁体１６５を介して電池蓋１０２に取り付けられている。

外部絶縁体１６０および内部絶縁体１６５の材質は、ポリプロピレン（ＰＰ）等の絶縁性を有する樹脂である。ガスケット１６９の材質は、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）等の絶縁性を有する樹脂である。

図５Ｄは、蓋組立体１０７の負極側の構成部材が組み立てられた状態を示す断面図であり、先端部１１５ｂがかしめられた後の状態を示す。負極接続端子１１５は、挿通軸部１１５ａにガスケット１６９が外嵌装着された状態で、電池蓋１０２の貫通孔１０２ｈおよび内部絶縁体１６５の貫通孔に挿通される。図示するように、挿通軸部１１５ａと先端部１１５ｂとの間に形成される段差部が基端部１９１に当接され、フランジ部１１５ｃと電池蓋１０２の外面との間でガスケット１６９の鍔部１６９ｂが挟まれた状態で先端部１１５ｂの先端が拡径され、基部１９１にかしめられ、かしめ部１１５ｅが形成される。

電池蓋１０２の上面（外面）には、ガスケット１６９との間にシールポイントを形成するための２本の凸条部１０２ｊが設けられている。２本の凸条部１０２ｊは、電池蓋１０２の上面で且つガスケット１６９の鍔部１６９ｂと対向する位置に設けられており、それぞれ貫通孔１０２ｈの周囲に沿って周状に連続する形状を有している。この２本の凸条部１０２ｊにガスケット１６９の鍔部１６９ｂが押し付けられることによってシールポイントが形成され、シールが行われる。

図６Ａ〜図６Ｃで正極側の蓋組立体１０７を示す。
図６Ａに示すように、蓋組立体１０７の正極側は、電池蓋１０２と、電池蓋１０２の一端に設けられた正極外部端子１０４と、正極接続端子１１４と、外部絶縁体１６０と、内部絶縁体１６５と、ガスケット１６９と、正極集電板１８０とを含んで構成されている。 正極外部端子１０４は、電池蓋１０２の上面に沿って配置される長方形の平板形状を有しており、その上面には、バスバー１２３が溶接接合されるバスバー溶接面１０４ｅが形成されている。正極接続端子１１４は、正極外部端子１０４に一体に形成されている。正極接続端子１１４は、正極外部端子１０４の下面から突出する丸棒状の挿通軸部１１４ａと、挿通軸部１１４ａの先端で縮径された筒状の先端部１１４ｂを有している。

正極外部端子１０４は、正極接続端子１１４よりも長手方向両側位置に、短辺方向に亘って延びる一対の凹溝１０４ｈを有している。一対の凹溝１０４ｈは、正極外部端子１０４のバスバー溶接面１０４ｅにバスバー１２３が溶接される溶接箇所（不図示）と正極接続端子１１４との間の位置に設けられており、バスバー１２３（図５Ｄ参照）から正極外部端子１０４に力が作用した場合に、凹溝１０４ｈで積極的に折れ曲がることにより力を吸収し、ガスケット１６９の変形を抑制する。

図６Ｂは、蓋組立体１０７の正極側の構成部材が組み立てられた状態を示す断面図であり、先端部１１４ｂがかしめられる前の状態を示す。
正極外部端子１０４と正極接続端子１１４は、正極接続端子１１４の挿通軸部１１４ａが正極集電板１８０の基部１８１に開口する挿通穴に挿通され、挿通穴から突出した先端部１１４ｂが拡径されてかしめ部１１４ｅが形成される（図６Ｃ参照）。そして、さらにかしめ部１１４ｅを基部１８１にレーザ溶接（不図示）することで正極集電板１８０に電気的に接続される。正極接続端子１１４は、外部絶縁体１６０およびガスケット１６９を介して電池蓋１０２に取り付けられている。正極集電板１８０は、内部絶縁体１６５を介して電池蓋１０２に取り付けられている。外部絶縁体１６０および内部絶縁体１６５の材質は、ポリプロピレン（ＰＰ）等の絶縁性を有する樹脂である。ガスケット１６９の材質は、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）等の絶縁性を有する樹脂である。

図６Ｃは、蓋組立体１０７の正極側の構成部材が組み立てられた状態を示す断面図であり、先端部１１４ｂがかしめられた後の状態を示す。正極接続端子１１４は、挿通軸部１１４ａにガスケット１６９が外嵌装着された状態で、電池蓋１０２の貫通孔１０２ｈおよび内部絶縁体１６５の貫通孔に挿通される。図示するように、挿通軸部１１４ａと先端部１１４ｂとの間に形成される段差部が正極集電板１８０の基部１８１に当接され、正極外部端子１０４と電池蓋１０２の上面との間でガスケット１６９の鍔部１６９ｂが挟まれた状態で先端部１１４ｂの先端が拡径され、正極集電板１８０の基部１８１にかしめられ、かしめ部１１４ｅが形成される。

図７Ａ、図７Ｂを参照してかしめ工程について説明する。なお、正極集電板１８０の基部１８１に対するかしめ部１１４ｅのかしめ工程と、負極集電板１９０の基部１９１に対するかしめ部１１５ｅのかしめ工程とは同様の工程であるため、代表して負極側のかしめ工程について説明し、正極側のかしめ工程については説明を省略する。

かしめ工程では、図７Ａに示すように、かしめ上面部となるバスバー接合面１０５ｅに、金型２０の平面部を当接させた状態で、先端部１１５ｂの内側であるかしめ穴１１５ｆに先端円錐形状の金型２２を圧入することで、円筒状の先端部１１５ｂが外側に押し広げられる。これにより、負極集電板１９０、負極接続端子１１５、負極外部端子１０５、ガスケット１６９、外部絶縁体１６０および内部絶縁体１６５が電池蓋１０２に対して仮止めされる。

カシメ機の金型２０にはピン状の突起２１が設けられており、この突起２１をバスバー接合面１０５ｅに開口する貫通孔１０５ｆから挿入して負極接続端子１１５の基端部に形成された凹部１５４に嵌合させることで、カシメ機に対する負極外部端子１０５、負極接続端子１１５の位置決めを容易かつ精度よく行うことができる。したがって、カシメ機の先端円錐形状の金型２２を精度よく円筒状の先端部１１５ｂのかしめ穴１１５ｆに圧入することができる。

先端円錐形状の金型２２の種類を、順次に先端角度の大きいものに交換して先端部１１５ｂのかしめ穴１１５ｆに圧入し、徐々に先端部１１５ｂを外側に押し広げる。図７Ｂに示すように、電池蓋１０２と平行な平面視円形状の平面部２３ｂと、平面部２３ｂから電池蓋１０２に向かって傾斜する平面視円環状の傾斜部２３ａとを有する金型２３を先端部１１５ｂに押し付けることで、平面視円環状のかしめ部１１５ｅが形成される。これによって、負極集電板１９０、負極外部端子１０５、ガスケット１６９、外部絶縁体１６０および内部絶縁体１６５が電池蓋１０２に対して締め付け固定され、一体化される。なお、正極接続端子１１４のかしめ部１１４ｅも同様に正極集電板１８０の基部１８１にかしめられることで、正極集電板１８０、正極外部端子１０４、ガスケット１６９、外部絶縁体１６０および内部絶縁体１６５が電池蓋１０２に対して締め付け固定され、一体化される。

角形二次電池１００は、不図示の他の角形二次電池とバスバー１２３（図５Ｄ）によって接続されて、組電池を構成する。本実施の形態では、図５Ｄにおいて二点鎖線で示すバスバー１２３が、レーザ溶接により角形二次電池１００の外部端子１０４，１０５に接続される。 バスバー１２３は、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなり、正極外部端子１０４および負極外部端子１０５とは、アルミニウム同士の溶接となる。したがって、同種金属の接合となり、接合が容易であり、また、接触抵抗の増大を抑制できる。

図８Ａは、負極外部端子と負極接続端子の溶接固定構造の一例を断面で示す組立図、図８Ｂは、図８Ａの要部拡大図である。
上述のように、負極外部端子１０５は、電池蓋１０２に対向する対向面側である銅合金部１０５ｂ側の面に凹部からなる負極外部端子接続部１０５ｃを有しており、負極接続端子１１５のフランジ部１１５ｃが嵌入されている。負極外部端子接続部１０５ｃの深さは、負極接続端子１１５のフランジ部１１５ｃの厚さ幅よりも浅く、フランジ部１１５ｃの厚さ方向一方側である基端側が負極外部端子接続部１０５ｃに嵌入され、フランジ部１１５ｃの厚さ方向他方側である先端側の部分が銅合金部１０５ｂよりも突出するようになっている。

そして、フランジ部１１５ｃの外周面と、負極外部端子１０５の銅合金部１０５ｂ側の面との間の境界部分に対して径方向外側から斜め方向にレーザ溶接のレーザービームを照射することによって、隅肉溶接が行われ、溶接部１１５ｄが形成されている。溶接部１１５ｄは、フランジ部１１５ｃの外周面と負極外部端子接続部１０５ｃの内周面との境界部分に全周に亘って連続して形成される。

溶接部１１５ｄは、少なくとも１以上の絶縁部材であるガスケット１６９及び外部絶縁体１６０を間に介して電池蓋１０２に対向する位置に配置されており、ガスケット１６９との間及び外部絶縁体１６０との間に空間を有している。具体的には、図８Ｂに示すように、溶接部１１５ｄとガスケット１６９の鍔部１６９ｂとの間、及び溶接部１１５ｄと外部絶縁体１６０との間には隙間が設けてあり、溶接部１１５ｄは、ガスケット１６９及び外部絶縁体１６０から離間しており、ガスケット１６９及び外部絶縁体１６０に接触はしていない。

仮に溶接部１１５ｄがガスケット１６９や外部絶縁体１６０に接触している場合には、負極接続端子１１５のかしめ工程で加わる荷重の一部が溶接部１１５ｄに加わって、溶接部１１５ｄにクラックが入るといった事象が起きうることが懸念される。これに対して、本実施形態における負極端子構造では、溶接部１１５ｄとガスケット１６９の鍔部１６９ｂとの間、及び溶接部１１５ｄと外部絶縁体１６０との間に隙間を設けて、溶接部１１５ｄがガスケット１６９及び外部絶縁体１６０に接触するのを防いでいるので、溶接部１１５ｄの信頼性低下を抑制することができる。

なお、ガスケット１６９の鍔部１６９ｂと溶接部１１５ｄとの接触防止のためには、負極外部端子１０５及び負極接続端子１１５からの溶接部１１５ｄの突出量が、負極外部端子１０５の銅合金部１０５ｂに対する負極接続端子１１５のフランジ部１１５ｃの突出量に対して小さくすれば良い。これにより、鍔部１６９ｂは、溶接部１１５ｄからフランジ部１１５ｃの厚さ方向に離間した位置に配置され、ガスケット１６９の鍔部１６９ｂと溶接部１１５ｄとの接触が防止される。

また、外部絶縁体１６０と溶接部１１５ｄの接触防止のためには、外部絶縁体１６０の開口部１６１の内径が、溶接部１１５ｄの径方向最外周の直径よりも大きくすれば良い。これにより、開口部１６１の内周面が溶接部１１５ｄよりも径方向外側に離間した位置に配置され、ガスケット１６９の鍔部１６９ｂと溶接部１１５ｄとの接触が防止される。

電池蓋１０２には、ガスケット１６９との間にシールポイントを形成するための２本の凸条部１０２ｊが設けられている。２本の凸条部１０２ｊは、ガスケット１６９の鍔部１６９ｂに対向する位置に設けられており、それぞれ貫通孔１０２ｈの中心と同一の位置を中心として周状に連続する形状を有している。この２本の凸条部１０２ｊにガスケット１６９の鍔部１６９ｂが押し付けられることによってシールポイントが形成され、シールが行われる。

溶接部１１５ｄは、ガスケット１６９のシールポイント、すなわち、電池蓋１０２の凸条部１０２ｊよりも、負極接続端子１１５の径方向外側の位置に配置される。そして、溶接部１１５ｄよりもさらに径方向外側位置には、外部絶縁体１６０が配置される。したがって、電池蓋１０２の上面とガスケット１６９の鍔部１６９ｂとの間にリークパスが形成されるのを防ぐことができ、高い気密性を得ることができる。

上記した溶接固定構造によれば、フランジ部１１５ｃの厚さ方向一方側である基端側が、負極外部端子接続部１０５ｃに嵌入されているので、例えばバスバー１２３によって負極外部端子１０５に対して平面方向の力が作用した場合に抗することができ、高い機械的強度を得ることができる。また、フランジ部１１５ｃの厚さ方向他方側の部分が、負極外部端子１０５の銅部材１０５ｂ側の面よりも突出するようになっているので、フランジ部１１５ｃの厚さを厚くすることができ、高い機械的強度を得ることができる。

また、負極外部端子１０５は、負極接続端子１１５から互いに離反する方向に延出する平面視略長方形の形状を有しているので、より幅広なバスバー１２３（図５Ｄ参照）を接合することができる。したがって、バスバー１２３を溶接する箇所を負極接続端子１１５から離すことができ、ガスケット１６９に溶接の熱が影響を与えるのを防止できる。そして、組電池を構成した場合に、互いに隣り合う角形二次電池までの距離を短くすることができ、電気抵抗を小さくすることができる。それから、例えばバスバー１２３によって負極外部端子１０５を垂直方向に引き上げる方向に力が作用した場合に、負極外部端子１０５の変形量に対して負極接続端子１１５からバスバー接合面１０５ｅのバスバー１２３が溶接されている箇所までの距離をより長く確保することができる。

図９Ａは、負極外部端子と負極接続端子の溶接固定構造の他の一例を断面で示す組立図、図９Ｂは、図９Ａの要部拡大図である。

負極外部端子１０５は、その下面側の銅合金部１０５ｂに凹部からなる負極外部端子接続部１０５ｃを有しており、負極接続端子１１５のフランジ部１１５ｃが嵌入されている。負極外部端子接続部１０５ｃの深さは、負極接続端子１１５のフランジ部１１５ｃの厚さ幅と同じであり、フランジ部１１５ｃが負極外部端子接続部１０５ｃに嵌入されて固定された状態でフランジ部１１５ｃの厚さ方向他方側の面と負極外部端子１０５の銅合金部１０５ｂ側の面とが面一になっている。

そして、フランジ部１１５ｃの外周面と、負極外部端子接続部１０５ｃの内周面との境界部分に対して、挿通軸部１１５ａの軸方向に平行な方向にレーザ溶接のレーザービームを照射することによって、開先溶接が行われ、溶接部１１５ｄが形成される。

溶接部１１５ｄは、ガスケット１６９及び外部絶縁体１６０を間に介して電池蓋１０２に対向する位置に配置されており、ガスケット１６９との間及び外部絶縁体１６０との間に空間を有している。具体的には、図９Ｂに示すように、ガスケット１６９の鍔部１６９ｂの外周面と外部絶縁体１６０の開口部１６１の内周面との間が径方向に離間して隙間が設けてあり、溶接部１１５ｄは、その隙間に露出する位置に配置されており、ガスケット１６９及び外部絶縁体１６０には接触していない。

このように、溶接部１１５ｄとガスケット１６９の鍔部１６９ｂとの間、溶接部１１５ｄと外部絶縁体１６０の間には隙間があり、溶接部１１５ｄは、ガスケット１６９及び外部絶縁体１６０には接触しない。例えば溶接部１１５ｄがガスケット１６９や外部絶縁体１６０に接触している場合には、負極接続端子１１５のかしめ工程で加わる荷重の一部が溶接部１１５ｄに加わって、溶接部１１５ｄにクラックが入るといった事象が起きうることが懸念されるが、本実施形態における負極端子構造では、溶接部１１５ｄとガスケット１６９の鍔部１６９ｂとの間、及び溶接部１１５ｄと外部絶縁体１６０との間に隙間を設けて、溶接部１１５ｄがガスケット１６９及び外部絶縁体１６０に接触するのを防いでいるので、溶接部の信頼性低下を抑制することができる。

溶接部１１５ｄは、図９Ｂに示すように、その一部がフランジ部１１５ｃと銅合金部１０５ｂから電池蓋１０２側に部分的に突き出している。したがって、溶接部１１５ｄとガスケット１６９の接触防止のためには、ガスケット１６９の鍔部１６９ｂの外径を、周状に連続する溶接部１１５ｄの径方向内側の直径よりも小さくすれば良い。これにより、ガスケット１６９の鍔部１６９ｂの外周面が溶接部１１５ｄよりも径方向内側に離間した位置に配置され、ガスケット１６９の鍔部１６９ｂと溶接部１１５ｄとの接触が防止される。

また、外部絶縁体１６０と溶接部１１５ｄの接触防止のためには、外部絶縁体１６０の開口部１６１の内径を、周状に連続する溶接部１１５ｄの径方向外側の直径よりも大きくすれば良い。これにより、開口部１６１の内周面が溶接部１１５ｄよりも径方向外側に離間した位置に配置され、外部絶縁体１６０と溶接部１１５ｄとの接触が防止される。

溶接部１１５ｄは、ガスケット１６９のシールポイント、すなわち、電池蓋１０２の凸条部１０２ｊよりも、負極接続端子１１５の挿通軸部１１５ａから離間する径方向外側の位置に配置される。そして、溶接部１１５ｄよりもさらに径方向外側位置には、外部絶縁体１６０が配置される。したがって、電池蓋１０２の上面（外面）とガスケット１６９の鍔部１６９ｂとの間にリークパスが形成されるのを防ぐことができ、高い気密性を得ることができる。

また、負極接続端子１１５のフランジ部１１５ｃが負極外部端子接続部１０５ｃに嵌入されて面一となるため、図８Ｂの例のようにフランジ部１１５ｃの一部が負極外部端子１０５の銅合金部１０５ｂから突出する場合と比べて、電池蓋１０２の上面に対する外部端子の突出高さが低くなる。つまり電池全体としての高さを低くすることができる。

図１０Ａは、負極外部端子と負極接続端子の溶接固定構造の他の一例を断面で示す組立図、図１０Ｂは、図１０Ａの要部拡大図である。なお、本例は図８Ａ、図８Ｂの例から負極外部端子１０５、負極接続端子１１５の構造が変わったのみであり、共通する部分の説明を省略する。

負極外部端子１０５の下面側の銅合金部１０５ｂは平板であり、この平板部と負極接続端子１１５のフランジ部１１５ｃの上面を接触させる。そして、フランジ部１１５ｃの外周面と、銅合金部１０５ｂの下面との間の境界部分に対して径方向外側から斜め方向にレーザ溶接のレーザービームを照射することによって、隅肉溶接が行われ、溶接部１１５ｄが形成される。

外部絶縁体１６０は、段差付きの開口部１６１を有しており、ガスケット１６９の鍔部１６９ｂが挿通される小径部１６１ａと、段差を介して拡径されて負極接続端子１１５のフランジ部１１５ｃが収容される大径部１６１ｂを有している。

溶接部１１５ｄは、ガスケット１６９及び外部絶縁体１６０を間に介して電池蓋１０２に対向する位置に配置されており、外部絶縁体１６０との間、及びガスケット１６９との間に空間を有している。具体的には、図１０Ｂに示すように、溶接部１１５ｄと外部絶縁体１６０との間には隙間が設けてあり、溶接部１１５ｄは、外部絶縁体１６０には接触していない。そして、ガスケット１６９の鍔部１６９ｂは、溶接部１１５ｄから離れた位置にある。

このように、溶接部１１５ｄとガスケット１６９の鍔部１６９ｂとの間、及び溶接部１１５ｄと外部絶縁体１６０の間には隙間があり、接触しない。従って、負極接続端子１１５のかしめ工程で加わる荷重の一部が鍔部１６９ｂ、外部絶縁体１６０を通じて溶接部１１５ｄに加わり、溶接部１１５ｄにクラックが入るといった信頼性低下を抑制することができる。

外部絶縁体１６０と溶接部１１５ｄの接触防止のためには、外部絶縁体１６０の開口部１６１が有する大径部１６１ｂの直径を、周状に連続する溶接部１１５ｄの径方向外側の直径よりも大きくすれば良い。これにより、開口部１６１の大径部の内周面が溶接部１１５ｄよりも径方向外側に離間した位置に配置され、外部絶縁体１６０と溶接部１１５ｄとの接触が防止される。

溶接部１１５ｄは、ガスケット１６９のシールポイント、すなわち、電池蓋１０２の凸条部１０２ｊよりも、負極接続端子１１５の挿通軸部１１５ａから離間する径方向外側の位置に配置される。そして、溶接部１１５ｄよりもさらに径方向外側位置には、外部絶縁体１６０が配置される。したがって、電池蓋１０２の上面（外面）とガスケット１６９の鍔部１６９ｂとの間にリークパスが形成されるのを防ぐことができ、高い気密性を得ることができる。

上記した構成によれば、負極外部端子１０５は平板で凹部を設けないため、図８Ａの例と比べて凹部形成工程を省くことが可能なため、低コストで作成可能である。

［第２実施の形態］
上記した第１実施の形態では、負極外部端子１０５と負極接続端子１１５をレーザ溶接で一体化した構成を例に説明したが、負極外部端子１０５と負極接続端子１１５をかしめ固定し、さらにレーザ溶接してもよい。図１１にその組立形態を示す。

図１１Ａは、負極接続端子１１５の基端部１１５ｇがかしめられる前の状態であり、図１１Ｂは、かしめられた後の状態を示す。図１１Ｃは、さらに挿通軸部１１５ａの先端部１１５ｂがかしめられた後の状態を示している。図１１Ｄは、図１１Ｃの要部拡大図である。

図１１Ａに示すように負極接続端子１１５は、基端部１１５ｇが負極外部端子１０５の貫通孔１０５ｇに挿通され、そして、図７Ａ、図７Ｂに示したかしめ工程と同様に、図１１Ｂに示すように負極外部端子１０５の電池缶１外部側に位置する露出面にかしめ固定されている。負極外部端子１０５と負極接続端子１１５がかしめ固定された後に、図１１Ｃに示すように図１１Ｂに示した形態でフランジ部１１５ｃの外周面と負極外部端子１０５の銅合金部１０５ｂとの境界部分がフランジ部１１５ｃの全周に亘って連続してレーザ溶接され、電気的に接続される。

溶接部１１５ｄは、ガスケット１６９及び外部絶縁体１６０を間に介して電池蓋１０２に対向する位置に配置されており、ガスケット１６９との間及び外部絶縁体１６０との間に空間を有している。具体的には、図１１Ｄに示すように、溶接部１１５ｄとガスケット１６９の鍔部１６９ｂとの間、及び溶接部１１５ｄと外部絶縁体１６０との間には隙間が設けてあり、溶接部１１５ｄは、ガスケット１６９及び外部絶縁体１６０には接触していない。

上述した本実施の形態によれば、以下のような作用効果を奏することができる。
本発明によれば、溶接部１１５ｄとガスケット１６９の鍔部１６９ｂ、溶接部１１５ｄと外部絶縁体１６０の間には隙間があり、接触しないために、負極接続端子１１５の２箇所のかしめ工程で加わる荷重の一部が鍔部１６９ｂ、外部絶縁体１６０を通じて溶接部１１５ｄに加わって、溶接部１１５ｄにクラックが入るといった信頼性低下を抑制することができる。

なお、ガスケット１６９の鍔部１６９ｂと溶接部１１５ｄとの接触防止のためには、負極外部端子接続部１０５ｃ及び負極接続端子１１５からの溶接部１１５ｄの突出量が、負極外部端子１０５の銅合金部１０５ｂに対する負極接続端子１１５のフランジ部１１５ｃの突出量に対して小さくすれば良い。これにより、鍔部１６９ｂは、溶接部１１５ｄからフランジ部１１５ｃの厚さ方向に離間した位置に配置され、ガスケット１６９の鍔部１６９ｂと溶接部１１５ｄとの接触が防止される。

また、外部絶縁体１６０と溶接部１１５ｄの接触防止のためには、外部絶縁体１６０の開口部１６１の内径を、溶接部１１５ｄの径方向外周の直径よりも大きくすれば良い。これにより、開口部１６１の内周面が溶接部１１５ｄよりも径方向外側に離間した位置に配置され、ガスケット１６９の鍔部１６９ｂと溶接部１１５ｄとの接触が防止される。

また、本発明により外部端子が簡易な構造で形成され、接続端子とクラッド材からなる外部端子の接続抵抗と、クラッド材からなる外部端子の異種金属変換部の接続抵抗を低減させる角形二次電池を提供することができる。

本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。

例えば、上述の実施の形態では、負極外部端子１０５にアルミニウム合金部１０５ａと銅合金部１０５ｂとからなるクラッド材を用い、アルミニウム合金製のバスバー１２３を接続する場合を例に説明したが、例えば、負極外部端子１０５を銅合金により構成し、かつ、正極外部端子１０４に銅合金部とアルミニウム合金部とからなるクラッド材を用い、銅合金製のバスバーを接続する構造としてもよい。

また、上述の実施の形態では、シールポイントを、ガスケット１６９と電池蓋１０２との間に設けたが、ガスケット１６９と負極接続端子１１５との間に設けても良く、また、両方に設けてもよい。

また、上述の実施の形態では、負極外部端子１０５に凹陥形成された負極外部端子接続部１０５ｃに負極接続端子１１５のフランジ部１１５ｃが嵌入されて、さらにかしめられているが、図１０Ａに示すように負極外部端子１０５の平板部に負極接続端子１１５のフランジ部１１５ｃを溶接固定して、さらに図１１ｃのようにかしめ固定するのであっても良い。

１００ 角形二次電池
１０２ 電池蓋
１０２ｈ 貫通孔
１０２ｊ 凸条部
１０５ 負極外部端子
１０５ａ アルミニウム合金部
１０５ｂ 銅合金部
１０５ｃ 負極外部端子接続部
１０５ｅ バスバー接合面
１０５ｈ 凹溝
１０７ 蓋組立体
１１５ 負極接続端子
１１５ａ 挿通軸部
１１５ｂ 先端部
１１５ｃ フランジ部
１１５ｄ 溶接部
１１５ｇ 基端部
１２３ バスバー
１６０ 外部絶縁体
１６５ 内部絶縁体
１６９ ガスケット
１６９ａ 円筒部
１６９ｂ 鍔部
１７０ 捲回電極群
１７４ 正極電極
１７５ 負極電極
１８０ 正極集電板
１９０ 負極集電板

Claims (6)

1. 電池蓋の外面側に配置される外部端子と、前記電池蓋を貫通する貫通孔に挿通されて前記外部端子に溶接接合される接続端子と、前記外部端子と前記電池蓋との間、及び、前記接続端子と前記電池蓋との間に介在される少なくとも１以上の絶縁部材と、を有する角形二次電池であって、
   前記外部端子と前記接続端子を溶接接合する溶接部は、前記絶縁部材を間に介して前記電池蓋に対向する位置に配置されており、前記絶縁部材との間に空間を有しており、
   前記外部端子は、前記電池蓋に対向する対向面に外部端子接続部を有し、
   前記接続端子は、前記電池蓋に開口する貫通孔に挿通される挿通軸部と、該挿通軸部の基端で拡径されて前記外部端子接続部に溶接接合されるフランジ部を有し、
   前記絶縁部材は、前記接続端子と前記電池蓋との間に介在されるガスケットと、前記外部端子と前記電池蓋との間に介在される外部絶縁体とを有し、
   前記溶接部は、前記フランジ部と前記外部端子接続部との境界部分に設けられ、
   前記外部絶縁体は、前記接続端子が挿通される開口部を有しており、該開口部の内周面が前記溶接部よりも径方向外側に離間した位置に配置されている
   ことを特徴とする角形二次電池。
2. 前記ガスケットは、前記接続端子のフランジ部と前記電池蓋の外面との間に介在される鍔部とを有し、
   前記電池蓋は、前記外面で且つ前記鍔部と対向する位置に前記貫通孔の周囲に沿って周状に連続して前記ガスケットにシールポイントを形成する凸条部を有し、
   前記溶接部は、前記凸条部よりも径方向外側の位置に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の角形二次電池。
3. 前記外部端子接続部は、前記電池蓋に対向する対向面に凹陥形成された一定径で所定深さを有する円形の凹部を有し、
   前記フランジ部は、少なくとも一部が前記凹部に嵌入され、
   前記溶接部は、前記フランジ部の外周面と前記凹部の内周面との境界部分に設けられ、 前記外部絶縁体は、前記開口部の内周面が前記溶接部よりも径方向外側に離間した位置に配置され、
   前記ガスケットは、前記溶接部から前記フランジ部の厚さ方向に離間した位置に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の角形二次電池。
4. 前記フランジ部は、該フランジ部の厚さ方向一方側の部分が前記凹部に嵌入され、前記フランジ部の厚さ方向他方側の部分が前記外部端子の対向面から突出していることを特徴とする請求項３に記載の角形二次電池。
5. 前記フランジ部は、前記凹部に嵌入され、前記フランジ部の厚さ方向他方側の面が前記外部端子の対向面と面一になっていることを特徴とする請求項３に記載の角形二次電池。
6. 前記接続端子は、前記外部端子を貫通してかしめ固定されていることを特徴とする請求項２または４または５に記載の角形二次電池。

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