JP7300266B2 - 二次電池 - Google Patents

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Description

本発明は、正負の極板にそれぞれ接続された集電タブが、集電部材を介して、封口板に固定された引出端子及び外部端子に接続された構造を有する二次電池に関する。
近年、リチウムイオン二次電池は、車両搭載用電源、あるいはパソコンおよび携帯端末の電源として好ましく用いられている。この種のリチウムイオン二次電池の一つとして、正極板及び負極板がセパレータを介して交互に積層された電極体を備える電池構造が知られている。
例えば、特許文献1には、複数の正極板及び負極板をセパレータを介して積層した電極体を、電池ケースに収納したリチウムイオン二次電池が開示されている。同公報では、電極体の一端から引き出されたリード(タブ)の端部を、封口板に組み付けられた内部端子(引出端子)に接続した後、リードを折り曲げながら、電池ケースの内部空間に収容し、その後、電池ケースの開口部を封口板で封口する組立工程が開示されている。これにより、正極板及び負極板は、それぞれ、リード及び内部端子を介して、外部端子に接続されている。なお、リベット状の外部端子は、封口板を貫通して、内部端子をかしめ固定している。
特開2003-242957号公報
特許文献1に開示されたリチウムイオン二次電池の組立工程では、電極体の一端から引き出されたリード(タブ)の端部は、内部端子(引出端子)に溶接等により接続される。しかしながら、内部端子は、封口板に組み付けられているため、リードの端部を内部端子に接続する際、封口板がじゃまになり、作業性が悪い。
そこで、作業性をよくするために、電極体の一端から引き出されたリード(タブ)の端部を、集電部材を介して、封口板に組み付けられた内部端子(引出端子)に接続する構造が考えられる。このような構造は、まず、リード(タブ)の端部を集電部材に溶接等で接続し、その後、リードが接続された集電部材を、封口板に組み付けられた内部端子(引出端子)に接続することによって組み立てることができる。すなわち、このような組立工程においては、リードの端部を集電部材に接続する際、じゃまになる封口板がないため、作業性が大幅に向上する。
しかしながら、このような構造では、集電部材は、内部端子に接続されているだけで、集電部材自身が、封口板に固定されているわけではない。そのため、二次電池に強い衝撃等が加わると、電極体が電池ケース内で動き、これにより、集電部材は、リード(タブ)によって引っ張られる。そのため、集電部材は、集電部材と内部端子(引出端子)との接続部が支点となって、封口板から離れたりくっついたりの振動をする。その結果、集電部材と内部端子(引出端子)との接続部に大きな負荷がかかり、接続部が損傷・破損するという問題が生じる。なお、特許文献1に開示された二次電池のように、リード(タブ)が、集電部材を介さず、直接、内部端子(引出端子)に接続した構造では、内部端子(引出電極)が封口板に固定されているため、上記のような問題は生じない。
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、正負の極板にそれぞれ接続された集電タブが、集電部材を介して、封口板に固定された引出端子及び外部端子に接続された構造を有する二次電池において、集電部材と引出端子との接続部の損傷を抑制した二次電池を提供することにある。
本発明に係る二次電池は、正極板及び負極板を備えた電極体と、開口部を有し、電極体を収容した電池ケースと、開口部を封口する封口板と、封口板の外側に設けられた外部端子と、封口板の内側に設けられ、外部端子と接続した状態で、封口板に固定された引出端子と、封口板の内側に配置され、引出端子に接続された集電部材と、電極体の封口板側端部において、正極板及び負極板にそれぞれ接続された複数の集電タブとを備え、複数の集電タブは、集電部材に接続されており、電極体は、複数の集電タブが、封口板の内側空間において、屈曲した状態で電池ケース内に収容されている。
本発明によれば、正負の極板にそれぞれ接続された集電タブが、集電部材を介して、封口板に固定された引出端子及び外部端子に接続された構造を有する二次電池において、集電部材と引出端子との接続部の損傷を抑制した二次電池を提供することができる。
本発明の一実施形態における二次電池の構成を模式的に示した断面図である。 二次電池の組立工程を説明した図である。 二次電池の組立工程を説明した図である。 二次電池の組立工程を説明した図である。 図1において、正極外部端子近傍を拡大した部分拡大図である。 図1のV-V線に沿った断面図である。 変形例1における封口板の短手方向に沿った正極集電部材近傍の部分断面図である。 変形例2における封口板の短手方向に沿った正極集電部材近傍の部分断面図である。 変形例3における二次電池の構成を模式的に示した断面図である。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。また、本発明の効果を奏する範囲を逸脱しない範囲で、適宜変更は可能である。
図1は、本発明の一実施形態における二次電池の構成を模式的に示した断面図である。
図1に示すように、本実施形態における二次電池は、正極板及び負極板を備えた電極体10と、電極体10を収納した電池ケース60と、電池ケース60の開口部を封口した封口板62とを有している。
電極体10の封口板62側端部において、正極板に接続された複数の正極集電タブ20は、束ねられて、正極集電部材30Aに接続されている。同様に、負極板に接続された複数の負極集電タブ22は、束ねられて、負極集電部材32Aに接続されている。ここで、正極集電タブ20及び負極集電タブ22は、金属箔からなる。また、正極集電部材30A及び負極集電部材32Aは、金属板からなる。
正極集電部材30Aは、封口板62の内側に設けられた正極引出端子30Bを介して、封口板62の外側に設けられた正極外部端子50に接続されている。同様に、負極集電部材32Aは、封口板62の内側に設けられた負極引出端子32Bを介して、封口板62の外側に設けられた負極外部端子52に接続されている。ここで、引出端子30B、32Bは金属板からなる。
正極集電部材30A及び正極引出端子30Bと、封口板62との間には、絶縁部材90が配置されている。同様に、負極集電部材32A及び負極引出端子32Bと、封口板62との間には、絶縁部材92が配置されている。また、正極外部端子50は、ガスケット91を介して、封口板62にかしめ加工により固定されている。同様に、負極外部端子52は、ガスケット93を介して、封口板62にかしめ加工により固定されている。また、正極引出端子30B及び絶縁部材90は、正極外部端子50のかしめ加工により、封口板62に固定されている。同様に、負極引出端子32B及び絶縁部材92は、負極外部端子52のかしめ加工により、封口板62に固定されている。
次に、図2~図4を参照しながら、図1に示した二次電池の組立工程を説明する。
図2は、電極体10の端部から、正極板に接続された複数の正極集電タブ20が突き出ている状態を示した斜視図である。
そして、この状態で、図3に示すように、複数の正極集電タブ20を束ねて積層させて、正極集電部材30Aの上に載せる。そして、正極集電タブ20と正極集電部材30Aとを、例えば、超音波接合、あるいは抵抗溶接により、接続させる。これにより、正極集電タブ20と正極集電部材30Aとは、接続部70で接続される。
次に、図4に示すように、あらかじめ、封口板62、正極外部端子50、絶縁部材90、及び正極引出端子30Bを接続・固定して、これらが一体となった部材に、正極集電タブ20が接続された正極集電部材30Aを載せる。このとき、正極集電部材30Aは、正極引出端子30Bの隣に接するように載せられる。そして、正極集電部材30Aと正極引出端子30Bとの接する部分を、例えば、レーザ溶接により接続する。これにより、正極集電部材30Aと正極引出端子30Bとは、接続部78で接続される。その後、封口板62を、矢印Aの方向に回転させて、電極体10を電池ケース60内に収容する。
最後に、電池ケース60の開口部を封口板62で封口して、本実施形態における二次電池が組み立てられる。このとき、電極体10は、正極集電タブ20が、封口板62の内側空間において屈曲した状態で、電池ケース60に収容されている。なお、負極集電タブ22、負極集電部材32A、負極引出端子32B、及び負極外部端子52についても、同様の方法で組み立てられる。
ところで、図4に示したように、正極集電部材30Aは、正極集電部材30Aと正極引出端子30Bとの隣接部分における接続部78のみで、正極引出端子30Bと接続されている。すなわち、正極集電部材30Aは、接続部78以外は、絶縁部材90(封口板62)側に当接しているだけで、封口板62には固定されていない。
図5は、図1において、正極外部端子50近傍を拡大した部分拡大図である。
図5に示すように、二次電池に強い衝撃等が加わると、電極体が電池ケース内で動き、そのため、正極集電部材30Aは、正極集電タブ20によって矢印Pの方向に引っ張られる。これにより、正極集電部材30Aは、正極集電部材30Aと正極引出端子30Bとの接続部78が支点となって、絶縁部材90と当接している面31が、絶縁部材90から離れたりくっついたりの振動をする。その結果、正極集電部材30Aと正極引出端子30Bとの接続部78に大きな負荷がかかり、接続部78が損傷・破損するおそれがある。
しかしながら、本実施形態では、図6に示すように、電極体10は、複数の正極集電タブ20が、封口板62の内側空間において、2つの屈曲部100、110を有した状態で、電池ケース60内に収容されている。ここで、図6は、図1のV-V線に沿った断面図である。
図6に示すように、複数の正極集電タブ20は、2つの屈曲部100、110を有しているため、屈曲した正極集電タブ20の弾力に起因する押力Fにより、正極集電部材30Aは、常に、絶縁部材90(封口板62)側に押圧されている。そのため、二次電池に強い衝撃等が加わっても、正極集電部材30Aは、図5に示したように、正極集電部材30Aと正極引出端子30Bとの接続部78が支点となって振動することはない。その結果、正極集電部材30Aと正極引出端子30Bとの接続部78の損傷を抑制することができ、接続部78の信頼性が向上する。なお、負極集電部材32Aと負極引出端子32Bとの接続部についても、同様の効果を奏する。
また、本実施形態における二次電池は、正負の極板からそれぞれ引き出された集電タブ20、22の端部を、集電部材30A、32Aを介して、封口板62に固定された引出端子30B、32Bに接続した構造を採用している。そのため、このような構造を有する二次電池は、集電タブ20、22の端部を集電部材30A、32Aに接続し、その後、集電タブ20、22が接続された集電部材30A、32Aを、封口板62に固定された引出端子30B、32Bに接続することによって組み立てることができる。その結果、集電タブ20、22の端部を、集電部材30A、32Aに接続する際、じゃまになる封口板62がないため、作業性が大幅に向上する。
本実施形態では、複数の集電タブ20、22に、2つの屈曲部100、110を設けることによって、集電タブ20、22自身に、集電部材30A、32Aを封口板62側に押し付ける押力Fを付与している。この押力Fを、より効果的に発揮させるために、2つの屈曲部100、110を、以下のように形成することが好ましい。
図6に示すように、封口板62の内側空間において、封口板62側に形成された屈曲部100を第1の屈曲部、電極体10側に形成された屈曲部110を第2の屈曲部としたとき、第2の屈曲部110の最内層における屈曲点Qは、第1の屈曲部100の最内層における屈曲点Pに対して、第1の屈曲部100の最外層における屈曲点Pと反対側にあることが好ましい。これにより、押力Fを的確に集電部材30A、32Aにかけることができるため、正極集電タブ20の封口板62側に押し付ける押力Fを、より大きくすることができる。
さらに、図6に示すように、第2の屈曲部110の最内層における屈曲点Qと、第1の屈曲部100の最内層における屈曲点P1との封口板62と平行な方向の距離をW、電極体10の封口板62と平行な方向の幅をWとしたとき、W<1/2Wの関係を満たしていることが好ましい。Wが大きすぎると屈曲部が折れ曲がってしまい、屈曲部が復元しようとする力が失われ、集電部材30A、32Aを封口板62側に押し付ける押力Fが小さくなってしまうためある。
また、図6に示すように、電極体10の封口板62側端部と、封口板62の内側面との距離をLとしたとき、W<Lの関係を満たしていることが好ましい。Wが大きすぎると屈曲部が折れ曲がってしまい、屈曲部が復元しようとする力が失われ、集電部材30A、32Aを封口板62側に押し付ける押力Fが小さくなってしまうためある。
以上、説明したように、正負の極板にそれぞれ接続された集電タブ20、22が、集電部材30A、32Aを介して、封口板62に固定された引出端子30B、32B及び外部端子50、52に接続された構造を有する二次電池において、電極体10を、複数の集電タブ20、22が、封口板62の内側空間において、屈曲した状態で、電池ケース60内に収容することによって、二次電池に強い衝撃等が加わっても、集電部材30A、32Aと引出端子30B、32Bとの接続部の損傷を抑制することができる。
(変形例1)
上記実施形態では、封口板62の内側空間において、複数の正極集電タブ20に、2つの屈曲部100、110を設けたが、図7に示すように、複数の正極集電タブ20に、1つの屈曲部100を設けただけでもよい。ここで、図7は、封口板62の短手方向に沿った正極集電部材30A近傍の部分断面図である。
本変形例1においても、複数の正極集電タブ20に屈曲部100を設けることによって、正極集電タブ20自身に、正極集電部材30Aを封口板62側に押し付ける押力を付与することができる。これにより、二次電池に強い衝撃等が加わっても、正極集電部材30Aと正極引出端子30Bとの接続部78の損傷を抑制することができる。同様に、負極集電タブ22についても、1つの屈曲部を設けることによって、負極集電部材32Aと負極引出端子32Bとの接続部の損傷を抑制することができる。
(変形例2)
図8は、封口板62の短手方向に沿った正極集電部材30A近傍の部分断面図である。
図8に示すように、本変形例2における二次電池は、同一構造からなる2つの電極体10A、10Bが、電池ケース60内に収容されている。そして、電極体10A、10Bの封口板62側端部において、それぞれ、正極板に接続された複数の正極集電タブ20A、20Bが、束ねられて、1つの正極集電部材30Aに接続されている。
本変形例2におい、正極集電タブ20A、20Bは、それぞれ、2つの屈曲部(100A、110A)、(100B、110B)を有している。そして、それぞれ2つの屈曲部(100A、110A)、(100B、110B)は、互いに反対方向に屈曲している。
本変形例2によれば、正極集電タブ20A、20Bに、それぞれ、2つの屈曲部(100A、110A)、(100B、110B)を設けることによって、正極集電タブ20A、20B自身に、正極集電部材30Aを封口板62側に押し付ける押力を付与することができる。これにより、二次電池に強い衝撃等が加わっても、正極集電部材30Aと正極引出端子30Bとの接続部の損傷を抑制することができる。
同様に、2つの電極体10A、10Bの封口板62側端部から引き出された2つの負極集電タブ22についても、それぞれ、2つの屈曲部を設けることによって、負極集電部材32Aと負極引出端子32Bとの接続部の損傷を抑制することができる。
(変形例3)
図9は、本発明の変形例3における二次電池の構成を模式的に示した断面図である。
図9に示すように、本変形例3における二次電池は、正負の引出端子30B、32B、及び正負の外部端子50、52の構造が、図1に示した構造と異なっている。
すなわち、リベット状の引出端子30B、32Bは、それぞれ、封口板62を貫通して、ガスケット91、93を介して、封口板62にかしめ固定されている。また、外部端子50、52は、それぞれ、引出端子30B、32Bに接続されて、封口板62の外側に配置されている。
また、電極体10の封口板62側端部から引き出された正負の集電タブ20、22は、それぞれ、正負の集電部材30A、32Aに接続されている。そして、正負の集電部材30A、32Aの端部は、それぞれ、封口板62の内側に設けられた正負の引出端子30B、32Bまで引き出され、そこで、正負の引出端子30B、32Bに溶接等で接続されている。
本変形例3においても、電極体10は、複数の正負の集電タブ20、22が、それぞれ、封口板62の内側空間において、少なくとも1つ以上の屈曲部を有する状態で、電池ケース60内に収容されている。
このような構造の二次電池は、図2~4に示した工程と同様の工程により組み立てられる。
すなわち、図2、3に示した工程と同様に、電極体10の端部から引き出された複数の正極集電タブ20を束ねて積層させて、正極集電部材30Aの上に載せる。そして、正極集電タブ20と正極集電部材30Aとを、例えば、超音波接合、あるいは抵抗溶接により、接続させる。
次に、図4に示した工程と同様に、あらかじめ、封口板62、正極外部端子50、ガスケット91、及び正極引出端子30Bを接続・固定して、これらが一体となった部材に、正極集電タブ20が接続された正極集電部材30Aを載せる。このとき、正極集電部材30Aは、その端部が正極引出端子30Bと重なるように載せられる。そして、正極集電部材30Aの正極引出端子30Bと重なる部分を、例えば、レーザ溶接により、正極引出端子30Bに接続する。その後、封口板62を回転させて、電極体10を電池ケース60内に収容する。最後に、電池ケース60の開口部を封口板62で封口して、本変形例3における二次電池が組み立てられる。
このとき、電極体10は、正極集電タブ20が、封口板62の内側空間において屈曲した状態で、電池ケース60に収容されている。なお、負極集電タブ22、負極集電部材32A、負極引出端子32B、及び負極外部端子52についても、同様の方法で組み立てられる。
本変形例3においても、正極集電部材30Aは、正極集電部材30Aの正極引出端子30Bと重なった部分においてのみ、正極引出端子30Bと接続されており、封口板62には固定されていない。そのため、図5に示したのと同様に、二次電池に強い衝撃等が加わると、正極集電部材30Aは、正極集電タブ20によって引っ張られて、正極引出端子30Bとの接続部が支点となって振動する。その結果、正極集電部材30Aと正極引出端子30Bとの接続部に大きな負荷がかかり、接続部が損傷・破損するおそれがある。
しかしながら、本変形例3においても、複数の正極集電タブ20に、1つ以上の屈曲部を設けることによって、正極集電タブ20自身に、正極集電部材30Aを封口板62側に押し付ける押力Fを付与することができる。これにより、二次電池に強い衝撃等が加わっても、正極集電部材30Aと正極引出端子30Bとの接続部の損傷を抑制することができる。
同様に、電極体10の封口板62側端部から引き出された複数の負極集電タブ22についても、1つ以上の屈曲部を設けることによって、負極集電部材32Aと負極引出端子32Bとの接続部の損傷を抑制することができる。
以上、本発明を好適な実施形態により説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、もちろん、種々の改変が可能である。例えば、上記実施形態及び変形例において、図1及び図9に示したような構造の正負の集電部材30A、32A、引出端子30B、32B、及び外部端子50、52を例示したが、このような構造に特に限定されない。なお、この場合、引出端子30B、32Bは、少なくとも、封口板62の内側に設けられ、外部端子50、52と接続した状態で、封口板62に固定されていればよい。
また、本発明における二次電池は、その種類は、特に限定されず、例えば、リチウムイオン二次電池、ニッケル水素二次電池等に適用することができる。また、電極体10も、その構造は特に限定されない。また、正極、負極、セパレータ、電解液等については公知の材料を使用できる。
10 電極体
20 正極集電タブ
22 負極集電タブ
30A 正極集電部材
30B 正極引出端子
32A 負極集電部材
32B 負極引出端子
50 正極外部端子
52 負極外部端子
60 電池ケース
62 封口板
70 接続部
90、92 絶縁部材
91、93 ガスケット
100 第1の屈曲部
110 第2の屈曲部

Claims (4)

  1. 正極板及び負極板を備えた電極体と、
    開口部を有し、前記電極体を収容した電池ケースと、
    前記開口部を封口する封口板と、
    前記封口板の外側に設けられた外部端子と、
    前記封口板の内側に設けられ、前記外部端子と接続した状態で、前記封口板に固定された引出端子と、
    前記封口板の内側に配置され、前記引出端子に接続された集電部材と、
    前記電極体の前記封口板側端部において、前記正極板及び前記負極板にそれぞれ接続された複数の集電タブと、
    を備えた二次電池であって、
    前記複数の集電タブは、前記集電部材に接続されており、
    前記電極体は、前記複数の集電タブが、前記封口板の内側空間において、屈曲した状態で、前記電池ケース内に収容されており、
    前記複数の集電タブは、前記封口板の内側空間において、前記封口板側に形成された第1の屈曲部と、前記電極体側に形成された第2の屈曲部とを有し、
    前記第2の屈曲部の最内層における屈曲点は、前記第1の屈曲部の最内層における屈曲点に対して、前記第1の屈曲部の最外層における屈曲点と反対側にあり、
    前記第2屈曲部の屈曲点における前記複数の集電タブの積層方向の寸法は、前記第1屈曲部の屈曲点における前記複数の集電タブの積層方向の寸法より大きく、
    前記第2の屈曲部の最内層における屈曲点と、前記第1の屈曲部の最内層における屈曲点との前記封口板と平行な方向の距離をW 、前記電極体の前記封口板側端部と、前記封口板の内側面との距離をLとしたとき、W <Lの関係を満たしている、二次電池。
  2. 正極板及び負極板を備えた電極体と、
    開口部を有し、前記電極体を収容した電池ケースと、
    前記開口部を封口する封口板と、
    前記封口板の外側に設けられた外部端子と、
    前記封口板の内側に設けられ、前記外部端子と接続した状態で、前記封口板に固定された引出端子と、
    前記封口板の内側に配置され、前記引出端子に接続された集電部材と、
    前記電極体の前記封口板側端部において、前記正極板及び前記負極板にそれぞれ接続された複数の集電タブと、
    を備えた二次電池であって、
    前記複数の集電タブは、前記集電部材に接続されており、
    前記電極体は、前記複数の集電タブが、前記封口板の内側空間において、屈曲した状態で、前記電池ケース内に収容されており、
    前記複数の集電タブは、前記封口板の内側空間において、前記封口板側に形成された第1の屈曲部と、前記電極体側に形成された第2の屈曲部とを有し、
    前記第2の屈曲部の最内層における屈曲点は、前記第1の屈曲部の最内層における屈曲点に対して、前記第1の屈曲部の最外層における屈曲点と反対側にあり、
    前記第2屈曲部の屈曲点における前記複数の集電タブの積層方向の寸法は、前記第1屈曲部の屈曲点における前記複数の集電タブの積層方向の寸法より大きく、
    記第1屈曲部と前記第2屈曲部との間に位置する前記複数の集電タブの部分は、前記正極板と前記負極板が積層される方向と交差する方向に延びている、二次電池。
  3. 前記第2の屈曲部の最内層における屈曲点と、前記第1の屈曲部の最内層における屈曲点との前記封口板と平行な方向の距離をW、前記電極体の前記封口板と平行な方向の幅をWとしたとき、W<1/2Wの関係を満たしている、請求項1または2に記載の二次電池。
  4. 正極板及び負極板を備えた電極体と、
    開口部を有し、前記電極体を収容した電池ケースと、
    前記開口部を封口する封口板と、
    前記封口板の外側に設けられた外部端子と、
    前記封口板の内側に設けられ、前記外部端子と接続した状態で、前記封口板に固定された引出端子と、
    前記封口板の内側に配置され、前記引出端子に接続された集電部材と、
    前記電極体の前記封口板側端部において、前記正極板及び前記負極板にそれぞれ接続された複数の集電タブと、
    を備えた二次電池であって、
    前記複数の集電タブは、前記集電部材に接続されており、
    前記電極体は、前記複数の集電タブが、前記封口板の内側空間において、屈曲した状態で、前記電池ケース内に収容されており、
    前記集電部材は、該集電部材と前記引出端子との隣接部分における接続部のみで、前記引出端子と接続されており、
    前記複数の集電タブは、前記封口板の内側空間において、前記封口板側に形成された第1の屈曲部と、前記電極体側に形成された第2の屈曲部とを有し、
    前記第2の屈曲部の最内層における屈曲点は、前記第1の屈曲部の最内層における屈曲点に対して、前記第1の屈曲部の最外層における屈曲点と反対側にある、二次電池。
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