JP7449468B2 - 集電端子 - Google Patents
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Description
本発明は、集電端子に関する。詳しくは、本発明は、電池ケースに付設された外部端子と、該ケースの内部に収容された電極体とを電気的に接続する集電端子の構造に関する。
近年、種々の電池に関する研究開発が精力的に行われている。なかでも、リチウムイオン二次電池等の二次電池は、車両搭載用電源あるいはパソコンや携帯端末等の電源として重要性が高まっている。特に、軽量で高エネルギー密度が得られるリチウムイオン二次電池は、車両搭載用高出力電源として好ましく用いられている。
例えばリチウムイオン二次電池には、電池ケースの外側に少なくとも一部が配置される外部端子と、該ケースの内部に収容される電極体とが、集電端子を介して電気的に接続された構成を有するものがある（例えば、特許文献１，２参照）。集電端子は、これら特許文献に示されるように、電池ケース（蓋体等）に取り付けられるベース部と、該ベース部から延伸した部分であって、電極体に接合されるリード部とを有しており、これらの境界部を折り曲げて、上記外部端子と電極体とにそれぞれ接合される。
ところで、近年では、電池の普及にともなって、電池をより簡便に組み立てて大量生産することや、電池を高出力化するための技術が求められている。電池の組み立てを容易にするための工夫の一つとして、上記のような集電端子のベース部とリード部との境界部を容易に折り曲げられるようにすることが挙げられる。折り曲げによって、集電端子に歪みが生じると、該集電端子と外部端子との取り付けに不具合が生じ得る。これは、電池の容易な組み立て、ひいては電池の大量生産を妨げる要因となる。
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、電池の集電端子について、該集電端子の折り曲げ加工の容易性を向上し、従来よりも容易に電池を組み立てることができる技術を提供することを目的とする。
本発明者は、集電端子を電池ケースの内部に適切に収容するため、該集電端子の折り曲げは、ベース部の一部が湾曲外側になるようにリード部を折り曲げる必要があることに着目した。ベース部の内側において折り曲げの起点を設けることによって、折り曲げ加工の容易性が向上し得ることを見出した。さらに、本発明者は、該起点周辺における集電端子の厚みを他の部分よりも小さくすることによって、折り曲げによる歪みの発生を顕著に抑制し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。
ここで開示される技術によると、電池ケースの外側に少なくとも一部が配置される外部端子と、該ケースの内側に収容される電極体とを電気的に接続する集電端子（内部端子）が提供される。
当該集電端子は、上記外部端子に取り付けられる矩形状（略矩形状を含む。）のベース部と、該ベース部から延伸して上記電極体と接合されるリード部とを備える。上記ベース部と上記リード部との境界部であって、上記リード部の根元部分には、該リード部の延伸方向と直交する幅方向に沿って凹部が形成されている。上記幅方向において、上記凹部に隣接する部分には、上記ベース部の内方に向かうスリットが形成されている。電池の構築の際には、上記境界部を起点に、上記凹部の表面が湾曲外側になるように、上記リード部が上記ベース部に対して折り曲げられる。
当該集電端子は、上記外部端子に取り付けられる矩形状（略矩形状を含む。）のベース部と、該ベース部から延伸して上記電極体と接合されるリード部とを備える。上記ベース部と上記リード部との境界部であって、上記リード部の根元部分には、該リード部の延伸方向と直交する幅方向に沿って凹部が形成されている。上記幅方向において、上記凹部に隣接する部分には、上記ベース部の内方に向かうスリットが形成されている。電池の構築の際には、上記境界部を起点に、上記凹部の表面が湾曲外側になるように、上記リード部が上記ベース部に対して折り曲げられる。
かかる構成の集電端子によると、ベース部に、折り曲げの起点が設けられている。これによって、折り曲げ加工の容易性が顕著に向上される。また、凹部における集電端子の厚みは、該凹部周辺の集電端子の厚みよりも小さい。そのため、折り曲げによって集電端子に歪みが発生するのを抑制することができる。このように歪みの発生が抑制されると、集電端子と外部端子との接触面積の低下を抑制することができる。そのため、上記の構成によって、電池性能を向上させることができる。
また、ここで開示される集電端子の好ましい一態様では、上記凹部内の表面形状が断面からみて円弧形状に形成されている。
かかる構成によると、集電端子を折り曲げ加工する際、凹部の表面が折り曲げによって湾曲しやすくなる。また、歪みの発生を抑制する効果を高めることができる。
また、好ましい一態様では、上記延伸方向における上記スリットの長さは、上記凹部の最深部における上記リード部の厚み以上に形成されている。
かかる構成によると、集電端子を折り曲げ加工する際の容易性が、より一層向上している。
かかる構成によると、集電端子を折り曲げ加工する際、凹部の表面が折り曲げによって湾曲しやすくなる。また、歪みの発生を抑制する効果を高めることができる。
また、好ましい一態様では、上記延伸方向における上記スリットの長さは、上記凹部の最深部における上記リード部の厚み以上に形成されている。
かかる構成によると、集電端子を折り曲げ加工する際の容易性が、より一層向上している。
また、ここで開示される集電端子構造の好ましい一態様では、上記凹部の最深部における上記リード部の厚みは、該凹部の周囲の上記リード部の厚みの１／２以上２／３以下の厚みである。
かかる構成によると、折り曲げ加工容易性の向上効果がより好適に発揮される。また、凹部に十分な強度を確保することができる。さらに、電池の抵抗が増大するのを抑制することができる。
かかる構成によると、折り曲げ加工容易性の向上効果がより好適に発揮される。また、凹部に十分な強度を確保することができる。さらに、電池の抵抗が増大するのを抑制することができる。
ここで開示される技術によると、電池ケースと、上記電池ケースの内側に収容される、正極および負極を含む電極体と、上記電池ケースの外側に少なくとも一部が配置される外部端子と、上記外部端子および上記電極体を電気的に接続する、正極集電端子および負極集電端子と、を備える電池が提供される。
上記正極集電端子および上記負極集電端子のうちの少なくともいずれか一方は、上記のような集電端子である。上記集電端子は、上記凹部の表面が湾曲外側になるように、上記リード部が上記ベース部に対して折り曲げられた状態で備えられている。
上記のとおり、ここで開示される集電端子は、折り曲げ加工容易性が顕著に向上している。そのため、このような集電端子を備える電池は、その構築が従来よりも容易となっており、容易に大量生産され得る。また、抵抗の増大が好適に抑制された、良好な電池性能を有する電池を提供することができる。
上記正極集電端子および上記負極集電端子のうちの少なくともいずれか一方は、上記のような集電端子である。上記集電端子は、上記凹部の表面が湾曲外側になるように、上記リード部が上記ベース部に対して折り曲げられた状態で備えられている。
上記のとおり、ここで開示される集電端子は、折り曲げ加工容易性が顕著に向上している。そのため、このような集電端子を備える電池は、その構築が従来よりも容易となっており、容易に大量生産され得る。また、抵抗の増大が好適に抑制された、良好な電池性能を有する電池を提供することができる。
以下、本発明の一実施形態を説明する。なお、以下の図面において、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付して説明している。また、各図における寸法関係（長さ、幅、厚み等）は実際の寸法関係を反映するものではない。また、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本明細書において数値範囲を示す「Ａ～Ｂ」の表記は、Ａ以上Ｂ以下を意味し、Ａを上回るものでＢを下回るものを包含する。
以下、ここで開示される集電端子、および該集電端子を備える電池について、捲回電極体を備える角形のリチウムイオン二次電池を例に挙げて詳細に説明する。
以下、ここで開示される集電端子、および該集電端子を備える電池について、捲回電極体を備える角形のリチウムイオン二次電池を例に挙げて詳細に説明する。
まず、ここで開示される集電端子を含む電池の構成について、図１を参照しつつ説明する。
なお、本明細書における図中の符号Ｘは電池の幅方向を示し、符号Ｚは電池の高さ方向を示す。なお、これらの方向は説明の便宜上定めた方向であり、電池の設置態様を限定することを意図したものではない。
なお、本明細書における図中の符号Ｘは電池の幅方向を示し、符号Ｚは電池の高さ方向を示す。なお、これらの方向は説明の便宜上定めた方向であり、電池の設置態様を限定することを意図したものではない。
図１に示すように、電池１０は、電極体２０と、電池ケース３０と、正極端子構造４０と、負極端子構造５０とを備えている。以下、各々の構造について説明する。
電極体２０は、絶縁フィルム（図示省略）等で覆われた状態で、電池ケース３０の内部に収容された発電要素である。電極体２０は、長尺シート状の正極２１と、長尺シート状の負極２２と、長尺シート状のセパレータ２３、２４とを備えている。かかる電極体２０は、上述した長尺シート状の部材を巻き重ねた捲回電極体である。なお、電極体の構造は、特に限定されず、従来の一般的な二次電池（例えばリチウムイオン二次電池）において採用され得る種々の構造を制限なく採用できる。例えば、電極体は、矩形のシート状の正極と負極とをセパレータを介して積層させた積層型電極体であってもよい。
正極２１は、箔状の正極集電体２１ａ（例えばアルミニウム箔）と、当該正極集電体２１ａの表面（好適には両面）に形成された正極活物質層２１ｂとを備えている。また、幅方向Ｘにおける正極２１の一方の側縁部（図１中の左側の側縁部）には、正極活物質層２１ｂが形成されておらず、正極集電体２１ａが露出した正極接続部２１ｃが形成されている。なお、正極活物質層２１ｂには、正極活物質、バインダ、導電材等の種々の材料が含まれている。かかる正極活物質層２１ｂに含まれる材料については、従来の一般的な二次電池（例えばリチウムイオン二次電池）で使用され得るものを特に制限なく使用することができ、本発明を限定するものではないため詳細な説明を省略する。
負極２２は、箔状の負極集電体２２ａ（例えば銅箔）と、当該負極集電体２２ａの表面（好適には両面）に形成された負極活物質層２２ｂとを備えている。また、幅方向Ｘにおける負極２２の他方の側縁部（図１中の右側の側縁部）には、負極活物質層２２ｂが形成されておらず、負極集電体２２ａが露出した負極接続部２２ｃが形成されている。なお、正極活物質層２１ｂと同様に、負極活物質層２２ｂにも、負極活物質やバインダ等の種々の材料が含まれている。かかる負極活物質層２２ｂに含まれる材料についても、従来の一般的な二次電池で使用され得るものを特に制限なく使用することができ、本発明を限定するものではないため詳細な説明を省略する。
セパレータ２３、２４は、正極２１と負極２２との間に介在し、これらの電極が直接接触することを防止する。図示は省略するが、セパレータ２３、２４には、微細な孔が複数形成されており、当該微細な孔を通って正極２１と負極２２との間で電荷担体（リチウムイオン二次電池の場合は、リチウムイオン）が移動するように構成されている。セパレータ２３、２４には、所要の耐熱性を有する樹脂シート等が使用されるが、従来の一般的な二次電池で使用され得るものを特に制限なく使用できるため詳細な説明は省略する。
電池ケース３０は、電極体２０を収容する容器である。図示されるように、電池ケース３０は、扁平な角型の容器であり、上面が開口した角型のケース本体３２と、当該ケース本体３２の開口部を塞ぐ板状の蓋体３４とを備えている。電池ケース３０には、所要の強度を有する金属材料（例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス鋼等）が用いられ得る。
電池１０は、蓋体３４の水平方向（図１中のＸ方向）において、蓋体３４の両端部に、正極側の電極端子構造（正極端子構造４０）と、負極側の電極端子構造（負極端子構造５０）とをそれぞれ備えている。
正極端子構造４０は、正極外部端子４４と正極集電端子４２とを備えている。
正極外部端子４４は、図示されるように、電池ケース３０の外部に配置されている。正極外部端子４４は、その一部が電池ケース３０の外部から内部に至り、正極集電端子４２に接続されている。
正極集電端子４２は、電池ケース３０の内部に配置されている。正極集電端子４２は、上記のように、正極外部端子４４に接続されている。また、正極集電端子４２は、電極体２０の正極２１（正極接続部２１ｃ）に接続されている。
なお、電池１０では、正極集電端子４２と正極外部端子４４の両方がアルミニウムを主体とする金属材料で構成され得る。このように、正極集電端子４２と正極外部端子４４とは同じ金属材料（同種金属材料）によって構成されてよいが、特に限定されず、異なる金属材料（異種金属材料）によって構成されていてもよい。金属材料についても、正極集電端子４２および正極外部端子４４で使用され得るものを特に制限なく使用できる。
正極外部端子４４は、図示されるように、電池ケース３０の外部に配置されている。正極外部端子４４は、その一部が電池ケース３０の外部から内部に至り、正極集電端子４２に接続されている。
正極集電端子４２は、電池ケース３０の内部に配置されている。正極集電端子４２は、上記のように、正極外部端子４４に接続されている。また、正極集電端子４２は、電極体２０の正極２１（正極接続部２１ｃ）に接続されている。
なお、電池１０では、正極集電端子４２と正極外部端子４４の両方がアルミニウムを主体とする金属材料で構成され得る。このように、正極集電端子４２と正極外部端子４４とは同じ金属材料（同種金属材料）によって構成されてよいが、特に限定されず、異なる金属材料（異種金属材料）によって構成されていてもよい。金属材料についても、正極集電端子４２および正極外部端子４４で使用され得るものを特に制限なく使用できる。
負極端子構造５０は、負極外部端子５４と負極集電端子５２とを備えている。
負極外部端子５４は、図示されるように、電池ケース３０の外部に配置されている。負極外部端子５４は、その一部が電池ケース３０の外部から内部に至り、負極集電端子５２に接続されている。
負極集電端子５２は、電池ケース３０の内部に配置されている。負極集電端子５２は、上記のように負極外部端子５４に接続されている。また、負極集電端子５２は、電極体２０の負極２２（負極接続部２２ｃ）に接続されている。
なお、負極端子構造５０は、上述した正極端子構造４０と異なり、負極集電端子５２が銅を主体とする金属材料で構成されており、負極外部端子５４がアルミニウムを主体とする金属材料で構成され得る。このように、負極集電端子５２と負極外部端子５４とは異なる金属材料（異種金属材料）によって構成されているが、特に限定されず、同じ金属材料（同種金属材料）によって構成されていてもよい。金属材料についても、負極集電端子５２および負極外部端子５４で使用され得るものを特に制限なく使用できる。
負極外部端子５４は、図示されるように、電池ケース３０の外部に配置されている。負極外部端子５４は、その一部が電池ケース３０の外部から内部に至り、負極集電端子５２に接続されている。
負極集電端子５２は、電池ケース３０の内部に配置されている。負極集電端子５２は、上記のように負極外部端子５４に接続されている。また、負極集電端子５２は、電極体２０の負極２２（負極接続部２２ｃ）に接続されている。
なお、負極端子構造５０は、上述した正極端子構造４０と異なり、負極集電端子５２が銅を主体とする金属材料で構成されており、負極外部端子５４がアルミニウムを主体とする金属材料で構成され得る。このように、負極集電端子５２と負極外部端子５４とは異なる金属材料（異種金属材料）によって構成されているが、特に限定されず、同じ金属材料（同種金属材料）によって構成されていてもよい。金属材料についても、負極集電端子５２および負極外部端子５４で使用され得るものを特に制限なく使用できる。
更に、上述した電極端子構造について詳細に説明する。電池１０においては、正極端子構造４０と負極端子構造５０とは、上記Ｘ方向の中心を軸として略対称に配置されている。そのため、以下では、正極端子構造４０の構成をもとに、図２を参照しつつ詳細に説明する。負極端子構造５０の構成についての説明は、正極側と同様であるので、省略する。
正極外部端子４４は、基部４４ａ、軸部４４ｂ、および先端部４４ｃを備える。
軸部４４ｂは基部４４ａから電池ケース３０の内側に対して略垂直に延びており、筒部４６ｂによって形成される貫通孔、端子取付孔３４ａ、および貫通孔４２ｃに挿通され、先端部４４ｃがかしめられて、かしめ部が形成されている。即ち、正極外部端子４４の一部は、電池ケース３０の内側に配置されている。また、基部４４ａは、蓋体３４に沿って、電池ケース３０の外側に配置されている。基部４４ａは板状に形成されており、例えば矩形状（略矩形状を含む。）、円形状（楕円形状を含む。）であり得る。
軸部４４ｂは基部４４ａから電池ケース３０の内側に対して略垂直に延びており、筒部４６ｂによって形成される貫通孔、端子取付孔３４ａ、および貫通孔４２ｃに挿通され、先端部４４ｃがかしめられて、かしめ部が形成されている。即ち、正極外部端子４４の一部は、電池ケース３０の内側に配置されている。また、基部４４ａは、蓋体３４に沿って、電池ケース３０の外側に配置されている。基部４４ａは板状に形成されており、例えば矩形状（略矩形状を含む。）、円形状（楕円形状を含む。）であり得る。
図示されるように、正極外部端子４４および蓋体３４の間には、第１の絶縁部材４６が配置されている。第１の絶縁部材４６は、基部４６ａと、筒部４６ｂとを備える。筒部４６ｂは、貫通孔を形成している。該貫通孔の形状および大きさは、正極外部端子４４が挿通され、十分な気密性を有するかしめ部が形成される限りは、特に限定されない。
第１の絶縁部材４６は絶縁性を有する材料によって形成されており、その材料としては、例えばポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）等のポリオレフィン、およびポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）等の樹脂材料が挙げられる。
第１の絶縁部材４６は絶縁性を有する材料によって形成されており、その材料としては、例えばポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）等のポリオレフィン、およびポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）等の樹脂材料が挙げられる。
電池ケース３０（蓋体３４）は、正極外部端子４４の軸部４４ｂが挿通される、電池ケース３０の外面から内面に至る端子取付孔３４ａを有する。
端子取付孔３４ａの形状および大きさは、正極外部端子４４および筒部４６ｂが挿通され、十分な気密性を有するかしめ部が形成される限りは、特に限定されない。
端子取付孔３４ａの形状および大きさは、正極外部端子４４および筒部４６ｂが挿通され、十分な気密性を有するかしめ部が形成される限りは、特に限定されない。
図示されるように、蓋体３４と正極集電端子４２との間には、第２の絶縁部材４８が配置される。第２の絶縁部材４８は、正極外部端子４４の軸部４４ｂが挿通される貫通孔４８ａを有する。該貫通孔の形状および大きさは、正極外部端子４４が挿通され、十分な気密性を有するかしめ部が形成される限りは、特に限定されない。
第２の絶縁部材４８は弾性、絶縁性、および耐電解液性を有する材料によって形成される。その材料としては、例えば、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）等のフッ素樹脂材料が挙げられる。
第２の絶縁部材４８は弾性、絶縁性、および耐電解液性を有する材料によって形成される。その材料としては、例えば、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）等のフッ素樹脂材料が挙げられる。
正極集電端子４２は、正極外部端子４４と電極体２０とを電気的に接続する部材であり、ベース部４２ａと、リード部４２ｂ（図1参照）とを備える。ベース部４２ａには、正極外部端子４４の軸部４４ｂが貫通する貫通孔４２ｃが形成されている。
ベース部４２ａは、蓋体３４の内面に沿って配置されている。リード部４２ｂは、ベース部４２ａから電池ケース３０の内部に対して略垂直に延伸して、その先端部分は電極体２０の正極（正極接続部）に接合される。
貫通孔４２ｃの形状および大きさは、正極外部端子４４が挿通され、十分な気密性を有するかしめ部が形成される限りは、特に限定されない。
ベース部４２ａは、蓋体３４の内面に沿って配置されている。リード部４２ｂは、ベース部４２ａから電池ケース３０の内部に対して略垂直に延伸して、その先端部分は電極体２０の正極（正極接続部）に接合される。
貫通孔４２ｃの形状および大きさは、正極外部端子４４が挿通され、十分な気密性を有するかしめ部が形成される限りは、特に限定されない。
次に、正極集電端子４２の構造について、図３，４を参照しつつ説明する。
正極集電端子４２において、ベース部４２ａとリード部４２ｂとの境界部であって、リード部４２ｂの根元部分には、リード部４２ｂの延伸方向と直交する幅方向に沿って、凹部４２ｄが形成されている。該幅方向において、凹部４２ｄに隣接する部分には、ベース部４２ａの内方に向かうスリット４２ｅが形成されている。図示されるように、凹部４２ｄの少なくとも一部は、ベース部４２ａの内側に形成されている。なお、本明細書において「リード部４２ｂの延伸方向」および「リード部の延伸方向」は、折り曲げ加工前の集電端子におけるリード部（４２ｂ）の延伸方向を意味する。図３において、当該方向はベース部４２ａの短辺方向と同方向であることが確認される。
正極集電端子４２において、ベース部４２ａとリード部４２ｂとの境界部であって、リード部４２ｂの根元部分には、リード部４２ｂの延伸方向と直交する幅方向に沿って、凹部４２ｄが形成されている。該幅方向において、凹部４２ｄに隣接する部分には、ベース部４２ａの内方に向かうスリット４２ｅが形成されている。図示されるように、凹部４２ｄの少なくとも一部は、ベース部４２ａの内側に形成されている。なお、本明細書において「リード部４２ｂの延伸方向」および「リード部の延伸方向」は、折り曲げ加工前の集電端子におけるリード部（４２ｂ）の延伸方向を意味する。図３において、当該方向はベース部４２ａの短辺方向と同方向であることが確認される。
ベース部とリード部とを備える集電端子は、電池を構築する際には、ベース部とリード部との境界部を起点として折り曲げられる（典型的には、９０°の折り曲げ）。かかる折り曲げの起点は、従来からベース部の内側に設計されることから、折り曲げにともなって、上記境界部付近の領域に歪みが生じやすい等の欠点があった。
ここで開示される技術によると、正極集電端子４２には、上記のような凹部４２ｄとスリット４２ｅとが形成されることによって、ベース部４２ａとリード部４２ｂとの境界部において、折り曲げ加工の起点が形成されている。正極集電端子４２は、電池の構築の際には、凹部４２ｄの表面が湾曲外側になるように、リード部４２ｂがベース部４２ａに対して折り曲げられる。そのため、正極集電端子４２の折り曲げ加工の容易性は、顕著に向上されている。
また、集電端子を折り曲げる際、折り曲げ起点の周辺（例えば、湾曲内側の表面）において、折り曲げに起因する歪みが発生しやすい。これは、集電端子と外部端子との接触面積を小さくし、ひいては電池性能を低下させる要因になり得るため、好ましくない。正極集電端子４２では、折り曲げ起点の周辺に、他の部分よりも厚みが小さい凹部４２ｄ形成されている。このことから、かかる歪みの発生が顕著に抑制されている。
ここで開示される技術によると、正極集電端子４２には、上記のような凹部４２ｄとスリット４２ｅとが形成されることによって、ベース部４２ａとリード部４２ｂとの境界部において、折り曲げ加工の起点が形成されている。正極集電端子４２は、電池の構築の際には、凹部４２ｄの表面が湾曲外側になるように、リード部４２ｂがベース部４２ａに対して折り曲げられる。そのため、正極集電端子４２の折り曲げ加工の容易性は、顕著に向上されている。
また、集電端子を折り曲げる際、折り曲げ起点の周辺（例えば、湾曲内側の表面）において、折り曲げに起因する歪みが発生しやすい。これは、集電端子と外部端子との接触面積を小さくし、ひいては電池性能を低下させる要因になり得るため、好ましくない。正極集電端子４２では、折り曲げ起点の周辺に、他の部分よりも厚みが小さい凹部４２ｄ形成されている。このことから、かかる歪みの発生が顕著に抑制されている。
凹部４２ｄの形状は、特に限定されない。例えば、凹部４２ｄの表面形状は、断面からみて矩形状に形成されていてよい。あるいは、凹部４２ｄの表面形状は、断面からみて円弧形状に形成されていてよい。ここで、「円弧形状」は、正円の一部に限られず、楕円の一部であってもよく、Ｕ字形状を含む。加工容易性の観点からは、凹部４２ｄの表面形状は、断面からみて円弧形状に形成されることが好ましい。凹部４２ｄは、Ｕ字形状の溝として形成されることが好ましい。
また、断面視における凹部４２ｄの形状は、凹部４２ｄの最深部に向かって凹部４２ｄの幅が狭くなるテーパ形状であってもよい。
また、断面視における凹部４２ｄの形状は、凹部４２ｄの最深部に向かって凹部４２ｄの幅が狭くなるテーパ形状であってもよい。
また、正極集電端子４２において、凹部４２ｄおよびスリット４２ｅを所定の寸法関係とすると、折り曲げ加工の容易性をより一層向上させることができる。以下、かかる寸法関係について、図５を参照しつつ説明する。図４における枠内のＡ矢視図である。図５において、Ｄ１は、正極集電端子４２の厚みである。換言すれば、Ｄ１は、ベース部４２ａの厚みであり、リード部４２ｂの厚みである。Ｄ２は、凹部４２ｄの最深部におけるリード部４２ｂの厚みである。Ｄ３は、凹部４２ｄの深さであって、正極集電端子４２（リード部４２ｂ）の表面から凹部４２ｄの最深部までの深さである。Ｌ１は、スリット４２ｅの長さである。なお、スリット４２ｅの長さＬ１は、リード部４２ｂの延伸方向におけるスリット４２ｅの長さである。
凹部４２ｄの最深部におけるリード部４２ｂの厚みＤ２は、正極集電端子４２の厚みＤ１（即ち、凹部４２ｄの周囲のリード部４２ｂの厚み）の２／３以下の厚みであることが好ましい。厚みＤ２がかかる範囲内であると、正極集電端子４２の加工容易性を向上させることができる。一方、正極集電端子４２に十分な強度を確保するためには、厚みＤ２は、厚みＤ１の１／２以上の厚みとすることが好ましい。
換言すれば、凹部４２ｄの深さＤ３は、加工容易性の観点からは、厚みＤ１に対して１／３以上の深さであることが好ましい。一方、正極集電端子４２に十分な強度を確保するためには、厚みＤ１に対して１／２以下の深さであることが好ましい。
特に限定されないが、厚みＤ１は、０．５ｍｍ～２．５ｍｍであり得る。このような正極集電端子において、凹部４２ｄは上記の範囲を満たすように設計される。
換言すれば、凹部４２ｄの深さＤ３は、加工容易性の観点からは、厚みＤ１に対して１／３以上の深さであることが好ましい。一方、正極集電端子４２に十分な強度を確保するためには、厚みＤ１に対して１／２以下の深さであることが好ましい。
特に限定されないが、厚みＤ１は、０．５ｍｍ～２．５ｍｍであり得る。このような正極集電端子において、凹部４２ｄは上記の範囲を満たすように設計される。
リード部４２ｂの延伸方向における凹部４２ｄの長さは、特に限定されない。当該長さは、後述するスリット４２ｅの長さＬ１と同じ長さであってもよく、異なる長さであってもよい。スリット４２ｅの長さＬ１と異なる場合は、上記凹部４２ｄの長さは、スリット４２ｅの長さＬ１よりも大きくてもよく、小さくてもよい。抵抗の増大を抑制する観点からは、上記凹部４２ｄの長さは、スリット４２ｅの長さＬ１よりも大きいか、同程度であるとよい。
上記延伸方向におけるスリット４２ｅの長さＬ１は、加工性の観点から、凹部４２ｄの最深部における正極集電端子４２の厚みＤ２以上である。本発明の効果を好適に発揮させるためには、長さＬ１は、厚みＤ２を１とすると、１．２以上、かつ、１．６以下であることが好ましい。
スリット４２ｅの幅については、特に限定されない。抵抗の増大を抑制するためには、当該幅は、１ｍｍ未満（例えば０ｍｍ以上０．５ｍｍ以下）であることが好ましい。
スリット４２ｅの幅については、特に限定されない。抵抗の増大を抑制するためには、当該幅は、１ｍｍ未満（例えば０ｍｍ以上０．５ｍｍ以下）であることが好ましい。
特に限定するものではないが、正極集電端子４２における、ベース部４２ａ、リード部４２ｂ、凹部４２ｄ、およびスリット４２ｅの好適な寸法関係について、以下に一例を示す。
例えば、ベース部４２ａの長辺が２０ｍｍ程度（例えば１７ｍｍ以上２３ｍｍ以下）、ベース部４２ａの短辺が１０ｍｍ程度（例えば８ｍｍ以上１２ｍｍ以下）、および、リード部４２ｂの幅が６ｍｍ程度（例えば５ｍｍ以上７ｍｍ以下）である場合、
凹部４２ｄの幅は、ベース部４２ａの長辺の長さを１とすると０．２５以上０．３５以下であり得る。ベース部４２ａの短辺の長さを１とすると０．６０以上０．７０以下であり得る。ベース部４２ａの厚みＤ１を１とすると３．０以上４．０以下であり得る。
例えば、ベース部４２ａの長辺が２０ｍｍ程度（例えば１７ｍｍ以上２３ｍｍ以下）、ベース部４２ａの短辺が１０ｍｍ程度（例えば８ｍｍ以上１２ｍｍ以下）、および、リード部４２ｂの幅が６ｍｍ程度（例えば５ｍｍ以上７ｍｍ以下）である場合、
凹部４２ｄの幅は、ベース部４２ａの長辺の長さを１とすると０．２５以上０．３５以下であり得る。ベース部４２ａの短辺の長さを１とすると０．６０以上０．７０以下であり得る。ベース部４２ａの厚みＤ１を１とすると３．０以上４．０以下であり得る。
リード部４２ｂの延伸方向における凹部４２ｄの長さは、１．５ｍｍ以上２．５ｍｍ未満であり得る。ベース部４２ａの長辺の長さを１とすると０．０８２以上０．１４未満であり得る。ベース部４２ａの短辺の長さを１とすると０．１６以上０．２７未満であり得る。ベース部４２ａの厚みＤ１を１とすると０．９４以上１．５６未満であり得る。
凹部４２ｄの深さＤ３は、０ｍｍより大きく、かつ、０．６ｍｍ以下であり得る。ベース部４２ａの長辺の長さを１とすると０より大きく、かつ、０．０３２以下であり得る。ベース部４２ａの長辺の長さを１とすると０より大きく、かつ、０．０６５以下であり得る。ベース部４２ａの厚みＤ１を１とすると０より大きく、かつ、０．３７以下（例えば０．３以下）であり得る。
次いで、上記集電端子の適用対象である電池の製造方法について説明する。なお、以下の符号は、図１および図２において記載された符号である。
当該製造方法は、おおまかにいって、集電端子および外部端子を組み付けてかしめ加工を行うこと、集電端子を電極体に接合すること、および、該電極体を電池ケースに収容することを含む。
当該製造方法は、おおまかにいって、集電端子および外部端子を組み付けてかしめ加工を行うこと、集電端子を電極体に接合すること、および、該電極体を電池ケースに収容することを含む。
集電端子および外部端子の組付けについて、正極外部端子４４の軸部４４ｂを、第１の絶縁部材４６の筒部４６ｂ、蓋体３４の端子取付孔３４ａ、第２の絶縁部材４８の貫通孔４８ａ、正極集電端子４２の貫通孔４２ｃに、この順で挿通させる。ここで、正極集電端子４２としては、凹部４２ｄの表面が湾曲外側になるように、リード部４２ｂがベース部４２ａに対して折り曲げられた状態のものを使用する。次いで、プレス装置の一対の加圧部（図示なし）で、正極外部端子４４の基部４４ａと正極集電端子４２のベース部４２ａとを挟み込み、これらが相互に近づく方向に押圧する。そして、貫通孔４２ｃから突出した正極外部端子４４の先端部４４ｃにかしめ部材（図示なし）が押し当て、先端部４４ｃを圧壊することによって、かしめ部が形成される。
次いで、従来公知の方法で作製された電極体２０に、正極集電端子４２（リード部４２ｂ）を接合する。電極体２０に正極集電端子４２を接合する方法は特に限定されず、集電体および集電端子の材質に応じて適当な接合手段を選択すればよい。当該接合手段としては、例えば超音波溶接、抵抗溶接、およびレーザー溶接等の従来公知の溶接手段が挙げられる。
負極についても、上記と同様の方法でかしめ部を形成し、負極集電端子５２を電極体２０と接合する。
そして、電極体２０を電池ケース３０に収容し、蓋体３４を溶接する。電池ケース３０に電解液を注液し、該電池ケースの開口部を封止する。そして、所定の条件の下、初期活性化およびエージング処理を行うことによって、使用可能状態の電池１０を構築する。
負極についても、上記と同様の方法でかしめ部を形成し、負極集電端子５２を電極体２０と接合する。
そして、電極体２０を電池ケース３０に収容し、蓋体３４を溶接する。電池ケース３０に電解液を注液し、該電池ケースの開口部を封止する。そして、所定の条件の下、初期活性化およびエージング処理を行うことによって、使用可能状態の電池１０を構築する。
なお、上述した電池は、正極集電端子および負極集電端子として、ここで開示される集電端子を備えているが、これに限定されない。即ち、ここで開示される電池は、正極集電端子および負極集電端子のうちの少なくともいずれか一方がかかる集電端子の構造を有していればよく、該集電端子と異なる構造の集電端子を含んでもよい。
上記のとおり、ここで開示される技術によると、集電端子のベース部とリード部との境界部であって、リード部の根元部分に、該リード部の幅方向に沿った凹部が形成されている。また、同方向において、凹部と隣接する部分には、ベース部の内方に向かうスリットが形成されている。このような構成の集電端子では、折り曲げ加工において起点となる部分が形成されており、折り曲げ加工の容易性が顕著に高められている。また、上記凹部は、集電端子において厚みが相対的に小さく構成されており、折り曲げによる歪みが発生しにくくなっている。そして、凹部やスリットを所定の形状とすることによって、折り曲げ加工の容易性をより一層向上させることができる。さらに、抵抗の増大を抑制することができる。
さらに集電端子の折り曲げ加工が容易になったことにより、このような集電端子を備える電池について、その組み立て加工容易性は、従来よりも向上しているといえる。
そして、上記のとおり抵抗の増大が抑制されているため、集電端子としてここで開示される集電端子を備える電池についても、抵抗の増大が好適に抑制されているといえる。
そして、上記のとおり抵抗の増大が抑制されているため、集電端子としてここで開示される集電端子を備える電池についても、抵抗の増大が好適に抑制されているといえる。
以下、ここで開示される技術に関する具体的な試験例を説明するが、かかる試験例は本発明を限定することを意図したものではない。
＜試験例１：抵抗値の評価＞
試験例１では、集電端子における深さが異なる３つのサンプルを設計した。各サンプルについて、ＣＡＥ（ｃｏｍｐｕｔｏｒ ａｉｄｅｄ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）解析し、抵抗値の評価を行った。
サンプル１
サンプル１として、図４に示す形状のアルミニウム製集電端子モデルを設計した。サンプル1の概要を以下に示す。
・材質：アルミニウム（Ａ１０５０－Ｈ２４）
・密度：２．７×１０－９（ｔｏｎｎｅ／ｍｍ３）
・導電率：２２５（Ｓ／ｍ）
・厚みＤ１：１．６ｍｍ
・凹部：円弧形状
・深さＤ３：０．２ｍｍ
・ベース部：
・長辺：１８．２ｍｍ
・短辺：９．２ｍｍ
・リード部：
・幅：６．０ｍｍ
・スリット：
・Ｌ１：１．５ｍｍ
サンプル２
深さＤ３が０．４ｍｍであること以外はサンプル１と同様にして、サンプル２にかかる集電端子を設計した。
比較サンプル１
凹部およびスリットをいずれも形成しなかったこと以外はサンプル１と同様にして、比較サンプル１にかかる集電端子を設計した。
＜試験例１：抵抗値の評価＞
試験例１では、集電端子における深さが異なる３つのサンプルを設計した。各サンプルについて、ＣＡＥ（ｃｏｍｐｕｔｏｒ ａｉｄｅｄ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）解析し、抵抗値の評価を行った。
サンプル１
サンプル１として、図４に示す形状のアルミニウム製集電端子モデルを設計した。サンプル1の概要を以下に示す。
・材質：アルミニウム（Ａ１０５０－Ｈ２４）
・密度：２．７×１０－９（ｔｏｎｎｅ／ｍｍ３）
・導電率：２２５（Ｓ／ｍ）
・厚みＤ１：１．６ｍｍ
・凹部：円弧形状
・深さＤ３：０．２ｍｍ
・ベース部：
・長辺：１８．２ｍｍ
・短辺：９．２ｍｍ
・リード部：
・幅：６．０ｍｍ
・スリット：
・Ｌ１：１．５ｍｍ
サンプル２
深さＤ３が０．４ｍｍであること以外はサンプル１と同様にして、サンプル２にかかる集電端子を設計した。
比較サンプル１
凹部およびスリットをいずれも形成しなかったこと以外はサンプル１と同様にして、比較サンプル１にかかる集電端子を設計した。
上記各サンプルおよび比較サンプルを、折り曲げ角度が９０°の折り曲げ加工して、図４における符号４２ｆの位置における電圧を０（Ｖ）、符号４２ｃの位置における電圧を０．１（Ｖ）に設定した際の、符号４２ｃの位置における電流値を解析した。そして、ここで得られた電流値と、当該位置における電圧（０．１（Ｖ））より、各サンプルおよび比較サンプルの抵抗値を算出した。
比較サンプル１の抵抗値を１００とすると、サンプル１の抵抗値は９９程度、サンプル２の抵抗値は９８程度であった。即ち、集電端子において所定形状の凹部およびスリットが形成されると、凹部およびスリットのいずれもが形成されていない集電端子よりも抵抗値が低くなることがわかった。また、凹部の深さが大きくなるほど、抵抗値が小さくなることがわかった。
これにより、ベース部とリード部との境界部であって、該リード部の幅方向に沿って凹部が形成され、該凹部に隣接する部分に、ベース部の内方に向かうスリットが形成されると、該集電端子における抵抗値が低下し得ることがわかった。
また、集電端子として、このような集電端子が折り曲げ加工されたものを備える電池は、電池抵抗の増大が抑制され得ることがわかった。
これにより、ベース部とリード部との境界部であって、該リード部の幅方向に沿って凹部が形成され、該凹部に隣接する部分に、ベース部の内方に向かうスリットが形成されると、該集電端子における抵抗値が低下し得ることがわかった。
また、集電端子として、このような集電端子が折り曲げ加工されたものを備える電池は、電池抵抗の増大が抑制され得ることがわかった。
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、請求の範囲を限定するものではない。請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
例えば、集電端子としてここで開示される集電端子を備える電池としてリチウムイオン二次電池を挙げたが、これに限定されず、当該電池は、ナトリウムイオン二次電池、マグネシウムイオン二次電池、またはニッケル水素電池であってもよい。
例えば、集電端子としてここで開示される集電端子を備える電池としてリチウムイオン二次電池を挙げたが、これに限定されず、当該電池は、ナトリウムイオン二次電池、マグネシウムイオン二次電池、またはニッケル水素電池であってもよい。
１０ 電池
２０ 電極体
２１ 正極
２１ａ 正極集電体
２１ｂ 正極活物質層
２１ｃ 正極接続部
２２ 負極
２２ａ 負極集電体
２２ｂ 負極活物質層
２２ｃ 負極接続部
２３、２４ セパレータ
３０ 電池ケース
３２ ケース本体
３４ 蓋体
３４ａ 端子取付孔
４０ 正極端子構造
４２ 正極集電端子
４２ａ ベース部
４２ｂ リード部
４２ｃ 貫通孔
４２ｄ 凹部
４２ｅ スリット
４４ 正極外部端子
４４ａ 基部
４４ｂ 軸部
４４ｃ 先端部
４６ 第１の絶縁部材
４６ａ 基部
４６ｂ 筒部
４８ 第２の絶縁部材
４８ａ 貫通孔
５０ 負極端子構造
５２ 負極集電端子
５４ 負極外部端子
２０ 電極体
２１ 正極
２１ａ 正極集電体
２１ｂ 正極活物質層
２１ｃ 正極接続部
２２ 負極
２２ａ 負極集電体
２２ｂ 負極活物質層
２２ｃ 負極接続部
２３、２４ セパレータ
３０ 電池ケース
３２ ケース本体
３４ 蓋体
３４ａ 端子取付孔
４０ 正極端子構造
４２ 正極集電端子
４２ａ ベース部
４２ｂ リード部
４２ｃ 貫通孔
４２ｄ 凹部
４２ｅ スリット
４４ 正極外部端子
４４ａ 基部
４４ｂ 軸部
４４ｃ 先端部
４６ 第１の絶縁部材
４６ａ 基部
４６ｂ 筒部
４８ 第２の絶縁部材
４８ａ 貫通孔
５０ 負極端子構造
５２ 負極集電端子
５４ 負極外部端子
Claims (2)
- 電池ケースの外側に少なくとも一部が配置される外部端子と、該ケースの内側に収容される電極体とを電気的に接続する集電端子であって、
アルミニウム製であり、
前記外部端子に取り付けられる矩形状のベース部と、該ベース部から延伸して前記電極体と接合されるリード部とを備え、
前記ベース部と前記リード部との境界部であって、前記リード部の根元部分には、該リード部の延伸方向と直交する幅方向に沿って凹部が形成されており、
前記幅方向において、前記凹部に隣接する部分には、前記ベース部の内方に向かうスリットが形成されており、
電池の構築の際には、前記境界部を起点に、前記凹部の表面が湾曲外側になるように、前記リード部が前記ベース部に対して折り曲げられ、
前記凹部内の表面形状は断面からみて円弧形状に形成されており、
前記延伸方向における前記スリットの長さは、前記凹部の最深部における前記リード部の厚み以上に形成されており、
前記凹部の最深部における前記リード部の厚みは、該凹部の周囲の前記リード部の厚みの１／２以上２／３以下の厚みである、集電端子。 - 電池ケースと、
前記電池ケースの内側に収容される、正極および負極を含む電極体と、
前記電池ケースの外側に少なくとも一部が配置される外部端子と、
前記外部端子および前記電極体を電気的に接続する、正極集電端子および負極集電端子と、
を備える電池であって、
前記正極集電端子は、請求項１に記載の集電端子であり、
前記凹部の表面が湾曲外側になるように、前記リード部が前記ベース部に対して折り曲げられた状態で備えられている、電池。
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