本発明の各々の実施形態について、図面を参照しながら説明する。各々の実施形態の理解を容易にするために、図面において、構成部材の大きさや比率を誇張している場合がある。図面において、充放電体の電極タブは、実際の長さよりも、短く図示している場合がある。図20、図22及び図24に示す電極タブは、対応する図19、図21及び図23に示す電極タブと比較して、数を減らして図示している。図34及び図35に示す電極タブについても、数を減らして図示している。各々の実施形態では、同一の構成に対して同一符号を付与して重複する説明を省略する。各々の実施形態では、X軸、Y軸、及びZ軸を座標軸とする左手系のXYZ直交座標系を用いる。X軸、Y軸、及びZ軸の各軸の矢印は、座標軸の正方向を示す。X軸は、長方体状の電池の長手方向の座標軸である。Y軸は、電池の短手方向の座標軸である。Z軸は、電池の高さ方向の座標軸である。X軸及びY軸で構成される平面をXY平面、Y軸及びZ軸で構成される平面をYZ平面、X軸及びZ軸で構成される平面をXZ平面と称する。但し、XYZ直交座標系で表される位置関係は、相対的な位置関係に過ぎない。
[第1実施形態]
(第1実施形態の電池1の構成)
電池1の構成について、図1から図15を参照して説明する。
電池1は、例えば図1から図5に示すように、電気を充放電する充放電体10、充放電体10と接続された集電体20、集電体20と接続された電流遮断体30、集電体20又は電流遮断体30と接続された外部端子40、及び、電池1の構成部材が収容又は取り付けられた外装体50を含んでいる。又、電池1は、電池1の構成部材と外装体50を絶縁した絶縁体60、及び電池1の構成部材と外装体50を封止した封止体70を含んでいる。
充放電体10は、電気を充放電する。図2から図8に示す充放電体10は、正極11、負極12、セパレータ13(絶縁部材)、及び電解質14を含んでいる。電極(正極11及び負極12)は、電極タブ(正極タブ11b及び負極タブ12b)を備えている。充放電体10は、図7に示すように、正極11とセパレータ13と負極12とセパレータ13の順で積層された構成部材が、長方体形状に捲回されて構成されている。
正極11は、例えば図7及び図8に示すように、長尺状の正極集電層11S、及び正極集電層11Sに接合された正極活物質層11Tを含んでいる。正極集電層11Sは、集電部11a及び正極タブ11bを含んでいる。集電部11aには、正極活物質層11Tが接合されている。正極活物質層11Tは、例えば、集電部11aの短手方向(Z軸方向)に沿った全領域に対面している。
正極タブ11bは、例えば図7及び図8に示すように、集電部11aの長手方向に沿った側縁11cから、集電部11aの短手方向に突出している。正極タブ11bは、集電部11aと一体に形成されている。正極タブ11bは、1つの集電部11aに、1つ形成されている。集電部11aは、例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金によって形成されている。
正極活物質層11Tには、リチウム含有複合酸化物によって構成された正極活物質、バインダー、及び導電助剤等が含まれている。リチウム含有複合酸化物には、例えば、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)、マンガン(Mn)のような金属元素と、リチウム(Li)が用いられている。
負極12は、例えば図7及び図8に示すように、長尺状の負極集電層12S、及び負極集電層12Sに接合された負極活物質層12Tを含んでいる。負極集電層12Sは、集電部12a及び負極タブ12bを含んでいる。負極12の集電部12aは、正極11の集電部11aと比較して、短手方向(Z軸方向)に沿った幅が長い。負極12の集電部12aの短手方向に沿った範囲内に、セパレータ13を介して、正極11の集電部11aの短手方向に沿った両端が位置している。集電部12aには、負極活物質層12Tが接合されている。負極活物質層12Tは、例えば、集電部12aの短手方向に沿った全領域に対面している。
負極タブ12bは、例えば図7及び図8に示すように、集電部12aの長手方向に沿った側縁12cから、集電部12aの短手方向に突出している。負極タブ12bは、セパレータ13を介して正極11と積層された状態において、正極11の正極タブ11bと同じ方向に突出している。負極タブ12bは、セパレータ13を介して正極11と積層された状態において、正極11の正極タブ11bと離れている。負極タブ12bは、集電部12aと一体に形成されている。負極タブ12bは、1つの集電部12aに、1つ形成されている。集電部12aは、例えば、銅又は銅合金によって形成されている。
負極活物質層12Tには、炭素系の材料によって構成された負極活物質、バインダー、及び導電助剤等が含まれている。炭素系の材料には、例えば、黒鉛が用いられている。
セパレータ13(絶縁体)は、例えば図7及び図8に示すように、正極11と負極12との間を絶縁しつつ、リチウムイオンを通過させる。セパレータ13は、長尺状に形成されている。セパレータ13は、正極11の集電部11a及び負極12の集電部12aと比較して、短手方向(Z軸方向)に沿った幅が長い。セパレータ13の短手方向に沿った範囲内に、正極11の集電部11aの短手方向に沿った両端が位置し、かつ、負極12の集電部12aの短手方向に沿った両端が位置している。セパレータ13は、多孔質の材料によって構成されている。セパレータ13には、ポリエチレン(PE:PolyEthylene)やポリプロピレン(PP:PolyPropylene)が用いられている。セパレータ13に代えて、耐熱絶縁部材を用いてもよい。耐熱絶縁部材には、例えば、セラミックスを用いる。このような構成は、いわゆるセパレータレスの構成である。
電解質14は、いわゆる電解液に相当する。電解質14は、有機溶媒、支持塩、及び添加剤を含んでいる。有機溶媒には、例えば、炭酸エステル等が用いられている。支持塩には、例えば、リチウム塩が用いられている。
充放電体10の変形例の充放電体110について、図9を参照して説明する。充放電体110は、正極111の構成が、第1実施形態の正極11の構成と異なる。充放電体110の構成において、充放電体10と同じ構成には同じ符号を付けて、説明を省略している。充放電体110の正極活物質層111Tは、集電部11aの短手方向(Z軸方向)に沿った両端を除く部分に対面している。充放電体110の耐熱絶縁層111Uが、集電部11aの短手方向に沿った両端と、正極タブ11bの基端部分に接合されている。耐熱絶縁層111Uには、例えば、セラミックスが含まれている。
集電体20は、充放電体10の正極タブ11b及び負極タブ12bと接続されている。図2から図5、図10から図13及び図15に示す集電体20は、正極集電板21(第1集電体)、負極集電板22(第1集電体)、正極リボン23(第2集電体)、及び負極リボン24(第2集電体)を含んでいる。
正極集電板21(第1集電体)は、例えば図4及び図5に示すように、充放電体10の正極タブ11bと正極端子41を、電流遮断体30を介して導通させる。正極集電板21は、例えば図15に示すように、長方体板状の第1基部21a、長方体板状の第2基部21b、及び第1基部21aと第2基部21bを階段状に高さを異ならせて連結する連結部21cを含んでいる。第2基部21bの上面(Z軸正方向側の面)には、第2基部21bの厚みを薄く形成した凹部21dが形成されている。凹部21dの中央には、リング形状に窪んだ脆弱部分である脆弱部21eが形成されている。第1基部21aと正極リボン23に被覆された正極タブ11bがレーザ溶接されている。正極集電板21は、例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金によって形成されている。
負極集電板22(第1集電体)は、例えば図2及び図3に示すように、充放電体10の負極タブ12bと負極端子42を導通させる。負極集電板22は、例えば図13に示すように、長方体板状の基部22a、及び基部22aを貫通した挿入孔22bを含んでいる。負極集電板22の挿入孔22bには、負極端子42の挿入部42bが挿入されている。基部22aと負極リボン24に被覆された負極タブ12bがレーザ溶接されている。負極集電板22は、例えば、銅又は銅合金によって形成されている。
正極リボン23(第2集電体)は、例えば図11及び図12に示すように、正極タブ11bを被覆するように正極タブ11bと積層されて、正極タブ11b及び正極集電板21と共に、レーザ溶接されている。正極リボン23は、正極タブ11bの短手方向(X軸方向)に沿って、長方形状に形成されている。正極リボン23は、例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金によって形成されている。
正極リボン23は、積層方向(Z軸方向)に沿った厚みが、正極タブ11bよりも厚い。正極リボン23は、正極タブ11bと同一材質、又は同様の材質によって形成されている。このため、正極リボン23の比熱は、正極タブ11bの比熱と、同一又は同様である。尚、同様の材料は、合金の材料において、主成分の材料は同一であるが、添加剤が異なることを意図している。したがって、正極リボン23の溶接部23gは、正極タブ11bの溶接部11gよりも熱容量が大きい。熱容量は、例えば、比熱と体積の積(掛け算した値)として定義する。このため、正極リボン23は、正極タブ11bと比較して溶け難い。
正極リボン23は、積層方向に沿った厚みが、正極集電板21よりも薄い。正極リボン23は、正極集電板21と同一材質、又は同様の材質によって形成されている。このため、正極リボン23の比熱は、正極集電板21の比熱と、同一又は同様である。したがって、正極リボン23の溶接部23gは、正極集電板21の溶接部21gよりも熱容量が小さい。このため、正極リボン23は、正極集電板21と比較して溶け易い。尚、正極リボン23は、積層方向に沿った厚みを、正極集電板21よりも厚く構成してもよい。
ここで、図12に示すように、正極タブ11bが正極集電板21と積層され、かつ、正極リボン23が正極タブ11bと積層された状態において、正極リボン23と正極タブ11b及び正極集電板21が、レーザ溶接されている。ここで、積層とは、例えば、正極リボン23と正極タブ11b及び正極集電板21が、直接的又は間接的に一定の面積で接している状態であって、正極リボン23の一部と正極タブ11bの一部及び正極集電板21の一部が積層されている状態を含む。具体的には、正極リボン23の溶接部23g、正極タブ11bの溶接部11g及び正極集電板21の溶接部21gが、レーザ溶接されている。正極リボン23は、正極タブ11b及び正極集電板21とレーザ溶接された状態において、溶接部23g以外の部分が自重によってZ軸負方向に湾曲して垂れ下がっている。同様に、正極タブ11bは、溶接部11g以外の部分が自重によってZ軸負方向に湾曲して垂れ下がっている。
正極リボン23と正極タブ11b及び正極集電板21は、例えばアルミ又はアルミ合金によって形成されている。すなわち、正極リボン23と正極タブ11b及び正極集電板21は、同一又は同種の材料によって形成されている。熱容量を、例えば比熱と体積の積(掛け算した値)として定義した場合、正極集電板21の溶接部21gの体積>正極リボン23の溶接部23gの体積>正極タブ11bの溶接部11gの体積の大小関係であれば、正極集電板21の熱容量>正極リボン23の熱容量>正極タブ11bの熱容量の大小関係となる。この場合、正極リボン23の側からレーザ溶接する場合、正極リボン23をカバー層として機能させて、正極リボン23よりも相対的に熱容量が低い正極タブ11bの蒸発を防止する。又、この場合、正極集電板21の側からレーザ溶接する場合、正極集電板21をカバー層として機能させて、正極集電板21よりも相対的に熱容量が低い正極タブ11bの蒸発を防止する。
正極リボン23と正極タブ11b及び正極集電板21が、正極リボン23の側からレーザ溶接されている場合、図12のハッチング部分及び灰色部分に示す正極リボン23の溶接部23gの熱容量は、溶接部23gの面積(XY平面)と積層方向(Y軸方向)に沿った厚みの積に基づいて、算出される。同様に、図12のハッチング部分及び灰色部分に示す正極タブ11bの溶接部11gの熱容量は、溶接部11gと隣り合う溶接部23gの面積(XY平面)と積層方向(Y軸方向)に沿った厚みの積に基づいて、算出される。同様に、図12のハッチング部分及び灰色部分に示す正極集電板21の溶接部21gの熱容量は、上記の溶接部11gと隣り合う溶接部23gの面積(XY平面)と積層方向(Y軸方向)に沿った厚みの積に基づいて、算出される。正極集電板21の溶接部21gの厚みは、正極集電板21を積層方向に沿って複数箇所測定し、溶接部21gが存在する部分と溶接部21gが存在しない部分とを識別することによって算出される。
熱容量の比較は、例えば、次のように行ってもよい。すなわち、正極リボン23と正極タブ11b及び正極集電板21について、積層方向から見た同じ面積の熱容量を算出して比較する。例えば、正極リボン23と正極タブ11b及び正極集電板21を積層方向から見て、正極リボン23と重なる領域に存在する正極タブ11bと正極集電板21の熱容量を、同じ面積で比較する。面積は、溶接部の面積としてもよいし、溶接部と溶接部の近傍を含む面積としてもよい。正極リボン23と正極タブ11b及び正極集電板21の溶接部は、積層された状態において、互いに混在している。したがって、正極リボン23と正極タブ11b及び正極集電板21の比熱は、各々の部材の溶接部の近傍の材料に基づいて算出してもよい。すなわち、各々の部材の溶接部の材料と、溶接部の近傍の材料を同一とみなしてもよい。例えば、各々の溶接部の近傍であって、溶接による影響を受けていない部分の材料に基づいて比熱を算出してもよい。溶接部と溶接部の近傍における全体の面積に基づいて、熱容量を算出してもよい。複数の正極タブ11bが存在する場合、少なくとも1つの正極タブ11bの熱容量を算出する。
負極リボン24(第2集電体)は、例えば図10に示すように、負極タブ12bを被覆するように負極タブ12bと積層されて、負極タブ12b及び負極集電板22と共に、レーザ溶接されている。すなわち、負極タブ12bが負極集電板22と積層され、かつ、負極リボン24が負極タブ12bと積層された状態において、負極リボン24と負極タブ12b及び正極集電板21が、レーザ溶接されている。ここで、積層とは、例えば、負極リボン24と負極タブ12b及び負極集電板22が、直接的又は間接的に一定の面積で接している状態であって、負極リボン24の一部と負極タブ12bの一部及び負極集電板22の一部が積層されている状態を含む。負極リボン24は、負極タブ12bの短手方向(X軸方向)に沿って、長方形状に形成されている。負極リボン24は、例えば、銅又は銅合金によって形成されている。
負極リボン24は、積層方向(Z軸方向)に沿った厚みが、負極タブ12bよりも厚い。負極リボン24は、負極タブ12bと同一材質、又は同様の材質によって形成されている。このため、負極リボン24の比熱は、負極タブ12bの比熱と、同一又は同様である。尚、同様の材料は、合金の材料において、主成分の材料は同一であるが、添加剤が異なることを意図している。したがって、負極リボン24の溶接部は、負極タブ12bの溶接部よりも熱容量が大きい。このため、負極リボン24は、負極タブ12bと比較して溶け難い。
負極リボン24は、積層方向に沿った厚みが、負極集電板22よりも薄い。負極リボン24は、負極集電板22と同一材質、又は同様の材質によって形成されている。このため、負極リボン24の比熱は、負極集電板22の比熱と、同一又は同様である。したがって、負極リボン24の溶接部は、負極集電板22の溶接部よりも熱容量が小さい。このため、負極リボン24は、負極集電板22と比較して溶け易い。尚、負極リボン24は、積層方向に沿った厚みを、負極集電板22よりも厚く構成してもよい。
電流遮断体30は、集電体20と接続され、集電体20と正極端子41を導通させる。図4、図5及び図15に示す電流遮断体30は、ダイアフラム31、導通部材32、及び一対の支持台33を含んでいる。
ダイアフラム31は、例えば図15に示すように、湾曲した円筒形状の本体部31a、本体部31aの先端側(Z軸負方向側)に設けられた円盤形状の第1接合部31b、及び本体部31aの基端側(Z軸正方向側)に設けられたリング状の第2接合部31cを含んでいる。第1接合部31bは、正極集電板21の凹部21dに接合されている。第2接合部31cは、導通部材32に接合されている。ダイアフラム31は、例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金によって形成されている。
導通部材32は、例えば図15に示すように、円筒形状に形成されている。導通部材32の上面(Z軸正方向側の面)は、正極側第1絶縁板62が接合されている。導通部材32の下面(Z軸負方向側の面)の周縁は、ダイアフラム31の第2接合部31cが接合されている。導通部材32は、例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金によって形成されている。
支持台33は、例えば図15に示すように、電池1の短手方向(Y軸方向)に延びた長方体形状の本体部33a、及び本体部33aの長手方向(Y軸方向)の両側から下方(Z軸負方向)に延びた脚部33bを含んでいる。支持台33は、ダイアフラム31の電池1の長手方向(X軸方向)に沿った両端に、それぞれ1つずつ設けられている。本体部33aは、正極側第1絶縁板62に取り付けられている。脚部33bは、正極集電板21の第2基部21bに取り付けられている。支持台33は、例えば、絶縁樹脂によって形成されている。
外部端子40は、集電体20又は電流遮断体30と接続されている。図1から図6、図10から図13及び図15に示す外部端子40は、正極端子41及び負極端子42を含んでいる。
正極端子41は、例えば図5に示すように、電流遮断体30の導通部材32と接続されている。正極端子41は、例えば図15に示すように、長方体板状の基部41a、基部41aから下方(Z軸負方向)に突出した円柱形状の挿入部41b、及び基部41aの周縁から下方(Z軸負方向)に突出した円筒状の接合部41cを含んでいる。
基部41aは、例えば図15に示すように、正極側第2絶縁板64の基部64aに接している。挿入部41bは、正極側第2絶縁板64の挿入孔64b、蓋52の正極側挿入孔52a、正極側第1絶縁板62の挿入孔62b、導通部材32の挿入孔32bに挿入されている。
接合部41cは、例えば図15に示すように、導通部材32の挿入孔32bから下方(Z軸負方向)に突出し、かつ、径方向外方に押し広げられて、導通部材32と接合されている。すなわち、接合部41cは、導通部材32の挿入孔32bの周縁に加締め加工されている。さらに、接合部41cは、導通部材32の挿入孔32bの周縁に溶接されている。正極端子41は、例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金によって形成されている。
負極端子42は、例えば図3に示すように、負極集電板22と接続されている。負極端子42は、例えば図13に示すように、長方体板状の基部42a、基部42aから下方(Z軸負方向)に突出した円柱形状の挿入部42b、及び基部42aの周縁から下方(Z軸負方向)に突出した円筒状の接合部42cを含んでいる。
基部42aは、例えば図13に示すように、負極側第2絶縁板65の基部65aに接している。挿入部42bは、負極側第2絶縁板65の挿入孔65b、蓋52の負極側挿入孔52b、負極側第1絶縁板63の挿入孔63b、負極集電板22の挿入孔22bに挿入されている。
接合部42cは、例えば図13に示すように、負極集電板22の挿入孔22bから下方に突出し、かつ、径方向外方に押し広げられて、負極集電板22と接合されている。すなわち、接合部42cは、負極集電板22の挿入孔22bの周縁に加締め加工されている。さらに、接合部42cは、負極集電板22の挿入孔22bの周縁に溶接されている。負極端子42は、例えば、銅又は銅合金によって形成されている。
外装体50は、電池1の構成部材が収容又は取り付けられている。図1から図6、図10、図11、及び図13から図15に示す外装体50は、容器51、蓋52及び封止栓53を含んでいる。
容器51は、例えば図2及び図6に示すように、絶縁カバー61に被覆された充放電体10等を収容している。容器51は、長方体形状の金属缶によって構成されている。容器51は、例えば図6に示すように、長手方向に沿って開口した開口51aと、開口51aと連なる収容部51bを含んでいる。容器51は、例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金によって形成されている。
蓋52は、例えば図2及び図6に示すように、容器51の開口51aを封止している。蓋52は、充放電体10のうち、正極11とセパレータ13と負極12とが隣り合う一側部10a(側部)と対面している。蓋52は、長板形状の金属板によって形成されている。蓋52には、長手方向の一端側に、円形状の貫通孔によって構成された正極側挿入孔52aが形成されている。正極側挿入孔52aには、正極端子41の挿入部41bが挿入されている。蓋52には、長手方向の他端側に、円形状の貫通孔によって構成された負極側挿入孔52bが形成されている。負極側挿入孔52bには、負極端子42の挿入部42bが挿入されている。
蓋52は、正極側挿入孔52aと負極側挿入孔52bの間に、円形状の貫通孔によって構成された注液孔52cが形成されている。注液孔52cを介して、電解質14が、蓋52から容器51に向かって注入される。注液孔52cには、封止栓53の挿入部53bが挿入されている。蓋52は、長手方向の中央に、開裂弁52dが形成されている。蓋52は、容器51と溶接されている。蓋52は、例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金によって形成されている。
封止栓53は、例えば図14に示すように、蓋52の注液孔52cを封止している。封止栓53は、円柱形状に形成されている。封止栓53は、相対的に外径が大きい頭部53a、及び頭部53aと連続し相対的に外径が小さい挿入部53bを含んでいる。封止栓53の頭部53aは、蓋52と溶接されている。封止栓53は、例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金によって形成されている。
絶縁体60は、電池1の構成部材と外装体50を絶縁している。図2から図6、図10、図11、図13及び図15に示す絶縁体60は、絶縁カバー61、正極側第1絶縁板62、負極側第1絶縁板63、正極側第2絶縁板64及び負極側第2絶縁板65を含んでいる。
絶縁カバー61は、例えば図6に示すように、充放電体10を被覆して絶縁している。絶縁カバー61は、対向する一対の側面(第1側面61a及び第2側面61b)と、第1側面61a及び第2側面61bの間において充放電体10の一側部10aを露出させた開口61cを含んでいる。絶縁カバー61は、充放電体10の一側部10aの一面以外を被覆している。すなわち、絶縁カバー61は、充放電体10の一側部10aと対向した他側部10bと、充放電体10の一側部10aと他側部10bの間に位置する外周部10cを被覆している。絶縁カバー61は、多面体形状のシートが箱形状に折り畳まれて、五面体形状に形成されている。絶縁カバー61は、例えば、ポリプロピレン(Polypropylene)によって形成されている。
正極側第1絶縁板62は、例えば図5に示すように、正極集電板21及び導通部材32と、蓋52を絶縁している。正極側第1絶縁板62は、例えば図15に示すように、長方体板状の基部62aと、基部62aを貫通した挿入孔62bと、基部62aの側縁を環状に囲い蓋52から離れる方向に突出した凸部62cを含んでいる。正極側第1絶縁板62には、基部62aと凸部62cによって構成された空間に、正極集電板21及び導通部材32等が収容されている。挿入孔62bには、正極端子41の挿入部41bが挿入されている。正極側第1絶縁板62は、例えば、絶縁樹脂によって形成されている。
負極側第1絶縁板63は、例えば図3に示すように、負極集電板22と、蓋52を絶縁している。負極側第1絶縁板63は、例えば図13に示すように、長方体板状の基部63aと、基部63aを貫通した挿入孔63bと、基部63aの側縁を環状に囲い蓋52から離れる方向に突出した凸部63cを含んでいる。負極側第1絶縁板63には、基部63aと凸部63cによって構成された空間に、負極集電板22が収容されている。挿入孔63bには、負極端子42の挿入部42bが挿入されている。負極側第1絶縁板63は、例えば、絶縁樹脂によって形成されている。
正極側第2絶縁板64は、例えば図5に示すように、正極端子41と、蓋52を絶縁している。正極側第2絶縁板64は、例えば図15に示すように、長方体板状の基部64aと、基部64aを貫通した挿入孔64bと、基部64aの側縁を環状に囲い蓋52から離れる方向に突出した凸部64cを含んでいる。正極側第2絶縁板64には、基部64aと凸部64cによって構成された空間に、正極端子41が収容されている。挿入孔64bには、正極端子41の挿入部41bが挿入されている。正極側第2絶縁板64は、例えば、絶縁樹脂によって形成されている。
負極側第2絶縁板65は、例えば図3に示すように、負極端子42と、蓋52を絶縁している。負極側第2絶縁板65は、例えば図13に示すように、長方体板状の基部65aと、基部65aを貫通した挿入孔65bと、基部65aの側縁を環状に囲い蓋52から離れる方向に突出した凸部65cを含んでいる。負極側第2絶縁板65には、基部65aと凸部65cによって構成された空間に、負極端子42が収容されている。挿入孔65bには、負極端子42の挿入部42bが挿入されている。負極側第2絶縁板65は、例えば、絶縁樹脂によって形成されている。
封止体70は、電池1の構成部材と、外装体50を封止している。図2から図5、図13及び図15に示す封止体70は、正極側ガスケット71及び負極側ガスケット72を含んでいる。
正極側ガスケット71は、例えば図5に示すように、正極側第2絶縁板64と、蓋52を絶縁している。正極側ガスケット71は、円筒形状に形成されている。正極側ガスケット71は、例えば図15に示すように、相対的に外径が大きい第1挿入部71a、第1挿入部71aと連続し相対的に外径が小さい第2挿入部71b、及び第1挿入部71aと第2挿入部71bを貫通した挿入孔71cを含んでいる。正極側ガスケット71の第1挿入部71aは、正極側第2絶縁板64の挿入孔64bに挿入されている。正極側ガスケット71の第2挿入部71bは、蓋52の正極側挿入孔52aに挿入されている。挿入孔71cには、正極端子41の挿入部41bが挿入されている。正極側ガスケット71は、例えば、絶縁性と弾性を備えたゴムによって形成されている。
負極側ガスケット72は、例えば図3に示すように、負極側第2絶縁板65と、蓋52を絶縁している。負極側ガスケット72は、円筒形状に形成されている。負極側ガスケット72は、例えば図13に示すように、相対的に外径が大きい第1挿入部72a、第1挿入部72aと連続し相対的に外径が小さい第2挿入部72b、及び第1挿入部72aと第2挿入部72bを貫通した挿入孔72cを含んでいる。負極側ガスケット72の第1挿入部72aは、負極側第2絶縁板65の挿入孔65bに挿入されている。負極側ガスケット72の第2挿入部72bは、蓋52の負極側挿入孔52bに挿入されている。挿入孔72cには、負極端子42の挿入部42bが挿入されている。負極側ガスケット72は、例えば、絶縁性と弾性を備えたゴムによって形成されている。
(第1実施形態の電池1の製造方法)
電池1の製造方法について、図16から図18を参照して説明する。
第1実施形態の電池1の製造方法の説明では、電池1に特有の製造工程のみ説明し、一般的な電池と同様の製造工程の説明を省略する。具体的には、電池1の製造方法については、負極リボン24によって被覆した負極タブ12bを負極集電板22にレーザ溶接する製造方法を説明する。正極11側のレーザ溶接の構造は、負極12側のレーザ溶接の構成と同様であるため、説明を省略する。
図16から図17に示すように、第1実施形態では、負極リボン24と負極タブ12b及び負極集電板22を積層する。第1実施形態では、第1押圧部材501及び第2押圧部材502を用いて、負極リボン24と負極タブ12b及び負極集電板22の溶接部の両端の側を押圧する。第1押圧部材501及び第2押圧部材502は、それぞれ長方体形状に形成され、十分な剛性を備えている。具体的には、第1押圧部材501及び第2押圧部材502は、例えば、金属のブロックから構成されている。第1押圧部材501及び第2押圧部材502によって、負極リボン24と負極タブ12bを密着させ、かつ、負極タブ12bと負極集電板22を密着させる。負極リボン24と負極タブ12b及び負極集電板22は、第1押圧部材501及び第2押圧部材502の間のY軸方向の空間において、負極リボン24の溶接部が露出した状態で、互いに密着して積層されている。
図18に示すように、第1実施形態では、負極リボン24と負極タブ12b及び負極集電板22をレーザ溶接する。第1実施形態では、第1押圧部材501及び第2押圧部材502の間から、負極リボン24に向かってレーザ光L1を照射して、負極リボン24と負極タブ12b及び負極集電板22をレーザ溶接する。負極リボン24と負極タブ12b及び負極集電板22の溶接部は、電池1の長手方向(X軸方向)に沿って延びている。このため、第1実施形態では、レーザ光L1をX軸方向に走査して、負極リボン24と負極タブ12b及び負極集電板22を連続的にレーザ溶接する。又、第1実施形態では、ワブリング加工を伴うレーザ溶接を行う。尚、第1実施形態では、レーザ光L1をX軸方向に走査して、負極タブ12bと負極集電板22の溶接部を間欠的にレーザ溶接してもよい。その後、第1実施形態では、第1押圧部材501及び第2押圧部材502を負極タブ12bから退避させる。
(第1実施形態の電池1及び電池1の製造方法の効果)
第1実施形態の電池1及び電池1の製造方法の効果について説明する。以下、主に、正極タブ11bと正極集電板21の接合に関する効果について記載する。正極タブ11bと正極集電板21の接合に関する効果と、負極タブ12bと負極集電板22の接合に関する効果は同様である。
電池1は、図12に示すように、正極集電板21、正極タブ11b、及び正極タブ11bを被覆し正極タブ11bよりも熱容量が大きい正極リボン23が、積層されて例えばレーザ溶接されている。すなわち、正極タブ11bが正極集電板21と積層され、かつ、正極リボン23が正極タブ11bと積層された状態において、正極リボン23と正極タブ11b及び正極集電板21が、例えばレーザ溶接されている。電池1の製造方法には、正極集電板21と正極タブ11b及び正極リボン23を、積層してレーザ溶接する工程が含まれている。このような電池1の構成によれば、レーザ溶接時の正極タブ11bの蒸発が正極リボン23によって防止されていることから、正極タブ11bと正極集電板21が十分に接合されている。このような電池1の製造方法では、レーザ溶接時の正極タブ11bの蒸発を正極リボン23によって防止できることから、正極タブ11bと正極集電板21の溶接不良を抑制して、電池1の生産性や歩留まりを向上させることができる。
電池1は、正極集電板21と正極タブ11b及び正極リボン23が抵抗溶接されている構成としてもよい。このような電池1の構成によれば、抵抗溶接時の正極タブ11bの蒸発が正極リボン23によって防止されていることから、正極タブ11bと正極集電板21が十分に接合されている。電池1の製造方法は、正極集電板21と正極タブ11b及び正極リボン23を抵抗溶接する工程を含む構成としてもよい。このような電池1の製造方法では、抵抗溶接時の正極タブ11bの蒸発を正極リボン23によって防止できることから、正極タブ11bと正極集電板21の溶接不良を抑制して、電池1の生産性や歩留まりを向上させることができる。
ここで、抵抗溶接の場合、正極集電板21及び正極リボン23が、一対の溶接用電極によって挟み込まれて状態において、正極集電板21と正極タブ11b及び正極リボン23の溶接が行われる。このため、正極集電板21及び正極リボン23は、一対の溶接用電極によって、溶接部分の露出が抑制されている。正極集電板21と正極タブ11b及び正極リボン23は、一対の溶接用電極から入力された電流によって溶接される。一方、レーザ溶接の場合、正極集電板21及び正極リボン23の少なくともいずれ一方の側、すなわちレーザ光が照射される側が露出した状態において、正極集電板21と正極タブ11b及び正極リボン23の溶接が行われる。すなわち、抵抗溶接は、レーザ溶接と比較して、例えば正極リボン23や正極集電板21の蒸発を抑制することができる。
これ以降の第1実施形態の効果の説明は、レーザ溶接の構成を前提としているが、抵抗溶接の構成としてもよい。但し、ワブリング加工を伴うレーザ溶接については、抵抗溶接の構成を前提としていない。
電池1の製造方法によれば、電流遮断体30を容易に採用できる。仮に、対比例に相当する従来の実施形態のように、例えば正極リボン23を使用することなく、正極タブ11bと正極集電板21を超音波接合しようとした場合、超音波接合の振動に起因して電流遮断体30に負荷が掛かる。このため、対比例では、正極集電板21を分割して構成し、片方の正極集電板21に電流遮断体30をレーザ溶接した後に、両方の正極集電板21をレーザ溶接で一体にする必要が有った。一方、第1実施形態では、正極タブ11bと正極集電板21をレーザ溶接することから、正極タブ11bと正極集電板21を接続するときに、超音波接合の振動に起因した電流遮断体30への負荷が発生しない。
正極タブ11bと正極集電板21は、レーザ光L1によってレーザ溶接されている。電池1の製造方法では、レーザ溶接を適用する。このような構成によれば、正極タブ11bと正極集電板21を十分に接合させるために、正極タブ11bと正極集電板21の溶接領域を直接的に加締めたり圧着したりして接合する必要がない。すなわち、第1実施形態では、正極タブ11bと正極集電板21の接合部分を露出させることができるため、レーザ溶接することができる。このように、第1実施形態では、汎用性が高く溶接条件を容易に変更できるレーザ溶接によって、正極タブ11bと正極集電板21を溶接することができる。
電池1の製造方法では、ワブリング加工を伴うレーザ溶接を行う。このような電池1の製造方法によれば、スパッタやブローホールの発生を抑制しつつ、正極タブ11bと正極集電板21の溶接不良を抑制して、電池1の生産性や歩留まりを向上させることができる。又、このような電池1の製造方法によれば、正極タブ11bと正極集電板21において、溶接幅を十分に確保することができることから、正極タブ11bと正極集電板21の接合強度を向上させることができる。
正極集電板21と正極タブ11b及び正極リボン23は、正極リボン23の側からレーザ溶接されている。このような構成によれば、電池1の組立ての選択肢を広げることができる。すわわち、正極リボン23の側からレーザ溶接する場合、正極集電板21と正極タブ11bをレーザ溶接した後に正極集電板21を正極端子41に加締め接合することも可能であり、正極集電板21と正極タブ11bをレーザ溶接する前に正極集電板21を正極端子41に加締め接合することも可能である。一方、対比例に相当する従来の実施形態のように、正極集電板21の側からレーザ溶接する場合、正極集電板21と正極タブ11bをレーザ溶接した後に正極集電板21を正極端子41に加締め接合することは可能であるが、正極集電板21と正極タブ11bをレーザ溶接する前に正極集電板21を正極端子41に加締め接合する場合には、正極集電板21の溶接痕の状態が問題となる。すなわち、対比例において、正極集電板21の溶接痕が相対的に大きい場合、正極集電板21を例えば正極側第1絶縁板62や蓋52に接合するときに障害になる。
正極タブ11bは、正極集電板21よりも熱容量が小さい。このような構成によれば、正極タブ11bは、正極集電板21よりも溶け易い。図12に示すように、正極タブ11bは、正極リボン23と正極集電板21に挟まれているため、積層方向(Y軸方向)の全長に沿って溶かされて、正極集電板21に接合される。一方、正極集電板21は、正極タブ11bよりも溶け難いため、積層方向の全長のうち、正極タブ11bに近い領域のみ溶かして、正極タブ11bに接合させることができる。すなわち、上記のような溶接条件を採用することができる。このようなことから、正極集電板21のレーザ溶接後の品質を保つことができる。
正極リボン23は、正極集電板21よりも熱容量が小さい。このような構成によれば、正極リボン23は、正極集電板21よりも溶け易い。図12に示すように、正極リボン23は、積層方向(Y軸方向)の全長に沿って溶かされて、正極集電板21に接合される。一方、正極集電板21は、正極リボン23よりも溶け難いため、積層方向の全長のうち、正極タブ11bに近い領域のみ溶かして、正極タブ11bに接合させることができる。すなわち、上記のような溶接条件を採用することができる。このようなことから、正極集電板21のレーザ溶接後の品質を保つことができる。
正極リボン23は、積層方向に沿った厚みが、正極タブ11bよりも厚い。このような構成によれば、正極リボン23と正極タブ11bの材質が同一又は同様の場合、正極リボン23は、正極タブ11bよりも溶け難い。このため、レーザ溶接時に、正極リボン23の蒸発を抑制しつつ、正極タブ11bを溶かすことができる。すなわち、上記のような溶接条件を採用することができる。したがって、正極タブ11bと正極集電板21を十分にレーザ溶接することができる。
正極リボン23は、積層方向に沿った厚みが、正極集電板21よりも薄い。このような構成によれば、正極リボン23と正極集電板21の材質が同一又は同様の場合、正極リボン23は、正極集電板21よりも溶け易い。このため、図12に示すように、正極リボン23が正極タブ11bに伝熱するために積層方向(Y軸方向)の全長に沿って溶け、正極集電板21が積層方向の全長のうち正極タブ11bに近い領域のみ溶けた状態において、正極タブ11bと正極集電板21を十分にレーザ溶接することができる。
正極集電板21と正極タブ11b及び正極リボン23は、同一又は同種の材料によって形成されている。このような構成によれば、正極集電板21と正極タブ11b及び正極リボン23の比熱を同一又は同等にすることができる。このため、レーザ溶接の条件の設定において、正極集電板21と正極タブ11b及び正極リボン23の厚みを考慮することによって、正極リボン23によって被覆された正極タブ11bと正極集電板21を十分にレーザ溶接することができる。
正極集電板21と正極タブ11b及び正極リボン23は、アルミ又はアルミ合金の材料によって形成されている。このような構成によれば、レーザ光L1の周波数が赤外線領域であって、赤外線領域における反射率が相対的に高いアルミ又はアルミ合金を材料に用いる場合であっても、レーザ溶接時の正極タブ11bの蒸発を正極リボン23によって防止できる。すなわち、正極タブ11bと正極集電板21をレーザ溶接するためには、レーザ光L1の反射によるエネルギ損失を考慮して、正極タブ11b及び正極集電板21に対して十分な入熱が必要である。そこで、正極リボン23をカバー層として機能させることによって、正極タブ11bの蒸発を防止できる。したがって、正極タブ11bと正極集電板21を十分にレーザ溶接することができる。
正極タブ11bは、図8に示すように、正極集電層11Sの側縁11cから突出している。このような構成によれば、正極タブ11bと、正極集電層11S及び正極活物質層11Tが干渉することを防止しつつ、正極タブ11bと正極集電板21を十分に接合することができる。
電池1の製造方法では、第1押圧部材501及び第2押圧部材502を用いて、正極リボン23と正極タブ11b及び正極集電板21の溶接部の両端を互いに押圧する。このような構成の電池1の製造方法によれば、正極リボン23と正極タブ11b及び正極集電板21を直接的に押圧しなくても、正極タブ11bと正極集電板21を十分に密着させた状態で接触させることができる。
充放電体10は、正極11と負極12がセパレータ13を介して捲回されて構成されている。第1実施形態に示すように、電池1は、捲回タイプの充放電体10を有する電池に適用できる。
以上、第1実施形態に関する効果について、正極タブ11bと正極集電板21の接合の構成を用いて説明した。第1実施形態において、負極タブ12bと負極集電板22の接合に関する効果は、上記の正極タブ11bと正極集電板21の接合に関する効果と同様である。
[第2実施形態]
(第2実施形態の電池2の構成)
電池2の構成について、図19及び図20を参照して説明する。
第2実施形態の電池2は、同じ極性の複数の電極タブが重ね合わされて構成されている。第2実施形態の電池2は、第1実施形態の電池1と同じ構成に同じ符号を付けて、説明を省略している。第2実施形態では、電池2に特有の構成を中心に説明する。第2実施形態の電池2の製造方法の説明では、電池2に特有の製造工程のみ説明し、一般的な電池と同様の製造工程の説明を省略する。
第2実施形態の電池2は、第1実施形態1の電池1と異なり、充放電体10に代えて充放電体210を有している。充放電体210は、図19に示すように、正極タブ211bと負極タブ212bが突出した一側部210aと、一側部210aと対向した他側部210b、一側部210aと他側部210bの間に位置する外周部210cを備えている。充放電体210は、正極211と負極212がセパレータ13を介して積層されて捲回された捲回タイプによって構成されている。正極211には、複数の正極タブ211bが形成されている。負極212には、複数の負極タブ212bが形成されている。
複数の負極タブ212bは、図20に示すように、重ね合わされている。複数の負極タブ212bは、負極リボン24によって被覆された状態において、負極集電板22とレーザ溶接されている。すなわち、複数の負極タブ212bは、負極リボン24及び負極集電板22によって挟み込まれた状態において、負極リボン24及び負極集電板22とレーザ溶接されている。負極タブ212bは複数重ね合わされているが、1つの負極タブ212bの熱容量が、負極リボン24の熱容量よりも小さいものとして構成している。
正極211側のレーザ溶接の構成は、負極212側のレーザ溶接の構成と同様である。すなわち、複数の正極タブ211bは、正極リボン23及び正極集電板21によって挟み込まれた状態において、正極リボン23及び正極集電板21とレーザ溶接されている。正極タブ211bは複数重ね合わされているが、1つの正極タブ211bの熱容量が、正極リボン23の熱容量よりも小さいものとして構成している。
(第2実施形態の電池2の製造方法)
電池2の製造方法について説明する。
第2実施形態の電池2に特有の製造方法は、正極リボン23によって被覆され且つ重ね合わされた状態の複数の正極タブ211bと、正極集電板21をレーザ溶接することである。又、第2実施形態では、負極リボン24によって被覆され且つ重ね合わされた状態の複数の負極タブ212bと、負極集電板22をレーザ溶接する。
(第2実施形態の電池2及び電池2の製造方法の効果)
第2実施形態の電池2及び電池2の製造方法の効果について説明する。
第2実施形態の電池2は、捲回タイプであって、同じ極性の複数の電極タブが重ね合わされた充放電体210によって構成されている。このような構成によれば、電池2は、レーザ溶接時の正極タブ211bの蒸発が正極リボン23によって防止されていることから、複数の正極タブ211bと正極集電板21が十分に接合されている。同様に、このような電池2は、レーザ溶接時の負極タブ212bの蒸発が負極リボン24によって防止されていることから、複数の負極タブ212bと負極集電板22が十分に接合されている。更に、このような電池2の製造方法では、レーザ溶接時の正極タブ211bの蒸発を正極リボン23によって防止できることから、複数の正極タブ211bと正極集電板21の溶接不良を抑制して、電池2の生産性や歩留まりを向上させることができる。同様に、このような電池2の製造方法では、レーザ溶接時の負極タブ212bの蒸発を負極リボン24によって防止できることから、負極タブ212bと負極集電板22の溶接不良を抑制して、電池2の生産性や歩留まりを向上させることができる。
正極リボン23の熱容量は、1つの正極タブ211bの熱容量よりも大きい。このため、例えば正極リボン23の側からレーザ溶接する場合、正極リボン23に直接的に接触している1つの正極タブ211bを含む全ての正極タブ211bの蒸発を防止できる。同様に、負極リボン24の熱容量は、1つの負極タブ212bの熱容量よりも大きい。このため、例えば負極リボン24の側からレーザ溶接する場合、負極リボン24に直接的に接触している1つの負極タブ212bを含む全ての負極タブ212bの蒸発を防止できる。
第2実施形態では、同じ極性の複数の電極タブが重ね合わされている。このため、レーザ溶接を行う際に、例えば隣り合う正極タブ211bの界面ではエネルギ損失が発生する。このため、隣り合う正極タブ211bの界面でのエネルギ損失を考慮して、レーザ溶接時の入熱量を増加させる必要がある。ここで、第2実施形態では、レーザ溶接時の複数の正極タブ211bの蒸発が正極リボン23によって防止されていることから、レーザ溶接時に隣り合う正極タブ211bの界面でエネルギ損失が発生したとしても、複数の正極タブ211bと正極集電板21を十分に接合できる。
第2実施形態は、レーザ溶接の構成を前提として説明したが、抵抗溶接の構成としてもよい。第2実施形態は、抵抗溶接の構成とした場合、レーザ溶接の構成と同様の効果を奏する。
[第3実施形態]
(第3実施形態の電池3の構成)
電池3の構成について、図21及び図22を参照して説明する。
第3実施形態の電池3は、充放電体310が捲回されていない積層タイプによって構成されている。第3実施形態の電池3は、第1実施形態の電池1と同じ構成に同じ符号を付けて、説明を省略している。第3実施形態では、電池3に特有の構成を中心に説明する。第3実施形態の電池3の製造方法の説明では、電池3に特有の製造工程のみ説明し、一般的な電池と同様の製造工程の説明を省略する。
第3実施形態の電池3は、第1実施形態1の電池1と異なり、充放電体10に代えて充放電体310を有している。充放電体310は、正極タブ311bと負極タブ312bが突出した一側部310aと、一側部310aと対向した他側部310b、一側部310aと他側部310bの間に位置する外周部310cを備えている。充放電体310は、正極311と負極312がセパレータ313を介して積層された積層タイプによって構成されている。充放電体310は、正極311、セパレータ313、負極312、セパレータ313の順番で、それぞれ矩形状に形成された正極311とセパレータ313と負極312が複数積層されて構成されている。各々の正極311には、1つの正極タブ311bが形成されている。各々の負極312には、1つの負極タブ312bが形成されている。
複数の負極タブ312bは、図22に示すように、重ね合わされている。複数の負極タブ312bは、負極リボン24によって被覆された状態において、負極集電板22とレーザ溶接されている。すなわち、複数の負極タブ312bは、負極リボン24及び負極集電板22によって挟み込まれた状態において、負極リボン24及び負極集電板22とレーザ溶接されている。
正極311側のレーザ溶接の構成は、負極312側のレーザ溶接の構成と同様である。すなわち、複数の正極タブ311bは、正極リボン23及び正極集電板21によって挟み込まれた状態において、正極リボン23及び正極集電板21とレーザ溶接されている。
充放電体310の変形例として、長尺状に形成された1枚のセパレータに対して、相対的に短尺状に形成された複数枚の正極と複数枚の負極を、セパレータを介して対向させつつ交互に設ける積層タイプを適用できる。この変形例は、いわゆる、Z折の積層タイプである。このような構成の充放電体は、セパレータを折り畳んで積層することによって、セパレータを介して正極と負極が対向する。
(第3実施形態の電池3の製造方法)
電池3の製造方法について説明する。
第3実施形態の電池3に特有の製造方法は、第2実施形態の電池2に特有の製造方法と同様である。
(第3実施形態の電池3及び電池3の製造方法の効果)
第3実施形態の電池3及び電池3の製造方法の効果について説明する。
第3実施形態の電池3は、充放電体310が捲回されていない積層タイプによって構成されている。充放電体310は、セパレータ313、負極312、セパレータ313の順番で、それぞれ矩形状に形成された正極311とセパレータ313と負極312が複数積層されて構成されている。すなわち、第3実施形態の電池3は、第2実施形態の電池2と同様に、同じ極性の複数の電極タブが重ね合わされて構成されている。このような第3実施形態の電池3は、第2実施形態の電池2と同様の効果を得ることができる。
第3実施形態は、レーザ溶接の構成を前提として説明したが、抵抗溶接の構成としてもよい。第3実施形態は、抵抗溶接の構成とした場合、レーザ溶接の構成と同様の効果を奏する。
[第4実施形態]
(第4実施形態の電池4の構成)
電池4の構成について、図23及び図24を参照して説明する。
第4実施形態の電池4は、充放電体410が2つ並べられて構成されている。第4実施形態の電池4は、第1実施形態の電池1と同じ構成に同じ符号を付けて、説明を省略している。第4実施形態では、電池4に特有の構成を中心に説明する。第4実施形態の電池4の製造方法の説明では、電池4に特有の製造工程のみ説明し、一般的な電池と同様の製造工程の説明を省略する。
第4実施形態の電池4は、第1実施形態1の電池1と異なり、充放電体10に代えて2つの充放電体410を有している。充放電体410は、正極タブ411bと負極タブ412bが突出した一側部410aと、一側部410aと対向した他側部410b、一側部410aと他側部410bの間に位置する外周部410cを備えている。2つの充放電体410は、電池4の短手方向(Y軸方向)に並んでいる。2つの充放電体410は、例えば、電気的に並列接続されている。充放電体410は、正極411と負極412がセパレータ413を介して積層されて捲回された捲回タイプによって構成されている。正極411には、複数の正極タブ411bが形成されている。負極412には、複数の負極タブ412bが形成されている。集電体120の正極集電板121と負極集電板122、外部端子140の正極端子141と負極端子142、外装体150の容器と蓋152、絶縁体160の負極側第1絶縁板163等、及び封止体は、電池1と比較して、短手方向(Y軸方向)に長く構成されている。このような構成にすることによって、電池4の各々の構成部材を、電池4の短手方向(Y軸方向)に沿って2つ並べられた充放電体410の大きさに合わせている。
負極集電板122には、2つの充放電体410にそれぞれ設けられた複数の負極タブ412bが、それぞれ負極リボン24によって被覆された状態において、負極集電板122にレーザ溶接されている。一方の充放電体410に設けられた複数の負極タブ412bと、他方の充放電体410に設けられた複数の負極タブ412bは、負極集電板122の短手方向(Y軸方向)に沿って対向している。
正極411側のレーザ溶接の構成は、負極412側のレーザ溶接の構成と同様である。
(第4実施形態の電池4の製造方法)
電池4の製造方法について説明する。
第4実施形態の電池4に特有の製造方法は、正極集電板に対して、正極リボン23によって被覆され且つ重ね合わされた状態の複数の正極タブ411bを、電池4の短手方向(Y軸方向)に沿って対向するように複数組(例えば2組)配置して、レーザ溶接することである。又、第4実施形態では、負極集電板122に対して、負極リボン24によって被覆され且つ重ね合わされた状態の複数の負極タブ412bを、電池4の短手方向(Y軸方向)に沿って対向するように複数組(例えば2組)配置して、レーザ溶接する。
(第4実施形態の電池4及び電池4の製造方法の効果)
第4実施形態の電池4及び電池4の製造方法の効果について説明する。
第4実施形態の電池4は、捲回タイプであって、同じ極性の複数の電極タブが重ね合わされた充放電体410を複数組(例えば2組)設けて構成されている。このような第4実施形態の電池4は、第2実施形態の電池2や第3実施形態の電池3と同様の効果を得ることができる。
第4実施形態は、レーザ溶接の構成を前提として説明したが、抵抗溶接の構成としてもよい。第4実施形態は、抵抗溶接の構成とした場合、レーザ溶接の構成と同様の効果を奏する。
[第5実施形態]
(第5実施形態の電池5の構成)
電池5の構成について、図25から図27を参照して説明する。
第5実施形態の電池5は、正極集電板221に、凸状の正極接合部221fが形成されている。又、負極集電板222に、凸状の負極接合部222fが形成されている。第5実施形態の電池5は、第1実施形態の電池1と同じ構成に同じ符号を付けて、説明を省略している。第5実施形態では、電池5に特有の構成を中心に説明する。第5実施形態の電池5の製造方法の説明では、電池5に特有の製造工程のみ説明し、一般的な電池と同様の製造工程の説明を省略する。
正極集電板221は、例えば図26及び図27に示すように、図15の第1基部21aと同一形状の第1基部221a、第2基部21bと同一形状の第2基部221b、及び連結部21cと同一形状の連結部221cを含んでいる。又、第2基部221bの上面には、図15に示す凹部21dと同一形状の凹部が形成されている。第2基部221bの凹部の中央には、図15に示す脆弱部21eと同一形状の脆弱部が形成されている。
正極集電板221の第1基部221aには、図27に示すように、下方(Z軸負方向)に突出した凸状の正極接合部221fが形成されている。正極接合部221fは、三角形状に形成されている。正極接合部221fは、充放電体10と対向しつつ、充放電体10の長手方向(X軸方向)に延びている。正極接合部221fは、正極タブ11bよりも、正極タブ11bと正極集電板221の積層方向(Z軸方向)における剛性が高い。正極接合部221fの先端と正極タブ11bがレーザ溶接されている。正極タブ11bは、正極接合部221fとレーザ溶接される際に正極接合部221fに向かって押圧されることによって、凸状の正極接合部221fに沿うように変形されている。正極集電板221は、例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金によって形成されている。
ここで、図27に示すように、正極リボン23の溶接部23g、正極タブ11bの溶接部11g及び正極接合部221fの溶接部221gが、レーザ溶接されている。正極リボン23は、正極タブ11b及び正極接合部221fとレーザ溶接された状態において、溶接部23g以外の部分が自重によってZ軸負方向に湾曲して垂れ下がっている。同様に、正極タブ11bは、溶接部11g以外の部分が自重によってZ軸負方向に湾曲して垂れ下がっている。
負極集電板222は、例えば図25に示すように、図13の基部22aと同一形状の基部222a、及び挿入孔22bと同一形状の挿入孔222bを含んでいる。
負極集電板222の基部222aには、図25に示すように、下方(Z軸負方向)に突出した凸状の負極接合部222fが形成されている。負極接合部222fは、三角形状に形成されている。負極接合部222fは、充放電体10と対向しつつ、充放電体10の長手方向(X軸方向)に延びている。負極接合部222fは、負極タブ12bよりも、負極タブ12bと負極集電板222の積層方向(Z軸方向)における剛性が高い。負極接合部222fの先端と負極タブ12bがレーザ溶接されている。負極タブ12bは、負極接合部222fとレーザ溶接される際に負極接合部222fに向かって押圧されることによって、凸状の負極接合部222fに沿うように変形されている。負極集電板222は、例えば、銅又は銅合金によって形成されている。
(第5実施形態の電池5の製造方法)
電池5の製造方法について、図28から図30を参照して説明する。
第5実施形態の電池5の製造方法の説明では、電池5に特有の製造工程のみ説明し、一般的な電池と同様の製造工程の説明を省略する。具体的には、電池5の製造方法については、負極リボン24によって被覆した負極タブ12bを負極集電板222の凸状の負極接合部222fにレーザ溶接する製造方法を説明する。正極11側のレーザ溶接の構造は、負極12側のレーザ溶接の構成と同様であるため、説明を省略する。
図28から図29に示すように、第5実施形態では、負極リボン24と負極タブ12b及び負極集電板222を積層する。第5実施形態では、第1押圧部材501及び第2押圧部材502を用いて、負極リボン24と負極タブ12b及び負極集電板222の溶接部の両端の側を接触させる。第1押圧部材501及び第2押圧部材502によって、負極リボン24と負極タブ12bを密着させ、かつ、負極タブ12bと負極集電板222の負極接合部222fを密着させる。負極リボン24と負極タブ12b及び負極集電板222の負極接合部222fは、第1押圧部材501及び第2押圧部材502の間のY軸方向の空間において、負極リボン24の溶接部が露出した状態で、互いに密着して積層されている。
図29に示すように、第1押圧部材501及び第2押圧部材502によって、負極リボン24と負極タブ12b及び負極集電板222の溶接部の両端の側が互いに押圧されると、負極リボン24及び負極タブ12bが負極接合部222fの両端の側に引っ張られる。すなわち、負極リボン24及び負極タブ12bを負極接合部222fに接触させた状態で負極接合部222fの両端の側(Y軸方向の両端の側)に沿って押圧した場合、負極リボン24及び負極タブ12bには負極接合部222fを中心とするY軸の正負の両方向への張力が掛かる。この結果、負極リボン24及び負極タブ12bは、負極接合部222fに押し付けられる。負極リボン24及び負極タブ12bのうち、負極接合部222fに押し付けられた部分は、負極接合部222fの形状に沿って凸状に変形する。負極リボン24及び負極タブ12b及び負極接合部222fは、密着した状態で接触する。
図30に示すように、第5実施形態では、負極リボン24と負極タブ12b及び負極集電板222をレーザ溶接する。第5実施形態では、第1押圧部材501及び第2押圧部材502の間から、負極リボン24に向かってレーザ光L1を照射して、負極リボン24と負極タブ12b及び負極集電板222をレーザ溶接する。負極リボン24と負極タブ12b及び負極集電板222の溶接部は、電池5の長手方向(X軸方向)に沿って延びている。このため、第5実施形態では、レーザ光L1をX軸方向に走査して、負極リボン24と負極タブ12b及び負極集電板222を連続的にレーザ溶接する。又、第5実施形態では、ワブリング加工を伴うレーザ溶接を行う。尚、第5実施形態では、レーザ光L1をX軸方向に走査して、負極タブ12bと負極集電板222の溶接部を間欠的にレーザ溶接してもよい。その後、第5実施形態では、第1押圧部材501及び第2押圧部材502を負極タブ12bから退避させる。
(第5実施形態の電池5及び電池5の製造方法の効果)
第5実施形態の電池5及び電池5の製造方法の効果について説明する。以下、主に、正極タブ11bと正極集電板221の接合に関する効果について記載する。正極タブ11bと正極集電板221の接合に関する効果と、負極タブ12bと負極集電板222の接合に関する効果は同様である。
第5実施形態の電池5は、正極集電板221の凸状の正極接合部221f、正極タブ11b及び例えば正極リボン23が、積層されてレーザ溶接されている。第5実施形態の電池5の製造方法では、正極集電板221の凸状の正極接合部221f、正極タブ11b及び例えば正極リボン23を、レーザ溶接する。このような構成によれば、正極タブ11bと正極集電板221の正極接合部221fを十分に接触させた状態において、互いに十分に溶接することができる。すなわち、例えば、第5実施形態のように溶接領域である正極接合部221fが正極集電板221から突出している場合、正極タブ11bと正極接合部221fを密着するように接触させ易い。このため、例えば、正極タブ11bと正極接合部221fを十分に溶接して、電気的に導通させることができる。したがって、電池5は、例えば、正極タブ11bと正極集電板221の導通性を高めることができる。また、電池5の製造方法では、例えば、正極タブ11bと正極集電板221の溶接不良を抑制して、電池5の生産性や歩留まりを向上させることができる。
正極集電板221の正極接合部221fは、三角形状に形成されている。このような構成によれば、正極タブ11bと、正極接合部221fの三角形状の角部分(先端部分)に応力を集中させて、互いに十分に密着するように接触させることができる。このため、正極集電板221の正極接合部221fと正極タブ11bを十分に接合できる。
正極集電板221の正極接合部221fに沿って凸状に変形した正極タブ11bと、正極接合部221fが、溶接されている。このような構成によれば、凸状の正極接合部221fに沿って、正極タブ11bと正極接合部221fを密着するように接触させることによって、正極タブ11bと正極接合部221fにおいて溶接が可能な領域を十分に確保できる。すなわち、正極タブ11bは、凸状に変形したいずれかの部分において、正極接合部221fと密着した状態で溶接することができる。
正極タブ11bと、正極集電板221の正極接合部221fの先端が溶接されている。このような構成によれば、電池5は、最小限の溶接面積によって、正極タブ11bと正極集電板221を十分に接合させることができる。一方、正極タブ11bと、正極接合部221fの対抗する2つの傾斜面のうちの一方の斜面を溶接する構成としてもよい。また、正極タブ11bと、正極接合部221fの基端からZ軸負方向に向かう先端に至る全面を溶接する構成としてもよい。
正極集電板221の正極接合部221fは、正極タブ11bよりも、正極タブ11bと正極集電板221の積層方向(Z軸方向)における剛性が高い。このような構成によれば、正極タブ11bを正極接合部221fの形状に沿って変形させ、正極タブ11bを正極接合部221fに密着させた状態で溶接することができる。このため、正極タブ11bと正極集電板221を十分に接合させることができる。
正極集電板221の正極接合部221fは、充放電体10と対向しつつ、長方体形状の充放電体10の長手方向(X軸方向)に延びている。このような構成によれば、正極タブ11bと正極集電板221の溶接領域を、充放電体10の長手方向(X軸方向)に沿って、十分に確保することができる。
電池5の製造方法では、第1押圧部材501及び第2押圧部材502を用いて、正極リボン23と正極タブ11b及び正極集電板221の溶接部の両端を互いに押圧する。このような構成の電池5の製造方法によれば、正極リボン23と正極タブ11b及び正極集電板221を直接的に押圧しなくても、正極タブ11bと正極集電板221を十分に密着させた状態で接触させることができる。正極タブ11bを正極接合部221fに接触させた状態で正極接合部221fの両端の側(Y軸方向の両端の側)に沿って押圧した場合、正極タブ11bには正極接合部221fを中心とするY軸の正負の両方向への張力が掛かる。この結果、正極タブ11bと、正極集電板221の正極接合部221fは、密着した状態で接触する。このため、正極タブ11bと正極集電板221を十分に溶接することができる。
以上、第5実施形態に関する効果について、正極タブ11bと正極集電板221の接合の構成を用いて説明した。第5実施形態において、負極タブ12bと負極集電板222の接合に関する効果は、上記の正極タブ11bと正極集電板221の接合に関する効果と同様である。
第5実施形態は、レーザ溶接の構成を前提として説明したが、抵抗溶接の構成としてもよい。第5実施形態は、抵抗溶接の構成とした場合、レーザ溶接の構成と同様の効果を奏する。
[第5実施形態の変形例]
(第5実施形態の電池5の変形例1から変形例3の構成及び効果)
第5実施形態の電池5に関し、正極集電板221の正極接合部221fの変形例1から変形例3の集電板の接合部について、図31から図33を参照して説明する。負極集電板222の負極接合部222fの変形例は、正極集電板221の正極接合部221fの変形例と同様であるため、説明を省略する。
図31に示すように、正極集電板223の正極接合部223fは、第1基部223aと接した部分を底辺として、Z軸負方向に突出した台形形状に形成されている。正極接合部223fは、Y軸方向とZ軸方向における断面がZ軸負方向に向かって先細りした台形形状であって、X軸方向に延びている。正極接合部223fは、先端が第1基部223aと並行した平面に形成され、Y軸方向の両端が第1基部223aに向かって傾斜した傾斜面に形成されている。このような構成によれば、正極接合部223fの先端の平面部分によって、正極タブ11bとの溶接領域を十分に確保できることから、正極接合部223fと、正極リボン23に被覆された正極タブ11bを十分に接合できる。
図32に示すように、正極集電板224の正極接合部224fは、第1基部224aと接した部分を起点として、Z軸負方向に突出した円弧形状に形成されている。正極接合部224fは、Y軸方向とZ軸方向における断面が円弧形状であって、X軸方向に延びている。正極接合部224fは、第1基部224aからZ軸負方向に突出した先端に向かって半円形状に形成されている。正極接合部224fは、半楕円形状であってもよいし、半放物体形状であってもよい。このような構成によれば、円弧形状の正極接合部224fによって、正極タブ11bとの接触部分における変曲点を無くせることから、正極タブ11bに掛かる負荷を抑制しつつ、正極接合部224fと、正極リボン23に被覆された正極タブ11bを十分に接合できる。
図33に示すように、正極集電板225の正極接合部225fは、第1基部225aと接した部分を起点として、Z軸負方向に突出した円弧形状に形成され、かつ、先端が第1基部225aと並行した平面に形成されている。正極接合部225fは、Y軸方向とZ軸方向における断面が先端に平面を備えた円弧形状であって、X軸方向に延びている。このような構成によれば、正極接合部225fの先端の平面部分によって、正極タブ11bとの溶接領域を十分に確保できることから、正極接合部225fと正極タブ11bを十分に接合できる。さらに、このような構成によれば、正極接合部225fの先端の周辺の円弧部分によって、正極リボン23に被覆された正極タブ11bに掛かる負荷を軽減できる。
[第6実施形態]
(第6実施形態の電池6の構成)
電池6の構成について、図34を参照して説明する。
第6実施形態の電池6は、図19及び図20に示す第2実施形態と、例えば図25に示す第5実施形態を組み合わせた構成に相当する。又、電池6は、図21及び図22に示す第3実施形態と、例えば図25に示す第5実施形態を組み合わせた構成に相当する。
電池6は、正極集電板221の正極接合部221fに対して、正極リボン23によって被覆された複数の正極タブ211b、又は正極リボン23によって被覆された複数の正極タブ311bがレーザ溶接されている。又、電池6は、図34に示すように、負極集電板222の負極接合部222fに対して、負極リボン24によって被覆された複数の負極タブ212b、又は負極リボン24によって被覆された複数の負極タブ312bがレーザ溶接されている。
(第6実施形態の電池6の製造方法)
電池6の構成について説明する。
第6実施形態の電池6の製造方法は、第5実施形態の電池5の製造方法と同様である。但し、第6実施形態では、図34に示すように、負極リボン24によって被覆され且つ重ね合わされた状態の複数の負極タブ212b又は負極タブ312bと、負極集電板222をレーザ溶接する。同様に、第6実施形態では、正極リボン23によって被覆され且つ重ね合わされた状態の複数の正極タブ211b又は正極タブ311bと、正極集電板221をレーザ溶接する。
(第6実施形態の電池6及び電池6の製造方法の効果)
第6実施形態の電池6及び電池6の製造方法の効果について説明する。以下、主に、例えば負極タブ212bと負極集電板222の接合に関する効果について記載する。例えば負極タブ212bと負極集電板222の接合に関する効果と、例えば正極タブ211bと正極集電板221の接合に関する効果は同様である。
重ね合わされた複数の負極タブ212bと、負極集電板222の負極接合部222fが、溶接されている。このような構成であっても、隣り合う負極タブ212bの間に空隙を生じさせることなく、複数の負極タブ212bの全てと、負極接合部222fを、直接的又は間接的に溶接することができる。すなわち、溶接領域である負極接合部222fが負極集電板222から突出しているため、複数の負極タブ212bの全てと負極接合部222fを、直接的又は間接的に密着するように接触させ易い。このため、複数の負極タブ212bの全てと正極接合部221fを十分に接合させることができる。
負極集電板222の負極接合部222fは、例えば重ね合わされた複数の負極タブ212bよりも、負極タブ212bと負極集電板222の積層方向(Z軸方向)における剛性が高い。このような構成によれば、複数の負極タブ212bが重ね合わされていても、その複数の負極タブ212bの全てを、負極集電板222の負極接合部222fの形状に沿って変形させ、直接的又は間接的に負極接合部222fに密着させた状態で溶接することができる。このため、全ての負極タブ212bと負極集電板222を十分に接合させることができる。
以上、第6実施形態に関する効果について、重ね合わされた複数の負極タブ212b等と負極集電板222の溶接の構成を用いて説明した。第6実施形態において、重ね合わされた複数の正極タブと正極集電板221の溶接に関する効果は、上記の重ね合わされた複数の負極タブ212bと負極集電板222の溶接に関する効果と同様である。
第6実施形態は、レーザ溶接の構成を前提として説明したが、抵抗溶接の構成としてもよい。第6実施形態は、抵抗溶接の構成とした場合、レーザ溶接の構成と同様の効果を奏する。
[第7実施形態]
(第7実施形態の電池7の構成及び製造方法)
電池7の構成について、図35を参照して説明する。
第7実施形態の電池7は、図23及び図24に示す第4実施形態と、例えば図25に示す第5実施形態を組み合わせた構成に相当する。
負極集電板322には、例えば、2つの負極接合部322fが電池7の短手方向(Y軸方向)に離間して形成されている。各々の負極接合部322fは、三角形状に形成されている。各々の負極接合部322fは、充放電体410と対向しつつ、充放電体410の長手方向(X軸方向)に延びている。2つの充放電体410にそれぞれ設けられた複数の負極タブ412bは、負極集電板322に形成された2つの負極接合部322fのうち、相対的に近くに位置するいずれか一方の負極接合部322fに重ね合わされてレーザ溶接されている。負極集電板322の各々の負極接合部322fに対して、負極リボン24によって被覆された複数の負極タブ412bがレーザ溶接されている。
正極集電板と複数の正極タブ411bの接合の構成は、負極集電板322と複数の負極タブ412bの構成と同様である。
第7実施形態の変形例として、充放電体を電池7の短手方向(Y軸方向)に3つ以上並べて設けてもよい。この場合、集電板には、3つ以上の接合部を電池の短手方向(Y軸方向)に離間して形成する。
(第7実施形態の電池7の製造方法)
電池7の構成について説明する。
第7施形態の電池7の製造方法は、第6実施形態の電池6の製造方法と同様である。但し、第7実施形態では、図35に示すように、負極集電板322に対して、負極リボン24によって被覆され且つ重ね合わされた状態の複数の負極タブ412bを、電池7の短手方向(Y軸方向)に沿って対向するように複数組(例えば2組)配置して、レーザ溶接する。同様に、第7実施形態では、正極集電板に対して、正極リボン23によって被覆され且つ重ね合わされた状態の複数の正極タブ411bを、電池7の短手方向(Y軸方向)に沿って対向するように複数組(例えば2組)配置して、レーザ溶接する。
(第7実施形態の電池7及び電池7の製造方法の効果)
第7実施形態の電池7及び電池7の製造方法の効果について説明する。
第7実施形態の電池7は、捲回タイプの充放電体410を電池7の短手方向(Y軸方向)に複数(2つ)並べて設けている。ここで、例えば、負極集電板322には、2つの負極接合部322fが電池7の短手方向(Y軸方向)に離間して形成されている。このため、2つの充放電体410にそれぞれ設けられた複数の負極タブ412bは、負極集電板322に形成された2つの負極接合部322fのうち、相対的に近くに位置するいずれか一方の負極接合部322fに束ねて接合することができる。正極集電板についても、上記の負極集電板322と同様の効果を奏する。
第7実施形態の変形例として、充放電体を電池7の短手方向(Y軸方向)に3つ以上並べて設けてもよい。この場合、集電板には、3つ以上の接合部を電池の短手方向(Y軸方向)に離間して形成する。
第7実施形態は、レーザ溶接の構成を前提として説明したが、抵抗溶接の構成としてもよい。第7実施形態は、抵抗溶接の構成とした場合、レーザ溶接の構成と同様の効果を奏する。
本発明の電池は、実施形態に記載された構成に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された内容に基づいて適宜構成できる。
本発明の電池は、第1集電体と電極タブ及び第2集電体がレーザ溶接されている構成に限定されない。本発明の電池は、第1集電体と電極タブ及び第2集電体が抵抗溶接されている構成に適用できる。本発明の電池は、リチウムイオン電池に限定されない。本発明の電池は、例えば、ニッケル水素電池や鉛電池に適用できる。本発明の電池は、2次電池に限定されない。本発明の電池は、1次電池に適用できる。
例えば第1実施形態では、正極集電板21と正極端子41を別体で構成しているが、正極集電板21と正極端子41を一体に構成してもよい。すなわち、第1集電体は、正極集電板21と正極端子41を含む構成としてもよい。同様に、例えば第1実施形態では、負極集電板22と負極端子42を別体で構成しているが、負極集電板22と負極端子42を一体に構成してもよい。すなわち、第1集電体は、負極集電板22と負極端子42を含む構成としてもよい。
各々の実施形態は、本発明を分かりやすく説明するために詳細又は簡略的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必要はなく、又は、図示しない構成を備えていてもよい。又、ある実施形態の構成の一部は、削除したり、他の実施形態の構成で置き換えたり、他の実施形態の構成を組み合わせたりしてもよい。