WO2014041987A1 - 蓄電装置 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a power storage device having an electrode assembly housed in a case, a conductive member electrically connected to the electrode assembly, and an electrode terminal joined to the conductive member by welding.
- a conductive member is joined to the tab of the electrode assembly housed in the case body.
- An electrode terminal is welded to the conductive member.
- the secondary battery 80 disclosed in Patent Document 1 is configured by accommodating an electrode body 82 in an electrical equipment can.
- An electrode terminal 85 is connected to a core body 83 protruding from both ends of the wound electrode body 82 via a current collecting member 84.
- the current collecting member 84 connects the core connecting portion 84a connected to the core 83, the terminal connecting portion 84b connected to the electrode terminal 85, and the core connecting portion 84a and the terminal connecting portion 84b.
- the connecting portion 84c is integrally provided.
- the current collecting member 84 When the current collecting member 84 is joined to the electrode body 82, first, the electrode terminal 85 is welded to the terminal connection portion 84 b, and then the electrode body 82 in a state where the core body connection portion 84 a is inserted inside the core body 83. On the other hand, the current collecting member 84 is welded.
- An object of the present invention is to provide a power storage device with high workability at the time of welding an electrode terminal and a conductive member.
- one embodiment of the present invention includes an electrode assembly housed in a case, a conductive member electrically connected to the electrode assembly, and welding to the conductive member.
- An electrode terminal that is joined by the welding terminal, a welding projection that protrudes toward the conductive member and has an outer peripheral surface, and an inner circumference that is formed on the conductive member and fits the welding projection.
- a through-hole having a surface, a welded portion in which an outer peripheral surface of the welding projection and an inner peripheral surface of the through-hole are welded to each other, and a place where the weld is formed, than the welding projection
- a power storage device including a recess formed at a position near the center of the through hole and recessed with respect to the welding projection.
- the disassembled perspective view which shows the secondary battery of one Embodiment.
- the perspective view which shows the external appearance of the secondary battery of embodiment.
- the perspective view which shows the state which integrated the lid
- the top view which shows a positive electrode electrically-conductive member, a positive electrode terminal, and an insulating member.
- 5A is a sectional view taken along the line 5a-5a in FIG. 3 showing the insulating structure of the positive electrode terminal
- FIG. 5B is a sectional view taken along the line 5b-5b in FIG. 3 showing the insulating structure of the positive electrode terminal.
- (A) is a disassembled perspective view which shows a positive electrode electrically-conductive member and a positive electrode terminal
- (b) is a perspective view which shows the state which welded the positive electrode terminal and the positive electrode electrically-conductive member.
- (A) And (b) is a perspective view which shows another example of the welding structure of a positive electrode terminal and a positive electrode electrically-conductive member. Sectional drawing which shows the welding auxiliary groove of another example. Sectional drawing which shows the welding auxiliary groove of another example. Sectional drawing which shows the welding auxiliary groove of another example. Sectional drawing which shows the welding auxiliary groove of another example. The figure which shows a prior art.
- the case 12 includes a rectangular parallelepiped case main body 13 and a rectangular flat plate-like lid 14 that closes the opening 13 d of the case main body 13. Both the case body 13 and the lid 14 are made of metal (for example, stainless steel or aluminum).
- the lid 14 is joined to the case body 13 by laser welding.
- the case body 13 includes a rectangular bottom plate 13a, a short side wall 13b erected from a pair of opposed short sides of the bottom plate 13a, and a long side wall 13c erected from a pair of opposed long sides of the bottom plate 13a. Is formed.
- the secondary battery 10 of the present embodiment is a square battery having a square outer peripheral shape. Further, the secondary battery 10 of the present embodiment is a lithium ion battery.
- the electrode assembly 20 includes a plurality of positive electrodes 21 and a plurality of negative electrodes 22.
- the electrode assembly 20 is a laminate in which a separator 23 that insulates the electrodes 21 and 22 from each other is interposed between a positive electrode 21 and a negative electrode 22.
- the positive electrode 21 includes a rectangular metal foil for positive electrode (in this embodiment, an aluminum foil) 21a, and a positive electrode active material layer 21b formed on both surfaces of the metal foil for positive electrode 21a.
- the negative electrode 22 includes a rectangular negative electrode metal foil (copper foil in the present embodiment) 22a and negative electrode active material layers 22b formed on both surfaces of the negative electrode metal foil 22a.
- a positive electrode current collecting tab 31 formed by extending a positive electrode metal foil 21a is provided on one side of the positive electrode 21, that is, a part of the long side.
- the positive electrode current collecting tab 31 is formed in the same position and in the same shape in each positive electrode 21 constituting the electrode assembly 20.
- a negative electrode current collecting tab 32 formed by extending the negative electrode metal foil 22a is provided on one side of the negative electrode 22, that is, a part of the long side.
- the negative electrode current collecting tab 32 is formed in the same position and in the same shape in each negative electrode 22 constituting the electrode assembly 20.
- the positive electrode 21 constituting the electrode assembly 20 is stacked such that the positive electrode current collecting tabs 31 are arranged in a line along the stacking direction.
- the negative electrode 22 constituting the electrode assembly 20 is laminated such that the negative electrode current collecting tab 32 is arranged in a line along the laminating direction so as not to overlap the positive electrode current collecting tab 31.
- the plurality of positive electrode current collecting tabs 31 are collected in a range from one end to the other end of the electrode assembly 20 in the stacking direction.
- the plurality of negative electrode current collecting tabs 32 are collected in a range from one end to the other end in the stacking direction of the electrode assembly 20.
- a positive electrode tab group 45 in which the positive electrode current collecting tabs 31 are collected is formed in the electrode assembly 20.
- the positive electrode current collecting tab 31 located at least on the outermost side of the positive electrode tab group 45 is welded to the positive electrode conductive member 33 as a conductive member.
- the electrode assembly 20 has a negative electrode tab group 46 in which the negative electrode current collecting tabs 32 are collected. At least the outermost negative electrode current collecting tab 32 of the negative electrode tab group 46 is welded to a negative electrode conductive member 37 as a conductive member.
- each of the positive electrode conductive member 33 and the negative electrode conductive member 37 has a rectangular plate-shaped terminal joint portion 34.
- a surface to be welded in a state where a positive electrode terminal 41 or a negative electrode terminal 42 described later is in contact is defined as a conductive member contact surface 34a, and a surface opposite to the conductive member contact surface 34a is a back surface.
- a substantially circular fitting recess 34d as a through hole is formed in the center in the longitudinal direction and the short direction of the terminal joint 34 so as to penetrate the terminal joint 34 in the thickness direction.
- Each of the positive electrode conductive member 33 and the negative electrode conductive member 37 has a rising portion 35 that rises from the back surface 34 b toward the conductive member contact surface 34 a and extends from the rising portion 35 in a direction away from the terminal joint portion 34.
- a tab weld 36 is provided.
- the tab weld 36 is formed in a rectangular plate shape.
- the surface facing the electrode assembly 20 is a tab weld surface 36a, and the surface opposite to the tab weld surface 36a is a lid facing surface 36b.
- a positive terminal 41 as an electrode terminal is welded to the terminal joint 34 of the positive electrode conductive member 33, and a negative terminal 42 as an electrode terminal is welded to the terminal joint 34 of the negative electrode conductive member 37.
- the positive electrode terminal 41 and the negative electrode terminal 42 each have a square plate-like base portion 43.
- the planar shape of the base portion 43 is substantially the same as the planar shape of the conductive member contact surface 34 a in each terminal joint portion 34.
- the thickness of the base 43 is set to the same height as the raising part 35 from the electrically-conductive member contact surface 34a.
- the thickness of the base 43 is not limited to this.
- a surface facing the inner surface 14a of the lid 14 is defined as an upper surface 43a.
- the upper surface 43 a Located on the same plane.
- the position of the upper surface 43a is not limited to this.
- a surface that intersects the upper surface 43 a and the base contact surface 43 b perpendicularly and that forms the outer shape of the base portion 43 is defined as a side surface 43 c of the base portion 43.
- a cylindrical welding projection 43g protrudes from the center of the base contact surface 43b.
- the outer diameter of the welding projection 43g is set slightly smaller than the diameter of the fitting recess 34d.
- the outer diameter of the welding projection 43g may be set to be substantially the same as the diameter of the fitting recess 34d, and the welding projection 43g may be press-fitted into the fitting recess 34d.
- An internal space S is formed inside the welding projection 43g.
- the inner bottom surface of the welding projection 43g is located closer to the distal end side of the welding projection 43g than the base contact surface 43b.
- the welding projection 43g of the base 43 is fitted in the fitting recess 34d of the terminal joint 34.
- the entire circumference near the tip of the outer peripheral surface of the welding projection 43g and the entire circumference near the opening edge of the inner peripheral surface of the fitting recess 34d are welded to each other to form a weld Y.
- the internal space S is located at a position closer to the center of the fitting recess 34d than the welding projection 43g.
- the place where the weld Y is formed includes the peripheral area of the weld Y and the area surrounded by the weld Y.
- the internal space S is located on the radially inner side of the welding projection 43g and is defined by the welding projection 43g. Specifically, the internal space S is defined by the inner peripheral surface and the inner bottom surface of the welding projection 43g. The internal space S corresponds to a concave portion that is recessed with respect to the distal end surface of the welding projection 43g.
- the conductive member contact surface 34 a and the base contact surface 43 b are in contact with each other.
- a cylindrical pole column portion 44 is erected from the center of the upper surface 43a.
- the upper surface 43 a extends around the pole column portion 44 so as to be orthogonal to the pole column portion 44.
- a male screw 44 a is formed on the outer peripheral surface of the pole column portion 44, and a female screw 44 b is formed on the inner peripheral surface of the pole column portion 44.
- a resin insulating member 50 is attached to the base 43.
- the insulating member 50 includes an upper insulating plate 51 that is sandwiched between the upper surface 43 a of the base portion 43 and the inner surface 14 a of the lid 14.
- the upper insulating plate 51 is formed with an insertion portion 51 a through which the pole column portion 44 is inserted so as to penetrate in the thickness direction.
- the inner peripheral edge of the upper insulating plate 51 is formed in an arc shape.
- the upper insulating plate 51 is formed with a cut-out communication portion 51 b that opens the insertion portion 51 a to one side of the upper insulating plate 51.
- the insertion part 51a and the communication part 51b By forming the insertion part 51a and the communication part 51b, the upper insulating plate 51 is formed in a U shape in a plan view.
- a pair of protrusions 51c facing each other with the communication part 51b interposed therebetween are formed so as to extend toward the communication part 51b.
- the vertical insulating plate 52 extends in the direction away from the lid 14 on the opposite edge of the communicating portion 51 b across the insertion portion 51 a.
- the vertical insulating plate 52 is formed in a rectangular plate shape and extends perpendicular to the upper insulating plate 51.
- the length of the vertical insulating plate 52 along the width direction is a set across the pole column portion 44. It is set slightly longer than the distance between the side surfaces 43c.
- the vertical length of the vertical insulating plate 52 from the upper insulating plate 51 is set longer than the thickness of the base portion 43.
- the lower insulating plate 53 having a rectangular plate shape extends in the same direction as the upper insulating plate 51 and along the base contact surface 43 b at the tip located on the side away from the lid 14. It is installed.
- the distance between the opposing surfaces of the upper insulating plate 51 and the lower insulating plate 53 is set slightly longer than the thickness of the base portion 43.
- the length of the lower insulating plate 53 along the width direction of the insulating member 50 is set to be shorter than the distance between the pair of side surfaces 43 c sandwiching the pole column portion 44.
- the insulating member 50 having the above-described configuration is the length of the electrode assembly 20 from the short side wall 13b of the case body 13 with respect to each of the positive terminal 41 and the negative terminal 42. It is mounted by moving along the direction.
- the pole portion 44 is inserted into the insertion portion 51 a of the upper insulating plate 51, and the upper insulating plate 51 surrounds almost the entire circumference of the pole column portion 44.
- the upper insulating plate 51 is supported on the upper surface 43 a of the base portion 43.
- an O-ring 56 as a sealing member is provided so as to surround the pole column portion 44.
- the O-ring 56 is disposed in the insertion part 51 a of the upper insulating plate 51. Nearly the entire circumference of the O-ring 56 is surrounded by the upper insulating plate 51. That is, the O-ring 56 is surrounded by the inner peripheral edge of the upper insulating plate 51 except for the portion facing the communication portion 51b, and is positioned in a state of being positioned on the outer periphery of the pole column portion 44 by the upper insulating plate 51.
- the inner surface of the vertical insulating plate 52 is in surface contact with the side surface 43 c of the base 43.
- the lower insulating plate 53 is disposed at a position closer to the electrode assembly 20 than the base contact surface 43 b of the base 43.
- the upper insulating plate 51 is sandwiched between the upper surface 43 a of the base 43 and the lid 14.
- the lid 14 is electrically insulated from the positive terminal 41 and the negative terminal 42 by the upper insulating plate 51 in the insulating member 50.
- the case body 13 is electrically insulated from the positive terminal 41 and the negative terminal 42 by the vertical insulating plate 52.
- the electrode assembly 20 is electrically insulated from the positive terminal 41 and the negative terminal 42 by the lower insulating plate 53.
- the pole column portion 44 inserted into the insertion portion 51 a of the upper insulating plate 51 protrudes outside the case 12 from a pair of insertion holes 14 b arranged in parallel with the lid 14 at a predetermined interval. That is, it is exposed.
- the inner peripheral edge of the insertion hole 14 b of the lid 14 and the outer peripheral surface of the pole post 44 are insulated from each other by the insulating ring 19.
- the insulating ring 19 is formed of an annular ring 19a and a flange portion 19b extending outward from one end edge of the ring 19a.
- the ring 19 a is interposed between the inner peripheral edge of the insertion hole 14 b and the outer peripheral surface of the pole column portion 44.
- the flange portion 19 b is locked to the outside of the insertion hole 14 b on the outer surface 14 c of the lid 14.
- a nut 55 is screwed into the pole post 44.
- a flange portion 19b of the insulating ring 19 is interposed between the nut 55 and the outer surface 14c of the lid 14, and the nut 55 and the lid 14 are insulated from each other by the flange portion 19b. Then, when the nut 55 is screwed to the pole post 44, the flange 55b, the lid 14, and the upper insulating plate 51 are sandwiched between the nut 55 and the base 43.
- the pole post 44 is fastened to the lid 14 by screwing the nut 55.
- the O-ring 56 is compressed between the inner surface 14a of the lid 14 and the upper surface 43a of the base portion 43, is in close contact with the inner surface 14a of the lid 14 and the upper surface 43a of the base portion 43, and surrounds the insertion hole 14b. It is sealed.
- the base 43 is placed on the conductive member abutting surface 34a of each terminal joint 34, and the welding projection 43g is formed. It is fitted in the fitting recess 34d. Further, the base contact surface 43b is in contact with the conductive member contact surface 34a.
- the outer peripheral surface of the welding projection 43g and the inner peripheral surface of the fitting recess 34d are welded to each other from the back surface 34b of the terminal joint portion 34, so that a welded portion Y is formed.
- the base 43 is joined to the terminal joint 34 by welding.
- the inner space S of the welding projection 43g is located closer to the center of the fitting recess 34d than the weld Y.
- the welded portion Y is formed within the thickness range of the welding projection 43g. For this reason, heat concentration occurs in the welding projection 43g having a small thickness. Therefore, the welding projection 43g and the terminal joint 34 can be quickly melted, and the weld Y can be formed quickly.
- the fitting structure of the welding projection 43g and the fitting recess 34d prevents the base 43 from moving in the direction along the surface of the conductive member contact surface 34a.
- the positive electrode conductive member 33 and the positive electrode terminal 41 are integrated, and the negative electrode conductive member 37 and the negative electrode terminal 42 are integrated.
- the tab weld 36 of the positive electrode conductive member 33 is welded to the positive electrode tab group 45 of the electrode assembly 20, and the tab weld 36 of the negative electrode conductive member 37 is connected to the negative electrode tab group 46 of the electrode assembly 20. Welded against.
- the insulating member 50 is attached to each of the positive terminal 41 and the negative terminal 42.
- the upper insulating plate 51 is supported on the upper surface 43 a of the base portion 43, and the lower insulating plate 53 is disposed below the base portion 43.
- the insulating member 50 is pushed toward the positive electrode conductive member 33 and the negative electrode conductive member 37 until the vertical insulating plate 52 comes into contact with one side surface 43c of the base portion 43 facing the vertical insulating plate 52.
- the lid 14 is placed on the upper insulating plate 51, and the pole columns 44 are inserted through the insertion holes 14b. Then, a nut 55 is screwed onto the male screw 44 a of the pole post 44. As a result, the flange portion 19 b, the lid 14, and the upper insulating plate 51 are sandwiched between the nut 55 and the base portion 43, and the pole column portion 44 is fastened to the lid 14. Finally, the electrode assembly 20 is accommodated in the case body 13 and the lid 14 is welded to the case body 13. As a result, the case 12 is formed and the secondary battery 10 is manufactured.
- a fitting recess 34d is formed in the terminal joint 34. Further, in each of the positive terminal 41 and the negative terminal 42, a cylindrical welding projection 43g is formed on the base 43. For this reason, when the welding projection 43g is fitted into the fitting recess 34d, the welding projection 43g is located closer to the center of the fitting recess 34d than the welding projection 43g at the place where the weld Y is formed. An internal space S (concave portion) recessed from the portion 43g is located.
- the thickness of the welding projection 43g can be reduced, and the area of the portion heated by heat during welding is reduced. For this reason, heat at the time of welding does not easily escape to the base portion 43 of the positive electrode terminal 41 and the negative electrode terminal 42, and heat can be concentrated on the weld portion Y. As a result, the workability of welding the positive terminal 41 and the negative terminal 42 and the terminal joint 34 can be improved.
- the welding projection 43g is formed in a cylindrical shape. For this reason, by providing the internal space S, the thickness of the welding projection 43g can be reduced, and heat can be concentrated in the welding projection 43g.
- the welding projection 43g is fitted into the fitting recess 34d of the terminal joint 34. For this reason, even when a force in a direction along the conductive member contact surface 34a is applied to the positive electrode terminal 41 and the negative electrode terminal 42 during welding, the outer peripheral surface of the welding projection 43g is the inner periphery of the fitting recess 34d.
- the positive electrode terminal 41 and the negative electrode terminal 42 can be prevented from moving in contact with the surface. Therefore, the positive terminal 41 and the negative terminal 42 can be welded to a predetermined position of the terminal joint 34. As a result, the base 43 does not protrude from the outline of the terminal joint 34, and when the positive terminal 41 and the negative terminal 42 are accommodated in the case main body 13, the positive terminal 41 and the negative terminal 42 are in the case main body 13. Contact can be avoided.
- the welding projection 43g is formed in a cylindrical shape, but is not limited thereto.
- the welding projection 43h is formed in a cylindrical shape, and a plurality of grooves 43ha extending linearly along a part of the outline of the welding projection 43h are formed on the front end surface thereof. Further, it may be formed at equal intervals in the circumferential direction of the welding projection 43h. Each groove 43ha extends along the outline of the welding projection 43h with the welding projection 43h interposed therebetween.
- a groove 43ha serving as a concave portion is located with respect to the welding projection 43h.
- channel 43ha may be formed so that it may extend along the whole outer shape line of the projection part 43h for welding.
- the base 43 is located on the opposite side of the center of the fitting recess 34d of the welding projection 43g from the distal end of the welding projection 43g to the proximal end than the base contact surface 43b.
- An outer welding auxiliary groove 61 is provided as a groove recessed in the direction.
- the outer welding auxiliary groove 61 has an annular shape and surrounds the welding projection 43g over the entire circumference.
- the base 43 includes an inner welding auxiliary groove 62 at a position on the center side of the fitting recess 34d of the welding projection 43g.
- the inner welding auxiliary groove 62 is recessed in a circular shape in a direction from the distal end of the welding projection 43g toward the proximal end rather than the base contact surface 43b.
- the inner welding auxiliary groove 62 extends along the entire circumference of the inner peripheral surface of the welding projection 43g on the center side of the fitting recess 34d. That is, the outer welding auxiliary groove 61 is positioned on the radially outer side of the welding projection 43g, and the inner welding auxiliary groove 62 is positioned on the radial inner side of the welding projection 43g. In addition, the depth from the base contact surface 43b of the inner side welding auxiliary groove 62 and the depth from the base contact surface 43b of the outer side welding auxiliary groove 61 are the same. That is, the inner welding auxiliary groove 62 is deeper than the outer welding auxiliary groove 61. For this reason, the welding projection 43g is longer in the axial direction (projection direction) than in the embodiment.
- the amount of heat required to weld the outer peripheral surface of the welding projection 43g and the inner peripheral surface of the fitting recess 34d in a certain time does not form the outer welding auxiliary groove 61 and the inner welding auxiliary groove 62. Less than the case. As a result, the welding operation can be performed efficiently while suppressing the amount of heat required for welding.
- the outer welding auxiliary groove 61 may be omitted and only the inner welding auxiliary groove 62 may be formed. If comprised in this way, while the inner side welding auxiliary groove 62 can be used as a recessed part, the inner side welding auxiliary groove 62 can be formed easily.
- the inner welding auxiliary groove 62 may be omitted and only the outer welding auxiliary groove 61 may be formed.
- the outer welding auxiliary groove 61 may not be an annular shape surrounding the welding projection 43g over the entire circumference, and the outer welding auxiliary groove 61 may be formed by the welding projection 43g. It may be formed at intervals in the circumferential direction.
- the inner welding auxiliary groove 62 may be a plurality of grooves extending at intervals along the circumferential direction of the welding projection 43g.
- the inner bottom surface of the welding projection 43g is located closer to the distal end side of the welding projection 43g than the base contact surface 43b, but this is not limitative.
- the inner bottom surface of the welding projection 43g may be positioned deeper than the base contact surface 43b, or may be positioned on the same surface as the base contact surface 43b.
- the welding projection 43g is formed in a cylindrical shape, but is not limited thereto.
- the welding projection 43g may be formed in a columnar shape having a semicircular tip surface in a plan view.
- a part of the base contact surface 43b may be located in the fitting recess 34d in a state where the welding projection 43g is fitted in the fitting recess 34d.
- a recess made of the fitting recess 34d itself is located closer to the center of the fitting recess 34d than the welding projection 43g. It is provided at a position recessed with respect to the portion 43g.
- the fitting recess 34d is formed in a circular shape. However, if a part of the welding projection 43g is fitted and the weld Y can be formed, the shape of the fitting recess 34d is changed as appropriate. May be.
- the fitting recess 34d may be U-shaped.
- the outer peripheral surface of the welding projection 43g is welded to the inner peripheral surface of the fitting recess 34d over the entire circumference to form the welded portion Y, but the outer peripheral surface of the welding projection 43g and the fitting are formed. Only a part of the inner peripheral surface of the recess 34d may be welded to form the weld Y.
- the shape of the case 12 may be a columnar shape or an elliptical column shape that is flat in the lateral direction.
- the present invention may be embodied as a nickel hydride secondary battery or an electric double layer capacitor as a power storage device.
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Abstract
蓄電装置は、ケース内に収容された電極組立体と、電極組立体に対し電気的に接続される導電部材と、導電部材に対して溶接により接合される電極端子と、電極端子に設けられた溶接用突部と、導電部材に形成された貫通孔とを備える。溶接用突部は、導電部材に向けて突出し、貫通孔に嵌合する。溶接用突部の外周面と、貫通孔の内周面とが溶接された溶接部が形成される。溶接部が形成された箇所において、溶接用突部よりも貫通孔の中心に近い位置に、溶接用突部に対して凹んだ凹部が形成される。
Description
本発明は、ケース内に収容された電極組立体と、電極組立体に対し電気的に接続される導電部材と、導電部材に対して溶接により接合される電極端子と、を有する蓄電装置に関する。
二次電池(蓄電装置)において、ケース本体内に収容された電極組立体のタブには、導電部材が接合される。この導電部材には電極端子が溶接されている。例えば、特許文献1参照。
図11に示すように、特許文献1に開示の二次電池80は、電装缶内に電極体82を収容して構成されている。巻回型の電極体82の両端部から突出する芯体83には、電極端子85が、集電部材84を介して接続されている。集電部材84は、芯体83に対して接続される芯体接続部84aと、電極端子85に対して接続される端子接続部84bと、芯体接続部84aと端子接続部84bとを繋ぐ連繋部84cとを一体に備えている。そして、電極体82に集電部材84を接合する際、まず、端子接続部84bに電極端子85が溶接され、その後、芯体接続部84aを芯体83の内側に挿入した状態で電極体82に対して集電部材84が溶接される。
ところで、集電部材84と電極端子85との間の溶接作業において、溶接時の熱が電極端子85に逃げてしまい、溶接作業の効率が悪いという問題がある。
本発明の目的は、電極端子と導電部材との溶接時における作業性の高い蓄電装置を提供することにある。
上記問題点を解決するために、本発明の一態様は、ケース内に収容された電極組立体と、前記電極組立体に対し電気的に接続される導電部材と、前記導電部材に対して溶接により接合される電極端子と、前記電極端子に設けられ前記導電部材に向けて突出するとともに外周面を有する溶接用突部と、前記導電部材に形成され前記溶接用突部が嵌合する内周面を有する貫通孔と、前記溶接用突部の外周面と前記貫通孔の内周面とが互いに溶接された溶接部と、前記溶接部が形成された箇所において、前記溶接用突部よりも前記貫通孔の中心に近い位置に形成され、該溶接用突部に対して凹んだ凹部とを備える蓄電装置を提供する。
以下、一実施形態の蓄電装置を図1~図6にしたがって説明する。
図1及び図2に示すように、蓄電装置としての二次電池10において、金属製のケース12には電極組立体20が収容されている。ケース12は、直方体状のケース本体13と、ケース本体13の開口部13dを閉塞する矩形平板状の蓋14とからなる。ケース本体13と蓋14は、何れも金属製(例えば、ステンレスやアルミニウム)である。蓋14はケース本体13に対してレーザー溶接によって接合されている。ケース本体13は、長方形状の底板13aと、底板13aの対向する一対の短辺から立設された短側壁13bと、底板13aの対向する一対の長辺から立設された長側壁13cとから形成されている。また、本実施形態の二次電池10は、角型の外周形状を有する角型電池である。また、本実施形態の二次電池10は、リチウムイオン電池である。
図5(b)に示すように、電極組立体20は、複数の正極電極21と複数の負極電極22とを備える。また、電極組立体20は、正極電極21と負極電極22との間に両電極21,22を互いに絶縁するセパレータ23を介在させた積層体である。正極電極21は、矩形状の正極用金属箔(本実施形態ではアルミニウム箔)21aと、その正極用金属箔21aの両面に形成された正極活物質層21bとを有する。負極電極22は、矩形状の負極用金属箔(本実施形態では銅箔)22aと、その負極用金属箔22aの両面に形成された負極活物質層22bとを有する。
図1及び図3に示すように、正極電極21の一辺、即ち長辺の一部には、正極用金属箔21aを延出させて形成された正極集電タブ31が設けられている。正極集電タブ31は、電極組立体20を構成する各正極電極21において同位置に同一形状で形成されている。負極電極22の一辺、即ち長辺の一部には、負極用金属箔22aを延出させて形成された負極集電タブ32が設けられている。負極集電タブ32は、電極組立体20を構成する各負極電極22において同位置に同一形状で形成されている。
電極組立体20を構成する正極電極21は、正極集電タブ31が積層方向に沿って一列に配置されるように積層される。同様に、電極組立体20を構成する負極電極22は、負極集電タブ32が、正極集電タブ31と重ならないように積層方向に沿って一列に配置されるように積層される。そして、複数の正極集電タブ31は、電極組立体20における積層方向の一端から他端までの範囲に集められる。また、複数の負極集電タブ32も同様に、電極組立体20における積層方向の一端から他端までの範囲に集められる。
電極組立体20には、正極集電タブ31を集めた正極タブ群45が形成されている。この正極タブ群45のうち少なくとも最も外側に位置する正極集電タブ31が、導電部材としての正極導電部材33に対して溶接されている。また、電極組立体20には、負極集電タブ32を集めた負極タブ群46が形成されている。この負極タブ群46のうち少なくとも最も外側に位置する負極集電タブ32が、導電部材としての負極導電部材37に対して溶接されている。
図1及び図6(a)に示すように、正極導電部材33及び負極導電部材37の各々は、矩形板状の端子接合部34を有する。端子接合部34において、後述の正極端子41又は負極端子42が当接した状態で溶接される面を、導電部材当接面34aと定義し、導電部材当接面34aと反対側の面を裏面34bと定義する。端子接合部34の長手方向及び短手方向のほぼ中央には、貫通孔としての真円状の嵌合凹部34dが端子接合部34を厚み方向に貫通して形成されている。
正極導電部材33及び負極導電部材37の各々は、裏面34bから導電部材当接面34aに向けて立ち上がる立上げ部35を有するとともに、端子接合部34から離れる方向に向けて立上げ部35から延びるタブ溶接部36を有する。タブ溶接部36は矩形板状に形成されている。タブ溶接部36において、電極組立体20と対向する面がタブ溶接面36aであり、タブ溶接面36aと反対側の面が蓋対向面36bである。
正極導電部材33の端子接合部34には、電極端子としての正極端子41が溶接されるとともに、負極導電部材37の端子接合部34には、電極端子としての負極端子42が溶接されている。
正極端子41及び負極端子42は、それぞれ四角板状の基部43を有する。この基部43の平面形状は、各端子接合部34における導電部材当接面34aの平面形状とほぼ同じである。また、図5(a)に示すように、基部43の厚みは、導電部材当接面34aからの立上げ部35の高さと同じに設定されている。ただし、基部43の厚みは、これに限定されるものではない。基部43において、蓋14の内面14aに対向する面を上面43aと定義する。また、基部43において、厚み方向に上面43aと反対側の面であり、端子接合部34が当接する面を基部当接面43bと定義すると、上面43aはタブ溶接部36の蓋対向面36bと同一面上に位置している。ただし、上面43aの位置はこれに限定されない。基部43において、上面43a及び基部当接面43bに垂直に交わる面であり、基部43の外形を形成する面を基部43の側面43cと定義する。
図6(a)に示すように、基部当接面43bの中央には、円筒状の溶接用突部43gが突出している。溶接用突部43gの外径は、嵌合凹部34dの直径より僅かに小さく設定されている。ただし、溶接用突部43gの外径は、嵌合凹部34dの直径とほぼ同じに設定され、溶接用突部43gが嵌合凹部34dに圧入されてもよい。また、溶接用突部43gの内側には内部空間Sが形成されている。なお、溶接用突部43gの内底面は、基部当接面43bよりも溶接用突部43gの先端側に位置している。
図5(a)、図5(b)、及び図6(b)に示すように、端子接合部34の嵌合凹部34dに、基部43の溶接用突部43gが嵌合された状態で、溶接用突部43gの外周面のうち先端近傍の全周と、嵌合凹部34dの内周面のうち開口縁近傍の全周とが互いに溶接されて溶接部Yが形成されている。また、溶接部Yが形成された箇所において、溶接用突部43gよりも嵌合凹部34dの中心に近い位置には内部空間Sが位置する。溶接部Yが形成された箇所とは、溶接部Yの周辺領域及び溶接部Yによって囲まれる領域を含む。内部空間Sは、溶接用突部43gの径方向内側に位置するとともに、溶接用突部43gによって画定されている。詳しくは、内部空間Sは、溶接用突部43gの内周面と内底面とによって画定されている。この内部空間Sは溶接用突部43gの先端面に対して凹んだ凹部に対応する。
端子接合部34と基部43とにおいて、溶接部Y以外では、導電部材当接面34aと基部当接面43bとが互いに当接している。また、基部43において、上面43aの中央からは円筒状の極柱部44が立設する。上面43aは極柱部44の周りで極柱部44に対して直交するように延びている。極柱部44の外周面には雄ねじ44aが形成されるとともに、極柱部44の内周面には雌ねじ44bが形成されている。
図1及び図5に示すように、基部43には、樹脂製の絶縁部材50が装着されている。絶縁部材50は、基部43の上面43aと蓋14の内面14aとの間に挟持される上側絶縁板51を備える。
図4に示すように、上側絶縁板51には、極柱部44が挿通される挿通部51aが厚み方向に貫通するように形成されている。上側絶縁板51の内周縁は円弧状に形成されている。また、上側絶縁板51には、挿通部51aを上側絶縁板51の一側方に開口させる切れ込み状の連通部51bが形成されている。挿通部51aと連通部51bとが形成されることで、上側絶縁板51は平面視U字状に形成されている。上側絶縁板51の内側縁には、連通部51bを挟んで対向する一対の突部51cが連通部51bに向けて延びるように形成されている。
図1に示すように、上側絶縁板51の端縁のうち、挿通部51aを挟んだ連通部51bの反対側の端縁には、垂直絶縁板52が蓋14から離れる方向に向けて延設されている。垂直絶縁板52は矩形板状に形成されるとともに、上側絶縁板51に対し垂直に延びている。ここで、上側絶縁板51における突部51cの対向する方向を、絶縁部材50の幅方向とすると、この幅方向に沿った垂直絶縁板52の長さは、極柱部44を挟んだ一組の側面43c同士の距離よりも若干長く設定されている。
また、垂直絶縁板52の上側絶縁板51からの垂直方向の長さは、基部43の厚みより長く設定されている。垂直絶縁板52において、蓋14から離れた側に位置する先端には、矩形板状の下側絶縁板53が上側絶縁板51と同じ方向に向けて、かつ基部当接面43bに沿って延設されている。そして、上側絶縁板51と下側絶縁板53の対向面同士の間隔は、基部43の厚みより若干長く設定されている。また、絶縁部材50の幅方向に沿った下側絶縁板53の長さは、極柱部44を挟んだ一組の側面43c同士間の距離よりも短く設定されている。
図5(a)及び図5(b)に示すように、上記構成の絶縁部材50は、正極端子41及び負極端子42の各々に対し、ケース本体13の短側壁13bから電極組立体20の長手方向に沿って移動させて装着されている。上側絶縁板51の挿通部51aには極柱部44が挿通され、上側絶縁板51が極柱部44のほぼ全周を取り囲んでいる。また、上側絶縁板51は基部43の上面43a上に支持されている。
基部43の上面43a上には、シール部材としてのOリング56が極柱部44を取り囲む状態に設けられている。Oリング56は、上側絶縁板51の挿通部51a内に配置される。Oリング56のほぼ全周が上側絶縁板51によって取り囲まれている。すなわち、Oリング56は、連通部51bと対向する部位以外では、上側絶縁板51の内周縁によって取り囲まれ、上側絶縁板51によって極柱部44の外周に位置する状態に位置決めされている。
垂直絶縁板52の内面が、基部43の側面43cに面接触している。下側絶縁板53は、基部43の基部当接面43bより電極組立体20に近い位置に配置されている。上側絶縁板51は、基部43の上面43aと蓋14とによって挟持されている。そして、絶縁部材50における上側絶縁板51により、蓋14は正極端子41及び負極端子42から電気的に絶縁されている。また、垂直絶縁板52により、ケース本体13は、正極端子41及び負極端子42から電気的に絶縁されている。さらに、下側絶縁板53により、電極組立体20は正極端子41及び負極端子42から電気的に絶縁されている。
図1に示すように、上側絶縁板51の挿通部51aに挿通された極柱部44は、蓋14に所定の間隔をあけて並設された一対の挿通孔14bからケース12の外部に突出、即ち露出している。蓋14の挿通孔14bの内周縁と、極柱部44の外周面とは、絶縁リング19によって互いに絶縁されている。絶縁リング19は、円環状のリング19aと、このリング19aの一端縁から外方へ延設されたフランジ部19bと、から形成されている。リング19aは、挿通孔14bの内周縁と、極柱部44の外周面との間に介装されている。フランジ部19bは、蓋14の外面14cにおいて挿通孔14bの外側に係止されている。
図5(a)及び図5(b)に示すように、極柱部44にはナット55が螺合されている。ナット55と蓋14の外面14cとの間には、絶縁リング19のフランジ部19bが介装され、フランジ部19bによってナット55と蓋14とが互いに絶縁されている。そして、ナット55が極柱部44に螺合されることによって、ナット55と基部43とによってフランジ部19b、蓋14、及び上側絶縁板51が挟持されている。ナット55の螺合により、極柱部44が蓋14に締結されている。この締結状態では、Oリング56は、蓋14の内面14aと、基部43の上面43aとの間で圧縮され、蓋14の内面14a及び基部43の上面43aに密接し、挿通孔14bの周囲をシールしている。
次に、二次電池10の作用を製造方法とともに説明する。
図6(b)に示すように、正極導電部材33及び負極導電部材37の各々において、各端子接合部34の導電部材当接面34aに、基部43が載置され、溶接用突部43gが嵌合凹部34dに嵌合される。また、導電部材当接面34aに対して、基部当接面43bが当接される。
そして、端子接合部34の裏面34bから、溶接用突部43gの外周面と、嵌合凹部34dの内周面とが互いに溶接され、溶接部Yが形成される。これにより、基部43が端子接合部34に対して溶接により接合される。この溶接作業時、溶接部Yよりも嵌合凹部34dの中心に近い位置には、溶接用突部43gの内部空間Sが位置する。また、溶接部Yは、溶接用突部43gの厚みの範囲内に形成される。このため、厚みの小さい溶接用突部43gに熱集中が起こる。そのため、溶接用突部43g及び端子接合部34を速やかに溶融させることができ、溶接部Yを速やかに形成することができる。
また、溶接用突部43gと嵌合凹部34dとの嵌合構造により、基部43が、導電部材当接面34aの面に沿う方向へ移動することが防止される。
その結果、正極導電部材33と正極端子41とが一体化されるとともに、負極導電部材37と負極端子42とが一体される。次に、正極導電部材33のタブ溶接部36が、電極組立体20の正極タブ群45に対して溶接され、負極導電部材37のタブ溶接部36が、電極組立体20の負極タブ群46に対して溶接される。
次に、正極端子41及び負極端子42の各々に絶縁部材50が装着される。このとき、基部43の上面43aに上側絶縁板51が支持されるとともに、下側絶縁板53が基部43の下側に配置される。また、絶縁部材50は、垂直絶縁板52が対向する基部43の一つの側面43cに当接するまで正極導電部材33及び負極導電部材37に向けて押し込まれる。
上側絶縁板51上に蓋14が載置されるとともに、挿通孔14bに極柱部44がそれぞれ挿通される。そして、極柱部44の雄ねじ44aにナット55が螺合される。その結果、ナット55と基部43とによってフランジ部19b、蓋14、及び上側絶縁板51が挟持され、極柱部44が蓋14に締結される。最後に、電極組立体20がケース本体13に収容されるとともに、蓋14がケース本体13に対して溶接される。その結果、ケース12が形成されるとともに、二次電池10が製造される。
上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
(1)正極導電部材33及び負極導電部材37の各々において、端子接合部34に嵌合凹部34dが形成される。また、正極端子41及び負極端子42の各々において、基部43に円筒状の溶接用突部43gが形成される。このため、溶接用突部43gを嵌合凹部34dに嵌合すると、溶接部Yが形成された箇所において、溶接用突部43gよりも嵌合凹部34dの中心に近い位置には、溶接用突部43gより凹んだ内部空間S(凹部)が位置している。よって、溶接用突部43gを単純な円柱状に形成する場合と比べると、溶接用突部43gの厚みを薄くすることができ、溶接時の熱によって加熱される部位の面積が小さくなる。このため、溶接時の熱が、正極端子41及び負極端子42の基部43に逃げにくくなり、溶接部Yに熱集中させることができる。その結果、正極端子41及び負極端子42と端子接合部34との溶接作業性を高めることができる。
(2)溶接用突部43gは円筒状に形成されている。このため、内部空間Sを設けることによって、溶接用突部43gの厚みを薄くすることができ、溶接用突部43gにおいて熱を集中させることができる。
(3)溶接用突部43gは、端子接合部34の嵌合凹部34dに嵌合される。このため、溶接時に、正極端子41及び負極端子42に対し、導電部材当接面34aに沿う方向への力が作用しても、溶接用突部43gの外周面が嵌合凹部34dの内周面に当接して、正極端子41及び負極端子42が移動することを防止できる。したがって、正極端子41及び負極端子42を端子接合部34の所定位置に溶接することができる。その結果、端子接合部34の外形線上から基部43がはみ出したりすることがなく、正極端子41及び負極端子42をケース本体13内に収容したとき、正極端子41及び負極端子42がケース本体13に接触することを回避することができる。
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 実施形態では、溶接用突部43gは円筒状に形成されているが、これに限らない。図7(a)に示すように、溶接用突部43hが円柱状に形成され、その先端面に、溶接用突部43hの外形線の一部に沿って線状に延びる複数の溝43haが、溶接用突部43hの周方向に等間隔おきに形成されてもよい。各溝43haは、溶接用突部43hを間に挟んで溶接用突部43hの外形線に沿って延びる。
このように構成しても、溶接部Yが形成された箇所において、溶接用突部43hよりも嵌合凹部34dの中心に近い位置、即ち溶接用突部43hの径方向内側の位置には、溶接用突部43hに対して凹んだ凹部としての溝43haが位置している。なお、図7(b)に示すように、単一の溝43haが、溶接用突部43hの外形線の全体に沿って延びるように形成されてもよい。
○ 図8に示すように、基部43は、溶接用突部43gの嵌合凹部34d中心側と反対側の位置に、基部当接面43bよりも溶接用突部43gの先端から基端に向かう方向に凹む溝としての外側溶接補助溝61を備える。外側溶接補助溝61は、円環状であり、溶接用突部43gを全周に亘って囲んでいる。また、基部43は、溶接用突部43gの嵌合凹部34dの中心側の位置に内側溶接補助溝62を備える。内側溶接補助溝62は、基部当接面43bよりも溶接用突部43gの先端から基端に向かう方向に円形状に凹んでいる。また、内側溶接補助溝62は、嵌合凹部34dの中心側で溶接用突部43gの内周面の全周に沿って亘っている。即ち、外側溶接補助溝61は溶接用突部43gの径方向外側に位置し、内側溶接補助溝62は溶接用突部43gの径方向内側に位置する。なお、内側溶接補助溝62の基部当接面43bからの深さと、外側溶接補助溝61の基部当接面43bからの深さは同じである。即ち、内側溶接補助溝62は外側溶接補助溝61よりも深い。このため、溶接用突部43gは、実施形態と比べると軸方向(突出方向)への長さが長くなっている。
このように構成した場合、溶接用突部43gの外周面と、嵌合凹部34dの内周面とを溶接する際、外側溶接補助溝61及び内側溶接補助溝62が形成されていないと、溶接用突部43gに伝わった熱は、そのまま基部当接面43bにおいて、溶接用突部43gの嵌合凹部34dの中心側の位置、及び該中心側と反対側の位置に逃げていく。即ち、熱は溶接用突部43gの径方向外方及び径方向内方へ逃げていく。しかし、基部当接面43bにおいて熱の逃げていく部位に外側溶接補助溝61及び内側溶接補助溝62を形成することで、溶接時の熱を溶接用突部43gから基部43に逃げにくくし、溶接用突部43gに熱を集中させることができる。
このため、一定時間で溶接用突部43gの外周面と嵌合凹部34dの内周面とを溶接させるために必要な熱量は、外側溶接補助溝61及び内側溶接補助溝62が形成されていない場合と比べて少なくて済む。その結果として、溶接のために要する熱量を抑えながらも、溶接作業を効率良く行うことができる。
○ 図9に示すように、図8で示した形態において、外側溶接補助溝61を省略し、内側溶接補助溝62のみが形成されてもよい。このように構成すると、内側溶接補助溝62を凹部として兼用することができるとともに、内側溶接補助溝62を簡単に形成することができる。
○ 図10に示すように、図8に示した形態において、内側溶接補助溝62を省略し、外側溶接補助溝61のみが形成されてもよい。
○ 図8及び図10に示す形態において、外側溶接補助溝61は、溶接用突部43gを全周に亘って囲む環状ではなくてもよく、外側溶接補助溝61は、溶接用突部43gの周方向に間隔を空けて形成されていてもよい。
○ 図8及び図9に示す形態において、内側溶接補助溝62は、溶接用突部43gの周方向に沿って間隔を空けて延びる複数の溝であってもよい。
○ 実施形態では、溶接用突部43gの内底面は、基部当接面43bよりも溶接用突部43gの先端側に位置しているが、これに限らない。溶接用突部43gの内底面を、基部当接面43bよりも深い位置にしてもよいし、基部当接面43bと同じ面上に位置させてもよい。
○ 実施形態では、溶接用突部43gは円筒状に形成されているが、これに限らない。例えば、溶接用突部43gは、平面視半円形状の先端面を有する柱状に形成されてもよい。そして、溶接用突部43gを嵌合凹部34dに嵌合した状態で、基部当接面43bの一部が嵌合凹部34d内に位置していてもよい。このように構成しても、溶接部Yが形成された箇所において、溶接用突部43gよりも嵌合凹部34dの中心に近い位置には、嵌合凹部34dそのものよりなる凹部が、溶接用突部43gに対して凹む位置に設けられる。
○ 実施形態では、嵌合凹部34dを円形状に形成したが、溶接用突部43gの一部が嵌合し、溶接部Yが形成可能であれば、嵌合凹部34dの形状は適宜変更してもよい。例えば、嵌合凹部34dはU字状であってもよい。
○ 実施形態では、溶接用突部43gの外周面を全周に亘って嵌合凹部34dの内周面に溶接して溶接部Yを形成したが、溶接用突部43gの外周面及び嵌合凹部34dの内周面の一部のみを溶接して溶接部Yを形成してもよい。
○ ケース12の形状は、円柱状、又は横方向に扁平な楕円柱状であってもよい。
○ 本発明は、蓄電装置としてのニッケル水素二次電池、又は電気二重層キャパシタとして具体化してもよい。
Claims (9)
- 蓄電装置であって、
ケース内に収容された電極組立体と、
前記電極組立体に対し電気的に接続される導電部材と、
前記導電部材に対して溶接により接合される電極端子と、
前記電極端子に設けられ前記導電部材に向けて突出するとともに外周面を有する溶接用突部と、
前記導電部材に形成され前記溶接用突部が嵌合するとともに内周面及び中心を有する貫通孔と、
前記溶接用突部の外周面と前記貫通孔の内周面とが互いに溶接された溶接部と、
前記溶接部が形成された箇所において、前記溶接用突部よりも前記貫通孔の中心に近い位置に形成され、該溶接用突部に対して凹んだ凹部とを備える蓄電装置。 - 前記溶接用突部は筒状であり、前記凹部は前記溶接用突部によって画定されている、請求項1に記載の蓄電装置。
- 前記溶接用突部は円筒状である、請求項2に記載の蓄電装置。
- 前記凹部は、前記溶接用突部を間に挟んで前記溶接用突部の外形線の全体又は一部に沿って延びる線状の溝を含む、請求項1に記載の蓄電装置。
- 前記電極端子は基部を有し、前記基部は、前記溶接用突部の突出方向において前記導電部材と当接する基部当接面を有し、前記基部は、前記溶接用突部の径方向内側の位置及び前記溶接用突部の径方向外側の位置の少なくとも一方で、前記溶接用突部の先端から前記溶接用突部の基端に向かう方向に延び前記基部当接面に対して凹む溶接補助溝を備える、請求項1~請求項4のうちいずれか一項に記載の蓄電装置。
- 前記溶接補助溝は、前記溶接用突部を全周に亘って囲む外側溶接補助溝と、前記溶接用突部の径方向内側で前記溶接用突部の内周面の全周に沿って延びる内側溶接補助溝とを含む、請求項5に記載の蓄電装置。
- 前記溶接補助溝は前記溶接用突部の径方向内側に形成された単一の内側溶接補助溝を含む、請求項5に記載の蓄電装置。
- 前記溶接補助溝は前記溶接用突部の径方向内側に形成され、等間隔に配置された複数の内側溶接補助溝を含む、請求項5に記載の蓄電装置。
- 前記蓄電装置は二次電池を含む請求項1~請求項8のうちいずれか一項に記載の蓄電装置。
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