WO2015115641A1

WO2015115641A1 - 集電体の接続構造及び該接続構造を備えた蓄電器

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Publication number: WO2015115641A1
Application number: PCT/JP2015/052822
Authority: WO
Inventors: 健倉持; 貴史増井
Original assignee: Shin Kobe Electric Machinery Co Ltd
Current assignee: Resonac Corp
Priority date: 2014-02-03
Filing date: 2015-02-02
Publication date: 2015-08-06
Anticipated expiration: 2016-08-03
Also published as: JPWO2015115641A1

Abstract

　リチウムイオンキャパシタのような蓄電器に適用可能な、電気抵抗値を最小限に抑えることができ、かつ溶接不良の生じにくい集電体の接続構造を提供する。集電体７を第１のリード１５と第２のリード１７を介して蓋部材９と接続する。第１のリード１５はケース本体３に収納された極板群の集電体７から延び、第２のリード１７は蓋部材９の底面に一端が固定された３枚のアルミニウム板よりなる。第２のリード１７の端部には、３枚のアルミニウム板の端部がずれた状態で形成される段差部１７ｄを設ける。ケース本体３に蓋部材９を取り付ける前に第１のリード１５と第２のリード１７とを溶接する。その際に、溶接が予定の位置から外れて施されると、第２のリード１７の他端に設けた３枚のアルミニウム板により形成された段差部１７ｄが一部又は全部消失するので、目視でも容易に溶接不良を検知することができる。

Description

集電体の接続構造及び該接続構造を備えた蓄電器

　本発明は、蓄電器内で使用される集電体の接続構造及び該接続構造を備えた蓄電器に関するものである。

　特開２０１０－１８６７８２号公報の図１には、一端が集電体に固定されており且つ他端が蓋部材の裏面側に位置する金属板からなる第１のリードと、一端が蓋部材の裏面に固定されており且つ他端が第１のリードの他端に溶接される金属板からなる第２のリードとを備えたリチウムイオンキャパシタ（蓄電器）の集電体の接続構造が示されている。

特開２０１０－１８６７８２号公報　図１

　特許文献１に示される従来の接続構造では、接続作業を容易にするために、蓋部材に固定される第２のリードの長さを長くしている。しかしながら第２のリードの長さが長くなると、その分電気抵抗値が大きくなり、接続構造において発生する熱量が増加する問題がある。しかしながら単純に第２のリードの長さを短くすると、溶接不良が発生し易くなる問題が発生する。

　本発明の目的は、蓋部材に固定される第２のリードの長さを短くしても、溶接不良の発見が容易な集電体の接続構造及び該接続構造を備えた蓄電器を提供することにある。

　本発明の他の目的は、上記目的に加えて、第２のリードの長さを短くしても、溶接作業が容易な集電体の接続構造及び該接続構造を備えた蓄電器を提供することにある。

　本発明は、開口部を有する金属製のケース本体内に配置された極板群中の一方の極性の極板に接続された集電体と、ケース本体と電気的に絶縁された状態で開口部を塞ぐ金属製の蓋部材との間を電気的に接続する集電体の接続構造を改良の対象とする。本発明の接続構造は、一端が集電体に固定されており且つ他端が蓋部材の裏面側に位置する金属板からなる第１のリードと、一端が蓋部材の裏面に固定されており且つ他端が第１のリードの他端に溶接される複数枚の金属板が積層されてなる第２のリードとを備えている。そして第２のリードを構成する複数枚の金属板は、他端が階段状にずれた段差部を形成するように配置されている。その上で、第１のリードの他端と第２のリードとを溶接する溶接部が、段差部の近傍に段差部を残すように形成されている。本発明のように第２のリードを複数枚の金属板により構成すると、並列電流路が複数配置されることになるため、接続構造の電気抵抗値を下げることができる。また第２のリードを構成する複数枚の金属板の他端に階段状にずれた段差部を設け、段差部の近傍に段差部を残すように第１のリードと第２のリードの溶接部を形成すると、段差部の有無及び段差部の段差の数を確認することにより、簡単に溶接不良が発生しているか否かを確認できる。すなわち溶接後に段差部が確認できない状態が発生していることや、段差部の段差の数が少ないことは、溶接部の溶接金属の量が少ないことを示している。したがって本発明によれば、段差部の有無または段差部の段差の数を確認することにより、容易に溶接不良の発生の有無を確認することができる。

　第２のリードを構成する複数枚の金属板は、蓋部材に固定された一端も階段状にずれた段差部を形成するように配置されており、第２のリードの一端と蓋部材の裏面とを溶接する溶接部が、段差部の近傍に段差部を残すように形成されているように構成してもよい。このように構成することにより、第１のリードの他端と第２のリードとの溶接部と同じく、段差部の有無や段差部の段差の数を確認することにより、蓋部材と第２のリードとの溶接不良をも容易に検知することが可能である。

　また第１のリードと集電体とは、一体に形成されていてもよく、これにより部品点数が少なくなる上、接続作業数が減るという利点が得られる。

　第２のリードを構成する複数枚の金属板は、同じ長さを有していて、それぞれの両端部が積層方向に一致するように重ねられていてもよく、このような構成を採用すると、同一形状及び同一寸法の金属板を重ねればよいため、部品の種類が少なくなって、部品のコストを下げることができる。複数枚の金属板の他端はそれぞれ一緒に曲げられると、第２のリードの端部に段差部を有するＵ字状またはＶ字状の曲げ部を形成することができる。これは金属板の厚み分だけ、曲げ部の外側に位置する金属板の端部の終端位置が、曲げ部の内側に位置する金属板の端部の終端位置よりも金属板の長手方向にずれることになるためである。このようにすると、第２のリードの端部に曲げ加工を施すだけで、段差部が形成できる。この場合、第１のリードは、曲げ部の最も内側に位置する１枚の金属板と接触した状態で、第２のリードの端部に溶接するのが好ましい。このようにすると段差部を確実に確認することができる。

　本発明の接続構造は、リチウムイオン二次電池、リチウムイオンキャパシタ等の種々の蓄電器に適用することができる。例えば、開口部を有する金属製の円筒型のケース本体と、ケース本体内に配置された捲回型極板群と、捲回型極板群の中の一方の極性の極板に溶接された集電体と、ケース本体と電気的に絶縁された状態で前記開口部を塞ぐ金属製の蓋部材との間を電気的に接続する集電体の接続構造とを有する蓄電器に、前述の接続構造を適用することができる。

本発明の第１の実施の形態の集電体の接続構造が適用されたリチウムイオンキャパシタである蓄電器の第１のリードと第２のリードとの溶接工程時の態様を、ケース本体を切り欠いて表した正面図である。図１に示したリチウムイオンキャパシタの、溶接工程の後にケース本体と蓋と組み立てた状態を示す図１と同様の図である。図１に示した第１のリードと第２のリードとの溶接部周辺を示す拡大正面図である。本発明の第２の実施の形態の図３と同様の拡大正面図である。

　以下、図面を参照しながら本発明の集電体の接続構造の実施の形態の一例の構成を詳細に説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態に係る集電体の接続構造が適用された蓄電器の一種であるリチウムイオンキャパシタのケース本体を切り欠いて表した正面図であり、図２は図１に示したリチウムイオンキャパシタの、溶接工程の後にケース本体内に蓋部材を備えた極板群を挿入した状態を示す図１と同様の図であり、図３は図１に示した第１のリードと第２のリードとの溶接部周辺を拡大して示す拡大正面図である。

　各図に示すように、本実施形態の接続構造を採用したリチウムイオンキャパシタ１は、上端を開口部とする有底円筒型のケース本体３と、ケース本体３内に配置された捲回型極板群５と、捲回型極板群５の中の一方の極性の極板である正極板（図示していない）に溶接されて電気的に接続された正極集電体７と、正極集電体７と電気的に接続され且つケース本体３と電気的に絶縁された状態でケース本体３の開口部を塞ぐ金属製の蓋部材９とを有する。

　ケース本体３は、ニッケルメッキが施されたスチール製であり、底面には負極板（図示していない）に溶接されて電気的に接続された負極集電体１１が溶接されている。これによりケース本体３はリチウムイオンキャパシタ１の負極外部端子としての役割を果たす。

　捲回型極板群５は、図示しない軸芯に、帯状の正極板と負極板とをセパレータ（いずれも図示していない）を介して捲回して構成されている。軸芯はポリプロピレン製であり、正極板はアルミニウム箔製の正極集電板の両面に未塗工部を残すように正極活物質合剤が塗布された構造を有している。未塗工部は、正極集電体の幅方向の一方の縁に沿って長手方向に延びている。また負極板は銅箔の集電板の両面に未塗工部を残すように負極活物質が塗布された構造を有している。未塗工部は、負極集電体の幅方向の一方の縁に沿って長手方向に延びている。捲回型極板群５を形成する際には、正極板の未塗工部と負極板の未塗工部が軸芯の両側に位置するように、正極板と負極板とをセパレータを介して軸芯に捲回する。捲回型極板群５の長手方向の一端側に露出する正極板の未塗工部に正極集電体がレーザ溶接により溶接される。また捲回型極板群５の長手方向の他端側に露出する負極板の未塗工部に負極集電体がレーザ溶接により溶接される。この溶接は周知であるため詳細な説明は省略する。

　蓋部材９は、端子部を備えた第１の蓋構成部品９Ａと第１の蓋部品と組み合わされて蓋部材９の裏面側に配置される第２の蓋構成部品９Ｂとから構成されている。蓋部材９は、第１のリード１５と第２のリード１７とを介して正極集電体７に接続されている。蓋部材９は、ケース本体３の上端開口部にリング状のガスケット１３を介してケース本体３にかしめられることにより、ケース本体３とは電気的に絶縁された状態でケース本体３の開口部を塞いでいる。これにより蓋部材９は正極外部端子として機能する。

　本実施の形態では、第１のリード１５は、正極集電体７と一体に形成されている。すなわち本実施の形態における第１のリード１５は、アルミニウム製の円板状の集電体７の一部が切り起こされるか、集電体７と一体に設けられて構成されている。これにより部品点数が少なくなり、接続作業数も減少する。なお負極集電体１１は、中央部に突出部を有していて、この突出部がケース本体３の底部に抵抗溶接により接続されている。

　第２のリード１７は、積層された３枚のアルミニウム板より構成されており、第１のリード１５と実質的に同じ寸法の幅を有する。図３に示すように、第２のリード１７を構成する積層された３枚のアルミニウム板は、長手方向の一方の端部が一致するように重ねられた状態で、蓋部材９の第２の蓋構成部品９Ｂに一端が溶接されている。この溶接をした後、３枚のアルミニウム板は、長手方向の中央部においてほぼ直角に曲げられてＬ字状に変形されている。図１のように蓋部材９がケース本体３に取り付けられた状態では、第２のリード１７はさらに鋭角に曲げられてＵ字状またはＶ字状に変形され、第１のリード１５の端部を挟むようになっている。

　第２のリード１７を構成する３枚のアルミニウム板１７ａ、１７ｂ、１７ｃはそれぞれ長さが同じであり、曲げ加工により曲げ部１７ｆが形成されたことにより、図２及び図３に示すように、アルミニウム板１７ａ、１７ｂ、１７ｃの他端の位置がずれた状態になり、第２のリード１７の他端が階段状にずれた段差部１７ｄを形成している。なおアルミニウム板１７ａ、１７ｂ、１７ｃの長さを順番に少しずつ短くして、段差部１７ｄの段差がより明確になるようにしてもよい。

　第１のリード１５と第２のリード１７との溶接は、ケース本体３と蓋部材９とを組み合わせる前に行われる。第１のリード１５と第２のリード１７とは、段差部１７ｄとは反対側の第２のリード１７の側面に第１のリード１５の端部を配置し、段差部１７ｄに隣接する位置において第１のリード１５と第２のリード１７（アルミニウム板１７ａ、１７ｂ、１７ｃ）とを両側から挟むように超音波溶接用の一対の溶接工具を配置し、一対の溶接工具を相対的に近付けながら超音波振動を一対の溶接工具に生じさせることにより、第１のリード１５と第２のリード１７とを溶接する。このように第２のリード１７を複数枚のアルミニウム板１７ａ、１７ｂ、１７ｃで構成すると、並列電流路が複数配置されることになり、接続構造の電気抵抗値を下げることができる。

　また図２によく示されているように、本実施の形態では第２のリード１７の長さを短くしたため、第１のリード１５と第２のリード１７とにより構成される導電路の電気抵抗を最小限に抑えることができる。また溶接作業はケース本体３と蓋部材９との間の狭い空間で行われるために、正確に溶接箇所１７ｅで溶接することが難しくなり、溶接不良が生じやすくなる。

　そこで溶接が良好に行われたかどうかを容易に判断する手段として設けたのが、アルミニウム板１７ａ、１７ｂ、１７ｃの階段状にずれた段差部１７ｄである。このような段差部１７ｄを、溶接箇所１７ｅに隣接して設けることにより、もしも溶接が溶接箇所１７ｅからケース本体３に近付く方向に外れて行われると、段差部１７ｄが全部又は一部溶けて消失してしまう。従って、溶接後に目視により段差部１７ｄが存在するか、または段差部１７ｄの段差が三段揃っているかを確認し、段差部１７ｄの段差が全て残っていれば溶接が良好に行われ、段差が消えていたり段差の数が足りないときには、溶接不良が生じたことを容易且つ明確に検知することができる。

　本実施の形態のように、同一形状の複数枚金属板の両端を一致させて重ね合わせるように第２のリードを形成して、複数枚の金属板を途中部分において、それぞれ一緒に曲げると、第２のリードの端部に段差部を有するＵ字状またはＶ字状の曲げ部１７ｆを形成することができる。これは金属板の厚み分だけ、曲げ部１７ｆの外側に位置する金属板の端部の終端位置が、曲げ部１７ｆの内側に位置する金属板の端部の終端位置よりも金属板の長手方向にずれることになるためである。このようにすると、第２のリードの端部に曲げ加工を施すだけで、段差部が形成できる。このような構成を採用すると、同一形状及び同一寸法の金属板を重ねればよいため、部品の種類が少なくなって、部品のコストを下げることができる。

　上記実施の形態では、捲回型極板群５をケース本体３に入れた状態で第１のリード１５と第２のリード１７とを溶接しているが、この溶接は捲回型極板群５をケース本体３内に挿入する前に行ってもよいのは勿論である。

　図４は、本発明の第２の実施の形態の図３と同様の図である。蓋部材９及び第１のリード１５は、第１の実施の形態において同じ符号を付して示した部材と同一の機能を有する部材なので、説明を省略する。第２の実施の形態においては、正極集電体７の第２のリード２１を構成する３枚のアルミニウム板２１ａ、２１ｂ、２１ｃは、第１のリード１５が溶接される他端のみならず、蓋部材９に溶接される一端も階段状にずれた段差部２１ｆを形成している。この段差部２１ｆは、アルミニウム板２１ａ、２１ｂ、２１ｃの曲げ部２１ｈから一端までの長さにもそれぞれ相違を設けることにより形成される。第２のリード２１の一端と蓋部材９の裏面とを溶接するように設計されている溶接部２１ｇは、段差部２１ｆの近傍に、溶接後に段差部２１ｆを残すように形成されている。このように構成することにより、第１のリード１５の他端と第２のリード２１との溶接部２１ｄと同じく、段差部２１ｆの有無や段差部２１ｆの段差の数を確認することにより、蓋部材９と第２のリード２１との間の溶接不良も容易に検知することが可能である。

　上記各実施の形態では、リチウムイオンキャパシタについて説明をしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、他のキャパシタや二次電池及びそれらの接続構造に適用しても良いのは勿論である。

　上記実施の形態では、極板群として捲回型極板群を用いているが、本発明は極板群として捲回型極板群を用いる場合に限定されるものではない。

　本発明の集電体の接続構造においては、第１及び第２のリードの長さを短くして電気抵抗を最小限に抑えることができる一方、溶接不良の発生を第１のリードの他端に複数の金属板が階段状にずれた段差部を設けることにより、溶接後の段差の有無や、段差の数を確認することにより、溶接不良が生じたことを容易且つ明確に確認することができる。

　１　リチウムイオンキャパシタ（蓄電器）
　３　ケース本体
　５　捲回型極板群
　７　集電体
　９　蓋
　１５　第１のリード
　１７，２１　第２のリード
　１７ｄ　段差部

Claims

　開口部を有する金属製のケース本体内に配置された極板群中の一方の極性の極板に接続された集電体と、前記ケース本体と電気的に絶縁された状態で前記開口部を塞ぐ金属製の蓋部材との間を電気的に接続する集電体の接続構造であって、
　一端が前記集電体に固定されており且つ他端が前記蓋部材の裏面側に位置する金属板からなる第１のリードと、
　一端が前記蓋部材の前記裏面に固定されており且つ他端が前記第１のリードの他端に溶接される複数枚の金属板が積層されてなる第２のリードとを備え、
　前記第２のリードを構成する前記複数枚の金属板は、前記他端が階段状にずれた段差部を形成するように配置されており、
　前記第１のリードの他端と前記第２のリードとを溶接する溶接部が、前記段差部の近傍に前記段差部を残すように形成されていることを特徴とする集電体の接続構造。
　前記第２のリードを構成する前記複数枚の金属板は、前記一端が階段状にずれた段差部を形成するように配置されており、
　前記第２のリードの前記一端と前記蓋部材の前記裏面とを溶接する溶接部が、前記段差部の近傍に前記段差部を残すように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の集電体の接続構造。
　前記第１のリードと前記集電体とが一体に形成されている請求項１または２に記載の集電体の接続構造。
　前記複数枚の金属板は、同じ長さを有していて、それぞれの両端部が積層方向に一致するように重ねられており、
　前記複数枚の金属板の他端はそれぞれ一緒に曲げられて前記第２のリードの端部に前記段差部を有するＵ字状またはＶ字状の曲げ部を形成しており、
　前記第１のリードは前記曲げ部の最も内側に位置する１枚の前記金属板と接触した状態または該１枚の金属板と該１枚の金属板に隣接する他の１枚の金属板との間に配置された状態で、前記第２のリードの端部に溶接されている請求項１に記載の集電体の接続構造。
　前記溶接部は超音波溶接により形成されている請求項１に記載の集電体の接続構造。
　開口部を有する金属製の円筒型のケース本体と、
　前記ケース本体内に配置された捲回型極板群と、
　前記捲回型極板群の中の一方の極性の極板に溶接された集電体と、
　前記ケース本体と電気的に絶縁された状態で前記開口部を塞ぐ金属製の蓋部材との間を電気的に接続する集電体の接続構造とを有する蓄電器であって、
　前記集電体の接続構造は、一端が前記集電体に固定されており且つ他端が前記蓋部材の裏面側に位置する金属板からなる第１のリードと、
　一端が前記蓋部材の前記裏面に固定されており且つ他端が前記第１のリードの他端に溶接される複数枚の金属板が積層されてなる第２のリードとを備え、
　前記第２のリードを構成する前記複数枚の金属板は、前記他端が階段状にずれた段差部を形成するように配置されており、
　前記第１のリードの他端と前記第２のリードとを溶接する溶接部が、前記段差部の近傍に前記段差部を残すように形成されていることを特徴とする蓄電器。
　前記第１のリードは前記集電体の一部が切り起こされて形成されており、
　前記第１のリードの前記他端と対向する前記蓋部材の前記裏面の領域に、前記複数枚の金属板の前記一端が溶接されており、
　前記複数枚の金属板は、同じ長さを有していて、それぞれの両端部が積層方向に一致するように重ねられており、
　前記複数枚の金属板の他端はそれぞれ一緒に曲げられて前記第２のリードの端部に前記段差部を有するＵ字状またはＶ字状の曲げ部を形成しており、
　前記第１のリードは前記曲げ部の最も内側に位置する１枚の前記金属板と接触した状態または該１枚の金属板と該１枚の金属板に隣接する他の１枚の金属板との間に配置された状態で、前記第２のリードの端部に溶接されている請求項６に記載の蓄電器。
　前記溶接部は超音波溶接により形成されている請求項７に記載の蓄電器。