(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力を充放電する捲回群と、
開口部を有し、前記捲回群が収納される缶と、
前記缶の開口部に溶接されて、前記開口部を封止する蓋と、
前記捲回群に電気的に接続され、かつ前記蓋を貫通して、前記蓋の外側に突出する正極接続端子および負極接続端子と、
前記蓋の外側で、前記正極接続端子および前記負極接続端子に、それぞれ接続された正極外部端子および負極外部端子と、
前記正極外部端子および前記負極外部端子を前記蓋に対して電気的に絶縁する絶縁部材と、
前記正極接続端子および前記負極接続端子と、前記蓋との隙間をシールするガスケットとを備え、
前記正極接続端子および前記負極接続端子には、前記蓋の外側で拡径されたかしめ部が形成され、
前記正極外部端子および前記負極外部端子のそれぞれには、前記蓋に沿って、前記かしめ部が接続される部分と、バスバーが接続されるバスバー接続部とが並んで設けられ、
前記かしめ部の周縁部には、レーザスポット溶接可能な薄肉平坦部が局所的に形成され、
前記正極接続端子のかしめ部における前記薄肉平坦部は、前記正極外部端子のバスバー接続部の対向側にのみ形成され、
前記負極接続端子のかしめ部における前記薄肉平坦部は、前記負極外部端子のバスバー接続部の対向側にのみ形成され、
前記薄肉平坦部がレーザスポット溶接されていることを特徴とする二次電池。
【請求項２】
請求項１に記載の二次電池において、
前記薄肉平坦部は、前記かしめ部の最外周よりも内側に形成されていることを特徴とする二次電池。
【請求項３】
請求項１または２に記載の二次電池において、
前記正極接続端子のかしめ部には、少なくとも前記正極外部端子のバスバー接続部に最も近い位置に前記薄肉平坦部が配置され、
前記負極接続端子のかしめ部には、少なくとも前記負極外部端子のバスバー接続部に最も近い位置に前記薄肉平坦部が配置されていることを特徴とする二次電池。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の二次電池において、
前記正極接続端子および前記負極接続端子のかしめ部のそれぞれには、前記薄肉平坦部が複数形成されていることを特徴とする二次電池。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の二次電池において、
前記薄肉平坦部は円形または楕円形であることを特徴とする二次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リチウム二次電池などの二次電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ハイブリッド自動車や電気自動車等の動力源として大容量（Ｗｈ）のリチウム二次電池が開発されており、その中でもエネルギー密度（Ｗｈ／ｋｇ）の高い角形のリチウム二次電池が注目されている。
【０００３】
角形のリチウム二次電池においては、正極活物質を塗布した正極箔、負極活物質を塗布した負極箔およびそれぞれを絶縁するためのセパレータを捲回した扁平形状の捲回群を缶に収納し、蓋に設けられ外部に露出した正極端子および負極端子と捲回群とを電気的に接続する。さらに、缶と蓋を封止溶接し、蓋に設けられた注液口から電解液を注液し、注液栓を挿入してレーザ溶接により封止溶接することで二次電池を作製する。
【０００４】
特許文献１記載の密封電池では、円筒形状の接続端子が、絶縁部材、蓋、ガスケット、集電板のそれぞれに形成された開口部に挿入され、接続端子の中心軸より外周側に広げて、それぞれの部材をかしめることにより固定し、かしめ部の最外周すべてに薄肉部を設けて、薄肉部と集電板とをレーザ溶接する方法が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−８７６９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の密封電池は、かしめによりそれぞれの部材を固定しており、かしめ部の周縁部は、レーザ溶接の品質を確保するために、薄肉化される。このため、かしめ強度、すなわちそれぞれの部材を固定する強度が低下するおそれがあった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１の発明による二次電池は、電力を充放電する捲回群と、開口部を有し、前記捲回群が収納される缶と、前記缶の開口部に溶接されて、前記開口部を封止する蓋と、前記捲回群に電気的に接続され、かつ前記蓋を貫通して、前記蓋の外側に突出する正極接続端子および負極接続端子と、前記蓋の外側で、前記正極接続端子および前記負極接続端子に、それぞれ接続された正極外部端子および負極外部端子と、前記正極外部端子および前記負極外部端子を前記蓋に対して電気的に絶縁する絶縁部材と、前記正極接続端子および前記負極接続端子と、前記蓋との隙間をシールするガスケットとを備え、前記正極接続端子および前記負極接続端子には、前記蓋の外側で拡径されたかしめ部が形成され、前記正極外部端子および前記負極外部端子のそれぞれには、前記蓋に沿って、前記かしめ部が接続される部分と、バスバーが接続されるバスバー接続部とが並んで設けられ、前記かしめ部の周縁部には、レーザスポット溶接可能な薄肉平坦部が局所的に形成され、前記正極接続端子のかしめ部における前記薄肉平坦部は、前記正極外部端子のバスバー接続部の対向側にのみ形成され、前記負極接続端子のかしめ部における前記薄肉平坦部は、前記負極外部端子のバスバー接続部の対向側にのみ形成され、前記薄肉平坦部がレーザスポット溶接されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、良好な溶接品質と、高いかしめ強度を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明による二次電池の第１実施形態における捲回群を示す分解斜視図。
【図２】図１の捲回群を組み付けた蓋組立体を示す斜視図。
【図３】図２の蓋組立体を組み付けた二次電池を示す斜視図。
【図４】図２の蓋組立体のための蓋・端子組立体の組立て前の状態を示す部分分解斜視図。
【図５】図４の蓋・端子組立体の部品組み付け後、かしめ工程前の状態を示す縦断面図。
【図６】図５の蓋・端子組立体の１回目のかしめ工程を示す縦断面図。
【図７】図６の蓋・端子組立体の２回目のかしめ工程を示す縦断面図。
【図８】図７の蓋・端子組立体の３回目のかしめ工程を示す縦断面図。
【図９】図８の蓋・端子組立体のかしめ工程後の状態を示す斜視図。
【図１０】図８の蓋・端子組立体に溶接工程を実施した状態を示す斜視図。
【図１１】図１０の縦断面図。
【図１２】図１０の溶接工程後の蓋・端子組立体を示す斜視図。
【図１３】本発明による二次電池の第２実施形態における蓋・端子組立体を示す斜視図。
【図１４】本発明による二次電池の第３実施形態における蓋・端子組立体を示す斜視図。
【図１５】本発明による二次電池の第４実施形態における、蓋・端子組立体の３回目のかしめ工程後の状態を示す斜視図。
【図１６】図１５の蓋・端子組立体における溶接工程後の状態を示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明による二次電池の実施形態を図面を参照して説明する。
【００１１】
［第１実施形態］
［全体構成］
図３に示すように、二次電池１００は、缶３３に蓋組立体３５を挿入した後に、缶３３を密封して構成される。蓋組立体３５は、図2に示すように、蓋・端子組立体２００に捲回群６を組み付けたもので、蓋・端子組立体２００は、図１２に示すように、蓋１１に、正負極外部端子１３、３２および正負極集電板１４、３１を装着したものである。蓋１１には、注液口１１ｂが設けられ、缶３３の密封後、注液口１１ｂから缶３３内に電解液（図示省略）が注入され、その後、注液口１１ｂには注液栓３４が封止溶接される。
【００１２】
正負極外部端子１３、３２には、貫通孔１３ｂ、３２ｂが設けられ、貫通孔１３ｂ、３２ｂに挿通されたボルト（図示省略）によって、正負極外部端子１３、３２はバスバー（図示省略）に接続される。蓋１１は、その周縁部が缶３３に溶接され、これによって缶３が封止される。
【００１３】
［蓋組立体］
図２に示すように、蓋組立体３５は、蓋・端子組立体２００と、蓋・端子組立体２００における正負極集電板１４、３１に接続された捲回群６とで構成されている。正負極集電板１４、３１は、捲回群６の両端に露出する正負極箔１、３に溶接されている。
【００１４】
正負極集電板１４、３１には、溶接部２０において、正負極接続端子１５、１６がそれぞれ溶接され、正負極接続端子１５、１６は、内側から蓋１１を貫通して、外部に突出している。正負極接続端子１５、１６には、蓋１１の外面で、正負極外部端子１３、３２が取りつけられている。蓋・端子組立体２００、特に、正負極集電板１４、３１および正負極外部端子１３、３２の蓋１１への取りつけ方法の詳細は後述する。
【００１５】
［捲回群］
図１に示すように、捲回群６は、セパレータ５を挟んで正極箔１と負極箔３とを扁平形状に捲回して構成されている。正極箔１は厚さ３０μｍのアルミニウムであり、負極箔３は厚さ１５μｍの銅である。また、セパレータ５は多孔質のポリエチレン樹脂である。正極箔１の両面には正極活物質２が塗布されており、負極箔３の両面には負極活物質４が塗布されている。捲回群６の正極活物質２と負極活物質４との間で電力を充放電する。
【００１６】
［蓋・端子組立体］
図２〜図１２を参照して蓋・端子組立体２００について詳細に説明する。
とくに図１２に示すように、蓋・端子組立体２００は、蓋１１と、正負極集電板１４、３１と、正負極接続端子１５、１６と、ガスケット１０と、絶縁部材１２と、正負極外部端子１３、３２とを備え、後述する工程で一体化されている。正負極集電板１４、３１は、捲回群６の軸方向両端部の側面形状に沿って折曲された金属板であり、正負極箔１、３の材質と同じ、アルミニウム、銅よりなる。
【００１７】
以下、正極側の構成について説明する。
図４、５に示されるように、正極集電板１４と正極接続端子１５は予め溶接部２０にて一体化されている。蓋１１には、正極接続端子１５を挿通する貫通孔１１ａが穿設されている。正極接続端子１５は、貫通孔１１ａに挿入されて蓋１１の外側に突出する軸部１５ａと、軸部よりも大径の頭部１５ｆとを有する。正極接続端子１５は、軸部１５ａにガスケット１０を嵌装した状態で貫通孔１１ａに挿入され、蓋・端子組立体２００が製作された後、ガスケット１０は頭部１５ｆによって蓋１１の内面に圧接される。すなわち、ガスケット１０には貫通孔１０ａが穿設され、正極接続端子１５の軸部１５ａは貫通孔１０ａに挿入され、蓋１１の下面側から軸部１５ａが蓋１１の貫通孔１１ａを貫通している。貫通後は、ガスケット１０に頭部１５ｆが圧接され、正極接続端子１５と蓋１１の隙間がシールされる。
【００１８】
図４、５に示されるように、正極接続端子１５の軸部１５ａには、蓋１１の外側で、絶縁部材１２を介して正負極外部端子１３が嵌装され、その後、軸部１５ａには、かしめ工程および溶接工程が施される。これによって、正極接続端子１５の軸部１５ａは、蓋１１に対して電気的に絶縁されつつ、正極外部端子１３に電気的に接続される。
【００１９】
［かしめ工程］
蓋・端子組立体２００の３段階のかしめ工程を、正極側を例にとり、詳述する。
【００２０】
［１回目のかしめ工程］
図５に示すように、軸部１５ａの先端部は筒状部１５ｂとされ、先端に向かって開口する有底穴１５ｇが形成されている。
図６に示すように、３段階のうちの１回目のかしめ工程では、平面的な金型２１で頭部１５ｆが支持された状態で、有底穴１５ｇに先端円錐形状の金型２２が圧入される。これにより、筒状部１５ｂが押し拡げられる。こうして、正極集電板１４、ガスケット１０、正極外部端子１３、絶縁部材１２が蓋１１に対して仮止めされる。
【００２１】
［２回目のかしめ工程］
図７に示すように、２回目のかしめ工程では、平面的な金型２３で頭部１５ｆが支持された状態で、筒状部１５ｂに、先端に環状溝２４ａが形成された金型２４が押圧される。このとき、環状溝２４ａ内で筒状部１５ｂが略円盤状に押し拡げられ、拡径されることによって、略円盤状のかしめ部１５ｄが形成される。これによって、正極集電板１４、ガスケット１０、正極外部端子１３、絶縁部材１２が蓋１１に対して締め付け固定され、一体化される。
【００２２】
［３回目のかしめ工程］
図８に示すように、３回目のかしめ工程では、平面的な金型２５で頭部１５ｆが支持された状態で、かしめ部１５ｄの周縁に、金型２４を圧接する。金型２４は、先端に複数（例えば、円周方向に均等に４個）の円形の突起部２６ａが形成されており、かしめ部１５ｄの周縁部に、突起部２６ａによる円形の圧痕（薄肉平坦部）１５ｅが等間隔に４つ形成される。
【００２３】
図９に示すように、薄肉平坦部１５ｅは、レーザスポット溶接によって必要充分な強度で軸部１５ａが正極外部端子１３に固着されるように、最小限の面積、個数に設定される。したがって、薄肉平坦部１５ｅは局所的、間欠的に形成される。薄肉平坦部１５ｅは、かしめ部１５ｄの周縁部全周には形成されないので、薄肉になっていない部分が残り、かしめ部１５ｄ全体としてのかしめ強度は高い。
【００２４】
車載用のリチウム二次電池では、使用中に振動荷重および衝撃荷重が電池に作用する。特に、組電池を構成した際に、正極外部端子１３は隣の単電池とバスバーにより接続されるため、正極外部端子１３のかしめ部１５ｄには大きな荷重が作用する。本実施形態は、かしめ部１５ｄの強度を高めることにより、このような荷重に耐え得る組電池を構成することができる。
【００２５】
［溶接工程］
３段階のかしめ工程を経た蓋・端子組立体２００は、まず、正極側の溶接を行う。
図１０、図１１に示すように、レーザ溶接により、正極接続端子１５と正極外部端子１３とが電気的に接続され、薄肉平坦部１５eに溶接部３０が形成される。前述のとおり、かしめ部１５ｄは充分なかしめ強度を有するので、溶接で溶着強度に配慮する必要はない。
【００２６】
レーザ溶接は、複数箇所（４カ所）の薄肉平坦部１５eにレーザを照射し、薄肉平坦部１５eと正極外部端子１３とを溶接する。なお、溶接箇所である薄肉平坦部１５eの数量、溶接面積などは二次電池の充放電時の電気的特性に基づき決定される。薄肉平坦部１５eが多ければ、薄肉平坦部１５eと正極外部端子１３との接続抵抗を低減することができる。レーザ溶接は、例えば、ＹＡＧレーザ溶接機を用い、２０Jのパルスエネルギーでスポット溶接する。また、溶接部のみを局部的にプレスするので薄肉平端部１５eと正極外部端子１３との間の隙間がなくなり溶接品質が向上する効果もある。
【００２７】
正極側の正極接続端子１５はアルミニウム製であるため、薄肉平坦部１５eはレーザ光に対する反射率が高い。レーザ光の吸収率を高くするためには、薄肉平坦部１５eに対して垂直にレーザ光を入射する必要があり、薄肉平坦部１５eの傾斜を最小とし、できるだけ平坦な面とすることが望ましい。
【００２８】
溶接部３０の近傍には絶縁部材１２が配置されるが、絶縁部材１２は樹脂製で融点が低い。このため、できるだけ少ないエネルギーで溶接を実施し、絶縁部材１２の溶融を防止する必要がある。溶接エネルギーを低減するには、薄肉平坦部１５eをできるだけ薄くすればよい。本実施形態では、薄肉平坦部１５eの厚さを０．３ｍｍとして、良好な結果を得た。
【００２９】
正極側の溶接の完了後、負極側の溶接を行う。
負極側は、正極側と同様、ガスケット１０、蓋１１、絶縁部材１２および負極外部端子３２を負極接続端子１６によりかしめ固定した後、レーザによるスポット溶接で、負極接続端子１６と負極外部端子３２とを溶接する。負極接続端子１６と負極外部端子３２はいずれも銅製であるため、レーザに対する反射率がアルミニウムより低く、例えば、５０Ｊのエネルギーでスポット溶接する。
【００３０】
［第２実施形態］
本発明による二次電池の第２実施形態を図１３を参照して説明する。なお、図中、第１実施形態と同一もしくは相当部分には同一符号を付し、相違点を主に説明する。
第２実施形態の二次電池は、薄肉平坦部の個数を第１実施形態の二次電池よりも少数の３個としたものである。
【００３１】
図１３に示すように、第１実施形態の正極接続端子１５と同様に、正極接続端子１７の軸部１７ａに対して、第１実施形態の１回目、２回目のかしめ工程と同様のかしめ工程を実施する。
３回目のかしめ工程では、軸部１７ａに形成されたかしめ部１７ｄに対して、３個の薄肉平坦部１７ｅを形成し、さらに、第１実施形態と同様の溶接工程によって、薄肉平坦部１７eに溶接部３０を形成する。
【００３２】
溶接部３０は、かしめ部１７ｄの円周角１８０度の範囲に、円周角９０度ごとに配列され、溶接部３０の配列範囲は、正極外部端子１３における貫通孔１３ｂに対向している。上述したように、貫通孔１３ｂにはバスバーが接続される。捲回群６が電力を充放電する場合に、電流は正極接続端子１５と正極集電板１４を通るが、このとき、溶接部３０から貫通孔１３ｂに向かう電流パスＣＦが形成される。この電流パスＣＦは、３つの溶接部３０を、かしめ部１７ｄにおける貫通孔１３ｂに対向する側に配列することによって、最短となり、接続抵抗が低減される。
【００３３】
なお、溶接部３０の範囲を、より狭い円周角の範囲として、すべての溶接部３０を、貫通孔１３ｂにより近接させれば、電気抵抗はさらに低減される。但し、かしめ部１７ｄの配置の偏りが大きくなり、かしめ強度に関して不利となる可能性がある。
【００３４】
本実施形態は、第１実施形態の効果に加え、溶接工程の製造コストを低減し得るという効果を奏する。
【００３５】
［第３実施形態］
本発明による二次電池の第３実施形態を図１４を参照して説明する。なお、図中、第１、第２実施形態と同一もしくは相当部分には同一符号を付し、相違点を主に説明する。
第３実施形態は、薄肉平坦部の個数を第１実施形態よりも少数の１個としたものである。
【００３６】
図１３に示すように、第１実施形態の正極接続端子１５と同様の、正極接続端子１７の軸部１７ａに対して、第１実施形態の１回目、２回目のかしめ工程と同様のかしめ工程を実施する。
３回目のかしめ工程では、軸部１７ａに形成されたかしめ部１７ｄに対して、１個の薄肉平坦部１７ｅを形成し、さらに、第１実施形態と同様の溶接工程によって、薄肉平坦部１７eに溶接部３０を形成する。
【００３７】
溶接部３０は、かしめ部１７ｄにおける貫通孔１３ｂに最も近い位置に配置され、電流パスＣＦは最短である。本実施形態は、第１実施形態の効果に加え、最小限の溶接工程コストにより、電気抵抗を最小化するという効果が得られる。
【００３８】
［第４実施形態］
本発明による二次電池の第４実施形態を図１５、図１６を参照して説明する。なお、図中、第１、第２実施形態と同一もしくは相当部分には同一符号を付し、相違点を主に説明する。
第４実施形態は、第２実施形態と同様の溶接部配列において、薄肉平坦部の形状を楕円形としたものである。
【００３９】
図１５に示すように、第１実施形態の正極接続端子１５と同様の、正極外部端子１７の軸部１７ａに対して、第１実施形態の１回目、２回目のかしめ工程と同様のかしめ工程を実施する。
３回目のかしめ工程では、軸部１７ａに形成されたかしめ部１７ｄに対して、３個の楕円形の薄肉平坦部１７ｆを形成する。３回目のかしめ工程では、先端に３個の楕円形の突起部２６ａが形成された金型２６（図８参照）を使用する。その後、第１実施形態と同様の溶接工程によって、薄肉平坦部１７ｆに楕円形の溶接部３０を形成する。
【００４０】
溶接部３０を楕円形とすることによって、溶接部３０における溶接面積が増加し、電気抵抗を低減する上で有効である。
本実施形態は、第１実施形態の効果に加え、溶接工程の製造コストを低減でき、かつ電気抵抗が比較的小さいという効果を奏する。
【００４１】
［変形例］
第２、第３実施形態では、溶接部３０の位置を、貫通孔１３ｂに面した側、あるいは近接した位置に配置したが、他の電池との接続手段として、溶接ボルトその他の手段が採用されていた場合には、溶接部３０はこの接続手段に面した側、あるいは近接した位置に配置するのがよい。  
【００４２】
以上説明した二次電池は一例であり、本発明は上記実施形態や変形例に限定されない。
【符号の説明】
【００４３】
１：正極箔
２：正極活物質
３：負極箔
４：負極活物質
５：セパレータ
６：捲回群
１０：ガスケット
１０a：貫通孔
１１：蓋
１１a：貫通孔
１１ｂ：注液口
１２：絶縁部材
１２a：貫通孔
１３：正極外部端子
１３a：貫通孔
１３b：貫通孔
１４：正極集電板
１５：正極接続端子
１５a：軸部
１５b：筒状部
１５d：かしめ部
１５e：薄肉平坦部
１５ｆ：頭部
１５ｇ：有底穴
１６：負極接続端子
１７：正極接続端子
１７a：軸部
１７ｄ：かしめ部
１７ｆ：薄肉平坦部
３０：溶接部
２１：金型
２２：金型
２３：金型
２４：金型
２４ａ：環状溝
２５：金型
２６：金型
２６ａ：突起部
３１：負極集電板
３２：負極外部端子
３２ｂ：貫通孔
３３：缶
３４：注液栓
３５：蓋組立体
１００：二次電池
２００：蓋・端子組立体
【図１】
0005590391.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0005590391.tif 000008
【図８】
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【図９】
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【図１０】
0005590391.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
0005590391.tif 000014
【図１４】
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【図１５】
0005590391.tif 000016
【図１６】
0005590391.tif 000017