(57)【要約】【課題】未塗工電極の導電部材への溶接性を向上させると共に、生産性を向上させることができる蓄電装置を提供する。【解決手段】二次電池１００は、ケース１０と、ケース内に収容され、正極３０と、負極４０と、正極と前記負極との間に配置されたセパレータ５０と、を有する電極組立体２０と、ケースと電極組立体との間に配置された第１導電板１６及び第２導電板１４と、第１導電板と第２導電板との間に配置された絶縁部材１８と、負極及び第２導電板と電気的に接続される負極導電部材４２と、ニッケル板１２と、を備え、負極、第２導電板、ニッケル板、及び負極導電部材が順に積層された状態でこれらが溶接されており、ニッケル板の形状は、積層方向からの平面視において第２導電板の形状及び寸法と略同一である。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケースと、
前記ケース内に収容され、正極と、負極と、前記正極と前記負極との間に配置されたセパレータと、を有する電極組立体と、
前記ケースと前記電極組立体との間に配置された第１導電板及び第２導電板と、
前記第１導電板と前記第２導電板との間に配置された絶縁部材と、
前記負極及び前記第２導電板と電気的に接続される負極導電部材と、
ニッケル板と、
を備え、
前記負極、前記第２導電板、前記ニッケル板、及び前記負極導電部材が順に積層された状態でこれらが溶接されており、
前記ニッケル板の形状は、積層方向からの平面視において前記第２導電板の形状及び寸法と略同一である、蓄電装置。
【請求項２】
前記負極導電部材が、銅又は銅合金である、
請求項１に記載の蓄電装置。
【請求項３】
前記負極導電部材の厚みに対する、前記ニッケル板の厚みの比が、１／５０〜１／１である、
請求項１又は２に記載の蓄電装置。
【請求項４】
前記負極導電部材の厚みに対する、前記ニッケル板の厚みの比が、１／１０〜１／５である、
請求項１〜３の何れか一項に記載の蓄電装置。
【請求項５】
前記第１導電板、前記絶縁部材、前記ニッケル板、及び前記第２導電板によって短絡ユニットが構成されている、
請求項１〜４の何れか一項に記載の蓄電装置。
【請求項６】
前記蓄電装置が二次電池である、
請求項１〜５の何れか一項に記載の蓄電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１に記載されるように、正極と負極とによって構成された電極組立体を備える蓄電装置が知られている。これらの蓄電装置において、電極組立体は、正極と負極とがセパレータを介して積層又は巻回されることにより構成されている。正極と負極のそれぞれは、金属箔の両面に活物質層を有する。特許文献１に記載の蓄電装置では、正極と負極の各金属箔（以下、「未塗工電極」とも称す）からなる導電板によって、電極組立体の外周が覆われている。
【０００３】
これらの蓄電装置では、蓄電装置を圧潰させる力が加わったり、蓄電装置に釘などが刺さったりした場合に、未塗工電極間で短絡電流が流れる。このように、活物質層を有さない導電板において短絡電流が流れるようにすることにより、蓄電装置の発熱が抑制される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１４２０６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来の蓄電装置では、以下に示すような問題があった。すなわち、上述した未塗工電極の導電部材への接続には、抵抗溶接が用いられるが、適切なナゲットが形成されないなど、溶接不良が生じるおそれがある。更に、蓄電装置の製造には、生産性を向上させることが望まれている。
【０００６】
そこで、本発明の主な目的は、未塗工電極の導電部材への溶接性を向上させると共に、生産性を向上させることができる蓄電装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一側面に係る蓄電装置は、ケースと、ケース内に収容され、正極と、負極と、正極と負極との間に配置されたセパレータと、を有する電極組立体と、ケースと電極組立体との間に配置された第１導電板及び第２導電板と、第１導電板と第２導電板との間に配置された絶縁部材と、負極及び第２導電板と電気的に接続される負極導電部材と、ニッケル板と、を備え、負極、第２導電板、ニッケル板、及び負極導電部材が順に積層された状態でこれらが溶接されており、ニッケル板の形状は、積層方向からの平面視において第２導電板の形状及び寸法と略同一である。なお、ここでいうニッケル板は、ニッケルを含有する金属板であるニッケル合金板を含む概念である。
【０００８】
この蓄電装置によれば、負極と第２導電板と負極導電部材とを溶接して接続する際に、第２導電板と負極導電部材との間に配置された、相対的に電気抵抗が高くて発熱量が多く、また、熱伝導率が低くて熱拡散性の小さなニッケル板を挟んで溶接するので、溶接性を高めることができる。更に、負極導電部材と第２導電板との間に配置されるニッケル板の形状は、積層方向からの平面視において第２導電板の形状及び寸法と略同一であるので、溶接時の位置合わせを容易に行うことができる。更に、ニッケル板の成型には、第２導電板を所定の形状に打ち抜く型を用いることができる。このため、効率的にニッケル板を成型することができ、生産性を高めることができる。
【０００９】
負極導電部材が、銅又は銅合金であってもよい。
【００１０】
ここで、銅は、相対的に電気抵抗が小さく、溶接時の発熱量が小さい。また、熱伝導率が高く、熱拡散が大きくなる。これらの要因により、溶接不良が生じる可能性が高い。このような場合であっても、本構成の蓄電装置によれば、負極と第２導電板と負極導電部材とを溶接して接続する際に、第２導電板と負極導電部材との間に配置された、相対的に電気抵抗が高く、溶接時の発熱量が多く、かつ熱伝導率が低く、熱拡散性の小さなニッケル板を挟んで溶接するので、溶接性を高めることができる。
【００１１】
負極導電部材の厚みに対する、ニッケル板の厚みの比が、１／５０〜１／１であってもよい。
【００１２】
この場合、負極と第２導電板と負極導電部材とを溶接して接続する際に、負極と第２導電板と負極導電部材とを溶接する際の溶接性をより高めることができ、より良好な状態に溶接することができる。
【００１３】
また、負極導電部材の厚みに対する、ニッケル板の厚みの比が、１／１０〜１／５であってもよい。
【００１４】
この場合、負極と第２導電板と負極導電部材とを溶接して接続する際に、負極と第２導電板と負極導電部材とを溶接する際の溶接性を更に高めることができ、更に良好な状態に溶接することができる。
【００１５】
第１導電板、絶縁部材、ニッケル板又はニッケル合金板、及び第２導電板によって短絡ユニットが構成されていてもよい。
【００１６】
上記蓄電装置が、二次電池であってもよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、未塗工電極の導電部材への溶接性を向上させると共に、生産性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】一実施形態に係る蓄電装置を模式的に示す断面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。
【図３】第２導電板、負極、ニッケル板、及び負極導電部材との接続を示した図面である。
【図４】第２導電板タブと負極タブとニッケル板タブとの積層状態を示した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照して一実施形態について説明する。図面の説明において、同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。また、説明中、「上」、「下」などの方向を示す語は、図面に示された状態に基づいた便宜的な語である。
【００２０】
図１は、一実施形態に係る蓄電装置を模式的に示す断面図である。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。図１及び図２に示される蓄電装置としての二次電池１００は、例えばリチウムイオン二次電池などの非水電解質二次電池である。
【００２１】
二次電池１００は、ケース１０と、ケース１０内に収容された電極組立体２０とを備える。ケース１０は、例えばアルミニウムなどの金属であってもよい。電極組立体２０は、正極３０と、負極４０と、正極３０と負極４０との間に配置されたセパレータ５０とを備える。正極３０及び負極４０は、例えばシート状である。セパレータ５０は、例えばシート状であるが、袋状であってもよい。複数の正極３０及び複数の負極４０が、セパレータ５０を介して交互に積層されている。セパレータ５０が袋状である場合には、セパレータ５０内に、例えば正極３０が収容される。ケース１０内には電解液６０が充填され得る。電解液６０の例には、有機溶媒系及び非水系の電解液などが含まれる。ケース１０の内壁面上には、絶縁フィルム１１が配置される。
【００２２】
正極３０は、金属箔３０ｂと、金属箔３０ｂの両面に設けられた正極活物質層３０ｃとを備え得る。金属箔３０ｂは、例えばアルミニウム箔である。正極活物質層３０ｃは、正極活物質とバインダとを含んでもよい。正極活物質の例には、複合酸化物、金属リチウム、硫黄などが含まれる。複合酸化物は、マンガン、ニッケル、コバルト及びアルミニウムの少なくとも１つとリチウムとを含む。
【００２３】
正極３０は、縁部から突出した形状の正極タブ３０ａを有している。正極タブ３０ａには、正極活物質が担持されていない。正極３０は、正極タブ３０ａを介して正極導電部材３２に接続される。正極導電部材３２は、正極端子３４に接続され得る。正極端子３４は、絶縁リング３６を介してケース１０に取り付けられてもよい。
【００２４】
負極４０は、金属箔４０ｂと、金属箔４０ｂの両面に設けられた負極活物質層４０ｃとを備え得る。金属箔４０ｂは、例えば銅箔である。負極活物質層４０ｃは、負極活物質とバインダとを含んでもよい。負極活物質の例には、黒鉛、高配向性グラファイト、メソカーボンマイクロビーズ、ハードカーボン、ソフトカーボンなどのカーボン、リチウム、ナトリウムなどのアルカリ金属、金属化合物、ＳｉＯｘ（０．５≦ｘ≦１．５）などの金属酸化物、ホウ素添加炭素などが含まれる。
【００２５】
負極４０は、縁部から突出した形状の負極タブ４０ａを有している。負極タブ４０ａには、負極活物質が担持されていない。負極４０は、負極タブ４０ａを介して負極導電部材４２に接続される。負極導電部材４２は、銅である。また、負極導電部材４２は、銅を含有する銅合金であってもよい。負極導電部材４２は、負極端子４４に接続され得る。負極端子４４は、絶縁リング４６を介してケース１０に取り付けられてもよい。
【００２６】
セパレータ５０の例には、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）などのポリオレフィン系樹脂からなる多孔質フィルム、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、メチルセルロースなどからなる織布、及び不織布などが含まれる。
【００２７】
ケース１０と電極組立体２０との間には、第２導電板１４が配置される。第２導電板１４は、例えば、単一の板状部材であるが、積層された複数の金属箔であってもよい。第２導電板１４には、活物質層が設けられていない。第２導電板１４は、安全対策用の未塗工電極である。
【００２８】
ケース１０と第２導電板１４との間には、第１導電板１６が配置される。第１導電板１６は、例えば、単一の板状部材であるが、積層された複数の金属箔であってもよい。第１導電板１６には、活物質層が設けられていない。第１導電板１６は、安全対策用の未塗工電極である。
【００２９】
第２導電板１４と第１導電板１６との間には、絶縁部材１８が配置される。絶縁部材１８は、絶縁シート又は絶縁層であってもよい。絶縁部材１８としては、例えば樹脂シート、樹脂層、又はセパレータ５０が用いられてもよい。
【００３０】
電極組立体２０の積層方向における両端部に配置される第２導電板１４及び絶縁部材１８のうち、一方の第２導電板１４と絶縁部材１８との間には、ニッケル板１２が配置されている。ここでいう一方とは、図３に示すように、負極導電部材４２が設けられる側の端部をいう。ニッケル板１２の代わりにニッケルを含有するニッケル合金板が配置されてもよい。
【００３１】
本実施形態の二次電池１００では、第１導電板１６、絶縁部材１８、及び第２導電板１４によって安全対策用の短絡ユニット１９Ａが構成され、第１導電板１６、絶縁部材１８、ニッケル板１２、及び第２導電板１４によって安全対策用の短絡ユニット１９Ｂが構成される。安全対策用の短絡ユニット１９Ａ，１９Ｂは、二次電池１００を圧潰させる力が加わったり、二次電池１００に釘などが刺さったりした場合に、未塗工電極である第１導電板１６と第２導電板１４との間で短絡電流を流すことにより、活物質が塗工された正極３０と負極４０とが短絡した時の熱暴走を防止する。
【００３２】
このように、ケース１０内には、一方のケース端部からケース１０の内方に向かうにしたがって、第１導電板１６、絶縁部材１８、ニッケル板１２、第２導電板１４、及び電極組立体２０が、この順に積層されている。第２導電板１４には、電極組立体２０のうち最外層に配置された負極４０が隣接している。また、ケース１０内には、他方のケース端部からケース１０の内方に向かうにしたがって、第１導電板１６、絶縁部材１８、第２導電板１４、及び電極組立体２０が、この順に積層されている。第２導電板１４には、電極組立体２０のうち最外層に配置された負極４０が隣接している。なお、第１導電板１６、絶縁部材１８、及び第２導電板１４は、電極組立体２０の積層方向における一方のみに設けられてもよい。
【００３３】
第２導電板１４は、負極４０と電気的に接続される。第１導電板１６は、正極３０と電気的に接続される。この場合、第２導電板１４は銅であり、第１導電板１６はアルミニウムである。
【００３４】
第２導電板１４は、縁部から延在した第２導電板タブ１４ｄを有している。第２導電板タブ１４ｄの厚みは、第２導電板１４における他の部分の厚みに比べて薄くてもよい。
【００３５】
第１導電板１６は、縁部から延在した第１導電板タブ１６ｄを有している。第１導電板タブ１６ｄの厚みは、第１導電板１６における他の部分の厚みに比べて薄くてもよい。
【００３６】
ニッケル板１２は、縁部から延在したニッケル板タブ１２ｄを有している。ニッケル板タブ１２ｄの厚みは、ニッケル板１２における他の部分の厚みに比べて薄くてもよい。負極導電部材４２の厚みに対するニッケル板１２の厚みの比は、１／５０〜１／１に設定されることが好ましく、１／１０〜１／５に設定されることが更に好ましい。このように設定されると、負極４０が有する負極タブ４０ａと、第２導電板１４が有する第２導電板タブ１４ｄと、負極導電部材４２とを溶接する際の溶接性をより高めることができ、より良好な状態に溶接することができる。
【００３７】
図３は、第２導電板、負極、ニッケル板、及び負極導電部材との接続を示した図面である。図４は、第２導電板タブと負極タブとニッケル板タブとの積層状態を示した断面図である。第２導電板１４と負極４０とニッケル板１２とは、それぞれのタブを含めた積層方向からの平面視における形状及び寸法が互いに略同一である。このため、第２導電板１４と負極４０とニッケル板１２とが積層されると、図４に示すように、第２導電板タブ１４ｄと負極タブ４０ａとニッケル板タブ１２ｄとが互いに重なった状態になる。本実施形態の二次電池１００では、このように重ねられたタブ１４ｄ，４０ａ，１２ｄに負極導電部材４２を重ね合わせた状態で抵抗溶接による溶接が行われる。
【００３８】
第１導電板１６が絶縁部材１８により囲まれている場合、すなわち、袋状の絶縁部材１８に第１導電板１６が収容されている場合には、第１導電板１６を収容する絶縁部材１８の形状と、ニッケル板１２のニッケル板タブ１２ｄ以外の部分の形状とが略同一である。
【００３９】
図４に示すような状態で抵抗溶接による溶接を行う際には、負極導電部材４２とは反対側の第２導電板１４側に保護板が配置されてもよい。具体的には、抵抗溶接による溶接は、被溶接部材を電極棒により挟んで行われ、この電極棒と上記第２導電板１４との間に保護板が配置される。これにより、第２導電板１４が、溶接時の熱と荷重とによって破れることを防止できる。
【００４０】
ケース１０内には、ケース１０の内方に向かうにしたがって、第２導電板１４、絶縁部材１８、第１導電板１６及び電極組立体２０が、この順に積層されてもよい。第１導電板１６に、電極組立体２０のうち最外層に配置された負極４０が隣接する場合には、第１導電板１６と負極４０との間には絶縁部材１８またはセパレータ５０が配置される。この場合も、第２導電板タブ１４ｄと負極タブ４０ａとニッケル板タブ１２ｄとを積層させると、図４に示すような状態となる。
【００４１】
電極組立体２０では、ケース１０の内方に向けて、負極４０、セパレータ５０、及び正極３０がこの順に配置されるが、正極３０、セパレータ５０、及び負極４０がこの順に配置されてもよい。電極組立体２０の最外層に正極３０が配置される場合、正極３０と第２導電板１４との間には絶縁部材１８またはセパレータ５０が配置される。
【００４２】
以上説明した構成を有する二次電池１００によれば、第２導電板１４が有する第２導電板タブ１４ｄと負極導電部材４２との間に配置された、相対的に電気抵抗が高くて発熱量が多く、かつ熱伝導率が低くて熱拡散性の小さなニッケル板１２を介して溶接するので、溶接性を高めることができる。すなわち、ニッケル板１２を挟んだ状態で溶接することにより、ジュール発熱量が増え、溶接部分におけるナゲット径が向上する。この結果、良好な溶接部分が形成され、溶接部分の強度を高めることができる。
【００４３】
更に、負極導電部材４２と第２導電板１４が有する第２導電板タブ１４ｄとの間に配置されるニッケル板１２の形状は、平面視において第２導電板１４の形状及び寸法と略同一であるので、溶接時の位置合わせを容易に行うことができる。更に、ニッケル板１２の成型には、第２導電板１４を所定の形状に打ち抜く型と同じものを用いることができる。このため、効率的にニッケル板１２を成型することができ、生産性を高めることができる。
【００４４】
また、上記実施形態の二次電池１００では、負極導電部材４２が、銅である。負極導電部材の溶接部分において溶接不良が生じる可能性が高い二次電池であっても、第２導電板１４が有する第２導電板タブ１４ｄと銅である負極導電部材４２との間に配置された、相対的に電気抵抗が高くて、発熱量が多く、かつ熱伝導率が低くて、熱拡散性の小さなニッケル板１２を挟んだ状態で溶接するので、溶接性を高めることができる。
【００４５】
以上、一実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【００４６】
上記実施形態の二次電池１００では、負極４０、第２導電板１４、及びニッケル板１２がそれぞれタブ４０ａ，１４ｄ，１２ｄを有している例を挙げ、これらのタブ４０ａ，１４ｄ，１２ｄが互いに溶接される例を挙げて説明したが、これに限定されるものではない。例えば、負極４０、第２導電板１４、及びニッケル板１２における縁部の内側の所定の領域に、互いに溶接される溶接部が形成されてもよい。
【００４７】
例えば、積層型の電極組立体２０に代えて巻回型の電極組立体が用いられてもよい。巻回型の電極組立体は、帯状の正極３０、帯状の負極４０及び帯状のセパレータ５０を積層させた状態で軸線の周りに巻回することによって作製される。
【００４８】
また、電極組立体２０は、最外層を構成する電極の外側に、絶縁フィルムが配置されてもよい。
【００４９】
蓄電装置として、二次電池１００の他に、例えば電気二重層キャパシタなどが挙げられる。
【００５０】
二次電池１００などの蓄電装置は、例えば、車両に搭載されてもよい。車両の例には、例えば、電気自動車、ハイブリッド自動車、プラグインハイブリッド自動車、ハイブリッド鉄道車両、電気車椅子、電動アシスト自転車、電動二輪車などが含まれる。
【符号の説明】
【００５１】
１０…ケース、１１…絶縁フィルム、１２…ニッケル板、１２ｄ…ニッケル板タブ、１４…第２導電板、１４ｄ…第２導電板タブ、１６…第１導電板、１８…絶縁部材、１９Ａ，１９Ｂ…短絡ユニット、２０…電極組立体、３０…正極、３２…正極導電部材、４０…負極、４０ａ…負極タブ、４２…負極導電部材、５０…セパレータ、１００…二次電池（蓄電装置）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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