(57)【要約】  収容する極板の枚数を増やしても、抵抗接触が大きくならない二次電池を提供する。正極端子１１の端子本体部１１ｂの積層方向に対向する面１１ｃに、２つのネジ孔１１ｄを形成する。２つのネジ孔１１ｄの間に、ネジ孔１１ｄが設けられた部分よりも正極側押さえ部材２５に向かって突出する突出面１１ｅを設ける。突出面１１ｅは、２つのネジ孔１１ｄが設けられた部分よりも０．２ｍｍ正極側押さえ部材２５に向かって突出させる。
2014013993.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タブを有する極板がセパレータを介して複数枚積層されてなる極板群を備えた二次電池の端子構造であって、
端子部及び端子本体部を備えた端子と、
それぞれ同極性の複数枚の前記極板の前記タブが溶接された複数枚の集電板が積層されてなる集電板積層群を、前記端子本体部との間で挟むように前記端子本体部に対してボルトとナットとからなる２以上のファスナを用いて取り付けられる押さえ部材とを備え、
前記２以上のファスナは、前記ボルトが前記集電板積層群の積層方向に延び且つ所定の間隔をあけた２つの取付領域にそれぞれ１以上の前記ファスナが位置するように設けられており、
前記端子本体部は前記押さえ部材と対向する本体側対向面を有しており、
前記押さえ部材は前記端子本体部と対向する押さえ部材側対向面を有しており、
前記本体側対向面及び前記押さえ部材側対向面の少なくとも一方は、前記２つの取付領域の間に位置する領域において、前記本体側対向面及び前記押さえ部材側対向面の他方に向かって突出する突出面を有しており、
前記突出面が前記本体側対向面及び前記押さえ部材側対向面の一方に設けられており、
前記突出面の非突出面からの突出寸法が０．１ｍｍ乃至０．５ｍｍであり、
前記突出面の面積が前記本体側対向面及び前記押さえ部材側対向面の面積の６０％〜８０％であり、
前記突出面が連続面であり、
前記複数枚の集電板には前記ボルトが貫通する貫通孔が形成されており、
前記端子本体部の前記積層方向に対向する２つの面が、２つの前記本体側対向面を構成しており、
前記２つの本体側対向面に対向する２つの前記押さえ部材を備えており、
前記極板群中の同一極性の複数の前記極板の前記複数枚のタブが、それぞれ所定枚数ずつ前記複数の集電板に溶接され、前記複数の集電板が二分され且つ積層されて２つの前記集電板積層群が構成されており、
１つの前記集電板積層群が１つの前記本体側対向面と１つの前記押さえ部材との間に挟まれており、残りの１つの前記集電板積層群が残りの１つの前記本体側対向面と残りの１つの前記押さえ部材との間に挟まれており、
前記端子本体部には、前記２つの面にそれぞれ開口する複数の貫通孔が形成されており、
前記２つの押さえ部材には、前記複数の貫通孔に整合する複数の貫通孔が形成されており、
両端にネジ部を有する前記ボルトが前記端子本体部に形成された前記貫通孔及び前記押さえ部材に形成された前記貫通孔を貫通するように配置されており、
前記ボルトの両端にそれぞれ前記ナットが螺合されており、
前記押さえ部材は、アルミニウム、チタン、鉄、ニッケル、銅、亜鉛、銀、カドミウムまたはスズから形成されており、前記積層方向の厚みが５ｍｍ乃至７ｍｍであり、
前記押さえ部材、前記集電板積層群及び前記端子部は、互いに溶接されていることを特徴とする二次電池の端子構造。
【請求項２】
タブを有する極板がセパレータを介して複数枚積層されてなる極板群を備えた二次電池の端子構造であって、
端子部及び端子本体部を備えた端子と、
それぞれ同極性の複数枚の前記極板の前記タブが溶接された複数枚の集電板が積層されてなる集電板積層群を、前記端子本体部との間で挟むように前記端子本体部に対してボルトとナットとからなる２以上のファスナを用いて取り付けられる押さえ部材とを備え、
前記２以上のファスナは、前記ボルトが前記集電板積層群の積層方向に延び且つ所定の間隔をあけた２つの取付領域にそれぞれ１以上の前記ファスナが位置するように設けられており、
前記端子本体部は前記押さえ部材と対向する本体側対向面を有しており、
前記押さえ部材は前記端子本体部と対向する押さえ部材側対向面を有しており、
前記本体側対向面及び前記押さえ部材側対向面の少なくとも一方は、前記２つの取付領域の間に位置する領域において、前記本体側対向面及び前記押さえ部材側対向面の他方に向かって突出する突出面を有していることを特徴とする二次電池の端子構造。
【請求項３】
前記突出面が前記本体側対向面及び前記押さえ部材側対向面の一方に設けられており、
前記突出面の非突出面からの突出寸法が０．１ｍｍ乃至０．５ｍｍであり、
前記突出面の面積が前記本体側対向面及び前記押さえ部材側対向面の面積の６０％〜８０％である請求項２に記載の二次電池の端子構造。
【請求項４】
前記突出面が連続面である請求項２に記載の二次電池の端子構造。
【請求項５】
前記ファスナの前記ボルトの基部が、前記端子本体部及び前記押さえ部材の一方に固定されており、
前記端子本体部及び前記押さえ部材の他方には前記ボルトが貫通する貫通孔が形成されており、
前記ナットが前記貫通孔から突出する前記ボルトのネジ部に螺合されている請求項２に記載の二次電池の端子構造。
【請求項６】
前記押さえ部材には、前記ボルトが貫通する貫通孔が形成されており、
前記端子本体部には、前記ボルトのネジ部が螺合されて前記ナットとして機能するための雌ネジが切られた穴部が形成されている請求項２に記載の二次電池の端子構造。
【請求項７】
前記複数枚の集電板には前記ボルトが貫通する貫通孔が形成されている請求項２に記載の二次電池の端子構造。
【請求項８】
前記端子本体部の前記積層方向に対向する２つの面が、２つの前記本体側対向面を構成しており、
前記２つの本体側対向面に対向する２つの前記押さえ部材を備えており、
前記極板群中の同一極性の複数の前記極板の前記複数枚のタブが、それぞれ所定枚数ずつ前記複数の集電板に溶接され、前記複数の集電板が二分され且つ積層されて２つの前記集電板積層群が構成されており、
１つの前記集電板積層群が１つの前記本体側対向面と１つの前記押さえ部材との間に挟まれており、残りの１つの前記集電板積層群が残りの１つの前記本体側対向面と残りの１つの前記押さえ部材との間に挟まれている請求項２に記載の二次電池の端子構造。
【請求項９】
前記端子本体部には、前記２つの面にそれぞれ開口する複数の貫通孔が形成されており、
前記２つの押さえ部材には、前記複数の貫通孔に整合する複数の貫通孔が形成されており、
両端にネジ部を有する前記ボルトが前記端子本体部に形成された前記貫通孔及び前記押さえ部材に形成された前記貫通孔を貫通するように配置されており、
前記ボルトの両端にそれぞれ前記ナットが螺合されている請求項８に記載の二次電池の端子構造。
【請求項１０】
前記端子本体部には、前記２つの本体側対向面にそれぞれ開口する複数の貫通孔が形成されており、
前記２つの押さえ部材には、前記複数の貫通孔に整合する複数の貫通孔が形成されており、
端部にネジ部を有する前記ボルトが端子本体部の貫通孔及び前記押さえ部材に形成された貫通孔を貫通するように配置されており、
前記ボルトの基部が１つの押さえ部材と接触しており、
前記ナットが残りの１つの押さえ部材と接触している請求項８に記載の二次電池の端子構造。
【請求項１１】
前記押さえ部材は、アルミニウム、チタン、鉄、ニッケル、銅、亜鉛、銀、カドミウムまたはスズから形成されており、前記積層方向の厚みが５ｍｍ乃至７ｍｍである請求項２乃至１０いずれか１項に記載の二次電池の端子構造。
【請求項１２】
前記押さえ部材、前記集電板積層群及び前記端子部は、互いに溶接されている請求項２乃至１０のいずれか１項に記載の二次電池の端子構造。
【請求項１３】
蓋板と該蓋板によって塞がれる開口部を有するケース本体とからなる電池ケースと、
前記蓋板を貫通する正極端子部及び前記蓋板の裏面側に配置される正極端子本体部を有する正極端子及び前記蓋板を貫通する負極端子部及び前記蓋板の裏面側に配置される負極端子本体部を有する負極端子と、
正極タブを有する正極集電体に正極活物質層が形成されてなる複数枚の正極板と負極タブを有する負極集電体に負極活物質層が形成されてなる複数枚の負極板とが、それぞれセパレータを介して交互に積層されて前記ケース本体内に収納される極板群と、
それぞれ複数枚の前記正極タブが溶接された複数枚の正極集電板が積層されてなる正極集電板積層群と、
それぞれ複数枚の前記負極タブが溶接された複数枚の負極集電板が積層されてなる負極集電板積層群と、
ボルトとナットとからなる複数のファスナと、
前記正極集電板積層群を前記正極端子本体部との間で挟むように前記正極端子本体部に対して２以上の前記ファスナを用いて取り付けられる正極側押さえ部材と、
前記負極集電板積層群を前記負極端子本体部との間で挟むように前記負極端子本体部に対して２以上の前記ファスナを用いて取り付けられる負極側押さえ部材とを備え、
前記ファスナは、前記ボルトが前記正極集電板積層群または前記負極集電板積層群の積層方向に延び且つ所定の間隔あけた２つの取付領域にそれぞれ１以上の前記ファスナが位置するように設けられており、
前記正極端子本体部及び前記負極端子本体部は前記正極側押さえ部材または前記負極側押さえ部材とそれぞれ対向する本体側対向面を有しており、
前記正極側押さえ部材及び前記負極側押さえ部材は前記正極端子本体部または前記負極端子本体部と対向する押さえ部材側対向面を有しており、
前記本体側対向面及び前記押さえ部材側対向面の少なくとも一方は、前記２つの取付領域の間に位置する領域において、前記本体側対向面及び前記押さえ部材側対向面の他方に向かって突出する突出面を有していることを特徴とする二次電池。
【請求項１４】
前記突出面が前記本体側対向面及び前記押さえ部材側対向面の一方に設けられており、
前記突出面の非突出面からの突出寸法が０．１ｍｍ乃至０．５ｍｍである請求項１３に記載の二次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池の端子構造及び二次電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン電池等の非水電解液二次電池は、エネルギー密度が高く、かつ自己放電が少なくてサイクル性能が良いという利点がある。そのため近年では、非水電解液二次電池を大型または大容量化することにより、各種の産業用機械器具の電源として使用することが期待されている。非水電解液二次電池を大容量化するために、非水電解液二次電池内に収容する極板の枚数を増やした非水電解液二次電池がある。【０００３】
極板はそれぞれ電極端子に電気的に接続する必要がある。そのため、収容する極板の枚数が増加した非水電解液二次電池では、各極板を電極端子にそれぞれ接続しようとすると、極板を接続する領域を確保するために電極を大きくしなければならない。また、端子の周囲に、多くの極板を接続するための空間が必要となる。そのため、非水電解液二次電池が大型化してしまうという問題がある。特許第４４９４７３１号公報（特許文献１）には、電極に直接接続される部材の数を減らすために、５枚の極板のタブを集電リード（集電板）に溶接し、この集電リードを複数枚重ねてボルト及び溶接により電極に固定した二次電池が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４４９４７３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の二次電池の構造では、各集電板は、ナットが螺合されたボルトに近い位置では、互いに密着して接触しているものの、ボルトから離れるに従って集電板相互の接触の程度は低下する。そのため、ボルトから離れた領域では、各集電板同士の間及び集電板と端子部との間の接触抵抗が大きくなる。そのため特許文献１に示す端子構造を、放電電流が大きい二次電池に適用すると、端子部の温度が非常に高くなる問題が発生する。【０００６】
最近では、最大放電電流が１００Ａに達する二次電池もあり、このような二次電池では、数１００枚の極板を積層して極板群を構成することもあり、極板のタブを接続する集電板の枚数も多くならざるをえない状況になっている。積層される集電板の枚数が多くなると、各集電板間の接触抵抗の増加による発熱の増加により、二次電池が発火するおそれもあり、二次電池の安全性が低くなる問題がある。【０００７】
本発明の目的は、積層される集電板間の接触抵抗が従来よりも低くなる二次電池の端子構造を提供することにある。【０００８】
本発明の他の目的は、接続される極板の枚数を増やしても、発熱量が著しく大きくなることがない二次電池の端子構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、タブを有する極板がセパレータを介して複数枚積層されてなる極板群を備えた二次電池の端子構造を改良の対象とする。本発明の端子構造は、端子部及び端子本体部を備えた端子と、集電板積層群と、２以上のファスナと、押さえ部材とを備えている。集電板積層群は、複数枚の同極性の極板のタブが溶接された集電板が複数枚積層されて構成される。本発明では、この集電板積層群を端子の端子本体部と押さえ部材との間で挟むように、端子本体部に対して２以上のファスナを用いて押さえ部材を取り付ける。２以上のファスナは、集電板積層群の積層方向に延びるボルトと、ナットとから構成されている。本願明細書におけるボルトは、一端が固定され他端にナットが螺合されるネジ部を形成した構造、一端にナット部が固定され他端にネジ部が形成された構造、両端にネジ部が形成された構造のいずれかである。また本願明細書においてナットは、単体でボルトのネジ部に螺合されるものだけでなく、端子本体部に雌ネジ部が形成された構造も含むものである。本発明で用いるファスナは、所定の間隔をあけた２つの取付領域にそれぞれ１以上のファスナが位置するように設けられる。ここで「取付領域」とは、ボルトとナットとが螺合した状態で位置することができる仮想の空間領域を意味するものである。端子本体部は、押さえ部材と対向する本体側対向面を有しており、押さえ部材は、端子本体部と対向する押さえ部材側対向面を有している。そして本発明では、本体側対向面及び押さえ部材側対向面の少なくとも一方に、本体側対向面及び押さえ部材側対向面の他方に向かって突出する突出面を形成する。この突出面は、２つの取付領域の間に位置する領域に形成する。本発明によれば、突出面の両側に位置する２つの取付領域においてファスナを用いて押さえ部材を端子部材に向かって移動させると、突出面の両側に位置する押さえ部材の両端部部分は、突出面の突出寸法分だけ撓むことになる。この撓みにより、突出面と集電板積層群を介して対向する押さえ部材の中央領域部分は、ほぼ全面的に集電板積層群と強く接触する状態になる。その結果、本発明によれば、単純に端子本体部と押さえ部材とで集電板積層群を挟んだ場合よりも、集電板積層群内の隣り合う２枚の集電板の間の接触抵抗及び集電板積層群と押さえ部材との間の接触抵抗を従来よりも大幅に低くすることができて、端子構造で発生する発熱量を大幅に低減できる。【００１０】
突出面は、本体側対向面及び押さえ部材側対向面の一方に設けるように構成してもよい。この場合には、突出面の非突出面からの突出寸法は、０．１ｍｍ乃至０．５ｍｍであることが好ましい。突出面の突出寸法が０．１ｍｍより小さいと、集電板の枚数によっては、突出面を設けた効果が殆ど得られず、また突出面が０．５ｍｍより大きくなると集電板の枚数によっては、突出面と対向する押さえ板の部分が外側に湾曲して接触抵抗が低減する効果が小さくなる。突出面の突出寸法をこの数値範囲内とすると、突出面を設けていない場合と比べて発熱量を２０％以上も減らすことができる。【００１１】
突出面は連続面であることが好ましい。突出面を連続面とすれば接触抵抗をより小さくすることができる。なお、突出面が不連続であってもよいのは勿論である。なお突出面の面積は、本体側対向面または押さえ部材側対向面の面積の６０％〜８０％の範囲であることが好ましい。【００１２】
ファスナのボルトの基部を端子本体部及び押さえ部材の一方に固定し、端子本体部及び押さえ部材の他方にボルトが貫通する貫通孔を形成してもよい。この場合には、貫通孔から突出するボルトのネジ部にナットを螺合する。このように構成すると、貫通孔にボルトを通すことにより押さえ部材と端子本体部との位置決めができるので、二次電池の端子構造を簡単に構成することができる。【００１３】
代わりに、押さえ部材にボルトが貫通する貫通孔を形成し、端子本体部にボルトのネジ部が螺合されてナットとして機能するための雌ネジが切られた穴部を形成してもよい。このように構成すると、端子本体部をナットとして使用することができる。そのため、端子本体部に形成した雌ネジ部にボルトの先端の雄ネジ部を挿入してボルトを回すだけで、ボルトを簡単に端子本体部に取り付けることができる。【００１４】
また、集電板にボルトが貫通する貫通孔を形成してもよい。このようにすると、集電板積層群を簡単に位置決めすることができる。【００１５】
より多くの極板を端子部に電気的に接続するために、端子本体部の２つの面にそれぞれ集電板積層群を取り付けてもよい。具体的には、端子本体部の積層方向に対向する２つの面で２つの本体側対向面を構成し、この２つの本体側対向面に対向する２つの押さえ部材を備える。この場合には、極板群中の同一極性の複数の極板の複数枚のタブを、それぞれ所定枚数ずつ複数の集電板に溶接する。そして複数の集電板を二分して積層することにより２つの集電板積層群を構成する。そして、１つの集電板積層群を１つの本体側対向面と１つの押さえ部材との間に挟む。残りの１つの集電板積層群を残りの１つの本体側対向面と残りの１つの押さえ部材との間に挟む。このように構成すると、端子本体部の積層方向に対向する２つの面にそれぞれ集電板積層群を保持することができ、極板の枚数の増加に対応することができる。【００１６】
２つの面に集電板積層群を分けて接続する場合には、端子本体部に、２つの本体側対向面にそれぞれ開口する複数の貫通孔を形成する。また、２つの押さえ部材には、複数の貫通孔に整合する複数の貫通孔を形成する。そして、端子本体部に形成された貫通孔及び押さえ部材に形成された貫通孔を貫通するように、両端にネジ部を有するボルトを配置し、ボルトの両端にそれぞれナットを螺合する。このように構成すると、両側からナットを螺合するだけで簡単に２つの押さえ部材を端子本体部に取り付けることができる。【００１７】
なお、両端にネジ部を有するボルトの代わりに、一方の端部にネジ部を有する通常のボルトを用いることができる。この場合には、一方の端部にネジ部を有するボルトを端子本体部の貫通孔及び押さえ部材に形成された貫通孔を貫通するように配置する。そして、ボルトの基部を１つの押さえ部材と接触させる。また、ナットを残りの１つの押さえ部材と接触させる。このように構成すると、螺合するナットの数を減らすことができるので、押さえ部材の取付がより簡単になる。【００１８】
押さえ部材は、アルミニウム、チタン、鉄、ニッケル、銅、亜鉛、銀、カドミウムまたはスズから形成することができ、積層方向の厚みが５ｍｍ乃至７ｍｍであることが好ましい。このように構成すると、押さえ部材の剛性を十分に確保することができるととともに、集電板積層群に沿って押さえ部材を変形させることができる。【００１９】
なお突出面は、押さえ部材に形成してもよい。突出面を押さえ部材に形成すると、既存の端子部を利用することができるので、二次電池を安価に製造することができる。【００２０】
押さえ部材、集電板積層群及び端子部は互いに溶接してもよい。このようにすると、溶接部を通しても電流を流すことができるので、接触抵抗を更に小さくすることができる。【００２１】
本発明は、非水電解液二次電池用として把握することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１の実施の形態の非水電解液二次電池としてのリチウムイオン二次電池の一部破断正面図である。
【図２】電池缶を取り除いた状態のリチウムイオン二次電池の斜視図である。
【図３】電池缶を取り除いた状態のリチウムイオン二次電池の右側面図である。
【図４】極板のタブ、集電板及び端子本体部及びボルトを部品ごとに示した図である。
【図５】（Ａ）は正極端子の端子本体部の突出面を電池蓋側から見た図であり、（Ｂ）は図５（Ａ）中にＢの符号を付して囲んだ領域の拡大図である。
【図６】通電時間に伴う温度変化量を測定する実験結果を示すグラフである。
【図７】突出寸法を変化させた場合の発熱量を示すグラフである。
【図８】正極側押さえ部材、正極集電板積層群及び正極端子をそれぞれレーザ溶接により互いに溶接した状態を示す図である。
【図９】第２の実施の形態の非水電解液二次電池の端子構造の拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面を参照して本発明の端子構造及び二次電池の実施の形態の構成を詳細に説明する。図１は、本発明の端子構造の第１の実施の形態を適用した非水電解液二次電池としてのリチウムイオン二次電池１の一部破断正面図である。なお、本実施の形態では、理解を容易にするため、一部の部品の厚み寸法を誇張して描いており、また極板の枚数を実際よりも少なく描いている。
【００２４】
図１に示すように、本実施の形態のリチウムイオン二次電池１は、極板群３と、極板群３を内部に収容するステンレス製の角型電池容器５とを備えている。電池容器５は、一方の端部が開口する電池缶７と、電池蓋９とを備えており、極板群３を電池缶７に挿入した後、電池缶７の開口周縁部と、電池蓋９の周縁部とを溶接することで密閉されている。
【００２５】
電池蓋９には、アルミニウム製の正極端子１１及び負極端子１３が固定されている。正極端子１１及び負極端子１３は、電池蓋９の蓋板を貫通して電池容器５の外部に突出する端子部１１ａ及び１３ａと、電池容器内に配置される端子本体部１１ｂ及び１３ｂとをそれぞれ有している。正極端子１１及び負極端子１３と電池蓋９の間には、円環状の内側パッキン１５がそれぞれ設けられている。電池蓋９の外側には、電池蓋９を介して内側パッキン１５と対向する位置に、円環状の外側パッキン１７と、平ワッシャ１９と、歯付きワッシャ２１とが重ねられた状態で設けられている。正極端子１１及び負極端子１３は、内側パッキン１５、外側パッキン１７、平ワッシャ１９及び歯付きワッシャ２１を介して、ネジ部の先端に設けられたナット２３より、電池蓋９にそれぞれ固定されている。電池蓋９の正極端子１１及び負極端子１３が設けられた部分は、内側パッキン１５及び外側パッキン１７により、電池容器５内の密閉・封止状態を確保している。
【００２６】
正極端子１１の端子本体部１１ｂには、正極側押さえ部材２５と正極集電板積層群２７とがボルト２９により取り付けられている。また、負極端子１３の端子本体部１３ｂには、負極側押さえ部材３１と負極集電板積層群３３とがボルト２９により取り付けられている。
【００２７】
図２は、電池缶７を取り除いた状態のリチウムイオン二次電池１の斜視図であり、図３は、電池缶７を取り除いた状態のリチウムイオン二次電池１の右側面図である。なお図２及び図３においては、理解を容易にするために各構成部材を模式的に示している。そのため、図２及び図３に示した各構成部材は、実際の極板群の構成部材とは、形状及び寸法等が異なる。
【００２８】
電池蓋９には、ステンレス箔を溶接したガス排出弁９ａ及び注液口９ｂが配設されている。ガス排出弁９ａは、電池内圧上昇時にステンレス箔が開裂して内部のガスを放出する機能を有している。注液口９ｂからは、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートとの混合溶媒に６フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ６）または４フッ化ホウ酸リチウム（ＬｉＢＦ４）を溶解した図示しない非水電解液が注入される。電解液注入後、液口栓により注液口９ｂは密閉されている。
【００２９】
極板群３は、複数枚の正極板３５と、複数枚の負極板３７とがセパレータ３９を介して交互に積層されて構成されている。セパレータ３９は、正極板３５と負極板３７とが接触して短絡することを防止している。
【００３０】
正極板３５は、ほぼ長方形形状の板状に形成されたアルミニウム箔からなる正極集電体と、正極集電体の両面に設けられた正極活物質層とを有している。正極活物質層は、例えばリチウムマンガン複酸化物粉末と、導電材として鱗片状黒鉛と、結着剤としてポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）とを重量比８５：１０：５の割合で混合し、これに分散溶媒のＮ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）を添加、混練したスラリを、正極集電体に塗布した後、乾燥、プレスすることにより形成することができる。正極集電体の電池蓋９に沿って延びる辺には、正極タブ３５ａが一体に形成されている。正極タブ３５ａは、後述する正極集電板に超音波溶接またはレーザ溶接により接合される。
【００３１】
負極板３７は、ほぼ長方形形状の板状に形成された電解銅箔からなる負極集電体と、負極集電体の両面に設けられた負極活物質層とを有している。負極活物質層は例えば、負極活物質としての非晶質炭素粉末９０質量部に対し、結着剤としてＰＶＤＦを１０質量部添加し、これに分散溶媒のＮＭＰを添加、混練したスラリを、厚さ１０μｍの電解銅箔の両面に塗布した後乾燥、プレスすることにより形成することができる。負極集電体の電池蓋９に沿って延びる辺には、負極タブ３７ａが一体に形成されている。この負極タブ３７ａは、正極板３５及び負極板３７を積層したときに、正極タブ３５ａと対向しないように形成されている。負極タブ３７ａは、後述する負極集電板に超音波溶接またはレーザ溶接により接合されている。
【００３２】
セパレータ３９は、リチウムイオンが通過可能なポリエチレン製の多孔質材によりほぼ長方形形状のシート状に形成されている。なおセパレータ３９は、正極板３５の正極集電体と負極板３７の負極集電体とが積層状態で接触することを阻止できる大きさを有している。
【００３３】
なお、図２及び図３においては、図示を容易にするために、６枚の正極板と６枚の負極板と１２枚のセパレータのみが示されている。また、図２及び図３では、図示を容易にするために、正極集電板及び負極集電板には、１枚の正極板及び１枚の負極板がそれぞれ溶接されているように図示しているが、実際には、図４に示すように、正極集電板及び負極集電板には、それぞれ複数枚の正極板の正極タブ及び複数枚の負極板の負極タブが溶接されている。
【００３４】
図４は、本実施の形態の非水電解液二次電池の正極板の正極タブ３５ａ、正極集電板４１、端子本体部１１ｂ及びボルト２９を分離して示した図である。各正極タブ３５ａは、超音波溶接により６枚ずつ正極集電板４１に溶接されている。なお、図４においては、セパレータ及び負極板を図示していない。本実施の形態では、同様に、負極集電板４３にも６枚の負極タブ３７ａが超音波溶接またはレーザ溶接により溶接されている。
【００３５】
正極集電板４１は、アルミニウムにより、厚さ２０μｍのほぼ直方体形状に形成されている。本実施の形態の正極集電板４１には、正極端子１１の端子本体部１１ｂ及び正極側押さえ部材２５により挟まれる部分の両端の端部付近にボルト２９が貫通する２つの貫通孔４１ａが形成されている。複数の正極集電板４１を積層することにより正極集電板積層群２７が構成されている。図２及び図３に示すように本実施の形態では、複数の正極集電板４１は２分されて、２つの正極集電板積層群２７が構成されている。
【００３６】
負極集電板４３は、ニッケルにより、厚さ１０μｍのほぼ直方体形状に形成されている。本実施の形態の負極集電板４３には、負極端子１３の端子本体部１３ｂ及び負極側押さえ部材３１により挟まれる部分の両端の端部付近にボルト２９が貫通する２つの貫通孔４３ａが形成されている。複数の負極集電板４３を積層することにより負極集電板積層群３３が構成されている。本実施の形態では、複数の負極集電板４３は２分されて、２つの負極集電板積層群３３が構成されている。
【００３７】
正極側押さえ部材２５は、アルミニウムによりほぼ直方体形状に形成されている。正極側押さえ部材２５には、長手方向の両側の端部付近にボルト２９が貫通する２つの貫通孔２５ａが形成されている。正極側押さえ部材２５は、正極端子１１の端子本体部１１ｂとの間に正極集電板積層群２７を挟んだ状態で端子本体部１１ｂに取り付けられる。
【００３８】
負極側押さえ部材３１は、銅によりほぼ直方体形状に形成されている。負極側押さえ部材３１には、長手方向の両側の端部付近にボルト２９が貫通する２つの貫通孔３１ａが形成されている。負極側押さえ部材３１は、負極端子の端子本体部１３ｂとの間に負極集電板積層群３３を挟んだ状態で端子本体部１３ｂに取り付けられる。
【００３９】
正極端子１１の端子本体部１１ｂには，積層方向に対向する面１１ｃに、ボルト２９が締結される２つのネジ孔１１ｄが形成されている。ネジ孔１１ｄは、面１１ｃの長手方向の両側の端部付近に形成される。ネジ孔１１ｄの内部には、ボルト２９の先端に設けられたネジ部と螺合される雌ネジが形成されている。従って、本実施の形態においては、端子本体部１１ｂがファスナのナットとして機能している。面１１ｃは、正極側押さえ部材２５と完全に対向する大きさを有している。この面１１ｃが正極における本体側対向面であり、正極側押さえ部材２５の面１１ｃと対向する面が正極における押さえ部材側対向面２５ｂである。２つのネジ孔１１ｄの間には、ネジ孔１１ｄが設けられた部分よりも正極側押さえ部材２５に向かって突出する突出面１１ｅが設けられている。突出面１１ｅは、２つのネジ孔１１ｄが設けられた部分よりも０．２ｍｍ正極側押さえ部材２５に向かって突出している。図５（Ａ）は、正極端子１１の端子本体部１１ｂの突出面１１ｅを電池蓋９側から見た図であり、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）中にＢの符号を付して囲んだ領域の拡大図である。
【００４０】
特に本実施の形態の端子本体部１１ｂでは、端子本体部１１ｂの面１１ｃと積層方向に対向する面１１ｆにもネジ孔１１ｄ及び突出面１１ｅを形成している。すなわち、本実施の形態の端子本体部１１ｂは、本体側対向面を２つ有している。そして本実施の形態では、端子本体部１１ｂの対向する２つの本体側対向面１１ｃ及び１１ｆに、正極側押さえ部材２５とファスナ（ボルト２９とナット１３ｄ）を用いて２つの正極集電板積層群２７がそれぞれ取り付けられている。
【００４１】
本実施の形態では、ボルト２９とナット１３ｄとが螺合した状態で位置している２つの仮想の空間領域Ａ（図４）が、取付領域を構成している。
【００４２】
負極端子１３の端子本体部１３ｂには、正極端子１１の端子本体部１１ｂと同様に、積層方向に対向する２つの面１３ｃ及び１３ｆに、ボルト２９が締結される２つのネジ孔１３ｄ及び突出面１３ｅが形成されている。ネジ孔１３ｄの内部にも、雌ネジが形成されている。面１３ｃ及び１３ｆは、負極側押さえ部材３１と完全に対向する大きさを有している。この面１３ｃ及び１３ｆが負極における本体側対向面であり、負極側押さえ部材３１の面１３ｃまたは１３ｆと対向する面が負極における押さえ部材側対向面３１ｂである。
【００４３】
２つの正極集電板積層群２７は、正極側押さえ部材２５により、押しつけられた状態で、ボルト２９により正極端子１１の面１１ｃ及び１１ｆにそれぞれ取り付けられる。具体的には、ボルト２９を、正極集電板積層群２７を構成する正極集電板４１の貫通孔４１ａ及び正極側押さえ部材２５の貫通孔２５ａに貫通させる。そして、正極端子１１の端子本体部１１ｂに形成されたネジ孔１１ｄの雌ネジに、ボルト２９の先端に設けられたネジ部を螺合させる。また２つの負極集電板積層群３３は、正極集電板積層群２７と同じ態様で、負極側押さえ部材３１により、押しつけられた状態で、ボルト２９により負極端子１３の面１３ｃ及び１３ｆにそれぞれ取り付けられる。
【００４４】
端子本体部１１ｂ及び１３ｂに突出面１１ｅ及び１３ｅを設けていない従来のリチウムイオン二次電池と、本実施の形態の端子構造を備えたリチウムイオン二次電池とについて、通電時間に伴う端子の温度変化量を測定する実験を行った。図６には、従来のリチウムイオン電池についての実験結果を破線で示し、本実施の形態のリチウムイオン電池についての実験結果を実線で示すグラフである。図６に示すように、本実施の形態のリチウムイオン電池では、従来のリチウムイオン電池に比べて、４０％以上も温度変化を抑えることができることが確認された。なお、従来のリチウムイオン電池については、実験中に温度変化量が大きくなりすぎ、リチウムイオン電池の安全性の確保ができなくなったため、通電を実験の途中で中止した。そのため図６には、従来のリチウムイオン電池についての実験結果は、途中までしか示されていない。
【００４５】
次に本実施の形態のリチウムイオン二次電池について、突出面の突出寸法を０．１ｍｍごとに変化させた場合の発熱量の変化を測定する実験を行った。図７は、０．１ｍｍごとに突出寸法を変化させた場合の発熱量を示すグラフである。図７に示すように、突出面の突出寸法を０．１ｍｍから０．５ｍｍとした場合に、２０％以上も発熱量を抑制することができた。
【００４６】
図８には、本実施の形態の正極側押さえ部材２５、正極集電板積層群２７及び正極端子１１をそれぞれレーザ溶接により互いに溶接した状態を示す図である。正極側押さえ部材２５、正極集電板積層群２７及び正極端子１１の側面には、レーザ溶接による溶接部Ｍが形成されている。なお、負極側押さえ部材３１、負極集電板積層群３３及び負極端子１３もレーザ溶接により互いに溶接されている。図８に示すように、レーザ溶接をすることにより、発熱量をさらに低くすることができた。
【００４７】
図９は、第２の実施の形態の非水電解液二次電池の端子構造の拡大図である。なお、第２の実施の形態においては、第１の実施の形態と同様の部材に、図１乃至図７に付した符号に１００の符号を加えた符号を付して説明を省略する。第２の実施の形態では、端子本体部１１１ｂには、面１１１ｃ及び面１１１ｆにそれぞれ開口する貫通孔１１１ｇが設けられている。この貫通孔１１１ｇには、両端にネジ部を有するボルト１２９が貫通した状態でそれぞれ固定されている。このボルト１２９の両端のネジ部には、正極側押さえ部材１２５及び正極集電板積層群１２７を間に挟んだ状態で、ナットＮが螺合されている。また、負極端子の端子本体部１１３ｂにも貫通孔１１３ｇが形成されてボルト１２９が固定されている。
【００４８】
上記各実施の形態では、集電板積層群及び押さえ部材に貫通孔が形成されたリチウム二次電池について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、貫通孔が形成されていない集電板積層群及び押さえ部材に適用しても良いのは勿論である。この場合には、例えば、押さえ部材にボルトの基部を固定し、ボルトの間に集電板積層を位置させて、押さえ部材で挟むことにより、端子に固定させればよい。
【００４９】
また、上記各実施の形態では、端子本体部の積層方向に対向する２つの面にそれぞれ集電板積層群を保持しているが、一方の面のみに集電板積層群を保持させてもよいのは勿論である。
【００５０】
上記各実施の形態では、端子本体部の本体側対向面に突出面を形成しているが、押さえ部材の押さえ部材側対向面に突出面を形成してもよい。
【００５１】
さらに上記各実施の形態では、リチウムイオン二次電池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、他の二次電池及びその電極構造に適用しても良いのは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明によれば、本体側対向面及び押さえ部材側対向面の少なくとも一方の２つの取付領域の間に位置する領域に、本体側対向面及び押さえ部材側対向面の他方に向かって突出する突出面を形成したので、単純に端子本体部と押さえ部材とで集電板積層群を挟んだ場合よりも、端子本体部と集電板積層群との間の接触抵抗に、集電板積層群内の隣り合う２枚の集電板の間の接触抵抗、集電板積層群と押さえ部材との間の接触抵抗を従来よりも大幅に低くすることができて、端子構造で発生する発熱量を大幅に低減できる。
【符号の説明】
【００５３】
１  リチウムイオン二次電池
３  極板群
５  電池容器
７  電池缶
９  電池蓋
９ａ  ガス排出弁
１１  正極端子
１１ａ  ネジ部
１１ｂ  端子本体部
１３  負極端子
１３ｂ  端子本体部
１５  内側パッキン
１７  外側パッキン
１９  平ワッシャ
２１  ワッシャ
２３  ナット
２５  正極側押さえ部材
２７  正極集電板積層群
２９  ボルト
３１  負極側押さえ部材
３３  負極集電板積層群
３５  正極板
３５ａ  正極タブ
３７  負極板
３７ａ  負極タブ
３９  セパレータ
４１  正極集電板
４３  負極集電板
【図１】
2014013993.tif 000003
【図２】
2014013993.tif 000004
【図３】
2014013993.tif 000005
【図４】
2014013993.tif 000006
【図５】
2014013993.tif 000007
【図６】
2014013993.tif 000008
【図７】
2014013993.tif 000009
【図８】
2014013993.tif 000010
【図９】
2014013993.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成27年5月22日(2015.5.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タブを有する極板がセパレータを介して複数枚積層されてなる極板群を備えた二次電池の端子構造であって、
端子部及び端子本体部を備えた端子と、
それぞれ同極性の複数枚の前記極板の前記タブが溶接された複数枚の集電板が積層されてなる集電板積層群を、前記端子本体部との間で挟むように前記端子本体部に対してボルトとナットとからなる２以上のファスナを用いて取り付けられる押さえ部材とを備え、
前記２以上のファスナは、前記ボルトが前記集電板積層群の積層方向に延び且つ所定の間隔をあけた２つの取付領域にそれぞれ１以上の前記ファスナが位置するように設けられており、
前記端子本体部は前記押さえ部材と対向する本体側対向面を有しており、
前記押さえ部材は前記端子本体部と対向する押さえ部材側対向面を有しており、
前記本体側対向面及び前記押さえ部材側対向面の少なくとも一方は、前記２つの取付領域の間に位置する領域において、前記本体側対向面及び前記押さえ部材側対向面の他方に向かって突出する突出面を有しており、
前記突出面が前記本体側対向面及び前記押さえ部材側対向面の一方に設けられており、
前記突出面の非突出面からの突出寸法が０．１ｍｍ乃至０．５ｍｍであり、
前記突出面の面積が前記本体側対向面または前記押さえ部材側対向面の面積の６０％〜８０％であり、
前記突出面が連続面であり、
前記複数枚の集電板には前記ボルトが貫通する貫通孔が形成されており、
前記端子本体部の前記積層方向に対向する２つの面が、２つの前記本体側対向面を構成しており、
前記２つの本体側対向面に対向する２つの前記押さえ部材を備えており、
前記極板群中の同一極性の複数の前記極板の前記複数枚のタブが、それぞれ所定枚数ずつ前記複数の集電板に溶接され、前記複数の集電板が二分され且つ積層されて２つの前記集電板積層群が構成されており、
１つの前記集電板積層群が１つの前記本体側対向面と１つの前記押さえ部材との間に挟まれており、残りの１つの前記集電板積層群が残りの１つの前記本体側対向面と残りの１つの前記押さえ部材との間に挟まれており、
前記端子本体部には、前記２つの面にそれぞれ開口する複数の貫通孔が形成されており、
前記２つの押さえ部材には、前記複数の貫通孔に整合する複数の貫通孔が形成されており、
両端にネジ部を有する前記ボルトが前記端子本体部に形成された前記貫通孔及び前記押さえ部材に形成された前記貫通孔を貫通するように配置されており、
前記ボルトの両端にそれぞれ前記ナットが螺合されており、
前記押さえ部材は、アルミニウム、チタン、鉄、ニッケル、銅、亜鉛、銀、カドミウムまたはスズから形成されており、前記積層方向の厚みが５ｍｍ乃至７ｍｍであり、
前記押さえ部材、前記集電板積層群及び前記端子部は、互いに溶接されていることを特徴とする二次電池の端子構造。
【請求項２】
タブを有する極板がセパレータを介して複数枚積層されてなる極板群を備えた二次電池の端子構造であって、
端子部及び端子本体部を備えた端子と、
それぞれ同極性の複数枚の前記極板の前記タブが溶接された複数枚の集電板が積層されてなる集電板積層群を、前記端子本体部との間で挟むように前記端子本体部に対してボルトとナットとからなる２以上のファスナを用いて取り付けられる押さえ部材とを備え、
前記２以上のファスナは、前記ボルトが前記集電板積層群の積層方向に延び且つ所定の間隔をあけた２つの取付領域にそれぞれ１以上の前記ファスナが位置するように設けられており、
前記端子本体部は前記押さえ部材と対向する本体側対向面を有しており、
前記押さえ部材は前記端子本体部と対向する押さえ部材側対向面を有しており、
前記本体側対向面及び前記押さえ部材側対向面の少なくとも一方は、前記２つの取付領域の間に位置する領域において、前記本体側対向面及び前記押さえ部材側対向面の他方に向かって突出する突出面を有していることを特徴とする二次電池の端子構造。
【請求項３】
前記突出面が前記本体側対向面及び前記押さえ部材側対向面の一方に設けられており、
前記突出面の非突出面からの突出寸法が０．１ｍｍ乃至０．５ｍｍであり、
前記突出面の面積が前記本体側対向面または前記押さえ部材側対向面の面積の６０％〜８０％である請求項２に記載の二次電池の端子構造。
【請求項４】
前記突出面が連続面である請求項２に記載の二次電池の端子構造。
【請求項５】
前記ファスナの前記ボルトの基部が、前記端子本体部及び前記押さえ部材の一方に固定されており、
前記端子本体部及び前記押さえ部材の他方には前記ボルトが貫通する貫通孔が形成されており、
前記ナットが前記貫通孔から突出する前記ボルトのネジ部に螺合されている請求項２に記載の二次電池の端子構造。
【請求項６】
前記押さえ部材には、前記ボルトが貫通する貫通孔が形成されており、
前記端子本体部には、前記ボルトのネジ部が螺合されて前記ナットとして機能するための雌ネジが切られた穴部が形成されている請求項２に記載の二次電池の端子構造。
【請求項７】
前記複数枚の集電板には前記ボルトが貫通する貫通孔が形成されている請求項２に記載の二次電池の端子構造。
【請求項８】
前記端子本体部の前記積層方向に対向する２つの面が、２つの前記本体側対向面を構成しており、
前記２つの本体側対向面に対向する２つの前記押さえ部材を備えており、
前記極板群中の同一極性の複数の前記極板の前記複数枚のタブが、それぞれ所定枚数ずつ前記複数の集電板に溶接され、前記複数の集電板が二分され且つ積層されて２つの前記集電板積層群が構成されており、
１つの前記集電板積層群が１つの前記本体側対向面と１つの前記押さえ部材との間に挟まれており、残りの１つの前記集電板積層群が残りの１つの前記本体側対向面と残りの１つの前記押さえ部材との間に挟まれている請求項２に記載の二次電池の端子構造。
【請求項９】
前記端子本体部には、前記２つの面にそれぞれ開口する複数の貫通孔が形成されており、
前記２つの押さえ部材には、前記複数の貫通孔に整合する複数の貫通孔が形成されており、
両端にネジ部を有する前記ボルトが前記端子本体部に形成された前記貫通孔及び前記押さえ部材に形成された前記貫通孔を貫通するように配置されており、
前記ボルトの両端にそれぞれ前記ナットが螺合されている請求項８に記載の二次電池の端子構造。
【請求項１０】
前記端子本体部には、前記２つの本体側対向面にそれぞれ開口する複数の貫通孔が形成されており、
前記２つの押さえ部材には、前記複数の貫通孔に整合する複数の貫通孔が形成されており、
端部にネジ部を有する前記ボルトが端子本体部の貫通孔及び前記押さえ部材に形成された貫通孔を貫通するように配置されており、
前記ボルトの基部が１つの押さえ部材と接触しており、
前記ナットが残りの１つの押さえ部材と接触している請求項８に記載の二次電池の端子構造。
【請求項１１】
前記押さえ部材は、アルミニウム、チタン、鉄、ニッケル、銅、亜鉛、銀、カドミウムまたはスズから形成されており、前記積層方向の厚みが５ｍｍ乃至７ｍｍである請求項２乃至１０いずれか１項に記載の二次電池の端子構造。
【請求項１２】
前記押さえ部材、前記集電板積層群及び前記端子部は、互いに溶接されている請求項２乃至１０のいずれか１項に記載の二次電池の端子構造。
【請求項１３】
蓋板と該蓋板によって塞がれる開口部を有するケース本体とからなる電池ケースと、
前記蓋板を貫通する正極端子部及び前記蓋板の裏面側に配置される正極端子本体部を有する正極端子及び前記蓋板を貫通する負極端子部及び前記蓋板の裏面側に配置される負極端子本体部を有する負極端子と、
正極タブを有する正極集電体に正極活物質層が形成されてなる複数枚の正極板と負極タブを有する負極集電体に負極活物質層が形成されてなる複数枚の負極板とが、それぞれセパレータを介して交互に積層されて前記ケース本体内に収納される極板群と、
それぞれ複数枚の前記正極タブが溶接された複数枚の正極集電板が積層されてなる正極集電板積層群と、
それぞれ複数枚の前記負極タブが溶接された複数枚の負極集電板が積層されてなる負極集電板積層群と、
ボルトとナットとからなる複数のファスナと、
前記正極集電板積層群を前記正極端子本体部との間で挟むように前記正極端子本体部に対して２以上の前記ファスナを用いて取り付けられる正極側押さえ部材と、
前記負極集電板積層群を前記負極端子本体部との間で挟むように前記負極端子本体部に対して２以上の前記ファスナを用いて取り付けられる負極側押さえ部材とを備え、
前記ファスナは、前記ボルトが前記正極集電板積層群または前記負極集電板積層群の積層方向に延び且つ所定の間隔あけた２つの取付領域にそれぞれ１以上の前記ファスナが位置するように設けられており、
前記正極端子本体部及び前記負極端子本体部は前記正極側押さえ部材または前記負極側押さえ部材とそれぞれ対向する本体側対向面を有しており、
前記正極側押さえ部材及び前記負極側押さえ部材は前記正極端子本体部または前記負極端子本体部と対向する押さえ部材側対向面を有しており、
前記本体側対向面及び前記押さえ部材側対向面の少なくとも一方は、前記２つの取付領域の間に位置する領域において、前記本体側対向面及び前記押さえ部材側対向面の他方に向かって突出する突出面を有していることを特徴とする二次電池。
【請求項１４】
前記突出面が前記本体側対向面及び前記押さえ部材側対向面の一方に設けられており、
前記突出面の非突出面からの突出寸法が０．１ｍｍ乃至０．５ｍｍである請求項１３に記載の二次電池。
【国際調査報告】
2014013993.tif 000012
2014013993.tif 000013
2014013993.tif 000014
2014013993.tif 000015