(57)【要約】【課題】電池モジュールの振動や充放電による電池セルの膨張収縮などにより、電池セルとバスバーとの間に相対変位が生じた場合でも、電極タブとバスバーとの接合部近傍への応力の集中を防止可能な電極接続構造を提供すること。【解決手段】電池セル１の電極タブ１１と、バスバー２とが互いに接合されてなる電極接続構造において、前記電極タブ１１は、前記バスバー２との接合部３を基点として、巻き付け長さが変化可能な状態で、前記バスバー２の周りに巻き付けられていることを特徴とする電極接続構造。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池セルの電極タブと、バスバーとが互いに接合されてなる電極接続構造において、
前記電極タブは、前記バスバーとの接合部を基点として、巻き付け長さが変化可能な状態で、前記バスバーの周りに巻き付けられていることを特徴とする電極接続構造。
【請求項２】
請求項１に記載の電極接続構造において、
前記バスバーは、軸方向断面が円形状であることを特徴とする電極接続構造。
【請求項３】
請求項１または２のいずれかに記載の電極接続構造において、
前記電極タブの導出方向が、前記バスバーの軸方向に対して垂直な方向となっていることを特徴とする電極接続構造。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の電極接続構造において、
前記電極タブは、前記バスバーの周りに１周以上巻き付けられていることを特徴とする電極接続構造。
【請求項５】
電池セルの電極タブと、バスバーとを接合する工程と、
前記電極タブを、前記バスバーとの接合部を基点として、巻き付け長さが変化可能な状態で、前記バスバーの周りに巻き付ける工程と、を備える電極接続方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池セルの電極タブとバスバーとの電極接続構造および電極接続方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン電池などの二次電池を、車両用の電源として用いるために、薄型形状の電池セルを複数組み合わせた電池モジュールが開発されている。このような電池モジュールにおいて、電池モジュールを構成する各電池セルの電極タブを、バスバーを介して接続することで、電池モジュールを構成する電池セル間の電気的な接続を確保する技術が知られている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−３４４５７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来技術においては、バスバーの上面に、隣り合う電池セルの電極タブ同士を重ね合わせて、これを溶接接合するものであるため、電池モジュールの振動や充放電による電池セルの膨張収縮などにより、電池セルとバスバーとの間に相対変位が生じた場合に、電極タブとバスバーとの接合部近傍に応力が集中してしまい、接合部の破損の原因となってしまうという問題があった。
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、電池モジュールの振動や充放電による電池セルの膨張収縮などにより、電池セルとバスバーとの間に相対変位が生じた場合でも、電極タブとバスバーとの接合部近傍への応力の集中を防止可能な電極接続構造および電極接続方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、電極タブを、バスバーとの接合部を基点として、巻き付け長さが変化可能な状態で、バスバーの周りに巻き付けることにより、上記課題を解決する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、電池セルとバスバーとの間に相対変位が生じた場合でも、電極タブの巻き付け長さが変化することで、位置ズレ分を補うことができ、その結果として、電極タブとバスバーとの接合部近傍への応力集中、およびこれに起因する、接合部の破損の発生を有効に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本実施形態に係る電池セル１を示す斜視図である。
【図２】図２は、本実施形態に係る電池セル１の電極タブ１１とバスバー２との接続構造を示す斜視図である。
【図３】図３（Ａ）は、本実施形態に係る電極タブ１１とバスバー２との接続構造を示す側面図、図３（Ｂ）および図３（Ｃ）は、電池本体１０のバスバー２に対する位置が変位した場合における電極タブ１１とバスバー２との接続構造を示す側面図である。
【図４】図４は、バスバーを介した電池セル同士の接続態様の一例を示す平面図である。
【図５】図５は、本実施形態に係る電池セル１の電極タブ１１とバスバー２との接続方法を説明するための斜視図である。
【図６】図６（Ａ）は、他の実施形態に係る電極タブ１１とバスバー２０との接続構造を示す側面図、図６（Ｂ）および図６（Ｃ）は、電池本体１０のバスバー２０に対する位置が変位した場合における電極タブ１１とバスバー２０との接続構造を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１０】
図１は、本実施形態に係る電池セル１を示す斜視図である。図１に示すように、電池セル１は、電池本体１０と一対の電極タブ１１，１２を備えている。電池セル１としては、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池などの各種二次電池が挙げられるが、特にこれらに限定されるものではない。
【００１１】
電池本体１０は、たとえば、正極活物質層および正極集電体からなる正極板と、負極活物質層および負極集電体からなる負極板を、セパレータを介して複数積層してなる電極積層体に、電解質を含浸させてなる発電要素が、アルミラミネートフィルムなどの外装部材内部に収納され、封止されることにより形成される。
【００１２】
電極タブ１１，１２は、電池本体１０を構成する発電要素への電力の供給および取り出しを行なうための電極端子であり、一方が正極端子、他方が負極端子を構成する。なお、電極タブ１１，１２を構成する材料、および電極タブ１１，１２の厚さは特に限定されないが、後述する本実施形態に係る電極接続構造を形成可能とするために、厚さ方向に屈曲自在となるような材料および厚さとすればよい。
【００１３】
図２は、本実施形態に係る電池セル１の電極タブ１１とバスバー２との接続構造を示す斜視図、図３（Ａ）は、本実施形態に係る電極タブ１１とバスバー２との接続構造を示す側面図（バスバー２の軸方向に向かって見た図）である。なお、図３（Ａ）においては、電極タブ１２については、図示を省略している（図３（Ｂ）、図３（Ｃ）においても同様。）。
【００１４】
バスバー２は、接合部３を介して、電池セル１の電極タブ１１と接合され、かつ、電池セル１以外の電池セルの電極タブと接合されることにより、電池セル１と、バスバー２に接合される他の電池セルとを電気的に接続するための接続部材である。
【００１５】
そして、図２、図３（Ａ）に示すように、電池セル１の電極タブ１１とバスバー２とは、接合部３において、互いに接合されるとともに、接合部３を基点として、電極タブ１１がバスバー２の周りに巻き付けられて構成されている。しかも、電極タブ１１は、図２、図３（Ａ）に示すように、バスバー２の周りに巻き付けられる際に、巻き付けの径方向において、余裕代が形成されるように巻き付けられており（巻き付け層同士が密着しないように巻き付けられており）、これにより、バスバー２に対する巻き付け長さが変化可能となっている。
【００１６】
そのため、図３（Ｂ）に示すように、電池セル１０のバスバー２に対する相対位置が、図３（Ｂ）中に示すＡ方向に変位した場合には、それに伴い電極タブ１１が、Ａ方向に引っ張られることとなる一方で、電極タブ１１のバスバー２に対する巻き付け長さが変化することで、電極タブ１１のバスバー２に対する巻き付け径が小さくなることとなる。そして、これにより、電池セル１０のバスバー２に対する相対位置が変化した際に、相対位置が変化したことによる、接合部３への応力集中を防止することができる。なお、図３（Ｂ）中において、電池セル１０の相対位置が変化する前の位置１０’（図３（Ａ）中における、電池セル１０の位置に対応）を鎖線で示した。
【００１７】
また、図３（Ｃ）に示すように、電池セル１０のバスバー２に対する相対位置が、図３（Ｃ）中に示すＢ方向に変位した場合にも、同様に、電極タブ１１が、Ｂ方向に引っ張られることとなる一方で、電極タブ１１のバスバー２に対する巻き付け長さが変化することで、電極タブ１１のバスバー２に対する巻き付け径が小さくなることとなる。そして、これにより、電池セル１０のバスバー２に対する相対位置が変化した際に、相対位置が変化したことによる、接合部３への応力集中を防止することができる。なお、図３（Ｃ）中において、電池セル１０の相対位置が変化する前の位置１０’（図３（Ａ）中における、電池セル１０の位置に対応）を鎖線で示した。
【００１８】
ここで、図２中においては、電極タブ１１のみがバスバー２と接続されるような構成を示したが、他方の電極タブ１２も、バスバー２以外のバスバーと接続されるような構成とすることができる。この場合において、電極タブ１２とバスバーとの接続構造としては、特に限定されないが、電極タブ１１と同様に、その接合部を基点として、バスバーの周りに巻き付けられた状態で接続されるものとしてもよいし、あるいは、バスバーの周りに巻き付けられることなく接続されるものとしてもよい。
【００１９】
また、電極タブ１１を、バスバー２の周りに巻き付ける際における、巻き付け周数としては、特に限定されないが、巻き付け周数を１周以上とすることが好ましく、２周以上とすることが好ましい。巻き付け周数を１周以上（さらに、２周以上）とすることにより、電池セル１０のバスバー２に対する相対位置が変化した場合における、電極タブ１１のバスバー２に対する巻き付け長さの変化量をより大きなものとすることができ、その結果、電池セル１０のバスバー２に対する相対位置の変化が大きくなった場合でも、接合部３への応力集中の防止効果を十分に確保することができる。
【００２０】
さらに、バスバー２としては、電池セル１の電極タブ１１、および電池セル１以外の他の電池セルの電極タブと接合可能な構造であればよく、特に限定されないが、図２、図３（Ａ）に示すように、軸方向断面が円形状であることが好ましい。バスバー２を、軸方向断面が円形状のものとすることにより、図３（Ｂ）、図３（Ｃ）に示すように、電池セル１０のバスバー２に対する相対位置が変化した場合に、バスバー２の周りに巻き付けられた電極タブ１１の巻き付け長さが変化し、これにより、バスバー２の周りに巻き付けられた電極タブ１１の巻き付け径が変化する際に、電極タブ１１が移動する際における抵抗を少ないものとすることができ、その結果、電極タブ１１を移動し易いものとすることができる。
【００２１】
なお、本実施形態において、電池セル１０のバスバー２に対する相対位置が変化した場合における、電極タブ１１のバスバー２に対する巻き付け長さの変化は、たとえば、電池セル１０のバスバー２に対する相対位置の変化前後における、電極タブ１１のバスバー２に対する巻き付け部分のうち、一周分の長さ（たとえば、接合部３を基点とする一周分の長さ）を測定することで、評価することができる。また、本実施形態において、電池セル１０のバスバー２に対する相対位置が変化した場合における、電極タブ１１のバスバー２に対する巻き付け径の変化は、たとえば、電池セル１０のバスバー２に対する相対位置の変化前後における、バスバー２の軸方向断面の中心点と、電極タブ１１のバスバー２に対する巻き付け部分のうち最内周の層（あるいは、最外周の層）との距離を測定することで、評価することができる。
【００２２】
次いで、バスバーを介した電池セル同士の接続態様について説明する。図４は、バスバーを介した電池セル同士の接続態様の一例を示す平面図である。なお、図４においては、バスバー２ｂを介して、互いに接続されている一対の電池セル１ａ，１ｂを示している。図４に示すように、一方の電池セル１ａの電極タブ１１ａが、接合部３ａを介して、バスバー２ｂと接続されており、このバスバー２ｂは、接合部３ｂを介して、他方の電極セル１ｂの電極タブ１２ｂと接続される。そして、これにより、電池セル１ａと電池セル１ｂとが、バスバー２ｂを介して電気的に接続されている。
【００２３】
さらに、図４に示すように、電池セル１ａの他方の電極タブ１２ａは、接合部３ｃを介して、バスバー２ａと接続されており、バスバー２ａが他の電池セルの電極タブ（不図示）と接続されることにより、電池セル１ａは、電極タブ１２ａ側において、他の電池セルと接続される。また、電池セル１ｂの他方の電極タブ１１ｂは、接合部３ｄを介して、バスバー２ｃと接続されており、バスバー２ｃが他の電池セルの電極タブ（不図示）と接続されることにより、電池セル１ｂは、電極タブ１１ｂ側において、他の電池セルと接続される。そして、このようにして、複数の電池セルを、バスバーを介して互いに接続し、これを所定のケースに収容することで、複数の電池セルからなる電池モジュールとすることができる。
【００２４】
そして、本実施形態によれば、このような電池モジュールを構成する電池セルの電極タブと、バスバーとの接続構造のうち一部あるいは全部を、上述した図２、図３（Ａ）に示すような接続構造を有するものとすることができる。
【００２５】
次に、図２、図３（Ａ）に示す電池セル１の電極タブ１１と、バスバー２との接続方法について、説明する。図５は、電池セル１の電極タブ１１と、バスバー２との接続方法を説明するための図である。
【００２６】
まず、電極タブ１１とバスバー２とを、接合部３を介して接合するために、電極タブ１１とバスバー２との接合を行うことで、図５に示すような構造体を得る。なお、電極タブ１１とバスバー２とを接合するための方法としては、特に限定されないが、超音波溶接、熱溶接、レーザ溶接または電子ビーム溶接などが挙げられる。
【００２７】
また、本実施形態においては、図５に示すように、電極タブ１１とバスバー２とを接合する際には、電極タブ１１の導出方向が、バスバー２の軸方向に対して、垂直な方向となるように接合することが望ましい。電極タブ１１の導出方向が、バスバー２の軸方向に対して、垂直な方向となるように接合することにより、電極タブ１１をバスバー２の周りに巻き付けた際に、巻き付け幅（電極タブ１１がバスバー２に巻き付けられている部分の、バスバー２の軸方向における幅）を、電極タブ１１の幅に対応したものとすることができ、省スペース化を図ることができる。なお、電極タブ１１の導出方向は、バスバー２の軸方向と厳密な意味で垂直である必要はなく、実質的に垂直となっていればよく、厳密な意味での垂直な方向から若干ずれていてもよい。
【００２８】
次いで、電極タブ１１とバスバー２とを接合することにより得られた構造体において、電極タブ１１を、接合部３を基点として、バスバー２の周りに巻き付けることにより、図２、図３（Ａ）に示すように、電極タブ１１とバスバー２との接続構造を形成する。なお、電極タブ１１を、バスバー２の周りに巻き付ける方法としては、特に限定されないが、電池セル１０を固定した状態（あるいは、電池セル１０をバスバー２側に移動可能な状態）とし、バスバー２を回転させることにより、バスバー２の周りに、電極タブ１１を巻き付ける方法や、バスバー２を固定した状態で、接合部３を基点として、電池セル１０および電極タブ１１を回転させることにより、バスバー２の周りに、電極タブ１１を巻き付ける方法などが挙げられる。
【００２９】
なお、本実施形態では、電極タブ１１を、バスバー２の周りに巻き付ける際には、巻き付けの径方向において、余裕代が形成されるように、巻き付け層同士が密着した状態とならないように、電極タブ１１の巻き付けテンションを調整しながら、巻き付けを行なう。そして、これにより、電極タブ１１を、バスバー２に対する巻き付け長さが変化可能なものとすることができる。
【００３０】
以上のようにして、図２、図３（Ａ）に示す電池セル１の電極タブ１１と、バスバー２との接続構造が形成される。
【００３１】
本実施形態においては、電池セル１の電極タブ１１とバスバー２とは、接合部３において、互いに接合され、かつ、バスバー２に対する巻き付け長さが変化可能な状態で、接合部３を基点として、電極タブ１１がバスバー２の周りに巻き付けられて構成されている。そのため、本実施形態によれば、電池セル１０のバスバー２に対する相対位置が変化した場合に、電極タブ１１のバスバー２に対する巻き付け長さが変化することで、電極タブ１１のバスバー２に対する巻き付け径が小さくなることとなる。そして、これにより、電池セル１０のバスバー２に対する相対位置が変化した際に、相対位置の変化による位置ズレ分を補うことができ、相対位置が変化したことによる、接合部３への応力集中を防止することができ、その結果、これに起因する破損の発生を有効に防止することができる。
【００３２】
特に、図４に示すように、複数の電池セルを、バスバーを介して互いに接続し、これを所定のケースに収容することで、複数の電池セルからなる電池モジュールとした場合には、バスバーは、電池モジュール外の部品との関係上、固定された状態で電池モジュール内に配置されるものの、電池セルは、特に固定されることなく、電池モジュール内に配置されることとなる。そのため、このような電池モジュールにおいては、電池モジュールの振動により、固定されているバスバーと、固定されていない電池セルとの相対位置が変化したり、あるいは、充放電により電池セルが膨張収縮することにより、バスバーと、電池セルとの相対位置が変化する場合がある。これに対して、本実施形態によれば、電池セルの電極タブとバスバーとの接続構造を上述した構成とするものであるため、このような電池モジュールの振動や充放電により電池セルが膨張収縮に起因するバスバーと、電池セルとの相対位置が変化したことによる、接合部への応力集中を防止することができ、その結果、これに起因する破損の発生を有効に防止することができる。
【００３３】
加えて、本実施形態によれば、電極タブ１１を、接合部３を基点として、バスバー２に巻き付けるものであるため、たとえば、単に、電極タブとバスバーとの間の距離を長くとり、かつ、電極タブに位置ズレ分を補うための余裕代を持たせた場合（電極タブ長さを、電極タブとバスバーとの間の距離よりも長くすることで、余裕代を持たせた場合）と比較して、省スペース化が可能となる。
【００３４】
以上、本発明の実施形態について説明したが、これらの実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
【００３５】
たとえば、上述の実施形態においては、電極タブ１１と接続されるバスバー２として、軸方向断面が円形状のものを用いた場合を例示したが、図６（Ａ）に示すように、軸方向断面が矩形状であるバスバー２０を用いてもよい。ここで、図６（Ａ）は、本実施形態に係る電極タブ１１とバスバー２との接続構造を示す側面図（バスバー２の軸方向に向かって見た図）である。なお、図６（Ａ）においては、上述の図３（Ａ）と同様に、電極タブ１２については、図示を省略している（図６（Ｂ）、図６（Ｃ）においても同様。）。
【００３６】
図６（Ａ）においても、上述した実施形態と同様に、電極タブ１１は、バスバー２０に巻き付けられる際に、巻き付けの径方向において、余裕代が形成されるように巻き付けられており（巻き付け層同士が密着しないように巻き付けられており）、これにより、バスバー２０に対する巻き付け長さが変化可能となっている。
【００３７】
そのため、上述した実施形態と同様に、図６（Ｂ）に示すように、電池セル１０のバスバー２０に対する相対位置が、図６（Ｂ）中に示すＡ方向に変位した場合には、それに伴い電極タブ１１が、Ａ方向に引っ張られることとなる一方で、電極タブ１１のバスバー２に対する巻き付け長さが変化することで、電極タブ１１のバスバー２に対する巻き付け径が小さくなることとなる。また、同様に、図６（Ｃ）に示すように、電池セル１０のバスバー２に対する相対位置が、図６（Ｃ）中に示すＢ方向に変位した場合にも、同様に、電極タブ１１が、Ｂ方向に引っ張られることとなる一方で、電極タブ１１のバスバー２に対する巻き付け長さが変化することで、電極タブ１１のバスバー２に対する巻き付け径が小さくなることとなる。
【００３８】
そして、これにより、上述した実施形態と同様に、電池セル１０のバスバー２０に対する相対位置が変化することによる、接合部３への応力集中を防止することができ、その結果、これに起因する破損の発生を有効に防止することができる。
【符号の説明】
【００３９】
１…電池セル
１０…電池本体
１１，１２…電極タブ
２…バスバー
３…接合部
【図１】
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【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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