(57)【要約】【課題】正極と負極を構成する材料が溶接難易度の高い異種金属の組合せであっても、単電池間の接続部分において導電性と強度に優れる組電池を提供する。【解決手段】本発明によって提供される組電池は、複数の筒状の単電池を備え且つ少なくとも２つの筒状の単電池２０Ａ，２０Ｂがその長軸方向に一方の単電池の正極３０と、他方の単電池の負極２９とが接続された接続部４０を有する。そして、長軸方向の接続部において、一方の単電池の正極を構成する端部と、他方の単電池の負極を構成する端部とが接続部材１００を介在させて相互に接続されている。ここで、接続部材は、２つの単電池のうちの一方の単電池２０Ａの端部２９とは溶接により一体的に結合しており、他方の単電池２０Ｂの端部３０とは溶接による溶接部分１１５と機械的な連結による連結部分１３０との２通りの結合部によって接続している。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の筒状の単電池を備え且つ少なくとも２つの筒状の単電池がその長軸方向に一方の単電池の正極と、他方の単電池の負極とが接続された接続部を有する組電池であって、
前記長軸方向の接続部において、一方の単電池の正極を構成する端部と、他方の単電池の負極を構成する端部とが接続部材を介在させて相互に接続されており、
ここで、前記接続部材は、前記２つの単電池のうちの一方の単電池の前記端部とは溶接により一体的に結合しており、他方の単電池の前記端部とは溶接による溶接部分と機械的な連結による連結部分との２通りの結合部によって接続していることを特徴とする組電池。
【請求項２】
前記接続部材と前記溶接によって一体的に結合している側の前記単電池の端部とは同一の材料から構成されていることを特徴とする請求項１に記載の組電池。
【請求項３】
前記２通りの結合部によって結合している側の前記単電池の端部には、かしめ用突起が形成されており、該かしめ用突起を前記接続部材に対してかしめることにより該端部と前記接続部材との前記連結部分が形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の組電池。
【請求項４】
前記２通りの結合部によって結合している側の前記単電池の端部と前記接続部材には、それぞれボルト挿入孔が形成されており、前記ボルト挿入孔を貫通するボルトと該ボルトに締着されるナットとにより該端部と前記接続部材との前記連結部分が形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の組電池。
【請求項５】
前記接続部材と前記２通りの結合部によって結合している側の前記単電池の端部との間の前記連結部分は、相互に独立して少なくとも３箇所形成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の組電池。
【請求項６】
前記接続部材と前記２通りの結合部によって結合している側の前記単電池の端部との間の前記溶接部分は、相互に独立して少なくとも２箇所形成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の組電池。
【請求項７】
前記接続部材は、該接続部材と前記溶接によって一体的に結合している側の前記単電池の端部と嵌合可能なキャップ状に成形されており、前記２通りの結合部によって結合している側の前記単電池の端部と対向する該接続部材の底面には、溶接部分と連結部分が形成されており、
ここで、前記溶接部分は前記底面の内側領域に形成されており、且つ前記連結部分は前記底面の外側領域に形成されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の組電池。
【請求項８】
前記単電池は、正極がアルミニウム材又はその合金で構成され、且つ負極が銅材又はその合金或いは鉄材又はその合金で構成されていることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の組電池。
【請求項９】
前記単電池は、リチウム二次電池であることを特徴とする請求項８に記載の組電池。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一項に記載の組電池を備える車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の充放電可能な筒状の単電池（二次電池）を有し、そのうちの少なくとも２つの単電池が長軸方向に電気的に直列に接続された構造を有する組電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
リチウム二次電池その他の二次電池は、車両搭載用電源あるいはパソコンや携帯端末等の電源として重要性が高まっている。特に、軽量で高エネルギー密度が得られるリチウム二次電池（例えばリチウムイオン電池）は、車両搭載用高出力電源として好ましく用いられるものとして期待されている。
ところで、電池の組み付け作業や部品点数を削減するために単電池の組電池化は有効な手段である。特に車両搭載用高出力電源として使用する場合には、複数の単電池を直列に接続して組電池を構築する必要がある。
例えば、円筒型の単電池同士を接続するとき、単電池間の接続部分での接触抵抗の上昇を抑えるために隣接する単電池間において一方の正極と他方の負極とを溶接して長軸方向に電気的に接続することがある。円筒型の単電池同士の接続に関する技術文献として特許文献１には、一方の電池の蓋に溶接固定される連結部材を他方の電池のケース下部に形成される被嵌合溝に嵌合させて溶接固定する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１０３３０２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、正極（即ち正極端子、典型的には単電池のケース開口部を塞ぐ蓋体。）を構成する材料と負極（即ち負極端子、典型的には単電池のケース本体。）を構成する材料が異なる場合には、異なる材料同士の溶接（典型的には異種金属間の溶接）が必要となり、溶接ができない場合や溶接ができても接続部分において十分な強度が得られない虞がある。特に典型的なリチウム二次電池のように正極を構成する材料がアルミニウムであり負極を構成する材料が銅である場合には、溶接の難易度が非常に高くコストが高くなる虞がある。また、負極を構成する材料が鉄である場合には、溶接の際にアルミニウムと鉄が溶融して混ざり合い全く別の物質（金属間化合物）ができるため接続部分が脆くなってしまい、車両搭載用電源のような高出力の使用に耐えられない虞がある。さらにまた、ボルトとナットによる接続等の機械的な接続のみでは、接続部分において十分な強度は得られるが接続部分での接触抵抗が大きくなってしまい電流が流れる際に接続部分で発熱する虞がある。
そこで、本発明は組電池に関する従来の問題点を解決すべく創出されたものであり、その目的とするところは、正極と負極を構成する材料が溶接難易度の高い異種金属の組合せであっても、高い接続強度を保持し、且つ接続する単電池間の十分な導電性を保障し得る接続構造を備えた組電池を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明によって、複数の筒状の単電池（例えばリチウム二次電池等の二次電池）を備え且つ少なくとも２つの筒状の単電池がその長軸方向に一方の単電池の正極と、他方の単電池の負極とが接続された長軸方向の接続部を有する組電池が提供される。
ここで開示される組電池は、前記長軸方向の接続部において、一方の単電池の正極を構成する端部と、他方の単電池の負極を構成する端部とが接続部材を介在させて相互に接続されている。ここで、前記接続部材は、前記２つの単電池のうちの一方の単電池の前記端部とは溶接により一体的に結合しており、他方の単電池の前記端部とは溶接による溶接部分と機械的な連結による連結部分との２通りの結合部によって接続していることを特徴とする。
【０００６】
本明細書において「単電池」とは、組電池を構成する個々の蓄電素子を指す用語であって、特に限定しない限り種々の組成の電池、キャパシタを包含する。また、「二次電池」とは、繰り返し充電可能な電池一般をいい、リチウム二次電池、ニッケル水素電池等のいわゆる蓄電池を包含する。リチウム二次電池を構成する蓄電素子は、ここでいう「単電池」に包含される典型例であり、そのような単電池を複数備えて成るリチウム二次電池モジュールは、ここで開示される「組電池」の一つの典型例である。
【０００７】
上記構成の組電池では、少なくとも２つの単電池が一方の単電池の正極を構成する端部と他方の単電池の負極を構成する端部とを接続部材を介在して長軸方向に接続されている。接続部材は、上記２つの単電池のいずれか一方の単電池の端部とは溶接により一体的に結合しており、他方の単電池の端部とは溶接と機械的な連結の２通りの結合手段によって接続している。
このように、２つの単電池のうち一方の単電池の端部（典型的には単電池の電池ケース）と接続部材とを溶接（例えばスポット溶接等）により一体的に結合することで、該端部と該接続部材が結合される。そして、他方の単電池の端部（典型的には単電池のケース開口部を塞ぐ蓋体）と接続部材とを機械的な連結により接続することで、連結部分において該端部と該接続部材を強固に接続することができる。その結果、溶接した場合に比べて同程度かそれ以上の接合力による接続が当該連結部分において実現される。また、上記他方の単電池の端部と接続部材とを溶接（例えばプロジェクション溶接）により結合することで、電気抵抗の低い導電性能に優れる溶接部分が形成され、該端部と接続部材とが電気的に接続される。これにより、組電池の充放電の際には電気抵抗の低い溶接部分を介して一方の単電池と他方の単電池の間を電流が流れる。このため、単電池間の長軸方向の接続部において連結部分により接合力が高められ、且つ溶接部分により低い電気抵抗が実現される。
従って、本発明によると、筒状の単電池同士を電気的および機械的に接続して組電池を構築する際に、正極および負極を構成する材料が溶接難易度の高い異種金属の組合せである場合であっても、溶接と機械的な連結によって連結部分において発熱を伴うことなく導電性に優れた溶接部分に大容量の電流を流すことができると共に、連結部分によって単電池同士の接続が補強されて十分な接続強度（接合力）を備えた組電池を提供することができる。
【０００８】
ここで開示される組電池の好適な一態様では、前記接続部材と前記溶接によって一体的に結合している側の前記単電池の端部とは同一の材料から構成されていることを特徴とする。同一の材料から構成されているので溶接が容易であると共に溶接部分の強度も異種金属間の場合と比べて高くなる。
【０００９】
また、ここで開示される組電池の好適な一態様では、前記２通りの結合部によって結合している側の前記単電池の端部には、かしめ用突起が形成されており、該かしめ用突起を前記接続部材に対してかしめることにより該端部と前記接続部材との前記連結部分が形成されていることを特徴とする。かかる態様によると、前記２通りの結合部によって結合している側の前記単電池の端部と前記接続部材との機械的な連結（接続）をより確実に行うことができ、単電池同士の接続強度を高めることができる。また、コスト面でのメリットもある。
【００１０】
また、好ましくは前記２通りの結合部によって結合している側の前記単電池の端部と前記接続部材には、それぞれボルト挿入孔が形成されており、前記ボルト挿入孔を貫通するボルトと該ボルトに締着されるナットとにより該端部と前記接続部材との前記連結部分が形成されていることを特徴とする。かかる態様のように、ボルトとナットのような公知の締結手段を用いることによって、前記２通りの結合部によって結合している側の前記単電池の端部と前記接続部材との機械的な連結（接続）をより確実に行うことができ、単電池同士の接続強度を高めることができる。
【００１１】
また、ここで開示される組電池の好適な一態様では、前記接続部材と前記２通りの結合部によって結合している側の前記単電池の端部との間の前記連結部分は、相互に独立して少なくとも３箇所形成されていることを特徴とする。このように少なくとも３箇所相互に独立して形成された連結部分によって機械的に連結していることで、連結部分において接続強度のバランスをとることができる。
【００１２】
また、ここで開示される組電池の好適な一態様では、前記接続部材と前記２通りの結合部によって結合している側の前記単電池の端部との間の前記溶接部分は、相互に独立して少なくとも２箇所形成されていることを特徴とする。少なくとも２箇所相互に独立して形成された溶接部分によって結合されていることで、いずれかの溶接部分に応力が作用して破断してしまうようなことがあっても、破断されずに残っている溶接部分において電流が流れるため組電池の信頼性の向上が実現される。
【００１３】
また、ここで開示される組電池の好適な一態様では、前記接続部材は、該接続部材と前記溶接によって一体的に結合している側の前記単電池の端部と嵌合可能なキャップ状に成形されており、前記２通りの結合部によって結合している側の前記単電池の端部と対向する該接続部材の底面には、溶接部分と連結部分が形成されており、ここで、前記溶接部分は前記底面の内側領域に形成されており、且つ前記連結部分は前記底面の外側領域に形成されていることを特徴とする。かかる態様によると、長軸方向に接続された単電池に対して外部から横向きの応力（例えば長軸方向に垂直な応力）が作用したとき、底面の内側領域に形成された溶接部分よりも外側領域に形成された（即ち溶接部分よりも外側に形成された）連結部分に応力が作用し溶接部分に応力が集中しないため溶接部分の破断を未然に防止することができる。
【００１４】
また、ここで開示される組電池の好適な一態様では、前記単電池は、正極がアルミニウム材又はその合金で構成され、且つ負極が銅材又はその合金或いは鉄材又はその合金で構成されていることを特徴とする。このように正極を構成する蓋体の材料がアルミニウム材又はその合金であり、負極を構成する電池ケースの材料が銅材又は鉄材或いはそれらの合金である場合には両極を直接溶接で接続することは困難であるが、上記接続部材を介在させることで容易に組電池を構築することができる。特に好適に使用される単電池としてリチウム二次電池が挙げられる。
【００１５】
また、本発明によると、ここで開示されるいずれかの組電池を備える車両が提供される。本発明によって提供される組電池は、車両に搭載される組電池として適した品質（例えば、単電池の接続部が大電流出力に耐えられる強度を有する。）を示すものであり得る。従って、組電池は、ハイブリッド自動車、電気自動車、燃料電池自動車のような電動機を備える自動車等の車両に搭載されるモーター（電動機）用の電源として好適に使用され得る。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】一実施形態に係る組電池を示す正面図である。
【図２】一実施形態に係る組電池を示す側面図である。
【図３】一実施形態に係る組電池を構成するリチウム二次電池（単電池）の構造を示す断面図である。
【図４】図１中の点線Ｉで示す囲み部分を拡大して示す要部拡大断面図である。
【図５】一実施形態に係る蓋体と接続部材の構造を模式的に示す分解斜視図である。
【図６】一実施形態に係る蓋体と接続部材を嵌め合わせた状態を示す斜視図である。
【図７】一実施形態に係る蓋体と接続部材を接続した状態を示す斜視図である。
【図８】他の一実施形態に係る接続部材を模式的に示す平面図である。
【図９】他の一実施形態に係る接続部材を模式的に示す平面図である。
【図１０】他の一実施形態に係る接続部材と蓋体との接続部を示す断面図である。
【図１１】引張強度を示すグラフである。
【図１２】溶接部および連結部の合成抵抗値を示すグラフである。
【図１３】本発明に係る組電池を備えた車両（自動車）を模式的に示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照しながら、本発明の好適な一実施形態を説明する。なお、本明細書において特に言及している事項（例えば、単電池同士の接続部）以外の事項であって本発明の実施に必要な事柄は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。
【００１８】
本発明に係る組電池は、充放電可能な二次電池を単電池とし、そのような単電池を複数個直列に接続（典型的には少なくとも２つの単電池がその長軸方向に直列に接続）して成る組電池であればよく、単電池の構成は特に制限されない。特に限定することを意図したものではないが、以下では主として本発明をリチウム二次電池に適用する場合を例として、本発明をより詳細に説明する。なお、以下の図面において、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付し、重複する説明は省略することがある。また、各図における寸法関係（長さ、幅、厚さ等）は、必ずしも実際の寸法関係を反映するものではない。
【００１９】
図１は、一実施形態に係る組電池１０を模式的に示す正面図である。図２は、一実施形態に係る組電池１０を模式的に示す側面図である。図３は、一実施形態に係る組電池１０を構成するリチウム二次電池（単電池）２０Ａの構造を模式的に示す断面図である。なお、リチウム二次電池２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄはそれぞれ同様の構成である。
図１に示すように、本実施形態（第１実施形態）に係る組電池１０は、複数個（典型的には１０個以上、好ましくは１０〜３０個程度、本実施形態では４個）の充放電可能な筒状のリチウム二次電池（単電池）２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄが直列に接続されて構成されている。本実施形態に係る組電池１０を構成するリチウム二次電池２０Ａ〜２０Ｄは、従来の組電池を構成する単電池と同様、典型的には所定の電極構成材料（正負極それぞれの集電体に正負極それぞれの活物質が保持されたシート状の電極、セパレータ等）を具備する捲回電極体５０と、該電極体５０および適当な液状電解質（電解液）を収容する筒状（角柱を含む。例えば、円筒型。）の電池ケース２５とを備える。
【００２０】
図１に示すように、互いに同形状の複数のリチウム二次電池２０Ａ〜２０Ｄは、一方のリチウム二次電池２０Ａ，２０Ｃの負極を構成する端部である後述するケース本体２７の突出部（負極端子）２９と、他方のリチウム二次電池２０Ｂ，２０Ｄの正極を構成する端部である後述する蓋体（正極端子）３０とが接続部４０において、その長軸方向にそれぞれ接続部材１００を介在して相互に接続するように配置されている。そして、図１及び図２に示すように、リチウム二次電池２０Ｂの突出部（負極端子）２９とリチウム二次電池２０Ｃの蓋体（正極端子）３０とは導電性のバスバー９０によって電気的および機械的に接続されている。また、図１に示すように、リチウム二次電池２０Ａの蓋体（正極端子）３０には組電池正極端子１２が付設されている。一方、リチウム二次電池２０Ｄの突出部（負極端子）２９には組電池負極端子１４が付設されている。なお、上記各接続部４０には、該各接続部４０を保持するためにＥＰＤＭ等のゴム又は絶縁性樹脂から成る環形状の保持部材１６が配置されている。
このように各リチウム二次電池２０Ａ〜２０Ｄを直列に接続することにより所望の電圧を有する組電池１０が構築される。なお、蓋体（正極端子）３０と接続部材１００とケース本体２７の突出部（負極端子）２９との接続部４０に関しては後ほど詳細に説明する。
【００２１】
次に、本実施形態に係る組電池１０を構成するのに好適なリチウム二次電池２０Ａの構成について図面を参照しつつ説明する。なお、リチウム二次電池２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄは、２０Ａと同様の構成であるので重複する説明は省略する。
図３に示すように、電池ケース２５は、上記筒状における一方の面が開口部４５となっている円筒型のケース本体２７と、該開口部４５を塞ぐ蓋体３０とを備える。本実施形態に係るケース本体２７の底面側の端部には、ケース本体２７の外方（図３では下方）に向けて突出する横断面形状が円形の突出部２９が一体的に形成されている。ケース本体２７を構成する材料としては、一般的なリチウム二次電池で使用されるものと同様のもの等を適宜使用することができ、特に制限はない。組電池１０自体の軽量化の観点から、例えば金属製（例えば、銅材又はその合金或いは鉄材又はその合金）あるいは合成樹脂製のケース本体２７を好ましく使用し得る。本実施形態では、鉄材（例えばニッケルメッキした鋼板）で形成されている。また、本実施形態に係るケース本体２７は、後述する電極体５０の負極集電体７０と接続して外部負極端子を構成している。
【００２２】
蓋体３０は、金属製材料（例えば、鉄材又はニッケルメッキした鋼板、或いはアルミニウム材又はその合金等。本実施形態ではアルミニウム材の板製。）から開口部４５に対応する所定の直径を有する円板形状に成形されている。そして、蓋体３０は後述する電極体５０の正極集電体６０と接続して外部正極端子を構成している。
また、従来の電池ケースと同様に、上記蓋体３０には、ケース本体２７内部で発生したガスをケース本体２７の外部に排出するための図示しない安全弁（例えば、蓋体３０の本体部分よりも薄肉に形成された部分がケース本体２７内の圧力の上昇に伴い開裂するような構造）が設けられている。安全弁は、ケース本体２７内部の圧力が所定レベルを超えて上昇したときに、開弁してケース本体２７内部のガスを外部に排出する機構を備えていれば特に制限無く使用することができる。
蓋体３０は、ケース本体２７の開口部４５にガスケット（ＥＰＤＭ等のゴム製または絶縁性樹脂）８０を介して取り付けられている。具体的には、ガスケット８０で蓋体３０を挟み込むようにしてケース本体２７の開口部４５にかしめ固定されている。このようにしガスケット８０を介してかしめることにより、蓋体（正極端子）３０とケース本体（負極端子）２７との間を絶縁すると共に両者の隙間を塞いで電池の密閉構造を構築している。
【００２３】
本実施形態に係る捲回電極体５０を構成する材料および部材自体は、従来のリチウム二次電池の電極体と同様でよく、特に制限はない。例えば、正極シートは長尺状の正極集電体の上にリチウム二次電池用正極活物質層（以下、正極活物質層という。）が付与されて形成され得る。正極集電体にはアルミニウム箔（本実施形態）その他の正極に適する金属箔が好適に使用される。正極活物質は従来からリチウム二次電池に用いられる物質の一種又は二種以上を特に限定することなく使用することができる。好適例として、ＬｉＭｎ２Ｏ４、ＬｉＣｏＯ２，ＬｉＮｉＯ２等のリチウムおよび少なくとも１種の遷移金属元素を含む複合酸化物等が挙げられる。
【００２４】
一方、負極シートは長尺状の負極集電体の上にリチウム二次電池用負極活物質層（以下、負極活物質層という。）が付与されて形成され得る。負極集電体には銅箔（本実施形態）その他の負極に適する金属箔が好適に使用される。負極活物質は従来からリチウム二次電池に用いられる物質の一種又は二種以上を特に限定することなく使用することができる。好適例として、黒鉛（グラファイト）等の炭素材料、リチウム・チタン酸化物（Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２）等の酸化物材料、スズ（Ｓｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、亜鉛（Ｚｎ）、ケイ素（Ｓｉ）等の合金材料、等が挙げられる。
【００２５】
また、正極シートと負極シートとの間に使用される好適な長尺シート状のセパレータとしては、従来と同様のセパレータを使用することができる。例えばポリオレフィン樹脂から成る多孔質のシート（多孔質フィルム）等を使用することができる。或いはまた、高分子固体電解質をセパレータとして使用することができる。
【００２６】
ケース本体２７内に捲回電極体５０と共に収容される電解質としては、従来からリチウム二次電池に用いられる非水系の電解質（典型的には電解液）と同様のものを特に限定なく使用することができる。例えば、ＬｉＰＦ６等のリチウム塩を挙げることができる。適当量（例えば濃度１Ｍ）のＬｉＰＦ６等のリチウム塩をジエチルカーボネートとエチレンカーボネートとの混合溶媒（例えば質量比１：１）のような非水溶媒に溶解して非水電解液として使用することができる。
【００２７】
図３に示すように、本実施形態に係る捲回電極体５０は、通常のリチウム二次電池の電極体と同様、長尺シート状の正極集電体６０の表面に正極活物質層が形成された正極シート（正極）と、長尺シート状の負極集電体７０の表面に負極活物質層が形成された負極シート（負極）とを２枚の長尺シート状のセパレータと共に積層し、さらに当該正極シートと負極シートとを幅方向（捲回軸方向）にややずらしつつ捲回した捲回電極体５０である。また、捲回される正極シートにおいて、その長手方向に沿う一方の端部には正極活物質層が形成されずに正極集電体６０が露出しており、一方、捲回される負極シートにおいても、その長手方向に沿う一方の端部は負極活物質層が形成されずに負極集電体７０が露出している。そして、正極集電体６０の上記露出している端部（図３では電極体５０の上端）にリード部材６５の一端が接合（例えば溶接）されると共にリード部材６５の他端が蓋体３０に接合されることで、正極シートと蓋体（正極端子）３０とが電気的に接続されている。同様に、負極集電体７０の上記露出している端部（図３では電極体５０の下端）は、ケース本体（負極端子）２７に電気的に接続されている。なお、電極体５０と蓋体（正極端子）３０およびケース本体（負極端子）２７との接続（溶接）は、従来の同形状のリチウム二次電池と同様でよく、本発明を特徴付けるものではないため、詳細な説明は省略する。
【００２８】
上記作製した捲回電極体５０をケース本体２７内に捲回軸方向に収容するとともに、上記電解液をケース本体２７内に注入した後、開口部４５に蓋体３０を装着し封止することによって本実施形態のリチウム二次電池２０Ａを構築することができる。
【００２９】
以下、本実施形態に係る蓋体（正極端子）３０と接続部材１００とケース本体２７の突出部（負極端子）２９との接続部４０に関して詳細に説明する。図４は、図１中の点線Ｉで示す囲み部分を拡大して示す要部拡大断面図である。図５は、一実施形態（第１実施形態）に係る蓋体３０と接続部材１００の構造を模式的に示す分解斜視図である。図６は、第１実施形態に係る蓋体３０に接続部材１００を嵌め合わせた状態を示す斜視図である。図７は、第１実施形態に係る蓋体３０と接続部材１００とを接続した状態を示す斜視図である。
【００３０】
図４に示すように、本実施形態に係る一方の単電池２０Ａの突出部（負極端子）２９と他方の単電池２０Ｂの蓋体（正極端子）３０とは接続部４０において接続部材１００を介在して電気的および機械的に接続している。図５に示すように、本実施形態に係る接続部材１００は、単電池２０Ａの突出部２９の横断面形状に対応する円形の底面部（底面）１０５と、該底面部１０５の外周縁から一方向に立ち上がった側部１１０とを備えるキャップ状に形成されている。接続部材１００の内径は、ケース本体２７の突出部２９の外径よりやや大きく、突出部２９と嵌合可能な形状、即ち突出部２９を接続部材１００に嵌め込み可能な形状に形成されている。なお、接続部材１００の側部１１０の上下方向の長さは、突出部２９の少なくとも一部が嵌め込み可能であれば特に制限はない。本実施形態では突出部２９の凡そ底面側半分が接続部材１００に嵌まり込んでいる。
また、接続部材を構成する材料としては、導電性のよい金属材料を好ましく使用することができる。加工の容易性およびコスト面の観点から鉄（例えばニッケルメッキした鋼板）を用いるのが好ましい。さらに好ましくは、ケース本体（負極端子）２７と同一の材料から成形することである。ケース本体２７の突出部（負極端子）２９と接続部材１００は後述するように溶接によって結合するが、それぞれを構成する材料が同一である場合には溶接が容易である。
【００３１】
図５に示すように、接続部材１００の底面部１０５の下面側（図４参照）には、接続部材１００の底面部１０５の中心点を中心とする同一円周上に溶接用突起１２０がプレス成形等によって複数箇所（本実施形態では等間隔に４箇所）それぞれ独立して形成されている。なお、溶接用突起１２０は、後述する溶接部分１１５の通電面積を確保することができれば一箇所のみの形成でもよいが、信頼性向上の観点から少なくとも２箇所に独立して形成することが好ましい。
さらに、図５に示すように、接続部材１００の底面部１０５には、接続部材１００の底面部１０５の中心点を中心とする同一円周上に底面部１０５を上下方向に貫通する貫通孔１２５が後述する蓋体３０に形成されたかしめ用突起３５と同一の間隔で同一の数だけ（本実施形態では等間隔に４箇所）それぞれ独立して形成されている。本実施形態に係る上記貫通孔１２５と溶接用突起１２０は、接続部材１００の底面部１０５の中心点を中心とする同一円周上にそれぞれ交互に形成されている。
【００３２】
図４に示すように、本実施形態に係る接続部材１００を介在してリチウム二次電池２０Ａ，２０Ｂをその長軸方向に相互に接続する場合、接続部材１００と機械的に連結されるリチウム二次電池２０Ｂの蓋体（正極端子）３０には、蓋体３０の中心点を中心とする同一円周上に複数個のかしめ用突起３５が形成されている（図５参照）。図５に示すように、かしめ用突起３５は、上記接続部材１００に形成された貫通孔１２５に挿通可能な形状である。なお、かしめ用突起３５は強度バランスの向上の観点から少なくとも３箇所に形成することが好ましい（例えばかしめ用突起３５を蓋体３０の中心点を中心とする同一円周上に等間隔で形成する）。
【００３３】
図６および図７に示すように、リチウム二次電池２０Ｂの蓋体３０に形成されたかしめ用突起３５を接続部材１００に形成された貫通孔１２５（図５参照）に挿通させて、接続部材１００と蓋体３０を上下方向に重ね合わせた状態で、接続部材１００から上方へ突出したかしめ用突起３５をかしめる（例えばかしめ用突起３５を垂直方向に押しつぶす）ことで連結部分（結合部）１３０が形成され、該連結部分１３０によって接続部材１００と蓋体３０とが機械的に接続される。さらに、蓋体３０と接触する溶接用突起１２０に大電流を通し、蓋体３０と溶接用突起１２０とが接触している部分である溶接部分１１５で発生する抵抗熱によって加熱し、圧力を加えること（プロジェクション溶接）で蓋体３０と溶接用突起１２０とが溶接されて蓋体３０と接続部材１００とが溶接部分（結合部）１１５において結合される。
これにより、連結部分１３０と溶接部分１１５の２通りの結合部によって接続された接続部材１００と蓋体３０との結合部分は、溶接部分１１５と同程度かそれ以上の接続強度を有する連結部分１３０における機械的な連結によって接続強度が高められ、溶接部分１１５における溶接によって電気抵抗の低い導電性能に優れた電気的接続が実現される。
そして、他方のリチウム二次電池２０Ａのケース本体２７の突出部２９に接続部材１００を嵌め込んで、接続部材１００の側部１１０と突出部２９の接触部分を溶接（例えばスポット溶接）する（図４参照）。本実施形態では、接続部材１００を構成する材料とケース本体２７を構成する材料は同一であるため、接続部材１００と突出部２９との溶接は容易に行うことができる。
かかる構成によると、本実施形態のようにケース本体２７が鉄材（例えばニッケルメッキした鋼板）から構成され蓋体３０がアルミニウム材から構成されており両金属間を溶接によって接続することが困難な場合であっても、本実施形態に係る接続部材１００を介在することでリチウム二次電池２０Ａと２０Ｂとの接続強度が連結部分１３０において高められると共に導電性に優れた溶接部分１１５を介して大容量の電流を流すことができる。
なお、接続部材１００と蓋体３０との溶接による接続は、上記プロジェクション溶接に限られず従来公知の一般的な溶接方法を適宜用いることができる。
【００３４】
上述した実施形態では接続部材１００に形成された貫通孔１２５と溶接用突起１２０とが接続部材１００の底面部１０５の中心点を中心とする同一円周上にそれぞれ交互に形成されているが、かかる形態に限定されない。以下、第２実施形態に係る接続部材の好適な例を図面を参照しつつ説明する。図８は、第２実施形態に係る接続部材３００の平面図である。
図８に示すように、第２実施形態に係る接続部材３００は底面部（底面）３０５と側部３１０を備えている。底面部３０５の下面側の内側領域には、底面部３０５の中心点を中心とする同一円周上に溶接用突起４２０がプレス成形等によって複数箇所（本実施形態では等間隔に４箇所）それぞれ独立して形成されている。さらに、接続部材３００の底面部３０５の外側領域には、底面部３０５の中心点を中心とする同一円周上であって上記溶接用突起４２０の外側に底面部３０５を上下方向に貫通する貫通孔３２５が複数箇所（本実施形態では等間隔に４箇所）それぞれ独立して形成されている。かかる構成の接続部材３００を介在させてリチウム二次電池同士を接続する場合、溶接部分と同程度かそれ以上の接続強度を有する連結部分が底面部３０５の内側領域に形成された溶接部分よりも外側に形成されているため、接続部に外力（例えばリチウム二次電池の長軸方向と垂直な力）が加わることがあっても、溶接部分に応力が集中しないので溶接部分の破断を防止することができる。
【００３５】
上述した種々の実施形態では接続部材にかしめ用突起を挿通可能な貫通孔が形成されているが、かかる形態に限定されない。以下、第３実施形態に係る接続部材の好適な例を図面を参照しつつ説明する。図９は、第３実施形態に係る接続部材５００の平面図である。
図９に示すように、第３実施形態に係る接続部材５００は底面部５０５と側部５１０を備えている。底面部５０５の中央部分には貫通孔５５０が形成されている。さらに、底面部５０５の内側（即ち貫通孔５５０を形成する部分）には、底面部５０５を外側に向けて切り欠いたかしめ用切り欠き部５６０が複数箇所（本実施形態では等間隔に４箇所）形成されている。また、接続部材５００の底面部５０５の下面側には、底面部５０５の中心点を中心とする同一円周上に溶接用突起６２０がプレス成形等によって複数箇所（本実施形態では等間隔に４箇所）それぞれ独立して形成されている。
かかる構成の接続部材５００を介在させてリチウム二次電池同士を接続する場合、接続部材５００と蓋体を上下方向に重ね合わせた状態で蓋体に形成されたかしめ用突起が、かしめ用切り欠き部５６０の一方の端部（即ち底面部５０５の内周縁）よりも内側（即ち底面部５０５の中心方向）にかしめ用突起が配置されて（図９の二点鎖線で示す部分に配置される）、該かしめ用突起をかしめ用切り欠き部５６０にかしめる（典型的には、かしめ用突起を水平方向、即ち底面部５０５の外側に押し潰す。）ことで連結部分が形成され、該連結部分によって接続部材５００と蓋体とが機械的に接続される。また、溶接用突起６２０と蓋体とは上述した方法と同様にして結合される。これにより、上記実施形態と同様の効果が得られる。
【００３６】
上述した実施形態では接続部材１００と蓋体３０とは、蓋体３０に形成されたかしめ用突起３５をかしめることによっての機械的に結合されていたが、このような実施形態に限定されない。以下、第４実施形態として、接続部材７００と蓋体６３０とがボルトとナットとによって相互に接続している場合の好適な例を図面を参照しつつ説明する。図１０は、第４実施形態に係る接続部材７００と蓋体６３０との接続部６４０を模式的に示すものであって、図１中の点線Ｉで示す囲み部分に相当する要部拡大断面図である。
図１０に示すように、接続部材７００には、接続部材７００の一部を鉛直方向に貫通するボルト挿入孔７２５が形成されている。また、蓋体６３０には、蓋体６３０の一部を鉛直方向に貫通するボルト挿入孔６７５が形成されている。これらボルト挿入孔６７５，７２５は、接続部材７００と蓋体６３０とを重ね合わせた際に連通するように形成されており、ボルト７４０の脚部７５０が挿通可能な形状に形成されている。接続部材７００と蓋体６３０が上下方向に重ね合わされて、ボルト挿入孔６７５，７２５にボルト７４０の脚部７５０を挿通させて接続部材７００から上方へ突出した脚部７５０をナット７６０で締着することによって連結部分（結合部）７３０が形成され、該連結部分７３０によって接続部材７００と蓋体６３０とを相互に機械的に接続される。また、上記実施形態と同様に接続部材７００には溶接用突起（図示せず）が形成されており、溶接用突起と蓋体６３０とが溶接部分（結合部）７１５において結合される。かかる構成により、第１実施形態と同様の効果が得られる。
【００３７】
上記接続部材を用いてリチウム二次電池同士を接続させることにより、接続部において導電性と接続強度に優れる、即ち、低い電気抵抗と高い接続強度を備えた組電池を構築できることを確認するため、実施例として以下の実験を行った。なお、本発明をかかる具体例に示すものに限定することを意図したものではない。
【００３８】
［実施例１〜７に係る組電池の構築］
実施例１〜７では、直径２９ｍｍ、高さ１５０ｍｍのリチウム二次電池（単電池）を作製した。リチウム二次電池のケース本体はニッケルメッキした鉄材から構成されている。リチウム二次電池の蓋体として、アルミニウム材（Ａ１０７０）から構成され直径２７．５ｍｍ、厚さ３．５ｍｍの寸法を有する蓋体を使用した。接続部材と結合する蓋体には、直径２．０ｍｍのかしめ用突起（図５参照）が４箇所に形成されている。また、ニッケルメッキした鉄材から図９に示す形状に構成された接続部材を使用した。接続部材は直径３３．２ｍｍ、高さ８ｍｍ、厚さ０．４ｍｍの寸法を有し、接続部材の底面部には、幅２．０ｍｍ、長さ３．０ｍｍの切り欠き部が４箇所形成されており、直径１．５ｍｍの溶接用突起が４箇所形成されている。
そして、溶接用突起と蓋体との溶接部分に６００Ｎの電極加圧力を加えた状態で、電流をアップスロープ時間２０ミリ秒で３０ｋＡまで上昇させて、一定の電流３０ｋＡで５０ミリ秒間通電して接続部材と蓋体とを溶接（プロジェクション溶接）し接続した。さらに、かしめ用突起に１６００Ｎ（１６３ｋｇｆ）の加圧力を加えた状態で、電流をアップスロープ時間２０ミリ秒で３０ｋＡまで上昇させて、一定の電流３０ｋＡで５０ミリ秒間通電してかしめ用突起を接続部材の切り欠き部にかしめた。その後、接続部材を他方のリチウム二次電池のケース本体にスポット溶接で一体的に結合させて組電池を構築した。
【００３９】
［参考例１］
参考例１の組電池では、溶接用突起と蓋体との溶接部分に６００Ｎの電極加圧力を加えた状態で、電流をアップスロープ時間２０ミリ秒で２５ｋＡまで上昇させて、一定の電流２５ｋＡで３０ミリ秒間通電して接続部材と蓋体とを溶接し結合させた点と、接続部材と蓋体とをかしめによって機械的に連結しなかった点以外は、実施例１〜７と同様にして組電池を構築した。
【００４０】
［参考例２］
参考例２の組電池では、電流を２０ｋＡまで上昇させた点以外は、参考例１と同様にして組電池を構築した。
【００４１】
［引張試験］
市販の引張試験機を用いて、上記実施例１の溶接部分と連結部分の引張強度について評価した。上記作製した実施例に係る組電池を構成する一方の単電池を固定し、長軸方向に接続された他方の単電池を引張治具で鉛直方向上側に０．２ｍｍ／ｓｅｃで引っ張り挙げて破断したときの引張強度（引張荷重）［Ｎ］を測定した。その結果を図１１に示す。なお、図１１中の横軸は変位量（ｍｍ）を表し、縦軸は引張力（Ｎ）を表す。
図１１に示すように、実施例１の溶接部分の引張強度は５４５Ｎ、連結部分の引張強度は４５０Ｎとほぼ同様の強度で安定している。溶接部分は冷熱や衝撃破壊に弱いので、溶接部分に応力を集中させない点で同程度の強度を有する連結部分を形成する効果が確認できた。
なお、詳細なデータは示していないが、先の実施形態で示した図４に示すような貫通孔を有する接続部材にかしめ用突起をかしめることで、切り欠き部が形成された接続部材よりも一層高い機械的強度が得られ得る。
【００４２】
［抵抗測定］
デジタルマルチメーターを用いて、上記実施例１〜７の４箇所の溶接部分の電圧降下を測定し溶接部分の合成抵抗値を求めた。同様に上記実施例１〜７の４箇所の連結部分の抵抗値を測定し連結部分の合成抵抗値を求めた。また、上記参考例１，２の４箇所の溶接部分の抵抗値を測定し溶接部分の合成抵抗値を求めた。得られた結果を図１２に示す。なお、図１２中の縦軸は溶接部分と連結部分のそれぞれの合成抵抗値（ｍΩ）を表す。
図１２に示すように、実施例１〜７によると、溶接部分の合成抵抗値はいずれも０．００１０ｍΩ以下という低い抵抗値であることが確認できた。また、溶接部分と連結部分からなる結合部の合成抵抗値はいずれも０．０３５ｍΩ以下であることが確認できた。
以上の測定結果をまとめると、実施例に係る組電池のリチウム二次電池同士の接続部では、電気抵抗の低い導電性能に優れた電気的接続が実現されていることが示された。また、リチウム二次電池同士の機械的な連結により接続部において接続強度が高められていることが示された。
【００４３】
以上、本発明を好適な実施形態により説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、勿論、種々の改変が可能である。例えば、組電池を構成する各リチウム二次電池の蓋体が外部負極端子を構成しケース本体が外部正極端子を構成していてもよい。また、上記各実施形態において、ケース本体の突出部に接続部材が嵌まり込んで溶接により一体的に結合されているが、ケース本体が突出部を備えない場合であっても該ケース本体の下端部に接続部材が嵌まり込んで溶接により一体的に結合するような形態でもよい。
また、溶接部分と連結部分は、接続部材の底面部の中心点を中心とする同一円周上に形成されていなくてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明に係る組電池は、大電流出力が可能なため、特に自動車等の車両に搭載されるモーター（電動機）用電源として好適に使用し得る。即ち、図１１に示すように、上記実施形態に係る組電池１０を電源として備える車両１（典型的には自動車、特にハイブリッド自動車、電気自動車、燃料電池自動車のような電動機を備える自動車）を提供することができる。
【符号の説明】
【００４５】
１  車両
１０  組電池
１２  組電池正極端子
１４  組電池負極端子
１６  保持部材
２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ  リチウム二次電池（単電池）
２５  電池ケース
２７  ケース本体（負極端子）
２９  突出部（負極端子）
３０  蓋体（正極端子）
３５  かしめ用突起
４０  接続部
４５  開口部
５０  捲回電極体
６０  正極集電体
６５  リード部材
７０  負極集電体
８０  ガスケット
９０  バスバー
１００  接続部材
１０５  底面部（底面）
１１０  側部
１１５  溶接部分（結合部）
１２０  溶接用突起
１２５  貫通孔
１３０  連結部分（結合部）
３００  接続部材
３０５  底面部（底面）
３１０  側部
３２５  貫通孔
４２０  溶接用突起
５００  接続部材
５０５  底面部（底面）
５１０  側部
５５０  貫通孔
５６０  かしめ用切り欠き部
６２０  溶接用突起
６３０  蓋体
６４０  接続部
６７５  ボルト挿入孔
７００  接続部材
７１５  溶接部分（結合部）
７２５  ボルト挿入孔
７３０  連結部分（結合部）
７４０  ボルト
７５０  脚部
７６０  ナット
【図１】
2011100661.tif 000003
【図２】
2011100661.tif 000004
【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】
2011100661.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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