(57)【要約】【課題】端子幅が小さくても、電極体の集電箔との圧接時の変形を抑制できる集電端子構造を提供する。【解決手段】ここに開示される集電端子の構造は、電極体の集電箔と接合される集電端子の構造である。前記集電端子の前記集電箔との接合面側は、前記集電箔と接合性を有する金属材料で構成されている。前記集電端子の前記接合面とは反対の面側は、前記集電箔と接合性を有する前記金属材料よりも剛性の高い材料で構成されているか、または、前記集電端子の内部は、前記集電箔と接合性を有する前記金属材料よりも剛性の高い材料で構成されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極体の集電箔と接合される集電端子の構造であって、
前記集電端子の前記集電箔との接合面側は、前記集電箔と接合性を有する金属材料で構成されており、かつ
前記集電端子の前記接合面とは反対の面側は、前記集電箔と接合性を有する前記金属材料よりも剛性の高い材料で構成されているか、または、前記集電端子の内部は、前記集電箔と接合性を有する前記金属材料よりも剛性の高い材料で構成されている、
ことを特徴とする集電端子の構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池における集電端子構造に関する。詳しくは、本発明は、電池が備える電極体の集電箔と電気的に接続される集電端子の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、リチウムイオン二次電池等の電池は、パソコン、携帯端末等のポータブル電源や、電気自動車（ＥＶ）、ハイブリッド自動車（ＨＶ）、プラグインハイブリッド自動車（ＰＨＶ）等の車両駆動用電源などに好適に用いられている。
【０００３】
リチウムイオン二次電池等の電池について、電極体が集電端子を介して電極端子と電気的に接続されている構成が知られている（例えば、特許文献１参照）。このような構成では一般的に、電極体と集電端子とは、電極体の集電箔と集電端子とが溶接されることにより接合されている。溶接は、電極体の集電箔と集電端子とを圧接した状態で行われる。集電端子は通常、長尺平板状をしているため、このときの圧力によって集電端子が変形するおそれがある。集電端子の変形は、位置ずれなどの溶接不良や電極体を電池ケースに挿入する際の作業性の低下を招くために好ましくない。そのため特許文献１では、この変形を抑制するために、長尺平板状の集電端子の長辺端部分に曲部を形成して集電端子の剛性を向上させることが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−０２６７０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、電池はその普及に伴い、さらなる高出力化が望まれている。電池を高出力化するには、集電端子と電極体の集電箔との接合面の面積を小さくすることが有効である。そのためには、集電端子の端子幅が小さいことが望ましい。しかしながら、特許文献１の記載の技術では、端子幅が小さくなると、集電端子の先端部に曲げ加工を施すことが困難となる。そのため、特許文献１に記載の方法により集電端子に十分な剛性を与えることが困難となる。したがって、新たな方法により剛性が高められることによって、電極体の集電箔との圧接時の変形を抑制できる集電端子の開発が望まれている。
【０００６】
そこで本発明の目的は、端子幅が小さくても、電極体の集電箔との圧接時の変形を抑制できる集電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】
【０００７】
ここに開示される集電端子の構造は、電極体の集電箔と接合される集電端子の構造である。前記集電端子の前記集電箔との接合面側は、前記集電箔と接合性を有する金属材料で構成されている。前記集電端子の前記接合面とは反対の面側は、前記集電箔と接合性を有する前記金属材料よりも剛性の高い材料で構成されているか、または、前記集電端子の内部は、前記集電箔と接合性を有する前記金属材料よりも剛性の高い材料で構成されている。
このような構成によれば、集電端子の集電箔との接合面以外に剛性の高い材料を配置することにより、集電端子の剛性を高めることができる。したがって、端子幅が小さくても、電極体の集電箔との圧接時の変形を抑制できる集電端子が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態に係る集電端子構造を説明するための概略図である。
【図２】正極集電端子の外形を示す側面図である。
【図３】正極集電端子と正極集電箔との接合部近傍の模式断面図である。
【図４】溶接時の圧接操作を模式的に示す概略図である。
【図５】本発明の実施形態の第１の変形例で用いられる集電端子の構造を示す側面図である。
【図６】本発明の実施形態の第２の変形例で用いられる集電端子の構造を示す側面図である。
【図７】本発明の実施形態の第３の変形例で用いられる集電端子の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、図面を参照しながら、本発明による実施の形態を説明する。なお、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄（例えば、本発明を特徴付けない集電端子構造の一般的な構成および製造プロセス）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。また、以下の図面においては、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付して説明している。また、各図における寸法関係（長さ、幅、厚さ等）は実際の寸法関係を反映するものではない。
【００１０】
以下、ここで開示される集電端子構造を含む電池の実施形態として、リチウムイオン二次電池を例にして説明するが、本発明の適用対象をかかる電池に用いられるものに限定することを意図したものではない。本明細書において「電池」とは、電気エネルギーを取り出し可能な蓄電デバイス一般を指す用語であって、一次電池、二次電池等を含む概念である。「二次電池」とは、リチウムイオン二次電池、金属リチウム二次電池、ナトリウム二次電池、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池等のいわゆる蓄電池（いわゆる化学電池）のほか、電気二重層キャパシタ等のキャパシタ（いわゆる物理電池）をも包含する概念である。
【００１１】
図１は、本発明の一実施形態に係る集電端子構造を説明するための概略図である。図１に示すように、正極集電端子１０および負極集電端子２０は、蓋体３０に取り付けられている。蓋体３０は、開口部を有するケース本体（図示せず）と共にリチウムイオン二次電池の電池ケースを構成し、蓋体３０は、ケース本体の開口部を塞ぐ。蓋体３０は、アルミニウム製であり、その他の金属製や樹脂製であってもよい。
【００１２】
正極集電端子１０および負極集電端子２０は、電極体４０に接合されている。電極体４０は、長尺状の正極シート５０、長尺状の負極シート６０、および長尺状のセパレータシート７０との積層体が捲回された構成を有する。したがって電極体４０は、ここでは捲回電極体であるが、これに限られない。よって例えば、電極体４０は積層型電極体であってもよい。
【００１３】
正極シート５０は、長尺状の正極集電箔５２の片面または両面（ここでは両面）に長手方向に沿って正極活物質層５４が形成された構成を有する。正極集電箔５２は、ここではアルミニウム箔またはアルミニウム合金箔であるが、正極集電箔５２の材質は特に制限されない。正極活物質層５４は、例えばリチウム遷移金属複合酸化物等の正極活物質を含む。正極シート５０の端部には、正極活物質層５４が形成されずに正極集電箔５２が露出した部分（すなわち、正極活物質層非形成部分）５２ａが設けられている。
【００１４】
負極シート６０は、長尺状の負極集電箔６２の片面または両面（ここでは両面）に長手方向に沿って負極活物質層６４が形成された構成を有する。負極集電箔６２は、ここでは銅箔または銅合金箔であるが、負極集電箔６２の材質は特に制限されない。負極活物質層６４は、例えば黒鉛等の負極活物質を含む。負極シート６０の端部には、負極活物質層６４が形成されずに負極集電箔６２が露出した部分（すなわち、負極活物質層非形成部分）６２ａが設けられている。
【００１５】
正極活物質層非形成部分５２ａおよび負極活物質層非形成部分６２ａはそれぞれ、電極体４０の捲回軸方向の端部において、正極活物質層５４、負極活物質層６４およびセパレータシート７０が重なった部分より外方に向かって伸長している。正極活物質層非形成部分５２ａにおいて、正極集電端子１０と正極集電箔５２とが、例えば溶接により接合され、電気的に接続されている。負極活物質層非形成部分６２ａにおいて、負極集電端子２０と負極集電箔６２とが、例えば溶接により接合され、電気的に接続されている。
【００１６】
図２に、正極集電端子１０の外形を示す。図３に、正極集電端子１０と正極集電箔５２との接合部近傍を模式的に示す。正極集電端子１０は、接合面１０ａにおいて、電極体４０の正極活物質層費形成部分５２ａ（すなわち、正極集電箔５２）と接合されている。正極集電端子１０の接合面１０ａの側は、正極集電箔５２と接合性を有する金属材料で構成されている。正極集電箔５２と接合性を有する金属材料は、例えば、超音波溶接、抵抗溶接等により接合を可能にする材料であり、その具体的な材料については下記の表１に示す。
【００１７】
一方、正極集電端子１０の接合面１０ａとは反対の面１０ｂの側には、補強部材１２が備えられている。補強部材１２は、上記の正極集電箔５２と接合性を有する金属材料よりも剛性の高い材料で構成されている。このようにして、正極集電端子１０の接合面１０ａとは反対の面１０ｂの側が、正極集電箔５２と接合性を有する金属材料よりも剛性の高い材料で構成されている。補強部材１２は、正極集電端子１０の接合面１０ａとは反対の面１０ｂの側にあるため、補強部材１２は、正極集電端子１０と正極集電箔５２とを接合する際に、圧力が印加される位置を含むように配置されている。補強部材１２は、例えば、クラッド等の圧接、溶接、ろう付けなどにより取り付けられていてよい。補強部材１２を構成する材料は、正極集電箔５２と接合性を有する金属材料と異種材であってよく、同じ金属元素を含有するが異なる組成の合金であってもよい。補強部材１２の具体的な構成材料については下記の表１に示す。
【００１８】
図４に、溶接時の圧接操作を模式的に示す。図示されるように、正極集電端子１０と正極集電箔５２とを接合する際には、溶着装置８０により、正極集電端子１０と正極集電箔５２とは挟み込まれて圧接される。ここで、本実施形態においては、正極集電端子１０の正極集電箔５２との接合面１０ａ以外に剛性の高い材料で構成された補強部材１２を配置することにより、正極集電端子１０の剛性が高められている。補強部材１２は、正極集電端子１０と正極集電箔５２とが圧接される際の、圧力が印加される位置を含むように配置されているため、電極体４０の正極集電箔５２との圧接時の塑性変形が抑制される。このようにして、正極集電端子１０は、その端子幅が小さい場合でも、電極体４０の正極集電箔５２との圧接時の塑性変形が抑制される。
その一方で、正極集電端子１０の接合面１０ａの側を正極集電箔５２と接合性を有する金属材料で構成することにより、正極集電端子１０と正極集電箔５２との電気的接続が確保されている。
【００１９】
負極集電端子２０も、構成材料以外は正極集電端子１０と同様の構造を有し、負極集電端子２０は、その端子幅が小さい場合でも、電極体４０の負極集電箔６２との圧接時の変形が抑制されるという効果を奏する。負極集電端子２０の構造は、正極集電端子１０と同様であるからその説明は省略し、負極集電端子２０の具体的な構成材料については下記の表１に示す。
【００２０】
上記の正極集電端子１０および負極集電端子２０を実現する、集電箔の構成材料、集電端子の集電面側の構成材料、および集電端子の補強部材の構成材料の好適な組み合わせの具体例を、以下の表に示す。なお、表の内容は例示であり、集電箔の構成材料、集電端子の集電面側の構成材料、および集電端子の補強部材の構成材料は、これに限定されるものではない。
【００２１】
【表１】
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【００２２】
図３の例では、正極集電端子１０の端部（下端部）まで補強部材１２が配置されている。しかしながら、補強部材１２の位置は、正極集電端子１０と正極集電箔５２とを接合する際に圧力が印加される位置を含むように配置されている限り、特に制限はない。そこで以下、正極集電端子の変形例ついて説明する。
【００２３】
図５に、正極集電端子の第１の変形例を示す。第１の変形例の正極集電端子１１０においては、正極集電端子１１０の接合面１１０ａとは反対の面１１０ｂの側には、補強部材１１２が備えられている。正極集電端子１１０の接合面１１０ａ側は、正極集電箔５２と接合性を有する金属材料から構成されている。補強部材１１２は、この正極集電箔５２と接合性を有する金属材料よりも剛性の高い材料で構成されている。補強部材１１２は、正極集電端子１１０の端部まで配置されていないが、正極集電端子１１０と正極集電箔５２とを接合する際に圧力が印加される位置を含む。このように接合部近傍にのみ補強部材１１２を配置する構成でも、電極体４０の正極集電箔５２との圧接時の正極集電端子１１０の変形を抑制することができる。
【００２４】
図６に、正極集電端子の第２の変形例を示す。第２の変形例の正極集電端子２１０においては、正極集電端子２１０の接合面２１０ａとは反対の面２１０ｂの側には、補強部材２１２が備えられている。正極集電端子２１０の接合面２１０ａ側は、正極集電箔５２と接合性を有する金属材料から構成されている。補強部材２１２は、この正極集電箔５２と接合性を有する金属材料よりも剛性の高い材料で構成されている。補強部材１１２は、正極集電端子２１０の接合面２１０ａを含む面とは反対の面２１０側の全体にわたって設置されている。このように正極集電端子２１０全体が積層構造となるように補強部材１１２を配置する構成でも、電極体４０の正極集電箔５２との圧接時の正極集電端子２１０の変形を抑制することができる。
【００２５】
図７に、正極集電端子の第３の変形例を示す。第３の変形例の正極集電端子３１０においては、内部に補強部材３１２が配置されている。正極集電端子３１０の接合面３１０ａ側は、正極集電箔５２と接合性を有する金属材料から構成されている。補強部材３１２は、上記の正極集電箔５２と接合性を有する金属材料よりも剛性の高い材料で構成されている。補強部材３１２は、正極集電端子３１０と正極集電箔５２とを接合する際に圧力が印加される位置を含むように配置されている。このような構成によっても、正極集電端子３１０の接合面３１０aの側を、正極集電箔５２と接合性を有する金属材料で構成することにより、正極集電端子３１０と正極集電箔５２との電気的接続を確保することができる。そして、正極集電端子３１０の正極集電箔５２との接合面１０ａ以外に剛性の高い材料を配置することにより、正極集電端子３１０の剛性を高めることができる。したがって、正極集電端子３１０は、その端子幅が小さい場合でも、電極体４０の正極集電箔５２との圧接時の塑性変形が抑制される。
【００２６】
なお、本実施形態においては、２つ以上の補強部材を重ね合わせて使用した多層構造を採用することもできる。
【００２７】
また、表１に記載された、集電箔の構成材料、集電端子の集電面側の構成材料、および集電端子の補強部材の構成材料の組み合わせにおいては、集電面側がアルミニウム／アルミニウム合金であり、補強部材が銅／銅合金である組み合わせ以外は、集電端子の集電面側の構成材料よりも補強部材の方が、抵抗が大きい。このように、集電端子の集電面側の構成材料よりも補強部材の方が抵抗が大きい場合には、抵抗溶接する際の圧力による集電端子の変形を抑制することができる。
【００２８】
したがって、別の側面から、ここに開示される集電端子の構造は、電極体の集電箔と接合される集電端子の構造であって、当該集電端子の当該集電箔との接合面側は、当該集電箔と接合性を有する金属材料で構成されており、かつ当該集電端子の当該接合面とは反対の面側は、当該集電箔と接合性を有する当該金属材料よりも抵抗の高い材料で構成されているか、または、当該集電端子の内部は、当該集電箔と接合性を有する当該金属材料よりも抵抗の高い材料で構成されている、集電端子の構造である。
【００２９】
上記の実施形態では、集電端子の集電箔との接合面以外により剛性の高い材料で構成された補強部材を配置したが、この集電端子構造の実施形態では、補強部材に代えて、集電端子の集電箔との接合面以外により抵抗の高い材料で構成された抵抗部材を配置すればよい。上述のように、集電端子の集電面側の構成材料、および集電端子の抵抗部材の構成材料の好適な組み合わせの具体例は、集電面側がアルミニウム／アルミニウム合金であり、補強部材が銅／銅合金である組み合わせ以外は、表１に示した集電端子の集電面側の構成材料、および集電端子の補強部材の構成材料の好適な組み合わせの具体例と同じである。また、集電面側が銅（Ｃ１１００）の場合には、抵抗部材に黄銅、青銅、真鍮などの銅合金を用いてもよい。
【００３０】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、請求の範囲を限定するものではない。請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
【符号の説明】
【００３１】
１０    正極集電端子
１２    補強部材
２０    負極集電端子
３０    蓋体
４０    電極体
５０    正極シート
５２    正極集電箔
５２ａ  正極活物質層非形成部分
５４    正極活物質層
６０    負極シート
６２    負極集電箔
６２ａ  負極活物質層非形成部分
６４    負極活物質層
７０    セパレータシート
【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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【図７】
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