(57)【要約】【課題】組立工数及び部品点数が少なくコスト低下を図れるとともに量産性に優れ、また単電池当たりの内部抵抗を低減して高出力が得られる電池及び組電池を提供する。【解決手段】一端に正極板の芯材が露出し、他端に負極板の芯材がそれぞれ露出してなる極板群と、底面が極板群の何れか一方の端面に接続されて電極端子となる有底筒状の外装ケースと、極板群の他方の端面に接続された正極端子と、外装ケースに固定された蓋体とを備え、正極端子に他の電池の外装ケースの底部に接合した負極端子を連結させる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極板と負極板をセパレータを介して対向させ、一方の端面に正極板の芯材が露出し、他方の端面に負極板の芯材が露出している極板群と、前記極板群の何れか一方の端面に接続された集電板と、前記極板群が挿入され底面に前記集電板が接続されて一方の電極端子となる有底筒状の外装ケースと、極板群内部に含浸された電解液と、前記極板群の他方の端面に接続された他方の電極端子と、外装ケースに固定された蓋体とからなり、蓋体には内部圧力の上昇に応じて内部ガスの放出を行う防爆手段と、電極端子と蓋体をシールするシール手段と、電極端子と蓋体を固定する固定手段を設けた電池。
【請求項２】
一方の電極端子と集電板が一体となった請求項１記載の電池。
【請求項３】
有底筒状の外装ケースの外側に溶接接合された電極端子と、極板群の他方の端面に直接接続された電極端子にねじ部を有した請求項１記載の電池。
【請求項４】
有底筒状の外装ケースに溶接接合された電極端子外周と、極板群の端面に直接接続された電極端子外周にＤカットを設けた請求項３記載の電池。
【請求項５】
請求項１から４の何れかに記載の電池を接続した組電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電池に関し、特に複数の電池の一端と他端を順次接続した組電池を構成するのに好適な電池及びその組電池である。
【０００２】
【従来の技術】
近年、地球環境問題から電気自動車やハイブリッド車に期待が高まり、その電源としての二次電池に対して、小型・軽量化と共に高容量化・高出力化が望まれており、単電池を複数個直列に接続した状態の組電池が用いられている。
【０００３】
上記二次電池の一例であるリチウムイオン電池の構成を、図６を参照して説明する。２１は正極集電体２２ｂに正極材料２２ａを塗着させた正極板２２と負極集電体２３ｂに負極材料２３ａを塗着させた負極板２３とをセパレータ２４を介して渦巻き状に巻回された極板群である。２５、２６は極板群２１の両端面に接合された正極集電板及び負極集電板である。正極集電板２５には正極タブ２５ａが溶接されている。
【０００４】
この極板群２１は電解液とともに外装ケース２７に収容され、負極集電板２６が外装ケース２７の内底面に抵抗溶接され、外装ケース２７が電池の負極端子となる。２８は中央部に穴２８ａを有する蓋体で、その内部にＯリング２９、防爆弁体３０、スペーサ３１、キャップ３２を挿入後外周のかしめ部２８ｂをかしめて一体化されている。防爆弁体３０はアルミ箔からなる薄膜状のものであり、電池内圧が所定圧以上に上昇したときにはスペーサ３１の穴３１ａ部より破断して電池内部のガスを外部に排出するように構成されている。この蓋体２８に正極タブ２５ａが溶接され、極板群２１からの電流は蓋体２８のかしめ部２８ｂからキャップ３２に通電され、キャップ３２が電池の正極端子となる。２７ａは蓋体２８の位置決めを行う溝で、外装ケース２７を塑性加工して形成されている。３３は外装ケース２７と蓋体２８の間に介装されたガスケットであり、両者を絶縁するとともに、蓋体２８を挟持するように外装ケース２７の開口部２７ｂをかしめることによりシール機能も有している。
【０００５】
さらに、接続体３５は有底小径筒部３６と段部３７と大径筒部３８を有する段付き椀状のプレス成形品にて構成されている。その底面にキャップ３２の接続突部が貫通する穴３９が形成されてキャップ３２上に当接されるとともにその底面に形成された複数のプロジェクションにてキャップ３２に溶接点４０で抵抗溶接されている。大径筒部３８には外装ケース２７の底部が挿入嵌入されて段部３７上に当接されて保持されるとともに大径筒部３８に形成された複数のプロジェクションにて外装ケース２７に溶接点４１で抵抗溶接されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１０−１０６５３３号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の従来の電池及び組電池の構成では、電池の蓋体２８とは別部品の接続体３５を用いて電池間の接続を行っているので、組電池の組立を行った後、接続体３５を組み付け、他の電池を接続するという工程が必要となり、部品点数及び組立工数が多くコスト高になるとともに、量産性も劣るという問題がある。
【０００８】
また、電池間の電流経路が、極板群２１から正極集電板２５、正極タブ２５ａ、蓋体２８、キャップ３２、接続体３５、外装ケース２７、負極集電板２６を経て極板群２１に接続されており、単電池間の電流経路が長くかつそれらの間の接続箇所が多いために抵抗値が大きくなり、単電池当たりの内部抵抗が大きくなって電池の長寿命化と大出力化に対して大きな阻害要因となるという問題があった。
【０００９】
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、組立工数及び部品点数が少なくコスト低下を図れるとともに量産性に優れ、また単電池当たりの内部抵抗を低減して高出力が得られる電池及び組電池を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、正極板と負極板をセパレータを介して構成され、一方の端面に正極板の芯材が露出し、他方の端面に負極板の芯材が露出している極板群と、前記極板群の何れか一方の端面に接続された集電板と、前記極板群が挿入され底面に前記集電板が接続されて一方の電極端子となる有底筒状の外装ケースと、極板群内部に含浸された電解液と、前記極板群の他方の端面に接続された他方の電極端子と、外装ケースに固定された蓋体とからなり、蓋体には内部圧力の上昇に応じて内部ガスの放出を行う防爆手段と、電極端子と蓋体をシールするシール手段と、電極端子と蓋体を固定する固定手段を設けた電池である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の電池は、正極板と負極板をセパレータを介して構成され、一方の端面に正極板の芯材が露出し、他方の端面に負極板の芯材が露出している極板群と、前記極板群の何れか一方の端面に接続された集電板と、前記極板群が挿入され底面に前記集電板が接続されて一方の電極端子となる有底筒状の外装ケースと、極板群内部に含浸された電解液と、前記極板群の他方の端面に接続された他方の電極端子と、外装ケースに固定された蓋体とからなり、蓋体には内部圧力の上昇に応じて内部ガスの放出を行う防爆手段と、電極端子と蓋体をシールするシール手段と、電極端子と蓋体を固定する固定手段を設けたものであり、極板群に電極端子が直接接続されているので、電池内を接続するために従来用いていた別部品の正極タブが不要となり、組立工数及び部品点数が少なくなり、コスト低下を図れるとともに量産性に優れ、また単電池当たりの内部抵抗も減少し、内部抵抗を低減した高出力の電池が得られる。
【００１２】
また、有底筒状の外装ケースに溶接接合された電極端子と、極板群の他方の端面に直接接続された電極端子にねじ部を有しているので、一方のねじ部を雄ねじ、他方のねじ部を雌ねじにすることにより接続ができ、容易に複数の電池を接続することができる。
【００１３】
また、有底筒状の外装ケースに溶接接合された電極端子外周と、極板群の端面に直接接続された電極端子外周にＤカットを設けることによりトルクレンチ等が使用でき、複数の電池の接続を所定の荷重で安定して締結できる。
【００１４】
なお、Ｄカットとは、円筒の外周部を円の中心線と平行に一定距離で削除したものである。
【００１５】
また、複数の電池において、一方の電池の外装ケース底部を、他方の電池の電極端子の接続部に嵌合させ、その嵌合部を溶接して相互に接続することにより、電池間の電流経路が短くかつ接続箇所が少ないため、単電池当たりの内部抵抗が小さくて高出力の組電池を得ることができる。
【００１６】
また、複数の電池を、一方の電池の外装ケース底部に溶接接合されたねじ部を有した電極端子と、他方の電池の電極端子にねじ固定して相互に接続することにより、作業性が良く信頼性の高い接続を実現でき電池接続部の内部抵抗が小さくて高出力の組電池を得ることができる。
【００１７】
以下、本発明の電池及び組電池をリチウムイオン電池に適用した一実施形態について、図１〜図４を参照して説明する。
【００１８】
図１において、１は単電池で、外装ケース２内に極板群３を電解液（ポリエチレンカーボネート（ＰＣ）溶液）とともに収容し、蓋体４にて封止して構成されている。外装ケース２は、耐電解液特性を有するステンレス板から成る有底円筒状の深絞り成形品にて構成されている。
【００１９】
なお、外装ケースは耐電解液特性を有するものであればよく、上記以外にもニッケルメッキ板、アルミニウム板等を用いることができる。
【００２０】
極板群３は、正極板と負極板をセパレータを介して巻回して構成され、その上側の端面には正極板の芯材が、下側の端面には負極板の芯材がそれぞれ合剤が塗布されずに露出されている。
【００２１】
正極板は、アルミニウム箔からなる芯材の両面に正極活物質としてコバルト酸化物リチウムと結着剤としてのポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を含む正極材料を塗着して構成されている。
【００２２】
なお正極活物質としては、コバルト酸リチウムの他に、ニッケル酸リチウム、マンガン酸リチウムなどのリチウム含有遷移金属複合酸化物（他の元素が添加された場合も含む）が用いられる。
【００２３】
負極板は、銅箔からなる芯材の両面に負極活物質としての（グラファイト）と結着剤としてのＰＶＤＦを含む負極材料を塗着して構成されている。
【００２４】
なお負極活物質としてはグラファイトの他に、石油コークス類、炭素繊維などの炭素質材料や合金などが用いられる。
【００２５】
なお、図１では円筒形の外装ケース２に巻回した極板群３を収容した例を示したが、直方体状の外装ケースに平板状の正極板と負極板をセパレータを介して積層した極板群を収容してもよい。
【００２６】
電解液としては、溶質として６フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ6）、ホウフッ化リチウム（ＬｉＢＦ4）などのリチウム塩、溶媒としてエチレンカーボネイト（ＥＣ）、プロピレンカーボネイト（ＰＣ）、ビニレンカーボネート（ＶＣ）、ガンマブチロラクトン（ＧＢＬ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネイト（ＤＥＣ）、エチルメチルカーボネイト（ＥＭＣ）などの非水溶媒などを用い、この溶媒に溶質を溶解したものを使用する。
【００２７】
外装ケース２の開口部１４は図４（ａ）に示すように、予め外径を広げる加工がされておりケース２の外径が部分的に大きくなっている、さらに外装ケース２底面中央部には負極端子５に配した凸部６を介しプロジェクション抵抗溶接にて接続されている。
【００２８】
極板群３の下側の端面に露出している負極芯材には負極集電板１３が溶接にて接合され、さらに極板群３の上側の端面に露出している正極芯材には集電機能を有した正極端子８が溶接されている。
【００２９】
そしてその状態で極板群３を外装ケース２内に収容した後、負極集電板１３の中央部と外装ケース２の底面中央部７とが外装ケース２の外側よりレーザ溶接されている。極板群３の端面に露出している正極芯材と集電機能を有した正極端子８の溶接は、正極端子８の周方向の複数箇所に中心部から延びる突部８ａを突出形成し、この正極端子８を極板群３の端面に押し付けることで突部８ａを正極芯材に密着させた状態で溶接されている。
【００３０】
さらに、極板群３の他方の端面に露出している負極芯材と負極集電板１３の溶接は、負極集電板１３の周方向複数箇所に中心部から延びる突部１３ａを突出形成し、この負極集電板１３を極板群３の端面に押し付けることで突部１３ａを負極芯材に密着させた状態で溶接されている。
【００３１】
なお溶接方法としては、レーザー溶接の他に、電子ビーム溶接などが挙げられる。
【００３２】
正極端子８は図２に示すように、端子中央にシール手段であるＯリング９を設置する凹部８ｄを有している。なお、シール手段としては角リング、Ｄリング、Ｘリングを用いることができる。
【００３３】
蓋体４は、図１に示されるように、内部圧力の上昇に応じて内部ガスの放出を行う安全弁１１がかしめ固定されており、正極端子８は蓋体４を固定するＥリング１０を挿入固定する溝８ｂを有している。
【００３４】
また、蓋体４の外周には電気絶縁性とシール性を有するガスケット１２が配されている。
【００３５】
以上の構成の電池１の作製に際しては、外装ケース２は開口部１４に部分的に予め外径を広げる加工がされており、さらに、外装ケース２の底面外側には負極端子５が溶接接合されている。
【００３６】
この外装ケース２に正極端子８と負極集電板１３が溶接接合された極板群３を挿入して収容し、図１に示すように負極集電板１３に外装ケース２の底面が上部となるように設置した後、外装ケース２の底面中央部７を溶接にて接合する。
【００３７】
そして、正極端子が上部となるように設置し、外装ケース２開口部から所定量の電解液を注入し極板群３に含浸させ、その後凹部８ｄにシール手段９を設置する。
【００３８】
また、外装ケース２の開口部１４にガスケット１２を嵌合配置した後、蓋体４を正極端子８に挿入し荷重を蓋体４に加えながらＥリング１０を正極端子８の溝８ｂに載置する。その後、図４（ｂ）に示すように、外装ケース２開口部端部を金型により変形させかしめる。
【００３９】
次いで外装ケース２に予め外径を広げる加工を施した開口部を電池を金型に通し、外装ケース２の元の外径まで開口部の外径を縮め、ガスケット１２が圧縮変形されることによりシール性が確保され電池１が完成する。
【００４０】
以上の構成の電池１を複数個直列接続して、図５に示すように、組電池１６が構成されている。この組電池１６を組み立てる際には、図５に示すように、一方の電池１の外装ケース２の底部に抵抗溶接された負極端子に他方の正極端子を挿入嵌合し、レーザー溶接して締結する。
【００４１】
なお、負極端子と正極端子にねじを有し、この負極端子と正極端子の外周にＤカットを設けることにより、さらに安定した締結ができる。
【００４２】
以上の実施形態によれば、正極端子を極板群３に直接接続しているので、正極タブ等の部品が不要となり、組立工数及び部品点数が少なくなり、コスト低下を図れるとともに量産性に優れ、また単電池当たりの内部抵抗も減少し、内部抵抗を低減した高出力の電池１が得られる。
【００４３】
また、外装ケース２に溶接接合されたねじ部を有した負極端子５と、極板群３の他方の端面に直接接続された正極端子８にねじ部を有しているので、電池と電池の連結の際確実な接続ができる。
【００４４】
また、負極端子５と正極端子８の外周にＤカットを設けることにより、トルクレンチ等でさらに作業性良く信頼性の高い接続を実現できる。
【００４５】
また、電池１と別の電池を連結する際、負極端子５と正極端子８はねじ締結とすることにより、締結時のトルク管理だけでよく、さらに作業性良く信頼性の高い接続された組電池が得られる。
【００４６】
なお、正極端子８と負極端子５にねじ加工したもの以外にも、正極端子８が柱状で負極端子５が穴状として、両端子を嵌合させた後接合部を密着させて溶接接合してもよい。
【００４７】
また、以上の説明では正極電極８を正極側に、外装ケース２を負極側としたが、正負極を逆にして、正極電極８側を負極側に外装ケース２を正極側としてもよく、その場合は外装ケース２がアルミニウムまたはアルミニウム合金製となる。
【００４８】
また、以上の実施形態では、電池１がリチウムイオン電池から成る例についてのみ説明したが、本発明はニッケル水素電池等、その他の構成の電池にも適用することで同様の作用効果を得ることができる。
【００４９】
【発明の効果】
本発明の電池によれば、以上のように正極端子を極板群に直接接続しているので、正極タブ等の部品が不要となり、組立工数及び部品点数が少なくなり、コスト低下を図れるとともに量産性に優れ、また単電池当たりの内部抵抗も減少し、内部抵抗を低減した高出力の電池が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の電池の断面図
【図２】同実施形態の電池の正極端子の斜視図
【図３】同実施形態の電池の分解斜視図
【図４】（ａ）同実施形態の電池の封口加工前の外装ケース開口部断面図
（ｂ）同実施形態の電池の封口加工後の外装ケース開口部断面図
【図５】同実施形態の組電池の縦断面図
【図６】同従来例の電池を接続した組電池における接続部の縦断面図
【符号の説明】
１    電池
２    外装ケース
３    極板群
４    蓋体
５    負極端子
８    正極端子
１０  Ｅリング
１１  安全弁
１２  ガスケット
１３  負極集電板
１４  拡缶部
１６  組電池
【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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