(57)【要約】  二次電池は、正極板及び負極板を備えた電極体と、開口部を有し、電極体を収納した電池ケースと、開口部を封口する封口体と、封口体の内側に設けられ、正極板又は負極板に接続された内部端子と、封口体の外側に設けられ、内部端子に接続された外部端子とを備え、外部端子は、封口体を貫通して形成されたリベットを有し、内部端子は、第１金属からなる第１部分と、第２金属からなる第２部分とを有し、外部端子は、第２金属からなるとともに、リベットにおいて、内部端子の第２部分に接合されている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極板及び負極板を備えた電極体と、
開口部を有し、前記電極体を収納した電池ケースと、
前記開口部を封口する封口体と、
前記封口体の内側に設けられ、前記正極板又は前記負極板に接続された内部端子と、
前記封口体の外側に設けられ、前記内部端子に接続された外部端子と
を備えた二次電池であって、
前記外部端子は、前記封口体を貫通して形成されたリベットを有し、
前記内部端子は、第１金属からなる第１部分と、第２金属からなる第２部分とを有し、
前記外部端子は、第２金属からなるとともに、前記リベットにおいて、前記内部端子の前記第２部分に接合されている、二次電池。
【請求項２】
前記封口体の内側において、前記リベット及び前記第１部分が露出している部位に、耐電解液性の絶縁部材が覆われている、請求項１に記載の二次電池。
【請求項３】
前記内部端子は、前記正極板又は前記負極板に設けられた第１金属からなるタブを介して、前記正極板又は前記負極板に接続されている、請求項１または２に記載の二次電池。
【請求項４】
前記外部端子は、前記リベットに接続され、前記封口体の外部に設けられたバスバー接続用端子をさらに有している、請求項１または２に記載の二次電池。
【請求項５】
前記正極板及び前記負極板のうち一方の極板に接続された一方の内部端子は、第１金属からなる第１部分と、第２金属からなる第２部分とを有し、
前記一方の内部端子に接続された一方の外部端子は、第２金属からなるとともに、前記リベットにおいて、前記一方の内部端子の前記第２部分に接合されており、
前記正極板及び前記負極板のうち他方の極板に接続された他方の内部端子は、第２金属からなり、
前記他方の内部端子に接続された他方の外部端子は、第２金属からなるとともに、前記リベットにおいて、前記他方の内部端子に接合されている、請求項１または２に記載の二次電池。
【請求項６】
前記一方の極板は、正極板であり、
前記第１金属は、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなり、前記第２金属は、銅または銅合金からなる、請求項５に記載の二次電池。
【請求項７】
前記一方の極板は、負極板であり、
前記第１金属は、銅または銅合金からなり、
前記第２金属は、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる、請求項５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、二次電池の電極構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の二次電池を電気的に直列に接続して組電池を構成する場合、一方の二次電池の正極外部端子と、他方の二次電池の負極外部端子とが、バスバーで溶接されている。このとき、正極外部端子と負極外部端子とが異種金属で構成されている場合、単一種のバスバーを用いて、正負極の外部端子に溶接すると、どちらか一方の外部端子で、異種金属どうしの溶接が生じる。しかしながら、異種金属どうしの溶接は、材料の組み合わせにより困難な場合がある。例えば、負極外部端子が銅で構成され、正極外部端子がアルミニウムで構成されている場合、銅で構成されたバスバーを正極外部端子に溶接すると、溶接部の信頼性が著しく低下する畏れがある。【０００３】
このような問題に対して、特許文献１には、正負極のいずれか一方の外部端子を、正極外部端子と同種の金属材と、負極外部端子と同種の金属材とが合わされたクラッド構造にすることが開示されている。これにより、正負極の外部端子のバスバーが接合する面を、バスバーと同じ金属材にすることができる。その結果、並列された二次電池の正極外部端子と負極外部端子とを、単一種のバスバーを用いて溶接することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−１２３９４６号公報
【発明の概要】
【０００５】
電池ケースの封口体の外側に配された外部端子は、封口体を貫通して設けられたリベットを介して、封口体の内側に配された内部端子（集電体）に接続され、さらに、内部端子は、正極板及び負極板に設けられたタブを介して、それぞれ、正極板及び負極板に接続されている。すなわち、正極板及び負極板から、それぞれの極性の外部端子に至る電流経路を構成する各部材（タブ、内部端子、及びリベット）は、同種金属で構成され、通常、正極側の電流経路を構成する各部材は、アルミニウムまたはアルミニウム合金（以下、単に「アルミニウム」という）で構成され、負極側の電流経路を構成する各部材は、銅または銅合金（以下、単に「銅」という）で構成されている。
【０００６】
しかしながら、アルミニウムは、銅に比べて、電気抵抗が高く、熱伝導率が低いため、特に、正極側のリベットをアルミニウムで構成した場合、以下のような問題が生じる。
【０００７】
リベットは、封口体に形成された貫通孔を貫通して、ガスケットを介して、封口体にかしめ固定されている。そのため、リベットのかしめ部は薄肉になって、電気抵抗が高くなり、高温になりやすい。また、アルミニウムは熱伝導率が低いため、放熱速度が遅い。そのため、リベットのかしめ部近傍にあるガスケットに、熱的ダメージが加わるという問題が生じる。特に、高容量の電池を急速充電する場合、このような熱的ダメージの問題がより顕著になる。
【０００８】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたもので、その主な目的は、並列された二次電池の正極外部端子と負極外部端子とを、単一種のバスバーを用いて溶接することができ、かつ、電流経路での発熱を抑制し、ガスケットへの熱的ダメージを低減した二次電池を提供することにある。
【０００９】
本発明の係る二次電池は、正極板及び負極板を備えた電極体と、開口部を有し、電極体を収納した電池ケースと、開口部を封口する封口体と、封口体の内側に設けられ、正極板又は負極板に接続された内部端子と、封口体の外側に設けられ、内部端子に接続された外部端子とを備え、外部端子は、封口体を貫通して形成されたリベットを有し、内部端子は、第１金属からなる第１部分と、第２金属からなる第２部分とを有し、外部端子は、第２金属からなるとともに、リベットにおいて、内部端子の第２部分に接合されている。
【００１０】
本発明によれば、並列された二次電池の正極外部端子と負極外部端子とを、単一種のバスバーを用いて溶接することができ、かつ、電流経路での発熱を抑制し、ガスケットへの熱的ダメージを低減した二次電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態における二次電池の構成を模式的に示した図である。
【図２】正極内部端子の構成を模式的に示した図で、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図である。
【図３】図１に示した二次電池において、正極側の電極構造を拡大して示した図である。
【図４】本発明の他の実施形態における二次電池において、負極側の電極構造を拡大して示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。また、本発明の効果を奏する範囲を逸脱しない範囲で、適宜変更は可能である。
【００１３】
図１は、本発明の一実施形態における二次電池１００の構成を模式的に示した図である。
【００１４】
図１に示すように、本実施形態における二次電池１００では、発電要素である電極体１２が電解液とともに、電池ケース１０に収納されている。また、電池ケース１０の開口部は、封口体１１で封口されている。ここで、電極体１２は、正極板及び負極板がセパレータ（何れも不図示）を介して積層または巻回された構造をなしている。
【００１５】
正極板は、正極芯体表面に正極活物質を含む正極活物質層が設けられている。負極板は、負極芯体表面に負極活物質を含む負極活物質層が設けられている。また、正極板及び負極板の一側部から、それぞれ、正極芯体からなる正極タブ２０、及び負極芯体からなる負極タグ３０が、封口体１１側に延出している。なお、正極芯体は、アルミニウムで構成され、負極芯体は、銅で構成されている。
【００１６】
封口体１１の内側には、絶縁板２４、３４を介して、それぞれ、正極内部端子２１及び負極内部端子３１が設けられている。また、正極タブ２０及び負極タブ３０は、それぞれ、例えば、超音波接合またはレーザ溶接により、正極内部端子２１及び負極内部端子３１に接続されている。
【００１７】
封口体１１の外側には、正極外部端子２２、２３、及び負極外部端子３２、３３が設けられている。なお、本実施形態では、封口体１１を貫通して形成された正極リベット２２と、正極リベット２２に接続され、封口体１１の外部に設けられたバスバー接続用端子２３とで、正極外部端子を構成している。同様に、封口体１１を貫通して形成された負極リベット３２と、負極リベット３２に接続され、封口体１１の外部に設けられたバスバー接続用端子３３とで、負極外部端子を構成している。
【００１８】
正極リベット２２及び負極リベット３２は、それぞれ、封口体１１、絶縁板２４、３４、及び正極内部端子２１、負極内部端子３１に形成された孔に、ガスケット２５、３５を介して挿入された後、その先端部がかしめ加工されて、他の部材とともに、封口体１１に固定されている。
【００１９】
図２は、正極内部端子２１の構成を模式的に示した図で、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図である。
【００２０】
図２（ａ）、（ｂ）に示すように、正極内部端子２１は、正極リベット２２を挿入するための孔４０を有している。また、正極内部端子２１は、アルミニウム（第１金属）からなる第１部分２１Ａと、銅（第２金属）からなる第２部分２１Ｂとを有している。すなわち、正極内部端子２１は、クラッド構造を有している。本実施形態では、第２部分２１Ｂは、正極内部端子２１の電極体１２側の面に、孔４０の周縁に沿って、リング状に形成されている。なお、第１部分２１Ａと、第２部分２１Ｂとの接合は、例えば、拡散接合により行うことができる。
【００２１】
図３は、図１に示した二次電池１００において、正極側の電極構造を拡大して示した図である。
【００２２】
通常、正極リベット２２は、正極芯体と同じアルミニウムで構成されているが、本実施形態では、負極芯体と同じ銅（第２金属）で構成されている。ここで、正極リベット２２は、図３に示すように、かしめ加工により、正極内部端子２１とともに、封口体１１に固定されているが、電気抵抗を低減する目的で、正極リベット２２のかしめ部と、正極内部端子２１の第２部分２１Ｂとは、レーザ溶接されている。ここで、正極リベット２２と、正極内部端子２１の第２部分２１Ｂとは、同じ銅で構成されているため、同種金属の溶接となり、溶接部の強度を確保することができる。
【００２３】
また、本実施形態では、バスバー接続用端子２３も、銅（第２金属）で構成されている。そのため、正極リベット２２と、バスバー接続用端子２３とは、同種金属のレーザ溶接により接合できるため、溶接部の強度を確保することができる。
【００２４】
一方、負極側の電経経路を構成する各部材、すなわち、負極内部端子３１、負極リベット３２、及びバスバー接続用端子３３は、負極芯体と同じ銅（第２金属）で構成されている。従って、負極内部端子３１と負極リベット３２とのレーザ溶接、及び負極リベット３２とバスバー接続用端子３３とのレーザ溶接は、いずれも、同種金属の溶接となるため、溶接部の強度を確保することができる。
【００２５】
さらに、本実施形態では、正極側のバスバー接続用端子２３は、負極側のバスバー接続用端子３３と同じ銅で構成されているため、並列された二次電池の正極外部端子と負極外部端子とを、単一種（銅）のバスバーを用いて溶接することができる。これにより、複数の二次電池をバスバーで電気的に直列に接続して組電池を構成した場合、並列された二次電池の接合部の強度を確保することができる。
【００２６】
なお、従来のように、正負極のいずれか一方の外部端子を、正極外部端子と同種の金属材と、負極外部端子と同種の金属材とが合わされたクラッド構造にすることによって、並列された二次電池の正極外部端子と負極外部端子とを、単一種のバスバーを用いて溶接することができるが、外部端子は、封口体の外側に配されているため、封口体を貫通して形成される正負極のリベットは、それぞれ、封口体の内側に配された電流経路を構成する各部材と同じ金属になる。そのため、正極リベット２２は、必然的に、正極内部端子２１と同じアルミニウムで構成されることになる。
【００２７】
これに対して、本実施形態では、封口体１１の内側に配された正極内部端子を、正極側の電流経路を構成する各部材と同種の金属材（アルミニウム）と、負極側の電流経路を構成する各部材と同種の金属材（銅）とが合わされたクラッド構造にすることによって、正極リベット２２を、負極リベット３２と同じ銅で構成することができる。
【００２８】
以上、説明したように、本実施形態では、並列された二次電池の正極側のバスバー接続用端子２３と、負極側のバスバー接続用端子３３とを、単一種（銅）のバスバーを用いて溶接することができる。
【００２９】
さらに、正極リベット２２を銅で構成することができるため、電流経路での発熱を抑制し、正極リベット２２のかしめ部近傍にあるガスケット２５への熱的ダメージを低減することができる。特に、高容量の電池を急速充電する場合、ガスケットへの熱的ダメージを顕著に低減することができる。
【００３０】
ところで、封口体１１の内側において、正極側の電流経路を構成する部材の一部に銅が使用され、その部分が露出していると、正極の作動電位の範囲で、露出した銅の部分が電解液と接触することにより、露出した銅が腐食して電解液に溶出する畏れがある。そこで、本実施形態では、図３に示すように、封口体１１の内側において、正極リベット２２、及び正極内部端子２１の第２部分２１Ｂが露出している部位が、耐電解液性の絶縁部材５０で覆われている。これにより、露出した銅の部分が電解液と接触することにより、露出した銅が腐食して電解液に溶出するのを防止することができる。
【００３１】
耐電解液性の絶縁部材５０は、例えば、紫外線硬化樹脂を、銅の露出部分に塗布した後、紫外線を照射して固化することにより形成することができる。あるいは、正極リベット２２、及び正極内部端子２１の第２部分２１Ｂが露出している部位を、ゴム製又は樹脂製の栓でキャップすることにより形成してもよい。
【００３２】
（他の実施形態）
上記の実施形態では、正極リベット２２のかしめ部近傍にあるガスケット２５への熱的ダメージを低減するために、正極リベット２２を銅で構成したが、二次電池の軽量化及び低コスト化のために、負極リベット３２をアルミニウムで構成してもよい。
【００３３】
図４は、本発明の他の実施形態における二次電池の構成を模式的に図で、負極側の電極構造を拡大して示した図である。
【００３４】
本実施形態において、負極内部端子３１は、図２（ａ）、（ｂ）に示したのと同様に、負極リベット３２を挿入するための孔を有している。また、負極内部端子３１は、銅（第１金属）からなる第１部分３１Ａと、アルミニウム（第２金属）からなる第２部分３１Ｂとを有している。すなわち、負極内部端子３１は、クラッド構造を有している。本実施形態では、第２部分３１Ｂは、負極内部端子３１の電極体１２側の面に、孔の周縁に沿って、リング状に形成されている。なお、第１部分３１Ａと、第２部分３１Ｂとの接合は、例えば、拡散接合により行うことができる。
【００３５】
図４に示すように、通常、負極リベット３２は、負極芯体と同じ銅で構成されているが、本実施形態においては、正極芯体と同じアルミニウムで構成されている。ここで、負極リベット３２は、かしめ加工により、負極内部端子３１とともに、封口体１１に固定されるとともに、負極リベット３２のかしめ部と、負極内部端子３１の第２部分３１Ｂとは、レーザ溶接により接合されている。ここで、負極リベット３２と、負極内部端子３１の第２部分３１Ｂとは、同じアルミニウムで構成されているため、同種金属の溶接となり、溶接部の強度を確保することができる。
【００３６】
また、本実施形態では、バスバー接続用端子３３も、アルミニウム（第２金属）で構成されている。そのため、負極リベット３２と、バスバー接続用端子３３とのレーザ溶接は、同種金属の溶接となり、溶接部の強度を確保することができる。
【００３７】
一方、正極側の電経経路を構成する各部材、すなわち、正極内部端子２１、正極リベット２２、及びバスバー接続用端子２３は、正極芯体と同じアルミニウム（第２金属）で構成されている。従って、正極内部端子２１と正極リベット２２とのレーザ溶接、及び正極リベット２２とバスバー接続用端子２３とのレーザ溶接は、いずれも、同種金属の溶接となるため、溶接部の強度を確保することができる。
【００３８】
本実施形態では、負極側のバスバー接続用端子３３は、正極側のバスバー接続用端子２３と同種金属であるアルミニウムで構成されているため、並列された二次電池の正極外部端子と負極外部端子とを、単一種（アルミニウム）のバスバーを用いて溶接することができる。これにより、複数の二次電池をバスバーで電気的に直列に接続して組電池を構成した場合、並列された二次電池の接合部の強度を確保することができる。
【００３９】
さらに、負極リベット３２及び負極側のバスバー接続用端子３３を、銅よりも低コストで軽量なアルミニウムで構成することができるため、二次電池の低コスト化、及び軽量化を図ることができる。
【００４０】
ところで、封口体１１の内側において、負極側の電流経路を構成する部材の一部にアルミニウムが使用され、その部分が露出していると、負極の作動電位の範囲で、露出したアルミニウムの部分が電解液と接触することにより、露出したアルミニウムが、電解液中に存在するリチウムと反応し、リチウムアルミ合金を形成する畏れがある。そこで、本実施形態では、図４に示すように、封口体１１の内側において、負極リベット３２、及び負極内部端子３１の第２部分３１Ｂが露出している部位が、耐電解液性の絶縁部材６０で覆われている。これにより、露出したアルミニウムがリチウムと合金化するのを防止することができる。
【００４１】
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、もちろん、種々の改変が可能である。例えば、上記実施形態では、正負極の外部端子を、それぞれ、リベット２２、３２、及びバスバー接続用端子２３、３３で構成したが、リベット２２、３２だけで外部端子を構成してもよい。すなわち、本発明では、外部端子は、封口体１１を貫通して形成されたリベット２２、３２を有していればよい。なお、この場合、並列された二次電池は、正極リベット２２と、負極リベット３２とを、単一種のバスバーを用いて溶接される。
【００４２】
また、上記実施形態では、図１に示したように、正負リベット２２及び負極リベット３２のかしめ部を、それぞれ、内部端子２１、３１側に設けたが、封口体１１側に設けてもよい。
【００４３】
本発明における二次電池は、正極板及び負極板のうち一方の極板に接続された一方の内部端子２１、３１は、第１金属からなる第１部分２１Ａ、３１Ａと、第２金属からなる第２部分２１Ｂ、３１Ｂとを有し、一方の内部端子２１、３１に接続された一方の外部端子は、第２金属からなるとともに、リベット２２、３２において、一方の内部端子２１、３１の第２部分２１Ｂ、３１Ｂに接合されている。そして、正極板及び負極板のうち他方の極板に接続された他方の内部端子２１、３１は、第２金属からなり、他方の内部端子２１、３１に接続された他方の外部端子は、第２金属からなるとともに、リベット２２、３２において、他方の内部端子２１、３１に接合されている。
【００４４】
本発明における二次電池は、その種類は、特に限定されず、例えば、リチウムイオン二次電池、ニッケル水素二次電池等に適用することができる。また、電極体１２も、その構造は特に限定されない。また、正極、負極、セパレータ、電解液等については公知の材料を使用できる。
【符号の説明】
【００４５】
１０      電池ケース
１１      封口体
１２      電極体
２０      正極タブ
２１      正極内部端子
２１Ａ    第１部分
２１Ｂ    第２部分
２２      正極リベット
２３      バスバー接続用端子
２４、３４      絶縁板
２５、３５      ガスケット
３０      負極タブ
３１      負極内部端子
３１Ａ    第１部分
３１Ｂ    第２部分
３２      負極リベット
３３      バスバー接続用端子
４０      孔
５０、６０      絶縁部材
１００    二次電池
【図１】
2020066241.tif 000003
【図２】
2020066241.tif 000004
【図３】
2020066241.tif 000005
【図４】
2020066241.tif 000006
【国際調査報告】
2020066241.tif 000007
2020066241.tif 000008
2020066241.tif 000009
2020066241.tif 000010