JP2002231214A

JP2002231214A - 電池

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Publication number: JP2002231214A
Application number: JP2001023664A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Shimozono; 下薗　　武司; Tetsuzo Kojima; 哲三小島; Takehito Matsubara; 岳人松原; Takeyoshi Munenaga; 剛良胸永
Original assignee: Japan Storage Battery Co Ltd
Current assignee: Japan Storage Battery Co Ltd
Priority date: 2001-01-31
Filing date: 2001-01-31
Publication date: 2002-08-16
Anticipated expiration: 2021-01-31
Also published as: JP5157027B2

Abstract

(57)【要約】【課題】超音波溶接に最適な板厚の挟持板４を用いる
ことにより、正極１ａや負極１ｂの金属箔が剥がれたり
破断するようなことのない電池を提供する。【解決手段】発電要素１の端面から突出した正極１ａ
や負極１ｂの金属箔に、端子３に接続された集電接続体
２の接続部２ａを重ね合わせ、これらを挟持板４の間に
挟み込んで超音波溶接した構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、巻回型や積層型の
発電要素の電極を集電接続体を介して端子に接続する電
池に関する。

【０００２】

【従来の技術】電気自動車等に用いられる大型のリチウ
ムイオン二次電池の構成例を図４に示す。このリチウム
イオン二次電池は、長円筒形の発電要素１を４個密着し
て並べ並列接続したものである。各発電要素１は、図５
に示すように、正極１ａと負極１ｂをセパレータ１ｃを
介して長円筒形に巻回したものである。正極１ａは、電
極基体となる帯状のアルミニウム箔１ｄの表面に正極活
物質を担持させ、負極１ｂは、電極基体となる帯状の銅
箔１ｅの表面に負極活物質を担持させている。ただし、
これらの正極１ａと負極１ｂは、それぞれ帯状の片方の
側端部に活物質を塗布しない未塗工部を設けておき、こ
の未塗工部でアルミニウム箔１ｄと銅箔１ｅが露出する
ようにしている。そして、これらの正極１ａと負極１ｂ
は、発電要素１の巻回の際に、巻回軸に沿って互いに反
対方向にずらすことにより、長円筒形の一方の端面には
正極１ａの側端部のアルミニウム箔１ｄのみがはみ出
し、他方の端面には負極１ｂの側端部の銅箔１ｅのみが
はみ出すようにしている。

【０００３】上記４個の発電要素１は、図４に示すよう
に、長円筒形の平坦な側面同士が隣接するようにして並
べられる。そして、これらの発電要素１の両端面部にそ
れぞれ配置された波板状の集電接続体２に、各発電要素
１からはみ出した正極１ａのアルミニウム箔や負極１ｂ
の銅箔を接続するようになっている。集電接続体２は、
金属の平板を波板状の凹凸に成形し、これを２枚端部で
合わせると共に、この合わせ部の上端に端子３を接続固
定したものである。そして、正極端子３の側の集電接続
体２は、波板状の各凹部に発電要素１の一方の端面から
はみ出した正極１ａのアルミニウム箔を挟み込んで超音
波溶接により接続固定し、負極端子３の側の集電接続体
２は、波板状の各凹部に発電要素１の他方の端面からは
み出した負極１ｂの銅箔を挿入して超音波溶接により接
続固定している。

【０００４】上記４個の発電要素１は、図示しない金属
製の筐体の電池ケースに収納される。この際、正極端子
３と負極端子３の上端部は、絶縁封止材を介してこの電
池ケースを貫通し外部に突出するようになっている。そ
して、この電池ケースの内部に電解液が充填されること
によりリチウムイオン二次電池となる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、波板状の集
電接続体２は、高率放電時等に大きな電流が容易に流れ
るようにするために、金属板の厚さをある程度厚くする
必要がある。従って、この集電接続体２の波板状の凹部
にアルミニウム箔や銅箔を挟み込んで、その外側から超
音波ホーンを当てて超音波溶接を行なっても、厚い金属
板を介するために、これらのアルミニウム箔や銅箔が十
分には溶着されずに、剥がれやすくなるなどして接合強
度が弱くなるという問題が生じていた。また、このため
に、超音波の出力を強くすると、今度は０．２ｍｍ程度
の薄いアルミニウム箔や銅箔自体が破れて破断するとい
う問題が生じる。

【０００６】しかも、上記集電接続体２は、４個の発電
要素１ごとに幾重にも重なり合ったアルミニウム箔や銅
箔を波板状の各凹部に同時に挿入して挟み込む必要があ
り、この組み立て時の作業性が悪いという問題もあっ
た。

【０００７】本発明は、かかる事情に対処するためにな
されたものであり、発電要素の電極基体に集電接続体を
重ね合わせたものを薄い挟持板の間に挟み込んで溶着等
によって接続固定することにより、電極基体が剥がれた
り破断するようなことのない電池を提供することを目的
としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１の電池は、発電
要素の端面から突出した電極基体に、端子に接続された
金属製集電接続体の接続部を重ね合わせ、金属製挟持板
の間に前記電極基体と接続部とを挟み込んで溶着又は圧
着したことを特徴とする。

【０００９】請求項１の発明によれば、発電要素の電極
の電極基体に集電接続体の接続部を重ね合わせて、これ
を挟持板の間に挟みこんで溶着等を行なうので、電流は
主に集電接続体の接続部を通ることになり、この接続部
の断面積を大きくして十分な電流が流れるようにするこ
とができると共に、挟持板には溶着や圧着に適した厚さ
の金属板を用いることができるようになる。このため、
超音波溶接等に最適な薄い板厚の挟持板を用いて、電極
基体を十分確実に集電接続体の接続部に溶着させて接続
固定することができるようになり、これらの電極基体が
破断するようなおそれもなくなる。また、逆に挟持板の
板厚を十分に厚くすれば、この挟持板の外側から強い力
で圧迫することにより、電極基体と集電接続体の接続部
を確実に圧着させて接続固定することもできるようにな
る。さらに、電極基体は、集電接続体の接続部ごとに挟
持板で挟み込んで行けばよいので、組み立て作業も容易
となる。

【００１０】請求項２の電池は、前記接続部が板棒状体
であることを特徴とする。

【００１１】請求項２の発明によれば、接続部が板棒状
体なので、挟持板の間に挟み込み易く、この板厚を厚く
することで電流容量も十分に大きくすることができるよ
うになる。

【００１２】請求項３の電池は、前記接続部の前記電極
基体と重なり合う面に凸部が設けられたことを特徴とす
る。

【００１３】請求項３の発明によれば、接続部に凸部が
設けられるので、電極基体の溶着や圧着をこの凸部に集
中させて、より確実な接続固定を行なうことができるよ
うになる。

【００１４】請求項４の電池は、前記発電要素が、長円
筒形の巻回型のものであることを特徴とする。

【００１５】請求項４の発明によれば、発電要素が巻回
型であっても長円筒形なので、電極基体が端面から湾曲
して突出する他、直線状に突出する部分もあり、この直
線状の部分に接続部や挟持板を容易に溶着や圧着できる
ようになる。

【００１６】請求項５の電池は、前記発電要素が、その
巻回軸を水平線方向にして電池内部に収納されたもので
あることを特徴とする。

【００１７】請求項５の発明によれば、長円筒形の巻回
型の発電要素を横向きに配置した電池に適した接続構造
を提供することができる。

【００１８】請求項６の電池は、複数の前記発電要素
が、長円筒形の平坦な側面を隣り合わせて並列接続され
たものであることを特徴とする。

【００１９】請求項６の発明によれば、長円筒形の巻回
型の発電要素を横向きに配置して、平坦な側面を隣り合
わせた電池に適した接続構造を提供することができる。

【００２０】請求項７の電池は、前記発電要素の一端面
からは正極電極の電極基体のみが突出し、他端面からは
負極電極の電極基体のみが突出したことを特徴とする。

【００２１】請求項７の発明によれば、発電要素の両端
面からそれぞれ別極性の電極基体が突出するので、接続
部や挟持板も極性を分離して配置でき、組み立てが容易
となる。

【００２２】請求項８の電池は、一つの発電要素の同一
極性の電極基体に接続される接続部が２本以上であるこ
とを特徴とする。

【００２３】請求項８の発明によれば、各発電要素の正
負それぞれの極性の電極基体ごとに２本以上の接続部が
配置されるので、これらの溶着や圧着が容易にできるよ
うになる。特に、長円筒形の巻回型の発電要素の場合
に、この接続部を２本設ければ、直線状に突出する電極
基体が巻回軸を中心に２箇所に分かれるので、それぞれ
に接続部を配置することができる。

【００２４】請求項９の電池は、前記挟持板が、金属板
を折り曲げて形成されたものであることを特徴とする。

【００２５】請求項９の発明によれば、挟持板が簡単な
構成であるため、安価に製造することができる。また、
挟持板の間に接続部や電極基体を挟み込む際には折り曲
げ角度を広くしておくことができるので、組み立て作業
を容易にすることができるようになる。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を参照して説明する。

【００２７】図１〜図３は本発明の一実施形態を示すも
のであって、図１はリチウムイオン二次電池の発電要素
と端子との接続構造を示す組み立て斜視図、図２は挟持
板の間に挟み込んだ集電接続体の接続部と発電要素の正
極や負極の金属箔とを示す横断面図、図３はリチウムイ
オン二次電池の端子に、蓋板に取り付けた端子台を接続
固定した状態を示す斜視図である。なお、図４〜図５に
示した従来例と同様の機能を有する構成部材には同じ番
号を付記する。

【００２８】本実施形態は、従来例と同様に、電気自動
車等に用いられる大型のリチウムイオン二次電池につい
て説明する。このリチウムイオン二次電池は、図１に示
すように、長円筒形の発電要素１を４個密着して並べ並
列接続したものである。各発電要素１は、従来例と同じ
構成であり、長円筒形の一方の端面からは正極１ａの側
端部のアルミニウム箔がはみ出すと共に、他方の端面か
らは負極１ｂの側端部の銅箔がはみ出すようになってい
る。

【００２９】上記４個の発電要素１は、長円筒形の平坦
な側面同士が接するようにして密着して並べられ、これ
らの発電要素１の両端面部にそれぞれ集電接続体２の接
続部２ａが配置される。集電接続体２は、発電要素１の
一方の端面側に配置するものはアルミニウム合金板から
なり、他方の端面側に配置するものは銅合金板からな
る。また、これらの集電接続体２は、高率放電時の大き
な電流も十分に流せるようにある程度板厚の厚い金属板
が用いられる。これらの集電接続体２は、ほぼ二等辺三
角形状の水平に配置された金属板であり、この三角形状
の底辺部から下方に向けて８本の細長い接続部２ａが突
設されている。これらの接続部２ａは、集電接続体２の
金属板をプレス加工によって細長い金属板状に抜き加工
したものであり、下方に向けて屈曲させると共に、９０
°のひねりを加えている。また、これらの接続部２ａに
は、図２に示すように、金属板の一方の表面側に突出す
る複数の凸部２ｂが形成されている。

【００３０】上記集電接続体２は、４個の発電要素１の
両端部の上方にそれぞれ配置され、接続部２ａがこれら
の発電要素１の端面部に配置されるようにする。即ち、
発電要素１の正極１ａのアルミニウム箔がはみ出す側の
端面部には、アルミニウム合金板からなる集電接続体２
が配置され、負極１ｂの銅箔がはみ出す側の端面部に
は、銅合金板からなる集電接続体２が配置される。ま
た、接続部２ａは、各発電要素１の端面に２本ずつ配置
される。ここで、各発電要素１の端面には、正極１ａの
アルミニウム箔か負極１ｂの銅箔が巻回された状態で長
円筒形にはみ出しているので、これらの金属箔が直線状
に束となった部分は、巻回軸を中心にして左右に分かれ
ている。そして、各発電要素１ごとに配置された２本の
接続部２ａは、これら左右に分かれた金属箔の束の外側
にそれぞれ配置される。また、これら２本の接続部２ａ
は、図２に示すように、凸部２ｂの突出する側の面が内
側、つまり金属箔の束側を向くように、互いに逆方向に
９０°のひねりが加えられている。

【００３１】このようにして集電接続体２の接続部２ａ
が配置されると、挟持板４によって、各接続部２ａと共
に、正極１ａや負極１ｂの金属箔の束を挟み込む。挟持
板４は、短冊状の金属板を長手方向に沿って二つ折りに
したものであり、正極１ａ側の接続部２ａの場合にはア
ルミニウム合金板が用いられ、負極１ｂ側の接続部２ａ
の場合には銅合金板が用いられる。そして、これらの挟
持板４の両側から超音波溶接を行なうことにより、それ
ぞれの挟持板４の間に挟み込んだ集電接続体２の接続部
２ａと正極１ａや負極１ｂの金属箔の束とを溶着させ
る。この際、挟持板４は、接続部２ａと金属箔の束とを
溶着して接続固定するためだけに用いられるので、最適
な超音波溶接が可能となるようなある程度薄い金属板を
用いることができる。また、接続部２ａには、正極１ａ
や負極１ｂの金属箔の束と重なり合う面に凸部２ｂが形
成されているので、これらの金属箔の束が凸部２ｂで集
中的に超音波のエネルギーを受けて確実に溶着するよう
になる。

【００３２】発電要素１の両端部の上方に配置された正
負の集電接続体２のほぼ二等辺三角形状の部分は、図３
に示すように、絶縁封止材５を介して矩形の封口板６の
下面の両側に取り付けられる。封口板６は、ステンレス
鋼版からなり、上面の両側には、正負の端子３が別の絶
縁封止材７を介して配置される。これらの端子３は、下
端部が封口板６を貫通してそれぞれの集電接続体２のほ
ぼ二等辺三角形状の頂点部付近にかしめによって接続固
定される。また、これらの端子３の上端部は、絶縁封止
材７上に配置された端子ボルト９を係止する端子台８に
かしめによって接続固定される。これらの端子３は、ア
ルミニウム合金板からなる集電接続体２にはアルミニウ
ム合金製のものが用いられ、銅合金板からなる集電接続
体２には銅合金製のものが用いられる。しかし、端子台
８や端子ボルト９は、電解液に触れることがないので、
これらアルミニウム合金や銅合金等よりも強度が高い鋼
や鉄の合金等が用いられる。絶縁封止材５，７は、封口
板６の上下に配置されて、集電接続体２や端子３、端子
台８、端子ボルト９と封口板６との間を絶縁封止する樹
脂成形板である。

【００３３】上記４個の発電要素１は、図示しないステ
ンレス鋼板製の筐体の電池ケースに収納され、封口板６
がこの電池ケースの上端開口部に嵌め込まれ溶接によっ
て固着される。そして、この電池ケースの内部に非水電
解液が充填されることによりリチウムイオン二次電池と
なる。

【００３４】上記構成のリチウムイオン二次電池によれ
ば、各発電要素１の正極１ａや負極１ｂと端子３との間
の充放電電流は、もっぱら厚い金属板で構成される集電
接続体２の接続部２ａを通して流れるので、十分に大き
な充放電電流を流すことができるようになる。しかも、
各発電要素１の正極１ａや負極１ｂの金属箔の束は、あ
る程度薄い金属板からなる挟持板４を介して接続部２ａ
に超音波溶接されるので、溶着が確実に行なわれ金属箔
が剥がれ易くなるようなことがなくなる。また、この超
音波溶接によるエネルギーを接続部２ａの凸部２ｂに集
中させることができるので、金属箔の束をさらに確実強
固に接続部２ａに溶着することができるようになる。さ
らに、各接続部２ａは、発電要素１の端面からはみ出し
た正極１ａや負極１ｂの金属箔の束の側部に配置され、
これらの接続部２ａと金属箔の束を順に挟持板４の間に
挟み込んで行けばよいので、従来のように、これらの金
属箔の束を集電接続体２の波板状の各凹部に挿入する作
業に比べて、容易に組み立て作業を行なうことができる
ようになる。

【００３５】また、上記リチウムイオン二次電池によれ
ば、アルミニウム合金製や銅合金製の端子３が鋼や鉄の
合金等からなる端子台８に接続固定され、外部回路との
接続はこの端子台８に係止された端子ボルト９を介して
行なうので、強度の弱いアルミニウム合金製や銅合金製
の端子３に直接ねじ止めして接続を行なう必要がなくな
り、このねじ止めの締め付けによって端子３が破損した
り、この端子３が振動や衝撃を受けて変形するようなお
それもなくなる。

【００３６】なお、上記実施形態では、超音波溶接によ
って挟持板４の間に接続部２ａと正極１ａや負極１ｂの
金属箔とを溶着する場合について説明したが、スポット
溶接等の他の溶接により溶着を行なうこともできる。ま
た、このような溶接に代えて、挟持板４の外側から強い
力で圧迫することにより、接続部２ａと正極１ａや負極
１ｂの金属箔とを圧着することもできる。この場合、挟
持板４は、溶接の場合とは異なり、ある程度板厚の厚い
金属板を用いて、この間に接続部２ａと金属箔とを確実
に圧着保持できるようにする必要がある。さらに、上記
実施形態では、接続部２ａに凸部２ｂを形成する場合に
ついて説明したが、同様の凸部を挟持板４に形成するこ
ともできる。もっとも、このような凸部２ｂを全く形成
しない場合にも、金属箔を確実に溶着又は圧着すること
はできる。

【００３７】また、上記実施形態では、接続部２ａの片
側にだけ正極１ａや負極１ｂの金属箔を配置する場合に
ついて説明したが、両側に金属箔を配置して、これを挟
持板４の間に挟み込むようにすることもできる。さら
に、上記実施形態では、各発電要素１の片方の端面に２
本の接続部２ａを配置したが、この接続部２ａの配置本
数も限定されない。例えば、各発電要素１の片方の端面
に１本ずつの接続部２ａを配置してもよいし、この１本
の接続部２ａに隣接する２個の発電要素１の端面からは
み出した金属箔を共通して溶着又は圧着することもでき
る。

【００３８】また、上記実施形態では、長円筒形の巻回
型の発電要素１について説明したが、積層型の発電要素
１の場合にも、積層の端面からはみ出した正極１ａや負
極１ｂの金属箔を同様に接続固定することができる。さ
らに、上記実施形態では、リチウムイオン二次電池につ
いて説明したが、電池の種類は問わない。

【００３９】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の電池によれば、発電要素の電極と端子との間の電流
は、主に集電接続体の接続部を通ることになるので、溶
着や圧着に最適な薄い板厚の挟持板を用いて、電極基体
を十分確実に集電接続体の接続部に接続固定することが
できるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示すものであって、リチ
ウムイオン二次電池の発電要素と端子との接続構造を示
す組み立て斜視図である。

【図２】本発明の一実施形態を示すものであって、挟持
板の間に挟み込んだ集電接続体の接続部と発電要素の正
極や負極の金属箔とを示す横断面図である。

【図３】本発明の一実施形態を示すものであって、リチ
ウムイオン二次電池の端子に、蓋板に取り付けた端子台
を接続固定した状態を示す斜視図である。

【図４】従来例を示すものであって、リチウムイオン二
次電池の発電要素と端子との接続構造を示す分解斜視図
である。

【図５】従来例を示すものであって、発電要素の構造を
示す組み立て斜視図である。

【符号の説明】

１発電要素１ａ正極１ｂ負極２集電接続体２ａ接続部２ｂ凸部３端子４挟持板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者松原岳人京都府京都市南区吉祥院西ノ庄猪之馬場町１番地日本電池株式会社内 (72)発明者胸永剛良京都府京都市南区吉祥院西ノ庄猪之馬場町１番地日本電池株式会社内Ｆターム(参考） 5H022 AA09 BB02 BB03 BB17 CC04 CC12 CC13 CC20 CC23 EE01 5H029 AJ11 AJ12 AJ14 BJ02 BJ14 CJ03 CJ05 DJ05 DJ12 DJ14 EJ01 HJ00 HJ12 5H040 AA03 AA06 AA20 AS07 AT01 AY01 CC11 DD03 DD13 DD24 JJ02 JJ03 NN00 NN03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】発電要素の端面から突出した電極基体
に、端子に接続された金属製集電接続体の接続部を重ね
合わせ、金属製挟持板の間に前記電極基体と接続部とを
挟み込んで溶着又は圧着したことを特徴とする電池。
【請求項２】前記接続部が板棒状体であることを特徴
とする、請求項１に記載の電池。
【請求項３】前記接続部の前記電極基体と重なり合う
面に凸部が設けられたことを特徴とする、請求項１又は
２に記載の電池。
【請求項４】前記発電要素が、長円筒形の巻回型のも
のであることを特徴とする、請求項１，２又は３に記載
の電池。
【請求項５】前記発電要素が、その巻回軸を水平線方
向にして電池内部に収納されたものであることを特徴と
する、請求項４に記載の電池。
【請求項６】複数の前記発電要素が、長円筒形の平坦
な側面を隣り合わせて並列接続されたものであることを
特徴とする、請求項４又は５に記載の電池。
【請求項７】前記発電要素の一端面からは正極電極の
電極基体のみが突出し、他端面からは負極電極の電極基
体のみが突出したことを特徴とする、請求項１，２，
３，４，５又は６に記載の電池。
【請求項８】一つの発電要素の同一極性の電極基体に
接続される接続部が２本以上であることを特徴とする、
請求項１，２，３，４，５，６又は７に記載の電池。
【請求項９】前記挟持板が、金属板を折り曲げて形成
されたものであることを特徴とする、請求項１，２，
３，４，５，６，７又は８に記載の電池。