JP2010170920A - 電池 - Google Patents
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Abstract
【課題】電極端子のボルト部が端子引出孔から引き出された構成の電池であって、該電極端子のボルト部を適正なトルクで締め付けることができる電池を提供する。
【解決手段】電極体８０および電解質を収容する電池ケース２０と、ケース２０に設けられた端子引出孔２６に取り付けられ該引出孔２６を貫通してケース２０の内部から外部に引き出された電極端子１０とを備え、電極端子１０は、ケース２０の内側にて電極体８０に電気的に接続された集電基部３０と、該集電基部３０からケース２０の外側に突出させた外側ボルト部４０とを含み、外側ボルト部４０は、集電基部３０に比べて相対的に強度の高い導電性材料で構成されていることを特徴とする、電池１００である。
【選択図】図１
【解決手段】電極体８０および電解質を収容する電池ケース２０と、ケース２０に設けられた端子引出孔２６に取り付けられ該引出孔２６を貫通してケース２０の内部から外部に引き出された電極端子１０とを備え、電極端子１０は、ケース２０の内側にて電極体８０に電気的に接続された集電基部３０と、該集電基部３０からケース２０の外側に突出させた外側ボルト部４０とを含み、外側ボルト部４０は、集電基部３０に比べて相対的に強度の高い導電性材料で構成されていることを特徴とする、電池１００である。
【選択図】図１
Description
本発明は、電池に関する。詳しくは、電池ケースの内部から外部に引き出された電極端子を備える電池に関する。
近年、リチウムイオン電池その他の電池（典型的には二次電池）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。この種の電池に関する従来技術文献として特許文献１が挙げられる。
リチウムイオン電池の一つの代表的な構成として、電極体および電解質（典型的には非水電解質）が電池ケース（外装容器）に収容され、電極端子（正極端子および負極端子のうち少なくとも一方）が上記ケースに設けられた端子引出孔を貫通して該ケースの内部から外部に引き出された構成が挙げられる。かかる端子引出孔を有する電池構造の一つとして、例えば図５に示すように、内側端部（集電基部）が電極体５に接続された電極端子（端子ボルト）２のボルト部４を電池ケース６の外側に突出させ、この突出させたボルト部４に接続部材７およびナット８を装着し、該ナット８を締め付けて固定した構造のものがある。接続部材７は、外部回路との接続用の部材（例えばバスバー）であり、この接続部材７を介して当該電池と外部回路（例えば当該電池と直列または並列に接続される他の電池であり得る）とが連結されている。
電極端子２の構成材料としては、電解質に対して耐性のよい材料を用いる必要があることから、一般に、アルミニウムや銅などの有機溶剤に対する耐性の高い金属材料が採用されている。しかしながら、アルミニウムや銅からなる電極端子２は材料強度が弱いため、ナット８で締め付けるときのトルクが大きすぎると、ボルト部４が容易に損傷してしまう。すなわち、ナット締結時に高トルクをかけることができないという問題がある。ナット締結時のトルクが適切でないと、電池に加わる振動等によってナット８が次第に緩むため、電池と外部回路との接続に不都合が生じる場合がある。例えば、ナット８が緩むと該ナット８と接続部材７とが密着しなくなるので、接触界面において酸化等の腐食を受け易くなる。そのため、接触界面において電気抵抗が増大して電池出力が低下するという事象が生じ得る。
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、電極端子のボルト部が端子引出孔から引き出された構成の電池であって、該電極端子のボルト部を適正なトルクで締め付けることができる電池を提供することである。
本発明によって提供される電池は、電極体および電解質を収容する電池ケースと、上記ケースに設けられた端子引出孔に取り付けられ該引出孔を貫通して上記ケースの内部から外部に引き出された電極端子とを備える。上記電極端子は、上記ケースの内側にて上記電極体に電気的に接続された集電基部と、該集電基部から上記ケースの外側に突出させた外側ボルト部とを含む。そして、上記外側ボルト部は、上記集電基部に比べて相対的に強度の高い導電性材料で構成されていることを特徴とする。
本発明の構成によれば、外側ボルト部は、集電基部に比べて相対的に強度の高い導電性材料から構成されているので、外側ボルト部と集電基部とを同一材料で構成する場合に比べて、高トルクでボルト締結を行うことができる。これにより、電池に加わる振動などによってボルト締結が緩むことを回避することができ、ボルト締結の緩みに起因する種々の不具合を解消することができる。
ここで開示される電池のある好適な一態様において、上記外側ボルト部は、鉄又は鋼を主体として構成されている。鉄を主成分とする鉄系材料（例えば、鉄、ステンレスなど）は、材料強度が強く変形し難い。そのため、本発明の目的に適した外側ボルト部の構成材料として好ましく用いることができる。
この場合、上記集電基部は、上記外側ボルト部よりも上記電解質に対する耐食性のよい導電性材料で構成されていることが好ましい。例えば、正極端子の場合、上記集電基部は、アルミニウムまたはアルミニウム合金から構成するとよい。例えば、負極端子の場合、上記集電基部は、銅またはニッケルを含む金属材料から構成するとよい。それらの金属材料は、電解質に対する耐食性を示すため、本発明の目的に適した集電基部の構成材料として好ましく用いることができる。
ここで開示される電池のある好適な一態様において、上記集電基部は、上記ケースの内側において上記端子引出孔の外形よりも外周側に広がったシール部材圧縮部を有する。そして、該シール部材圧縮部と上記ケースの内壁との間にはシール部材が配置されている。この場合、外側ボルト部に圧縮ナットを装着し、この圧縮ナットを締め付け且つ固定することによって、上記シール部材を圧縮するように構成するとよい。本発明によれば、外側ボルト部は、集電基部に比べて相対的に強度の高い導電性材料から構成されているので、高トルクで圧縮ナットの締め付けを行うことができる。そのため、シール部材が適切に圧縮された電池（端子引出構造、シール構造）を安定して（生産安定性よく）製造することができる。
ここで開示される電池のある好適な一態様において、上記外側ボルト部と上記集電基部とは、上記シール部材の形成位置よりもケース外部に近い位置にて互いに溶接固定されている。かかる構成によれば、外側ボルト部を、ケース内部で電解質が満たされる部分よりも外側に配置することができる。そのため、外側ボルト部の電解質による腐食を回避することができる。
ここで開示される電池のある好適な一態様において、上記電池は円筒型電池である。すなわち、上記電池は、上記電池ケースが円筒形状であり、上記外側ボルト部は、該円筒形電池ケースの長手方向の端面から突出するように設けられている。かかる円筒型電池は、用途や仕様によって、縦、横、高さなどの各寸法に制約がある。例えば、放熱性を高める必要があることから、円筒型電池ケースの径方向の寸法をコンパクトにすることが求められている。本発明では、外側ボルト部を集電基部よりも強度の高い材料で構成するという簡易な構成によってボルトの緩みを解消することができ、別途緩み止め機構を設けなくてもよく、省スペース化に適している。そのため、本発明の構成は、電極端子を突出させる電池ケースの長手方向の端面の寸法に制約がある円筒型電池に対して特に好ましく適用することができる。
ここで開示される電池のある好適な一態様において、上記電池は、非水電解質を備えたリチウム二次電池である。リチウム二次電池用の非水電解質は、鉄や鋼に対する腐食作用を有する。そのため、電極端子の構成材料については、一般に、材料強度が弱いアルミニウムや銅を用いる必要があり、端子ボルト部の強度の確保が難しい場合が多い。したがって、上記電池が非水電解質を備えたリチウム二次電池の場合、外側ボルト部を集電基部よりも強度の高い材料（例えば鉄や鋼）で構成し、かつ、集電基部を外側ボルト部よりも非水電解質に対する耐食性のよい材料（例えばアルミニウムや銅）で構成するという本発明の構成による効果が特によく発揮され得る。
本発明に係る電池は、上述したとおり、外側ボルト部を適正トルクで締め付けて、振動によるボルトの緩みを確実に回避することができる。そのため、本発明に係る電池は、振動が発生する状態での使用が前提となる車両（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）に好ましく搭載することができる。
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が、本発明をかかる具体例に示すものに限定する意図ではない。なお、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。また、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。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捲回型の電極体（捲回電極体）と電解質とが円筒形状の容器に収容された形態の円筒型リチウムイオン電池に適用する場合を例として本発明を詳細に説明する。
本実施形態は、集電基部と外側ボルト部とが別々の部材から構成された正極端子を備える円筒型リチウムイオン電池の一例である。この電池の正極端子側の構造を図１に模式的に示す。本実施形態に係るリチウムイオン電池（密閉型電池）１００は、捲回電極体８０および図示しない非水電解質が電池ケース２０に収容された構成を有する。電池ケース２０は、一端が開口した円筒型のケース本体２２と、その開口部を塞ぐ蓋体２４とを備える。電極体８０を構成する正極シート（正極）８２には、蓋体２４に設けられた端子引出孔２６に取り付けられ該引出孔２６を貫通してケース２０の外部に引き出された正極端子１０の一端が接合されている。なお、符号６０、６２は正極端子１０と電池ケース２０とを絶縁する絶縁部材（例えば樹脂部材）である。
正極端子１０は、蓋体２４の内側（すなわちケース２０の内側）にて電極体８０の正極に電気的に接続された集電基部３０と、該集電基部３０から蓋体２４の外側（すなわちケース２０の外側）に突出させた外側ボルト部４０とから構成されている。
この正極端子を構成する集電基部３０は、蓋体２４の内側から端子引出孔２６に取り付けられている。集電基部３０は、ケース２０の内側に配置される部分から順に、電極体接続部３２、シール部材圧縮部３４および引出部３６を有する。
集電基部３０の構成材料としては、当該電池に使用される電解質（典型的には非水電解液）に対する耐性のよい導電性材料を好ましく用いることができる。正極集電体との接合が容易な材料（例えば、超音波溶接、抵抗溶接等の手法によって正極集電体と溶接可能な材料、典型的には正極集電体と同種の金属材料）を好ましく採用し得る。例えば正極端子の場合、集電基部３０は、アルミニウムまたはアルミニウム合金から構成するとよい。例えば負極端子の場合、集電基部３０は、銅またはニッケルを含む金属材料から構成するとよい。それらの金属材料は、当該電池に用いられる電解質（ここでは有機溶剤）に対する耐性を示すため、本発明の目的に適した集電基部３０の構成材料として好ましく用いることができる。本実施形態の集電基部３０の構成材料はアルミニウムまたはアルミニウム合金である。例えば１０００番〜７０００番系のアルミニウム合金材料で構成すると良い。１０００番〜７０００番系のアルミニウム合金材料は、添加される元素（合金元素、例えばＭｇ，Ｃｕ，Ｓｉ，Ｍｎ等）の組成により、耐食性、溶接性、材料強度などの特性が異なるため、所要の特性を有するアルミニウム合金材料を適宜選択すればよい（本実施形態では１０００番系の純アルミニウム）。
一方、正極端子１０を構成する外側ボルト部４０は、集電基部３０の引出部３６の中央部分の外側面からケース２０の外側に突出するように設けられている。かかる外側ボルト部４０は、上述した集電基部３０とは異なる材料により構成されている。具体的には、外側ボルト部４０は、集電基部３０に比べて相対的に強度の高い導電性材料から構成されている。例えば、集電基部３０がアルミニウム製の場合、該集電基部３０を構成するアルミニウムよりも相対的に強度の高い、鉄又は鋼を主体として構成すると良い。鉄又は鋼を主成分とする鉄系材料（鉄、ステンレスなど）は、材料強度が強く変形し難い。そのため、本発明の目的に適した外側ボルト部４０の構成材料として好ましく用いることができる。本実施形態の外側ボルト部４０の構成材料は鉄である。
なお、集電基部３０と同種のアルミニウム材料であっても、合金元素の種類や量によっては材料強度が異なる。したがって、外側ボルト部４０を集電基部３０と同種のアルミニウム材料で構成しても良い場合もある。その場合、集電基部３０よりも外側ボルト部４０の強度が高くなるように、適当なアルミニウム合金材料を選択すればよい。
なお、各部材３０、４０の強度の指標となる物性値は、応力を加えたときの変形挙動を数値的に示すものであればよく、例えば、引張り強度（降伏応力や０．２％ひずみ耐力であってもよい。）やビッカース硬度などの物性値を好ましく用いることができる。それらの物性値の中から各部材３０、４０の材質に応じて適当なものを選択すると良い。
なお、特に限定を意図するものではないが、外側ボルト部４０の引張り強度は、概ね３００Ｎ／ｍｍ２以上であればよく、さらに好ましくは３５０Ｎ／ｍｍ２以上である。例えば３５０Ｎ／ｍｍ２〜３８０Ｎ／ｍｍ２程度が好ましい。また、外側ボルト部４０のビッカース硬度は、概ね１００ＨＶ以上であればよく、さらに好ましくは１２０ＨＶ以上である。例えば１２０ＨＶ〜１３５ＨＶ程度が好ましい。これらの数値範囲は、電池及び電極端子の具体的構成（例えば外側ボルト部４０の寸法形状など）に応じて適宜変更可能である。
かかる外側ボルト部４０には、接続部材７０及び取付ナット７６が装着されている。接続部材７０は、図示しない外部回路との接続用に用いられる導電性の接続部材（例えば銅または鉄製のバスバー）であり、この接続部材７０を介して当該電池と外部回路とが互いに連結されている。この実施形態では、外部回路は、当該電池１００と直列または並列に接続される他の電池である。かかる接続部材７０および取付ナット７６を圧縮ナット７４の上から装着し、取付ナット７６を締め付けることにより接続部材７０を外側ボルト部４０に固定することができる。
その際、ナット７６締結時のトルクが適切でないと、電池に加わる振動等によってナット７６が次第に緩むため、電池と外部回路（ここでは他の電池）との接続に不都合が生じる場合がある。例えば、ナット７６が緩むと該ナット７６と接続部材７０とが密着しなくなるので、両者の接触界面において酸化等の腐食を受け易くなる。そのため、接触界面において電気抵抗が増大して電池出力が低下するという事象が生じ得る。
本実施形態の構成では、外側ボルト部４０は、集電基部３０に比べて相対的に強度の高い導電性材料（ここでは鉄製）から構成されている。そのため、外側ボルト部４０と集電基部３０とを同一材料（ここではアルミニウム製）で構成する場合に比べて、高トルクでナット７６の締結を行うことができる。例えば、外側ボルト部（φ５ｍｍ）がアルミニウム製の場合、アルミニウムは材料強度が弱く変形し易いため、締結トルクを２Ｎ／ｍ未満に抑える必要がある。これに対し、本実施形態では、外側ボルト部（φ５ｍｍ）が鉄製であり、材料強度が強く変形し難いため、取付ナット７６を少なくとも２Ｎ／ｍ又はそれ以上の高トルクで締め付けることができる。そのため、接続部材７０を外側ボルト部４０にしっかりと固定することができる。
これにより、電池に加わる振動などによってナット７６の締結が緩むことを回避することができ、ナット７６の締結の緩みに起因する種々の不具合を解消することができる。この例では、ナット７６と接続部材７０との強固な密着を好ましく保つことができ、両者の接触界面において酸化等の腐食が進行するのを抑制することができる。これにより、電池出力の低下を防止することができる。また、本実施形態では、電池ケースの内部において電解質に触れる集電基部３０は、外側ボルト部４０に比べて電解質に対する耐食性のよい金属材料で構成されている。そのため、集電基部３０の電解質による腐食を好ましく防止することができ、電池の長寿命化を図ることができる。
さらに、本実施形態に係る電池１００の他の特徴について説明する。前述したように、正極端子を構成する集電基部３０は、ケース２０の内側に配置される部分から順に、電極体接続部３２、シール部材圧縮部３４および引出部３６を有する。
シール部材圧縮部３４は、端子引出孔２６がケース内壁面２４Ａに開口する開口部（以下、「内側開口部」ということもある。）の外形よりも外周側にフランジ状に張り出した（広がった）部分であって、該圧縮部３４の外側面（ケース２０の外側を向いた面）は端子引出孔２６の内側開口部を囲むケース内壁面２４Ａに対向している。その圧縮部３４の外側面とケース内壁面２４Ａとの間に、弾性材料により環状に構成されたシール部材（ここでは弾性樹脂製のＯリング）５０が挟み込まれている。圧縮部３４の外側面には、図示するように、シール部材５０の断面における一部を受け入れるように構成された環状溝３５が設けられていてもよい。このことによってシール部材５０の位置ずれ防止、組み付け性向上等の効果が実現され得る。また、ケース内壁面２４Ａに、シール部材５０の断面における一部を受け入れ可能な環状溝が形成されていてもよい。
シール部材５０を構成する弾性材料は、所望のシール性（例えば、水分の浸入を防止する性能）を発揮し得るものであればよく、特に限定されない。当該電池に使用される電解質（典型的には非水電解液）に対する耐性のよい弾性材料が好ましい。例えば、エチレン−プロピレンゴム（ＥＰＭ）、エチレン−プロピレン−ジエン共重合体ゴム（ＥＰＤＭ）、フッ素ゴム（例えば、フッ化ビニリデン系（ＦＫＭ）、テトラフルオロエチレン−プロピレン系（ＦＥＰＭ）、テトラフルオロエチレン−パープルオロビニルエーテル系（ＦＦＫＭ）等のフッ素ゴム）、ブチルゴム等の、有機溶剤に対する耐性の高い弾性材料を好ましく採用することができる。また、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、アクリルゴム（ＡＣＭ）、シリコーンゴム等の弾性材料により構成されたシール部材を用いてもよい。本実施形態のシール部材５０は例えばＥＰＤＭ製である。
電極体接続部３２は、シール部材圧縮部３４の中央部からケース２０の内側に延びて捲回電極体８０の一方の端部（後述する正極シートのはみ出した部分）の最内周に挿入されている。この接続部３２の外周面上に正極シートのはみ出し部分が寄せ集められ、例えば溶接（超音波溶接等）により接合されている。このことによって正極シートと正極端子１０とが接続されている。
引出部３６は、シール部材圧縮部３４の中央部（シール部材５０よりも内周に位置する部分）からケース２０の外側に延びて端子引出孔２６に挿入されている。引出部３６の先端（外側端）は、端子引出孔２６を貫通してケース２０（蓋体２４）の外面よりも若干突出している。その引出部３６の先端面が、外側ボルト部４０の溶接面（内向きの溶接面）４８と対向する外向きの溶接面３８となっている。集電基部３０の溶接面３８と外側ボルト部４２の溶接面４８とは互いに溶接（接合）されている。
一方、正極端子１０を構成する外側ボルト部４０は、前述したように集電基部３０からケース２０の外側に突出した棒状の外側ボルト部４２を有している。かかる外側ボルト部４０には、ワッシャー７２を介して圧縮ナット７４が装着されている。この圧縮ナット７４を外側ボルト部４０に締め付け且つ固定することによって、シール部材５０が圧縮されている。詳しくは、圧縮ナット７４を外側ボルト部４０に締め付けると、外側ボルト部４０がケース２０の外側に引き上げられ、集電基部３０のシール部材圧縮部３４の外側面とケース内壁面２４Ａとの間隔が縮小し、シール部材圧縮部３４の外側面とケース内壁面２４Ａとの間でシール部材５０が圧縮される。これにより所望のシール性能を確保することができる。その際、シール部材５０の圧縮の程度（圧縮量）は、圧縮ナット７４の締め付け具合（締結トルク）に応じたレベルで調整され得る。換言すると、圧縮ナット７４に所要のトルクを加えてシール部材５０の圧縮量を調整することによって、所望のシール性能が発揮されるようになっている。
その際、ナット７４の締結時のトルクが適切でないと、電池に加わる振動等によってナット７６が次第に緩むため、シール部材５０の圧縮量が不足してシール性能が低下してしまう。本実施形態の構成では、外側ボルト部４０は、集電基部３０に比べて相対的に強度の高い導電性材料（ここでは鉄製）から構成されている。そのため、外側ボルト部４０と集電基部３０とを同一材料（ここではアルミニウム製）で構成する場合に比べて、高トルクで圧縮ナット７４の締結を行うことができる。これにより、製品ごとの締結トルクのばらつきを抑えるとともに、電池に加わる振動等によって圧縮ナット７４が緩むことを防止することができる。その結果、シール部材５０の圧縮量（すなわちシール性能）が低下することを回避することができ、シール部材５０が適切に圧縮された電池（端子引出構造、シール構造）を安定して（生産安定性よく）製造することができる。すなわち、本実施形態の構成によると、外側ボルト部４０に接続部材７０をしっかりと固定して電池出力の低下を防止するとともに、シール部材５０が適切に圧縮されたシール性に優れた密閉型電池を提供することもできる。
なお、外側ボルト部４０と集電基部３０とは、上記シール部材５０の形成位置よりもケース外部に近い位置にて互いに溶接固定されている。図示した例では、外側ボルト部４０の下側（外側ボルト部４０のケース内側）の先端面には、集電基部３０の溶接面３８に対向する内向きの溶接面４８が設けられている。この外側ボルト部４０の溶接面４８は、シール部材５０の形成位置（換言するとケース２０内部において電解質が満たされる部分）よりもケース外部に近い側に設けられ、その位置において集電基部３０の溶接面３８と溶接されている。このように、ケース２０内部において電解質が満たされる部分よりもケース外側に外側ボルト部４０を配設することにより、外側ボルト部４０の電解質による腐食を確実に回避することができる。
溶接面３８、４８を溶接する方法としては、抵抗溶接、レーザ溶接、超音波溶接等の、発熱を伴う各種溶接法（典型的には、溶融もしくは半溶融接合による溶接法）を採用することができる。かかる溶接に使用する装置および溶接条件に特に制限はなく、従来と同様の装置および条件を用いることができる。本実施形態では、例えば抵抗溶接を採用することができる。なお、外側ボルト部４０と集電基部３０とは溶接に限らず、他の方法により一体化しても良い。例えば、外側ボルト部４０と集電基部３０との接触面に接着性のある材料（例えば、ろう材等）を塗布するなどの方法により行っても良い。
なお、本実施形態では、上記電池１００は円筒型電池である。すなわち、上記電池は、電池ケース２０が円筒形状であり、外側ボルト部４０は、該円筒形電池ケース２０の長手方向の端面（ここでは蓋体）２４から突出するように設けられている。かかる円筒型電池は、用途や仕様によって、縦、横、高さなどの各寸法に制約がある。例えば、放熱性を高める必要があることから、円筒型電池ケース２０の径方向の寸法をコンパクトにすることが求められている。本実施形態では、外側ボルト部４０を集電基部３０よりも強度の高い材料で構成するという簡易な構成によってボルト（ナット７４、７６）の緩みを解消することができ、別途緩み止め機構を設けなくてもよく、省スペース化に適している。そのため、本実施形態の構成は、電極端子１０を突出させる電池ケース２０の長手方向の端面（ここでは蓋体）２４の寸法に制約がある円筒型電池に対して特に好ましく適用することができる。
続いて、図２を参照しつつ、本実施形態で使用され得る電池１００及び電極体８０の構成などについて説明する。
電極体８０は、シート状の正極集電体８２ａの表面に正極活物質層８４ａを有する正極シート８６ａと、シート状の負極集電体８２ｂの表面に負極活物質層８４ｂを有する負極シート８６ｂとを、シート状のセパレータ（セパレータシート）８８を介して重ね合わせ、次いで捲回して構成されている。正極シート８６ａの長手方向に沿う一方の端部（すなわち幅方向の一方の端部）には、正極集電体８２ａ上に正極活物質層８４ａを有しない部分（活物質層非形成部分）が設けられている。同様に、負極シート８６ｂの長手方向に沿う一方の端部には、負極集電体８２ｂ上に負極活物質層８４ｂを有しない部分（活物質層非形成部分）が設けられている。
正負の電極シート８６ａ、８６ｂをセパレータシート８８と重ね合わせる際には、両電極シートの活物質層８４ａ、８４ｂを重ね合わせるとともに活物質層非形成部分が長手方向に沿う一方の端部と他方の端部とに別々に配置されるように、幅方向（捲回軸方向）にやや位置をずらして積層する。これを樹脂製の軸芯８５（図１）の周囲に捲回することにより円筒状の捲回電極体８０が形成される。上記のように両電極シートを幅方向にずらして捲回した結果として、電極体８０の軸方向の一端（正極側端部）では正極シート８６ａの活物質非形成部分（正極集電体）が捲回コア部分８１（すなわち、両電極シートの活物質層形成部分とセパレータシートとが密に捲回された部分）から外方にはみ出している。このはみ出した正極シートのはみ出し部分８３ａが寄せ集められ、正極端子１０の集電基部３０の電極体接続部３２の外周面上に接合されている（図１）。また、電極体８０の軸方向の他端（負極側端部）では負極シート８６ｂの活物質非形成部分（負極集電体）が捲回コア部分８１（すなわち、両電極シートの活物質層形成部分とセパレータシートとが密に捲回された部分）から外方にはみ出している。このはみ出した負極シートのはみ出し部分８３ｂが寄せ集められ、負極端子（図示せず）の集電基部の電極体接続部の外周面上に接合されている。
捲回電極体８０を構成する材料および部材自体は、従来のリチウムイオン電池に備えられる電極体と同様でよく、特に制限はない。例えば、正極集電体８２ａとしては、アルミニウム箔、その他正極に適する金属から成るシート材を用いることができる。正極活物質層８４ａに用いられる正極活物質としては、従来からリチウムイオン電池に用いられる物質の一種または二種以上を特に限定なく使用することができる。好適例として、ＬｉＮｉＯ２、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＭｎ２Ｏ４等のリチウム遷移金属酸化物が挙げられる。負極集電体８２ｂとしては、例えば銅等の金属から成るシート材（好ましくは銅箔）を用いることができる。負極活物質層８４ｂに用いられる負極活物質としては、従来からリチウムイオン電池に用いられる物質の一種または二種以上を特に限定なく使用することができる。好適例として、グラファイトカーボン、アモルファスカーボン等の炭素系材料、リチウム遷移金属酸化物、リチウム遷移金属窒化物等が挙げられる。セパレータシート８８の好適例としては、多孔質ポリオレフィン系樹脂で構成されたものが挙げられる。例えば、ポリプロピレン製の多孔質セパレータシートを好適に使用し得る。なお、電解質として固体電解質若しくはゲル状電解質を使用する場合には、セパレータが不要な場合（すなわちこの場合には電解質自体がセパレータとして機能し得る。）があり得る。
軸芯８５（図１）の構成材料としては、使用する電解質に対して耐性を示す各種のポリマー材料を適宜選択して用いることができる。例えば、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）等のポリオレフィン系樹脂；パーフロロアルコキシアルカン（ＰＦＡ）、ポリテトラフロロエチレン（ＰＴＦＥ）等のフッ素樹脂；等のポリマー材料を好ましく採用することができる。また、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルスルホン樹脂（ＰＥＳ）等のポリマー材料を用いてもよい。あるいは、アルミニウム、ステンレス鋼、銅等の金属材料を用いてもよい。本実施形態の軸芯８５は、例えばＰＰＳ製の丸棒である。
電池ケース２０に上記捲回電極体８０とともに収容される電解質としては、電池の種類などに応じて適当なものを選択するとよい。この実施形態では、リチウム二次電池用の非水電解質を収容する。非水電解質としては、例えば、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）に溶解したものを使用すると良い。かかる非水電解質は、鉄や鋼に対する腐食作用を有する。そのため、電極端子の構成材料については、一般に、材料強度が弱いアルミニウムや銅を用いる必要があり、端子ボルト部の強度の確保が難しい場合が多い。したがって、上記電池が非水電解質を備えたリチウム二次電池の場合、外側ボルト部４０を集電基部３０よりも強度の高い材料（例えば鉄や鋼）で構成し、かつ、集電基部３０を外側ボルト部４０よりも非水電解質に対する耐食性のよい材料（例えばアルミニウムや銅）で構成するという本発明の構成による効果が特によく発揮され得る。
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、ここでは円筒型のリチウムイオン電池（特にその正極端子引出構造）に本発明を適用する場合につき詳しく説明したが、本発明は他の形状（例えば角型）の電池にも適用可能である。また、本発明を負極端子の引出構造に適用してもよく、正極端子および負極端子の両方に適用してもよい。本発明を負極端子の引出構造に適用する場合、集電基部３０の構成材料としては、電解質に対して耐食性のよい、銅、ニッケル等の導電性金属材料を好ましく用いることができる。
また、本発明は、リチウムイオン電池に限定されず、電極体構成材料や電解質が異なる種々の内容の密閉型電池（典型的には、非水電解質を備えた二次電池）、例えばリチウム金属やリチウム合金を負極とするリチウム二次電池、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池、あるいは電気二重層キャパシタ（物理電池）にも適用可能である。
また、上述した例では、外側ボルト部４０は、ネジ山が形成されたボルト本体部分のみから構成されているが、これに限らない。図１の構成とは異なる形状（ネジ山が形成されたボルト本体部分以外の部位を含む）の外側ボルト部２４０を備えたリチウムイオン電池２００の一例を図４に模式的に示す。
図４に示した例では、集電基部２３０は、端子引出孔２２６の内側開口部よりも外周側に広がったシール部材圧縮部２３５と、該圧縮部２３５の内側面の中央部から内側に延びる電極体接続部２３２とを有する。シール部材圧縮部２３５の外周部の外側面とケース内壁面２２４Ａとの間にシール部材２６２が挟み込まれている。このシール部材圧縮部２３５の中央部の外側面が、外側ボルト部２４０の溶接面（内向きの溶接面）２４８と対向する外向きの溶接面２３８となっている。一方、外側ボルト部２４０は、ネジ山が形成されたボルト本体部分２４２と、該ボルト本体部分２４２の下端部からケース内側に延びて端子引出孔２２６に挿入された引出部２４４とを備える。引出部２４４の先端（上端）は、端子引出孔２２６を貫通して蓋体２２４の内面よりも若干突出している。その引出部２４４の先端面が、集電基部２３０の溶接面２３８と対向する内向きの溶接面２４８となっている。溶接面２４８と溶接面２３８とは溶接されている。
かかる態様の場合でも、ボルト本体部分２４２を含む外側ボルト部２４０を集電基部２３０とは材料を代えた、より強度の高い材料を用いることにより、外側ボルト部２４０のボルト本体部分２４２を高トルクで締め付けて固定することができる。そのため、ボルト締結の緩みに起因する種々の不具合を解消することができる。また、外側ボルト部２４０の引出部２４４の溶接面２４８は、シール部材２５０の形成位置よりもケース外部に近い位置に設けられているため、引出部２４４を含む外側ボルト部２４０を、ケース内部で電解質が満たされる部分よりも外側に配置することができる。そのため、外側ボルト部２４０の電解質による腐食を回避することができる。
本発明に係る電池（典型的にはリチウムイオン電池等の二次電池）は、上述したとおり、外側ボルト部４２を適正トルクで締め付けて、振動によるナット７４、７６の緩みを確実に回避することができる。そのため、本発明に係る電池は、振動が発生する状態での使用が前提となる車両（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）に好ましく搭載することができる。例えば図４に模式的に示すように、かかる電池１００（当該電池１００を複数個直列に接続して形成される組電池の形態であり得る。）を電源として備える車両１が提供される。
１ 車両
１０ 電極端子
２０ 電池ケース
２２ ケース本体
２４ 蓋体
２４Ａ ケース内壁面
２６ 端子引出孔
３０ 集電基部
３２ 電極体接続部
３４ シール部材圧縮部
３５ 環状溝
３６ 引出部
３８ 溶接面（集電基部）
４０ 外側ボルト部
４２ 外側ボルト部
４８ 溶接面（外側ボルト部）
５０ シール部材
７０ 接続部材
７２ ワッシャー
７４ 圧縮ナット
７６ 取付ナット
８０ 捲回電極体
８１ 捲回コア部分
８２ａ 正極集電体
８２ｂ 負極集電体
８４ａ 正極活物質層
８４ｂ 負極活物質層
８５ 軸芯
８６ａ 正極シート
８６ｂ 負極シート
８８ セパレータシート
１００ 電池
１０ 電極端子
２０ 電池ケース
２２ ケース本体
２４ 蓋体
２４Ａ ケース内壁面
２６ 端子引出孔
３０ 集電基部
３２ 電極体接続部
３４ シール部材圧縮部
３５ 環状溝
３６ 引出部
３８ 溶接面（集電基部）
４０ 外側ボルト部
４２ 外側ボルト部
４８ 溶接面（外側ボルト部）
５０ シール部材
７０ 接続部材
７２ ワッシャー
７４ 圧縮ナット
７６ 取付ナット
８０ 捲回電極体
８１ 捲回コア部分
８２ａ 正極集電体
８２ｂ 負極集電体
８４ａ 正極活物質層
８４ｂ 負極活物質層
８５ 軸芯
８６ａ 正極シート
８６ｂ 負極シート
８８ セパレータシート
１００ 電池
Claims (10)
- 電極体および電解質を収容する電池ケースと、
前記ケースに設けられた端子引出孔に取り付けられ該引出孔を貫通して前記ケースの内部から外部に引き出された電極端子と
を備え、
前記電極端子は、前記ケースの内側にて前記電極体に電気的に接続された集電基部と、該集電基部から前記ケースの外側に突出させた外側ボルト部とを有し、
前記外側ボルト部は、前記集電基部に比べて相対的に強度の高い導電性材料で構成されていることを特徴とする、電池。 - 前記集電基部は、前記外側ボルト部よりも前記電解質に対する耐食性のよい導電性材料で構成されている、請求項１に記載の電池。
- 前記外側ボルト部は、鉄又は鋼を主体として構成されている、請求項１または２に記載の電池。
- 前記集電基部は、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる、請求項１から３の何れか一つに記載の電池。
- 前記外側ボルト部には、少なくとも１つのナットが締結されており、該ナットの締結トルクが２Ｎ／ｍ以上である、請求項１から４の何れか一つに記載の電池。
- 前記集電基部は、前記ケースの内側において前記端子引出孔の外形よりも外周側に広がったシール部材圧縮部を有し、該シール部材圧縮部と前記ケースの内壁との間にはシール部材が配置されている、請求項１から５の何れか一つに記載の電池。
- 前記外側ボルト部と前記集電基部とは、前記シール部材の形成位置よりもケース外部に近い位置にて互いに溶接固定されている、請求項１から６の何れか一つに記載の電池。
- 前記電池は、前記電池ケースが円筒形状であり、前記外側ボルト部は、該円筒形電池ケースの長手方向の端面から突出するように設けられている、請求項１から７の何れか一つに記載の電池。
- 前記電池は、非水電解質を備えたリチウム二次電池である、請求項１から８の何れか一つに記載の電池。
- 請求項１から９のいずれかに記載の電池を備える車両。
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