JP2016091661A - 蓄電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電極組立体の集電部群に生じる負荷を軽減できる蓄電装置を提供すること。【解決手段】正極電極１６及び負極電極１７が、相互に絶縁された状態で層状に重なっている電極組立体１２と、電極組立体１２を収容しているケース１１と、ケース１１の外側に突出している電極端子２９と、電極組立体１２と電極端子２９との間の導電経路ＥＬと、を備え、電極組立体１２は、正極集電部２１が層状に重なっている正極集電部群２５を有しており、導電経路ＥＬの少なくとも一部は、金属製の単線である単線部３１から構成されており、単線部３１は、正極集電部群２５に接合されている。【選択図】図１

Description

この発明は、蓄電装置に関する。

従来から、ＥＶ（Electric Vehicle）やＰＨＶ（Plug in Hybrid Vehicle）などの車両には、電動機などへの供給電力を蓄える蓄電装置としてリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池などが搭載されている。このような蓄電装置としては、電極が層状に重なっている電極組立体と、電極組立体を収容しているケースと、ケースの外側に突出している電極端子とを備え、電極組立体と電極端子とが電気的に接続されているものがある。

例えば、特許文献１の蓄電装置では、リードを設けるとともに、リードの先端部をケースの外側に突出させる一方で、リードの基端部を電極組立体の集電部群に接合し、これによりリードの先端部を電極端子として機能させている。

特開２００１−３３８６８８号公報

しかしながら、特許文献１のリードは、金属製である四角板状の導電部材であり、その剛性が高い。このため、特許文献１では、例えば、蓄電装置の外部から加えられた振動や、蓄電装置の充放電に伴う電極組立体の膨張や収縮によって、導電部材と集電部群との接合部に負荷が生じ易くなる。

この発明は、上記従来の技術に存在する問題点に着目してなされたものであり、その目的は、電極組立体の集電部群に生じる負荷を軽減できる蓄電装置を提供することにある。

上記課題を解決する蓄電装置は、金属箔と、該金属箔の少なくとも一部を覆う活物質層と、金属製の箔状集電部とを有する電極が、相互に絶縁された状態で層状に重なっている電極組立体と、前記電極組立体を収容しているケースと、前記ケースの外側に突出している電極端子と、前記電極組立体と前記電極端子との間の導電経路と、を備え、前記電極組立体は、前記箔状集電部が層状に重なっている集電部群を有しており、前記導電経路の少なくとも一部は、金属製の単線である単線部から構成されており、前記単線部は、前記集電部群に接合されていることを要旨とする。

これによれば、電極組立体と電極端子との間の導電経路の少なくとも一部は、金属製の単線である単線部から構成されているとともに、この単線部が電極組立体の集電部群に接合されている。このため、例えば、蓄電装置の外部から加えられた振動や、蓄電装置の充放電に伴う電極組立体の膨張や収縮に起因して、電極組立体が変位したり変形したりしても、該変位や変形に単線部が追従して変形できる。即ち、単線部と集電部群との接合部に生じる負荷は、導電経路を構成する単線部によって吸収される。したがって、電極組立体の集電部群に生じる負荷を軽減できる。

上記蓄電装置について、前記単線部は、先端部に丸端子を有しており、前記丸端子は前記集電部群に接合されていることが好ましい。これによれば、丸端子が集電部群に接合されていることから、丸端子と集電部群とが接触したときに、集電部群が破損することを抑制できる。

上記蓄電装置について、前記丸端子と前記集電部群とは割りピン又はリベットで接合されていることが好ましい。これによれば、単線部と集電部群とを簡便に接合できる。
上記蓄電装置について、前記丸端子は、前記単線部の先端部に圧着されていることが好ましい。これによれば、丸端子を単線部に対して簡便に設けることができる。

上記蓄電装置について、前記蓄電装置は二次電池であることが好ましい。これによれば、二次電池として、電極組立体の集電部群に生じる負荷を軽減でき、ひいては二次電池としての耐久性を向上させることができる。

本発明によれば、電極組立体の集電部群に生じる負荷を軽減できる。

（ａ）は二次電池を模式的に示す断面図、（ｂ）は（ａ）の部分拡大図。 （ａ）は図１の１−１線断面図、（ｂ）は（ａ）の部分拡大図。 電極組立体を模式的に示す斜視図。 （ａ）及び（ｂ）は丸端子と集電部群との接合方法を示す模式図。 （ａ）及び（ｂ）は別実施形態における丸端子と集電部群との接合方法を示す模式図。

以下、二次電池の一実施形態について説明する。
図１（ａ），（ｂ）、及び図２（ａ），（ｂ）に示すように、本実施形態において、蓄電装置としての二次電池１０は、リチウムイオン二次電池であるとともに、その外観が角型である角型電池である。二次電池１０は、ケース１１と、該ケース１１に収容されている電極組立体１２と、を備えている。なお、図１及び図２では、説明の便宜のため、電極組立体１２がケース１１の内壁面から離間した状態とされているが、実際には接触又は近接している。

ケース１１は、開口部１４を有する有底四角筒状のケース本体１３と、開口部１４を塞ぐ四角板状の蓋１５と、を有する。ケース本体１３及び蓋１５は、例えばステンレスやアルミニウムなどの金属製である。また、ケース１１には、図示しない電解質として、電解液が収容されている。

図３に示すように、電極組立体１２は、帯状である電極としての正極電極１６と、帯状である電極としての負極電極１７と、各電極１６，１７の間を絶縁している帯状のセパレータ１８とを有する。電極組立体１２は、正極電極１６と負極電極１７とを間にセパレータ１８を介在させた状態で捲回することにより、各電極１６，１７が相互に絶縁された状態で層状に重なっている捲回型の電極組立体である。

正極電極１６は、帯状である金属箔としての正極金属箔１９と、正極金属箔１９を覆っている活物質層としての正極活物質層２０と、を有する。正極金属箔１９は、例えばアルミニウム製である。正極活物質層２０は、正極金属箔１９の両面に正極活物質を塗布して設けられている。また、正極電極１６は、該正極電極１６の長さ方向Ｄ１に沿って延びる縁部１６ａに沿って、正極活物質が塗布されていない未塗工部である箔状集電部としての正極集電部２１を有する。

また、負極電極１７は、帯状である金属箔としての負極金属箔２２と、負極金属箔２２を覆っている活物質層としての負極活物質層２３と、を有する。負極金属箔２２は、例えば銅製である。負極活物質層２３は、負極金属箔２２の両面に負極活物質を塗布して設けられている。また、負極電極１７は、該負極電極１７の長さ方向Ｄ１に沿って延びる縁部１７ａに沿って、負極活物質が塗布されていない未塗工部である箔状集電部としての負極集電部２４を有する。

電極組立体１２は、各電極１６，１７の幅方向Ｄ２における両端部のうち、第１端部１２ａにおいて、正極集電部２１が層状に重なっている正極集電部群２５を有する。また、電極組立体１２は、幅方向Ｄ２における両端部のうち、第１端部１２ａとは反対側の第２端部１２ｂにおいて、負極集電部２４が層状に重なっている負極集電部群２６を有する。各集電部群２５，２６は、正極集電部２１を第１端部１２ａ側に配置し、且つ負極集電部２４を第２端部１２ｂ側に配置した状態において、各電極１６，１７を捲回することにより設けられている。以下の説明では、各集電部群２５，２６において集電部が重なっている方向を単に積層方向Ｄ３と示す。

また、図１（ａ），（ｂ）、及び図２（ａ），（ｂ）に示すように、二次電池１０は、ケース１１に収容されている電極組立体１２との間で電気を授受するための電極端子として、正極用の電極端子２９と、負極用の電極端子２９と、を有する。各電極端子２９は、第１端部がケース１１の外側に突出している一方で、第１端部とは反対側の第２端部がケース１１の内側に突出するように、蓋１５に対して固定されている。

また、二次電池１０は、正極集電部群２５と正極用の電極端子２９とを電気的に接続している正極用の接続部材３０を有する。また、二次電池１０は、負極集電部群２６と負極用の電極端子２９とを電気的に接続している負極用の接続部材３０を有する。

各接続部材３０は、正極集電部群２５と正極用の電極端子２９との間、及び負極集電部群２６と負極用の電極端子２９との間の導電経路ＥＬをそれぞれ構成している。本実施形態の接続部材３０は、正極用と負極用とで同一構成であることから、以下の説明では、正極用の接続部材３０について詳しく説明し、負極用の接続部材３０についての説明を簡略する。

正極用の接続部材３０は、金属製の単線である単線部３１を有する。単線部３１は、いわゆる丸単線であり、複数本の金属線をよりあわせたより線とは異なる。単線部３１の断面形状は、直径が一定である円形（真円）である。単線部３１は、弾性を有する。単線部３１の両端部のうち基端部３１ａは、正極用の電極端子２９における第２端部に接合されている。

また、正極用の接続部材３０は、単線部３１の先端部３１ｂに連設されている金属製の丸端子３２を有する。正極用の丸端子３２は、厚さ方向に貫通する円形の貫通孔３２ａを有する円環板状の部材である。丸端子３２は、単線部３１の先端部３１ｂに対して圧着されている。正極用の単線部３１及び丸端子３２は、例えばアルミニウム製である。また、負極用の単線部３１及び丸端子３２は、例えば銅製である。

そして、二次電池１０は、正極集電部群２５と正極用の丸端子３２とを接合している割りピン３３を有する。割りピン３３は、フランジ状の頭部３３ａと、該頭部３３ａから積層方向Ｄ３に沿って突出している複数（本実施形態では２つ）の脚部３３ｂと、を有する。割りピン３３の各脚部３３ｂは、正極集電部群２５を貫通し、且つ丸端子３２の貫通孔３２ａに挿通された状態において、その先端部が丸端子３２の面方向に沿うように折り曲げられている。これにより、正極集電部群２５と丸端子３２とは、割りピン３３の頭部３３ａと脚部３３ｂの先端部との間で挟持され、相互に密着している。

次に、上記のように構成した二次電池１０の作用について説明する。
例えば、二次電池１０の外部から加えられた振動によって、ケース１１内において、電極組立体１２が揺動する場合、弾性を有する金属製の単線部３１が電極組立体１２に追従して変形する。また、例えば、二次電池１０の充放電に伴って、電極組立体１２が膨張及び収縮する場合、弾性を有する金属製の単線部３１が電極組立体１２に追従して変形する。このため、正極集電部群２５と高剛性の接続部材とを接合した構成と比較して、正極集電部群２５と接続部材３０との接合部に負荷（応力）が集中してしまうことを抑制できる。

また、丸端子３２が集電部群２５，２６に接合されていることから、例えば四角板状など、円形とは異なる形状の端子を集電部群２５，２６に接合する場合と比較して、集電部群を構成する集電部との接触部において、集電部が破損してしまうことを抑制できる。

また、図４（ａ），（ｂ）に示すように、割りピン３３を用いることで、接続部材３０と集電部群２５，２６とを簡便に接合できる。ここで、未使用状態の割りピン３３では、各脚部３３ｂが折り曲げられておらず、真っ直ぐな状態である。まず、未使用状態の割りピン３３の脚部３３ｂを正極集電部群２５に貫通させた状態であって、且つ丸端子３２の貫通孔３２ａに挿通させた状態とする。続けて、各脚部３３ｂの先端部を丸端子３２の面方向に沿うように折り曲げる。このとき、集電部群２５，２６の何れかと丸端子３２とを割りピン３３の頭部３３ａと脚部３３ｂの先端部との間で挟持させ、相互に密着させる。

したがって、上記実施形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。
（１）例えば二次電池１０の外部から加えられた振動や、二次電池１０の充放電に伴う電極組立体１２の膨張や収縮によって生じる負荷は、導電経路ＥＬを構成する単線部３１によって吸収される。したがって、電極組立体１２の集電部群２５，２６に生じる負荷を軽減できる。

（２）丸端子３２が各集電部群２５，２６に接合されていることから、丸端子３２と集電部群２５，２６とが接触したときに、集電部群２５，２６が破損することを抑制できる。

（３）丸端子３２と各集電部群２５，２６とは割りピン３３で接合されていることから、単線部３１と各集電部群２５，２６とを簡便に接合できる。
（４）圧着により、丸端子３２を単線部３１に対して簡便に設けることができる。

（５）二次電池１０として電極組立体１２の集電部群２５，２６に生じる負荷を軽減でき、ひいては二次電池１０としての耐久性を向上させることができる。
（６）単線部３１は、単線であることから、丸端子３２との接合部における電気抵抗を低くすることができる。

なお、上記実施形態は、以下のように変更してもよい。
○ 図５（ａ），（ｂ）に示すように、丸端子３２と正極集電部群２５とは、リベット３５で接合してもよい。未使用状態のリベット３５は、フランジ状の頭部３５ａと、該頭部３５ａから積層方向Ｄ３に沿って突出している棒状の胴部３５ｂと、を有する。そして、リベット３５の胴部３５ｂを正極集電部群２５に貫通させた状態であって、且つ丸端子３２の貫通孔３２ａに挿通させた状態とする。続けて、胴部３５ｂの先端部を変形させてフランジ状の変形部３５ｃを設ける。このとき、正極集電部群２５と丸端子３２とをリベット３５の頭部３５ａと変形部３５ｃとの間で挟持させ、相互に密着させるとよい。本別例は、負極についても同様に適用できる。

○ 単線部３１の断面形状は、楕円であってもよい。なお、単線部３１は、第１直径と、該第１直径と直交する方向における第２直径との比が例えば１：１〜１：３の範囲であるとよい。

○ 丸端子３２は、単線部３１の先端部３１ｂに対してカシメ接合されていてもよい。丸端子３２は、単線部３１の先端部３１ｂと一体に形成されていてもよい。
○ 丸端子３２は、貫通孔３２ａと連通する切欠き部を有するコ字型であってもよい。即ち、丸端子３２は、環状でなくてもよい。

○ 単線部３１の先端部３１ｂには、丸端子３２に代えて、四角板状の端子を連設してもよい。
○ 丸端子３２と各集電部群２５，２６は、抵抗溶接やレーザ溶接により接合されていてもよい。

○ 丸端子３２を省略してもよい。この場合、単線部３１を各集電部群２５，２６に溶接してもよい。
○ 導電経路ＥＬは、単線部３１及び丸端子３２に加えて、さらに１又は複数の導電部材を含んで構成されていてもよい。

○ 正極活物質層２０は、正極金属箔１９の片面にのみ設けられていてもよい。負極活物質層２３は、負極金属箔２２の片面にのみ設けられていてもよい。
○ 正極集電部２１は、正極金属箔１９とは別体の金属箔を縁部に接合して設けられていてもよい。負極集電部２４についても同様に変更できる。

○ 電極組立体１２は、シート状の正極電極１６と、シート状の負極電極１７とを間にセパレータ１８を介在させた状態で積層した積層型の電極組立体であってもよい。
○ 各集電部群２５，２６は、電極組立体１２における１つの端部に設けられていてもよい。

○ ケース１１を構成する部材は３つ以上であってもよく、各部材の形状を変更してもよい。例えば、ケース１１は、開口部を有する第１部材と開口部を有する第２部材とを開口部同士が対向するように組み合わせて形成してもよい。

○ ケース１１の形状は、収容される電極組立体１２の形状に対応させて適宜変更してもよい。例えば、ケース１１は円柱型であってもよい。この場合、有底円筒状のケース本体１３と、円盤状の蓋１５とを用いるとよい。

○ 二次電池１０は、車両としての乗用車や産業用車両に搭載してもよく、定置用の蓄電装置として適用してもよい。
○ 二次電池１０は、リチウムイオン二次電池に限らず、ニッケル水素二次電池やニッケルカドミウム二次電池等の他の二次電池であってもよい。

○ 二次電池に限らず、例えば、電気二重層キャパシタやリチウムイオンキャパシタ等のようなキャパシタとして具体化してもよい。

ＥＬ…導電経路、１０…二次電池（蓄電装置）、１１…ケース、１２…電極組立体、１６…正極電極（電極）、１７…負極電極（電極）、１９…正極金属箔（金属箔）、２０…正極活物質層（活物質層）、２１…正極集電部（箔状集電部）、２２…負極金属箔（金属箔）、２３…負極活物質層（活物質層）、２４…負極集電部（箔状集電部）、２５…正極集電部群（集電部群）、２６…負極集電部群（集電部群）、２９…電極端子、３０…接続部材、３１…単線部、３１ａ…先端部、３２…丸端子、３３…割りピン、３５…リベット。

Claims (5)

1. 金属箔と、該金属箔の少なくとも一部を覆う活物質層と、金属製の箔状集電部とを有する電極が、相互に絶縁された状態で層状に重なっている電極組立体と、
   前記電極組立体を収容しているケースと、
   前記ケースの外側に突出している電極端子と、
   前記電極組立体と前記電極端子との間の導電経路と、を備え、
   前記電極組立体は、前記箔状集電部が層状に重なっている集電部群を有しており、
   前記導電経路の少なくとも一部は、金属製の単線である単線部から構成されており、前記単線部は、前記集電部群に接合されていることを特徴とする蓄電装置。
2. 前記単線部は、先端部に丸端子を有しており、前記丸端子は前記集電部群に接合されている請求項１に記載の蓄電装置。
3. 前記丸端子と前記集電部群とは割りピン又はリベットで接合されている請求項２に記載の蓄電装置。
4. 前記丸端子は、前記単線部の先端部に圧着されている請求項２または３に記載の蓄電装置。
5. 前記蓄電装置は二次電池である請求項１〜４の何れか１項に記載の蓄電装置。