JP7019124B2

JP7019124B2 - 蓄電装置

Info

Publication number: JP7019124B2
Application number: JP2017207886A
Authority: JP
Inventors: 竜二大井手; 幹也栗田; 知広中村
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2017-10-27
Filing date: 2017-10-27
Publication date: 2022-02-15
Anticipated expiration: 2037-10-27
Also published as: JP2019079760A

Description

本発明は、蓄電装置に関する。

ＥＶ（Electric Vehicle）やＰＨＶ（Plug in Hybrid Vehicle）などの車両には、原動機となる電動機への供給電力を蓄える蓄電装置としてリチウムイオン電池などの二次電池が搭載されている。この種の二次電池は、例えば、特許文献１に開示されている。特許文献１の二次電池１５０は、図７に示すように、ケース１５１内に電極組立体１５２を収容するとともに、その電極組立体１５２に端子部材１５３を接続することによって構成されている。電極組立体１５２は、金属箔１５４ａに負極活物質層１５４ｂが塗工された負極電極１５４と、金属箔１５５ａに正極活物質層１５５ｂが塗工された正極電極１５５とを備えている。そして、電極組立体１５２は、負極電極１５４と正極電極１５５の間にセパレータ１５６を介在させて層状に形成されている。

こうした特許文献１のような二次電池１５０を備えた蓄電装置では、例えば負極電極１５４の金属箔１５４ａと正極電極１５５の金属箔１５５ａとのそれぞれに、活物質が塗工されていない領域であるタブが形成されている。そして、このタブが複数集められたものがタブ群として端子部材１５３と接続されている。タブ群は、例えば複数のタブが集められた状態で、電極組立体１５２の積層方向における一方から他方に向けて湾曲もしくは屈曲されている。そして、タブ群では、湾曲もしくは屈曲された部分から電極組立体１５２の積層方向の他方に延出された延出部が、端子部材１５３と接触して接続されている。

特開２００２－２９８８２５号公報

ところで、タブ群は端子部材１５３と溶接されることにより接続されている。溶接によってタブ群と端子部材１５３とが接合されると、その接合面積の大きさが端子部材１５３での集電効率に反映される。すなわち、接合面積が大きいほど電気抵抗値が低くなり、接合面積が小さくなるほど電気抵抗値が高くなる。また、接合面積を維持したまま、接合する電極の積層枚数を増やすと、接合に必要な熱量も積層枚数に応じて増加する。このため、同じ熱量で積層した電極を接合する場合、電極の積層枚数を増やすと接合面積は小さくなる。

本発明の目的は、上述した事情を鑑みてなされたものであり、接合面積をより大きくすることで、タブと端子間の集電効率の低下を防ぐことのできる蓄電装置を提供することにある。

以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。

上記目的を達成する蓄電装置は、電極が積層構造をとる電極組立体と、電極組立体との間で授受する導電部材と、電極組立体と導電部材が収容されたケースと、を備えた蓄電装置である。本発明の蓄電装置には、電極組立体の端部から突出したタブ群があり、タブ群がそれぞれ電極積層方向に二つに分かれており、第１タブ群と第２タブ群と呼ぶ。電極積層方向から見て、第１タブ群及び第２タブ群は、それぞれ電極組立体の中央部位に集箔し、導電部材の中央部位で湾曲もしくは屈曲した第１曲げ部及び第２曲げ部と、第１曲げ部及び第２曲げ部からタブ群が延出した第１延出部および第２延出部を有している。第１延出部および第２延出部が、電極積層方向において電極組立体と向き合うケースの内面に向って伸びており、第１延出部及び第２延出部で、導電部材と接合している接合部位を持つことを特徴としている。

かかる構成によれば、タブ群と導電部材を同一装置および同一熱量で接合させるとき、タブ群を第１タブ群と第２タブ群の２つに分けた場合のほうが、タブ群を分けない場合に比べて、接合面積を大きくすることができる。これによれば、タブ群の導電部材の接合面積を大きくすることで、接合部位の電気抵抗値を下げることが可能となる。

この発明によれば、タブと導電部材の接合面積をより大きく持つことのできる蓄電装置の提供が可能である。

本実施形態における二次電子の分解斜視図。二次電池の外観を示す斜視図。電極組立体の構成要素を示す分解斜視図電極組立体の断面図。別の実施形態における電極組立体の断面図。別の実施形態における電極組立体の断面図。従来の二次電池を示す断面図。

以下、蓄電装置を具体化した第１の実施形態を図１～図４に従って説明する。

図１及び図２に示すように、蓄電装置としての二次電池１０には、ケース２１に電極組立体１１が収容されている。ケース２１は、四角箱状のケース本体２２と、ケース本体２２の開口部２２ａを閉塞する矩形平板状の蓋体２３と、で構成されている。ケース本体２２と蓋体２３とは、いずれも金属製（例えば、ステンレス製やアルミニウム製）である。また、本実施形態の二次電池１０は、リチウムイオン電池であり、外郭が角型である角型電池である。

電極組立体１１には、電極組立体１１との間で電気を授受する電極端子としての正極端子２６及び負極端子２７が電気的に接続されている。これら正極端子２６及び負極端子２７は、蓋体２３に所定の間隔をあけて並設された一対の孔２３ａ，２３ｂからケース２１の外部に露出されている。そして、正極端子２６及び負極端子２７には、ケース２１から絶縁するためのリング状の絶縁部材２６ａ，２７ａがそれぞれ取り付けられている。また、図示は省略しているが、ケース２１を構成するケース本体２２の内面には、ケース本体２２と、ケース本体２２の内部に収容された電極組立体１１とを絶縁するための絶縁シートが取着されている。

図３に示すように、電極組立体１１は、正極金属箔１３（例えばアルミニウム箔）の両面に正極活物質が塗工された正極活物質層１４を有する正極電極１２と、負極金属箔１７（例えば銅箔）の両面に負極活物質が塗工された負極活物質層１８を有する負極電極１６とを有している。そして、電極組立体１１は、正極電極１２と負極電極１６との間に、これらを絶縁するセパレータ２０を介在させて層状である積層構造とされている。電極組立体１１は、複数の正極電極１２と複数の負極電極１６とを積層して構成される。すなわち、電極組立体１１には、正極電極１２と、負極電極１６と、セパレータ２０とからなる組が複数組、設けられている。

正極電極１２は、縁部１２ａから突出した形状の正極金属箔１３からなる正極タブ１５を有している。負極電極１６は、縁部１６ａから突出した形状の負極金属箔１７より構成される負極タブ１９を有している。正極タブ１５及び負極タブ１９は、正極電極１２及び負極電極１６が積層された状態で、正極タブ１５と負極タブ１９とが重ならない位置にそれぞれ設けられている。本実施形態において、各正極タブ１５は同じ大きさに形成されており、各負極タブ１９は同じ大きさに形成されている。
電極組立体１１を構成する各正極電極１２は、それぞれの正極タブ１５が列状に配置されるように積層される。同様に、電極組立体１１を構成する各負極電極１６は、それぞれの負極タブ１９が列状に配置されるように積層される。そして、電極組立体１１の上面１１ａには、図１に示すように、各正極タブ１５が、電極組立体１１における積層方向の一方から他方までの範囲で集められて正極タブ群１５ａが設けられている。また、電極組立体１１の上面１１ａには、各負極タブ１９も同様に、電極組立体１１における積層方向の一方から他方までの範囲で集められて負極タブ群１９ａが設けられている。
正極タブ群１５ａには、電極組立体１１と正極端子２６とを電気的に接続するための金属製（例えばアルミニウム製）の正極導電部材２４が接合されている。また、負極タブ群１９ａには、電極組立体１１と負極端子２７とを電気的に接続するための金属製（例えば銅製）の負極導電部材２５が接合されている。本実施形態の正極導電部材２４及び負極導電部材２５は、矩形平板状である。

次に、正極タブ群１５ａと正極導電部材２４、及び負極タブ群１９ａと負極導電部材２５の接合構造について、図４にしたがって詳しく説明する。なお、図４には、負極タブ群１９ａと負極導電部材２５との接合構造を図示しているが、この接合構造は正極タブ群１５ａと正極導電部材２４との接合構造と同一構造である。このため、以下では負極タブ群１９ａと負極導電部材２５との接合構造について説明する。以下の説明では、負極タブ１９を正極タブ１５、負極タブ群１９ａを正極タブ群１５ａ、負極タブ１９の先端部１９ｂを正極タブ１５の先端部１５ｂ、負極導電部材２５を正極導電部材２４と読みかえれば、正極タブ群１５ａと正極導電部材２４の接合構造の説明となる。

図４に示すように、本実施形態における負極タブ群１９ａは、第１タブ群３１と第２タブ群３２とで構成されている。第１タブ群３１と第２タブ群３２とは、電極組立体１１の積層方向Ｌの一方から他方までの範囲内に位置する負極タブ１９の全枚数のうち、均等の枚数ずつ２つに分割された複数の負極タブ１９をそれぞれ有している。

なお、電極組立体１１における負極タブ１９の全枚数が偶数であって、電極組立体１１の積層方向Ｌにおける最外層にそれぞれ負極電極１６が配置される場合では、多くの場合は電極組立体１１における正極タブ１５の全枚数が奇数となる。このため、複数の正極タブ１５によって第１タブ群３１と第２タブ群３２とを形成する場合では、電極組立体１１の積層方向Ｌの一方から他方までの範囲内に位置する正極タブ１５の全枚数が均等に２つに分割されることにより、構成する正極タブ１５に１枚の枚数差のある第１タブ群３１と第２タブ群３２とが形成されることとなる。

本実施形態では、具体的には、第２タブ群３２は、最も外側に配置される負極タブ１９のうち一方の負極タブＨ１に、電極組立体１１における積層方向Lの中央位置Ｍにある負極電極１６から延びている最も外側に配置される負極タブ１９のうち他方の負極タブＨ２が接近するように集められることにより形成されている。第１タブ群３１は、最も外側に配置される負極タブ１９のうちの一方の負極タブＨ４に、電極組立体１１における積層方向Lの中央位置Ｍにある負極電極１６から延びている最も外側に配置される負極タブ１９のうちの他方の負極タブＨ３が接近するように集められることにより形成されている。

第１タブ群３１は、電極組立体１１における積層方向Ｌの中央位置Ｍから、積層方向Ｌの外側へ向けてそれぞれ湾曲された第１曲げ部３３と、その第１曲げ部３３から積層方向Lの外側へ向けて延出された第１延出部３５とを備えている。第２タブ群３２は、電極組立体１１における積層方向Lの中央位置Ｍから、積層方向Ｌの外側へ向けてそれぞれ湾曲された第２曲げ部３４と、その第２曲げ部３４から電極組立体１１における積層方向Lの外側へ向けて延出された第２延出部３６とを備えている。第１タブ群３１及び第２タブ群３２は、第１曲げ部３３と第２曲げ部３４が電極組立体１１における積層方向Lの中央位置Ｍに向かってそれぞれ集箔するように曲げられている。そして、第１延出部３５の一部と負極導電部材２５は電気的に接合されている。第２延出部３６の一部も負極導電部材２５と電気的に接合されている。負極導電部材２５は、第１延出部３５および第２延出部３６とケース２１の蓋体２３との間に配置されている。

本実施例では、抵抗溶接により第１延出部３５および第２延出部３６がそれぞれ負極導電部材２５と接合されて、接合部位Ｗが形成されることにより、電気的に接続される。抵抗溶接は、接合対象（図４ではタブ群３１，３２、負極導電部材２５）を、一対の溶接用電極で挟み込んで溶接する方式である。

以下、本実施形態の二次電池１０の作用を説明する。

本実施例のタブ群１５ａ，１９ａは、電極組立体１１における積層方向Lの中央位置Ｍで集箔し、曲げ部３３，３４で曲げられ、導電部材２４，２５に沿って外側へ伸びる延出部３５，３６が形成されている。そして、延出部３５，３６の一部と導電部材２５を直接溶接して接合部位Ｗを形成されている。タブ群１５ａ，１９ａを、二つのタブ群３１，３２に分割することで、抵抗溶接するとき、一回の抵抗溶着のエネルギーを同一とした場合、タブ群１５ａ，１９ａを分割しないときと比べて、接合部位Ｗを大きくすることが可能となる。

また、第１タブ群３１及び第２タブ群３２は電極組立体１１における積層方向Lの中央位置Ｍに集箔され、曲げ部３３，３４を経て、中央位置Ｍからケース本体２２の方へ導電部材２４，２５に沿って伸びるように延出部３５，３６が設けられている。こうしたタブ群１５ａ，１９ａでは、第１タブ群３１と第２タブ群３２とで、電極組立体１１の上面１１ａから接合部位Wまでのタブ１５，１９の距離の差が比較的小さい状態となる。したがって、第１タブ群３１と第２タブ群３２とのいずれにおいても、タブ１５，１９の先端部１５ｂ，１９ｂをケース２１のケース本体２２の内面から離間した位置に位置させることができる。さらに、導電部材２４，２５と第１タブ群３１及び第２タブ群３２は抵抗溶接により直接溶接されているため、ケース本体２２の内側とタブ１５，１９が電気的に接触しないように、ケース本体２２の内側に絶縁部材などの介在物を設置しなくて良い。

以上説明したように、本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）第１タブ群３１と第２タブ群３２は、第１延出部３５及び第２延出部３６が導電部材２４，２５と直に溶接された状態（接合部位Ｗ）で、電気的に導電部材２４，２５と接合されている。溶接は、一対の溶接用電極で挟む事のできる厚みをもつ接合対象しか対応できず、また、接合対象の厚みが厚くなるほど、接合部位Ｗの厚み方向は大きくなり、それに伴い接合面積は小さくなる。本実施例では、電極組立体１１のタブ群を積層方向Ｌにおいて２つのタブ群３１，３２に分割しているため、タブ群を分割しない場合に比べて接合部位Ｗの面積を大きく取ることが可能となり、接合部位Ｗの電気抵抗を下げることができる。

（２）タブ群１５ａ，１９ａは、電極組立体１１における積層方向Lの中央位置Ｍで集箔し、曲げ部３３，３４で曲げられ、導電部材２４，２５に沿って外側へ伸びる延出部３５，３６が形成されている。このため、タブ群１５ａ，１９ａの電極組立体１１の上面１１ａから接合部位Wまでのタブ１５，１９の距離の差が小さくなり、曲げ部３３，３４の曲げ方向において外周側に位置する延出部３５，３６の飛び出し量を抑えることができる。したがって、タブ１５，１９とケース２１との短絡の発生を抑制することができる。

（３）導電部材２４，２５とタブ群の溶接について、電極組立体１１のタブ群を積層方向Ｌにおいて２つのタブ群３１，３２に分割しているため、タブ郡を分割しない場合に比べ、タブ群１５ａ，１９ａと導電部材２４，２５との抵抗溶接時の位置ずれを抑制することができる。

なお、上記実施形態は以下のように変更しても良い。
○ 図５に示すように、第１タブ群３１と第２タブ群が、縁部１２ａ，１６ａに沿った方向において、縁部１２ａ，１６ａから突出する位置が重なっていない。この実施形態の場合、第１タブ群３１と第２タブ群は同一方向に延出部３５，３６を向いている。抵抗溶接をする際、同一面上で続けて溶接ができるため、溶接における工数を低減できる。
○ 図６に示すように、第１タブ群３１と第２タブ群が、縁部１２ａ，１６ａに沿った方向において、縁部１２ａ，１６ａから突出する位置が重なっていない。図５の実施形態の場合、第１タブ群３１と第２タブ群は同一方向に延出部３５，３６を向いている。図６の実施形態の場合、第１タブ群３１と第２タブ群は反対方向に延出部３５，３６を向いている。この実施形態の場合、抵抗溶接をする際、同一面上で続けて溶接ができるため、溶接における工数を低減できる。
○ 第１タブ群３１が第２タブ群３２よりもタブ１５，１９の枚数が多くなるように、複数のタブ１５，１９を分割させても良い。これは、例えば、複数のタブ１５，１９の全枚数が奇数であり、第１タブ群３１と第２タブ群３２とでタブ１５，１９の枚数を均等に分割させると、第１タブ群３１の方が第２タブ群３２よりもタブ１５，１９の枚数が１枚多くなるためである。また、複数のタブ１５，１９の全枚数が奇数か偶数かによらず、第１タブ群３１の方が第２タブ群３２よりもタブ１５，１９の枚数が多くなるようにタブ１５，１９を分割させても良い。

１０二次電池
１１電極組立体
１２正極電極
１３正極金属箔
１４正極活物質層
１５正極タブ
１６負極電極
１７負極金属箔
１８負極活物質層
１９負極タブ
２０セパレータ
２１ケース
２２ケース本体
２３蓋体
２４正極導電部材
２５負極導電部材
２６正極端子
２７負極端子
３１第１タブ群
３２第２タブ群
３３第１曲げ部
３４第２曲げ部
３５第１延出部
３６第２延出部
Ｍ中央位置
Ｌ電極組立体１１の積層方向
Ｗ接合部位

Claims

電極が積層構造をとる電極組立体と、前記電極組立体との間で授受する導電部材と、前記電極組立体と前記導電部材が収容されたケースと、を備えた蓄電装置であって、
前記電極組立体の端部から突出したタブ群を有し、
前記タブ群が、それぞれ、前記電極組立体の積層方向に二つに分かれた第１タブ群と第２タブ群を有し、
前記第１タブ群および前記第２タブ群は、それぞれ前記電極組立体における前記積層方向の中央位置に集箔し、前記中央位置で湾曲もしくは屈曲した第１曲げ部及び第２曲げ部を有し、
前記第１曲げ部および前記第２曲げ部から前記タブ群が延出した第１延出部および第２延出部を有し、
前記第１延出部および前記第２延出部が、前記積層方向において前記電極組立体と向き合う前記ケースの内面に向って伸び、かつ、前記積層方向において、同一方向に延出しており、
前記第１延出部および前記第２延出部で、前記導電部材と接合している接合部位を
有することを特徴とする蓄電装置。
前記第１タブ群と前記第２タブ群が、前記電極組立体の前記タブ群が突出した前記端部に沿った方向において、前記端部から突出する位置が重なっていないことを特徴とする請求項１記載の蓄電装置。