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技術 ラミネート型電池の電極板積層固定構造

出願人 アロイ工業株式会社
発明者 田中昇
出願日 2015年12月14日 (4年11ヶ月経過) 出願番号 2015-242832
公開日 2017年6月22日 (3年5ヶ月経過) 公開番号 2017-111853
状態 特許登録済
技術分野 かしめ結合と拡管装置及び管端の縮径・拡径 電池の電槽・外装及び封口 電池の接続・端子 板の接続 圧接、拡散接合 挿入ピン・リベット
主要キーワード 接続部群 間欠配置 留め部材 接続部同士 押圧部分 導通部分 各電極板 起立片
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2017年6月22日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (10)

課題

積層される電極板同士の接続が強固に行えるようにする。

解決手段

リチウムイオン二次電池における重ねられた複数枚の電極板52,53の接続部52a,53a同士が重なり合ってできる接続部群13の接続部52a,53a同士を接続する電極板積層固定構造11において、接続部群13の外面に直接又は間接圧接する圧接部、及び圧接部と一体で接続部群13に突き刺さって反対側の面に突き抜ける切り込み部を有した本体部材21と、切り込み部の先端部で接続部群13の面方向に広がって接続部群13を圧接部との協働で挟持して接続部群13に直接又は間接に圧接する挟持部を有した留め部材22で構成される固定具12で固定する。

概要

背景

リチウムイオン電池は、金属箔からなる集電体表裏両面に活物質を有するシート状の電極板を備えている。電極板は正極のものと負極のものが用意され、これらがセパレータを介して必要数交互に積層される。積層は、正極の電極板と負極の電極板における活物質を有しない端部をそれぞれ反対方向に向けてなされる。重なり合った電極板の端部は互いに接続されるとともに、タブも重ねて接続される。

電極板同士とタブの接続は、例えば下記特許文献1に開示されているように超音波溶接で行われている。

しかし、超音波溶接は、接合する金属同士を重ねた状態で超音波振動を発生させて接合界面で原子結合させるものであるが、接合される金属の表面には酸化被膜汚れなどの不純物があるので、接合界面にそれらが残ることがある。このため超音波溶接で接合した部分は、良好な安定性を得られるように接合したつもりでも振動外れることがある。

概要

積層される電極板同士の接続が強固に行えるようにする。リチウムイオン二次電池における重ねられた複数枚の電極板52,53の接続部52a,53a同士が重なり合ってできる接続部群13の接続部52a,53a同士を接続する電極板積層固定構造11において、接続部群13の外面に直接又は間接圧接する圧接部、及び圧接部と一体で接続部群13に突き刺さって反対側の面に突き抜ける切り込み部を有した本体部材21と、切り込み部の先端部で接続部群13の面方向に広がって接続部群13を圧接部との協働で挟持して接続部群13に直接又は間接に圧接する挟持部を有した留め部材22で構成される固定具12で固定する。

目的

この発明は、電極板同士の接続が強固に行えるようにすることを主な目的とする

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

ラミネート型電池における重ねられた複数枚電極板接続部同士が重なり合ってできる接続部群の前記接続部同士を接続する電極板積層固定構造であって、前記接続部群の外面に直接又は間接圧接する圧接部と、該圧接部と一体で前記接続部群に突き刺さって反対側の面に突き抜ける切り込み部と、該切り込み部の先端部で前記接続部群の面方向に広がって前記接続部群を前記圧接部との協働で挟持して前記接続部群に直接又は間接に圧接する挟持部を有した固定具を備えるラミネート型電池の電極板積層固定構造。

請求項2

前記固定具の前記挟持部が、前記切り込み部を有する部材とは別の部材に形成された請求項1に記載のラミネート型電池の電極板積層固定構造。

請求項3

前記接続部群に一部が重ねられたタブを有し、前記接続部群における前記タブを重ねた部位に前記固定具を備えた請求項1または請求項2に記載のラミネート型電池の電極板積層固定構造。

請求項4

前記接続部群が前記各電極板同士を接合する超音波溶接部を有する請求項1から請求項3のうちいずれか一項に記載のラミネート型電池の電極板積層固定構造。

請求項5

前記固定具の前記切り込み部が複数設けられるとともに、これら切り込み部が前記圧接部の輪郭に沿って間欠配置された請求項1から請求項4のうちいずれか一項に記載のラミネート型電池の電極板積層固定構造。

請求項6

前記接続部群における前記固定具を備えた部位に、前記切り込み部と前記挟持部との間に挟まれる被挟持部が形成された請求項1から請求項5のうちいずれか一項に記載のラミネート型電池の電極板積層固定構造。

技術分野

0001

この発明は、リチウムイオン二次電池などのようなラミネート型電池電極板同士を電気的に接続するための技術に関し、より詳しくは、電極板同士の積層状態での接続が強固に行えるような電極板積層固定構造に関する。

背景技術

0002

リチウムイオン電池は、金属箔からなる集電体表裏両面に活物質を有するシート状の電極板を備えている。電極板は正極のものと負極のものが用意され、これらがセパレータを介して必要数交互に積層される。積層は、正極の電極板と負極の電極板における活物質を有しない端部をそれぞれ反対方向に向けてなされる。重なり合った電極板の端部は互いに接続されるとともに、タブも重ねて接続される。

0003

電極板同士とタブの接続は、例えば下記特許文献1に開示されているように超音波溶接で行われている。

0004

しかし、超音波溶接は、接合する金属同士を重ねた状態で超音波振動を発生させて接合界面で原子結合させるものであるが、接合される金属の表面には酸化被膜汚れなどの不純物があるので、接合界面にそれらが残ることがある。このため超音波溶接で接合した部分は、良好な安定性を得られるように接合したつもりでも振動外れることがある。

先行技術

0005

特開2005−222788号公報

発明が解決しようとする課題

0006

そこで、この発明は、電極板同士の接続が強固に行えるようにすることを主な目的とする。

課題を解決するための手段

0007

そのための手段は、ラミネート型電池における重ねられた複数枚の電極板の接続部同士が重なり合ってできる接続部群の前記接続部同士を接続する電極板積層固定構造であって、前記接続部群の外面に直接又は間接圧接する圧接部と、該圧接部と一体で前記接続部群に突き刺さって反対側の面に突き抜ける切り込み部と、該切り込み部の先端部で前記接続部群の面方向に広がって前記接続部群を前記圧接部との協働で挟持して前記接続部群に直接又は間接に圧接する挟持部を有した固定具を備えるラミネート型電池の電極板積層固定構造である。

0008

この構成では、固定具の圧接部と切り込み部と挟持部がそれぞれ別方向から接続部群を圧縮して接続部の積層状態を保持するとともに、接続部群に対して直接又は間接に密着して、電極板の接続部同士を電気的に接続する。

発明の効果

0009

この発明によれば、接続部群に切り込んで貫通する切り込み部と、切り込み部と一体の圧接部、圧接部と協働で接続部群を挟持する挟持部を有する固定具によって積層された接続部を固定するので、電極板同士の接続が振動で外れないように強固に行える。

図面の簡単な説明

0010

電極板積層固定構造をあらわす斜視図。
電極板積層固定構造の平面図。
リチウムイオン二次電池の概略構成図。
リチウムイオン二次電池における電極板部分の構造を示す断面図。
電極板積層固定構造における固定具部分の断面図。
固定具固定前の状態を示す片側断面側面図。
他の例に係る電極板積層固定構造における固定具部分の断面図。
他の例に係る電極板積層固定構造の平面図。
他の例に係る電極板積層固定構造における固定具部分の断面図。

実施例

0011

この発明を実施するための一形態を、以下図面を用いて説明する。
図1に、ラミネート型電池の電極板積層固定構造11の概略を表す斜視図、図2は電極板積層固定構造11の平面図を示している。これらの図に示すように、電極板積層固定構造11は固定具12を用いて構成するものである。

0012

まず、ラミネート型電池の一例としてのリチウムイオン二次電池51の概略構造について図3を用いて説明する。リチウムイオン二次電池51は、金属箔からなる集電体の表裏両面に活物質が備えられたシート状の正極の電極板52と負極の電極板53が、図4にも示したように、これらの間にセパレータ54を介装して必要枚数積層されている。電極板52,53は活物質のない接続部52a,53aを一端部に有し、この接続部52a,53aは正極の電極板52と負極の電極板53とでそれぞれ反対方向に向けて積層される。正極の電極板52における接続部52aと負極の電極板53における接続部53aは、それぞれ重なり合い、この状態の接続部52a,53aに方形板状のタブ55が一部を重ねた状態で接続されている。

0013

このような電極板52,53は、図1に示したように絶縁シート56で被覆されて電解液(図示せず)とともに、タブ55の先端部を露出した状態でラミネートフィルム57によって被覆される(図3参照)。

0014

タブ55の厚さは適宜設定され、電極板52,53を構成する金属箔よりも厚い。この厚さは例えば0.1mm〜0.5mmほどである。

0015

図示例では、リチウムイオン二次電池51の相反する2辺のうちの一方の辺に正極のタブ55aを、他方の辺に負極のタブ55bを備えた例を示したが、リチウムイオン二次電池51は正極のタブ55aと負極のタブ55bを同一辺に並べて備えたものであってもよい。

0016

つぎに、電極板52,53の接続部52a,53a同士を接続する積層固定構造11について説明する。

0017

複数枚の電極板52,53の接続部52a,53a同士が重なり合ってできる接続部群13は、図1に示したように薄いシート状になる。この接続部群13の中間部分に、タブ55の一部が重ねられて、重なり合った部分に適宜数の固定具12が固定される。固定具12の個数も配置も適宜設定される。図5が固定具12による固定がなされた状態の固定具12とその近傍の断面図である。

0018

図5に示したようにこの電極板積層固定構造11は、接続部群13の外面に直接又は間接に圧接する圧接部14と、圧接部14と一体で接続部群13に突き刺さって反対側の面に突き抜ける切り込み部15と、切り込み部15の先端で接続部群13の面方向に広がって接続部群13を圧接部14との協働で挟持して接続部群13に直接又は間接に圧接する挟持部16を有した固定具12を備えている。

0019

固定具12は、導電性を有し冷間鍛造ができる材料で形成されており、図6に示したように本体部材21と留め部材22で構成される。本体部材21は前述の圧接部14と切り込み部15を構成する部材であり、留め部材22は前述の挟持部16を構成する部材である。

0020

本体部材21は円筒状をなす円筒部23と、円筒部23の一端から外方に広がる鍔状の円環部24を有する。円筒部23は接続部群13の厚さよりも長く形成されており、基部側の部分が切り込み部となる部分で、円筒部23の先端側の先端側部23aは接続部群13に突き刺さった後でかしめられる部分である。円筒部23の先端は、接続部群13に突き刺さりやすいった形状に形成されている。

0021

円環部24は円筒部23から滑らかに連続し、円筒部23側の部分には、接続部群13から離れる方向に膨らむ凹所25を備えている。円環部24の外周方向の長さは、接続部群13に固定したときに接続部群13の厚さや留め部材22などとの関係で十分な挟持を行える長さに設定されている。

0022

留め部材22は中央に貫通穴26を有する円形の皿状である。貫通穴26の大きさは本体部材21の円筒部23を遊嵌する大きさに形成されている。貫通穴26の縁部27は平らな部分を若干有し、本体部材21の凹所25に対向する部位に形成されている。また縁部27は、留め部材22の中では接続部群13に近づく方向に最も突出しており、接続部群13に対して強く押圧力を発揮する押圧部分となる。

0023

この縁部27より外周側に、接続部群13から離れる方向に斜めに延設され、本体部材21の円環部24の外周縁24aに対向する部位に接続部群13から離れる方向に膨らむ円弧状の凹所28が形成され、この凹所28の外周縁29が接続部群13側に若干せり出している。

0024

このような構成の固定具12の本体部材21と留め部材22を、接続部群13とタブ55を挟んで対峙させ、本体部材21と留め部材22で接続部群13の固定部位を挟んで押しつけると、本体部材21の円筒部23は接続部群13に突き刺さって反対側に抜け、円筒部23で切断された部分は円筒部23の内側から脱落する。円筒部23の先端側部23aは図5に示したようにかしめられ、折り返されるように屈曲変形された円筒部23の先端側部23aが留め部材22を押圧する。

0025

この結果、前述のような電極板積層固定構造11が得られる。この電極板積層固定構造11は、具体的には、接続部群13の外面にタブ55を介して間接に圧接する圧接部14と、圧接部14と一体でタブ55と接続部群13に突き刺さって接続部群13の反対側の面に突き抜ける切り込み部15と、切り込み部15の先端部で接続部群13の面方向に広がって接続部群13を圧接部14との協働で挟持して接続部群13に対して直接に圧接する挟持部16を有した固定具12を備えている。

0026

接続部群13における固定具12を備えた部位では、圧接部14、切り込み部15および挟持部16を構成する本体部材21と留め部材22によって、具体的には本体部材21の凹部25と留め部材22の縁部27、および本体部材21の外周縁24aと留め部材22の外周縁29によって、接続部群13が厚み方向に圧縮され波打つように変形されるとともに、切り込み部15と挟持部16との間に挟まれる被挟持部17が形成される。

0027

このように構成された電極板積層固定構造11では、切り込み部15が突き刺さった部位の近傍で本体部材21と留め部材22が一体となって接続部群13とタブ55に圧接する。接続部群13とタブ55は、厚み方向で圧縮されるうえに被挟持部17が形成されるうえに、本体部材21と留め部材22がかしめにより固定されるので、高い密着度と、振動等で容易に分離しない強力な固定状態が得られることになる。

0028

しかも挟持部16はかしめられる本体部材21とは別の部材である留め部材22に形成されているので、かしめた部分で直接に圧接する場合に比して、当たりを軟らかくすることができる。しかも、挟持部16となる留め部材22の縁部27は、水平な面で構成したので、電極板52,53の接続部52a,53aに圧接しても接続部52a,53aを不測に破断してしまうようなことを回避できる。

0029

また、本体部材21の円筒部23の先端側部23aがかしめられるので、固定時の本体部材21高さは低くなる。そのうえ留め部材は皿状に形成されており、筒状部23の先端側部23aが収まるので、固定具12全体として薄く形成できる。このため、ラミネート56で被覆される電極板の固定構造としてふさわしいものとなる。

0030

接続部群13にはタブ55を重ねて固定をしているので、タブ55の接続も簡素に行える。タブ55は接続部群13の外面に重ねるのではなく内部に差し込むことも可能である。

0031

さらに、本体部材21の円筒部23が固定に際してタブ55と接続部群13の一部を切除するので、軽量化をはかることができる。

0032

以下、その他の例について説明する。この説明において、前述の構成と同一または類似の部位については同一の符号を付してその詳しい説明を省略する。
図7は、他の例に係る電極板積層固定構造11における固定具12による固定がなされた状態の固定具12とその近傍の断面図である。この図に示すように、固定具12の切り込み部15が複数設けられるとともに、これら切り込み部15が圧接部14の輪郭に沿って間欠配置されている。具体的には、本体部材21は円形をなす円環部24を有し、この円環部24に対して同形同大の5個の起立片31が均等に配設されている。起立片31の形状は適宜設定されるが、この例では略半楕円形に形成されている。留め部材22は、略円板状に形成されており、起立片31に対応する部位より若干内周側の部位に、全周にわたって接続部群13側に突出する凸部32を有している。この凸部32より外周側の部分には、起立片31を侵入させるとともに、起立片31の先端側部を変形させる変形湾曲部33を有している。変形湾曲部33は起立片31の先端側部31aを外周方向に広げたのち接続部群13側に折り返すように変形させるもので、極力平らに形成されている。変形湾曲部33の先端縁33aは、水平に近い緩やかな傾斜状であり、本体部材21の凹所25に対向する位置に形成されている。

0033

このような固定具12を備えた電極板積層固定構造11は、具体的には、接続部群13の外面にタブ55を介して間接に圧接する圧接部14と、圧接部14と一体でタブ55と接続部群13に突き刺さって接続部群13の反対側の面に突き抜ける切り込み部15と、切り込み部15の先端部で接続部群13の面方向に広がって接続部群13を圧接部14との協働で挟持して接続部群13に対して直接に圧接する挟持部16を有した固定具12を備えている。接続部群13における固定具12を備えた部位には、本体部材21の凹部25と留め部材22の変形湾曲部33の先端縁33a、本体部材21の外周縁24a、および留め部材22の凸部32によって、接続部群13が厚み方向に圧縮され波打つように変形されるとともに、切り込み部15と挟持部16との間に挟まれる被挟持部17が形成される。

0034

このように構成された電極板積層固定構造11でも、前述と同様に、高い密着度と、振動等で容易に分離しない強力な固定状態が得られることになる。

0035

図8は、他の例に係る電極板積層固定構造11の平面図である。この電極板積層固定構造11は、接続部群13が電極板52,53同士を接合する超音波溶接部35を有するものである。具体的には、接続部群13とタブ55の重なり合う部分に、これらを接合する超音波溶接部35が形成されている。超音波溶接部35は所定の間隔をあけて複数形成される。固定具12は、超音波溶接部35と非接触で、または超音波溶接部35と接触状態で固定される。

0036

このような構成の電極板積層固定構造11では、超音波溶接部35が導通部分となるとともに固定具12が接続部群13とタブ55の接合状態を得るので、確実な導通性が得られる。しかも、超音波溶接部35を固定具12の固定よりも先に形成するので、接続部群13とタブ55の位置関係が安定し、固定具12の固定作業が容易、かつ正確に行える。このため、位置ずれのない所望の固定状態が得られる。

0037

超音波溶接部35は、タブ55を重ねる部位以外の部位に形成することもできる。

0038

図9は、他の例に係る電極板積層固定構造11の固定具12部分の断面図である。

0039

この電極板積層固定構造11は、固定具12の留め部材22に、電線61を接続する連結部37を備えている。連結部37は、留め部材22の外周縁に短冊状に一体形成され、連結部37には、電線61の導体62をかしめる環状のかしめ部37aが形成されている。

0040

以上はこの発明を実施するための一形態の構成であり、この発明は前述の構成のみに限定されるものではなく、その他の構成を採用することができる。

0041

11…電極板積層固定構造
12…固定具
13…接続部群
14…圧接部
15…切り込み部
16…挟持部
17…被挟持部
21…本体部材
22…留め部材
51…リチウムイオン二次電池
52,53…電極板
52a,53a…接続部
55…タブ

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