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技術 電池および電池の製造方法

出願人 トヨタ自動車株式会社
発明者 萩野智生根本雄太大野友寛成瀬洋一
出願日 2017年10月6日 (1年10ヶ月経過) 出願番号 2017-196426
公開日 2019年5月9日 (3ヶ月経過) 公開番号 2019-071201
状態 未査定
技術分野 電池の接続・端子 電池の電槽・外装及び封口
主要キーワード 固相溶接 圧縮加重 幅広面 レーザー溶接機 受け治具 収容領域 極要素 振動発生装置
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(2019年5月9日)のものです。
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図面 (12)

課題

設備コストが低く抑えられうる電池の製造方法の新規提案

解決手段

組付工程では、蓋11bの取付孔11cにガスケット12の筒部12aが装着され、ガスケット12の筒部12aに内部端子15の台座部15cが装着され、台座部15cに貫通孔13dを装着しつつ蓋11bの外側面にインシュレータ13が配置され、かつ、インシュレータ13の上において台座部15cに重ねられるように外部端子14が配置された状態にする。溶接工程では、内部端子15の台座部15cに外部端子14が押し当てられ、かつ、外部端子14または内部端子15を振動させて台座部15cと外部端子14とが固相溶接される。

概要

背景

特開2014−11073号公報には、内部端子の軸部が、電池ケース外部端子挿通され、外部端子にかしめられた後、かしめられた部位の外周縁部を外部端子にレーザー溶接することが開示されている。特開2017−84585号公報には、かしめられた部位の外周縁部にレーザー溶接によってビード部を設けることが開示されている。

概要

設備コストが低く抑えられうる電池の製造方法の新規提案組付工程では、蓋11bの取付孔11cにガスケット12の筒部12aが装着され、ガスケット12の筒部12aに内部端子15の台座部15cが装着され、台座部15cに貫通孔13dを装着しつつ蓋11bの外側面にインシュレータ13が配置され、かつ、インシュレータ13の上において台座部15cに重ねられるように外部端子14が配置された状態にする。溶接工程では、内部端子15の台座部15cに外部端子14が押し当てられ、かつ、外部端子14または内部端子15を振動させて台座部15cと外部端子14とが固相溶接される。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
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請求項1

取付孔を有する電池ケース部品と、内部端子と、外部端子と、前記内部端子および前記外部端子と、前記電池ケース部品との間に介在した絶縁部材とを備え、前記内部端子は、前記絶縁部材を介在させて前記電池ケース部品の内側に重ねられたベース部と、前記ベース部から突出し、前記絶縁部材を介在させて前記取付孔に挿通されて電池ケース部品に装着された台座部とを備え、前記外部端子は、前記取付孔に挿通された前記台座部に重ねられ、かつ、前記内部端子に溶接された溶接部を備えた電池

請求項2

前記内部端子は、前記台座部から立ち上がった軸部をさらに有し、前記外部端子は、前記軸部が挿通された挿通孔をさらに有し、前記軸部は、前記挿通孔に挿通され、かつ、前記挿通孔の周囲にかしめられている、請求項1に記載された電池。

請求項3

前記溶接部は、前記軸部が前記挿通孔の周囲にかしめられた部位よりも外径側にある、請求項2に記載された電池。

請求項4

前記外部端子が接合された前記台座部には溝がある、請求項1から3までの何れか一項に記載された電池。

請求項5

前記外部端子と前記台座部とは、前記内部端子の軸部周り周方向に沿って溶接されている、請求項1から4までの何れか一項に記載された電池。

請求項6

前記絶縁部材は、前記取付孔の周囲において前記電池ケース部品の内側面に重ねられた鍔部と、前記鍔部から突出して前記取付孔に装着された筒部とを有するガスケットと、前記取付孔に挿通された台座部が装着された貫通孔を有し、前記電池ケース部品の外側面に重ねられたインシュレータとを備え、前記内部端子のベース部は、前記電池ケース部品の内側において前記ガスケットに重ねられており、前記台座部は、前記ガスケットの筒部に挿通されて電池ケース部品の取付孔に装着されており、前記外部端子は、前記インシュレータを介して前記電池ケース部品の外側に重ねられている、請求項1から5までの何れか一項に記載された電池。

請求項7

取付孔が形成された電池ケース部品を用意する工程と、前記取付孔に装着可能な筒部を有するガスケットを用意する工程と、前記筒部に装着可能な台座部を有する内部端子を用意する工程と、前記台座部に装着される貫通孔を有するインシュレータを用意する工程と、前記インシュレータの上に配置されて前記台座部に重ねられる前記外部端子を用意する工程と、前記電池ケース部品の前記取付孔に前記ガスケットの前記筒部が装着され、前記ガスケットの前記筒部に前記内部端子の前記台座部が装着され、前記台座部に前記貫通孔を装着しつつ前記電池ケース部品の外側面にインシュレータが配置され、かつ、インシュレータの上で前記台座部に重ねられるように前記外部端子が配置された状態に、前記内部端子と、前記ガスケットと、前記電池ケース部品と、前記インシュレータと、前記外部端子とを組付け組付工程と、前記内部端子の前記台座部に前記外部端子を押し当て、かつ、前記外部端子または前記内部端子を振動させて前記台座部と前記外部端子とを固相溶接させる溶接工程とを含む、電池の製造方法。

請求項8

前記内部端子を用意する工程において用意される前記内部端子は、前記台座部から立ち上がった軸部を有し、前記外部端子を用意する工程において用意される前記外部端子は、前記軸部が挿通される挿通孔を有し、前記組付工程では、前記インシュレータの上において前記軸部に前記挿通孔が挿通されるように前記外部端子が配置され、前記溶接工程後に、前記軸部を前記挿通孔の周囲にかしめるかしめ工程をさらに含む、請求項7に記載された電池の製造方法。

請求項9

前記溶接工程では、前記内部端子と前記外部端子とをホーンアンビルとで挟み、前記内部端子の前記台座部と前記外部端子とを押し当てつつ、前記内部端子または前記外部端子に超音波振動が与えられる、請求項7または8に記載された電池の製造方法。

技術分野

0001

本発明は、電池および電池の製造方法に関する。

背景技術

0002

特開2014−11073号公報には、内部端子の軸部が、電池ケース外部端子挿通され、外部端子にかしめられた後、かしめられた部位の外周縁部を外部端子にレーザー溶接することが開示されている。特開2017−84585号公報には、かしめられた部位の外周縁部にレーザー溶接によってビード部を設けることが開示されている。

先行技術

0003

特開2014−11073号公報
特開2017−84585号公報

発明が解決しようとする課題

0004

内部端子と外部端子との溶接部位は、内部端子と外部端子との他の接触部位よりも電気抵抗が低くなる傾向があり、内部端子と外部端子との主たる導通経路となりうる。かしめられた部位の外周縁部に溶接部位がある場合、例えば、かかる溶接部位に異物等が接触しうる。内部端子と外部端子との導通経路の品質は高く維持したいため、内部端子と外部端子との溶接部位に異物が接触する事象を生じ難くしたい。また、内部端子と外部端子とをレーザー溶接によって接合する場合には、レーザー溶接機のような比較的高価な設備が必要となる。そこで、ここでは、全く新しい構造の電池とその製造方法とを提案する。

課題を解決するための手段

0005

ここで提案される電池の一実施形態は、取付孔を有する電池ケース部品と、内部端子と、外部端子と、絶縁部材とを備えている。
ここで、絶縁部材は、内部端子および外部端子と電池ケース部品との間に介在している。
内部端子は、絶縁部材を介在させて電池ケース部品の内側に重ねられたベース部と、ベース部から突出し、絶縁部材を介在させて取付孔に挿通されて電池ケース部品に装着された台座部とを備えている。
外部端子は、取付孔に挿通された台座部に重ねられ、かつ、内部端子に溶接された溶接部を備えている。
このような構造の電池によれば、外部端子が内部端子の台座部に重ねられた位置に溶接部があるため、外部からの異物等が接触する可能性が低減される。

0006

さらに、電池の一実施形態は、内部端子は台座部から立ち上がった軸部をさらに有し、かつ、外部端子は軸部が挿通された挿通孔をさらに有していてもよい。この場合、軸部は、挿通孔に挿通され、かつ、挿通孔の周囲にかしめられていてもよい。

0007

ここで、溶接部は、内部端子の軸部が外部端子の挿通孔の周囲にかしめられた部位よりも外径側にあってもよい。また、外部端子が接合された台座部には溝があってもよい。外部端子と台座部とは、内部端子の軸部周り周方向に沿って溶接されていてもよい。

0008

また、絶縁部材は、取付孔の周囲において電池ケース部品の内側面に重ねられた鍔部と、鍔部から突出して取付孔に装着された筒部とを有するガスケットと、取付孔に挿通された台座部が装着された貫通孔を有し、電池ケース部品の外側面に重ねられたインシュレータとを備えていてもよい。この場合、内部端子のベース部は、電池ケース部品の内側においてガスケットに重ねられているとよい。台座部は、ガスケットの筒部に挿通されて電池ケース部品の取付孔に装着されているとよい。外部端子は、インシュレータを介して電池ケース部品の外側に重ねられているとよい。

0009

ここで提案される電池の製造方法には、以下の工程が含まれているとよい:
取付孔が形成された電池ケース部品を用意する工程;
取付孔に装着可能な筒部を有するガスケットを用意する工程;
筒部に装着可能な台座部を有する内部端子を用意する工程;
台座部に装着される貫通孔を有するインシュレータを用意する工程;
インシュレータの上に配置されて台座部に重ねられる外部端子を用意する工程;
組付工程;および
溶接工程。

0010

ここで、組付工程では、内部端子と、ガスケットと、電池ケース部品と、インシュレータと、外部端子とが組付けられる。
組付工程では、電池ケース部品の取付孔にガスケットの筒部が装着され、ガスケットの筒部に内部端子の台座部が装着され、台座部に貫通孔を装着しつつ電池ケース部品の外側面にインシュレータが配置され、かつ、インシュレータの上で台座部に重ねられるように外部端子が配置された状態になる。
溶接工程では、内部端子の台座部に外部端子が押し当てられ、かつ、外部端子または内部端子を振動させて台座部と外部端子とが固相溶接される。
この方法によれば、内部端子と外部端子との導通経路と形成するための溶接工程において、レーザー溶接機よりも比較的安価な固相溶接機が用いられるため、内部端子と外部端子との導通経路と形成するための溶接工程における設備コストを低く抑えることができる。

0011

内部端子を用意する工程において用意される内部端子は、台座部から立ち上がった軸部を有していてもよい。外部端子を用意する工程において用意される外部端子は、軸部が挿通される挿通孔を有していてもよい。組付工程では、インシュレータの上において軸部に挿通孔が挿通されるように外部端子が配置されるとよい。そして、溶接工程後に、軸部を挿通孔の周囲にかしめるかしめ工程がさらに含まれているとよい。

0012

溶接工程では、例えば、内部端子と外部端子とをホーンアンビルとで挟み、内部端子の台座部と外部端子とを押し当てつつ、内部端子または外部端子に超音波振動が与えられてもよい。

図面の簡単な説明

0013

図1は、本発明の一実施形態に係る密閉型電池10の部分断面図である。
図2は、外部端子14と内部端子15とが電池ケース11に取り付けられた部分を示す断面図である。
図3は、組付工程で、組付けられた内部端子15と、ガスケット12と、蓋11bと、インシュレータ13と、外部端子14とを示す断面図である。
図4は、溶接工程で、内部端子15の台座部15cに外部端子14が押し当てられた状態を示す断面図である。
図5は、図4のV−V線に沿った平面図である。
図6は、かしめ工程を示す断面図である。
図7は、他の形態における溶接工程で、内部端子15の台座部15cに外部端子14が押し当てられた状態を示す断面図である。
図8は、図7のVIII−VIII線に沿った平面図である。
図9は、他の形態における溶接工程で、内部端子15の台座部15cに外部端子14が押し当てられた状態を示す断面図である。
図10は、他の形態における組付工程で、内部端子15の台座部15cに、インシュレータ13が組付けられた状態を示す平面図である。
図11は、ここで提案される電池の他の実施形態を示す断面図である。

実施例

0014

以下、ここで提案される電池および電池の製造方法の一実施形態を説明する。ここで説明される実施形態は、当然ながら特に本発明を限定することを意図したものではない。本発明は、特に言及されない限りにおいて、ここで説明される実施形態に限定されない。各図面は模式的に描かれており、必ずしも実物を反映していない。また、同一の作用を奏する部材・部位には、適宜に同一の符号を付し、重複する説明を省略する。上、下、左、右、前、後の向きは、図中、U、D、L、R、F、Rrの矢印でそれぞれ表されている。

0015

ここでは、図1および図2に示された密閉型電池10を例に電池および電池の製造方法を説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係る密閉型電池10の部分断面図である。図1では、略直方体の電池ケース11の片側の幅広面に沿って、内部を露出させた状態が描かれている。図2は、外部端子14と内部端子15とが電池ケース11に取り付けられた部分を示す断面図である。密閉型電池10は、図1および図2に示されているように、電池ケース11と、ガスケット12と、インシュレータ13と、外部端子14と、内部端子15と、接続端子16と、電極体20とを備えている。

0016

電極体20は、絶縁フィルム(図示は省略)などで覆われた状態で、電池ケース11に収容されている。電極体20は、正極要素としての正極シート21と、負極要素としての負極シート22と、セパレータとしてのセパレータシート31、32とを備えている。正極シート21と、第1のセパレータシート31と、負極シート22と、第2のセパレータシート32とは、それぞれ長尺帯状の部材である。

0017

正極シート21は、予め定められた幅および厚さの正極集電箔21a(例えば、アルミニウム箔)に、幅方向の片側の端部に一定の幅で設定された未形成部21a1を除いて、正極活物質を含む正極活物質層21bが両面に形成されている。正極活物質は、例えば、リチウムイオン二次電池では、リチウム遷移金属複合材料のように、充電時にリチウムイオンを放出し、放電時にリチウムイオンを吸収しうる材料である。正極活物質は、一般的にリチウム遷移金属複合材料以外にも種々提案されており、特に限定されない。

0018

負極シート22は、予め定められた幅および厚さの負極集電箔22a(ここでは、銅箔)に、幅方向の片側の縁に一定の幅で設定された未形成部22a1を除いて、負極活物質を含む負極活物質層22bが両面に形成されている。負極活物質は、例えば、リチウムイオン二次電池では、天然黒鉛のように、充電時にリチウムイオンを吸蔵し、充電時に吸蔵したリチウムイオンを放電時に放出しうる材料である。負極活物質は、一般的に天然黒鉛以外にも種々提案されており、特に限定されない。

0019

セパレータシート31,32には、例えば、所要耐熱性を有する電解質が通過しうる多孔質樹脂シートが用いられる。セパレータシート31,32についても種々提案されており、特に限定されない。

0020

ここで、負極活物質層22bの幅は、例えば、正極活物質層21bよりも広く形成されている。セパレータシート31,32の幅は、負極活物質層22bよりも広い。正極集電箔21aの未形成部21a1と、負極集電箔22aの未形成部22a1とは、幅方向において互いに反対側に向けられる。また、正極シート21と、第1のセパレータシート31と、負極シート22と、第2のセパレータシート32とは、それぞれ長さ方向に向きを揃え、順に重ねられて捲回されている。負極活物質層22bは、セパレータシート31,32を介在させた状態で正極活物質層21bを覆っている。負極活物質層22bは、セパレータシート31,32に覆われている。正極集電箔21aの未形成部21a1は、セパレータシート31,32の幅方向の片側にはみ出ている。負極集電箔22aの未形成部22a1は、幅方向の反対側においてセパレータシート31,32からはみ出ている。

0021

上述した電極体20は、図1に示されているように、電池ケース11のケース本体11aに収容されうるように、捲回軸を含む一平面に沿った扁平な状態とされる。そして、電極体20の捲回軸に沿って、片側に正極集電箔21aの未形成部21a1が配置され、反対側に負極集電箔22aの未形成部22a1が配置されている。正極集電箔21aの未形成部21a1と、負極集電箔22aの未形成部22a1とは、蓋11bの長手方向の両側部にそれぞれ取り付けられた内部端子15に取り付けられている。電極体20は、このように蓋11bに取り付けられた内部端子15に取付けられた状態で、電池ケース11に収容される。

0022

電池ケース11は、扁平な角型の収容領域を有しており、ケース本体11aと、蓋11bとを備えている。電池ケースには、アルミ1000番系、3000番系などのアルミニウムまたはアルミニウム合金が用いられうる。この実施形態では、ケース本体11aは、扁平な略直方体の容器形状を有し、長辺と短辺からなる一面が開口している。蓋11bは、当該ケース本体11aの開口に応じた形状で、当該開口に装着されるプレート状の部材である。蓋11bの長手方向の両側部には、外部端子14と内部端子15とを取付けるための取付孔11c(図2参照)が形成されている。この実施形態では、取付孔11cの縁には、蓋11bの内側に突出した突起11c1が設けられている。

0023

ここで提案される電池は、図2に示されているように、電池ケース部品(この実施形態では、蓋11b)と、内部端子15と、外部端子14と、絶縁部材(12,13)とを備えている。ここで、絶縁部材は、内部端子15および外部端子14と、電池ケース部品としての蓋11bとの間に介在している。この実施形態では、絶縁部材は、ガスケット12と、インシュレータ13とで構成されている。

0024

ここで、内部端子15は、図1および図2に示されているように、リード部15aと、ベース部15bと、台座部15cと、軸部15dとを有している。

0025

図1および図2に示されているように、ベース部15bは、蓋11bの内側においてガスケット12に重ねられた部位であり、ガスケット12を介在させて蓋11bに取り付けられている。リード部15aは、ベース部15bから電池ケース11内部に延びる部位である。図1では、左側の内部端子15のリード部15aには、電極体20の正極集電箔21aの未形成部21a1が溶接されている。右側の内部端子15のリード部15aには、電極体20の負極集電箔22aの未形成部22a1が溶接されている。台座部15cは、ベース部15bから突出しておりガスケット12を介在させて蓋11bの取付孔11cに挿通されて蓋11bに装着されている。軸部15dは、台座部15cの中央部において立ち上がっている。ここで、軸部15dが立ち上がった部位(つまり、台座部15cの中央部)は、台座部15cの完全な中央でなくてもよい。軸部15dは、台座部15cの中央からずれていてもよい。

0026

ガスケット12は、蓋11bの取付孔11cと内部端子15との間に介在しており、蓋11bの取付孔11cのシール性を確保するとともに、蓋11bと内部端子15とを絶縁している。ガスケット12は、所要の弾性を有する樹脂部材にて構成されている。ガスケット12には、例えば、テトラフルオロエチレンパーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFAとも称されうる。)が用いられうる。

0027

この実施形態では、ガスケット12は、筒部12aと、鍔部12bと、囲い部12cと、受け部12dとを有している。筒部12aは、鍔部12bから突出した部位であり、内部端子15の台座部15cおよび軸部15dが挿通されるとともに、蓋11bの取付孔11cの内周面に装着される部位である。筒部12aは、内部端子15の台座部15cの外径と略同じ内径を有し、かつ、取付孔11cの内径と略同じ外径を有している。鍔部12bは、筒部12aの一端から径方向に沿って延びており、蓋11bの内側面に装着される板状の部位である。囲い部12cは、鍔部12bの周縁から筒部12aとは反対側に延びている。受け部12dは、ガスケット12の下面に設けられている。受け部12dは、後述する内部端子15のベース部15bの形状に応じた窪みを有しており、ベース部15bが位置決めされる部位である。

0028

図2に示されているように、ガスケット12は、内部端子15の台座部15cに組付けられて蓋11bの取付孔11cに装着されている。この際、台座部15cは、蓋11bの取付孔11cから突出しており、蓋11bの外側でインシュレータ13が組付けられる。内部端子15の台座部15cは、ガスケット12の筒部12aが装着され、さらに蓋11bの取付孔11cに装着された状態で、インシュレータ13の厚さ分、蓋11bから突出するように台座部15cの高さが設定されている。台座部15cは、ガスケット12の筒部12aが装着された状態で、蓋11bの取付孔11cに装着されている。内部端子15の軸部15dは、台座部15cの中心部から立ち上がっている。内部端子15の軸部15dの先端15d1は、圧壊されて、外部端子14の外側において挿通孔14cの周囲にかしめられる。なお、図2では、内部端子15の軸部15dは、圧壊されてかしめられた状態が図示されている。かしめられる前の内部端子15の軸部15dは、略円柱状である(図3参照)。

0029

インシュレータ13は、蓋11bの外側に配置され、蓋11bと、外部端子14および接続端子16とを絶縁する部材である。インシュレータ13は、樹脂部材にて構成されている。インシュレータ13には、例えば、ポリプロピレン(PPとも称されうる。)や、ポリエチレン(PEとも称されうる。)、ポリフェニレンサルファイド樹脂(PPSとも称されうる。)が用いられうる。

0030

この実施形態では、インシュレータ13の下面には、図2に示されているように、凸部13aが設けられている。凸部13aは、蓋11bの窪み11b1に装着される。インシュレータ13の上面には、接続端子16が配置される窪み13bと、外部端子14が装着される窪み13cとが設けられている。外部端子14が装着される窪み13cには、蓋11bに形成された取付孔11cに応じた位置に貫通孔13dが形成されている。貫通孔13dは、内部端子15の台座部15cが挿通されうるように台座部15cと略同じ形状を有している。貫通孔13dは、蓋11bの取付孔11cから突出した内部端子15の台座部15cに装着されており、インシュレータ13は、蓋11bに被さるように組付けられている。

0031

蓋11bの外側では、インシュレータ13を介して外部端子14と接続端子16が取り付けられている。図2に示すように、蓋11bの外側面には、接続端子16が取り付けられる部位に応じて窪んだ窪み11b1が設けられている。なお、外部端子14、内部端子15および接続端子16には、正極側、負極側で、それぞれ所要の電位に耐えうる材料が用いられる。例えば、正極側では、アルミ1000番系、3000番系、6000番系などのアルミニウムまたはアルミニウム合金が用いられる。負極側では、銅1000番系などの銅または銅合金が用いられる。

0032

外部端子14は、図2に示されているように、インシュレータ13を介在させて、蓋11bの外側に重ねられている。外部端子14は、この実施形態では、内部端子15の軸部15dが挿通された挿通孔14cを有している。そして、挿通孔14cの周囲が台座部15cに重ねられている。外部端子14が内部端子15の台座部15cに重ねられた部位では、外部端子14と内部端子15が溶接されている。なお、外部端子14が台座部15cに重ねられた部位は、全周に亘って溶接されていてもよいが、周方向の少なくとも一部が溶接されているとよい。ここでは、挿通孔14cの周囲において台座部15cに重ねられた部位のうち、外部端子14と内部端子15とが溶接された部位を、溶接部14dという。当該溶接部14dによって、内部端子15の先端15d1と外部端子14とは、溶接されることによって導通が確実に確保されている。

0033

また、外部端子14は、蓋11bの外側に配置されたインシュレータ13の上に配置されるとともに、接続端子16を保持する部材である。かかる観点において、外部端子14は、蓋11bの長手方向に沿って配置されたプレート状の部材である。外部端子14の長手方向の中間部には、段差14aが設けられている。段差14aの片側には接続端子16の軸部16bに装着される装着孔14bが形成されている。反対側には、内部端子15の軸部15dが挿通される挿通孔14cが形成されている。

0034

接続端子16は、鍔部16aと、軸部16bとを有している。鍔部16aは、蓋11bの外側に配置されるインシュレータ13に設けられた窪み13bに位置決めされて装着される。このため、かかる鍔部16aや窪み13bは対応した形状を有しているとよい。軸部16bは、外部出力端子となる部位であり、例えば、組電池を構成する際には、バスバーが取り付けられる部位である。外部端子14を組付ける工程では、外部端子14は、インシュレータ13の上に組付けられる。この実施形態では、インシュレータ13の上に配置された接続端子16の軸部16bに外部端子14の装着孔14bが通される。また、インシュレータ13の上に露出した内部端子15の軸部15dに外部端子14の挿通孔14cが通される。さらに、インシュレータ13の上に外部端子14が組付けられる。

0035

この実施形態では、上述のように組付けられた後で、内部端子15の台座部15cと、外部端子14が重ねられた部位が溶接されている。内部端子15の軸部15dの先端15d1は、さらに外部端子14にかしめられている。

0036

ここで提案される電池は、ガスケット12とインシュレータ13とを介在させて、電池ケース部品としての蓋11bに組付けられた内部端子15と外部端子14とを挟むようにプレスするとともに、内部端子15の軸部15dを変形させる。つまり、内部端子15の軸部15dの先端15d1が変形されて外部端子14にかしめられる。これによって、内部端子15、ガスケット12、インシュレータ13および外部端子14が、電池ケース11の蓋11bに固定されている。

0037

このように、電池10の内部端子15は、図2に示されているように、ベース部15bと、台座部15cと、軸部15dとを有している。ベース部15bは、絶縁部材(ガスケット12)を介在させて電池ケース部品としての蓋11bの内側に重ねられている。台座部15cは、ベース部15bから突出し、絶縁部材(12,13)を介在させて取付孔11cに挿通されて蓋11bに装着されている。軸部15dは、台座部15cの中央部に立ち上がっている。外部端子14は、内部端子15の軸部15dが挿通された挿通孔14cと、挿通孔14cの周囲において台座部15cに重ねられ、かつ、内部端子15に溶接された溶接部14dとを備えている。さらに内部端子15の軸部15dは、外部端子14にかしめられている。

0038

この電池10では、外部端子14は、挿通孔14cの周囲において台座部15cに重ねられた部位に、内部端子15に溶接された溶接部14dを備えている。かかる溶接部14dが、外部端子14の裏側に形成されており、表面に露出していない。このため、外部からの異物が接触しにくく、導通経路の品質が高く維持されやすい。さらに、この実施形態では、内部端子15の軸部15dは、外部端子14にかしめられている。つまり、内部端子15は、リベットのように外部端子14にかしめられている。このため内部端子15は、蓋11bとガスケット12とインシュレータ13と外部端子14とに組付けられた状態で維持されやすい。このため、溶接部14dを引き離すような外力が作用した場合でも、溶接部14dでの内部端子15と外部端子14の接合が維持されやすい。なお、図示は省略するが、例えば、外部端子14にかしめられた内部端子15の軸部15dの外周縁は、レーザー溶接などでさらに外部端子14に溶接されてもよい。かかる溶接によって、内部端子15と外部端子14との接合がより強固になる。また、導通経路が内部端子15と外部端子14との内部と外部に形成されるので、製造コストは高くなるものの、内部端子15と外部端子14との導通経路の信頼性が向上する。

0039

また、この実施形態では、外部端子14の裏面に設けられた溶接部14dにおいて、内部端子15と接合されている。かかる溶接部14dは、内部端子15や外部端子14の表面被膜溶融しており、抵抗が低く、導通経路となりうる。この場合、従来のように、内部端子15の軸部15dの先端を外部端子14の挿通孔14cの周りにかしめて、かしめられた内部端子15の軸部15dの周縁部を溶接する場合に比べて、内部端子15と外部端子14との導通経路が短くなりうる。この結果、外部端子14の裏面に設けられた溶接部14dにおいて、内部端子15と接合された構造は、電池10の電池抵抗を小さくすることにも寄与しうる。

0040

以下、上述した電池10の製造方法および溶接部14dの溶接方法を説明する。
電池10を製造する方法は、電池ケース部品(ここでは、蓋11b)を用意する工程と、ガスケット12を用意する工程と、内部端子15を用意する工程と、インシュレータ13を用意する工程と、外部端子14を用意する工程と、組付工程と、溶接工程と、かしめ工程を備えている。

0041

ここで用意される電池ケース部品としての蓋11bは、上述のように取付孔11cが形成されているとよい。また、用意されるガスケット12は、上述のように取付孔11cに装着可能な筒部12aを有しているとよい。また、用意される内部端子15は、上述のように筒部12aに装着可能な台座部15cと、台座部15cの中央部において立ち上がった軸部15dとを有しているとよい。用意されるインシュレータ13は、台座部15cに装着される貫通孔13dを有しているとよい。用意される外部端子14は、軸部15dが挿通される挿通孔14cを有しているとよい。

0042

図3は、組付工程で、組付けられた内部端子15と、ガスケット12と、蓋11bと、インシュレータ13と、外部端子14とを示す断面図である。図4は、溶接工程で、内部端子15の台座部15cに外部端子14が押し当てられた状態を示す断面図である。図3および図4では、蓋11bの幅方向に沿った断面が図示されている。

0043

組付工程は、図3に示されているように、内部端子15と、ガスケット12と、蓋11bと、インシュレータ13と、外部端子14とを組付ける工程である。組付工程では、例えば、電池ケース部品としての蓋11bの取付孔11cにガスケット12の筒部12aが装着される。ガスケット12の筒部12aに内部端子15の台座部15cが装着される。台座部15cに貫通孔13dを装着しつつ蓋11bの外側面にインシュレータ13が配置される。かつ、インシュレータ13の上において軸部15dに挿通孔14cを挿通して外部端子14が配置される。なお、組付工程での、内部端子15と、ガスケット12と、蓋11bと、インシュレータ13と、外部端子14とを組付ける手順は、上記に限定されない。組付工程では、例えば、内部端子15に、ガスケット12、蓋11b、インシュレータ13、外部端子14を順に組付けてもよい。

0044

溶接工程は、内部端子15の台座部15cに外部端子14を押し当て、かつ、外部端子14または内部端子15を振動させて台座部15cと外部端子14とを固相溶接させる。そして、かしめ工程では、かかる溶接工程後に、軸部15dが外部端子14の挿通孔14cの周囲にかしめられる。

0045

ここで、溶接工程では、図4に示されているように、上述のように組付工程で組付けられた内部端子15と外部端子14とを、ホーン41とアンビル42(受け治具)とで挟む。この実施形態では、外部端子14の上面にホーン41が当てられ、内部端子15のベース部15bの下面にアンビル42が当てられている。そして、内部端子15の台座部15cに外部端子14が押し当てられる。内部端子15の台座部15cに外部端子14が押し当てられた際、内部端子15とガスケット12と蓋11bとインシュレータ13と外部端子14が密着する。また、この実施形態では、蓋11bの取付孔11cの縁に設けられた突起11c1が、ガスケット12に食いつく。

0046

内部端子15の台座部15cに外部端子14が十分に押し当てられているか否かは、ホーン41とアンビル42とで挟む力によって判定される。例えば、必要な圧縮加重大凡2000N程度である場合には、ホーン41とアンビル42とで挟む力を2000Nに設定しておくとよい。これによって、内部端子15とガスケット12と蓋11bとインシュレータ13と外部端子14が密着し、かつ、蓋11bの取付孔11cの縁に設けられた突起11c1が、ガスケット12に食いついた状態を保証しうる。

0047

次に、内部端子15の台座部15cに外部端子14を押し当てられた状態で、ホーン41によって超音波振動を与える。その結果、ホーン41とアンビル42(受け治具)とで挟まれることによって押し当てられた内部端子15の台座部15cと外部端子14とが溶接される。この際、内部端子15の台座部15cと外部端子14とのうち、ホーン41とアンビル42(受け治具)とで挟まれ、押し当たる力が直接作用しうる位置が溶接される。このように、溶接工程では、内部端子15と外部端子14とを、ホーン41とアンビル42とで挟み、内部端子15の台座部15cと外部端子14とを押し当てつつ、内部端子15または外部端子14に超音波振動を与えるとよい。

0048

図5は、図4のV−V線に沿った平面図である。図5では、内部端子15の台座部15cに外部端子14を押し当てられた部位が示されている。図4および図5に示されているように、ホーン41は、外部端子14に押し当てられる。この実施形態では、ホーン41は、図5に示されているように、4本の足部41aを備えている。足部41aは、円弧形状の端面を有し、周方向に均等に配置されている。ホーン41は、図示は省略するが、プレス装置および振動発生装置に取付けられている。アンビル42は、プレス装置にホーン41に対向するように取付けられている。この実施形態では、ホーン41の4本の足部41aは、外部端子14の挿通孔14cの周りにおいて外部端子14に当てられている。アンビル42は、ホーン41に対向する位置で、内部端子15のベース部15bに当てられている。

0049

ここでは、ホーン41が作用させる押圧力センサーで確認しつつ、予め定められた押圧力が作用した状態で、ホーン41に超音波振動を付与する。この際、内部端子15とガスケット12と蓋11bとインシュレータ13と外部端子14が密着し、かつ、蓋11bの取付孔11cの縁に設けられた突起11c1が、ガスケット12に食いついた状態で、外部端子14が振動する。この際、アンビル42が押し当てられた内部端子15は固定されており、ホーン41が押し当てられた外部端子14はホーン41と同調して振動する。ホーン41を通じて外部端子14に付与される振動は、内部端子15と外部端子14が固相溶接される程度の周波数を有しているとよい。かかる観点において、ホーン41を通じて外部端子14に付与される振動は、例えば、20kHz以上100kHz以下程度であるとよい。

0050

また、ホーン41の振動は、例えば、内部端子15の軸部15dの中心軸周りに、周方向に振動させるとよい。かかる超音波振動によって、内部端子15の台座部15cと外部端子14のとの接合界面は、固相溶接される。つまり、内部端子15と外部端子14は、溶融温度よりも低い温度で溶接される。

0051

この結果、外部端子14と内部端子15の台座部15cとは、例えば、内部端子15の軸部15dの周りに、周方向に沿って溶接されているとよい。つまり、溶接部14dは、円弧状であってもよい。また、溶接部14dは、所要の強度を得るため所要の面積を有しているとよい。溶接部14dは、例えば、20mm2以上(例えば、30mm2)の面積を有しているとよい。

0052

なお、この実施形態では、ホーン41を通じて外部端子14に振動が付与されているが、これに限定されない。例えば、図示は省略するが、外部端子14をアンビルで押さえて、内部端子15にホーンを取り付けて、ホーンを通じて内部端子15に振動を付与してもよい。

0053

図6は、かしめ工程を示す断面図である。かしめ工程では、図6に示されているように、溶接工程後に、軸部15dが外部端子14の挿通孔14cの周囲にかしめられる。ここでは、図6に示されているように、溶接工程で用いられていたホーン41を取り外し、かしめ部材43によって内部端子15の軸部15dの先端15d1が押圧されて圧縮変形させられる。図6では、模式的に描かれているが、回転するかしめ部材43によって、内部端子15の軸部15dの先端15d1が圧縮変形させてもよい。

0054

このように、電池10、電池10の製造方法および溶接部14dの溶接方法を説明したが、電池10、電池10の製造方法および溶接部14dの溶接方法は、上述した形態に限定されない。

0055

ここで、図7は、他の形態における溶接工程で、内部端子15の台座部15cに外部端子14が押し当てられた状態を示す断面図である。図8は、図7のVIII−VIII線に沿った平面図である。図8では、内部端子15の台座部15cに外部端子14を押し当てられた部位が示されている。

0056

例えば、図7および図8に示されているように、内部端子15に外部端子14が溶接された溶接部14dは、軸部15dが外部端子14の挿通孔14cの周囲にかしめられた部位よりも外径側(つまり、軸部15dの径方向の外側)にあってもよい。図7および図8に示された例では、内部端子15の台座部15cは、蓋11bの長さ方向に沿って長軸が設定された楕円形状である。この実施形態では、内部端子15の台座部15cの長軸に沿って離れた2点に、ホーン41が配置されている。ホーン41の間の空間には、内部端子15の軸部15dを押圧して圧縮変形させるかしめ部材43が配置されている。

0057

この実施形態では、ホーン41によって、外部端子14を内部端子15に押し付けるとともに、超音波振動を与えて、ホーン41によって押圧された部位において外部端子14と内部端子15を溶接させる。その後、かしめ部材43によって内部端子15の軸部15dが、外部端子14の挿通孔14cの周囲にかしめられている。この際、かしめ部材43によって内部端子15の軸部15dが、外部端子14の挿通孔14cの周囲にかしめられる部位は、溶接部14dよりも内側に設けられている。換言すると、内部端子15に外部端子14が溶接された部位は、内部端子15の軸部15dが外部端子14の挿通孔14cの周囲にかしめられた部位よりも外径側にある。このため、かしめ部材43によって内部端子15の軸部15dが外部端子14の挿通孔14cの周囲にかしめられる際に作用する外力が、溶接部14dに作用しにくい。さらに、図示は省略するが、かしめられた内部端子15の軸部15dの外周縁は、さらに外部端子14に溶接されてもよい。かかる溶接によって、内部端子15と外部端子14との接合がより強固になりうる。かかる溶接には、レーザー溶接が用いられてもよい。

0058

ここで、図9は、他の形態における溶接工程で、内部端子15の台座部15cに外部端子14が押し当てられた状態を示す断面図である。図10は、組付工程で、内部端子15の台座部15cに、インシュレータ13が組付けられた状態を示す平面図である。

0059

図9および図10に示されているように、外部端子14が接合される内部端子15の台座部15cには溝15c1がある。当該台座部15cに外部端子14が組付けられたときに、台座部15cと外部端子14の間に異物が挟まることがありうる。この場合、台座部15cに溝15c1があることによって、異物が、溝15c1に落ちるので、台座部15cと外部端子14との溶接がより確実になる。溝15c1は、例えば、図9に示されているように、内部端子15の軸部15dの径方向において外部端子14がホーン41で押圧される位置よりも内側に設けられていてもよい。つまり、軸部15dの径方向において、外部端子14が内部端子15の台座部15cに溶接された溶接部14dよりも軸部15dに近い位置において、台座部15cに溝15c1が形成されているとよい。換言すると、軸部15dが挿通された外部端子14の挿通孔14cに近い位置において、台座部15cに溝15c1が形成されているとよい。

0060

なお、溝15c1は、台座部15cに外部端子14が組付けられたときに、台座部15cの上で、50μm以上200μm程度の異物が落ちるように形成されているとよい。かかる観点において、溝15c1は200μm以上500μm程度の深さを有しているとよい。また、溝15c1は200μm以上2mm程度の幅を有しているとよい。図10の例では、溝15c1は、直線上に形成されているが、溝15c1の形状なども特段限定されない。

0061

図11は、ここで提案される電池の他の実施形態を示す断面図である。
図11に示されている形態では、内部端子15の台座部15cに外部端子14が重ねられて溶接されている。ここでは、絶縁部材としてのガスケット12とインシュレータ13とを介在させて、取付孔11cに挿通されて蓋11b(電池ケース部品)に装着された台座部15cを備えている。外部端子14は、取付孔11cに挿通された台座部15cに重ねられ、かつ、当該重ねられた部位において内部端子15に溶接された溶接部14dを備えている。

0062

図11に示された形態では、内部端子15と、ガスケット12と、蓋11bと、インシュレータ13と、外部端子14とが組付けられる組付工程において、蓋11bの取付孔11cにガスケット12の筒部12aが装着される。ガスケット12の筒部12aに内部端子15の台座部15cが装着される。台座部15cに貫通孔13dを装着しつつ蓋11bの外側面にインシュレータ13が配置される。インシュレータ13の上で台座部15cに重ねられるように外部端子14が配置される。溶接工程では、内部端子15の台座部15cに外部端子14を押し当て、かつ、外部端子14または内部端子15を振動させて台座部15cと外部端子14とを固相溶接させる。

0063

この場合、台座部15cに重ねられた部位において、内部端子15と外部端子14とが広く溶接されている。溶接は、例えば、外部端子14にホーンを押し当て、かつ、ホーンに対向する位置で内部端子15のベース部15bにアンビルを押し当てる。そして、ホーンとアンビルとによって外部端子14を内部端子15の台座部15cに押し当てつつ、ホーンを通じて外部端子14を振動させるとよい。

0064

これによって、内部端子15の台座部15cに押し当てられた部位において、外部端子14が内部端子15の台座部15cに固相溶接される。
かかる溶接された部位において、内部端子15と外部端子14とは、所要の強度で接合されているとよい。図11に示された例では、採用されていないが、台座部15cの上面には、適当な位置に異物が落ちるための溝(図9参照)が形成されていてもよい。

0065

図11に示された実施形態では、台座部15cには、軸部15d(図2参照)が設けられていない。また、外部端子14には、軸部15dが挿通される挿通孔14c(図2参照)がない。この場合、軸部15dが外部端子14の挿通孔14cの周りにかしめられた形態ではないが、外部端子14が内部端子15の台座部15cに広い面積で溶接されており、それによって外部端子14と内部端子15とが所要の強度で接合されているとよい。

0066

以上のように、ここで提案される電池10では、内部端子15と外部端子14とに導通経路を確保するための溶接工程において、レーザー溶接を用いることなく、内部端子15と外部端子14との溶接が具現化されている。また、内部端子15と外部端子14との導通経路が、外部に露見しない、内部端子15と外部端子14との接触部位に形成される。内部端子15と外部端子14との導通経路の品質が高く維持されやすい。また、内部端子と外部端子との導通経路と形成するための溶接工程において、レーザー溶接機よりも比較的安価な固相溶接機が用いられるため、設備コストを低く抑えられうる。

0067

以上、ここで提案される電池および電池の製造方法について、種々説明した。特に言及されない限りにおいて、ここで挙げられた電池および電池の製造方法の実施形態などは、本発明を限定しない。
例えば、電池ケースや電極体の構造などは、特段言及されない限りにおいて限定されない。

0068

例えば、上述した実施形態では、電池ケース部品としての蓋11bに内部端子15と外部端子14とが取り付けられているが、電池ケースの構造によっては、かかる形態に限定されない。つまり、電池ケース部品は、蓋に限定されない。電極体が収容されるケース本体に内部端子15と外部端子14とが取り付けられてもよい。この場合、ケース本体が電池ケース部品となりうる。また、上述した実施形態では、絶縁部材としてガスケット12とインシュレータ13が例示されているが、絶縁部材は、内部端子15および外部端子14と、電池ケース部品との間に介在しているとよく、上述した形態に限定されない。

0069

10電池(密閉型電池)
11電池ケース
11aケース本体
11b 蓋
11b1 窪み
11c取付孔
11c1突起
12ガスケット
12a 筒部
12b 鍔部
12c 囲い部
12d 受け部
13インシュレータ
13a 凸部
13b 窪み
13c 窪み
13d貫通孔
14外部端子
14a段差
14b装着孔
14c挿通孔
14d溶接部
15内部端子
15aリード部
15bベース部
15c台座部
15c1 溝
15d 軸部
15d1 軸部15dの先端
16接続端子
16a 鍔部
16b 軸部
20電極体
21正極シート
21a正極集電箔
21a1 未形成部
21b正極活物質層
22負極シート
22a負極集電箔
22a1 未形成部
22b負極活物質層
31,32セパレータシート
41ホーン
41a足部
42アンビル
43 かしめ部材

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