JP6427460B2

JP6427460B2 - 角形二次電池

Info

Publication number: JP6427460B2
Application number: JP2015087195A
Authority: JP
Inventors: 正明岩佐; 拓郎綱木; 独志西森
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Astemo Ltd
Priority date: 2015-04-22
Filing date: 2015-04-22
Publication date: 2018-11-21
Anticipated expiration: 2035-04-22
Also published as: JP2016207433A

Description

本発明は、角形二次電池に関する。

近年、ハイブリッド型の電気自動車や純粋な電気自動車等の動力源として大容量（Ｗｈ）の二次電池が開発されており、その中でもエネルギー密度（Ｗｈ／ｋｇ）の高い角形のリチウムイオン二次電池が注目されている。

角形のリチウムイオン二次電池においては、正極箔に正極活物質を塗工した正極電極、負極箔に負極活物質を塗工した負極電極およびそれぞれを絶縁するためのセパレータを重ね合わせて捲回することで扁平形状の捲回電極群が発電要素として形成される。捲回電極群は、電池容器の電池蓋に設けられた正極外部端子および負極外部端子に電気的に接続される。捲回電極群は、電池容器の電池缶に収容され、電池缶の開口部は電池蓋で封止溶接される。角形二次電池は、捲回電極群を収容した電池容器の注液孔から電解液が注液された後、注液栓で注液孔が閉塞されてレーザー溶接により封止溶接されることで形成される。

そして、複数の角形二次電池を並べてそれぞれの角形二次電池の正極外部端子と負極外部端子とをバスバーなどの導電部材で電気的に接続することで組電池が形成される。バスバーは、ボルト、ナットにより外部端子にねじ締結されることで、あるいは、外部端子に溶接されることで角形二次電池に接続される。

特許文献１には、複数の二次電池を接続する外部端子がアルミニウムとニッケルからなるクラッド材と二次電池内部からアルミニウムからなる接続端子（特許文献１において電極導出ピン）を備えている。特許文献１に記載の二次電池は、発電要素に接合される接続端子と外部端子のニッケル側でかしめ固定されている。

特開2003-045408号公報

上記特許文献１に記載の二次電池は、発電要素に接合されるアルミニウム合金からなる接続端子とアルミニウム合金とニッケルを異種金属変化したクラッド外部端子のニッケル側でかしめ固定により、電気的接続されているため、接触抵抗が大きく、長期にわたりその接触抵抗が変化する恐れがある。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、外部端子が簡易な構造で形成され、接続端子と外部端子の接続部の接触抵抗と、外部端子の異種金属変換部の接合抵抗をそれぞれ低減させることができる角形二次電池を提供することである。

上記課題を解決する本発明の角形二次電池は、捲回電極群に電気的に接続され、第１の金属を主成分とする接続端子と、前記第１の金属を主成分とする第１金属部材と第２の金属を主成分とする第２金属部材とが接合された外部端子と、を有する角形二次電池であって、前記外部端子は、前記第１金属部材側の面に凹部を有し、前記凹部では前記第２金属部材との間に前記第１金属部材を介して前記接続端子が嵌入されていることを特徴としている。

本発明によれば、外部端子の第１金属部材側の面に凹部を設けて、その凹部に接続端子を嵌入させて外部端子の第２金属部材との間に第１金属部材を介して配置するので、外部端子と接続端子の間を同種金属間の接続としつつ、凹部の深さ分だけ外部端子の厚さを薄くすることができ、角形二次電池の高さを小さくする低背化を図ることができる。また、凹部に嵌入されている接続端子と外部端子の第２金属部材側の面との間の距離を短くすることができ、通電時の抵抗値が小さくなり、外部端子における発熱も抑えることができる。

本発明の角形二次電池の一実施形態を示す外観斜視図。図１に示す角形二次電池の構成を示す分解斜視図。捲回電極群を示す斜視図。蓋組立体を示す分解斜視図。蓋組立体の負極側の構成を断面で示す分解図。蓋組立体の負極側の構成を断面で示す分解図。蓋組立体の負極側の構成を断面で示す組立図。蓋組立体の負極側の構成を断面で示す組立図。蓋組立体の正極側の構成を断面で示す分解図。蓋組立体の正極側の構成を断面で示す組立図。蓋組立体の正極側の構成を断面で示す組立図。負極外部端子の集電板接続部の先端を集電板にかしめる工程を示す図。負極外部端子の集電板接続部の先端を集電板にかしめる工程を示す図。負極外部端子と負極接続端子の溶接固定構造の一例を断面で示す組立図。蓋組立体の負極側の構成を断面で示す組立図。負極外部端子の負極外部端子接続部の製作工程を示す図。負極外部端子の負極外部端子接続部の製作工程を示す図。蓋組立体の負極側の構成を断面で示す組立図。負極外部端子の負極外部端子接続部の製作工程を示す図。負極外部端子の負極外部端子接続部の製作工程を示す図。負極外部端子と負極接続端子の溶接固定構造の一例を断面で示す組立図。

［第１実施の形態］
以下、本発明による角形二次電池の実施の形態について、図面を参照して説明する。
図１は角形二次電池の一実施の形態としての角形二次電池１００の外観斜視図であり、図２は角形二次電池１００の構成を示す分解斜視図である。

図１に示すように、角形二次電池１００は、電池缶１０１と電池蓋１０２とからなる電池容器を備えている。電池缶１０１および電池蓋１０２の材質は、アルミニウムまたはアルミニウム合金などである。電池缶１０１は、深絞り加工を施すことによって形成されており、一端が開口された扁平な角形の有底箱形状を有する。電池缶１０１は、長方形の底板１０１ｃと、底板１０１ｃの一対の長辺部からそれぞれ立ち上がる一対の幅広側板１０１ａと、底板１０１ｃの一対の短辺部からそれぞれ立ち上がる一対の幅狭側板１０１ｂとを有している。

図２に示すように、電池缶１０１には蓋組立体１０７（図４参照）に保持された捲回電極群１７０が収容されている。捲回電極群１７０の正極電極１７４（図３参照）に接合される正極集電板１８０および捲回電極群１７０の負極電極１７５（図３参照）に接合される負極集電板１９０と捲回電極群１７０は、これら全体が絶縁ケース１０８に覆われた状態で電池缶１０１に収容されている。絶縁ケース１０８の材質は、ポリプロピレン等の絶縁性を有する樹脂であり、電池缶１０１と、捲回電極群１７０とは電気的に絶縁されている。

図１および図２に示すように、電池蓋１０２は、電池缶１０１の開口部を閉塞する大きさの平面視略長方形を有する平板形状を有しており、電池缶１０１にレーザー溶接されている。つまり、電池蓋１０２は、電池缶１０１の開口部を封止している。図１に示すように、電池蓋１０２には、捲回電極群１７０の正極電極１７４および負極電極１７５（図３参照）と電気的に接続された正極外部端子１０４および負極外部端子１０５が配置されている。

図２に示すように、正極外部端子１０４は正極集電板１８０を介して捲回電極群１７０の正極電極１７４（図３参照）に電気的に接続され、負極外部端子１０５は負極集電板１９０を介して捲回電極群１７０の負極電極１７５（図３参照）に電気的に接続されている。このため、正極外部端子１０４および負極外部端子１０５を介して外部機器に電力が供給され、あるいは、正極外部端子１０４および負極外部端子１０５を介して外部発電電力が捲回電極群１７０に供給されて充電される。

図２に示すように、電池蓋１０２には、電池容器内に電解液を注入するための注液孔１０６ａが穿設されている。注液孔１０６ａは、電解液注入後に注液栓１０６ｂによって封止される。電解液としては、たとえば、エチレンカーボネート等の炭酸エステル系の有機溶媒に６フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ_６）等のリチウム塩が溶解された非水電解液を用いることができる。

電池蓋１０２には、ガス排出弁１０３が設けられている。ガス排出弁１０３は、プレス加工によって電池蓋１０２を部分的に薄肉化することで形成されている。なお、薄膜部材を電池蓋１０２の開口にレーザー溶接等により取り付けて、薄肉部分をガス排出弁としてもよい。ガス排出弁１０３は、角形二次電池１００が内部短絡等の異常により発熱してガスが発生し、電池容器内の圧力が上昇して所定圧力に達したときに開裂して、内部からガスを排出することで電池容器内の圧力を低減させる。

図３を参照して、捲回電極群１７０について説明する。図３は捲回電極群１７０を示す斜視図であり、捲回電極群１７０の巻き終り側を展開した状態を示している。発電要素である捲回電極群１７０は、帯状の正極電極１７４および負極電極１７５をセパレータ１７３ａ、１７３ｂを介在させて捲回中心軸Ｗ周りに扁平形状に捲回することで形成された積層構造を有している。

正極電極１７４は、正極箔１７１の両面に正極活物質合剤の層１７６が形成されてなる。正極活物質合剤は、正極活物質に結着材（バインダ）が配合されたものである。負極電極１７５は、負極箔１７２の両面に負極活物質合剤の層１７７が形成されてなる。負極活物質合剤は、負極活物質に結着材（バインダ）が配合されたものである。

正極箔１７１は、厚さ２０〜３０μｍ程度のアルミニウム箔であり、負極箔１７２は、厚さ１５〜２０μｍ程度の銅箔である。セパレータ１７３ａ，１７３ｂの素材はリチウムイオンが通過可能な微多孔質のポリエチレン樹脂である。正極活物質はマンガン酸リチウム等のリチウム含有遷移金属複酸化物であり、負極活物質はリチウムイオンを可逆に吸蔵、放出可能な黒鉛等の炭素材である。

捲回電極群１７０の捲回方向に直交する捲回中心軸Ｗの方向（捲回電極群１７０の幅方向）の両端部は、一方が正極電極１７４の積層部とされ、他方が負極電極１７５の積層部とされている。一方に設けられる正極電極１７４の積層部は、正極活物質合剤層１７６が形成されていない正極未塗工部、すなわち正極箔１７１の露出部が積層されたものである。他方に設けられる負極電極１７５の積層部は、負極活物質合剤層１７７が形成されていない負極未塗工部、すなわち負極箔１７２の露出部が積層されたものである。正極未塗工部の積層部および負極未塗工部の積層部は、それぞれ予め押し潰され、それぞれ後述の蓋組立体１０７（図４参照）の正極集電板１８０および負極集電板１９０に超音波接合により接続され、電極群組立体（図２参照）が形成される。

図４、図５Ａ〜図５Ｄ、図６Ａ〜図６Ｃを参照して蓋組立体１０７の構成を詳しく説明する。図４は蓋組立体１０７を示す分解斜視図であり、図５Ａ〜図５Ｄは蓋組立体１０７の負極側の構成を示す断面図である。図５Ａは、図４のＣ−Ｃ線切断面図である。図５Ｂは、アルミニウム部材と銅部材からなる負極外部端子１０５と負極接続端子１１５が組み立てられた状態を示す断面図である。図５Ｃは、蓋組立体１０７の構成部材が組み立てられた状態を示す断面図であり、挿通軸部１１５ａの先端部１１５ｂがかしめられる前の状態を示している。図５Ｄは、図１のＡ−Ａ線切断断面図であり、挿通軸部１１５ａの先端部１１５ｂがかしめられた後の状態を示している。

図６Ａ〜図６Ｃは蓋組立体１０７の正極側の構成を示す断面図である。図６Ａは、図４のＤ−Ｄ線切断面図である。図６Ｂは、蓋組立体１０７の正極側の構成部材が組み立てられた状態を示す断面図であり、挿通軸部１１４ａの先端部１１４ｂがかしめられる前の状態を示している。図６Ｃは、図１のＢ−Ｂ線切断断面図であり、挿通軸部１１４ａの先端部１１４ｂがかしめられた後の状態を示している。

図５Ａに示すように、蓋組立体１０７の負極側は、電池蓋１０２と、電池蓋１０２の一端に設けられた負極外部端子１０５と、負極接続端子１１５と、外部絶縁体１６０と、内部絶縁体１６５と、ガスケット１６９と、負極集電板１９０とを含んで構成されている。

図５Ｂは、負極外部端子１０５と負極接続端子１１５が一体化される図を示したものである。負極外部端子１０５は、電池蓋１０２の上面に沿って配置される長方形の平板形状を有しており、その上面には、バスバー１２３が溶接接合されるバスバー接合面１０５ｅが形成されている。

負極外部端子１０５は、互いに異種金属からなる２枚の平板部材が幅広面同士で接合されたクラッド材からなる。クラッド材は、第１の金属を主成分とする第１金属部材と第２の金属を主成分とする第２金属部材とが接合された構成を有している。本実施の形態では、負極外部端子１０５は、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる平板形状のアルミニウム部材１０５ａ（第２金属部材）と、銅または銅合金からなる平板形状の銅部材１０５ｂ（第１金属部材）が幅広面同士で異種金属接合されたクラッド材によって構成されており、電池蓋１０２側に第１金属部材である銅部材１０５ｂが対向配置され、第２金属部材であるアルミニウム部材１０５ａが電池蓋１０２から離間して露出する側に配置される。

負極接続端子１１５は、負極外部端子１０５の２枚の平板部のうち、電池蓋１０２側に配置される平板部材である銅部材１０５ｂに溶接接合される。負極接続端子１１５の材質は、負極外部端子１０５の銅部材１０５ｂと同じ銅を主成分とするものであり、銅または銅合金からなる。負極接続端子１１５と負極外部端子１０５は、レーザー溶接により同種金属同士で接合される。

負極外部端子１０５の銅部材１０５ｂの長手方向中央位置には、負極接続端子１１５を接続するための負極外部端子接続部１０５ｃが設けられている。負極外部端子接続部１０５ｃは、銅部材１０５ｂに凹陥形成されており、一定径で所定深さを有する円形の凹部によって構成される。すなわち、凹部である負極外部端子接続部１０５ｃは、負極外部端子１０５の銅部材１０５ｂ（第１金属部材）側の面に設けられている。負極外部端子接続部１０５ｃは、銅部材１０５ｂに凹設されており、アルミニウム部材１０５ａは露出してない。負極外部端子接続部１０５ｃは、本実施例では機械加工により形成されている。

負極接続端子１１５は、負極外部端子接続部１０５ｃに基端が嵌入された状態でレーザー溶接される。負極接続端子１１５は、丸棒状の挿通軸部１１５ａと、挿通軸部１１５ａの基端で拡径されたフランジ部１１５ｃと、挿通軸部１１５ａの先端で縮径された円筒状の先端部１１５ｂを有している。

負極外部端子接続部１０５ｃは、フランジ部１１５ｃの厚さよりも穴深さが浅く、内周面がフランジ部１１５ｃの外周面に対向する穴径を有している。銅部材１０５ｂは、負極外部端子接続部１０５ｃが設けられている部分の厚さが、負極外部端子接続部１０５ｃの周囲の部分よりも薄くなっている。負極外部端子接続部１０５ｃが設けられている部分は、銅部材１０５ｂの厚さが０ではなく、アルミニウム部材１０５ａとの間に銅部材１０５ｂが存在しており、アルミニウム部材１０５ａは露出していない。したがって、負極接続端子１１５のフランジ部１１５ｃは、その一部が負極外部端子接続部１０５ｃに嵌入されてアルミニウム部材１０５ａとの間に銅部材１０５ｂを介して配置される。

仮に、アルミニウム部材１０５ａとの間に銅部材１０５ｂが存在していない場合（負極外部端子接続部１０５ｃが銅部材１０５ｂを貫通して形成されている場合）には、負極外部端子接続部１０５ｃ内に負極接続端子１１５のフランジ部１１５ｃを嵌入させることにより、負極外部端子接続部１０５ｃ内で負極接続端子１１５とアルミニウム部材１０５ａとが接触して、銅とアルミニウムとの接触になり、接触抵抗が銅同士より大きくなってしまう。

これに対して、本発明では、負極外部端子１０５の銅部材１０５ｂに負極外部端子接続部１０５ｃを凹設して、負極接続端子１１５のフランジ部１１５ｃを嵌入させているので、アルミニウム部材１０５ａとの間に銅部材１０５ｂを介して配置することができる。したがって、負極外部端子接続部１０５ｃとフランジ部１１５ｃとの接触を、銅と銅という、同種金属同士の接触とすることができ、負極外部端子接続部１０５ｃとフランジ部１１５ｃとの間の接触抵抗を低減することができる。

負極接続端子１１５と負極外部端子１０５は、負極接続端子１１５のフランジ部１１５ｃが、負極外部端子１０５の負極外部端子接続部１０５ｃに嵌入され、フランジ部１１５ｃの外周面と負極外部端子接続部１０５ｃの内周面との境界部分が全周に亘って連続してレーザー溶接され、互いに接合される。そして、その接合部分には、溶接部１１５ｄが形成される（図８を参照）。

溶接時にフランジ部１１５ｃとクラッド材の銅部材１０５ｂの間にすきまがあるとレーザー溶接時に未溶着部が残りやすいので、負極外部端子接続部１０５ｃの直径よりフランジ部１１５ｃの直径の方を少し大きくしておき、圧入させることが望ましい。このように、フランジ部１１５ｃを負極外部端子接続部１０５ｃに圧入させることにより、フランジ部１１５ｃとクラッド材の銅部材１０５ｂが密着することになり、良好な溶接状態を得ることができる。本実施例では、負極外部端子接続部１０５ｃは、機械加工により形成されており、高い寸法精度を有している。したがって、フランジ部１１５ｃの圧入によってフランジ部１１５ｃの外周面と負極外部端子接続部１０５ｃの内周面を確実に密着させることができる。

負極外部端子１０５は、銅部材１０５ｂの負極外部端子接続部１０５ｃよりも長手方向両側位置に、短辺方向に亘って延びる一対の凹溝１０５ｈを有している。一対の凹溝１０５ｈは、負極外部端子１０５のバスバー接合面１０５ｅにバスバー１２３が溶接される溶接箇所（不図示）と負極外部端子接続部１０５ｃとの間の位置に設けられており、バスバー１２３（図５Ｄを参照）から負極外部端子１０５に力が作用した場合に、凹溝１０５ｈで積極的に折れ曲がることにより力を吸収し、ガスケット１６９の変形を抑制する。

ガスケット１６９は、負極接続端子１１５の挿通軸部１１５ａに外嵌される短軸の円筒部１６９ａと、円筒部１６９ａの基端部で径方向に広がる鍔部１６９ｂとを有する。

次に、図５Ｃは、蓋組立体１０７の負極側の構成部材が組み立てられた状態を示す断面図であり、先端部１１５ｂがかしめられる前の状態を示す。図５Ｂで示したように、レーザー溶接により一体化された負極外部端子１０５と負極接続端子１１５は、挿通軸部１１５ａが負極集電板１９０の基部１９１に開口する挿通穴に挿通され、先端部１１５ｂが拡径されてかしめられ、さらにかしめ部１１５ｅ（図５Ｄを参照）をレーザー溶接することで負極集電板１９０に電気的に接続される。負極接続端子１１５は、外部絶縁体１６０およびガスケット１６９を介して電池蓋１０２に取り付けられている。負極集電板１９０は、内部絶縁体１６５を介して電池蓋１０２に取り付けられている。

外部絶縁体１６０および内部絶縁体１６５の材質は、ポリプロピレン（ＰＰ）等の絶縁性を有する樹脂である。ガスケット１６９の材質は、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）等の絶縁性を有する樹脂である。

図５Ｄは、蓋組立体１０７の負極側の構成部材が組み立てられた状態を示す断面図であり、先端部１１５ｂがかしめられた後の状態を示す。負極接続端子１１５は、挿通軸部１１５ａにガスケット１６９が外嵌装着された状態で、電池蓋１０２の貫通孔１０２ｈおよび内部絶縁体１６５の貫通孔に挿通される。図示するように、挿通軸部１１５ａと先端部１１５ｂとの間に形成される段差部が基部１９１に当接され、フランジ部１１５ｃと電池蓋１０２の外表面との間でガスケット１６９の鍔部１６９ｂが挟まれた状態で先端部１１５ｂの先端が拡径され、基部１９１にかしめられ、かしめ部１１５ｅが形成される。

電池蓋１０２の上面には、ガスケット１６９との間にシールポイントを形成するための２本の凸条部１０２ｊが設けられている。２本の凸条部１０２ｊは、ガスケット１６９の鍔部１６９ｂに対向する位置に設けられており、それぞれ貫通孔１０２ｈの中心と同一の位置を中心として周状に連続する形状を有している。この２本の凸条部１０２ｊにガスケット１６９の鍔部１６９ｂが押し付けられることによってシールポイントが形成され、シールが行われる。

図６Ａ〜図６Ｃで正極側の蓋組立体１０７を示す。
図６Ａに示すように、蓋組立体１０７の正極側は、電池蓋１０２と、電池蓋１０２の一端に設けられた正極外部端子１０４と、正極接続端子１１４と、外部絶縁体１６０と、内部絶縁体１６５と、ガスケット１６９と、正極集電板１８０とを含んで構成されている。

正極外部端子１０４は、電池蓋１０２の上面に沿って配置される長方形の平板形状を有しており、その上面には、バスバー１２３が溶接接合されるバスバー溶接面１０４ｅが形成されている。正極接続端子１１４は、正極外部端子１０４に一体に形成されている。正極接続端子１１４は、正極外部端子１０４の下面から突出する丸棒状の挿通軸部１１４ａと、挿通軸部１１４ａの先端で縮径された筒状の先端部１１４ｂを有している。

正極外部端子１０４は、正極接続端子１１４よりも長手方向両側位置に、短辺方向に亘って延びる一対の凹溝１０４ｈを有している。一対の凹溝１０４ｈは、正極外部端子１０４のバスバー溶接面１０４ｅにバスバー１２３が溶接される溶接箇所（不図示）と正極接続端子１１４との間の位置に設けられており、バスバー１２３（図５Ｄを参照）から正極外部端子１０４に力が作用した場合に、凹溝１０４ｈで積極的に折れ曲がることにより力を吸収し、ガスケット１６９の変形を抑制する。

図６Ｂは、蓋組立体１０７の正極側の構成部材が組み立てられた状態を示す断面図であり、先端部１１４ｂがかしめられる前の状態を示す。

正極外部端子１０４と正極接続端子１１４は、正極接続端子１１４の挿通軸部１１４ａが正極集電板１８０の基部１８１に開口する挿通穴に挿通され、挿通穴から突出した先端部１１４ｂが拡径されてかしめ部１１４ｅが形成される（図６Ｃを参照）。そして、さらにかしめ部１１４ｅを基部１８１にレーザー溶接（不図示）することで正極集電板１８０に電気的に接続される。正極接続端子１１４は、外部絶縁体１６０およびガスケット１６９を介して電池蓋１０２に取り付けられている。正極集電板１８０は、内部絶縁体１６５を介して電池蓋１０２に取り付けられている。外部絶縁体１６０および内部絶縁体１６５の材質は、ポリプロピレン（ＰＰ）等の絶縁性を有する樹脂である。ガスケット１６９の材質は、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）等の絶縁性を有する樹脂である。

図６Ｃは、蓋組立体１０７の正極側の構成部材が組み立てられた状態を示す断面図であり、先端部１１４ｂがかしめられた後の状態を示す。正極接続端子１１４は、挿通軸部１１４ａにガスケット１６９が外嵌装着された状態で、電池蓋１０２の貫通孔１０２ｈおよび内部絶縁体１６５の貫通孔に挿通される。図示するように、挿通軸部１１４ａと先端部１１４ｂとの間に形成される段差部が基部１８１に当接され、正極外部端子１０４と電池蓋１０２の外表面との間でガスケット１６９の鍔部１６９ｂが挟まれた状態で先端部１１４ｂの先端が拡径され、基部１８１にかしめられ、かしめ部１１４ｅが形成される。

図７Ａ、図７Ｂを参照してかしめ工程について説明する。なお、正極集電板１８０の基部１８１に対するかしめ部１１４ｅのかしめ工程と、負極集電板１９０の基部１９１に対するかしめ部１１５ｅのかしめ工程とは同様の工程であるため、代表して負極側のかしめ工程について説明し、正極側のかしめ工程については省略する。

かしめ工程では、図７Ａに示すように、かしめ上面部となるバスバー接合面１０５ｅに、金型２０の平面部を当接させた状態で、先端部１１５ｂの内側であるかしめ穴１１５ｆに先端円錐形状の金型２２を圧入することで、円筒状の先端部１１５ｂが外側に押し広げられる。これにより、負極集電板１９０、負極接続端子１１５、負極外部端子１０５、ガスケット１６９、外部絶縁体１６０および内部絶縁体１６５が電池蓋１０２に対して仮止めされる。

カシメ機の金型２０にはピン状の突起２１が設けられており、この突起２１をバスバー接合面１０５ｅに開口する貫通孔１０５ｆから挿入して負極接続端子１１５の基端面に形成された凹部１５４に嵌合させることで、カシメ機に対する負極外部端子１０５、負極接続端子１１５の位置決めを容易かつ精度よく行うことができる。したがって、カシメ機の先端円錐形状の金型２２を精度よく円筒状の先端部１１５ｂのかしめ穴１１５ｆに圧入することができる。

先端円錐形状の金型２２の種類を、順次に先端角度の大きいものに交換して先端部１１５ｂのかしめ穴１１５ｆに圧入し、徐々に先端部１１５ｂを外側に押し広げる。図７Ｂに示すように、電池蓋１０２と平行な平面視円形状の平面部２３ａと、平面部２３ａから電池蓋１０２に向かって傾斜する平面視円環状の傾斜部２３ｂとを有する金型２３を先端部１１５ｂに押し付けることで、平面視円環状のかしめ部１１５ｅが形成される。これによって、負極集電板１９０、負極外部端子１０５、ガスケット１６９、外部絶縁体１６０および内部絶縁体１６５が電池蓋１０２に対して締め付け固定され、一体化される。なお、正極接続端子１１４のかしめ部１１４ｅも同様に正極集電板１８０の基部１８１にかしめられることで、正極集電板１８０、正極外部端子１０４、ガスケット１６９、外部絶縁体１６０および内部絶縁体１６５が電池蓋１０２に対して締め付け固定され、一体化される。

角形二次電池１００は、不図示の他の角形二次電池とバスバー１２３によって接続されて、組電池を構成する。本実施の形態では、図５Ｄにおいて二点鎖線で示すバスバー１２３が、レーザー溶接により角形二次電池１００の外部端子１０４，１０５に接続される。バスバー１２３は、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなり、正極外部端子１０４および負極外部端子１０５とは、アルミニウム同士の溶接となる。したがって、同種金属の接合となり、接合が容易であり、また、接触抵抗の増大を抑制できる。

図８は、負極外部端子と負極接続端子の溶接固定構造の一例を断面で示す組立図である。
上述のように、負極外部端子１０５は、銅部材１０５ｂ側の面に凹部からなる負極外部端子接続部１０５ｃを有しており、負極接続端子１１５のフランジ部１１５ｃが嵌入されている。負極外部端子接続部１０５ｃの深さは、負極接続端子１１５のフランジ部１１５ｃの厚さ幅よりも浅く、フランジ部１１５ｃの厚さ方向一方側の部分が負極外部端子接続部１０５ｃに嵌入されてフランジ部１１５ｃの厚さ方向他方側の部分が負極外部端子１０５の銅部材１０５ｂ側の面よりも突出するようになっている。

そして、フランジ部１１５ｃの外周面と、負極外部端子１０５の銅部材１０５ｂ側の面との間の境界部分に対して径方向外側から斜め方向にレーザー溶接のレーザービームを照射することによって、隅肉溶接が行われ、溶接部１１５ｄが形成されている。

溶接部１１５ｄは、凸条部１０２ｊによって形成されるガスケット１６９のシールポイントよりも、負極接続端子１１５の径方向外側の位置に配置される。そして、溶接部１１５ｄよりもさらに径方向外側位置には、外部絶縁体１６０の開口部１６１の内周面が配置される。外部絶縁体１６０の開口部１６１は、接続端子１１５が電池蓋１０２にかしめ固定された状態で、フランジ部１１５ｃの外周面との間に径方向に所定の隙間が形成されるように内周面の大きさが設定されている。

そして、フランジ部１１５ｃは、負極外部端子１０５の銅部材１０５ｂ側の面から所定高さだけ突出しており、接続端子１１５が電池蓋１０２にかしめ固定された状態で、負極外部端子１０５の銅部材１０５ｂ側の下面とガスケット１６９の鍔部１６９ｂとの間に軸方向に所定の隙間が形成されるように、フランジ部１１５ｃの厚みが設定されている。

溶接部１１５ｄは、ガスケット１６９の鍔部１６９ｂとの間、及び外部絶縁体１６０の開口部１６１の内周面との間に設けられた隙間に配置されており、ガスケット１６９及び外部絶縁体１６０のいずれにも接触しない。したがって、溶接部１１５ｄがガスケット１６９や外部絶縁体１６０に接触することによって割れたり、剥がれたりするのを防ぐことができる。したがって、溶接部１１５ｄの割れや剥がれによって電池蓋１０２の上面とガスケット１６９の鍔部１６９ｂとの間にリークパスが形成されるのを防ぐことができ、高い気密性を得ることができる。

上記した溶接固定構成によれば、フランジ部１１５ｃの厚さ方向一方側の部分が負極外部端子接続部１０５ｃに嵌入されているので、例えばバスバー１２３によって負極外部端子１０５の平面に沿った方向の力が作用した場合に抗することができ、高い機械的強度を得ることができる。また、フランジ部１１５ｃの厚さ方向他方側の部分が、負極外部端子１０５の銅部材１０５ｂ側の面よりも突出するようになっているので、フランジ部１１５ｃの厚さを厚くすることができ、高い機械的強度を得ることができる。

また、負極外部端子１０５は、負極接続端子１１５から互いに離反する方向に延出する平面視略長方形の形状を有しているので、より幅広なバスバー１２３を接合することができる。したがって、バスバー１２３を溶接する箇所を負極接続端子１１５から離すことができ、ガスケット１６９に溶接の熱が影響を与えるのを防止できる。そして、組電池を構成した場合に、互いに隣り合う角形二次電池までの距離を短くすることができ、電気抵抗を小さくすることができる。それから、例えばバスバー１２３によって負極外部端子１０５を垂直方向に引き上げる方向に力が作用した場合に、負極外部端子１０５の変形量に対して負極接続端子１１５からバスバー接合面１０５ｅのバスバー１２３が溶接されている箇所までの距離をより長く確保することができる。

上記した負極端子構造によれば、負極外部端子１０５の銅部材１０５ｂ側の面に負極外部端子接続部１０５ｃを凹設して、その負極外部端子接続部１０５ｃに負極接続端子１１５のフランジ部１１５ｃを嵌入させて負極外部端子１０５のアルミニウム部材１０５ａとの間に銅部材１０５ｂを介して配置するので、負極外部端子接続部１０５ｃとフランジ部１１５ｃとの接触を、銅と銅という、同種金属同士の接触とし、負極外部端子接続部１０５ｃとフランジ部１１５ｃとの間の接触抵抗を、異種金属同士を接触させたときよりも低減することができる。そして、負極外部端子接続部１０５ｃの深さ分だけ負極外部端子１０５の厚さを薄くすることができ、電池蓋１０２から突出する負極外部端子１０５の突出量を小さくすることができる。したがって、角形二次電池１００の全体高さを低くする低背化を図ることができ、角形二次電池１００の体積効率を向上させ、組電池としてモジュール化した際に、全体を小型化することができる。

また、負極外部端子１０５の銅部材１０５ｂ側の面に負極外部端子接続部１０５ｃを凹設して、その負極外部端子接続部１０５ｃに負極接続端子１１５のフランジ部１１５ｃを嵌入させているので、負極接続端子１１５のフランジ部１１５ｃと負極外部端子１０５のアルミニウム部材１０５ａ側の面であるバスバー接合面１０５ｅとの間の距離を短くすることができる。したがって、通電距離を短くすることができ、通電時の抵抗値を小さくして、負極外部端子１０５における発熱を抑えることができる。

［第２実施の形態］
本実施の形態において特徴的なことは、凹部である負極外部端子接続部１０５ｃをプレス加工により形成したことである。上記した第１実施の形態では、負極外部端子接続部１０５ｃを機械加工により形成していたので、負極外部端子１０５のアルミニウム部材１０５ａの厚さは、負極外部端子接続部１０５ｃが形成されている部分と、その周囲の部分とでは変わらず略一定であった。しかしながら、例えばアルミニウム部材１０５ａの厚さは一定でなくてもよく、例えば図９に示すように、フランジ部１１５ｃが嵌入する部分は、その周囲のフランジ部１１５ｃが嵌入しない部分より薄くなっていてもよい。

図１０Ａと図１０Ｂは、負極外部端子１０５に負極外部端子接続部１０５ｃを形成する方法を説明する図である。

負極外部端子１０５に負極外部端子接続部１０５ｃを形成するには、図１０Ａと図１０Ｂに示すように、負極外部端子１０５のアルミニウム部材１０５ａ側の面であるバスバー接合面１０５ｅに金型２４を当接させた状態で、負極外部端子１０５の銅部材１０５ｂ側の面のうち、フランジ部１１５ｃが嵌入する部分を金型２５で押圧する。これにより、負極外部端子１０５のバスバー接合面１０５ｅは平面の状態のまま、銅部材１０５ｂに、凹部である負極外部端子接続部１０５ｃを形成することができる。

プレス加工により、アルミニウム部材１０５ａと銅部材１０５ｂの押圧されている部分の板厚はそれぞれ押圧されていない他の部分の板厚よりも薄くなる。このとき、負極外部端子１０５の銅部材１０５ｂ側の面と負極外部端子接続部１０５ｃとの間の角部はＲ形状になる。角部がＲ形状の状態で負極接続端子１１５とレーザー溶接される。溶接時にフランジ部１１５ｃと負極外部端子１０５の銅部材１０５ｂの間にすきまがあると、レーザー溶接時に未溶着部が残りやすいので、負極外部端子接続部１０５ｃの直径よりフランジ部１１５ｃの直径の方を少し大きくしておき、圧入させることが望ましい。圧入させることにより、フランジ部１１５ｃと負極外部端子１０５の銅部材１０５ｂが密着することになり、良好な溶接状態を得ることができる。

上記した端子構造によれば、アルミニウム部材１０５ａと銅部材１０５ｂの押圧されている部分の板厚はそれぞれ押圧されていない他の部分の板厚よりも薄くなるので、負極接続端子１１５のフランジ部１１５ｃと、負極外部端子１０５のバスバー接合面１０５ｅとの間の距離を短くすることができる。したがって、通電距離を短くすることができ、通電時の抵抗値を小さくして、負極外部端子１０５における発熱を抑えることができる。

また、第１実施の形態と同様に、負極外部端子１０５の負極外部端子接続部１０５ｃと負極接続端子１１５のフランジ部１１５ｃとの接触を、銅と銅という、同種金属同士の接触とし、負極外部端子接続部１０５ｃとフランジ部１１５ｃとの間の接触抵抗を、異種金属同士を接触させたときよりも低減することができる。そして、負極外部端子接続部１０５ｃの深さ分だけ負極外部端子１０５の厚さを薄くすることができる。したがって、電池蓋１０２から突出する負極外部端子１０５の突出量を小さくすることができ、角形二次電池１００の全体高さを低くする低背化を図ることができ、角形二次電池１００の体積効率を向上させ、組電池としてモジュール化した際に、全体を小型化することができる。

［第３実施の形態］
本実施の形態において特徴的なことは、プレス加工により負極外部端子１０５の一部を負極外部端子１０５の厚さ方向にずらして負極外部端子接続部１０５ｃを形成したことである。

上記した第２実施の形態では、プレス加工により負極外部端子１０５の厚みを薄くして負極外部端子接続部１０５ｃを形成しており、負極外部端子１０５のバスバー接合面１０５ｅは、全面に亘って平面状態のままであったが、本実施形態では図１１に示すように負極外部端子１０５のバスバー接合面１０５ｅは平面ではなく、負極外部端子接続部１０５ｃに対応する部分が銅部材１０５ｂとは反対側に突出する凸形状になっている。第２実施の形態と同じように、このときもプレス加工によって負極外部端子接続部１０５ｃを作製することができる。

図１２Ａと図１２Ｂに示すように負極外部端子１０５の銅部材１０５ｂ側の面でかつフランジ部１１５ｃが嵌入する部分を押圧する金型２７の構成は第２実施形態と同じであるが、アルミニウム部材１０５ａの銅部材１０５ｂと反対側の面（バスバー接合面１０５ｅ）に当接させる金型２６の構成が第２実施形態とは異なる。

金型２６は、金型２７に対向する部分がくり抜かれており、負極外部端子接続部１０５ｃに対応する負極外部端子１０５のアルミニウム部材１０５ａ側の面が金型２７と当接しないようになっている。そのため、負極外部端子１０５のアルミニウム部材１０５ａ側の面であるバスバー接合面１０５ｅは、単一な平面形状ではなく、一部が突出した凸部を有している。

このように負極外部端子１０５のアルミニウム部材１０５ａ側の面に凸部を設けることにより、プレス加工する際の金型２７を押圧する荷重を小さくすることができ、加工コストを低減することができる。そして、第２実施の形態と同じように、負極外部端子１０５の銅部材１０５ｂと負極接続端子１１５のフランジ部１１５ｃを互いにレーザー溶接することができる。

［第４実施の形態］
本実施の形態において特徴的なことは、フランジ部１１５ｃの厚みを負極外部端子接続部１０５ｃの深さと同じとしたことである。

本実施の形態では、上記した第１実施の形態と同じように、負極外部端子１０５の銅部材１０５ｂには負極外部端子接続部１０５ｃが凹設されているが、図１３に示すように、負極接続端子１１５のフランジ部１１５ｃが嵌入される負極外部端子接続部１０５ｃの深さは、負極接続端子１１５のフランジ部１１５ｃの厚さと同じであり、フランジ部１１５ｃが負極外部端子接続部１０５ｃに嵌入されて固定された状態でフランジ部１１５ｃと銅部材１０５ｂとが面一になっている。すなわち、フランジ部１１５ｃは、負極外部端子接続部１０５ｃに嵌入された状態で、フランジ部１１５ｃの厚さ方向他方側の面が負極外部端子１０５の銅部材１０５ｂ側の面と面一になっている。そして、フランジ部１１５ｃの外周面と、負極外部端子接続部１０５ｃの内周面との境界部分に対して、挿通軸部１１５ａの軸方向に平行なレーザービームを照射することによって、開先溶接が行われ、溶接部１１５ｄが形成される。

本実施の形態によれば、負極接続端子１１５のフランジ部１１５ｃの厚さ方向他方側の面と負極外部端子１０５の銅部材１０５ｂ側の面とが面一になった状態でレーザー溶接することができるので、境界部分に沿って深い位置まで溶接することができる。したがって、第１実施の形態のように負極接続端子１１５のフランジ部１１５ｃと負極外部端子１０５の銅部材１０５ｂが段差になっている状態でレーザー溶接（隅肉溶接）するよりも、境界部分の溶け込み量を多くすることができ、より高い溶接強度を得ることができる。

本実施の形態では、第１実施の形態と同様に、機械加工により負極外部端子接続部１０５ｃを形成する場合を例に説明したが、第２実施の形態や第３実施の形態のようにプレス成型で凹部を作製したときも負極接続端子１１５のフランジ部１１５ｃと負極外部端子１０５の銅部材１０５ｂが面一になるようにすることで同じようにレーザー溶接することができる。

上記した各実施の形態では、負極側の端子構造について説明したが、負極側に限定されるものではなく、正極側に適用することもできる。例えば、バスバーとして、アルミニウム部材ではなく、銅部材を用いる場合には、上記した各実施の形態とは反対に、負極外部端子１０５と負極接続端子１１５は銅により一体に形成し、正極外部端子１０４をアルミニウム部材と銅部材のクラッド材により構成し、正極外部端子のアルミニウム部材側の面に凹部である正極外部端子接続部を凹設し、アルミニウムからなる正極接続端子を嵌入させてレーザー溶接により接合した構造としても良い。

以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。例えば、前記した実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。さらに、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１００角形二次電池
１０１電池缶
１０２電池蓋
１０５負極外部端子（外部端子）
１０５ａアルミニウム部材（第２金属部材）
１０５ｂ銅部材(第１金属部材)
１０５ｃ負極外部端子接続部（凹部）
１１５負極接続端子（接続端子）
１１５ａ挿通軸部
１１５ｃフランジ部
１７０捲回電極群
１９０負極集電板

Claims

捲回電極群に電気的に接続され、第１の金属を主成分とする接続端子と、前記第１の金属を主成分とする第１金属部材と第２の金属を主成分とする第２金属部材とが接合された外部端子と、を有する角形二次電池であって、
前記外部端子は、前記第１金属部材側の面に凹部を有し、
前記凹部では前記第２金属部材との間に前記第１金属部材を介して前記接続端子が嵌入されており、
前記外部端子は、前記凹部における厚さが該凹部の周囲の厚さよりも薄くなっていることを特徴とする角形二次電池。
前記捲回電極群を収容する電池缶と、該電池缶の開口部を閉塞する電池蓋とを有し、
前記接続端子は、前記電池蓋に設けられた貫通孔に挿通される挿通軸部と、該挿通軸部の基端で拡径されたフランジ部とを有し、
該フランジ部の少なくとも一部が前記凹部に嵌入されて溶接接合されていることを特徴とする請求項１に記載の角形二次電池。
前記フランジ部は、前記凹部に圧入されていることを特徴とする請求項２に記載の角形二次電池。
前記フランジ部は、該フランジ部の厚さ方向一方側の部分が前記凹部に嵌入され、前記フランジ部の厚さ方向他方側の部分が前記外部端子の前記第１金属部材側の面から突出していることを特徴とする請求項３に記載の角形二次電池。
前記フランジ部は、前記凹部に嵌入されて前記フランジ部の厚さ方向他方側の面が前記外部端子の前記第１金属部材側の面と面一になっていることを特徴とする請求項３に記載の角形二次電池。