(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
前記柱状部が前記板状部の貫通孔に嵌め込まれた状態において、前記板状部と接触する前記柱状部の側面積は、該柱状部の断面積以上である、請求項2又は3に記載の電池。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本発明は、上記問題を鑑みてなされたもので、電極端子に接続板等を接続する場合の接触面積を大きく、また抵抗を安定化することができ、もって大電流を充放電することが可能な電池を提供することを一の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0005】
電池ケース内で発電要素と集電板によって接続された電極端子が電池ケースに設けられた孔から突出している電池において、
電極端子は、突出方向に連続する柱状部と、電池ケースの外側に突出している柱状部の先端部に溶接によって接続された板状部であって、その平面方向が突出方向と直交し且つ断面積が柱状部の断面積よりも大きい板状部と、を有し、
板状部の突出方向側の面における柱状部の先端部と突出方向で重なる位置に凹部が形成され、
前記凹部を画定する内面の一部が溶融して柱状部と板状部と
が溶接
されることを特徴とする。
【0006】
かかる構成によれば、電極端子の頭部(突出方向側の先端部)を幅広とすることができ、電極端子に接続板等を取り付ける際に接続板等と接触面積を十分に確保することができる。このため、電極端子を通じて外部から大電流を発電要素に供給し、又は発電要素から大電流を外部に放出させることができ、その結果、電池の急速充放電が可能となる。
【0007】
しかも、凹部を設けてそ
の凹部の内面の一部が溶融するように板状部と柱状部とを溶接することで、
凹部外に溶接部位が形成される場合と比較して、板状部の突出方向側の面から溶接部位が突出する(盛り上がる)ことが防がれる
。
【0008】
前記板状部は、前記柱状部の先端部が嵌め込まれる貫通孔を有し、
凹
部において、柱状部の側面と貫通孔を画定する内周面との境界が溶接されていることが好ましい。
【0009】
このように、板状部に設けられた貫通孔に柱状部の先端を嵌め込むといった簡単な構成によって、板状部の前記突出方向側の面から該板状部と柱状部との溶接部位が突出しない深さの凹部を容易に形成することができる。
【0010】
この場合、
板状部における柱状部から平面方向に偏芯した位置に、該電極端子と通電可能に接続される部材との固定位置があってもよい。
【0012】
柱状部が板状部の貫通孔に嵌め込まれた状態において、板状部と接触する柱状部の側面積は、該柱状部の断面積以上であることが好ましい。
【0013】
かかる構成によれば、板状部と柱状部との接触面積が十分に確保され、これにより、該電池から電極端子を通じて外部から大電流を発電要素により確実に供給し、又は発電要素から大電流を外部により確実に放出させることができる。
【0014】
また、柱状部の下端が集電板と溶接によって接続され、柱状部の上端がガスケットを介して孔から電池ケースの外側に突出し、電池ケースの外側に突出している柱状部に嵌め込まれたナットが締め込まれることによってガスケットが圧縮されてもよい。
【0015】
また、電池ケース内で発電要素と集電板によって接続された電極端子が電池ケースに設けられた孔から突出している電池において、電極端子は、突出方向に連続する柱状部と、該柱状部の上端に嵌め込まれ、且つ、平面方向が突出方向と直行し、断面積が柱状部の断面積よりも大きい板状部とを有し、柱状部の下端が集電板と溶接によって接続され、柱状部の上端がガスケットを介して孔から電池ケースの外側に突出し、電極端子の板状部が柱状部の下端の方に嵌め込まれることによってガスケットが圧縮されていてもよい。
【0016】
この場合、電池は、電極端子の下端と蓋の間にガスケットを配置し、そのガスケットを圧縮することで密閉化を達成している。このガスケットの圧縮寸法を経時変化することなく安定化することが重要である。そこで、板状部は、ガスケットを圧縮する位置に固定されていることを特徴とする。これにより、ガスケットの圧縮にあたってナットなどの締め付け用部品が不要になり、ガスケットの圧縮と、板状部の取り付けとを同時に行うことができ、作業工程が容易になる。
【0017】
また、板状部の各部寸法を規定することによりガスケットの圧縮寸法を一定にできるので、ガスケットの圧縮精度を高めることができ、さらに板状部が溶接等により柱状部に確実に固定されているので、ガスケット圧縮寸法の経時安定性を高めることができる。従って、ガスケットによる電池の気密性が一定に保たれるので、品質の安定した電池を提供することができる。
【0018】
電極端子は、板状部から柱状部が突出しないように設けられていてもよい。このように、柱状部の頭部を板状部の上面よりも低位置に配置することにより、板状部の上面に接続板等を取り付ける際に突出部が障害になることがないので、接続板等を容易に取り付けることができ、且つ、電極端子と接続板等との接触面積を確実に大きく取ることができる。
【0019】
また、柱状部と板状部との接触部分の少なくとも一部を溶接してもよい。これにより、ネジで螺合して接触集電する場合よりも、溶接する方が抵抗が小さくなり、大電流を取り出すことが可能となる。
【0020】
さらに、電極端子の板状部は、周囲に少なくとも1つの貫通孔を有することが好ましい。これにより、隣接する電池の板状部の上面に接続板等を渡し、貫通孔を利用して接続することにより、複数の電池の端子同士を連結することができる。ここで、貫通孔は、内壁にネジ溝を設けてもよい。これにより、電極端子と接続板等との接続にあたってネジ止め方法を用いることができるため、接続を確実なものとすることが容易となり、好ましい。
【発明の効果】
【0021】
本発明に係る電池は、電極端子の端部に、柱状部に対して幅広の板状部が設けられているので、電極端子に接続板等を接続する場合の接触面積を大きくとることができる。
【発明を実施するための形態】
【0023】
<第一実施形態>
以下、本発明の一実施形態について図面を参酌しつつ説明する。
【0024】
図1は、本発明の第一実施形態に係るものであり、ナット方式でガスケットを圧縮し、電極端子付近を密封した電池の要部断面図であり、正極又は負極のいずれか一方を示している。
【0025】
まず、電池ケース内部の発電要素と接続された集電板3の上面に電極端子の柱状部2を取り付ける。該柱状部2は、最小断面積部分の直径が14mmである。そして、該柱状部2と集電板3とが接する周囲の下端から、樹脂製のガスケット7を配置し、その上部に電池の蓋部20bを挟み込むように、樹脂製の押さえ板6を配置する。さらに、該押さえ板6の上面に、ワッシャ5を介してナット4を嵌め込む。そして、ナット4を柱状部2の周囲に形成されたネジ溝によって締め込んで、ガスケット7を圧縮させる。
【0026】
次に、電極端子2の上端に上部が平面の板状部1を取り付ける。板状部1は、上面に凹部1aを有し、反対の面に柱状部2の頭部を嵌め込む凹部(図示せず)が形成されている。前記柱状部2の頭部を板状部1に嵌め込んで、前記凹部1aの上面から同心円上に2周溶接する。この溶接により板状部1及び柱状部2の部材が溶け合って、両部材を接合することができる。12は溶接部位を表す。溶接には、アーク溶接、ガス溶接、レーザー溶接などの種々の溶接を利用することができるが、特に、電子ビーム溶接を採用することが好ましい。
【0027】
このようにして、板状部1及び柱状部2からなる電極端子10を取り付けることができる。
図2に、
図1の電池の全体斜視図を示す。なお、
図1と同一又は同等の部分については、同じ符号を付して説明を省略する。
【0028】
図2より電池20の外装体は、筐体のケース本体20aと、その口部分を塞ぐ蓋部20bとから構成されている。蓋部20bの両端部には、正極又は負極の柱状部2を突出させるための端子用孔(図示せず)を有し、さらに、ガス抜きのための安全弁40と、電解液を注入するための注入口30が設けられている。
【0029】
そして、電池20を組み立てるには、まず、ケース本体20aに、発電要素と電極端子10とが共に固定された蓋部20bを嵌め込み周囲を溶接する。続いて、注入孔30から電解液を注入し、注入後、先端部分を溶接して塞ぐ。
【0030】
次に、
図3に、
図2の単電池を複数繋げた場合の斜視図を示す。電極端子10を構成する板状部1は、例えば、略矩形状をしており周囲に4つの貫通孔1b,…が設けられている。そして、電池20を複数隣接させ、隣接する板状部1の上面に接続板50を載置する。前記接続板50には、前記貫通孔1b,…と連通する貫通孔(図示せず)が設けられており、ネジ51を締め付けて固定することができる。
【0031】
このように本第一実施形態に係る電池は、柱状部2の先端に幅広の板状部1をかぶせて上面から溶接して固定した。このような構成により、電極端子に接続板50を取り付ける際に電極端子との接触面積を大きく取ることができる。また、柱状部2及び板状部1の接合部分を溶接することにより、ネジ止めした場合よりも接触抵抗が小さくなり、大電流を充放電することができる。ここで、本発明の大電流を充放電することが可能な電池とは、具体的には、公称容量5Ah以上の電池をいう。なお、溶接は前記凹部1aの上面から同心円上に2周行うようにしたが、それは例示であり、前記板状部1及び柱状部2が接合できれば、どのように溶接しても構わない。
【0032】
なお、本第一実施形態においては、集電板3への電極端子柱状部の前記取り付けは、溶接により行った。この部分の取り付けについては、従来、かしめによる方法が一般的であるが、かしめ方法では、発電要素から電極端子に至る電流経路中に、かしめによって形成される電極柱状部下部と前記集電板との接触部分を含むことになるため、本発明に係る電池のように充放電を大電流で行う必要のある電池においては、溶接による取り付けを行うことが好ましい。
【0033】
なお、本第一実施形態で使用した板状部1は、一辺が28mmの矩形状であり、厚さが5mm、開口部1aの深さが1mmのものである。また、柱状部の断面積は154mm2のものを用いた。
【0034】
<第二実施形態>
図4は、本発明の第二実施形態に係るものであり、ナット方式でガスケットを圧縮し、電極端子付近を密封した電池において、集電板への電極端子柱状部の取り付けをかしめ方式で行った電池の要部断面図であり、正極又は負極のいずれか一方を示している。なお、
図1と同一又は同等の部分については、同じ符号を付して説明を省略する。
【0035】
図より、柱状部2"は、下端にフランジ部2a"が形成されると共に、該フランジ部2a"の下端面からかしめ用突起2b"が突設されている。まず、前記フランジ部2a"の上面を、セル間接続板9を介して、柱状部2"の周囲にナット4を螺合させて固定する。そして、前記柱状部2"をガスケット7,7に挟まれた蓋部20b及び集電板3の開口部(図示せず)に挿入して、かしめ用突起2b"をかしめることにより、接続固定される。
図4には、かしめ用突起2b"についてはかしめられた後の形状について示している。なお、板状部1の取り付けについては、上記第一実施形態と同様であるので説明を省略する。このような構成により、電極端子に接続板50を取り付ける際に電極端子との接触面積を大きく取ることができる。また、柱状部2及び板状部1の接合部分を溶接することにより、ネジ止めした場合よりも接触抵抗が小さくなり、大電流を充放電することができる。
【0036】
このように第二実施形態に係る電池は、柱状部2"の下端にかしめ用突起2b"を設けて、下端からプレス等で加圧し、前記突起2b"を変形させて集電板3と固定するようにしたので、ガスケット7,7の圧縮精度を保持することができるものの、発電要素から電極端子に至る電流経路中に、かしめによって形成される電極柱状部下部と前記集電板との接触部分を含むことになるため、本発明に係る電池のように充放電を大電流で行う必要のある電池においては上記第一実施形態の方が優れている。
【0037】
上記した第二実施形態においては、ガスケットを用いて端子付近を密封する方式の電池について述べたが、ガスケットによらないで端子付近を密封する方式の電池、例えばガラス溶接方式により端子付近を密封する方式の電池に適用してもよい。
【0038】
<第三実施形態>
図5は、本発明の第三実施形態に係るものであり、端子柱状部への板状部の形成を行うと共に、該板状部の形成工程によって同時に前記ガスケットを圧縮し、もって、ガスケットにより電極端子付近を密封した電池の要部断面図であり、
図5(a)は、ガスケットを圧縮する前、
図5(b)は、ガスケットを圧縮固定した後の図である。なお、
図5の電池は、正極又は負極のいずれか一方を示し、また、
図1と同一又は同等の部分については、同じ符号を付して説明を省略する。
【0039】
まず、
図5(a)より、柱状部2'は、その下端に鍔部2aが形成されている。まず、該柱状部2'と集電板3とが接する周囲の下端から絶縁板8を配置し、続いて、鍔部2aの肩部分にガスケット7を配置し、その上部に電池の蓋部20bを挟み込むように押さえ板6を配置する。そして、最後に柱状部2の先端に板状部1を嵌め込む。該板状部1は、前記柱状部2'を貫通可能な内周径と、上部が該内周径よりも幅広な径を有する開口部1dを有している。従って、前記柱状部2'の頭部を前記板状部1に嵌め込んだときに、段差部1cが形成される。そして、ガスケット7の圧縮量に合わせて、段差部1cの高さを設定し、板状部1aの上面から冶具を用いて、前記段差部1cの高さの量を圧縮させる。例えば、2mmのガスケットを圧縮させて1mmにするならば、段差部1cを1mmに設
定する。
【0040】
続いて、
図5(b)に示すように、予め設定された圧縮量(段差部1c)を冶具で板状部1の上面から圧縮後、前記柱状部2'と開口部1aとが接する溶接部位12を溶接する。
【0041】
このように本第三実施形態によれば、次に述べるさらなる効果を奏する。即ち、本第三実施形態に係る電池は、ガスケット7を介して、板状部1の上面から冶具で圧縮することにより一体的に形成したので、電極端子10のシールと板状部1の取り付けとを同時に行うことができ、作業工程を短縮でき生産性が向上する。また、圧縮距離を一定にすることができ、電極端子10の周囲に配置される押さえ板6や蓋部20bなどの部材の位置合わせが容易になり、ガスケット7の圧縮精度を保持することができる。即ち、ナット方式でネジの締め付けによりガスケットを圧縮する場合においては、圧縮の反発力によりネジ山が変形し圧縮精度が保てないといった問題があったが、本第三実施形態によれば、そのような問題が発生する虞を大幅に低減できる。特に、リチウムイオン電池等の非水電解質電池では、端子にアルミニウムや銅といった強度の弱い金属を用いざるを得ないので、上記構成を非水電解質電池に適用すると、効果的である。さらに、ナットやかしめ部材などの締め付け部材が不要なので、電池の重量を軽減でき、且つ、電極端子10の高さ寸法を低くすることができる。
【0042】
なお、上記第三実施形態では、板状部1の開口部1dに段差部1cを設けて、圧縮量の設定を容易に行えるようにしたが、前記段差部1cを設けなくても、同様に実施することは可能である。
【0043】
また、上述した電極端子10は、前記板状部1の上面より前記柱状部2'を低位置に配置したが、これは、該柱状部2'及び板状部1の接合部分を電子ビームで溶接した際に、溶接の盛り上がりが前記板状部1の上面から突出しないようにするためである。従って、溶接後に、板状部1の上面と柱状部2'の上端とが面一か、柱状部2'の上端が板状部1の上面よりも低位置にあればよい。このような構成により、隣接する電池20の電極端子同士を繋げるための接続板50を前記板状部の上面に容易に取り付けることができ、且つ、電極端子と接続板50との接触面積を確実に大きく取ることができる。
【0044】
また、本発明の板状部1の例として、
図2に平面視矩形状のものを取りあげて説明したが、板状部1の周囲が蓋部20bの周囲からはみ出さない形状であれば、矩形状に限るものではない。板状部1のその他の形状として、例えば、多辺形、円形、楕円形、菱形など用途に応じて種々の形状を採用することが可能である。さらに、板状部1の表面積や厚みを大きくすることにより、取り出せる電流の量を増大させることができる。
【0045】
また、板状部1に形成した貫通孔1bの数は、
図2では一例として4個設けているが、穴の数は、4個に限られず、少なくとも1個設けられていればよい。
【0046】
また、本発明の電池は、1次電池や2次電池、あるいは燃料電池や太陽電池など種々の電池において実施することができる。さらに、電池の形状も矩形型、円筒型、偏平型など種々の形状において実施することができる。
【0047】
このように、本発明の電池は、電極端子の板状部の面積が、柱状部の断面積よりも大きいものとすることで、上記本発明の効果を奏することができる。板状部の面積は、大きすぎると複数の電池を隣接して並べた場合に、端子同士が接触する等の問題を生じる虞があるので、板状部は、該板状部を上方向から見た場合に、板状部が電池からはみ出さないような寸法形状を選択することが好ましい。電池の大きさ(公称容量)にもよるが、例えば、10〜100Ahの電池を想定したとき、板状部の面積は1000mm2以下とされる。
【0048】
柱状部の最小断面積が小さすぎると、原理的には大電流を流すことができないが、極端に細いものとしない限りは、大電流によって溶断することはなく、大電流を流すことは可能である。しかしながら、端子部分の構成が最適でない場合には、大電流によって端子部分が発熱する場合がある。例えば、集電板3への電極端子柱状部の前記取り付けをかしめ方式によって行った場合は、発電要素から電極端子に至る電流経路中に、かしめによって形成される電極柱状部下部と前記集電板との接触部分を含むことになるため、発熱を伴うことが多い。
【0049】
本発明者らは、電池の端子が125Aの電流(公称容量25Ahの電池を5ItAのレートで通電した場合に相当)の状態のとき、発熱が基準以下になるように電流を流すために必要な端子柱状部の断面積について調べた。端子の材質はアルミニウム又は銅とした。また、電流を供給する発電要素と端子柱状部との接続は、かしめ方式又は溶接方式とした。その結果、125Aの電流を連続して通電したときの温度上昇が5℃以下であるための端子柱状部の必要最小断面積は、表1の通りであった。
【0051】
表1より、大電流を流したときの温度上昇を5℃以下に抑えるために必要な集電断面積は、溶接方式では、アルミニウムの場合で78.2mm2、銅の場合で50.0mm2であった。一方、かしめ方式では、アルミニウムの場合で568.2mm2、銅の場合で357.1mm2であった。かしめ方式において、かなり大きな集電断面積を必要としたのは、かしめ用突起2b"と集電板3とが接する接触部分bで電流を取り出しているためである。即ち、かしめ方式の場合、プレスでかしめ用突起2b"の部分を変形させて集電板と接触させているため、変形状態により集電が不安定になる。
【0052】
以上の結果から、上記条件で温度上昇を5℃以下に抑えるには、発電要素の集電板と端子柱状部との接続は溶接方式が好ましく、その場合の柱状部の最小断面積は、アルミニウムの場合で78.2mm2以上、銅の場合で50.0mm2以上であれば充分であることがわかる。
【0053】
柱状部の最小断面積は、大きすぎると、電槽寸法の自由度が低下し、さらにガスケットによって端子近傍を密封する方式の場合には、ガスケットの周囲寸法が増大するので好ましくない。
【0054】
以上の観点から、柱状部の断面積は、80mm2以上が好ましく、100mm2以上がより好ましい。また、600mm2以下が好ましく、300mm2以下がより好ましい。
【0055】
電極端子の柱状部の端部に板状部を形成するにあたって、柱状部に接触させた板状部用部材を溶接によって接合する場合において、第一実施形態及び第二実施形態においては取り付け前の板状部は、柱状部が接触する中央部に貫通孔を有さず、第三実施形態においては、取り付け前の板状部は、中心に貫通孔を有している。
【0056】
第一実施形態や第二実施形態のように、取り付け前の板状部が、柱状部と接触する中央部に貫通孔を有していない場合には、柱状部頭部の上面が板状部と接触するので、該接触部分の上から電子ビーム等で溶接することができる。このとき、溶接ビームの幅や、溶接長さ(第一実施形態では2周溶接している)を調整することにより、柱状部と板状部との電子伝導を十分とすることが容易である。
【0057】
一方、第三実施形態のように、取り付け前の板状部が、柱状部を貫通しうる貫通孔を有している場合には、
図5(b)に示すように、板状部は柱状部の側面とのみ接触することになる。ここで、板状部と接触する柱状部の側面積は柱状部の断面積以上とすることが好ましいこと、及び、前記したように柱状部の断面積は80mm2以上とすることが好ましいことから、板状部の厚さは2.5mm以上とすることが好ましい。さらに、同様の理由により、溶接によって溶融する柱状部側面部分の深さ(
図5(b)のaで示される距離)が2.5mm以上となるように溶接ビームを調整することがより好ましい。