(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
前記第2部位に連なるように設けられており、前記ケースの内部圧力が予め定めた圧力に達すると、前記電極組立体と前記第2端子部との間の導電経路を遮断する電流遮断装置を備えており、
前記第1端子部は、前記第1部位と前記第2部位とに開口している貫通孔を備えており、前記貫通孔は、前記第1端子部が前記ケースの壁を貫通している方向に沿って延びており、
前記電流遮断装置は、前記第2部位における前記貫通孔の開口部に面している請求項1〜請求項3のうち何れか一項に記載の蓄電装置。
【発明を実施するための形態】
【0017】
以下、蓄電装置、及び蓄電装置モジュールの一実施形態について説明する。
図1に示すように、蓄電装置モジュールとしての二次電池モジュール10は、複数の蓄電装置としての二次電池11を備えている。複数の二次電池11は、扁平な角型のリチウムイオン二次電池である。
【0018】
二次電池モジュール10は、二次電池11同士を電気的に接続するための複数のバスバー12を備えている。バスバー12は、長方形の板状部材である。バスバー12は、例えばアルミニウム製、又はアルミニウムを主成分とする合金製である。
【0019】
二次電池モジュール10は、複数の二次電池11に拘束加重を付与する拘束器具を備えていてもよい。二次電池モジュール10は、複数の二次電池11を収容しているケースを備えていてもよい。二次電池モジュール10は、複数の二次電池11の充放電を制御する制御装置を備えていてもよい。
【0020】
複数の二次電池11は、次のように構成されている。
図2及び
図3に示すように、複数の二次電池11は、それぞれケース14を備えている。ケース14は、開口部17aを有する四角筒状のケース本体17と、開口部17aを塞いでいる四角板状の蓋18と、を備えている。蓋18は、その縁部の全体にわたって、ケース本体17と溶接されている。
【0021】
蓋18は、ケース14の壁の1つである。ケース本体17及び蓋18は、例えばアルミニウム製、又はアルミニウムを主成分とする合金製である。蓋18は、蓋18を厚さ方向に貫通する2つの貫通孔18a,18bを備えている。
【0022】
複数の二次電池11は、それぞれ電極組立体20を備えている。電極組立体20は、ケース14に収容されている。電極組立体20は、複数の正極電極21と、複数の負極電極22と、複数のセパレータ23と、を備えている。電極組立体20は、正極電極21と負極電極22とが間にセパレータ23を介在させた状態で交互に層状に重なっている積層型の構造を備えている。以下の説明において「積層方向」は、電極組立体20において電極21,22が重なっている方向を示すものとする。セパレータ23は、多孔質な絶縁材料から形成されたシートである。
【0023】
複数の正極電極21は、四角形のシート状である。正極電極21は、金属箔と、該金属箔の少なくとも一部を覆っている活物質層と、金属箔の縁部から該金属箔の面方向に沿って突出しているタブと、を備えている。
【0024】
正極電極21の金属箔は、例えばアルミニウム製、又はアルミニウムを主成分とする合金製である。正極電極21の活物質層は、正極用の活物質などを含有している。正極電極21のタブは、金属箔の一部であって、且つ活物質層によって覆われていない部分である。
【0025】
複数の負極電極22は、四角形のシート状である。負極電極22は、金属箔と、該金属箔の少なくとも一部を覆っている活物質層と、金属箔の縁部から該金属箔の面方向に沿って突出しているタブと、を備えている。
【0026】
負極電極22の金属箔は、例えば銅製、又は銅を主成分とする合金製である。負極電極22の活物質層は、負極用の活物質などを含有している。負極電極22のタブは、金属箔の一部であって、且つ活物質層によって覆われていない部分である。
【0027】
電極組立体20は、縁部20aから突出している正極タブ群24を備えている。正極タブ群24は、複数の正極電極21のタブが層状に重なっている構造を備えている。電極組立体20は、縁部20aから突出している負極タブ群25を備えている。負極タブ群25は、複数の負極電極22のタブが層状に重なっている構造を備えている。
【0028】
複数の二次電池11は、電極組立体20と電気を授受するための端子部として、それぞれ負極端子部30を備えている。負極端子部30は、蓋18に固定されている。
図3及び
図4に示すように、負極端子部30は、導電部材31を備えている。導電部材31は、長方形の板状部材である。導電部材31は、第1金属としての銅製、又は銅を主成分とする合金製である。
【0029】
導電部材31は、第1端部31aと該第1端部31aの反対の第2端部31bとを備えている。導電部材31の第1端部31aは、負極タブ群25と溶接されている。即ち、導電部材31と電極組立体20とは、電気的に接続されている。
【0030】
導電部材31は、第2端部31bのうち電極組立体20に対向している部分に、扁平な円錐状に凹んでいる凹部31cを備えている。導電部材31は、凹部31cの中央に、円環状の脆弱部31dを備えている。脆弱部31dは、例えば円環状の溝が設けられていることによって、他の部分と比較して厚さが薄く、脆弱である。
【0031】
脆弱部31dによって囲まれた部分は、脆弱部31dが破断された場合に、導電部材31から分離される分離部31eである。また、導電部材31は、積層方向における両縁部に、導電部材31の厚さ方向に貫通する貫通孔31f,31fをそれぞれ備えている。この実施形態の貫通孔31f,31fは、それぞれ導電部材31の縁部に沿って延びているスリット状である。
【0032】
負極端子部30は、導電部材31の凹部31cを覆っている薄い金属製のダイヤフラム32を備えている。ダイヤフラム32は、例えば銅製、又は銅を主成分とする合金製である。ダイヤフラム32は、その縁部の全体にわたって、導電部材31と溶接されている。
【0033】
ダイヤフラム32は、電極組立体20に向かって突出している扁平な円錐状の部材である。ダイヤフラム32は、導電部材31と対向している面の中央に、円柱状の凸部32aを備えている。貫通孔18aの貫通方向と直交する平面に投影したと仮定したときに、凸部32aの投影領域は、分離部31eの投影領域よりも小さく、且つその全体が分離部31eの投影領域に重なっている。
【0034】
負極端子部30は、導電部材31を挟んでダイヤフラム32の反対側に、薄い金属製の導電板33を備えている。導電板33は、例えば銅製、又は銅を主成分とする合金製である。導電板33は、導電部材31に向かって突出している扁平な円錐状の部材である。導電板33の先端部33aは、導電部材31における分離部31eと溶接されている。即ち、導電板33は、導電部材31と電気的に接続されている。
【0035】
負極端子部30は、導電板33を支持するための金属製の支持部材34を備えている。支持部材34は、例えば銅製、又は銅を主成分とする合金製である。支持部材34は、円環板状の第1壁34aと、該第1壁34aの周縁部から電極組立体20に向かって延びている円筒状の第2壁34bと、を備えている。
【0036】
支持部材34は、第1壁34aの中央に、第1壁34aを厚さ方向に貫通している貫通孔34cを備えている。前述した導電板33は、その縁部の全体にわたって、第1壁34aと溶接されている。即ち、導電板33は、支持部材34と電気的に接続されている。
【0037】
負極端子部30は、ガスケットとしてのOリング35を備えている。Oリング35は、絶縁材料製である。Oリング35は、第2壁34bの先端部と導電部材31との間をシールしている。Oリング35は、導電部材31と支持部材34との間を絶縁している。
【0038】
負極端子部30は、導電部材31、支持部材34、及びOリング35を一体化するための保持部材36を備えている。保持部材36は、絶縁材料製である。保持部材36は、四角板状の第1壁36aを備えている。第1壁36aは、支持部材34と蓋18との間に挟み込まれている。即ち、第1壁36aは、支持部材34と蓋18とを絶縁している。
【0039】
保持部材36は、第1壁36aの縁部のうち、電極組立体20における積層方向にある両縁部から、導電部材31へ向かって延びている四角板状の第2壁36b,36bを備えている。第2壁36b,36bの先端部は、導電部材31にある貫通孔31f,31fのそれぞれに挿通させた状態で変形させるカシメによって、導電部材31に対して固定されている。
【0040】
負極端子部30は、絶縁材料製の第1絶縁部材37を備えている。第1絶縁部材37は、略円筒状の部材である。第1絶縁部材37は、蓋18の貫通孔18aに挿通されている円筒状の第1壁37aと、該第1壁37aの両端部のうちケース14の内部にある端部に連なるように設けられている円環板状の第2壁37bと、を備えている。
【0041】
また、負極端子部30は、絶縁材料製の第2絶縁部材38を備えている。第2絶縁部材38は、円環板状の部材である。第2絶縁部材38は、ケース14の外部において、貫通孔18aを囲うように配置されている。
【0042】
負極端子部30は、リベット40を備えている。リベット40は、第1端子部としてのリベット本体41を備えている。リベット本体41は、第1金属としての銅製、又は銅を主成分とする合金製である。リベット本体41は、全体として略円筒状である中空のリベットである。
【0043】
リベット本体41は、貫通孔18a、支持部材34、第1絶縁部材37、及び第2絶縁部材38に挿通されている軸部41aを備えている。即ち、リベット本体41は、蓋18の貫通孔18aに挿通されていることによって、ケース14の壁でもある蓋18を貫通している。リベット本体41は、軸部41aの両端部のうち、ケース14の外部に配置されている端部に連なるように設けられたフランジ部41bを備えている。フランジ部41bは、円盤状である。
【0044】
フランジ部41bは、蓋18に対向している第1面41eと、該第1面41eとは反対の第2面41fと、を備えている。貫通孔18aの貫通方向と直交する平面に投影したと仮定したときに、第1絶縁部材37の貫通孔の投影領域は、フランジ部41bの投影領域よりも小さく、且つその全体がフランジ部41bの投影領域に重なっている。この実施形態のフランジ部41bは、ケース14の外部に配置されている第1部位に相当する。
【0045】
リベット本体41は、軸部41aの両端部のうち、ケース14の内部に配置されている端部に連なるように設けられた大径部41cを備えている。貫通孔18aの貫通方向と直交する平面に投影したと仮定したときに、支持部材34の貫通孔34cの投影領域は、大径部41cの投影領域よりも小さく、且つその全体が大径部41cの投影領域に重なっている。
【0046】
大径部41cは、支持部材34と密着している。即ち、リベット本体41と支持部材34とは、電気的に接続されている。この実施形態の大径部41cは、該大径部41cを備えていない未使用のリベット本体41の先端部を変形させることにより設けられている。
【0047】
フランジ部41b及び大径部41cは、軸部41aよりも直径方向に突出している。このため、蓋18、支持部材34、第1絶縁部材37、及び第2絶縁部材38は、フランジ部41bと大径部41cとの間に挟み込まれている。
【0048】
これにより、支持部材34は、ケース14の内部において、蓋18に固定されている。この実施形態の大径部41cは、第2部位に相当する。フランジ部41bの第1面41eは、蓋18を挟み込んでいる部分に相当する。
【0049】
また、リベット本体41を貫通している貫通孔41dは、フランジ部41bと大径部41cとにおいて開口している。また、貫通孔41dは、リベット本体41が蓋18を貫通している方向に沿って延びている。また、リベット本体41は、フランジ部41bに、貫通孔41dを囲うように設けられた段部41gを備えている。
【0050】
リベット40は、ケース14の外側でバスバー12と溶接される部分である溶接台42を備えている。溶接台42は、第1金属とは融点(溶融温度)が異なる第2金属としてのアルミニウム製、又はアルミニウムを主成分とする合金製である。即ち、この実施形態において第2金属の融点は、リベット本体41を構成している第1金属の融点よりも低い。また、第2金属は、バスバー12と溶接が可能な金属である。溶接台42は、第2端子部に相当する。
【0051】
溶接台42は、リベット本体41の段部41gに嵌め込まれている。溶接台42は、リベット本体41と摩擦圧接されている。即ち、リベット本体41と溶接台42とは、電気的に接続されている。なお、この実施形態において、リベット本体41と溶接台42との接合部42aは、リベット本体41の貫通孔41dの内部に露出している。
【0052】
溶接台42は、リベット本体41の第2面41fよりも突出している。即ち、溶接台42は、リベット本体41のフランジ部41bのうち、蓋18を挟み込んでいる部分である第1面41eとは異なる部分において露出している。二次電池モジュール10において、バスバー12は、負極端子部30のうち、溶接台42に溶接されている。溶接は、例えばレーザ溶接、超音波溶接、及びスポット溶接などが採用できる。
【0053】
この実施形態の二次電池11において、電極組立体20と溶接台42との間の導電経路は、導電部材31、導電板33、支持部材34、リベット本体41、及び溶接台42によって形成されている。
【0054】
また、この実施形態の二次電池11では、導電部材31、ダイヤフラム32、導電板33、支持部材34、Oリング35、及び保持部材36によって電流遮断装置43が構成されている。電流遮断装置43は、大径部41cにおける貫通孔41dの開口部41hに面している。
【0055】
電流遮断装置43は、ケース14の内部圧力が予め定めた圧力に達すると、上述した導電経路を遮断することが可能である。ここで、電流遮断装置43の機能について説明する。ダイヤフラム32は、ケース14の内部圧力が予め定めた圧力に達すると、電極組立体20とは反対方向に向かって突出するように反転する。
【0056】
このとき、分離部31eは、ダイヤフラム32の凸部32aが接触することによって、脆弱部31dが破断される結果、導電部材31から分離される。これにより、導電部材31と導電板33との間の電気的な接続が切断される。即ち、上述した導電経路が遮断される。
【0057】
複数の二次電池11は、電極組立体20と電気を授受するための端子部として、それぞれ正極端子部50を備えている。正極端子部50は、蓋18に固定されている。正極端子部50は、負極端子部30とは異なり、電流遮断装置43を備えていない。
【0058】
図3及び
図5に示すように、正極端子部50は、導電部材51を備えている。導電部材51は、長方形の板状部材である。導電部材51は、例えばアルミニウム製、又はアルミニウムを主成分とする合金製である。
【0059】
導電部材51は、第1端部51aと該第1端部51aの反対の第2端部51bとを備えている。導電部材51の第1端部51aは、正極タブ群24と溶接されている。即ち、導電部材51と電極組立体20とは、電気的に接続されている。導電部材51は、第2端部51bに、厚さ方向に貫通している貫通孔51cを備えている。
【0060】
正極端子部50は、絶縁材料製の第3絶縁部材52を備えている。第3絶縁部材52は、四角板状の第1壁52aを備えている。第1壁52aは、導電部材51と蓋18との間に挟み込まれている。即ち、第1壁52aは、導電部材51と蓋18とを絶縁している。
【0061】
第3絶縁部材52は、第1壁52aに、厚さ方向に貫通している貫通孔52bと、該貫通孔52bを囲っている円筒状の第2壁52cと、を備えている。第2壁52cは、蓋18の貫通孔18bに挿通されている。
【0062】
また、正極端子部50は、絶縁材料製の第4絶縁部材53を備えている。第4絶縁部材53は、円環板状の部材である。第4絶縁部材53は、ケース14の外部において、貫通孔18bを囲うように配置されている。
【0063】
正極端子部50は、リベット60を備えている。リベット60は、例えばアルミニウム製、又はアルミニウムを主成分とする合金製である。リベット60は、全体として略円柱状である中実のリベットである。
【0064】
リベット60は、貫通孔18b、導電部材51、第3絶縁部材52、及び第4絶縁部材53に挿通されている軸部60aを備えている。リベット60は、蓋18の貫通孔18bに挿通されていることによって、ケース14の壁でもある蓋18を貫通している。
【0065】
リベット60は、軸部60aの両端部のうち、ケース14の外部に配置されている端部に連なるように設けられたフランジ部60bを備えている。リベット60は、軸部60aの両端部のうち、ケース14の内部に配置されている端部に連なるように設けられた大径部60cを備えている。
【0066】
大径部60cは、導電部材51と密着している。即ち、導電部材51とリベット60とは、電気的に接続されている。この実施形態の大径部60cは、該大径部60cを備えていない未使用のリベット60の先端部を変形させることにより設けられている。
【0067】
フランジ部60b及び大径部60cは、軸部60aよりも直径方向に突出している。このため、蓋18、導電部材51、第3絶縁部材52、及び第4絶縁部材53は、フランジ部60bと大径部60cとの間に挟み込まれている。これにより、導電部材51は、ケース14の内部において、蓋18に固定されている。
【0068】
二次電池モジュール10において、バスバー12は、正極端子部50のうち、リベット60のフランジ部60bに溶接されている。溶接は、例えばレーザ溶接、超音波溶接、及びスポット溶接などが採用できる。
【0069】
二次電池モジュール10は、次の製造方法によって製造できる。
図1に示すように、二次電池モジュール10の製造方法は、複数の二次電池11を電極組立体20の積層方向に沿って並べる工程を備えている。この工程において、複数の二次電池11は、隣り合う二次電池11の間において、負極端子部30と正極端子部50とが隣り合うように並べられる。
【0070】
二次電池モジュール10の製造方法は、隣り合う二次電池11の間において、負極端子部30と正極端子部50とを、バスバー12を用いて電気的に接続する工程を備えている。この工程において、バスバー12は、負極端子部30のうち、リベット40を構成している溶接台42に溶接される。上述のように、バスバー12及び溶接台42は、何れもアルミニウム製、又はアルミニウムを主成分とする合金製であるため、両者の溶接は容易である。
【0071】
これに対して、リベット本体41は、銅製、又は銅を主成分とする合金製である。銅や銅合金の融点は、一般的には1357K付近である。一方、アルミニウムやアルミニウム合金の融点は、一般的には933K付近である。このように、銅や銅合金の融点は、アルミニウムやアルミニウム合金の融点に比して、遥かに高温である。
【0072】
このため、仮に溶接台42を設けないで、リベット本体41とバスバー12とを溶接しようとする場合、両者の溶接は困難である。この実施形態の製造方法では、このような問題を解決できる。
【0073】
また、バスバー12は、正極端子部50のうちリベット60に溶接される。この実施形態のリベット60は、アルミニウム製、又はアルミニウムを主成分とする合金製であるため、両者の溶接は容易である。
【0074】
また、二次電池モジュール10の製造方法は、積層方向から複数の二次電池11に拘束加重を付与する拘束器具を組み付ける工程を備えていてもよい。また、二次電池モジュール10の製造方法は、複数の二次電池11をケースに収容する工程や、複数の二次電池11の充放電を制御する制御装置を組み付ける工程を備えていてもよい。
【0075】
したがって、この実施形態は次に示す効果を有している。
(1)溶接台42をなしている第2金属として、バスバー12と溶接可能な金属を選択することによって、バスバー12と負極端子部30とを容易に溶接することができる。したがって、バスバー12と負極端子部30との連結が容易にできるようになる。
【0076】
(2)リベット本体41と溶接台42とは摩擦圧接されている。このため、リベット本体41をなしている第1金属の融点と、溶接台42をなしている第2金属の融点とが大きく離れていても、両者を接合できる。したがって、第2金属として選択できる金属の種類を増やすことができる。
【0077】
(3)電流遮断装置43は、負極端子部30を貫通している貫通孔41dの開口部41hに面していることから、貫通孔41dを介して電流遮断装置43の保守などが簡単にできる。
【0078】
(4)バスバー12と負極端子部30との連結が容易にできるようになる。その結果として、二次電池モジュール10の製造が簡単になる。
上述した実施形態は、次のように変更してもよい。
【0079】
○ 第1金属は、銅、金、アルミニウム、マグネシウム、タングステン、コバルト、亜鉛、ニッケル、鉄、白金、錫、インジウム、チタン、ルテニウム、タンタル、及びモリブデンからなる群から選択される単体の金属、又は前記群から選択される金属を主成分とする合金であることが好ましい。この構成によれば、負極端子部30において、これらの単体の金属、又はこれらの金属を主成分とする合金を用いても、バスバー12と負極端子部30との連結が容易にできるようになる。
【0080】
○
図6に示すように、溶接台42は、第2面41fから突出していなくてもよい。
○
図6に示すように、溶接台42は、貫通孔41dに面していなくてもよい。例えば、リベット本体41は、フランジ部41bに、貫通孔41dを囲う円環状の凹部を備えていてもよい。そして、溶接台42は、この凹部に嵌め込まれた状態で、リベット本体41と摩擦圧接されているとよい。この構成によれば、リベット本体41と溶接台42との境界が貫通孔41dの内部に露出していない。このため、リベット本体41と溶接台42との接合部42aが貫通孔41dに露出しないようにできる。この構成によれば、例えばバリなどのように、接合部42aからの異物が電流遮断装置43に到達することが抑制される。したがって、電流遮断装置43の機能を阻害することが抑制される。
【0081】
○
図6に示すように、バスバー12の形状を変更してもよい。例えば、バスバー12は、溶接台42と溶接するための凸部12bを備えていてもよい。また、バスバー12は、レーザ溶接のときにレーザを照射するための凹部を備えていてもよい。
【0082】
○ 溶接台42は、フランジ部41bよりも直径方向に突出していてもよい。
○ 溶接台42は、リベット本体41とロウ付けされていてもよい。溶接台42は、リベット本体41と超音波溶接されていてもよい。溶接台42は、圧入によって、リベット本体41に固定されていてもよい。また、溶接台42は、インサートダイカストによって、リベット本体41に形成されていてもよい。
【0083】
○ 溶接台42は、外形が多角形でもよく、楕円であってもよい。
○ リベット40は、リベット60のように、中実のリベットであってもよい。
○ 負極端子部30は、電流遮断装置43を備えていなくてもよい。
【0084】
○ 電極組立体20は、帯状の正極電極21と帯状の負極電極22とが間に帯状のセパレータ23を介在させた状態で捲回された捲回型の構造を備えていてもよい。
○ 端子部30,50は、その一方又は両方について、ケース本体17の壁に設けられていてもよい。
【0085】
○ ケース14の形状は、変更してもよい。例えば、ケース14は、円柱型や六角柱型であってもよい。
○ バスバー12や溶接台42をなしている第2金属の融点は、リベット本体41をなしている第1金属の融点よりも高温であってもよい。
【0086】
○ 溶接台42は、第2面41fに代えて、又は加えて、フランジ部41bの側面において露出していてもよい。即ち、溶接台42は、バスバー12と溶接が可能な位置であれば、露出している位置が変更できる。
【0087】
○ 複数の二次電池11は、フランジ部41b及び溶接台42を覆う端子カバーを備えていてもよい。即ちこの明細書における「溶接台42が露出している」とは、溶接台42とバスバー12とが溶接可能な状態であればよく、リベット本体41によって溶接台42が完全に覆われていないことを意図している。
【0088】
○ 二次電池11は、車載用に限らず、住宅などに用いる定置用でもよい。
○ 二次電池11は、例えばニッケル水素二次電池など、リチウムイオン二次電池とは異なる種類の二次電池であってもよい。実施形態は、例えば電気二重層キャパシタなどのように、二次電池とは異なる種類の蓄電装置として具体化されていてもよい。