特開 2024-78093 電池、その端子部材、およびそれらの製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024078093

(43)【公開日】2024-06-10

(54)【発明の名称】電池、その端子部材、およびそれらの製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01M 50/533 20210101AFI20240603BHJP

   H01M 50/176 20210101ALI20240603BHJP

   H01M 50/55 20210101ALI20240603BHJP

   H01M 50/557 20210101ALI20240603BHJP

   H01M 50/564 20210101ALI20240603BHJP

【ＦＩ】

H01M50/533

H01M50/176

H01M50/55 101

H01M50/557

H01M50/564

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022190441

(22)【出願日】2022-11-29

(71)【出願人】

【識別番号】399107063

【氏名又は名称】プライムアースＥＶエナジー株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】520184767

【氏名又は名称】プライムプラネットエナジー＆ソリューションズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000291

【氏名又は名称】弁理士法人コスモス国際特許商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】永野 泰章

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 友紀

(72)【発明者】

【氏名】内田 陽三

(72)【発明者】

【氏名】江原 強

【テーマコード（参考）】

5H011

5H043

【Ｆターム（参考）】

5H011AA04

5H011EE04

5H011FF04

5H011JJ02

5H011KK01

5H043AA03

5H043BA16

5H043BA19

5H043CA04

5H043CB02

5H043CB04

5H043DA02

5H043EA22

5H043HA02E

5H043JA06D

5H043JA06E

5H043JA13E

5H043LA02E

5H043LA21E

5H043LA22E

(57)【要約】

【課題】電池における外装体の内外にわたって配置され短冊状の金属板を元に曲げ加工またはねじり加工のみで形成できる端子部材、それを用いた電池、およびそれらの製造方法を提供すること。
【解決手段】本開示技術に係る電池の端子部材は、電池の内部で発電要素に接続される集電部２６と、電池の外部に露出する端子面８とを有しており、集電部２６側の端部から前記端子面８側の端部までの全体が、幅と厚みとのいずれもが一定の一体の短冊状の導電部材で構成されており、集電部２６と端子面８との間の途中の位置に、導電部材をその長さ方向と交差する方向の曲げ線にて曲げる曲げ変形、または、導電部材をその長さ方向に沿った方向のねじり軸に対してねじるねじり変形が施された変形箇所２２、２３、２４が設けられているものである。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電池の内部で発電要素に接続される集電部と、電池の外部に露出する端子面とを有する電池の端子部材であって、
前記集電部側の端部から前記端子面側の端部までの全体が、幅と厚みとのいずれもが一定の一体の短冊状の導電部材で構成されており、
前記集電部と前記端子面との間の途中の位置に、前記導電部材をその長さ方向と交差する方向の曲げ線にて曲げる曲げ変形、または、前記導電部材をその長さ方向に沿った方向のねじり軸に対してねじるねじり変形が施された変形箇所が設けられている電池の端子部材。

【請求項2】

発電要素と、前記発電要素を収納するとともに端子口が形成されている外装体と、前記端子口を貫通して配置されるとともに、前記外装体の内部で前記発電要素に接続されている集電部および前記外装体の外部にて露出している端子面を備える端子部材とを有する電池であって、前記端子部材は、
前記集電部側の端部から前記端子面側の端部までの全体が、幅と厚みとのいずれもが一定の一体の短冊状の導電部材で構成されており、
前記集電部と前記端子面との間の途中の位置に、前記導電部材をその長さ方向と交差する方向の曲げ線にて曲げる曲げ変形、または、前記導電部材をその長さ方向に沿った方向のねじり軸に対してねじるねじり変形が施された変形箇所が設けられているものである電池。

【請求項3】

請求項２に記載の電池であって、
前記変形箇所として、
前記端子口より外側に設けられ曲げ変形が施された外部変形箇所と、
前記端子口より内側に設けられた内部変形箇所とを有し、
前記内部変形箇所には、少なくとも、ねじり変形が施されたねじり変形箇所が含まれている電池。

【請求項4】

電池の内部で発電要素に接続される集電部と、電池の外部に露出する端子面とを有する端子部材を製造する電池の端子部材の製造方法であって、
厚みが一定の導電性の原板から、一定の幅の一体の短冊状の導電部材を切り取り、
前記導電部材における、前記集電部となる位置と前記端子面となる位置との間の途中の位置に、前記導電部材をその長さ方向と交差する方向の曲げ線にて曲げる曲げ変形、または、前記導電部材をその長さ方向に沿った方向のねじり軸に対してねじるねじり変形を施して変形箇所を形成する電池の端子部材の製造方法。

【請求項5】

発電要素と、前記発電要素を収納するとともに端子口が形成されている外装体と、前記端子口を貫通して配置されるとともに、前記外装体の内部で前記発電要素に接続されている集電部および前記外装体の外部にて露出している端子面を備える端子部材とを有する電池を製造する電池の製造方法であって、前記端子部材の製造を、
厚みが一定の導電性の原板から、一定の幅の一体の短冊状の導電部材を切り取り、
前記導電部材における、前記集電部となる位置と前記端子面となる位置との間の途中の位置に、前記導電部材をその長さ方向と交差する方向の曲げ線にて曲げる曲げ変形、または、前記導電部材をその長さ方向に沿った方向のねじり軸に対してねじるねじり変形を施して変形箇所を形成することにより行う電池の製造方法。

【請求項6】

請求項５に記載の電池の製造方法であって、
前記変形箇所として、
前記端子口より外側の位置に曲げ変形を施して外部変形箇所を形成するとともに、
前記端子口より内側の位置に内部変形箇所を形成し、
前記内部変形箇所には、少なくとも、ねじり変形を施したねじり変形箇所を含める電池の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示技術は、電池、その端子部材、およびそれらの製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来の電池の端子部材として、特許文献１に記載されている「集電接続体」を挙げることができる。この集電接続体は、短冊状の金属板を曲げ加工したものである。この集電接続体では、短冊形状の長手方向と垂直な方向の折り目の一方の側が「端子接続部」とされるとともに、もう一方の側が「位置決め用の第１の板部」とされている。このうちの「位置決め用の第１の板部」の一部にはさらに、短冊形状の長手方向と平行な方向の折り目による曲げ加工が施されている。これにより、「位置決め用の第１の板部」のうち端部寄りの部分がＬ字断面状とされている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開2015-133329号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

前記した従来の技術には、次のような問題点があった。Ｌ字断面状の部分を形成したため、「位置決め用の第１の板部」の一部が、三角形状の傾斜した傾斜部となっている。この部分は、折り曲げ時に面積的に拡大された部位であり、そのため当初の肉厚より薄くなっている。これは電気抵抗の増加要因である。また、Ｌ字断面状となっている部分の各片はいずれも、元の短冊形状の全幅より幅狭である。このことは、集電接続体の全幅を発電要素の電極からの集電に使い切ることができていない、ということを意味する。

【0005】

本開示技術の課題とするところは、電池における外装体の内外にわたって配置され短冊状の金属板を元に曲げ加工またはねじり加工のみで形成できる端子部材、およびその端子部材を用いた電池を、それらの製造方法とともに提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示技術の一態様における電池の端子部材は、電池の内部で発電要素に接続される集電部と、電池の外部に露出する端子面とを有する電池の端子部材であって、集電部側の端部から端子面側の端部までの全体が、幅と厚みとのいずれもが一定の一体の短冊状の導電部材で構成されており、集電部と端子面との間の途中の位置に、導電部材をその長さ方向と交差する方向の曲げ線にて曲げる曲げ変形、または、導電部材をその長さ方向に沿った方向のねじり軸に対してねじるねじり変形が施された変形箇所が設けられているものである。

【0007】

本開示技術の別の一態様における電池の端子部材の製造方法では、厚みが一定の導電性の原板から、一定の幅の一体の短冊状の導電部材を切り取り、導電部材における、集電部となる位置と端子面となる位置との間の途中の位置に、導電部材をその長さ方向と交差する方向の曲げ線にて曲げる曲げ変形、または、導電部材をその長さ方向に沿った方向のねじり軸に対してねじるねじり変形を施して変形箇所を形成することにより、電池の内部で発電要素に接続される集電部と、電池の外部に露出する端子面とを有する電池の端子部材を製造する。

【0008】

上記の電池の端子部材およびその製造方法では、製造が容易で、部品点数の減少、抵抗特性および放熱特性の向上、設計上の自由度の増大にも貢献するものである。

【0009】

本開示技術の一態様における電池は、発電要素と、発電要素を収納するとともに端子口が形成されている外装体と、端子口を貫通して配置されるとともに、外装体の内部で発電要素に接続されている集電部および外装体の外部にて露出している端子面を備える端子部材とを有する電池であって、端子部材として前述の態様のものを用いているものである。

【0010】

本開示技術の別の一態様における電池の製造方法では、発電要素と、発電要素を収納するとともに端子口が形成されている外装体と、端子口を貫通して配置されるとともに、外装体の内部で発電要素に接続されている集電部および外装体の外部にて露出している端子面を備える端子部材とを有する電池を製造するに際して、そのうちの端子部材の製造を、前述の態様の製造方法により行うものである。

【0011】

上記各態様では、変形箇所として、端子口より外側に設けられ曲げ変形が施された外部変形箇所と、端子口より内側に設けられた内部変形箇所とを形成するとともに、内部変形箇所には、少なくとも、ねじり変形が施されたねじり変形箇所を含めることが望ましい。

【発明の効果】

【0012】

本開示技術によれば、電池における外装体の内外にわたって配置され短冊状の金属板を元に曲げ加工またはねじり加工のみで形成できる端子部材、およびその端子部材を用いた電池が、それらの製造方法とともに提供されている。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】実施の形態に係る電池の外観斜視図である。

【図2】第１形態に係る端子部材の形状を示す斜視図である。

【図3】図２の端子部材と発電要素との接続の状況を示す斜視図である。

【図4】外部端子の箇所の断面図である。

【図5】図２の端子部材の加工前の短冊材の正面図である。

【図6】実施の形態に係る端子部材の製造手順を示すフロー図である。

【図7】第２形態に係る端子部材の形状を示す斜視図である。

【図8】図７の端子部材と発電要素との接続の状況を示す側面図である。

【図9】図７の端子部材の加工前の短冊材の正面図である。

【図10】第３形態に係る端子部材の形状を示す斜視図である。

【図11】第４形態に係る端子部材の形状を示す斜視図である。

【図12】第５形態に係る端子部材の形状を示す斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

本形態は、図１に示す電池１において本開示技術を具体化したものである。電池１は、外装体２に発電要素３を収納してなるものである。外装体２は、箱体４と蓋体５とを有している。蓋体５には、正負の外部端子６、７が設けられている。電池１の外部から見ると外部端子６、７の箇所には、端子面８、９と絶縁樹脂１０、１１とが見えている。

【0015】

電池１を構成する部品の１つである端子部材の第１形態を説明する。第１形態に係る端子部材２１を図２に示す。端子部材２１は、全体として短冊状の導電部材（金属または合金）に曲げ変形を施してなる一体ものである。端子部材２１には、３箇所の折り目２２、２３、２４が形成されている。折り目２２、２３、２４はいずれも、加工前の短冊状の導電部材（以下「短冊材」という。）に対して曲げ変形を施した変形箇所である。折り目２２の曲げ角度は約９０°で、折り目２３、２４の曲げ角度は２０～３０°程度である。

【0016】

端子部材２１のうち図２中で折り目２２より右上の部分は、電池１において蓋体５より外に位置する外部端子部２５である。外部端子部２５の上面が、図１中の端子面８または端子面９として外部に露出する部位である。端子部材２１のうち図２中で折り目２４より下方の部分は、電池１の内部で発電要素３に接続される集電部２６である。集電部２６は図３に示すように、発電要素３の端面１２に対して接合される。図３では電池１のうち端子部材２１および発電要素３のみを示している。折り目２２、２３、２４はいずれも、集電部２６と外部端子部２５との間の途中の位置にある。

【0017】

端子部材２１のうち折り目２２と折り目２３との間の部分は、電池１において蓋体５を貫通する貫通部２７である。貫通部２７と集電部２６とは折り目２３、２４を介して繋がっている。貫通部２７と集電部２６とはほぼ平行である。集電部２６が発電要素３に接続されるのに対して、貫通部２７と発電要素３との間には隙間がある。電池１において貫通部２７の幅方向は、蓋体５の短辺と平行である。

【0018】

電池１における外部端子６の箇所の構造を説明する。外部端子６の箇所の断面図を図４に示す。図４に示されるように蓋体５には、貫通穴である端子口１５が形成されている。端子部材２１の外部端子部２５の片面が蓋体５の外側に露出して、図１に示した端子面８となっている。端子面８は、バスバーなど電池外の導電部材が接合される部位である。端子部材２１の貫通部２７は、端子口１５を貫いて蓋体５の内外にわたって存在している。図４の例では、貫通部２７のうち折り目２２にごく近い箇所が蓋体５と同レベルの位置にある。折り目２２は、端子口１５より外側に設けられ曲げ変形が施された外部変形箇所の一例である。集電部２６は図４中で蓋体５より下方、すなわち外装体２の内部に存在している。折り目２３、２４は、端子口１５より内側に設けられた内部変形箇所の例である。

【0019】

端子部材２１は、図５に示す短冊状の短冊材２８を元として曲げ加工により製造される。短冊材２８は、長さＬ、幅Ｗの長方形状のものである。短冊材２８の幅Ｗおよび厚さは、長さＬの方向のどの位置でも一定である。このため短冊材２８の長さ方向と垂直な断面の面積は、長さＬの方向のどの位置でも一定である。

【0020】

端子部材２１の製造手順は図６に示される通りである。原板となるコイルは、端子部材２１の平坦部分の厚さと同一の厚さの金属板を巻き取ったものである。まずコイルから剪断加工により上記サイズの短冊材２８を切り取る（Ｓ１）。コイルとして幅Ｗと同一幅のものを用いると、長さＬの間隔での幅方向の剪断だけで短冊材２８を得ることができる。むろんこれに限らず、長さＬと同一幅のコイルを用いて幅Ｗの間隔での剪断を行ってもよい。幅方向と長手方向の２方向の剪断により短冊材２８を切り出してもよい。

【0021】

切り取った短冊材２８に対して曲げ加工を施す（Ｓ２）。曲げ箇所は、前述の折り目２２、２３、２４に対応する３箇所である。図５ではこの位置に曲げ線２２、２３、２４を付して示している。曲げ線２２、２３、２４はいずれも、短冊材２８の長さ方向と交差する方向のものである。またいずれも、集電部２６となる位置と外部端子部２５となる位置との間の途中の位置にある。図６の「Ｓ２」にはねじり加工も含めているがこれは後述する第２形態を考慮したものである。

【0022】

加工後の端子部材２１に対して、エッジの面取りを行うことができる（Ｓ３）。ただし面取りは必須ではない。面取りすると端子部材２１のエッジによる他への攻撃性を低減できる反面、僅かながら端子部材２１の断面積を減少させ、また工程数の増加となる。面取りを行わない場合には、曲げ加工の終了により端子部材２１の完成とする。面取りを行う場合には、面取りの終了により端子部材２１の完成とする。その後、蓋体５への端子部材２１の取り付け、端子部材２１と発電要素３との接合、発電要素３の箱体４への収納、箱体４の蓋体５による封口を行うことにより、電池１が製造される。

【0023】

上記の端子部材２１を電池１の構成部品として使用することにより、次のような利点がある。第１に、電池１の全体としての部品点数の減少に貢献することである。外装体２の外への露出（外部端子部２５）から外装体の内部での発電要素３との接続箇所（集電部２６）までを一部品で実現しているからである。第２に、端子部材２１の製造が容易であることである。原板からの短冊材２８の切り取りと、短冊材２８の曲げ加工だけで端子部材２１を製造できるからである。

【0024】

第３に、電池１の導電抵抗の軽減に貢献することである。その理由は、端子部材２１の断面積が、集電部２６側の端部から外部端子部２５側の端部までほぼ一定だからである。これは、前述の通り短冊材２８の幅Ｗおよび厚さが一定であることによる。そして、短冊材２８に対して施した加工が曲げ加工だけであり、面積的な展延が行われていないからである。このため端子部材２１には、薄肉箇所も幅狭箇所もなく、電流が集中するような箇所が特にない。このことにより、電気抵抗が局所的に上昇するような場所がないのである。このことはまた、端子部材２１の熱伝導に関しても同様に言える。このため端子部材２１には、熱が局所的に滞留して昇温するような箇所がない。

【0025】

第４に、原板の利用効率が高いことが挙げられる。短冊材２８が単純な短冊形状であるため、原板のうち廃材となる部分がごく少量で済むからである。第５に、電池１の設計がしやすいことが挙げられる。端子部材２１の抵抗の設定が、短冊材２８の幅Ｗの調整および厚さの調整だけでできるからである。第６に、シャープエッジを狙う場合にそのための工程が不要であることが挙げられる。前述の面取りをしなければよいだけだからである。

【0026】

端子部材の第２形態を説明する。第２形態に係る端子部材２９を図７に示す。端子部材２９は、短冊状の短冊材２８から製造されたものであるという点では第１形態の端子部材２１と共通する。端子部材２９には、５箇所の折り目２２、２３、２４、３０、３１と、１箇所のねじり箇所３２とが形成されている。折り目２２、２３、２４については端子部材２１と同様である。折り目２２の先が外部端子部２５であること、および折り目２４より下が集電部２６であることも、端子部材２１と同様である。

【0027】

端子部材２９における、端子部材２１にない変形箇所は、ねじり箇所３２、折り目３０、３１である。ねじり箇所３２は、短冊材２８にねじり変形が施された変形箇所である。ねじり箇所３２は、折り目２２と折り目２３との間に位置している。ねじり箇所３２が形成されている場所は、電池１では外装体２の内部に位置する。つまり端子部材２９における貫通部２７は、折り目２２とねじり箇所３２との間の区間である。

【0028】

折り目３０、３１は、ねじり箇所３２と折り目２３との間に位置している。折り目３０は、ねじり箇所３２のすぐ近くに位置している。折り目３０、３１の曲げ角度はいずれも約９０°である。折り目３０、３１、ねじり箇所３２は、端子口１５より内側に設けられた内部変形箇所の例である。

【0029】

端子部材２９のこの形状は、図８に示すように、発電要素３の側面に対して集電部２６を接合するための形状である。端子部材２９を使用する場合の発電要素３は、その端部の非塗工部にて、図８中に示されているように、集電部２６との接合により厚さ方向（図８中の左右方向）に圧縮された状態となる。発電要素３におけるその上下の箇所は膨れ状となる。折り目３０、３１は、発電要素３の膨れ状の箇所との干渉を避けるための変形箇所である。図８中の端子部材２９は、図７中の矢印Ａの方向での視線によるものである。端子部材２９の貫通部２７の幅方向も、蓋体５の短辺と平行である。内部変形箇所としてねじり箇所３２を持つことにより、集電部２６と貫通部２７とが平行でない形状を実現できる。

【0030】

端子部材２９の製造手順は基本的に端子部材２１の場合と同様である。違いは、図６中の「Ｓ２」にねじり加工も含まれ、また曲げ加工の箇所が多いことである。端子部材２９の場合における短冊材２８を図９に示す。図９の短冊材２８には、ねじり箇所３２が含まれている。図９中におけるねじり箇所３２は、図６の「Ｓ２」にてねじり加工が施される予定の箇所である。ねじり加工では、短冊材２８のうちのねじり箇所３２が、短冊材２８の長さ方向に沿った方向のねじり軸Ｂに対してねじられ、ねじり変形を起こす。その結果として図７に示した形状のねじり箇所３２が形成される。端子部材２９ではねじり箇所３２のねじり角度を約９０°としている。

【0031】

端子部材２１（図２）と端子部材２９（図７）とを比較すると、どちらも、折り目２２の少なくとも外面側が蓋体５の外側に位置している。そしてそのことにより外部端子部２５が蓋体５の板面とほぼ平行に配置されている、という点が共通している。一方で外装体２の内部側の状況に着目すると、端子部材２１の集電部２６が発電要素３の端面１２に接合される（図３）のに対して、端子部材２９の集電部２６は発電要素３の側面に接合される（図８）という点で違っている。この違いは、折り目、ねじり箇所のバリエーションにより生じる設計上の自由度である。

【0032】

したがって、図２（第１形態）、図７（第２形態）に示したものに限らず、本形態の端子部材には多様な変形例が可能である。図１０に示す端子部材３３は、端子部材２１に対して、外部端子部２５をより長くし貫通部２７をより短くしたものである。蓋体５の外側に折り目２２を持つことが必須なわけではない。図１１に示す端子部材３４は、端子部材２９に対して、折り目２２を省略したものである。端子部材３４では、外部端子部２５と貫通部２７との間に形状的な境目がない。端子部材３４を用いた電池では、外部端子部２５が蓋体５の板面に対して起立した形状となる。図１２に示す端子部材３５は、端子部材３４に対してさらに、ねじり箇所３２を省略したものである。端子部材３５を用いた電池でも、外部端子部２５が蓋体５の板面に対して起立した形状となる。このように多様な変形例が可能であることも、本形態の端子部材の利点である。

【0033】

以上詳細に説明したように本実施の形態によれば、幅と厚みが一定の一体品である短冊材２８を元として、これに対して曲げ加工およびねじり加工のみで端子部材を製造することとしている。これにより、電池における外装体２の内外にわたって配置され、製造しやすく、導電特性、放熱特性にも優れた端子部材、およびその端子部材を用いた電池が、その製造方法とともに実現されている。

【0034】

本実施の形態および実施例は単なる例示にすぎず、本開示技術を何ら限定するものではない。したがって本開示技術は当然に、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能である。例えば、本形態の端子部材は、電池における正極と負極との両方に適用してもよいし、いずれか一方にのみ適用してもよい。一方にのみ適用する場合、正極と負極とのどちらに適用してもよい。適用対象となる電池の電池種（リチウムイオン電池、ニッケル水素電池等の区別）は問わない。

【0035】

図示した端子部材２１等にはいずれも折り目２３、２４がついているが、これは必須な形状ではない。蓋体５に対する端子部材の配置位置と発電要素３のサイズとの関係によっては、折り目２３、２４がなくその部分が平坦になっているものも可能である。折り目として、短冊材２８の長手方向に対して垂直ではない斜めのものがあってもよい。ねじり箇所のねじり角も９０°には限られない。折り目を有しねじり箇所を有しないもの（図２等）と、折り目とねじり箇所の両方を有するもの（図７等）を示したが、ねじり箇所を有し折り目を有しないものも可能である。図２の端子部材２１を発電要素３の端面１２に接合させ図７の端子部材２９を発電要素３の側面に接合させたが、逆も可能である。その場合、貫通部２７の幅方向は、蓋体５の長辺と平行となる。

【符号の説明】

【0036】

１ 電池 ２２ 折り目
２ 外装体 ２３ 折り目
３ 発電要素 ２４ 折り目
４ 箱体 ２５ 外部端子部
５ 蓋体 ２６ 集電部
６ 外部端子 ２８ 短冊材
７ 外部端子 ２９ 端子部材
８ 端子面 ３０ 折り目
９ 端子面 ３１ 折り目
１５ 端子口 ３２ ねじり箇所
２１ 端子部材 ３３ 端子部材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】