JP2017004646A - ラミネート型電池のリードタブ接続構造及び接続具 - Google Patents

Abstract

【課題】リードタブ同士の接合やリードタブと端子部材との接合を強固に行う。【解決手段】リチウムイオン二次電池１１のリードタブ１２をこれに重ねられる他のリチウムイオン二次電池１１のリードタブ１２と電気的に接続するラミネート型電池のリードタブ接続構造において、リードタブ１２を貫く嵌入軸部２４が支持板部２５に立設されたピン部材２２と、ピン部材２２の嵌入軸部２４がリードタブ１２を介した状態で挿入される穴部２６およびリードタブ１２を挟んで支持板部２５と対向する板部２７を有した座金部材２３を備える。嵌入軸部２４と穴部２６との間には、嵌入軸部２４の嵌入でリードタブ１２が塑性変形して形成されて穴部２６に密着する立ち上がり部２８を設ける。嵌入軸部２４の座金部材２３よりも突出した部分を圧縮成型して、拡張された穴部２６よりも外周側に張りだす大径部２２ａを設け、立ち上がり部２８の密着を確実なものとする。【選択図】図５

Description

この発明は、リチウムイオン二次電池などのようなラミネート型電池のリードタブを電気的に接続するための技術に関し、より詳しくは、リードタブ同士の接続やリードタブと端子またはバスバーなどとの接続が強固に行えるようにする接続構造及び接続具に関する。

ラミネート型のリチウムイオン二次電池は、正極にはアルミのリードタブを、負極には銅またはニッケルのリードタブを有する。この二次電池は所望の容量に応じて重ねて使用される。重ね合わされた電池のリードタブ同士は、たとえば下記特許文献１に開示されているように超音波溶接で接合される。リードタブとバスバーの接合も、たとえば下記特許文献２に開示されているように超音波溶接で行われている。

特許第５２５２８７１号公報 特開２００５‐２２２７８８号公報

しかし、超音波溶接は、接合する金属同士を重ねた状態で超音波振動を発生させて接合界面で原子結合させるものであるが、接合される金属の表面には酸化被膜や汚れなどの不純物があるので、接合界面にそれらが残ることがある。このため超音波溶接で接合した部分は、良好な安定性を得られるように接合したつもりでも振動で外れることがある。特に接合する金属がアルミの場合には、強靭な酸化被膜が存在するため接合部分の不測の分離が起こる可能性が高く、安定性のよい接合はむつかしい。

そこで、この発明は、リードタブの強固な電気的接続が簡易に行えるようにすることを主な目的とする。

そのための手段は、ラミネート型電池のリードタブをこれに重ねられる他の部材と電気的に接続するラミネート型電池のリードタブ接続構造であって、前記リードタブを貫く嵌入軸部が支持板部に立設されたピン部材と、該ピン部材の前記嵌入軸部が前記リードタブを介した状態で挿入される穴部および前記リードタブを挟んで前記支持板部と対向する板部を有した座金部材を備え、前記嵌入軸部と前記穴部との間に、前記嵌入軸部の嵌入で前記リードタブが塑性変形して形成され前記穴部に密着する立ち上がり部が設けられたラミネート型電池のリードタブ接続構造である。

課題を解決するための別の手段は、ラミネート型電池のリードタブを貫く嵌入軸部が支持板部に立設されたピン部材と、該ピン部材の前記嵌入軸部が前記リードタブを介した状態で挿入される穴部および前記リードタブを挟んで前記支持板部と対向する板部を有した座金部材を備え、前記嵌入軸部と前記穴部との間に、前記嵌入軸部の嵌入で前記リードタブが塑性変形して形成され前記穴部に密着する立ち上がり部を形成する余裕が設けられたラミネート型電池のリードタブ接続具である。

リードタブにおけるピン部材の嵌入軸部が突き刺さる部分は、未開孔状態であるほか、嵌入軸部より小径の下穴を有する状態であってもよい。

これらの構成では、ピン部材の嵌入軸部を、接続するリードタブの上から座金部材の穴部に対して挿入してピン部材の支持板部と座金部材の板部でリードタブを挟み付けると、リードタブに突き刺さってこれを貫く嵌入軸部によってリードタブに形成された立ち上がり部を嵌入軸部と穴部が密着状態で挟み付け、広い接触面積を確保する。

この発明によれば、ピン部材の支持板部と座金部材の板部によるリードタブの挟持と、ピン部材の嵌入軸部と座金部材の穴部による塑性変形で得られた立ち上がり部の挟持とによって、振動ではもちろんのこと分離しようとしても外れない強固な結合状態がえられる。この堅牢さゆえに、耐久性のある確実な電気的接続状態が得られる。しかも、接続作業はピン部材と座金部材を相対移動して冷間鍛造することによって行えるので、超音波溶接で行う場合よりも容易であるうえにコストを抑えることもできる。また広い接触面積を得られるので導電性がよい。

リードタブと接続具の斜視図。 組電池の斜視図。 リチウムイオン二次電池の概略構造を示す説明図。 リードタブ接続構造の斜視図。 リードタブ接続構造の断面図。 接続具の斜視図。 リードタブと接続具の一部断面正面図。 加工過程を示す一部断面正面図。 鍛造状態を示す断面図。 リードタブと端子部材の接続状態の一部断面側面図。 他の例に係るリードタブと端子部材の接続状態の一部断面側面図。 他の例に係るリードタブと接続具の一部断面正面図。

この発明を実施するための一形態を、以下図面を用いて説明する。
図１はラミネート型電池としてのリチウムイオン二次電池１１のリードタブ１２を電気的に接続するための接続具２１を示す分解斜視図で、図２はリチウムイオン二次電池１１を複数重ね合わせて直列接続した組電池１３の斜視図である。これらの図に示したように、この発明のリードタブ接続構造は、リードタブ１２同士を接続したり、リードタブ１２と端子部材１４を接続したりする。

まず、リチウムイオン二次電池１１の概略構造について、図３を用いて簡単に説明する。リチウムイオン二次電池１１は、金属箔からなる集電体の表裏両面に活物質が備えられたシート状の正極１５と負極１６がこれらの間にセパレータ１７を介装して積層され、正極１５と負極１６の一端部にそれぞれ方形板状のリードタブ１２が接続され、電解液（図示せず）とともにラミネートフィルム１８で被覆されて構成されている。正極のリードタブ１２ａはアルミ製で、負極のリードタブ１２ｂは銅またはニッケル製である。これらリードタブ１２の厚さは適宜設定され、たとえば０．１ｍｍ〜０．５ｍｍほどである。

図示例では、リチウムイオン二次電池１１の相反する２辺のうちの一方の辺に正極のリードタブ１２ａを、他方の辺に負極のリードタブ１２ｂを備えた例を示したが、リチウムイオン二次電池１１は正極と負極のリードタブを同一辺に並べて備えたものであってもよい。

つぎに、リードタブ１２の接続構造と接続具２１について説明する。

リチウムイオン二次電池１１が前述のような構成であるので、図２に示したように積み重ねる複数のリチウムイオン二次電池１１を直列接続するには、重なり合うリードタブ１２が正極、負極、正極、または負極、正極、負極となるように順に並べ、直列接続の両端、つまり重なり方向の上端と下端のリチウムイオン二次電池１１の一方のリードタブ１２を除いてリードタブ１２同士を接続し、直列接続の両端のリードタブ１２には電線１９を保持した端子部材１４が接続される。

図４は接続具２１を用いてリードタブ１２同士を接続した接続構造の斜視図、図５はその縦断面図である。これらの図に示すように接続構造は、ピン部材２２と座金部材２３を用いた冷間鍛造で得られる。具体的には、接続構造はリードタブ１２を貫く嵌入軸部２４が支持板部２５に立設されたピン部材２２と、このピン部材２２の嵌入軸部２４がリードタブ１２を介した状態で挿入される穴部２６およびリードタブ１２を挟んで支持板部２５と対向する板部２７を有した座金部材２３を備え、嵌入軸部２４と穴部２６との間に、嵌入軸部２４の嵌入でリードタブ１２が塑性変形して形成され穴部２６に密着する立ち上がり部２８が設けられている。

ピン部材２２における座金部材２３よりも突出した部分には、座金部材２３の穴部２６よりも大径に圧縮成型された大径部２２ａを有する。この大径部２２ａの頂面には、ピン部材２２における座金部材２３よりも突出した部分を外周側に張りださせて大径部２２ａを確実に形成するとともに立ち上がり部２８を座金部材２３の穴部２６に密着させる陥没部２９が形成されている。このように大径部２２ａを形成し立ち上がり部２８を穴部２６に密着させる嵌入軸部２４の付け根部分は接合前から隅アール部を有した形状である。ピン部材２２における支持板部２５の嵌入軸部２４側の面は、リードタブ１２との接触面積を広くし接触抵抗を高める凹凸が、凸部２５ａの形成によって設けられている。

つまりこのような接続構造を得る接続具２１は、図６、図７に示したように、リチウムイオン二次電池１１のリードタブ１２を貫く嵌入軸部２４が支持板部２５に立設されたピン部材２２と、このピン部材２２の嵌入軸部２４がリードタブ１２を介した状態で挿入される穴部２６およびリードタブ１２を挟んで支持板部２５と対向する板部２７を有した座金部材２３を備え、嵌入軸部２４と穴部２６との間に、嵌入軸部２４の嵌入でリードタブ１２が塑性変形して形成され穴部２６に密着する立ち上がり部２８を形成する余裕が設けられている。

ピン部材２２は中実で、導電性を有し冷間鍛造ができる材料で形成される。これには例えば銅など適宜の金属が用いられる。表面には必要に応じて例えばニッケルメッキなどの表面処理がなされるとよい。

ピン部材２２の支持板部２５は円板状で、頭部側、つまり嵌入軸部２４の反対側（図６では下面側）の外周縁には面取り面２５ｂが形成されている。支持板部２５の嵌入軸部２４側の面には凹凸としての凸部２５ａが形成されている。凸部２５ａは、前述のようにリードタブ１２に対する接触面積を増やし、相対移動を阻止するもので、周方向に不連続の凸部２５ａで構成されている。具体的には、嵌入軸部２４の軸心を中心とした同心円状に広がる複数の円弧状の凸部２５ａが、周方向において分断されて形成されている。凹凸は溝などの凹部を形成することによって形成してもよい。

嵌入軸部２４は横断面円形で、支持板部２５の中央に立設されている。嵌入軸部２４は接続する部材に応じた適宜の長さに形成され、先端から順に、平坦面２４ａ、テーパコーン面２４ｂ、軸部２４ｃを有している。

平坦面２４ａは、座金部材２３に挿入したときに座金部材２３よりも突出する部分を図５に示したように外周側に張りださせ、立ち上がり部２８を穴部２６に密着させる陥没部２９が形成される部分である。テーパコーン面２４ｂは、先端の平坦部２４ａの面積を小さくしてリードタブ１２に対して突き刺しやすくするとともに、座金部材２３の穴部２６との間に比較的大きな余裕、つまり嵌入軸部２４の先端部が座金部材２３の穴部２６に入る時に両者の間に、突き破るリードタブ１２の一部を入り込ませる隙間ができる余裕を設けるためのものである。軸部２４ｃは、下端、つまり根元にむかうほど若干大径となる円柱状で、付け根部分である支持板部２５との境界部分の全周には、断面円弧状の隅アール部２４ｄが形成されている。

座金部材２３も導電性を有し冷間鍛造ができる材料で形成される。この座金部材２３は、円環状の板部２７と、板部２７の中央の穴部２６を有する。板部２７の大きさと厚さは適宜設定される。穴部２６の大きさはたとえば嵌入軸部２４の隅アール部２４ｄの下側部分を除く部分の直径よりも若干大きく、嵌入軸部２４の太さとリードタブ１２の厚さや枚数との関係で前述のような余裕ができる大きさである。

このような構成のピン部材２２と座金部材２３をリードタブ１２に留めると前述のリードタブ接続構造が得られる。

リードタブ１２同士を接続するには、図８に示したように、重ね合わせた２枚のリードタブ１２を、嵌入軸部２４を上に向けたピン部材２２の上にのせ、リードタブ１２の上に座金部材２３をのせて、座金部材２３を上からパンチ５１でたたく。リードタブ１２の接合部分は未開孔状態である。

パンチ５１の降下によって座金部材２３とリードタブ１２がピン部材２２に向かって移動し、このときに座金部材２３の穴部２６に対応する部分がピン部材２２の嵌入軸部２４と強く接する。これによってリードタブ１２の嵌入軸部２４が当接する部位は破断して嵌入軸部２４が突き刺さり、図８に仮想線で示したように破断した部分の周囲が塑性変形して立ち上がって立ち上がり部２８が形成される。パンチ５１のさらなる降下によって、リードタブ１２の立ち上がり部２８は嵌入軸部２４の軸部２４ｃに沿って更に立ち上がるとともに、座金部材２３の穴部２６を拡大するように外周側に広げ、立ち上がり部２８が穴部２６に密着する。引き続いてのパンチ５１の降下で、立ち上がり部２８の基部は嵌入軸部２４の下端の隅アール部２４ｄによって、上方の外周側に向けて押されるように変形する。

一方、嵌入軸部２４の先端側部分は、パンチ５１内の成型面５２の形状に従って圧縮成型される。パンチ５１の成型面５２は、嵌入軸部２４の高さに比して低い高さで、下端部の内径が座金部材２３の穴部２６の直径よりも大きい略逆すり鉢状である。つまり下端側ほど大径で上方にいくほど小径となるテーパ面５２ａを有する。成型面５２の下端の直径は、座金部材２３の穴部２６が拡大されることを考慮し、拡大される穴部２６の直径よりも大きく設定される。

成型面５２のテーパ面５２ａの上端位置の天井面の中央には、略半球状の陥没部形成部５２ｂが形成されている。嵌入軸部２４の先端は平坦部２４ａを有するので、陥没部形成部５２ｂが嵌入軸部２４の先端に安定して陥没部２９を形成することができる。パンチ５１の成型面５２の下端部は座金部材２３の穴部２６の直径よりも大きく形成されているので、ピン部材２２の嵌入軸部２４における座金部材２３よりも突出した部分に、座金部材２３の穴部２６よりも大径に圧縮成型された、略偏平球状の大径部２２ａが形成される。

前述のように陥没部２９が形成されるので、嵌入軸部２４における座金部材２３よりも突出した部分を拡張された穴部２６よりも外周側により良く張りださせて大きな大径部２２ａを確実に形成できるうえに、立ち上がり部２８をより積極的に穴部２６に密着させることができる。

このような冷間鍛造が完了すると、ピン部材２２の支持板部２５と座金部材２３の板部２７は、隅アール部２４ｄと大径部２２ａ、陥没部２９の相乗作用で、重なり合ったリードタブ１２を強力に挟み付ける。ピン部材２２の支持板部２５には凸部２５ａが形成されているので、広い接触面積を確保できるとともに、凸部２５ａは周方向で不連続であるので、リードタブ１２との間での相対回転が良好に防止される。

ピン部材２２と座金部材２３によるリードタブ１２の接合は、所望の電流量やリードタブ１２の大きさに応じて、たとえば図１に示した３個のほか、１個、２個、４個以上など、適宜数の接続具２１を用いて行う。

このような接続構造では、ピン部材２２の支持板部１５と座金部材２３の板部２７がリードタブ１２を強力に挟み付けるうえに、嵌入軸部２４と穴部２６がリードタブ１２に形成された立ち上がり部２８を外周側に押し広げた状態で密着させて挟み付け、広い接触面積を確保する。このため、良好な導電性が得られる。

しかも、接続具２１による結合は、ピン部材２２の嵌入軸部２４をリードタブ１２の上から座金部材２３の穴部２６に対して挿入して圧縮するだけでよいので、超音波溶接で接合する場合と比較して作業が容易である。

そのうえ、支持板部２５と板部２７でリードタブ１２を強力に挟み付ける上に、圧縮成型で形成された大径部２２ａが抜けを防止するので、超音波溶接による接合では起きていた振動による接合面の分離はもちろんのこと、緩むことも阻止でき、確実な接続状態を長期間にわたって維持できる。ピン部材２２の嵌入軸部２４が圧縮成型されてできる大径部２２ａは、半球状の凹所である陥没部２９の形成によって確実に形成できる上に、その形状は、嵌入軸部２４の根元部分の隅アール部２４ｄとの協働で、座金部材２３の穴部２６を拡大し、塑性変形される穴部２６の内周縁を上方から強力に押圧し挟み込むものとなるので、結合強度は極めて高い。

嵌入軸部２４の隅アール部２４ｄは嵌入軸部２４の立設強度を高める作用も果たすので、前述のように高い強度を得られるうえに、鍛造による結合時に嵌入軸部２４が折れたりして不良が発生することを防止することもできる。

またリードタブの接続構造は、塑性変形や圧縮成型を利用して接続具２１を物理的に結合して得る構成であるので、アルミなど、材料に関わりなく強固な電気的接続状態が得られるという効果も有する。

前述のような接続は、図２に示した組電池１３における直列接続の両端のリチウムイオン二次電池１１のリードタブ１２に端子部材１４を接続する場合も同様である。この場合には、１枚のリードタブ１２と１個または複数の端子部材１４がピン部材２２と座金部材２３によって接合されることになる。

図１０がリードタブ１２と端子部材１４の接続状態を示す断面図である。すなわち、リードタブ１２同士を接合する図７、図８に示した下側のリードタブ１２に代えて、接続端子１４の先端接続部１４ａを重ねて接合している。接続端子１４は、中央に穴部１４ｂを有する円環状の先端接続部１４ａと、電線１９を接続する管状の電線接続部１４ｃを有した公知の構成である。先端接続部１４ａの穴部１４ｂはピン部材２２の嵌入軸部２４を挿入可能とする大きさである。

ピン部材２２と座金部材２３の構成は前述と同様である。

このような端子部材１４の先端接続部１４ａを、電線接続部１４ｃを下にした状態でリードタブ１２の下に重ねて、先端接続部１４ａの穴部１４ｂにピン部材２２の嵌入軸部２４を対応させ、リードタブ１２の上に座金部材２３をのせてパンチを用いて前述と同様に冷間鍛造を行う。これによって前述と同様の接続構造が得られ、同様の作用および効果を奏する。重複するので、その詳しい説明は省略する。リードタブ１２に対する端子部材１４の重ね合わせは、リードタブの下面側ではなく上面側であってもよい。

リードタブ１２に端子部材１４を接合する場合には、接続具２１の座金部材２３を端子部材１４の先端接続部１４ａとすることができる。換言すれば、座金部材２３に、電線１９を接続する電線接続部１４ｃを一体形成することができる。

図１１がその構成にかかるリードタブ１２の接続構造を示している。すなわち、この発明の座金部材としての端子部材１４の先端接続部１４ａにおける穴部１４ｂの大きさが、前述のようにピン部材２２の嵌入軸部２４との間で所定の関係になるように設定されている。

この場合には、リードタブ１２の上に端子部材１４の先端接続部１４ａを重ねるとよい。下からピン部材２２の嵌入軸部２４をあてて端子部材１４にパンチを下して冷間鍛造を行うと、前述と同様の接続構造が得られ、同様の作用および効果を奏する。重複するので、その詳しい説明は省略する。

この構成では特に、部品点数を減らせるので、コストを抑えることができるとともに、軽量化に貢献することができる。

以上の例では、リードタブ１２の未開孔状態の部分に接続具２１を固定する例を示したが、図１２に示したように下穴１２ｃをあけておいて、この下穴１２ｃ部分に接続具２１を固定してもよい。図示したリードタブ１２同士を接合する場合のほか、図１０、図１１に示したようにリードタブ１２と端子部材１４の接続を行う場合も同様である。

下穴１２ｃはピン部材２２の先端の平坦部２４ａと同等かそれよりも小さい円形であるのが好ましい。この場合には下穴１２ｃが嵌入部材２４の突き刺しに際しての端緒となるので、立ち上がり部２８の上端縁の形状を安定したきれいな状態にすることができる。

この発明の構成と前述の一形態の構成との対応において、
この発明のラミネート型電池は、前述のリチウムイオン二次電池１１に対応し、
同様に、
他の部材は、他のリチウムイオン二次電池１１のリードタブ１２、端子部材１４に対応するも、
前述の構成はこの発明を実施するための一形態であって、この発明は前述の構成のみに限定されるものではなく、その他の構成を採用することもできる。

たとえば、接合するリードタブは３枚以上であってもよい。他の部材は端子部材１４のほか、バスバーなどでもよい。

また、接続構造における嵌入軸部２４の座金部材２３よりも突出する部分は、立ち上がり部２８を外周側の穴部２６に対して強固に押しつけている状態であればよく、大径部２２ａや陥没部２９を省略してもよい。

ピン部材の嵌入軸部２４は前述のような横断面円形のほか、多角形とすることもできる。

１１…リチウムイオン二次電池
１２…リードタブ
１４…端子部材
１４ａ…先端接続部
１４ｂ…穴部
１４ｃ…電線接続部
１９…電線
２１…接続具
２２…ピン部材
２２ａ…大径部
２３…座金部材
２４…嵌入軸部
２４ｄ…隅アール部
２５…支持板部
２５ａ…凸部
２６…穴部
２７…板部
２８…立ち上がり部
２９…陥没部

Claims (11)

1. ラミネート型電池のリードタブをこれに重ねられる他の部材と電気的に接続するラミネート型電池のリードタブ接続構造であって、
   前記リードタブを貫く嵌入軸部が支持板部に立設されたピン部材と、
   該ピン部材の前記嵌入軸部が前記リードタブを介した状態で挿入される穴部および前記リードタブを挟んで前記支持板部と対向する板部を有した座金部材を備え、
   前記嵌入軸部と前記穴部との間に、前記嵌入軸部の嵌入で前記リードタブが塑性変形して形成され前記穴部に密着する立ち上がり部が設けられた
   ラミネート型電池のリードタブ接続構造。
2. 前記ピン部材における前記座金部材よりも突出した部分に、前記穴部よりも大径に圧縮成型された大径部を有する
   請求項２に記載のラミネート型電池のリードタブ接続構造。
3. 前記嵌入軸部が中実であるとともに、
   前記嵌入軸部の先端に、前記ピン部材における前記座金部材よりも突出した部分を外周側に張りださせ前記立ち上がり部を前記穴部に密着させる陥没部が形成された
   請求項１または請求項２に記載のラミネート型電池のリードタブ接続構造。
4. 前記ピン部材における前記嵌入軸部の付け根部分に隅アール部を有する
   請求項１から請求項３のうちいずれか一項に記載のラミネート型電池のリードタブ接続構造。
5. 前記支持板部の前記嵌入軸部側の面に周方向に不連続の凹凸を有する
   請求項１から請求項４のうちいずれか一項に記載のラミネート型電池のリードタブ接続構造。
6. 前記座金部材が、電線を接続する電線接続部を有した端子部材の先端接続部である
   請求項１から請求項５のうちいずれか一項に記載のラミネート型電池のリードタブ接続構造。
7. ラミネート型電池のリードタブを貫く嵌入軸部が支持板部に立設されたピン部材と、
   該ピン部材の前記嵌入軸部が前記リードタブを介した状態で挿入される穴部および前記リードタブを挟んで前記支持板部と対向する板部を有した座金部材を備え、
   前記嵌入軸部と前記穴部との間に、前記嵌入軸部の嵌入で前記リードタブが塑性変形して形成され前記穴部に密着する立ち上がり部を形成する余裕が設けられた
   ラミネート型電池のリードタブ接続具。
8. 前記嵌入軸部が中実であるとともに、
   前記嵌入軸部の先端に、前記座金部材に挿入したときに前記座金部材よりも突出する部分を外周側に張りださせ前記立ち上がり部を前記穴部に密着させる陥没部が形成される平坦部を有した
   請求項７に記載のラミネート型電池のリードタブ接続具。
9. 前記ピン部材における前記嵌入軸部の付け根部分に隅アール部が形成された
   請求項７または請求項８に記載のラミネート型電池のリードタブ接続具。
10. 前記支持板部の前記嵌入軸部側の面に周方向に不連続の凹凸が形成された
    請求項７から請求項９のうちいずれか一項に記載のラミネート型電池のリードタブ接続具。
11. 前記座金部材に電線を接続する電線接続部が一体形成された
    請求項７から請求項１０のうちいずれか一項に記載のラミネート型電池のリードタブ接続具。

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