JP2017139162A - 二次電池 - Google Patents

Abstract

【課題】異種素材の接合部分において、応力集中が発生することを抑制できる二次電池を提供する。【解決手段】二次電池２００は、引出端子２７と、引出端子２７に接続される外部端子２１と、外部端子２１に接続される、引出端子２７と異なる素材で構成されるバスバ１０１とを備え、外部端子２１は、引出端子２７と同じ素材で構成されて引出端子２７と接合される第一素材部２１ｄと、バスバ１０１と同じ素材で構成されてバスバ１０１との間に溶接部１０３を介在させてバスバ１０１に接合される第二素材部２１ｃとを備え、第一素材部２１ｄと第二素材部２１ｃとの間には圧延部１０５が存在し、引出端子２７とバスバ１０１との間の外部端子２１には、圧延部１０５に近い部分に位置する第一領域２１ａと、圧延部１０５から遠い部分に位置し、第一領域２１ａよりも弾性変形しやすい第二領域２１ｂとが設けられている。【選択図】図２

Description

本発明は、二次電池に関する。

従来、二次電池は、例えば特開２０１１−２１０７２５号公報（特許文献１）に開示されている。

特開２０１１−２１０７２５号公報

しかしながら、特許文献１に開示の構成にあっては、Ｃｕの負極リベットとＡｌのリベットターミナルとＡｌのバスバとを接続するにあたり、負極リベットとリベットターミナルとの間にＣｕＡｌクラッドメタルを挟み、同種金属間のレーザ溶接を行うことで、接合強度を改善している。

しかしながら、ＣｕとＡｌの界面が脆弱になるという問題があった。
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、異種金属間の接合面に応力が集中することを防止できる二次電池を提供することである。

この発明に従った二次電池は、引出端子と、引出端子に接続される外部端子と、外部端子に接続される、引出端子と異なる素材で構成されるバスバとを備え、外部端子は、引出端子と同じ素材で構成されて引出端子と接合される第一素材部と、バスバと同じ素材で構成されてバスバとの間に溶接部を介在させてバスバに接合される第二素材部とを備え、第一素材部と第二素材部との間には圧延界面により構成される圧延部が存在し、引出端子とバスバとの間の外部端子には、圧延部に近い部分に位置する第一領域と、圧延部から遠い部分に位置し、第一領域よりも弾性変形しやすい第二領域とが設けられている。

このように構成された二次電池は、圧延部に近い第一領域と圧延領域から遠い部分に位置し、第一領域よりも弾性変形しやすい第二領域とを有する。外部からの応力は第二領域が弾性変形することにより第二領域により緩和される。その結果、圧延部において応力が集中することを防止できる。

本発明によれば、外部端子中の圧延部において応力が集中することを防止できる二次電池を提供することができる。

実施の形態１に従った二次電池の斜視図である。 図１に示すＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。 実施の形態２に従った二次電池の断面図である。 実施の形態３に従った二次電池の断面図である。 実施の形態４に従った二次電池の断面図である。 実施の形態５に従った二次電池の断面図である。 実施の形態６に従った二次電池の断面図である。 比較例に従った二次電池の断面図である。 比較例に従った二次電池の断面図である。 比較例に従った二次電池の断面図である。

以下、本発明の実施の形態について、図を参照して詳細に説明する。なお、以下に示す実施の形態においては、同一のまたは共通する部分について図中同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。

（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に従った二次電池の斜視図である。図１を参照して、まず、本実施の形態における二次電池１０の構造について説明する。

複数個の二次電池１０が直列に組み合わされて組電池とされ、ハイブリッド自動車に搭載されている。その組電池は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関とともにハイブリッド自動車の動力源とされている。なお、１つのみの二次電池１０が車両等に搭載されていてもよい。二次電池１０は、ハイブリッド自動車のみでなく、電動自動車に搭載されていてもよい。

二次電池１０は、ケース１５と、カバー２５と、正極端子２１Ｐおよび負極端子２１Ｎと、正極側集電板５１Ｐおよび負極側集電板５１Ｎと、電極体３１とを有する。なお、正極端子２１Ｐおよび負極端子２１Ｎを特に区別しない場合には、外部端子２１という。正極側集電板５１Ｐおよび負極側集電板５１Ｎを特に区別しない場合には、集電板５１という。引出端子２７についても同様に、正極側引出端子２７Ｐと負極側引出端子２７Ｎを特に区別しない場合には引出端子２７という。二次電池１０は、正極側および負極側で同じ端子構造を有する。なお、二次電池１０は、正極側および負極側で異なる構造を有していてもよい。例えば、後述のように一方の電極を複数の材料で構成し、他方の電極を単一の材料で構成してもよい。他方の電極を単一の材料で構成する場合には、その電極には異種金属の接合面が無く応力集中の問題が発生しないため、電極をストレート構造とすることができる。さらに、正極または負極側に電流遮断機構が設けられていてもよい。

ケース１５は、一方向に開口された略直方体のケース形状を有し、その内部には、電解液とともに電極体３１が収容されている。カバー２５は、平板形状を有し、ケース１５の開口部を塞ぐように設けられている。

外部端子２１は、ケース１５の外部に設けられている。集電板５１は、ケース１５の内部に設けられている。集電板５１は、電極体３１から外部端子２１に向けて電気を取り出すための部材として設けられている。外部端子２１は引出端子２７に接続されている。外部端子２１はバスバ１０１に接続されている。

図２は、図１に示すＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。図２で示すように、二次電池２００は、引出端子２７と、引出端子２７に接続される外部端子２１と、外部端子２１に接続される、引出端子２７と異なる素材で構成されるバスバ１０１とを備える。

外部端子２１は、引出端子２７と同じ素材で構成されて引出端子２７と接合される第一素材部２１ｄと、バスバ１０１と同じ素材で構成されてバスバ１０１との間に溶接部１０３を介在させてバスバ１０１に接合される第二素材部２１ｃとを備える。引出端子２７および第一素材部２１ｄは、たとえば銅合金により構成される。バスバ１０１および第二素材部２１ｃは、たとえばアルミニウム合金により構成される。

第一素材部２１ｄと第二素材部２１ｃとの間には圧延界面により構成される圧延部１０５が存在し、引出端子２７とバスバ１０１との間の外部端子２１には、圧延部１０５に近い部分に位置する第一領域２１ａと、圧延部１０５から遠い部分に位置し、第一領域２１ａよりも弾性変形しやすい第二領域２１ｂとが設けられている。第二領域２１ｂは、湾曲した形状を有する。第一素材部２１ｄの剛性は第二素材部２１ｃの剛性より高い。この実施の形態では、第一素材部２１ｄをＣｕで構成し、第二素材部２１ｃをＡｌで構成したが、この組み合わせに限られない。たとえば、第一素材部２１ｄを高剛性のアルミニウム合金で構成し、第二素材部２１ｃを低剛性のアルミニウム合金で構成してもよい。さらに、第一領域２１ａの弾性変形のしやすさ（弾性係数）と、第二領域２１ｂの弾性変形のしやすさ（弾性係数）は、圧延界面と垂直な方向で測定する。第二素材部２１ｃの剛性は第一素材部２１ｄの剛性よりも低い。剛性の低い第二素材部２１ｃを弾性変形させるため、第二素材部２１ｃで確実に応力を吸収することができる。

カバー２５上に絶縁部材１０２が設けられている。絶縁部材１０２上に外部端子２１およびバスバ１０１が積層されている。外部端子２１の一部分が第一素材部２１ｄであり、残りの部分が第二素材部２１ｃである。

第二素材部２１ｃに、圧延により第一素材部２１ｄが接合されてクラッド材を構成している。圧延部１０５は、第二素材部２１ｃと第一素材部２１ｄの界面であって、圧延により形成された界面である。第一素材部２１ｄと第二素材部２１ｃとは弾性率が異なるため圧延部１０５に応力が集中しやすい。ＣｕとＡｌの界面にＮｉもしくはＮｉ合金またはＴｉもしくはＴｉ合金からなる反応抑制層を設ける構造が、たとえば国際公開２０１２／１３３６５４号に開示されている。この先行文献のように、圧延部１０５にＮｉおよびＴｉからなる反応抑制層を設けると、反応抑制層の導電性が低いため、界面の電気抵抗が上昇する。この実施の形態では、反応抑制層を設けないため、圧延界面での電気抵抗が上昇しない。

第一領域２１ａは圧延部１０５に隣接して設けられる。第二領域２１ｂは圧延部１０５から離隔した位置に設けられる。第一素材部２１ｄと引出端子２７とはカシメまたは溶接により接合される。

圧延部１０５はＣｕとＡｌの圧延界面であり脆弱な化合物が生じ、強度が低下しやすい。弾性変形しやすい第二領域２１ｂを圧延部１０５から離れた位置に設けることで、外部から応力が加えられた場合には、矢印１１０で示した第二領域２１ｂに応力が集中する。その結果、圧延部１０５での応力集中を抑制できる。

（実施の形態２）
図３は、実施の形態２に従った二次電池の断面図である。図３を参照して、実施の形態２に従った二次電池２００では、図２と比較して第一素材部２１ｄが横方向に広がっている点で、実施の形態１に従った二次電池２００と異なる。第一素材部２１ｄが横方向に広がっていることで、引出端子２７の先端を確実に第一素材部２１ｄに接触させることができる。

（実施の形態３）
図４は、実施の形態３に従った二次電池の断面図である。図４を参照して、実施の形態３に従った二次電池２００では、図２および図３と比較して第一素材部２１ｄが厚み方向に広がっている点で、実施の形態１および２に従った二次電池２００と異なる。第一素材部２１ｄが厚み方向に広がっていることで、引出端子２７と第一素材部２１ｄとの厚み方向での接触面積を増加させることができる。

（実施の形態４）
図５は、実施の形態４に従った二次電池の断面図である。図５を参照して、実施の形態４に従った二次電池２００では、図２と比較して外部端子２１がクランク状に折れ曲がっている点で、実施の形態１から３に従った二次電池２００と異なる。クランク状の部分が第二領域２１ｂであり、クランク状に構成されることで、直線状の第一領域２１ａと比較して弾性変形しやすい。

（実施の形態５）
図６は、実施の形態５に従った二次電池の断面図である。図６を参照して、実施の形態５に従った二次電池２００では、図５と比較して第一素材部２１ｄが横方向に広がっている点で、実施の形態４に従った二次電池２００と異なる。第一素材部２１ｄが横方向に広がっていることで、引出端子２７の先端を確実に第一素材部２１ｄに接触させることができる。

（実施の形態６）
図７は、実施の形態６に従った二次電池の断面図である。図７を参照して、実施の形態６に従った二次電池２００では、図５および図６と比較して第一素材部２１ｄが厚み方向に広がっている点で、実施の形態４および５に従った二次電池２００と異なる。第一素材部２１ｄが厚み方向に広がっていることで、引出端子２７と第一素材部２１ｄとの厚み方向での接触面積を増加させることができる。

（比較例）
図８−１０は、比較例に従った二次電池の断面図である。図８−１０を参照して、比較例に従った二次電池２００では、弾性変形しやすい第二領域が設けられていない。そのため、外部端子２１に応力が加えられると、この応力は圧延部１０５に伝わる。その結果、矢印１１１で示す圧延部１０５において応力集中が発生する。これにより、接合が破壊される可能性がある。

以上、この発明の実施の形態について説明したが、ここで示した実施の形態はさまざまに変更することが可能である。まず、第二領域２１ｂとして上記のクランクおよび湾曲だけでなく、例えば薄肉形状を採用してもよい。第一領域２１ａよりも第二領域２１ｂの厚みを薄くすることで、第二領域２１ｂが弾性変形しやすいようにしてもよい。さらに、第一領域２１ａよりも第二領域２１ｂの幅を狭くすることで、第二領域２１ｂが弾性変形しやすいようにしてもよい。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

１０，２００ 二次電池、１５ ケース、２１ 外部端子、２１Ｎ 負極端子、２１Ｐ 正極端子、２１ａ 第一領域、２１ｂ 第二領域、２１ｃ 第二素材部、２１ｄ 第一素材部、２５ カバー、２７ 引出端子、３１ 電極体、５１ 集電板、５１Ｎ 負極側集電板、５１Ｐ 正極側集電板、１０１ バスバ、１０２ 絶縁部材、１０３ 溶接部、１０５ 圧延部、１１０，１１１ 矢印。

Claims (1)

1. 引出端子と、
   前記引出端子に接続される外部端子と、
   前記外部端子に接続される、前記引出端子と異なる素材で構成されるバスバとを備え、
   前記外部端子は、前記引出端子と同じ素材で構成されて前記引出端子と接合される第一素材部と、前記バスバと同じ素材で構成されて前記バスバとの間に溶接部を介在させて前記バスバに接合される第二素材部とを備え、前記第一素材部と前記第二素材部との間には圧延界面により構成される圧延部が存在し、
   前記引出端子と前記バスバとの間の前記外部端子には、前記圧延部に近い部分に位置する第一領域と、前記圧延部から遠い部分に位置し、前記第一領域よりも弾性変形しやすい第二領域とが設けられている、二次電池。

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