説明

組電池、抵抗溶接方法および組電池の製造方法

【課題】アルミ製タブと銅製タブ、アルミ製タブどうし、銅製タブどうしを、一般的な抵抗溶接により接合でき、安価で導電抵抗が小さく、信頼性の高い組電池を提供する。
【解決手段】出力端子を有する複数の第1及び第2の単電池が直列または並列に接続された組電池であって、前記第1の単電池の出力端子と、前記第1の単電池に接続する前記第2の単電池の出力端子とが重ね合わされており、また、折り曲げられた金属製薄板で挟まれており、前記金属製薄板は、銅やアルミより導電性と熱伝導性が低い金属からなる薄板であり、前記金属製薄板と、前記第1の単電池の出力端子と、前記第2の単電池の出力端子とが、溶接されていることを特徴とする組電池である。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、アルミ製タブと銅製タブを出力端子として有する単電池からなる組電池などに関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来、多様な負荷電圧や負荷容量に対し、共通化された電池で対応するために、電池を直接接続や並列接続、またはそれらを組み合わせた接続をし、組電池を構成することが多い。
【0003】
近年、需要が拡大しているリチウムイオン電池は、金属缶などハードケースに電極を収納したタイプと、ラミネートパックに電極を収納したタイプがあるが、一般的に、ラミネートパック型リチウムイオン電池の端子は、構造上、薄板(タブ)形状となっている。また、ラミネートパック型リチウムイオン電池は、正極端子がアルミ製であり、負極端子が銅製である。
【0004】
ラミネートパック型リチウムイオン電池の組電池を作製する際、正極端子であるアルミ製タブと負極端子である銅製タブを接合する必要があり、そのときの電池配列により、アルミ製タブと銅製タブ、アルミ製タブどうし、銅製タブどうしの接合を行う必要がある。
【0005】
しかし、抵抗溶接は、母材(被溶接材料)を圧着しつつ電流を流し、その抵抗熱で溶接箇所の金属を溶かして接合するが、アルミ製タブと銅製タブ、アルミ製タブどうし、銅製タブどうしの抵抗溶接は、銅、アルミ共に導電性と熱伝導性が高いため、抵抗熱が散逸してしまい、溶接箇所の発熱が小さく、金属が溶ける温度まで達しないため困難である。
【0006】
そのため、アルミ製タブと銅製タブの溶接には、超音波溶接を使用する方法、単電池の端子をバスバーを介して溶接接続する方法(例えば、特許文献1を参照)や、ネジやリベットで接続する方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】特開2002−151045号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
しかしながら、超音波溶接を使用する場合、超音波溶接機は高価であるうえ、母材に超音波振動を与えるため、超音波を与えた部分と与えていない部分の境がもろくなり、使用中の振動などにより、タブが切れてしまう恐れがあるという問題点があった。
【0009】
また、バスバーやネジなどを使用する方法では、接続点が点接触だけであるため、導電抵抗が大きくなってしまうという問題点があった。このため、ハイブリッド自動車(HEV)、電気自動車(EV)など大きな電流を流す必要がある用途の電池には不向きである。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明は、前述した問題点に鑑みてなされたもので、その目的とすることは、アルミ製タブと銅製タブ、アルミ製タブどうし、銅製タブどうしを、一般的な抵抗溶接により接合でき、安価で導電抵抗が小さく、信頼性の高い組電池を提供することである。
【0011】
前述した目的を達成するために、本発明では、以下の発明を提供する。
(1)出力端子を有する複数の第1及び第2の単電池が直列または並列に接続された組電池であって、前記第1の単電池の出力端子と、前記第1の単電池に接続する前記第2の単電池の出力端子とが重ね合わされており、また、折り曲げられた金属製薄板で挟まれており、前記金属製薄板と、前記第1の単電池の出力端子と、前記第2の単電池の出力端子とが、溶接されていることを特徴とする組電池。
(2)前記単電池は、平板状のラミネートパック型リチウムイオン電池であり、前記出力端子が、銅製またはアルミ製であることを特徴とする(1)に記載の組電池。
(3)前記金属製薄板が、鉄製薄板、ニッケル製薄板またはニッケルめっきが施された鉄製薄板であることを特徴とする(1)または(2)に記載の組電池。
(4)前記金属製薄板が、短冊状であり、短辺に平行な線に沿って、U字型またはコ字型に折り曲げられていることを特徴とする(1)〜(3)のいずれかに記載の組電池。
(5)前記金属製薄板の折り曲げ部の一部に、切り欠き部が設けられていることを特徴とする(4)に記載の組電池。
(6)前記金属製薄板の折り曲げ部側の幅が、前記金属製薄板の他端側の幅より狭く形成されることを特徴とする(4)に記載の組電池。
(7)前記金属製薄板を、重ね合わされた1組の前記出力端子あたり、2つ以上有することを特徴とする(1)〜(6)のいずれか1項に記載の組電池。
(8)アルミ製薄板と銅製薄板、アルミ製薄板とアルミ製薄板、または銅製薄板と銅製薄板を重ね合わせる工程(a)と、前記重ね合わせた薄板を、折り曲げられた金属製薄板で挟む工程(b)と、溶接機の電極を前記金属製薄板の両側から通電加圧して抵抗溶接する工程(c)と、を備え、前記金属製薄板が、銅やアルミより導電性と熱伝導性が低い金属からなる薄板であることを特徴とする抵抗溶接方法。
(9)第1の単電池の出力端子と、前記第1の単電池に接続する第2の単電池の出力端子とを重ねあわせる工程(a)と、前記出力端子を、折り曲げられた金属製薄板で挟む工程(b)と、溶接機の電極を前記金属製薄板の両側から通電加圧して抵抗溶接する工程(c)と、を備えることを特徴とする組電池の製造方法。
【発明の効果】
【0012】
本発明により、アルミ製タブと銅製タブ、アルミ製タブどうし、銅製タブどうしを、一般的な抵抗溶接により接合でき、安価で導電抵抗が小さく、信頼性の高い組電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】本発明に使用する単電池1の斜視図。
【図2】本発明に係る直列接続の組電池5aの斜視図。
【図3】本発明に係る並列接続の組電池5bの斜視図。
【図4】(a)〜(d)本発明に係る金属製薄板4a〜4dの斜視図。
【図5】本発明に係る組電池の製造方法のおける抵抗溶接工程を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下図面に基づいて、本発明の実施形態を詳細に説明する。図1は、本発明に使用する単電池1の斜視図である。また、図2は、本発明に係る組電池5aの斜視図であり、図3は、本発明にかかる組電池5bの斜視図である。
【0015】
単電池1は、平板状のラミネートパック型のリチウムイオン電池であり、正極のアルミ製出力端子2と、負極の銅製出力端子3とを有する。
【0016】
アルミ製出力端子2は、純アルミニウム製のものに限られず、アルミ合金製のものを使用してもよい。また、銅製出力端子3も、純銅製のものに限られず、銅合金製のものを使用してもよい。
【0017】
図2に示す、組電池5aは、第1の単電池1aと第2の単電池1bを直列に接続して構成される。第1の単電池1aの負極の銅製出力端子3aと、第2の単電池1bの正極のアルミ製出力端子2bとを重ね合わせて接続している。この重ね合わせた銅製出力端子3aとアルミ製出力端子2bとは、図4(a)に示すような、折り曲げられた金属製薄板4で挟まれている。また、金属製薄板4と、出力端子3aと出力端子2bとが溶接されている。
【0018】
また、図3に示す組電池5bは、第1の単電池1aと第2の単電池1bを並列に接続して構成される。第1の単電池1aの正極のアルミ製出力端子2aと、第2の単電池の正極のアルミ製出力端子2bとを重ね合わせて接続している。また、第1の単電池1aの負極の銅製出力端子3aと、第2の単電池1bの負極の銅製出力端子3bとを重ね合わせて接続している。これらの、重ね合わせたアルミ製出力端子2aと2b、重ね合わせた銅製出力端子3aと3bとを、折り曲げられた金属製薄板4で挟み、金属製薄板4と、出力端子3aと3bまたは、出力端子2aと2bとが溶接されている。
【0019】
図2と図3においては、重ね合わされた1組の出力端子あたり、金属製薄板4を2つ有しているが、3つ以上有してもよい。多数の金属製薄板を有することで、溶接箇所が増えるため、第1の単電池1aと第2の単電池1bとが強固に接続される。
【0020】
金属製薄板4は、銅やアルミよりも導電性と熱伝導性が低い金属からなればよく、鉄製薄板が好ましく使用できる。さらに、腐食防止のため、ニッケルめっきを行った鉄製薄板が好ましい。また、熱伝導性が鉄と同程度のニッケル製薄板でもよい。
【0021】
金属製薄板4の大きさは、抵抗溶接後に十分な溶接強度が得られる大きさであれば良く、特に限定されるものではないが、金属製薄板4の幅(図4(a)中のA、折り曲げ前の金属製薄板4の幅に等しい、折り曲げ部側に対向する挿入側の幅)と、長さ(図4(a)中のB、すなわち、折り曲げ後の金属製薄板4の同じ面上の折り曲げ部と端部との間の距離)が5mm程度であることが好ましい。
【0022】
金属製薄板4としては、図4に挙げるような金属製薄板4a〜4dが挙げられる。図4(a)に示すように、金属製薄板4aは、短冊状の金属製の薄板を、短辺に平行な線に沿って、コの字型に折り曲げたものである。また、図4(b)に示す金属製薄板4bのように、折り曲げ部が湾曲したU字型に折り曲げてもよい。また、図4(c)に示す金属製薄板4cのように、折り曲げ部の一部に切り欠け部が設けられてもよい。さらに、図4(d)に示す金属製薄板4dのように、金属製薄板の折り曲げ部側の幅A´を、金属製薄板の他端側(挿入側、折り曲げ部側と対向する側)の幅Aより狭く形成しても良い。切り欠け部を設けたり、折り曲げ部の幅を狭くしたりすることで、金属製薄板の軽量化が可能になる他、金属製薄板4の折り曲げ部を流れる電流を減少させ、タブ間を流れる電流を増大させる、溶接強度を増大させることが可能である。
【0023】
本発明に係る組電池5aまたは5bの製造方法は、まず、第1の単電池1aと第2の単電池1bのタブ状の出力端子を、正極と負極の組み合わせまたは正極どうしと負極どうしの組み合わせで重ね合わせる。どのように出力端子を重ね合わせるかは、第1の単電池1aと第2の単電池1bを直列に接続するか並列に接続するかで異なる。
【0024】
次に、重ね合わせた出力端子を、金属製薄板4で挟む。重ね合わされた1組の出力端子あたり、金属製薄板4を2つ使用して、2箇所を挟むことが好ましい。
【0025】
その後、図5に示すように、金属製薄板4を挟むように抵抗溶接機の電極6を図中C方向に移動させ、電極6で金属製薄板4の両側から通電加圧して、金属性薄板4の電気抵抗により発熱させ、抵抗溶接を行う。ここで、アルミ製薄板と銅製薄板を、銅やアルミに比べ導電性と熱伝導性が低い金属製薄板で挟み込んで、この金属製薄板の両側から抵抗溶接を行うことで、溶接箇所の金属製薄板が発熱し、金属が溶ける温度まで達するため、十分な溶接強度が得られる。また、アルミ製薄板と銅製薄板の組み合わせだけでなく、アルミ製薄板どうし、銅製薄板どうしでも、本抵抗溶接方法は適用可能である。
【0026】
なお、ラミネートパック型のリチウムイオン電池を使用して、本発明を説明したが、タブ状の出力端子を持つ、円筒形や角型の金属缶に収納したハードケース型のリチウムイオン電池を使用して、組電池を構成してもよい。
【0027】
本発明によれば、銅やアルミに比べ導電性や熱伝導性が低い金属製薄板で挟み込むことで、溶接箇所の金属製薄板が発熱し、金属が溶ける温度まで達するため、十分な溶接強度が得られる。
【0028】
また、本発明によれば、一般的なスポット溶接機が使用できるため、安価であり、超音波振動によるタブ切れの恐れもなく良好な接続が可能である。
【0029】
本発明によれば、アルミ製タブや銅製タブによる抵抗熱の散逸を抑えることができ、アルミ製タブと銅製タブ、アルミ製タブとアルミ製タブ、銅製タブと銅製タブを良好に接続できるため、アルミ製タブや銅製タブを用いたラミネートパック式リチウムイオン電池でも一般的な抵抗溶接機が使用でき、安価で、導電抵抗が小さく、信頼性の高い組電池を作製できる。
【0030】
以上、添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されない。当業者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到しえることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【0031】
1………単電池
2………出力端子(正極)
3………出力端子(負極)
4………金属製薄板
5………組電池
6………溶接機の電極

【特許請求の範囲】
【請求項1】
出力端子を有する複数の第1及び第2の単電池が直列または並列に接続された組電池であって、
前記第1の単電池の出力端子と、前記第1の単電池に接続する前記第2の単電池の出力端子とが重ね合わされており、また、折り曲げられた金属製薄板で挟まれており、
前記金属製薄板と、前記第1の単電池の出力端子と、前記第2の単電池の出力端子とが、溶接されていることを特徴とする組電池。
【請求項2】
前記単電池は、平板状のラミネートパック型リチウムイオン電池であり、
前記出力端子が、銅製またはアルミ製であることを特徴とする請求項1に記載の組電池。
【請求項3】
前記金属製薄板が、鉄製薄板、ニッケル製薄板またはニッケルめっきが施された鉄製薄板であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の組電池。
【請求項4】
前記金属製薄板が、短冊状であり、短辺に平行な線に沿って、U字型またはコ字型に折り曲げられていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の組電池。
【請求項5】
前記金属製薄板の折り曲げ部の一部に、切り欠き部が設けられていることを特徴とする請求項4に記載の組電池。
【請求項6】
前記金属製薄板の折り曲げ部側の幅が、前記金属製薄板の他端側の幅より狭く形成されることを特徴とする請求項4に記載の組電池。
【請求項7】
前記金属製薄板を、重ね合わされた1組の前記出力端子あたり、2つ以上有することを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の組電池。
【請求項8】
アルミ製薄板と銅製薄板、アルミ製薄板とアルミ製薄板、または銅製薄板と銅製薄板を重ね合わせる工程(a)と、
前記重ね合わせた薄板を、折り曲げられた金属製薄板で挟む工程(b)と、
溶接機の電極を前記金属製薄板の両側から通電加圧して抵抗溶接する工程(c)と、
を備え、
前記金属製薄板が、銅やアルミより導電性と熱伝導性が低い金属からなる薄板であることを特徴とする抵抗溶接方法。
【請求項9】
第1の単電池の出力端子と、前記第1の単電池に接続する第2の単電池の出力端子とを重ねあわせる工程(a)と、
前記出力端子を、折り曲げられた金属製薄板で挟む工程(b)と、
溶接機の電極を前記金属製薄板の両側から通電加圧して抵抗溶接する工程(c)と、
を備えることを特徴とする組電池の製造方法。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【公開番号】特開2011−204439(P2011−204439A)
【公開日】平成23年10月13日(2011.10.13)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−69946(P2010−69946)
【出願日】平成22年3月25日(2010.3.25)
【出願人】(000005382)古河電池株式会社 (314)
【Fターム(参考)】