JP2010080355A - 角形二次電池及び電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】任意数の電池を極性を間違えることなく、簡単に連結してモジュール化することができる角形二次電池を提供すること。
【解決手段】本発明の角形二次電池１２の正極端子１８及び負極端子１９は、それぞれ正極極板及び負極極板に電気的に接続された端子板２０Ａ、２０Ｂと、端子板２０Ａ、２０Ｂを封口板１７から電気的に絶縁する絶縁部材２１Ａ、２１Ｂとを備え、絶縁部材２１Ａ、２１Ｂは互いに相補補間形状の凹み部２７及び凸部３１からなる連接部が形成された連結部２４Ａ、２４Ｂを備えている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、角形二次電池及びこの電池を複数個用いた電池モジュールに関する。より詳しくは、本発明は、複数個の角形二次電池をモジュール化する際に、極性を間違えることなく簡単に連結できる角形二次電池及びこの角形二次電池を複数個用いた電池モジュールに関する。

個々の電池は起電力が低く、比較的起電力が高いといわれているリチウムイオン電池でも４Ｖ程度である。電池を例えば電気自動車などの大電力用途で使用する場合、複数個の電池を直列接続して連結する、いわゆるモジュール化が行われている。このモジュール化は、それぞれの電池の正極端子及び負極端子を延設し、これらの延設された端子を互いに折り曲げ、隣接する電池の正極端子と負極端子とを重ね合わせて溶接接続する方法、或いは、バスバーなどの接続部材を用いて隣接する電池の正極端子と負極端子とをボルト及びナットによりネジ結合する方法などによって行われている。これらの結合方法のうち、後者のボルト及びナットを用いたネジ結合方法が多く採用されている。

ここで、図６を参照して、ネジ結合方法を採用した従来技術の電池モジュールの１例を説明する。なお、図６は従来技術のネジ結合方法を採用した電池モジュールの外観斜視図である。

この電池モジュール１００は、複数個、例えば３個のリチウムイオン二次電池（以下、単に「電池」という）１０１〜１０３を直列接続してモジュール化されている。これらの電池は、上端が開口した角形の電池外装缶１００Ａと、開口に封止された封口板１００Ｂとを有し、封口板１００Ｂの上面からは、正極端子１０４Ｂ及び負極端子１０４Ａが突出されている。

正極端子１０４Ｂ及び負極端子１０４Ａは、いずれも平板状の端子板１０５と、この端子板１０５を封口板１００Ｂから電気的に絶縁する絶縁部材１０６とで構成されている。端子板１０５は、細長の長方形状をなし、その一端側にボルト１０７が立設固定され、他端側に端子１０９が挿通される挿通孔が形成されている。絶縁部材１０６は、端子板１０５と略同じ平面形状をしており、端子板１０５の挿通孔に対応する箇所に同様の挿通孔が形成されている。

封口板１００Ｂへの取付けは、封口板１００Ｂの上面に、絶縁部材１０６及び端子板１０５をこの順で積層して、端子板１０５及び絶縁部材１０６の各挿通孔を封口板１００Ｂに設けた端子孔に合わせて、内部の集電体に接続された端子を端子孔から各挿通孔へ挿通し、この端子が端子板１０５の挿通孔から突出した箇所をレーザ溶接すること等によって固定されている。

モジュール化は、まず、３個の電池１０１〜１０３を隣接する電池の端子の極性が互いに異なる極性になるように配列される。次いで、隣接する２個の電池、例えば電池１０２及び１０３の各ボルト１０７間に連結バスバー１０８を装着し、これらのボルト１０７に図示を省略したナットを装着して連結バスバー１０８で連結し、電池モジュール１００が作製されている。

また、下記特許文献１に開示されている電池モジュールを図７を用いて説明する。なお、図７は、下記特許文献１に記載された電池モジュールを構成する分解斜視図である。

この電池モジュール２００は、単位電池２０１のキャップ組立体２０３と、正極端子２０４、負極端子２０５に装着される連結具２０６との間にスペーサ２０８が設けられた構成を有している。スペーサ２０８は、配列された複数の単位電池２０１の隣り合う正極端子２０４と負極端子２０５とにより構成される端子列の一側に沿って長く延びるバー形状に形成されている。このスペーサ２０８の長さは、電池モジュールに対応する長さ、具体的には、一列に並べられた単位電池２０１の短辺側の合計の長さＬに対応する長さに設定されている。スペーサ２０８には、各単位電池２０１の端子が挿入される挿入孔２０９が一定間隔で長手方向に形成され、スペーサ２０８の下側には、各単位電池２０１のケース２０２と嵌合する嵌合溝２１０が形成されている。嵌合溝２１０の幅は、単位電池２０１のケース２０２の幅と略同一となるように形成され、嵌合溝２１０に嵌合したケース２０２が嵌合溝２１０内で遊動しないようになっている。

電池モジュール２００の組み立は、次のようにして行われる。まずスペーサ２０８に形成された各挿入孔２０９の位置を各単位電池２０１の正極端子２０４、負極端子２０５の位置に合わせて、スペーサ２０８を装着させる。この装着により、キャップ組立体２０３上にスペーサ２０８が配置される。スペーサ２０８は、各単位電池２０１の正極端子２０４、負極端子２０５により構成される２列の端子列に沿って、２つのスペーサ２０８がそれぞれ端子列ごとに装着されている。次いで、連結具２０６及びナット２０７で隣接する正極端子２０４及び負極端子２０５を各単位電池２０１が互いに直列接続されるように締結させることにより電池モジュール２００が得られる。このような接続構造によると、絶縁材の不導体であるスペーサ２０８が単位電池２０１のキャップ組立体２０３と連結具２０６との間に位置されるので、金属材質のキャップ組立体２０３と連結具２０６が電気的に短絡されることがない。
特開２００５−３２２６４７号公報（段落［００３６］〜［００３９］、図１）

従来技術の電池モジュール１００は、隣接する２個の電池、例えば電池１０２、１０３の２本のボルト１０７間に、連結バスバー１０８を装着して、これらのボルト１０７に図示を省略したナットが装着されて、連結バスバー１０８が締結されている。この締結の際には、ナットが螺合されるとボルト１０７に時計方向（図６の矢印Ａ１）の螺合力が掛かる。一方、端子板１０５は、その他端が集電体に接続された端子１０９に溶接などにより結合されているので、この端子板１０５に結合されたボルト１０７に掛かる螺合力によって、端子１０９の軸にも周り荷重が発生することがある。

すなわち、端子板１０５は端子１０９の軸に一体に結合されているため、連結バスバー１０８を装着されていない場合には、端子板１０５のボルト１０７を固定した際に強い力が加わると、端子１０９軸を軸芯にして時計或いは反時計方向へスイング移動してしまうことになる。また、このようなスイング移動は、２本のボルト１０７間に連結バスバー１０８を装着した後、ボルトーナットにより締結固定する際にも発生する可能性がある。端子１０９に周り荷重が発生すると、端子１０９の軸が矢印Ａ２方向へ回動するので、端子１０９の軸に接続された集電体との接続に悪影響を与え、接続不良或いはこの接続不良による内部抵抗の上昇、更には、端子と封口板１００Ｂとの間のシール不良を招き、電解液が外部へリークするなど課題が潜在している。

また、この電池モジュール１００は、個々の電池が直列接続されるが、間違った極性で接続されると、所望する出力が得られない。そこで、製作現場では、このような間違いをなくすために、例えば正極端子及び負極端子にそれぞれ異なる色を付して識別するようなことが行われている。しかしながら、このような方法でも、作業員の不注意などにより、見落として、誤接続されることがある。

一方、上記特許文献１の電池モジュールによれば、長さＬの長尺スペーサ２０８を用いて、複数個の電池を連結するようになっているので、上記従来技術が抱えるスイング移動は発生し難くなっているが、長尺スペーサ２０８を使用するので、連結できる電池数がこのスペーサ長さに制限され、電池を増設することや、連結する電池数を調節することができない。更に、特殊形状のスペーサが追加部品として必要となるだけでなく、複数個の電池が誤接続される可能性は依然として残っている。

本発明は、このような従来技術が抱える課題を解決するためになされたもので、本発明の目的は、任意数の複数個の電池を極性を間違えることなく、簡単に連結してモジュール化するのに好適な角形二次電池及びこの角形二次電池を複数個用いた電池モジュールを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の角形二次電池は、上方が開口された有底角形の電池外装缶と、前記電池外装缶内に収容され、正極極板及び負極極板がそれぞれセパレータを介在させて互いに積層又は渦巻き状に巻回された電極体と、前記開口を封止する上面に正極端子及び負極端子が設けられた封口板と、を備えた角形二次電池において、前記正極端子及び負極端子は、それぞれ前記正極極板及び負極極板に電気的に接続された端子板と、前記端子板を前記封口板から電気的に絶縁する絶縁部材と、を備え、前記正極端子及び負極端子の絶縁部材は、それぞれ互いに相補補間形状の連接部を有する正極用連結部及び負極用連結部を備え、前記正極用連結部及び負極用連結部は、複数の角形二次電池を隣接する端子が互いに異極端子となるように並列に配置した際に、一つの角形二次電池の正極用連結部及び負極用連結部がそれぞれ隣接する角形二次電池の負極用連結部及び正極用連結部と互いに前記相補補間形状の連接部によって連接される形状となされていることを特徴とする。

本発明の角形二次電池は、正極端子及び負極端子がそれぞれ互いに相補補間形状の連接部を有する正極用連結部及び負極用連結部を備えている。そして、この正極用連結部及び負極用連結部は、複数の角形二次電池を隣接する端子が互いに異極端子となるように並列に配置した際に、一つの角形二次電池の正極用連結部及び負極用連結部がそれぞれ隣接する角形二次電池の負極用連結部及び正極用連結部と互いに前記相補補間形状の連接部によって連接される形状となされている。そのため、本発明の角形二次電池によれば、複数個の電池を連結してモジュール化する際に、任意数の電池の極性を間違えることなく、簡単に連結することができる角形二次電池が得られる。

また、本発明の二次電池においては、前記絶縁部材は、前記封口板の長手方向の少なくとも一側端縁から前記封口板の長手方向に対して直交する方向へ前記正極用連結部及び負極用連結部を予め定めた一定長さ突出する突出部を有し、前記突出部の端部の連接辺に前記相補補間形状の連接部が形成されていることが好ましい。

本発明の角形二次電池によれば、絶縁部材は予め定めた一定長さ突出する突出部を有しているので、複数個の電池を連結してモジュール化するときに隣接する電池間に所定の間隔で隙間を形成することができるようになると共に、この隙間の形成によって、使用時ないし充電時に個々の角形二次電池から発生する熱を効率よく放熱して、所望のパワーで電池に充電ないし放電させることが可能になる。

また、本発明の角形二次電池においては、前記突出部は、前記封口板の長手方向の両側端縁から前記封口板の長手方向に対して直交する方向へ同じ長さ突出していることが好ましい。

本発明の角形二次電池によれば、突出部が封口板の長手方向の両側端縁から直交する方向へ同じ長さ突出しているので、３個以上の角形二次電池を連結する際に、隣接する電池間の隙間の間隔を全て同じにできるようになる。

また、本発明の角形二次電池においては、前記端子板は、集電体が接続される接続部と、前記接続部から離れた位置に外部へ接続される外部端子を備えており、前記絶縁部材の前記正極用連結部及び負極用連結部は、前記接続部又は前記外部端子と対応する箇所に設けられていることが好ましい。

また、本発明の二次電池によれば、端子板は、集電体が接続される接続部と、この接続部から離れた位置に外部へ接続される外部端子を備えており、絶縁部材の正極用連結部及び負極用連結部は、前記接続部又は前記外部端子と対応する箇所に設けられているので、連結などの際に、外部端子に外力が加わっても、集電体が接続された接続部への外力の伝達が低減されて、集電体と接続部との間の接続不良などの発生を防止できる。

本発明の角形二次電池においては、前記外部端子は、ボルト又はナットから選択される締結具から構成されていることが好ましい。

外部端子をボルト又はナットから選択される締結具から構成されているものとすると、この外部端子に接続されるバスバーはナット又はボルトで緊密に固着することができる。そのため、本発明の角形二次電池によれば、外部端子部分での接触抵抗を小さくすることができるため、この外部端子部分での電力損失を少なくすることができ、大出力が可能な角形二次電池が得られる。なお、従来の角形二次電池の場合、外部端子をボルト又はナットからなる締結具からなるものとすると、締結時に大きな外力が加わることがあるが、本発明の角形二次電池においては、絶縁部材の正極用連結部及び負極用連結部は接続部又は外部端子と対応する箇所に設けられているので、集電体が接続された接続部への外力の伝達が低減され、集電体と接続部との間に接続不良が生じることを抑制することができる。

また、接続部と外部端子が離れた位置に設けられているため、ボルトーナットによる締結時の回動軸が、接続部の回動軸と同一とならないため、ボルトーナットによる締結時に接続部の回動が生じにくくなる。従って、接続部に接続された集電体との接続に悪影響を与え、接続不良或いはこの接続不良による内部抵抗の上昇、更には、端子と封口板との間のシール不良などが生じることを抑制できる。

また、本発明の角形二次電池においては、前記相補補間形状の連接部は、一方が凹部、他方が凸部であることが好ましい。

本発明の二次電池によれば、絶縁部材の連接部が、一方が凹部、他方が凸部という簡単な形状でありながら相補補間させることができるので、特に連接部形成のために高価な費用が必要なく、しかも、確実に複数の角形二次電池を連接できるようになる。

また、本発明の角形二次電池においては、前記端子板は、前記絶縁部材に形成された回り止め手段により位置決め固定されていることが好ましい。

本発明の角形二次電池によれば、絶縁部材に回り止め手段が設けられているために、端子板は確実に位置決め固定されるので、組立が簡単になるとともに、端子板の不用意な移動・回転を抑制することができるようになる。

更に、本発明の電池モジュールの発明は、前記本発明の角形二次電池が複数個、それぞれ隣接する前記正極用連結部及び負極用連結部が互いに連接され、互いに隣接する角形二次電池の異極端子間が連結バスバーで締結されて直列接続されていることを特徴とする。

本発明の電池モジュールによれば、任意数の角形二次電池を、従来技術のように特別なスペーサを追加部品として用いることなく、絶縁部材を加工することによって、極性を間違えることなく安価にかつ簡単に連結してモジュール化することができる。しかも、連結された隣接する電池間に予め定めた一定の隙間が形成されるので、使用時ないし充電時に個々の角形二次電池から発生する熱を効率よく放熱して、所望のパワーで電池に充電ないし放電させることが可能になる。更に、連結などの際に、外部端子に外力が加わっても、集電体が接続された接続部への外力の伝達が低減されて、接続不良などの発生を防止できる。特に、外部端子をボルト又はナットからなる締結具を用いると、締結時に大きな外力が加わることがあるが、集電体が接続された接続部への外力の伝達が低減され、集電体と接続部との間に接続不良が発生することを抑制することができる。

以下、図面を参照して本発明の最良の実施形態を説明する。但し、以下に示す実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための角形二次電池及びこの角形二次電池を用いた電池モジュールを例示するものであって、本発明をこれらに特定することを意図するものではなく、特許請求の範囲に含まれるその他の実施形態のものも等しく適応し得るものである。

図１は実施例１に係る角形二次電池を複数個連結した電池モジュールの外観斜視図である。図２は図１の電池モジュールを構成する１個の角形二次電池の外観斜視図である。図３Ａは負極極端子の端子板の平面図、図３Ｂは図３ＡのIIIＢ−IIIＢ線の断面図、図３Ｃは負極極端子の絶縁部材の平面図、図３Ｄは図３ＣのIIIＤ−IIIＤ線の断面図である。図４Ａは正極極端子の端子板の平面図、図４Ｂは図４ＡのIVＢ−IVＢ線の断面図、図４Ｃは正極極端子の絶縁部材の平面図、図４Ｄは図４ＣのIVＤ−IVＤ線の断面図である。図５は図２のＶ―Ｖ線の一部断面図である。

最初に、図１及び図２を参照して、本発明の実施形態に係る角形二次電池及び電池モジュールの構成を説明する。電池モジュール１０は、図１に示すように、複数個、例えば４個のリチウムイオン角形二次電池（以下、単に「電池」という）１１〜１４を直列接続してモジュール化した構成を有している。これらの電池１１〜１４は全て同じ形状を備えている。そこで、これらの電池１１〜１４のうちの一つの電池１２を斜視図である図２を用いて具体的に説明する。

この電池１２は、上端に開口部１６が形成された金属製の角形二次電池用の外装缶１５と、外装缶１５の開口部１６に封止されている金属製の封口板１７とを備えている。この封口板１７は、外装缶１５の開口部１６の周縁に溶接されて、電池１２の内部は密閉された構造となっている。外装缶１５には、図示しない正極板、負極板、セパレータ及び電解液が収容されている。また、封口板１７には、その上面には正極端子１８及び負極端子１９が設けられている。

正極板はアルミニウム又はアルミニウム合金箔からなる正極芯体の両面に、例えばリチウム複合酸化物を含む正極活物質合材が薄層状に塗布されており、このアルミニウム又はアルミニウム合金箔からなる正極芯体は同じくアルミニウム又はアルミニウム合金材からなる正極集電体によって正極端子１８に電気的に接続されている。同様に、負極板は銅又は銅合金箔からなる負極芯体の両面に例えば炭素材料を含む負極活物質合剤が薄層状に塗布されており、この銅又は銅合金箔からなる負極芯体は同じく銅又は銅合金材からなる負極集電体によって負極端子１９に接続されている。

以下、これらの正極板及び負極板の作製及び電池１２の作製の具体例を説明する。正極板は、以下のようにして作製される。例えばコバルト酸リチウムからなる正極活物質９４質量％をアセチレンブラック、グラファイト等の炭素粉末３質量％と、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶｄＦ）よりなる結着剤３質量％とを混合し、次いでＮ−メチルピロリドンを加えて混練することにより正極活物質合剤スラリーを調製する。この正極活物質合剤スラリーを厚さが２０μｍのアルミニウム箔からなる正極芯体の両面に、電極の端部には正極芯体の露出部ができるようにして、均一に塗付して活物質層を塗布した正極板を形成する。その後、活物質層を塗布した正極板を乾燥中に通過させて、スラリー調製時に必要であった有機溶剤を除去して乾燥させる。乾燥後、この乾燥正極板をロールプレス機により圧延して、厚みが０．０６ｍｍの正極板とする。このようにして作成した電極を５５．５ｍｍの短冊状に切り出し、幅１０ｍｍの帯状の正極芯体の露出部を設けた正極板を得る。

負極は、次のようにして作製する。まず、黒鉛粉末９８質量％、カルボキシメチルセルロース、スチレンブタジエンゴムをそれぞれ１質量％混合し、水を加えて混練してスラリーを調製する。このスラリーを厚さ１２μｍの銅箔からなる負極芯体の両面に、電極の端部には負極芯体の露出部ができるように均一に塗布して負極活物質層を塗布した負極板を得る。その後、活物質層を塗布した負極板を乾燥中に通過させて、スラリー調製時に必要であった水を除去して乾燥させる。乾燥後、この乾燥負極板をロールプレス機により圧延して、厚みが０．０５ｍｍの負極板とする。次いで、得られた電極を幅５５．５ｍｍの短冊状に切り出し、幅１０ｍｍの帯状の負極芯体の露出部分を設けた負極板を得る。

得られた正極板の正極芯体の露出部と負極板の負極芯体の露出部とをそれぞれ対向する電極の活物質層と重ならないようにずらして、厚さ０．０２２ｍｍのポリエチレン製微多孔性セパレータを介して巻回し、両側端にそれぞれ正極芯体の露出部と負極芯体の露出部が形成された巻回された偏平状の電極群を作製する。次いで、溶接部周りに絶縁シール材を貼り付けられた集電体を正極芯体の露出部及び負極芯体の露出部に抵抗溶接によって接合する。更に集電体と接続端子２２Ａ及び２２Ｂとを封口板１７に絶縁板３４及びガスケット３５（図５参照）を介して固定する。そして、封口板１７と一体化された電極群を外装缶１５内に挿入して外装缶１５の開口部１６に封口板１７を嵌合し、封口板１７の周囲と外装缶１５の接合部をレーザ溶接し、電解液注入孔（図示せず）から所定量の所定の組成の電解液を注入した後、この電解液注入孔を密閉することにより角形二次電池１１〜１４が完成される。なお、電解液としては、エチレンカーボネートとジエチルカーボネートを体積比３：７で混合した溶媒に対し、ＬｉＰＦ_６を１モル／Ｌとなるように溶解した非水電解液等を使用することができる。

次に、図１〜図３を参照して、負極端子１９の構成を説明する。負極端子１９は、図２に示すように、一端が接続端子２２Ａに接続され他端が外部端子に接続される端子板２０Ａと、端子板２０Ａを封口板１７から電気的に絶縁する絶縁部材２１Ａとを備えている。この端子板２０Ａは、図３Ａに示すように、対向する長辺及び短辺並びに所定の肉厚を有する細長な長方形状の良導電性の金属板、例えばニッケルメッキした銅で形成されている。長辺の長さはＬ１、短辺の長さはＬ２となっており、長辺の長さＬ１は、後述する絶縁部材２１Ａの長さＬ３より短く、短辺の長さＬ２は同じ長さＬ５より短くなっている。

この端子板２０Ａには、図３Ｂに示すように、一端に集電体に接続される接続端子２２Ａが挿入される接続穴２０ａが設けられ、他端に所定の太さ及び高さのボルト２３Ａが溶接などで固定されている。このボルト２３Ａは、外部端子となっており、このボルト２３Ａに連結バスバー３０（図１参照）が締結される。なお、この実施形態の電池１２ではボルト２３Ａを用いた例を示したが、ナット或いは他の公知の締結具を使用してもよい。

絶縁部材２１Ａは、隣接する電池と所定の間隔をあけて連接される連結部２４Ａと、この連結部の一側辺の中央部から直角に突出して接続端子２２Ａにより封口板１７に機械的に固定される固定部２５Ａと有し、上面視で略Ｔ字型をなし所定の肉厚を有する、例えばポリカーボネート等の高強度の電気絶縁性材料からなる板状体で形成されている。連結部２４Ａは、所定の長さＬ４及び幅長Ｌ３１を有する細長な矩形状の板状片からなり、長手方向の両端縁が隣接する他の電池における同様の絶縁部材２１Ｂ（図４Ｃ参照）と連接される連接辺２６Ａとなっている。それぞれの連接辺２６Ａには、それぞれ半円形の凹み部２７が形成されている。これらの半円形の凹み部２７は、隣接する他の電池の同様の絶縁部材２１Ｂの凸部３１（図４参照）が嵌り込む大きさになっている。この凹み部２７及び凸部３１が本発明の相補補間形状の連接部に対応する。固定部２５Ａは、所定の長さＬ３２及び幅長Ｌ５を有する細長な長方形状の板状片で形成されている。この固定部２５Ａには、一端に端子板２０Ａの接続孔２０ａに連通する固定孔２５ａが形成されているとともに、端子板２０Ａのボルト２３Ａに対応する位置の底部には位置決め用の円環状の突起２１ａが形成されている。また、固定孔２５ａの下端にはガスケット３５（図５参照）が配置される拡径部２５ａ'が形成されている。

また、この絶縁部材２１Ａは、その上面に連結部２４Ａ及び固定部２５Ａに跨って、所定深さの凹み穴２９Ａが形成されている。この凹み穴２９Ａに端子板２０Ａが嵌め込まれて、端子板２０Ａが位置決め固定され、端子板２０Ａは絶縁部材２１Ａに対して回り止めされる。この絶縁部材２１Ａは、全体の長手方向の長さはＬ３、連結部２４Ａの縦方向の長さはＬ４及び幅長はＬ３１、及び固定部２５Ａの幅長はＬ５、長さはＬ３２となっている。固定部２５Ａの幅長Ｌ５は、封口板１７の幅長と略同じ長さ又はこの長さより若干長く或いは短くなっている。また、全体の長手方向の長さＬ３は、封口板１７の長手方向の長さの半分以下の長さになっている。

更に、連結部２４Ａは固定部２５Ａから突出した部分の長さがＬ４１となっており、この連結部２４Ａの長さＬ４１は連結する隣接電池間の隙間Ｇ（図１参照）の略２分の一となる。すなわち、固定部２５Ａの幅長Ｌ５を封口板１７の幅長と略同じにすると、この連結部２４Ａの長さＬ４１は隙間Ｇの１／２となる。したがって、この長さＬ４１を予め定めておいた所定の長さにすることによって、隣接電池間の隙間Ｇを最適値に設定し、使用時ないし充電時に電池から発生する熱を効率よく放熱して、最大のパワーで充放電させることができるようになる。この連結部２４Ａは、封口板１７の長手方向の両端に突出した部分を設けた例を示したが、一端だけに連結部を形成した絶縁部材も用意するのが好ましい。この一端だけに連結部を形成した絶縁部材は、モジュール化する際に両端の電池に使用される。また、連結部２４Ａは、ボルト２３Ａと対応する箇所に設けたが、この位置を固定部２５Ａ側に変更してもよい。

次に、図４を参照して、正極端子１８の具体的構成を説明する。正極端子１８は負極端子１９と、封口板１７から端子板２０Ｂを電気的に絶縁する絶縁部材２１Ｂの構成の一部が異なっているのみで、他の構成は同じになっている。そこで、共通する構成要素には、同じ参照符号のアルファベット部分を「Ａ」から「Ｂ」又は「ａ」〜「ｂ」に変更した符号を付して重複説明を省略し、異なる構成について詳述する。

正極端子１８は、例えばアルミニウム−銅クラッド材からなる一端が接続端子２２Ｂ（図２参照）に接続される端子板２０Ｂと、この端子板２０Ｂを封口板１７から電気的に絶縁する絶縁部材２１Ｂとを備えている。この絶縁部材２１Ｂは、負極端子１９の絶縁部材２１Ａとは連結部２４Ａの各連接辺２６Ａの形状のみが異なっている。すなわち、絶縁部材２１Ｂの連接辺２６Ｂは、負極端子１９の絶縁部材２１Ａの凹み部２７に代えて、凸部３１が形成されている。この絶縁部材２１Ｂの凸部３１は、隣接する電池の負極端子１９の絶縁部材２１Ａの凹み部２７へ嵌り込む大きさになっている。このように、負極端子１９の絶縁部材２１Ａ及び正極端子１８の絶縁部材２１Ｂにそれぞれ凹み部２７及び凸部３１を設けることにより、複数の電池をモジュール化する際に、正極端子１８の絶縁部材２１Ｂの各凸部３１が隣接する電池に設けた負極端子１９の絶縁部材２１Ａの各凹み部２７に互いに嵌り込むので、隣接する電池の極性を間違えることなく直列接続ができるようになる。すなわち、負極端子１９の絶縁部材２１Ａの凹み部２７と正極端子１８の絶縁部材２１Ｂの凸部３１とは、互いに相補補完する形状になっているので、隣接する電池の極性を間違えると両者は嵌り込むことができず、誤接続が容易に分かるようになる。

この実施形態では、負極端子１９の絶縁部材２１Ａに凹み部２７を、正極端子１８の絶縁部材２１Ｂに凸部３１をそれぞれ設けた例を示したが、これらの構成を互いに逆にしてもよい。また、相補補間形状の連接部の構成としては、凹み部及び凸部に代えて、他の公知の相補補完関係になる形状にしてもよく、更に、容易に外れないような嵌合結合される形状にしてもよい。

次に、図５を参照して、正極端子１８及び負極端子１９の取付け方法を説明する。例えば、負極端子１９は、上記の端子板２０Ａ及び絶縁部材２１Ａを用いて、以下の手順で電池の封口板１７に取付けられる。前準備として、端子板２０Ａの一端にボルト２３Ａを抵抗溶接などで固定する。なお、端子板２０Ａ、２０Ｂとバスバー３０の接触抵抗を小さくするため、あるいは腐食防止のため、それぞれ端子板２０Ａ、２０Ｂとは異なる金属材、例えば銅、ニッケル等を予め接合しておくことが好ましい。図５の符号３２の部分は、この異種金属材部分を示している。また、断面視で逆Ｔ字型の接続端子２２Ａを用意して、この接続端子２２Ａを負極集電体３３に電気的に接続しておく。この接続端子２２Ａは、例えば封口板１７に設けた貫通孔３６より大きい直径を有する円盤状の係止部２２ａと、この係止部２２ａの略中心から垂直に所定高さ立設した棒状体からなる突出部２２ｂとからなるものを使用する。次いで、突出部２２ｂに絶縁板３４及びガスケット３５を取り付けておく。

この前準備が完了した後に、封口板１７の上面に絶縁部材２１Ａ及び端子板２０Ａの順に配置して、封口板１７に形成された円環状の溝１７ａと絶縁部材２１Ａの底面に形成された円環状の突起２１ａとを嵌合させると共に、封口板１７に設けた貫通孔３６と絶縁部材２１Ａの固定孔２５ａ及び端子板２０Ａの接続孔２０ａとを合致させる。次いで、接続端子２２Ａの突出部２２ｂを封口板１７の背面から貫通孔３６へ通して固定孔２５ａ及び接続端子２２Ａに挿通する。次いで、接続端子２２Ａの突出部２２ｂの頂部をレーザ溶接することによって端子板２０Ａに固定して、負極端子１９を封口板１７に取付ける。

なお、正極端子１８は、図示省略したが、負極端子１９と同様の方法で、端子板２０Ｂ、絶縁部材２１Ｂ及び断面視で逆Ｔ字型の接続端子２２Ｂ（図２参照）を用いて封口板１７と電気的に絶縁して取付けられる。正極端子１８及び負極端子１９がそれぞれ封口板１７に取付けられると、図２に示すように、正極端子１８及び負極端子１９の各絶縁部材２１Ｂ、２１Ａの連結部２４Ｂ、２４Ａが封口板１７の長手方向と直交する方向へ突出した状態となる。

この電池を用いたモジュール化は、以下の方法で行われる。図２に示す単体の電池１２を複数個、例えば４個の電池１１〜１４を用意して、図１に示すように配列する。この配列は、隣接する電池１１〜１４間を正極端子１８及び負極端子１９の絶縁部材２１Ｂ、２１Ａの各凸部３１と各凹み部２７とを嵌め込むことによって行う。この嵌め込みは、各凸部３１と各凹み部２７とが互いに相補補完する関係になっているので、同じ形状同士、例えば凸部と凸部、或いは凹み部と凹み部とを組み合せた連接ができないので、各電池の極性を間違えることなく、簡単に配列できる。この配列後、それぞれの電池１１〜１４の正極端子１８及び負極端子１９の両ボルト２３Ｂ、２３Ａ間に、連結バスバー３０の貫通孔を挿通して、図示を省略したナットによって締結する。この締結は、ナットを工具で回動することになるが、各電池１１〜１４のそれぞれの正極端子１８及び負極端子１９の絶縁部材２１Ｂ、２１Ａが直線状に連接されて移動できなくなくなっているので、ナットが回動されても、絶縁部材２１Ａ，２１Ｂ及び端子板２０Ａ、２０Ｂが回動することがない。その結果、端子板２０Ａ、２０Ｂに接続された接続端子２２Ａ、２２Ｂに回動力などが加わることが少なくなり、端子板２０Ａ、２０Ｂと接続端子２２Ａ、２２Ｂとの間の電気的接続状態に悪影響を及ぼすことが抑制される。

また、連結された電池１１〜１４の隣接する各電池間は、正極端子１８及び負極端子１９の各絶縁部材２１Ｂ、２１Ａの連結部２４Ｂ、２４Ａが、封口板１７の長手方向と直交する方向へ所定長さ突出ているので、所定の隙間Ｇが形成される。この隙間Ｇによって、使用時ないし充電時に電池から発生する熱を効率よく放熱して、所望のパワーで電池に充電ないし放電させることが可能になる。

上記の実施形態においては、負極端子１９は、それぞれの端子板２０Ｂ、２０Ａに固定したボルト２３Ａと、集電体に接続された接続端子２２Ａの突出部２２ｂとが、水平方向に若干離れ、すなわち各端子の軸が離れている。このような構成とすると、ボルトーナットの締結時の回転軸が、接続端子２２Ａの回転軸と同一とならないため、ボルトーナットの締結時に接続端子２２Ａの回転が生じにくくなる。従って、接続端子２２Ａに接続された集電体との接続に悪影響を与え、接続不良或いはこの接続不良による内部抵抗の上昇、更には、負極端子１９と封口板１７との間のシール不良などが生じることを抑制できる。なお、係る点については、正極端子１８の場合においても同様である。

以上、本発明を上記の実施形態で詳細に説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者であれば、本発明の思想及び精神を離れることなく修正又は変更できる。この電池はリチウムイオン電池に限らず、ニッケル−水素蓄電池、ニッケル−カドミウム蓄電池等、他の角形二次電池に対しても適用可能である。更に、上記実施形態では、電極体として正極極板及び負極極板がそれぞれセパレータを介在させて互いに渦巻き状に巻回された電極体の例を示したが、正極極板及び負極極板がそれぞれセパレータを介在させて互いに積層された電極体に対しても適用可能である。

実施例１に係る角形二次電池を複数個連結した電池モジュールの外観斜視図である。 図１の角形二次電池モジュールを構成する１個の二次電池の外観斜視図である。 図３Ａは負極極端子の端子板の平面図、図３Ｂは図３ＡのIIIＢ−IIIＢ線の断面図、図３Ｃは負極極端子の絶縁部材の平面図、図３Ｄは図３ＣのIIIＤ−IIIＤ線の断面図である。 図４Ａは正極極端子の端子板の平面図、図４Ｂは図４ＡのIVＢ−IVＢ線の断面図、図４Ｃは正極極端子の絶縁部材の平面図、図４Ｄは図４ＣのIVＤ−IVＤ線の断面図である。 図２のＶ―Ｖ線の一部断面図である。 従来技術の電池モジュールの外観斜視図である。 他の従来技術の電池モジュールの分解斜視図である。

符号の説明

１０：電池モジュール １１〜１４：角形二次電池 １５：外装缶 １６：開口部 １７：封口板 １７ａ：円環状の溝 １８：正極端子 １９：負極端子 ２０Ａ、２０Ｂ：端子板 ２０ａ、２０ｂ：接続孔 ２１Ａ、２１Ｂ：絶縁部材 ２１ａ、２１ｂ：円環状の突起 ２２Ａ、２２Ｂ：接続端子 ２２ａ：係止部 ２２ｂ：突出部 ２３Ａ、２３Ｂ：ボルト ２４Ａ、２４Ｂ：連結部 ２５Ａ、２５Ｂ：固定部 ２５ａ、２５ｂ：固定孔 ２５ａ'、２５ｂ'：拡径部 ２６Ａ、２６Ｂ：連接辺 ２７：凹み部 ２９Ａ、２９Ｂ：凹み穴 ３０：連結バスバー ３１：凸部 ３２：異種金属材部分 ３３：負極集電体 ３４：絶縁板 ３５：ガスケット ３６：貫通孔

Claims (8)

1. 上方が開口された有底角形の電池外装缶と、
   前記電池外装缶内に収容され、正極極板及び負極極板がそれぞれセパレータを介在させて互いに積層又は渦巻き状に巻回された電極体と、
   前記開口を封止する上面に正極端子及び負極端子が設けられた封口板と、
   を備えた角形二次電池において、
   前記正極端子及び負極端子は、それぞれ前記正極極板及び負極極板に電気的に接続された端子板と、前記端子板を前記封口板から電気的に絶縁する絶縁部材と、を備え、
   前記正極端子及び負極端子の絶縁部材は、それぞれ互いに相補補間形状の連接部を有する正極用連結部及び負極用連結部を備え、
   前記正極用連結部及び負極用連結部は、複数の角形二次電池を隣接する端子が互いに異極端子となるように並列に配置した際に、一つの角形二次電池の正極用連結部及び負極用連結部がそれぞれ隣接する角形二次電池の負極用連結部及び正極用連結部と互いに前記相補補間形状の連接部によって連接される形状となされていることを特徴とする角形二次電池。
2. 前記絶縁部材は、前記封口板の長手方向の少なくとも一側端縁から前記封口板の長手方向に対して直交する方向へ前記正極用連結部及び負極用連結部を予め定めた一定長さ突出する突出部を有し、前記突出部の端部の連接辺に前記相補補間形状の連接部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の角形二次電池。
3. 前記突出部は、前記封口板の長手方向の両側端縁から前記封口板の長手方向に対して直交する方向へ同じ長さ突出していることを特徴とする請求項２に記載の角形二次電池。
4. 前記端子板は、集電体が接続される接続部と、前記接続部から離れた位置に外部へ接続される外部端子を備えており、
   前記絶縁部材の前記正極用連結部及び負極用連結部は、前記接続部又は前記外部端子と対応する箇所に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の角形二次電池。
5. 前記外部端子は、ボルト又はナットから選択される締結具から構成されていることを特徴とする請求項４に記載の角形二次電池。
6. 前記相補補間形状の連接部は、一方が凹部、他方が凸部であることを特徴とする請求項１又は２に記載の角形二次電池。
7. 前記端子板は、前記絶縁部材に形成された回り止め手段により位置決め固定されていることを特徴とする請求項１に記載の角形二次電池。
8. 請求項１〜７のいずれか１つの角形二次電池が複数個、それぞれ隣接する前記正極用連結部及び負極用連結部が互いに連接され、互いに隣接する角形二次電池の異極端子間が連結バスバーで締結されて直列接続されていることを特徴とする電池モジュール。

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