單電池和電池組的制作方法
【專利摘要】本發明提供一種能夠通過螺栓或焊接的任一者連接匯流條和外部端子的單電池。單電池具備發電元件；電池容器；外部端子（104、105）；連接發電元件與外部端子（104、105）的集電體（180、190）。外部端子（104、105）具有抵接匯流條的抵接部（142、152）和與集電體（180、190）連接的連接部（143、153）。抵接部（142、152）具有與匯流條螺栓連結的連結部（145、155）和焊接匯流條的焊接部（141、151）。連接部（143、153）以從焊接部（141、151）朝向電池容器的內側突出的方式設置。在連結部（143、153）上設置有螺栓插通孔，在連結部（143、153）與電池蓋（102）之間設置有用于將匯流條通過螺栓、螺母與連結部（143、153）連結的空間。
【專利說明】單電池和電池組
【技術領域】
[0001]本發明涉及單電池和具備多個單電池的電池組。
【背景技術】
[0002]近年來，開發了大容量(Wh)的二次電池作為混合動力型的電動車和純電動車等的動力源，其中能量密度(Wh/kg)較高的方形的鋰離子二次電池受到關注。
[0003]方形的鋰離子二次電池中，通過將在正極箔上涂裝了正極活性物質的正極電極、在負極箔上涂裝了負極活性物質的負極電極和用于使其絕緣的隔膜重疊卷繞而形成扁平形的卷繞電極組。卷繞電極組與電池容器的電池蓋上設置的正極外部端子和負極外部端子電連接。卷繞電極組被收容在電池容器的電池桶中，電池桶的開口部用電池蓋密封焊接。二次電池通過從收容卷繞電極組的電池容器的注液孔注入電解液后,插入注液塞通過激光焊接進行密封焊接而形成。
[0004]通過將多個二次電池(單電池)的正極外部端子和負極外部端子與匯流條等導電部件電連接而形成電池組。匯流條通過螺栓、螺母與外部端子螺栓結合，或者通過與外部端子焊接而與二次電池(單電池)連接。
[0005]專利文獻I中，公開了能夠通過螺栓、螺母將匯流條與外部端子連接的二次電池。專利文獻I記載的二次電池具備與卷繞電極組接合的集電體(相當于專利文獻I的連接板)、將外部端子與集電體電連接的連接銷、形成了使連接銷插通的銷插通孔和使螺栓插通的軸部的螺栓插通孔的外部端子。
[0006]專利文獻1:日本特開2011-233399號公報
【發明內容】
[0007]如上述專利文獻I記載的二次電池所示，通過螺栓、螺母將匯流條與外部端子連接的二次電池中，不能通過焊接安裝匯流條。
[0008]此外，通過焊接將匯流條與外部端子連接的二次電池中，不能使匯流條通過螺栓、螺母與外部端子連接。
[0009]本發明的單電池包括:具有電極的發電元件；具有收容發電元件的電池桶和密封電池桶的開口的電池蓋的電池容器；配置于電池蓋的外部端子；和連接發電元件的電極和外部端子的集電體，外部端子具備在電池容器內部與集電體連接的連接部、與連接部相對地設置在電池容器外部的平面部、與平面部鄰接且具有插通孔的連結部，連接部、平面部和連結部一體地形成。
[0010]本發明的電池組是具備多個上述單電池且多個單電池之間通過匯流條電連接的電池組，匯流條通過螺栓、螺母或焊接與外部端子連接。
[0011]根據本發明，通過螺栓、螺母進行螺栓連結的連接方法或通過焊接的連接方法均能夠提供能夠連接匯流條與外部端子的單電池和具備多個該單電池的電池組。【專利附圖】
【附圖說明】
[0012]圖1是電池組的外觀立體圖。
[0013]圖2是電池組的部分截面立體圖。
[0014]圖3是匯流條用螺栓、螺母連接的電池組的分解立體圖。
[0015]圖4是構成電池組的單電池的外觀立體圖。
[0016]圖5是表示單電池的結構的分解立體圖。
[0017]圖6是表示卷繞電極組的立體圖。
[0018]圖7是表示蓋組裝體的分解立體圖。
[0019]圖8是表示蓋組裝體的結構的截面圖。
[0020]圖9是表示將外部端子的連接部的前端鉚接到集電體的工序的圖。
[0021]圖10是表示用焊接連接匯流條的電池組的分解立體圖。
[0022]圖11是表示在正極焊接部和負極焊接部上焊接有匯流條的狀態的截面圖。
[0023]圖12是表示將匯流條的一端通過焊接與外部端子連接，將匯流條的另一端通過螺栓、螺母與外部端子連接的電池組的圖。
[0024]符號說明
[0025]100單電池，101電池桶，IOla寬幅側板，IOlb窄幅側板，IOlc底板，102電池蓋，102a嵌合凹部，102h貫通孔，103排氣閥，104正極外部端子，105負極外部端子，106a注液?L 106b注液塞，107蓋組裝體，108絕緣外殼，109電極組組裝體，113螺栓，114電池支架，114b肩部，115端板，116頂板，116b排氣用開口，117頂蓋，118接合部，119密封部件，122軸，123、124匯流條，131螺栓，131a軸部，131b頭部，132螺母，141正極焊接部，142正極抵接部，142a抵接面，142b凹部，143正極連接部，143a前端側貫通部，143b基端側貫通部，143d正極鉚接部，145正極連結部，145a螺栓插通孔，151負極焊接部，152負極抵接部，152a抵接面，152b凹部，153負極連接部，153a前端側貫通部，153b基端側貫通部，153d負極鉚接部，155負極連結部，155a螺栓插通孔，160外部絕緣體，160a端子絕緣部，160b覆蓋壁，160c螺栓絕緣部，160f凹面，160g凸面，160h貫通孔，165內部絕緣體，169襯墊，170卷繞極板組，171正極箔，172負極箔，173a、173b隔膜，174正極電極，175負極電極，176正極活性物質合劑層，177負極活性物質合劑層，180正極集電體，181接觸面部，182平面板，183接合平面部，185傾斜部，190負極集電體，191接觸面部，192平面板，193接合平面部，195傾斜部，223匯流條，223a鋁板，223b銅板，224匯流條，225a突起，225b突起，226a焊接金屬，226b焊接金屬，323匯流條，423匯流條
【具體實施方式】
[0026]以下，參照附圖，對將本發明應用于組裝在混合動力型電動車和純電動車中搭載的蓄電裝置中，且具備多個方形鋰離子二次電池(以下記載為單電池)的電池組的實施方式進行說明。
[0027]圖1?圖3是電池組的外觀立體圖、部分截面立體圖和分解立體圖。電池組具有多個單電池100。多個單電池100并列地配置，通過包括一對端板115和多個電池支架114、4個軸122構成的一體化機構一體地組裝。并列配置的多個單電池100從排列方向(電池組的較長方向)的兩端側被一對端板115夾持，多個單電池100的上方被頂板116和頂蓋117覆蓋。
[0028]如圖3所示，單電池100為扁平的長方體形狀，以側面中具有較大的面積的寬幅側板IOla之間相對的方式并列配置。鄰接的單電池100之間以單電池100的電池蓋102上配設的正極外部端子104和負極外部端子105的位置反轉的方式，朝向反轉地配置。
[0029]電池組通過使鄰接的單電池100的正極外部端子104和負極外部端子105被金屬制的板材構成的匯流條123電連接而形成。圖中位于最深處的單電池100的負極外部端子105和圖中位于最近處的單電池100的正極外部端子104，與未圖示的其他電池組通過匯流條124電串聯或并聯連接，或通過匯流條124與未圖示的導出電力用的端子連接。如后所述，匯流條123、124通過在單電池100上設置的螺栓131的軸部131a安裝螺母132 (參照圖8 (c))，與正負極外部端子104、105的連結部145、155連接。在匯流條123、124上設置有使螺栓131插通的軸部131a的貫通孔。
[0030]端板115為與單電池100的寬幅側板IOla對應的矩形平板狀。在端板115的四角設置有貫通孔115a(參照圖3)。在一對端板115之間，與端板115的四角的貫通孔115a對應地配置有4個軸122。
[0031]如圖1?圖3所示，軸122上被一對端板115夾著的部分形成為截面L字形的L字部。在L字部的兩端，設置有與端板115抵接的抵接板。在抵接板上，豎直設置在端板115的貫通孔115a中插通的圓軸，在圓軸上形成公螺紋。抵接板與端板115的內側的面抵接，將一對端板115的間隔規定為規定的長度。
[0032]如圖2和圖3所示，在并列配置的多個單電池100之間，保持單電池100的四角的電池支架114以被單電池100夾著的方式配置。通過從端板115的外側將螺母安裝到形成有公螺紋的圓軸上，被一對端板115夾著的各電池支架在壓縮了規定量的狀態下被保持。由此，規定了電池組的較長方向上的各單電池100的位置。
[0033]如圖3所示，在電池支架114的四角形成有截面L字形的肩部114b。肩部114b的內側形狀與單電池100的四角的形狀對應。各單電池100被電池支架114的四角設置的肩部114b約束外部輪廓。由此，規定了與電池組的較長方向正交的方向上的各單電池100的位置。
[0034]各電池支架114的肩部114b的外側形狀與軸122的L字部的形狀對應。電池支架114的肩部114b被軸122的L字部約束。從而，各單電池100經由電池支架114被軸122保持。
[0035]如圖1?圖3所示，在單電池100的上方，配置有覆蓋單電池100的容器表面的頂板116。在頂板116的上側疊層有頂蓋117。頂蓋117和頂板116，由于軸122的L字部上表面設置有多個螺栓113，通過將其安裝到螺紋部122a(參照圖3)，以按規定的表面壓力相互接觸的方式連結。如圖2所示，通過將頂蓋117和頂板116對準而形成在電池組的長方向上延伸的空間即氣體排氣通路。在氣體排氣通路中的電池組的較長方向的終端延伸設置有接合部118。接合部118與向車輛外部導出氣體的軟管等(未圖示)連接。
[0036]如圖2和圖3所示，在頂板116上，在與后述的各單電池100的排氣閥103對應的位置設置有長圓形的排氣用開口 116b。在各排氣用開口 116b與單電池100的電池蓋102之間嵌入密封部件119，將排氣用開口 116b與電池蓋102之間的間隙密封。
[0037]本實施方式中，由于設置了上述這樣的氣體排出結構，單電池100的排氣閥103開裂時，從排氣閥103排出的氣體通過排氣用開口 116b，被導入由頂板116和頂蓋117形成的氣體排氣通路內，從接合部118被導向車輛外部。
[0038]對構成電池組的單電池100進行說明。構成電池組的多個單電池100分別為相同的結構。圖4是表示單電池100的外觀立體圖，圖5是表示單電池100的結構的分解立體圖。
[0039]如圖4所示，單電池100具備電池桶101和電池蓋102構成的電池容器。電池桶101和電池蓋102的材質為鋁或鋁合金等。電池桶101通過深沖加工，形成一端開口的扁平的矩形箱狀。電池桶101具有矩形平板狀的底板101c、從底板IOlc的一對長邊部分別豎起的一對寬幅側板IOla和從底板IOlc的一對短邊部分別豎起的一對窄幅側板101b。
[0040]如圖5所示，在電池桶101中收容有被蓋組裝體107 (參照圖7)保持的卷繞電極組170 (參照圖6)。與卷繞電極組170的正極電極174接合的正極集電體180和與卷繞電極組170的負極電極175接合的負極集電體190以及卷繞電極組170在被絕緣外殼108覆蓋的狀態下被收容在電池桶101中。絕緣外殼108的材質為聚丙烯等具有絕緣性的數值。由此，使電池桶101與卷繞電極組170電絕緣。
[0041]如圖4和圖5所示，電池蓋102為矩形平板狀，以堵塞電池桶101的開口的方式進行激光焊接。即，電池蓋102將電池桶101的開口密封。如圖4所示，在電池蓋102上配置有與卷繞電極組170的正極電極174和負極電極175 (參照圖6)電連接的正極外部端子104和負極外部端子105。
[0042]由于正極外部端子104與卷繞電極組170的正極電極174電連接，負極外部端子105與卷繞電極組170的負極電極175電連接，通過正極外部端子104和負極外部端子105對外部機器供給電力，或通過正極外部端子104和負極外部端子105對卷繞電極組170供給外部發電電力進行充電。
[0043]如圖5所示，電池蓋102上，貫穿設置有用于對電池容器內注入電解液的注液孔106a。注液孔106a在注入電解液后被注液塞106b密封。能夠使用例如在碳酸乙烯酯等碳酸酯類的有機溶劑中使六氟磷酸鋰(LiPF6)等鋰鹽溶解而成的非水電解液作為電解液。
[0044]在電池蓋102上設置有排氣閥103。排氣閥103通過沖壓加工使電池蓋102部分變薄而形成。此外，也可以將薄膜部件通過激光焊接等安裝到電池蓋102的開口，將較薄部分作為排氣閥。排氣閥103，在單電池100因過充電等異常發熱并產生氣體、電池容器內的壓強上升達到規定壓強時開裂，從內部排出氣體從而使電池容器內的壓強降低。
[0045]參照圖6對卷繞電極組170進行說明。圖6是表示卷繞電極組170的立體圖,表示使卷繞電極組170的卷繞終點一側展開的狀態。作為發電元件的卷繞電極組170，通過使長條狀的正極電極174和負極電極175隔著隔膜173a、173b繞著卷繞中心軸W以扁平形狀卷繞而成為疊層結構。
[0046]正極電極174是在正極箔171的兩面形成有正極活性物質中混合了粘合劑(binder)的正極活性物質合劑的層176的部件。負極電極175是在負極箔172的兩面形成有在負極活性物質中混合了粘合劑(binder)的負極活性物質合劑的層177的部件。
[0047]正極箔171為厚度20?30 μ m的鋁箔，負極箔172為厚度15?20 μ m程度的銅箔。隔膜173a、173b的材料為鋰離子能夠通過的微多孔質的聚乙烯樹脂。正極活性物質為錳酸鋰等含鋰過渡金屬復合氧化物，負極活性物質是能夠可逆地吸收、解吸鋰離子的石墨等碳材料。
[0048]卷繞電極組170的寬方向(與卷繞方向正交的卷繞中心軸W方向)的兩端部，一方為疊層有未形成正極活性物質合劑層176的未涂裝部(正極箔171的露出部)的部分，另一方為疊層有未形成負極活性物質合劑層177的未涂裝部(負極箔172的露出部)的部分。正極側未涂裝部的疊層體和負極側未涂裝部的疊層體分別預先被壓扁，分別與后述的蓋組裝體107 (參照圖7)的正極集電體180和負極集電體190通過超聲波接合連接，形成電極組組裝體109 (參照圖5)。
[0049]參照圖7和圖8詳細說明蓋組裝體107的結構。圖7是表示蓋組裝體107的分解立體圖，圖8是表示蓋組裝體107的結構的截面圖。圖8 (a)表示圖7的B-B線截斷面。圖8 (b)是表示組裝了蓋組裝體107的結構部件的狀態的截面圖，表示將正極連接部143和負極連接部153的前端鉚接前的狀態。圖8 (c)是圖4的A-A線截斷截面圖，表示將正極連接部143和負極連接部153的前端鉚接后的狀態。圖8中表示了負極一側的結構，而由于正極一側也是同樣的形狀、結構，為了方便，用括號附加正極一側的構成元件的參照編號。圖8 (c)是用于說明將匯流條123與正極外部端子104和負極外部端子105螺栓連結的連接方法和焊接的連接方法的圖。圖8 (c)中，用兩點劃線表示匯流條123和螺母132，構成電池組時選擇某一方的連接方法。
[0050]如圖7和圖8(a)所示，蓋組裝體107包括電池蓋102、設置在電池蓋102的一端的正極外部端子104、設置在電池蓋102的另一端的負極外部端子105、一對外部絕緣體160、一對內部絕緣體165、一對襯墊169、正極集電體180和負極集電體190而構成。
[0051]正極外部端子104和正極集電體180的材質為鋁。正極外部端子104如后所述通過將正極連接部143與正極集電體180的接觸面部181鉚接而與正極集電體180電連接(參照圖9)。負極外部端子105和負極集電體190的材質為銅。負極外部端子105如后所述通過將負極連接部153鉚接到負極集電體190的接觸面部191而與負極集電體190電連接(參照圖9)。
[0052]正極外部端子104、負極外部端子105、正極集電體180和負極集電體190,隔著外部絕緣體160、內部絕緣體165和襯墊169安裝在電池蓋102上。外部絕緣體160和內部絕緣體165的材質為聚丙烯(PP)等具有絕緣性的樹脂。襯墊169的材質為四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物(PFA)等具有絕緣性的樹脂。
[0053]本實施方式的單電池100是能夠將匯流條123、124通過螺栓131、螺母132與正極外部端子104和負極外部端子105螺栓連結，并且，能夠將匯流條123、124與正極外部端子104和負極外部端子105焊接的結構。即，根據本實施方式，能夠用通過螺栓131、螺母132螺栓連結的方法或焊接的方法中的某一種連接方法將匯流條123、124與正極外部端子104和負極外部端子105連接。
[0054]如圖3所示，本實施方式中，通過將匯流條123、124用螺栓131、螺母132螺栓連結而形成電池組。如圖7所示，各單電池100具備用于將匯流條123、124螺栓連結的一對螺栓131。如圖8 (a)所示，螺栓131具有矩形平板狀的頭部131b和從頭部131b突出設置的軸部131a。在軸部131a上形成公螺紋。螺栓131的材質為不銹鋼和鉻鑰鋼等合金鋼。
[0055]如圖7和圖8 Ca)所示，正極外部端子104具有矩形平板狀的正極抵接部142和從正極抵接部142朝向電池容器的內側突出設置的圓筒狀的正極連接部143。正極抵接部142與正極連接部143通過鍛造和鑄造等一體形成。正極抵接部142是與匯流條123、124電連接的部分，配置在電池容器的外部。正極連接部143是與正極集電體180電連接的部分，配置在電池容器的內部。
[0056]同樣，負極外部端子105具有矩形平板狀的負極抵接部152和從負極抵接部152朝向電池容器的內側突出設置的圓筒狀的負極連接部153。負極抵接部152與負極連接部153通過鍛造和鑄造等一體形成。負極抵接部152是與匯流條123、124電連接的部分，配置在電池容器的外部。負極連接部153是與負極集電體190電連接的部分，配置在電池容器的內部。
[0057]正極抵接部142具有抵接匯流條123、124的平坦的抵接面142a。正極抵接部142具有匯流條123、124通過螺栓131、螺母132螺栓連結的正極連結部145，和與正極連結部145鄰接配置的焊接匯流條123、124的正極焊接部141。在正極連結部145與正極焊接部141之間設置有頸部，正極連結部145與正極焊接部141通過頸部連接。
[0058]同樣地，負極抵接部152具有抵接匯流條123、124的平坦的抵接面152a。負極抵接部152具有匯流條123、124通過螺栓131、螺母132螺栓連結的負極連結部155，和與負極連結部155鄰接配置的焊接匯流條123、124的負極焊接部151。在負極連結部155與負極焊接部151之間設置有頸部，負極連結部155與負極焊接部151通過頸部連接。
[0059]在正極連結部145上設置有使螺栓131的軸部131a插通的螺栓插通孔145a。同樣，在負極連結部155上設置有使螺栓131的軸部131a插通的螺栓插通孔155a。
[0060]正極連接部143與正極焊接部141相對地設置。具體而言，正極連接部143以從正極焊接部141朝向電池容器的內側突出，貫通電池蓋102的貫通孔102h的方式設置。正極連接部143具有從正極焊接部141朝向電池容器的內側突出設置的基端側貫通部143b，和從基端側貫通部143b朝向電池容器的內側突出設置的前端側貫通部143a。前端側貫通部143a的外徑比基端側貫通部143b的外徑更小地形成。前端側貫通部143a為如后所述與正極集電體180的接觸面部181鉚接的部分，形成圓筒形。
[0061]同樣，負極連接部153與負極焊接部151相對地設置。具體而言，負極連接部153以從負極焊接部151朝向電池容器的內側突出，貫通電池蓋102的貫通孔102h的方式設置。負極連接部153具有從負極焊接部151朝向電池容器的內側突出設置的基端側貫通部153b，和從基端側貫通部153b朝向電池容器的內側突出設置的前端側貫通部153a。前端側貫通部153a的外徑比基端側貫通部153b的外徑較小地形成。前端側貫通部153a為如后所述與負極集電體190的接觸面部191鉚接的部分，形成圓筒形。
[0062]在電池蓋102上，設置有以朝向電池容器的內側凹陷的方式形成的一對嵌合凹部102a，和使正極連接部143的基端側貫通部143b以及負極連接部153的基端側貫通部153b插通的一對貫通孔102h。嵌合凹部102a為螺栓131的頭部131b隔著外部絕緣體160嵌合的部分，與螺栓131的頭部131b的形狀對應地在平面視圖下形成矩形。
[0063]對外部絕緣體160進行說明。由于正極一側的外部絕緣體160和負極一側的外部絕緣體160為同樣的形狀，以正極一側的外部絕緣體160為代表說明。外部絕緣體160具有端子絕緣部160a、覆蓋壁160b、螺栓絕緣部160c、插入襯墊169的貫通孔160h。
[0064]端子絕緣部160a夾在正極外部端子104的正極連結部145和電池蓋102之間使正極外部端子104與電池蓋102絕緣。覆蓋壁160b構成外部絕緣體160的外部邊緣，覆蓋正極外部端子104中向電池容器的外部露出的正極連接部145和正極焊接部141的側面。
[0065]螺栓絕緣部160c具有從端子絕緣部160a朝向電池蓋102凹陷的凹面160f，和與凹面160f對應地從端子絕緣部160a向電池蓋102 —側突出的凸面160g。凹面160f與螺栓131的頭部131b的外形形狀對應地形成，凸面160g與電池蓋102的嵌合凹部102a對應地形成。
[0066]在電池蓋102的嵌合凹部102a中，隔著螺栓絕緣部160c嵌合螺栓131的頭部131b。S卩，螺栓絕緣部160c夾在電池蓋102的嵌合凹部102a與螺栓131的頭部131b之間使螺栓131與電池蓋102絕緣。
[0067]對襯墊169進行說明。由于正極一側的襯墊169與負極一側的襯墊169為同樣的形狀，以正極一側的襯墊169為代表說明。襯墊169具備圓筒狀的筒部和設置在筒部的一端的凸緣部。襯墊169安裝在正極連接部143的基端側貫通部143b上。
[0068]襯墊169夾在電池蓋102的貫通孔102h與正極連接部143的基端側貫通部143b之間配置，將貫通孔102h與基端側貫通部143b之間的間隙密封。襯墊169如上所述具有絕緣性，由此使正極連接部143與電池蓋102電絕緣。
[0069]對正極集電體180和負極集電體190進行說明。如圖7所示，正極集電體180具備沿著電池蓋102的內面的接觸面部181，從接觸面部181的側部大致直角地彎曲、沿著電池桶101的寬幅側板IOla向電池桶101的底板IOlc延伸的一對平面板182，通過設置在一對平面板182的各自的下端的傾斜部185連接的接合平面部183。在接觸面部181上設置有安裝正極連接部143的貫通孔。
[0070]同樣，負極集電體190具備沿著電池蓋102的內面的接觸面部191，從接觸面部191的側部大致直角地彎曲、沿著電池桶101的寬幅側板IOla向電池桶101的底板IOlc延伸的一對平面板192，和通過設置在一對平面板192的各自的下端的傾斜部195連接的接合平面部193。在接觸面部191上設置有安裝負極連接部153的貫通孔。
[0071]在正極集電體180的接觸面部181與電池蓋102之間，以及在負極集電體190的接觸面部191與電池蓋102之間，配置有矩形平板狀的內部絕緣體165，使正極集電體180與電池蓋102、和負極集電體190與電池蓋102分別絕緣。正極一側的內部絕緣體165與負極一側的內部絕緣體165為同樣的形狀，設置有正極連接部143的基端側貫通部143b和負極連接部153的基端側貫通部153b貫通的貫通孔。
[0072]如圖8 (b)所示，正極連接部143，在基端側貫通部143b安裝了襯墊169的狀態下，在電池蓋102的貫通孔102h和內部絕緣體165的貫通孔中插通。正極連接部143的前端側貫通部143a，在正極集電體180的接觸面部181上形成的貫通孔中插通。如圖所示，基端側貫通部143b和前端側貫通部143a之間形成的階梯部143c與接觸面部181抵接，在襯墊169的凸緣部被正極焊接部141和電池蓋102的外表面夾著的狀態下，前端側貫通部143a的前端與接觸面部181鉚接，如圖8 (c)所示，形成有正極鉚接部143d。
[0073]結果，接觸面部181被正極鉚接部143d和基端側貫通部143b夾持，使正極集電體180與正極外部端子104電連接。此外，也可以使正極鉚接部143d與正極集電體180的支承面181在鉚接固定后，通過激光進行點焊。
[0074]同樣地，負極連接部153，在基端側貫通部153b安裝有襯墊169的狀態下，在電池蓋102的貫通孔102h和內部絕緣體165的貫通孔中插通。負極連接部153的前端側貫通部153a，在負極集電體190的接觸面部191上形成的貫通孔中插通。如圖所示,基端側貫通部153b和前端側貫通部153a之間形成的階梯部153c與接觸面部191抵接，在襯墊169的凸緣部被負極焊接部151和電池蓋102的外表面夾著的狀態下，前端側貫通部153a的前端與接觸面部191鉚接，形成負極鉚接部153d。
[0075]結果，接觸面部191被負極鉚接部153d和基端側貫通部153b夾持，使負極集電體190與負極外部端子105電連接。此外，也可以使負極鉚接部153d與負極集電體190的接觸面部191在鉚接固定后，通過激光進行點焊。
[0076]在正極連接部143的中心軸上的正極抵接部142的抵接面142a上設置有以朝向電池容器的內側凹陷的方式形成的凹部142b。同樣，在負極連接部153的中心軸上的負極抵接部152的抵接面152a上設置有以朝向電池容器的內側凹陷的方式形成的凹部152b。本實施方式中，利用該凹部142b、152b進行鉚接機的模具的定位。
[0077]參照圖9說明鉚接工序。其中，正極連接部143相對于正極集電體180的接觸面部181的鉚接工序和負極連接部153相對于負極集電體190的接觸面部191的鉚接工序為同樣的工序，因此以正極一側的鉚接工序為代表說明。
[0078]鉚接工序中，如圖9 Ca)所示，在使模具20的平面部與正極抵接部142的抵接面142a抵接的狀態下，通過將前端圓錐形的模具22壓入正極連接部143的內側即鉚接孔，將圓筒狀的正極連接部143的前端向外側按壓展開。由此，使正極集電體180、正極外部端子104、襯墊169、外部絕緣體160和內部絕緣體165相對于電池蓋102半固定。
[0079]在鉚接機的模具20上設置有銷狀的突起21，通過將該突起21與抵接面142a上形成的凹部142b嵌合，能夠容易并且高精度地進行正極外部端子104相對于鉚接機的定位。由此，能夠高精度地將鉚接機的前端圓錐形的模具22壓入圓筒狀的正極連接部143的內側。
[0080]對前端圓錐形的模具22的種類順次交換為前端角度較大的，向正極連接部143的內側即鉚接孔壓入，逐漸將正極連接部143的前端向外側按壓展開。如圖9 (b)所示，通過將具有與電池蓋102平行的平面視圖下圓形的平面部23a、從平面部23a向電池蓋102傾斜的平面視圖下圓環狀的傾斜部23b的模具23向正極連接部143的前端壓緊，形成平面視圖下圓環狀的正極鉚接部143d。由此，將正極集電體180、正極外部端子104、襯墊169、外部絕緣體160和內部絕緣體165相對于電池蓋102緊固固定，使其一體化。此外，通過將負極連接部153也同樣地與負極集電體190的接觸面部191鉚接，使負極集電體190、負極外部端子105、襯墊169、外部絕緣體160和內部絕緣體165相對于電池蓋102緊固固定，使其一體化。
[0081]將正極外部端子104組裝到電池蓋102時，通過正極連結部145和電池蓋102的嵌合凹部102a劃分出長方體形狀的正極側空間。如圖8 (C)所示，正極側空間形成為在電池蓋102與正極連結部145之間收容螺栓131的頭部131b的空間。
[0082]正極側空間是為了將匯流條123、124通過螺栓131、螺母132與正極連結部145螺栓連結而利用的空間。構成正極側空間的電池蓋102的嵌合凹部102a的側面，在將螺母132緊固到螺栓131的軸部131a時，隔著外部絕緣體160與螺栓131的頭部131b的側面卡合，限制螺栓131的旋轉。構成正極側空間的正極連結部145的電池蓋102 —側的面，與螺栓131的頭部131b卡合，防止螺栓131脫落。這樣，通過在正極側空間中收容螺栓131的頭部131b，能夠通過螺栓131、螺母132，容易地將匯流條123、124與正極外部端子104連接。
[0083]同樣地，將負極外部端子105組裝到電池蓋102時，通過負極連結部155與電池蓋102的嵌合凹部102a劃分出長方體形狀的負極側空間。如圖8 (c)所示，負極側空間形成為在電池蓋102與負極連結部155之間收容螺栓131的頭部131b的空間。
[0084]負極側空間是為了將匯流條123、124通過螺栓131、螺母132與負極連結部155螺栓連結而利用的空間。構成負極側空間的電池蓋102的嵌合凹部102a的側面，在將螺母132緊固到螺栓131的軸部131a時，隔著外部絕緣體160與螺栓131的頭部131b的側面卡合，限制螺栓131的旋轉。構成負極側空間的負極連結部155的電池蓋102 —側的面與螺栓131的頭部131b卡合，防止螺栓131脫落。這樣，通過在負極側空間中收容螺栓131的頭部131b，能夠通過螺栓131、螺母132容易地將匯流條123、124與負極外部端子105連接。
[0085]圖3中，表示了將匯流條123、124通過螺栓131、螺母132安裝到外部端子的電池組，而如上所述，本實施方式的單電池100中，也能夠不將匯流條123、124用螺栓131、螺母132螺栓連結，而是改為將匯流條123、124通過焊接安裝到外部端子。圖10是通過焊接安裝匯流條223、224的電池組的分解立體圖，圖11是表示在正極焊接部141和負極焊接部151上焊接了匯流條223的狀態的截面圖。
[0086]如圖10所示，多個單電池100通過匯流條223電連接。圖10的電池組中，匯流條223通過焊接與正極焊接部141和負極焊接部151連接。其中，圖中位于最近處的單電池100的正極外部端子104和圖中位于最深處的單電池100的負極外部端子105，與未圖示的其他電池組電串聯或并聯地通過匯流條224a、224b連接，或與未圖示的電力導出用的端子通過匯流條224a、224b連接。
[0087]如圖11所示，匯流條223是例如將鋁板223a的端部和銅板223b的端部重疊壓延，之后通過進行熱處理擴散接合制作的復合材料(覆層材料)。
[0088]在匯流條223的鋁板223a上，設置有從與正極外部端子104的抵接面142a抵接的平面部向電池一側突出的突起225a，在匯流條223的銅板223b上，設置有從與負極外部端子105的抵接面152a抵接的平面部向電池一側突出的突起225b。
[0089]對匯流條223進行焊接時，首先將該突起225a、225b與上述抵接面142a、152a上設置的凹部142b、152b嵌合，進行定位。通過將突起225a、225b與抵接面142a、152a上形成的凹部142b、152b嵌合，能夠容易并且高精度地進行匯流條223的定位。進行定位后，將鋁板223a與正極焊接部141通過激光進行抵接全焊透焊接，將銅板223b與負極焊接部151通過激光焊接進行抵接全焊透焊接。如圖11所示，通過激光焊接在正極外部端子104與匯流條223之間形成焊接金屬226a，在負極外部端子105與匯流條223之間形成焊接金屬226b。焊接金屬226a構成正極外部端子104與匯流條223之間的導通通路，焊接金屬226b構成負極外部端子105與匯流條223之間的導通通路。
[0090]根據上述本實施方式，能夠實現以下的作用效果。
[0091](I)在外部端子104、105上，分別設置有通過螺栓131、螺母132將匯流條123、124螺栓連結的連結部145、155，和與連結部145、155鄰接配置的焊接了匯流條123、124的焊接部141、151。由此，用螺栓連結的連接方法或焊接的連接方法均能夠提供能夠連接匯流條123、124與外部端子104、105的單電池100和具備多個該單電池100的電池組。
[0092](2)從焊接部141、151分別朝向電池容器的內側突出、貫通電池蓋102與集電體180、190連接的連接部143、153與抵接部142、152 —體地設置。與此相對，專利文獻I記載的二次電池中，設置了連接外部端子與集電體(相當于專利文獻I的連接板)的連接銷。即，本實施方式中，由于外部端子直接與集電體連接，與專利文獻I所述的二次電池相比，為部件個數較少的簡單的結構，能夠容易地進行組裝，因此能夠實現制作成本的降低。此外，本實施方式中，由于外部端子直接與集電體連接，與專利文獻I所述的二次電池相比能夠實現連接電阻的降低。
[0093](3)在圓筒狀的連接部143、153的各中心軸上的抵接部142、152的抵接面142a、152a上設置了凹部142b、152b。由此，能夠容易且高精度地進行鉚接機的模具的定位和匯流條223的定位。
[0094]以下變形也在本發明的范圍內，能夠將一個或多個變形例與上述實施方式組合。
[0095](I)上述實施方式中，說明了將匯流條123、124通過螺栓131、螺母132通過螺栓連結，或將匯流條223、224通過焊接安裝到正負極外部端子104、105的例子(參照圖3和圖10)，但本發明不限于此。也可以將匯流條的一端通過使用螺栓131、螺母132的螺栓連結與正負極外部端子104、105中的一方連接，將匯流條124的另一端通過焊接與正負極外部端子104、105中的另一方連接。
[0096]例如，在圖12 (a)所示的電池組中，在由銅構成的匯流條323的一端設置的貫通孔中插通設置在正極一側的螺栓131的軸部131a，通過將螺母(未圖示)安裝到軸部131a，使匯流條323的一端與正極連結部145連接。匯流條323的另一端通過焊接與負極焊接部151連接。
[0097]這樣，即使是匯流條323不使用覆層材料的情況下，由于負極外部端子105與匯流條323的材質均為銅，所以能夠進行焊接，正極外部端子104與匯流條323能夠用螺栓131、螺母132連接。
[0098]不使用銅構成的匯流條323，而如圖12 (b)所示，改為使用由鋁構成的匯流條423的情況下，能夠將正極外部端子104與匯流條423焊接，將負極外部端子105與匯流條423通過螺栓131、螺母132連接。
[0099](2)上述實施方式中，說明了將螺栓131組裝到電池組的例子，但本發明不限于此。只要具有能夠保持螺栓131的結構即可，例如，僅通過焊接安裝匯流條的情況下，能夠省略螺栓131。此外，將匯流條的一端通過螺栓連結與外部端子連接，將匯流條的另一端通過焊接與外部端子連接的情況下，也可以僅在螺栓連結一側的外部端子上設置螺栓131，不在焊接一側的外部端子上設置螺栓131。通過省略螺栓131，能夠實現電池組的輕量化、低成本化。
[0100](3)上述實施方式中，說明了將螺栓131的頭部131b分別收容到正極側空間和負極側空間的例子，但本發明不限于此。也可以不收容螺栓131的頭部131b，改為收容螺母132。
[0101](4)正極外部端子104、正極集電體180和正極箔171的材質不限于鋁，也可以是鋁合金。負極外部端子105、負極集電體190和負極箔172的材質不限于銅，也可以是銅合金。[0102](5)作為構成電池組的單電池，以鋰離子二次電池為一例說明，但本發明不限于此。能夠將本發明應用于鎳氫電池等將蓄電元件收容在容器內的各種單電池。
[0103](6)上述實施方式中，說明了混合動力型的電動車和純電動車中搭載的蓄電裝置中組裝的電池組，但本發明不限于此。也可以將本發明應用于其他電動車輛，例如能夠用作混合動力電車等鐵道車輛、公共汽車等乘用車、卡車等貨車、電池式叉車等工業用車等的蓄電裝置的電池組。
[0104]只要不損礙本發明的特征，本發明就不限于上述實施方式，在本發明的技術思想的范圍內能夠考慮的其他方式也包括在本發明的范圍內。
【權利要求】
1.一種單電池，其特征在于，包括: 具有電極的發電元件； 具有收容所述發電元件的電池桶和密封所述電池桶的開口的電池蓋的電池容器； 配置于所述電池蓋的外部端子；和 連接所述發電元件的電極和所述外部端子的集電體， 所述外部端子具備在所述電池容器內部與所述集電體連接的連接部、與所述連接部相對地設置在所述電池容器外部的平面部、與所述平面部鄰接且具有插通孔的連結部， 所述連接部、所述平面部和所述連結部一體地形成。
2.如權利要求1所述的單電池，其特征在于: 在所述連結部與所述電池蓋之間設置有空間。
3.如權利要求2所述的單電池，其特征在于: 具備用于使匯流條連結在所述連結部的螺栓， 在所述電池蓋上設置有隔著絕緣部件嵌合所述螺栓的頭部的嵌合凹部， 所述空間由所述嵌合凹部和所述連結部劃分而成， 在所述連結部的插通孔中插通所述螺栓的軸部， 所述連接部設置成從所述平面部向所述電池容器的內側突出并貫通所述電池蓋。
4.如權利要求1?3中任一項所述的單電池，其特征在于: 所述連接部形成為圓筒狀，通過將前端鉚接而與所述集電體連接， 在所述連接部的中心軸上的所述平面部設置有凹部。
5.一種電池組，其具備多個權利要求1所述的單電池， 所述多個單電池之間通過匯流條電連接， 通過焊接使得所述匯流條與所述平面部連接。
6.一種電池組,其具備多個權利要求1所述的單電池， 所述多個單電池之間通過匯流條電連接， 構成所述電池組的各單電池還具有用于使所述匯流條與所述連結部連結的螺栓， 通過在所述螺栓的軸部安裝螺母使得所述匯流條與所述連結部連接。
7.一種電池組，其具備多個權利要求1所述的單電池， 所述多個單電池之間通過匯流條電連接， 構成所述電池組的各個單電池，至少在正極和負極中的任一者一側，還具有用于使所述匯流條與所述連結部連結的螺栓， 通過在所述螺栓的軸部安裝螺母使得所述匯流條的一端與所述正極和負極中的任一者的連結部連接，通過焊接使得所述匯流條的另一端與所述正極和負極中另一者的平面部連接。
【文檔編號】H01M2/20GK103427063SQ201310198490
【公開日】2013年12月4日 申請日期:2013年5月24日 優先權日:2012年5月25日
【發明者】綱木拓郎, 佐佐木孝, 浦野和昭, 西丸翔 申請人:日立車輛能源株式會社