CN107639343B - 焊接金属部件和具有该焊接金属部件的电池 - Google Patents

焊接金属部件和具有该焊接金属部件的电池 Download PDF

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Abstract

本发明提供在将材料不同的2种金属焊接时，具有焊接强度高的稳定的焊接部的焊接金属部件和具有该焊接金属部件的电池。为了达成上述目的，使用一种焊接金属部件，其包含第1部件、层叠于所述第1部件且与所述第1部件不同材料的第2部件、和贯穿所述第2部件到达所述第1部件的焊接部，所述焊接部中的包含所述第1部件的金属和所述第2部件的金属的金属间化合物的比例为15％以上且60％以下。使用具有所述第1部件为母线、所述第2部件为电池的电极的所述焊接金属部件的电池。

Description

焊接金属部件和具有该焊接金属部件的电池
技术领域
本发明涉及焊接金属部件和具有该焊接金属部件的电池。
背景技术
电池***将多个电池单元串联连接能够提高输出电压。另外，电池 ***将多个电池单元并联连接能够增大充放电的电流。
例如，使汽车行进的马达的电源中使用的大电流、大输出功率用的 电池***中将多个电池单元串联连接来提高输出电压。该用途中使用的电 池***中将多个电池单元用金属板的母线连接。母线激光焊接于构成电池 ***的电池单元的电极端子而连接。该连接结构中，对母线设置切出部， 在此***电池单元的电极端子，向***的电极端子与母线的边界照射激 光，将电极端子与母线二者在边界熔融而连接。
电池中有正极和负极，以往，在正极侧使用铝端子，在负极侧使用 镀镍的铜端子。母线的切出部中插通2个邻接的电池单元的各个电极端 子，将邻接的电池单元间串联或并联地连接。因此，一个母线至少连接2 个电池单元的电极端子。
对母线使用被称为包覆材的铝和铜的结合部件的情况下，正极侧的 铝端子与包覆材的铝侧焊接、负极侧的铜端子与包覆材的铜侧焊接即可， 因而分别是同种金属彼此的焊接，技术上没有特殊困难的点。
然而，该包覆材是使铝和铜的薄板按照接合部重叠的方式分别重合， 一边施加热一边施加压力进行压合而得的，因此工序所花费的费用高而且 直接材料费也高价，因此存在不能低成本化的问题。
此外，通过对母线使用廉价的铝，能够生产廉价且轻的电池***。 但是，在使用铝母线的情况下，正极侧用铝母线与铝端子的同种材焊接没 有问题，但负极侧成为铝母线和镍镀覆的铜端子的异种材焊接，很难稳定 地实现高品质的焊接。
异种材焊接是将不同的金属材料一起熔融，混合后使其凝固从而进 行焊接。但是，对于铝与铜的异种材焊接，若其合金被充分加热以某个温 度以上进行一定的时间熔融，则形成铝与铜的组成为一定比率的金属间化 合物。在此，金属间化合物(intermetallic compound)是由2种以上的金属 构成的化合物(合金)。构成元素的原子比为整数。具有与成分元素不同的 特有的物理化学性质、晶体结构的情况较多。
在此，对金属间化合物进行简单说明。金属间化合物是由2种金属 构成的化合物，是合金的一种。合金大致分为固溶体和金属间化合物。
固溶体(solid solution)是指，2种以上的元素(有金属的情况也有非金 属的情况)相互熔合，整体成为均匀的固相的物质。保持原来的金属的某 个结构，并且另一金属原子无规地置换或侵入，因而其组成在一定幅度中 可变。其性质接近原来的金属。在铝与铜的固溶体的情况下，与金属间化 合物相比柔软且具有延展性。
另一方面，金属间化合物具有与原来的金属完全不同的晶体结构。 结果，在确定的位置仅配置确定数量的金属原子，成为简单的整数比的组 成。其性质与原来的金属不同。铝与铜的金属间化合物主要是CuAl2、 CuAl、Cu9Al4，有与固溶体相比硬且脆的性质。
将铝与铜重叠从铝侧照射激光的异种材焊接时，若在接合部大量生 成金属间化合物，则在发生拉伸等应力时在硬且脆的金属间化合物的界面 发生小的剥离。结果，该剥离扩散，接合面整体因较小的应力而剥离。因 此，有在产生应力的部件的接合中不能使用异种材焊接的问题。
在对接的异种材焊接中，作为使接合强度提高的方法，发明了一种 接合体，其特征在于，包含；Cu的含量低于5.7重量％且包含Al的第1 金属部件、Al的含量低于9.4重量％且包含Cu的第2金属部件、和将第 l金属部件与第2金属部件接合的接合部，接合部包含选自Si、Ni、Mn、 Co、Zn、Ge、Au、Ag和Pd中的至少1种元素(参照专利文献1)。
根据专利文献1，为了除了获得高的接合强度之外还得到优异的导电 性，期望将第1金属部件中的Al的含量设为99.5重量％以上。这样的第 1金属部件中不可避免的杂质的含量为0.5重量％以下，能够使电导率为 60％IACS(电阻的国际基准)以上。作为这样的第1金属部件的例子，可以 举出例如1050铝材、1080铝材、1100铝材(JIS标准)等。另外，期望将 第2金属部件中的Cu的含量设为99.9重量％以上。这样的第2金属部件 中不可避免的杂质的含量为0.1重量％以下，能够使电导率为90％IACS。 作为这样的第2金属部件的例子，可以举出例如无氧铜。
接合部包含选自Si、Ni、Mn、Co、Zn、Ge、Au、Ag和Pd中的至 少1种“接合元素”。在具有这样的构成的接合体中，Al与可作为接合元 素选择的各元素的反应性比Al与Cu的反应性高。另外，Cu与可作为接 合元素选择的各元素的反应性比Cu与Al的反应性高。也就是说，对于 Al和Cu而言，在Al与Cu与接合元素共存的情况下，比起相互更优先 地与接合元素反应。
因此，通过使用包含接合元素的接合部，能够抑制Al与Cu的反应， 并且将第1金属部件与第2金属部件经由该接合部牢固地接合。由此，可 以得到可靠性高的接合体，这在专利文献1中得以说明。
另外，发明了一种异金属薄板的焊接方法，其具有从熔点相对低的 第1的金属薄板侧照射能量束，作为焊接部，形成多个点状的焊接部的工 序(参照专利文献2)。
根据专利文献2，1个焊接部的截面形状为从上侧的正极端子向下侧 的负极端子成为前端细那样的楔形的形状。焊接部之中，至少熔入部及其 附近的区域合金化。在重合部，焊接部自身的总面积(总量)变少，因此合 金化的焊接部导致的电阻的增加被抑制，重合部的电学特性良好。
另外，在焊接部彼此之间，形成正极端子与负极端子直接密合的焊 接部间区域，能够在电阻不增加的该区域流过电流。因此，电学特性保持 良好。该焊接部间区域在其上下方向的两侧，端子彼此通过焊接部而接合， 因此成为正极端子与负极端子充分地密合的状态，因此在端子彼此之间难 以产生间隙而电流良好地流过。
专利文献2中未记载接合强度，但电阻值的增加和接合强度的降低 的原因在于金属间化合物的大量生成，在抑制该生成的方面，专利文献 2的方向性与专利文献1的方向性相同。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2012-138306号公报
专利文献2：WO2006/016441号公报
发明内容
发明要解决的问题
然而，将专利文献1所示的现有技术应用于铝母线与镍镀覆的铜端子 的焊接的情况下，存在以下所示这样的课题。
专利文献1中记载的焊接中，使第1金属部件与第2金属部件对接而 配置，向由切出部形成的空隙插置线状的接合材后，通过激光将该接合材、 以及将第1金属部件和第2金属部件的一部分熔融，进行焊接。
进行重叠焊接时，首先使第1金属部件熔融，其后根据焊接部的深度 方向的进展将接合材、第2金属部件依次熔融，由此与第1金属部件相比 第2金属部件的焊接部变得非常小。因此，关于接合部整体的组成，难以 控制为以接合材为基础的组成。接合部的上部中第1金属部件的元素变 多，接合部的下部中第2金属部件变多，成为组成沿深度方向缓缓变化的 结构。
因此，固溶体的深度方向的区域变窄，通过Al与Cu的直接反应而 形成的金属间化合物变多，接合强度变低。
另外，从需要接合材的方面、为了将接合材插置于接合面而需要对第 1金属部件或第2金属部件进行追加加工的方面出发，用于焊接的部件成 本变高，成为低成本化的阻碍。
接着，专利文献2中记载的焊接在重合部具有多个点状的焊接部。在 进行点状的焊接的情况下，向焊接点照射激光。第1金属板表面被加热， 若变为熔点以上则表面附近熔融。进一步继续激光照射，焊接部进展到第 1的金属板的较深位置，熔融至第1金属板的底。其后第2金属板的上面 继续熔融，最终熔融至第2金属板的目标深度。然后，停止激光的照射， 使焊接部固化而焊接。向相距焊接点的点相对地移动激光照射装置或被焊 接部件，同样地重复多次该工序。
若进行这样的点焊，则每一点的激光的照射时间非常长因而熔融时间 变长，第1与第2金属板的元素混合而原子容易有规则地排列，因此在接 合部大量形成金属间化合物而接合强度降低。像这样，基本的每单位面积 的接合强度低，因此即使形成多个点接合部而增多接合面积，也由于大量 生成金属间化合物而难以极度地提高接合强度。另外，在连接小端子部的 母线焊接中，较大地取得焊接面积本身变难。
另外，关于包括这些的现有文献，还有进行接合部的组成的表述的文 献，但没有将接合部的哪个位置如何来评价组成的详细表述，现状是金属 间化合物与固溶体混合存在的焊接部的具体评价方法没有确立。
本发明鉴于上述课题而完成，目的在于提供，在将材料不同的2种金 属焊接时，具有焊接强度高的稳定的焊接部的焊接金属部件和具有该焊接 金属部件的电池。
用于解决问题的手段
为了达成上述目的，使用一种焊接金属部件，其包含第1部件、层叠 于所述第1部件且与所述第1部件不同材料的第2部件、和贯穿所述第2 部件到达所述第1部件的焊接部，所述焊接部中的包含所述第1部件的金 属和所述第2部件的金属的金属间化合物的比例为15％以上且60％以下。 使用一种电池，其具有所述第1部件为母线、所述第2部件为电池的电极 的所述焊接金属部件。
发明效果
根据本发明，在将连接电池***中的多个电池单元的低成本的铝母线 与电池单元的端子焊接的工序中，在全部焊接点能够实现稳定的高品质、 高速的焊接。除此之外，对于双电层电容器、其它电气、电子部件也可以 得到同样的效果。
因此，能够制造高容量、高可靠性且低成本的电池***，有助于混合 动力车、电动汽车等环保车的普及。
附图说明
图1A为表示实施方式1的焊接结构的焊接部的俯视图。
图1B为图1A的焊接部的截面图。
图1C为图1A的焊接部的截面图。
图1D为比较例的焊接部的俯视图。
图2为示意性地表示本发明的扫描激光的轨迹的图。
图3A为表示本发明的焊接部的断裂面的电子显微镜照片和铝与铜的 元素MAP的图。
图3B为表示本发明的焊接部的断裂面的电子显微镜照片和铝与铜的 元素MAP的图。
图3C为表示本发明的焊接部的断裂面的电子显微镜照片和铝与铜的 元素MAP的图。
图4A为表示本发明的焊接部的断裂面的电子显微镜照片和铝相对于 各组成区域的元素MAP的图。
图4B为表示本发明的焊接部的断裂面的电子显微镜照片和铝相对于 各组成区域的元素MAP的图。
图4C为表示本发明的焊接部的断裂面的电子显微镜照片和铝相对于 各组成区域的元素MAP的图。
图4D为表示本发明的焊接部的断裂面的电子显微镜照片和铝相对于 各组成区域的元素MAP的图。
图5为铜和铝的相图。
图6为对实施方式1中的实施例和比较例中的金属间化合物的面积率 (比例)相对于抗拉强度进行绘制的图表。
图7为表示实施方式2的焊接结构的焊接部的俯视图。
图8为表示实施例5的焊接结构的焊接部的俯视图。
图9为对实施方式2中的实施例和比较例中的金属间化合物的面积率 (比例)相对于抗拉强度的关系进行绘制的图表。
图10为将实施方式的焊接部应用于电池时的电池的立体图。
具体实施方式
以下，对于本发明的实施方式，一边参照附图一边进行说明。为了说 明的简化，将实质上具有同一功能的构成要素用同一参照符号表示。汇总 与实施方式1～2分别对应的实施例、比较例的关系，示于表1。以下对 各实施方式进行说明。
表1中剥离强度一栏和金属间化合物的面积比例一栏的数据分别依 次对应。
【表1】
Figure RE-GDA0001381175860000011
(实施方式1)
图1A～图1C示出实施方式1中的、具有第1部件1、层叠于第1部 件1上且与第1部件不同材料的第2部件2、和贯穿地位于(located through)第1部件1和第2部件2的焊接部3的焊接金属部件。图1A为 从第2部件2的上方看到的俯视图，图1B为表示焊接部A-A’的截面的结构的截面图，图1C为表示焊接部B-B’的截面的结构的截面图。
第1部件1和第2部件2的材料为由钛、铝、镍、铜、铁、镁等金属 材料构成的不同材料的组合。作为一例将第1部件1设为铜、将第2部件 2设为铝进行以下说明。
在铜板的第1部件1上，使铝板的第2部件2重合配置。此时，虽未 在图1B中图示，凭借将第2部件2的不照射激光的表面部分从图1B的 上方向下方抵压的工具，使第2部件2与第1部件1的间隙尽量变小。
接着，沿着图2所示那样的轨迹，一边将图1A的焊接部3的位置沿 上下方向渐渐偏移位置，一边沿左右向多次扫描激光。此时，将激光的加 工点处的点径设定得较小，且以高速扫描是重要的。
若为小点则利用激光而局部地小面积熔融，以高速扫描该点。由此， 任意部位的熔融时间变得非常短而铜与铝不充分混合，因此金属间化合物 的成长被抑制，图1B所示的焊接部3中大量残留固溶体。
另外，此时，优选从图1A的上方看到的焊接部3不成为图1D。图 1D是相当于图1A的图，是对焊接部3进行说明的图。图1D中，焊接部 3a、3b、3c、3d渐渐偏移扫描位置而分离。像这样不分离，焊接部渐渐 重合而成为一个大的焊接部3是重要的。由于点径小且以高速扫描，因此 1次扫描下的熔融幅度非常小。图1D的结构中，对于将第1部件1与第 2部件2相互沿反对方向拉伸时的接合强度而言，细的焊接部3d因低强 度剥离。同样地焊接部3c、3b、3a也仅具有低强度。结果，焊接部3a至 焊接部3d的总抗拉强度也变低。
另一方面，若像图1A的焊接部3那样作为整体形成一个焊接部，则 能够实现与以大点径扫描的情况同样的、高的抗拉强度。
<焊接部3的分析>
接着，将像这样剥离的第2部件2不接触剥离部分地平坦化，从电子 枪向剥离面即图1B的下面侧照射电子射线，通过检测器检测放出的特征 X射线。相对于电子射线相对地移动第2部件2，利用由检测的特征X射 线确定元素的确定部进行各个部位的元素分析，如图3A、图3B所示对 第2部件2的焊接部3的剥离面的铝与铜的元素MAP进行演算并显示于 演算显示部。
图3A表示焊接部3的剥离面的铝的元素MAP，图3B同样地表示剥 离面的铜的元素MAP。此时，焊接部3的剥离面的扫描电子显微镜(SEM) 照片图3C也以同样的角度拍摄。
由图3C的SEM照片，仅选择实际的焊接部位，算出焊接面积。接 着，根据图3A和图3B所示的铝与铜的元素MAP，对于各测定点将铝与 铜的合计组成设为100％时，将铝的组成区域设定为任意的3个区域，通 过演算显示部进行再演算。将结果如图4A～图4C所示对于各组成区域 进行2值化而MAP表示。
图4A示出铝的比例为0～25％的组成的合金的MAP。同样地，图4B 示出铝的比例为26～75％的组成的合金的MAP，图4C示出铝的比例为 76～100％的组成的合金的MAP。
通过演算部，算出金属间化合物的组成区域的面积、即图4B所示的 合金生成的部分(图中白色部分)的面积，除以由图3C选择的焊接部位的 焊接面积，来计算金属间化合物的面积率(比例)。该比例可以推定为焊接 部3中的金属间化合物的平均比例。
图5中示出铝与铜的相图。从右开始分为铝的组成为0～25％(Cu合 金区域、图4A、图3A)、26～75％(金属间化合物区域、图4B、图3B)、 76～100％(Al合金区域、图4C、图3C)的各组成区域。
在铝为26～75％的金属间化合物区域，存在Cu9Al4(约31％)、 CuAl(50％)、CuAl2(约67％)的主要金属间化合物。
金属间化合物的以外的组成为铝或铜的固溶体。在接近金属间化合物 的组成的部分，实际在金属间化合物与固溶体的混合区域，大量包含金属 间化合物。
因此，将包含Cu9Al4和CuAl2的外侧的组成的铝为26～75％的组成 区域定义为铝与铜的金属间化合物的组成区域。因此，图4B中，将相对 于焊接面积的铝为26～75％的组成区域的面积率(比例)(图中白色部分的 面积率(比例))作为铝与铜的金属间化合物的面积率(比例)。
接近所述金属间化合物的组成的部分、外侧的组成的部分最大为金属 间化合物的组成±10％～±6％。该情况下，相对于Cu9Al4(约31％)设为25％、 相对于CuAl2(约67％)设为75％。
金属间化合物硬且脆，因此若在焊接部大量生成则接合强度变低。通 过形成金属间化合物的生成量少的接合部，能够提供接合强度高的高品质 且低成本的焊接金属部件。
本实施方式中对于铝与铜的异种材焊接进行了记载，但对于包含钛、 铝、镍、铜、铁、镁等的异种材焊接也可以说出同样的内容。但是，金属 间化合物生成时接合强度降低的比例根据材料的组合而大不相同。本实施 方式中说明的铝与铜的异种材焊接中，金属间化合物的生成导致的接合强 度的降低大，因此抑制金属间化合物的生成而带来的接合强度的提高效果 更大。
另外，本实施方式中作为第2部件2的材料对铜进行了说明，对铜的 表面实施了镀镍的材料也可以得到同样的效果。除此以外，像对铁实施了 镀锌的情况那样，无论第1部件1、第2部件2，即使在其表面实施镀覆， 从生成金属间化合物的金属原子的量来看镀覆材的原子的量很少，因此无 关于镀覆材料都可以得到同样的效果。
本实施方式中，将组成区域的设定设为铝的组成为0～25％(Cu合金 区域)、26～75％(金属间化合物区域)、76～100％(Al合金区域)，但若金 属间化合物区域为包含Cu9Al4、CuAl、CuAl2的范围，则不限于该设定。
此外，在本实施例中进行了剥离的第2部件2的元素分析，对剥离的 第1部件1侧同样进行元素分析，也可以得到同样的效果。
(实施例1)
第1的实施方式中，对具体的实施例、比较例进行说明。
图1A～图1C中，在厚度2mm的铜板的第1部件1上重叠厚度0.5mm 的铝板的第2部件2的一部分，凭借未图示的从第2部件2的上方向下方 抵压的工具，按照尽量不发生间隙的方式配置。以铜和铝的电蚀防止为目 的，在作为铜板的第1部件1的表面实施镀覆厚度6μm左右的镀镍也无 妨。
对于第2部件2的表面，使由光纤激光振荡器射出的输出功率1200W 的激光通过聚光透镜在第2部件2表面成为点径为50μm的点光，一边以 500mm/s的速度照射10mm的距离，一边在图中向右向扫描。
接着，从扫描的位置移动(图中向观察者方向)激光0.1mm，沿着与先 前相反的方向同样进行扫描。一边依次逐渐偏移0.1mm，一边按照图2 所示的轨迹扫描共4次。此时，图1B中，将第1部件1固定，测定第2 部件2的向上方的抗拉强度(剥离强度)，结果在同样制作的3个样品中， 为129N、154N、116N，均实现了超过100N的高抗拉强度。
最低的基准为平均80N以上。该情况下，能够作为汽车用的电池实 用化。可耐受振动等。优选100N以上。进一步优选120N以上。将该基 准作为表1的是否合格的基准。
接着，不接触剥离部地将剥离后的第2部件2的剥离面通过电子射线 显微分析仪(EPMA)进行铝与铜的元素分析，像图3A、图3B所示那样对 于铝与铜制成元素MAP。另外，如图3C所示那样，以相同角度拍摄SEM 照片。根据SEM照片，由于剥离部(焊接部)呈现凹凸，因此描迹焊接部 的边界来设定焊接范围，算出该部分的面积。
图3A、图3B的铝与铜的元素MAP中，修正噪声以使焊接部3的各 点的铝与铜的组成的合计成为100％，在组成区域0～25％、26～75％、76～ 100％的3个范围内再次演算铝的元素MAP，分别进行2值化表示。
像图4A～图4C所示那样制作2值化的元素MAP。图4B的26～75％ 的元素MAP表示接合部的金属间化合物的分布，在整体散布(稀疏地)均 匀地分布。
在焊接部，作为金属间化合物的一个块体，就算大也只是400μm以 下。
另外，图4A的0～25％表示富铜的固溶体的分布，与金属间化合物 同样稀疏地均匀地分布于接合部整体。另一方面，图4C的76～100％的 元素MAP表示富铝的固溶体的分布，与金属间化合物、富铜的固溶体相 比，有局部偏置的倾向。
算出图4B的金属间化合物、即26～75％的白色部分的总面积，除以 焊接面积来计算面积率(比例)，结果在同样制作的3个样品中分别为22％、 34％、15％。
(比较例1)
同样地，以输出功率800W制作的样品的抗拉强度分别为63N、29N、 38N。这些接合部的金属间化合物的面积率(比例)分别为12％、8％、11％， 金属间化合物在扫描的轨迹的形状上以细线状分布而不是分布于焊接部 整体。
(实施例2)
此外，以输出功率1800W同样制作的样品的抗拉强度分别为142N、 75N、108N。这些接合部的金属间化合物的面积率(比例)分别为45％、71％、 60％，金属间化合物稀疏地(散布)分布于焊接部整体。
由以上可知，可得到80N以上的较高的抗拉强度的样品的焊接部3 的金属间化合物的面积率(比例)为15～60％的范围内。扫描速度为 500mm/s的高速下的扫描中，即使相对于成为基准的输出功率1200W设 为相当高的输出功率，偏差稍大但也不存在抗拉强度的大幅降低，金属间 化合物的面积率(比例)也不变高。
认为这是由于，此时的金属间化合物稀疏地(散布)分布于接合面整 体，由此通过高速地扫描，即使输出功率高，也只是在短时间金属熔融， 因此金属原子难以充分混合变成金属间化合物的配置。另外，通过金属间 化合物稀疏地(散布)分布，由此不存在强度极端低的金属间化合物的大 块，遍布接合部整体没有成为剥离的起点的脆弱部，因此能够稳定地实现 高强度。
另一方面，认为这是由于，以输出功率800W制作的样品的抗拉强度 相当低，金属间化合物在扫描的轨迹上以细线状分布，由此仅在点的中心 部的温度高的地方熔融，第2部件2的表面整体熔融，但由于实际的接合 面积非常小，因此金属间化合物的面积率(比例)也较低地算出。在输出功 率为800W的情况下，低输出功率导致的熔融体积不足(接合面积不足)是 强度低的要因，可知在像这样算出的面积率(比例)较低的情况下，接合强 度也变低。
需要说明的是，本实施例中示出了铜板、铝板的厚度或镀覆厚度的一 例，但并不是限于该值的内容。另外，激光输出功率、焊接速度、点径、 扫描条数、扫描长度、扫描间隔等条件取决于包含焊接的金属部件的材料、 表面状态、板厚、工具的总热容量，因此不限于上述的内容。作为扫描的 方法，可以利用扫描光学***自身的方法、用电扫描器等扫描激光的方法、 作业移动的方法等、只要激光与作业能够相对地扫描则任何方法都无妨。
另外，本实施例中，作为激光振荡器使用光纤激光器，但使用可以得 到高输出功率的磁盘激光器、YAG激光器、CO2激光器、半导体激光器 等其它激光器，也可以得到同样的效果。另外，即使以激光以外的电子束 为热源，也可以得到同样的效果。
(比较例2)
除了激光的输出功率和扫描速度以外，与实施例1同样地进行焊接。
激光输出功率固定在1200W，将扫描速度设定为300mm/s，同样地 进行焊接的结果是，抗拉强度分别为78N、56N、40N。这些接合部的金 属间化合物的面积率(比例)分别为63％、70％、81％，金属间化合物稀疏 地(散布)分布于焊接部整体。
(比较例3)
同样地将扫描速度设定为100mm/s进行焊接的结果是，抗拉强度分 别为33N、52N、45N。这些接合部的金属间化合物的面积率(比例)分别 为84％、78％、86％，金属间化合物稀疏地(散布)分布于焊接部整体。
若减慢激光的扫描速度，则与提高输出功率的情况相比抗拉强度的降 低大，且金属间化合物的面积率(比例)变高。认为这是由于，扫描速度变 低因而熔融时间变长，金属原子容易充分混合而变成金属间化合物的配 置，生成大量金属间化合物，其结果抗拉强度降低。
需要说明的是，本实施例中对于输出功率为1200W的情况进行了记 载，但即使以其它输出功率进行也可以得到同样的结果。
(实施例3)
除了激光的输出功率和扫描速度以外，与实施例1同样地进行焊接。
扫描激光的轨迹中，以输出功率1200W、以500mm/s扫描图2中的 焊接初始(图中上方)的横向的线。接着，沿纵向(图中下方)移动0.1mm后， 以输出功率1200W、以100mm/s扫描第2条横向的线。将其作为一个组， 第3至4条线也同样焊接1组。
此时的抗拉强度分别为133N、127N、107N。这些接合部的金属间化 合物的面积率(比例)分别为43％、56％、60％，金属间化合物稀疏地(散布) 分布于焊接部整体。
对于激光的扫描速度而言，即使交替地进行快速度的扫描和慢速度的 扫描，金属间化合物也稀疏地(散布)分布于焊接部整体，可以得到高的接 合强度。这是由于，以慢速度扫描时即使多少较多地生成金属间化合物， 由于以高速扫描其相邻的轨迹，因此防止金属间化合物连续地在广范围生 成。
需要说明的是，本实施例中对于输出功率为1200W时扫描速度为 500mm/s和100mm/s的情况进行了记载，但以其它输出功率和扫描速度 进行也可以得到同样的结果。
(比较例4)
除了激光输出功率、扫描速度和点径以外与实施例1同样地进行焊 接。
使用光纤激光的光纤芯径大的振荡器，按照加工点的激光的点径成为 200μm的方式设定。按照成为与实施例1同等程度的熔融深度的方式， 以3500W的输出功率、以100mm/s的扫描速度同样地焊接。此时的抗拉 强度分别为28N、36N、25N。这些接合部的金属间化合物的面积率(比例) 分别为87％、88％、80％，金属间化合物遍布焊接部整体广阔分布。
若激光的点径变大，则即使提高输出功率，能量密度也变低，因而若 想要得到与实施例1同等程度的熔入深度，则需要降低扫描速度增加入射 到任意点的能量。其结果是，点径大而高输出功率的点缓慢通过，因此任 意部位的金属的熔融时间变长，金属间化合物遍布接合部整面大量生成， 因此金属间化合物的面积率(比例)变高，抗拉强度变低。
因此，为了如实施例1所示抑制金属间化合物的生成，需要以小点径 高速扫描激光，并缩短任意点的金属的熔融时间。
需要说明的是，本比较例中示出了铜板、铝板的厚度或镀覆厚度的一 例，但不是限于该值的内容。另外，激光输出功率、焊接速度、点径、扫 描条数、扫描长度、扫描间隔等条件取决于包含焊接的金属部件的材料、 表面状态、板厚、工具的总热容量，因此不是限于上述的内容。
(比较例5)
扫描激光的轨迹中，除了分为图2中的焊接初始(图中上方)两条横向 的线、和焊接终止(图中下方)两条横向的线，分别以不同的速度扫描以外， 与实施例3同样地进行焊接。
首先，以输出功率1200W、以500mm/s扫描两条横向的线。其后， 以1200W、以100mm/s扫描剩余两条横向的线。此时的抗拉强度分别为 55N、83N、84N。这些接合部的金属间化合物的面积率(比例)分别为67％、 70％、66％，金属间化合物遍布焊接部整体分布。
与实施例3相比金属间化合物的面积率(比例)变高，有抗拉强度降低 的倾向。即使是相同扫描，若调换顺序而集中慢的扫描速度的部分，则在 扫描速度慢的部分，金属间化合物在大致整面生成而接合强度降低，因此 以快速度和慢速度二者进行扫描的情况下，优选交替地进行扫描。
本实施例中划分为输出功率相同但扫描速度快的区域和慢的区域，但 是划分为扫描速度相同但输出功率高的区域和低的区域，也可以得到同样 的效果。
对本实施方式中的实施例1～3和比较例1～5的样品的抗拉强度相对 于金属间化合物的面积率(比例)进行绘制的图为图6。面积率(比例)为15％ 至60％的时抗拉强度显示出80N以上高的值，断裂面的金属间化合物相 对于焊接面积的面积率(比例)优选15％至60％的范围。进一步，如果其比 例为25％以上且45％以下，则剥离强度稳定在130N左右而优选。
(实施方式2)
图7示出本发明的第2的实施方式中的、具有第1部件1、层叠于第 1部件1上的与第1部件1不同材料的第2部件2、和贯穿地位于第1部 件1和第2部件2的焊接部3的焊接金属部件。图7为从第1部件1的上 方看到的俯视图。第2部件2可以如图7所示具有切出部4。另外，虽未 图示但在切出部4的内侧，具有第1部件1的突起部也无妨。该切出部4 的形状呈图中长方形圆角的形状，但例如圆形等任何形状都无妨。
在第2部件2的表面扫描激光，在图7所示的焊接部3a、3b的2处 进行焊接。在各个焊接部，如图2所示各扫描4次。通过设置2处焊接部， 不仅仅焊接面积扩大抗拉强度提高，而且强度非常稳定。这是由于，在评 价剥离强度的情况下，应力首先施加于图7的焊接部3a的上端的直线部， 但此处剥离后还再次在焊接部3b的上端的直线部受到应力，能够吸收各自的偏差。此外，如图2所示以直线状扫描激光使各焊接部的上端部成为 直线，由此能够以直线的长度分散该部分的应力，因此可以得到高的接合 强度。需要说明的是，直线部在从第2部件2的上方观察的俯视下，是指 直线形状。
(实施例4)
如图7所示，除了具有焊接部3a、3b的2处以外，激光输出功率为 1200W，将扫描速度设为500mm/s，与实施例1同样地进行焊接。对于焊 接部3a、3b如图2所示，沿长度方向(横向)分别扫描4次。
此时的抗拉强度分别为173N、182N、184N。这些接合部的金属间化 合物的面积率(比例)分别为22％、40％、20％，金属间化合物稀疏地(散布) 分布于焊接部整体。同样地，以输出功率800W制作的样品的抗拉强度分 别为133N、124N、111N。这些接合部的金属间化合物的面积率(比例)分 别为15％、19％、14％，金属间化合物在扫描的轨迹形状上以细线状分布 而不是分布于焊接部整体。进一步，以输出功率1800W同样地制作的样 品的抗拉强度分别为166N、135N、148N。这些接合部的金属间化合物的 面积率(比例)分别为38％、46％、48％，金属间化合物稀疏地(散布)分布 于焊接部整体。
像这样，通过设置2处焊接部，能够实现具有高抗拉强度的焊接金属 部件。本实施例中对于焊接部为2处的情况进行了记载，但即使设置3 处以上也同样能够稳定地实现高的抗拉强度。
需要说明的是，本实施例中对于扫描速度为500mm/s的情况进行了 记载，但即使以其它扫描速度进行也可以得到同样的结果。
(实施例5)
如图8所示，焊接部3在从第2部件2的上部观察的俯视下，呈圆周 状的形状，除此以外，激光输出功率为1200W，将扫描速度设为500mm/s， 与实施例4同样地进行焊接。
作为激光的轨迹，沿着切出部4的外周扫描1周，向外侧移动0.1mm 后扫描比上次的轨迹0.1mm外侧的相同形状的轨迹。反复该操作，进行 合计4周扫描。
此时的抗拉强度分别为195N、188N、180N。这些接合部的金属间化 合物的面积率(比例)分别为34％、29％、30％，金属间化合物稀疏地(散布) 分布于焊接部整体。同样地，以输出功率800W制作的样品的抗拉强度分 别为130N、108N、115N。这些接合部的金属间化合物的面积率(比例)分 别为24％、18％、16％，金属间化合物在扫描的轨迹形状上以细线状分布 而不是分布于焊接部整体。
(实施例6)
进一步，以输出功率1800W同样地制作的样品的抗拉强度分别为 122N、133N、126N。这些接合部的金属间化合物的面积率(比例)分别为 52％、48％、57％，金属间化合物稀疏地(散布)分布于焊接部整体。
像这样，通过焊接部呈圆周状的形状，能够实现具有高的抗拉强度的 焊接金属部件。本发明中对于剥离方向的抗拉强度进行了记载，通过将焊 接部的形状设为圆周状，对来自于所有方向的拉伸能够分散应力，因此能 够更稳定地实现高的接合强度。
需要说明的是，本实施例中对于扫描速度为500mm/s的情况下进行 了记载，但即使以其它扫描速度进行也可以得到同样的结果。
(实施例7)
图1A中除了焊接部3的激光的轨迹为，将图2的横向的直线部的扫 描数设为8次，使实施例4的图7中的焊接部3a与3b的合计面积相同以 外，与实施例1同样进行焊接。
此时的抗拉强度分别为152N、137N、152N。这些接合部的金属间化 合物的面积率(比例)分别为25％、24％、21％，金属间化合物稀疏地(散布) 分布于焊接部整体。
(实施例8)
进一步，以输出功率1800W同样地制作的样品的抗拉强度分别为 153N、137N、128N。这些接合部的金属间化合物的面积率(比例)分别为 45％、63％、60％，金属间化合物稀疏地(散布)分布于焊接部整体。
(比较与总结)
像这样，与实施例4相比，即使焊接部的面积相同，焊接部位存在多 个时，分散负荷时的应力的部位变多，因而优选。但是，如图1D所示各 焊接部位的宽度短、各部位的抗拉强度极端低的情况是不适合的，因此增 加1处的焊接部的面积(焊接宽度)是重要的。
对本实施方式中的实施例4和5和比较例3的样品的金属间化合物的 面积率(比例)相对于抗拉强度的关系进行绘制的图为图9。在面积率(比例) 为25％至45％的时，抗拉强度显示出150N以上的非常高的值，金属间化 合物相对于焊接面积的面积率(比例)更优选为25％至45％的范围。另外， 该范围是比其它区域更显示临界的剥离强度的区域。
需要说明的是，比例为15％以上且60％以下时，抗拉强度为80N以 上即可。另外，如表1所示至少平均的比例值为15％以上且60％以下即 可。比例的平均值更优选为25％至45％的范围。
像这样，将金属间化合物相对于焊接面积的面积率(比例)处于15％至 60％的范围、优选处于25％至45％的范围的异种材金属焊接的焊接金属部 件能够实现高且稳定的接合强度。因此，可以以低成本提供电池、电池系 统。此外，能够用作需要高输出功率的车载用电池、定置用蓄电***。
(应用例)
图10中示出电池5的电极部分的立体图。
示出将上述实施方式应用于电池5的例子。电池的正电极11a与电池 的负电极11b以母线12连接。
电池的正电极11a与电池的负电极11b相当于上述实施方式的第1部 件1。母线12相当于上述实施方式的第2部件2。
连接是通过焊接部3，如上述实施方式那样，将第1部件1与第2部 件2利用焊接部3连接。焊接部3可以使用上述实施方式的任一个。
图10中，仅有1对，但在汽车用电池中，多对以上以串联或并联连 接。
根据车种而不同，实际上宽幅地排列5～30对。另外，根据商品还有 并联连接的。
(作为整体)
电池中，第1部件1为电池本体的电极，第2部件2为母线。成为以1个母线连接多个电极间的电池。
上述实施方式、实施例可以分别组合。
根据本发明，能够以高品质且低成本实现铝和镀镍的铜的异种材焊 接。因此，可以以低成本提供电池***。此外，能够用作需要高输出功率 的车载用电池、定置用蓄电***。
以铜和铝进行了说明，但其它金属间元素也可以说出同样的内容。
产业上的可利用性
本申请发明除了电池、电池***以外，对于电容器、其它电气部件、 电子部件的连接、固定，同样能够实现接合强度高的焊接部件。
符号说明
1 第1部件
2 第2部件
3、3a、3b、3c、3d、A、B 焊接部
4 切出部
5 电池
11a 正电极
11b 负电极
12 母线

Claims (8)

1.一种焊接金属部件，其包含：
第1部件、
层叠于所述第1部件且与所述第1部件不同材料的第2部件、和
贯穿所述第2部件到达所述第1部件的焊接部，
所述焊接部中的包含所述第1部件的金属和所述第2部件的金属的金属间化合物的比例为15％以上且60％以下，
所述第1部件为铜，所述第2部件为铝。
2.根据权利要求1所述的焊接金属部件，其中，
所述比例为25％以上且45％以下。
3.根据权利要求1所述的焊接金属部件，其中，
所述金属间化合物的区域散布于所述焊接部。
4.根据权利要求1所述的焊接金属部件，其中，
所述比例为所述金属间化合物存在的组成区域相对于所述焊接部的比例。
5.根据权利要求1所述的焊接金属部件，其中，
所述第2部件的表面处的所述焊接部的形状在俯视下为圆周状。
6.根据权利要求1所述的焊接金属部件，其中，
所述第2部件的表面处的所述焊接部的形状在俯视下，包括包含直线部的至少2处焊接部。
7.根据权利要求1所述的焊接金属部件，其中，
将包含Cu9Al4和CuAl2的外侧的组成的铝为26％～75％的组成区域作为铝与铜的金属间化合物的组成区域。
8.一种电池，其具有权利要求1所述的焊接金属部件，
所述第2部件为母线，所述第1部件为电池的电极。
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