JP2022112412A - 端子部品、二次電池および組電池 - Google Patents

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Abstract

【課題】変形が抑えられた端子部品を提供する。【解決手段】端子部品２００は、第１金属２０１と、第１金属２０１に重ねられた第２金属２０２とを備えている。第１金属２０１と第２金属２０２との境界に、第１金属２０１と第２金属２０２とが金属接合によって接合された接合部２０３を有する。第２金属２０２は、第１金属２０１に重ねられた面２０２ａとは反対側の面２０２ｂにおいて、接合部２０３の外側に溝２０２ｃを有している。【選択図】図４

Description

本発明は、端子部品、二次電池および組電池に関する。
特開２０１６－１８６７５号公報には、異なる材料からなる正極及び負極の外部端子を備える二次電池が開示されている。かかる二次電池は、正極及び負極の外部端子のうち一方の外部端子と同種の材料からなるバスバによって直列に接続される。一方の外部端子の材料に対する溶接性に優れた材料からなる金属部材が、他方の外部端子に超音波接合されている。
特開２０１１－１２４０２４号公報には、複数の単電池をバスバで接続してなる組電池が開示されている。単電池を構成する正極端子と負極端子のうち、一方の極性の端子は、バスバとの溶接品質がより良好な外部端子と、一方の極性の箔が接続される基部とを含んで構成されている。基部と外部端子とは、超音波接合によって接合されている。
特開２０１６－１８６７５号公報 特開２０１１－１２４０２４号公報
異種金属を超音波接合によって接合する場合、一方の金属にホーンを押し当てて加圧しながら超音波振動を付与することによって、他方の金属と接合させる。このとき、ホーンを当てられた金属に、例えば、当該金属の縁の部分が出っ張るような変形や、一部が湾曲するような変形が生じることがある。
電池に使用される端子に対して超音波接合を行い異種金属接合する際にも、このような変形が生じうる。本発明者の知見では、電池に使用される端子にこのような変形が発生すると、変形した部分が、端子と蓋体とを絶縁しているガスケット等の部材を貫通し、他部材と干渉するおそれがある。また、製造工程中に変形した部分が脱離した場合には、脱離した部分が電池ケース内部に入って、内部短絡を起こすおそれがある。端子のバスバ接続面となる部分に変形が生じた場合には、バスバとバスバ接続面との間に隙間が生じ、溶接不良を起こすおそれがある。
ここで開示される端子部品は、第１金属と、第１金属に重ねられた第２金属とを備えている。第１金属と第２金属との境界に、第１金属と第２金属とが金属接合によって接合された接合部を有する。第２金属は、第１金属に重ねられた面とは反対側の面において、接合部の外側に溝を有している。
かかる端子部品を構成する第２金属は、接合部とは反対側の面において、接合部の周りに溝を有している。このような溝が形成されていることによって、超音波接合に伴う端子部品の変形が抑えられる。
端子部品が有する溝は、周方向に連続していてもよい。第１金属と第２金属とは、異種金属からなっていてもよい。
電池ケースと、電池ケースに取り付けられた電極端子とを備えた二次電池では、上述した端子部品で構成された部位が含まれていてもよい。
正極および負極の外部端子を有する複数の二次電池と、外部端子を介して複数の二次電池を接続するバスバとを備えた組電池は、外部端子のうち、一方の極の外部端子とバスバとの境界に、一方の極の外部端子とバスバとが金属接合によって接合された接合部を有し、バスバは、接合部と反対側の面において、接合部の外側に溝を有していてもよい。
図１は、リチウムイオン二次電池１０の部分断面図である。 図２は、図１のＩＩ－ＩＩ断面を示す断面図である。 図３は、図２のＩＩＩ－ＩＩＩ断面図である。 図４は、端子部品２００を模式的に示す断面図である。 図５は、端子部品２００の製造方法を説明する断面図である。 図６は、組電池１００を模式的に示す斜視図である。 組電池１００における、負極の外部端子４３ｂとバスバ９１とが接続された部分が模式的に示された断面図である。
以下、ここで開示される端子部品および二次電池の一実施形態を説明する。ここで説明される実施形態は、当然ながら特に本発明を限定することを意図したものではない。本発明は、特に言及されない限りにおいて、ここで説明される実施形態に限定されない。各図面は模式的に描かれており、必ずしも実物を反映していない。また、同一の作用を奏する部材・部位には、適宜に同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
《二次電池》
本明細書において「二次電池」とは、充電と放電を行なうことができるデバイスをいう。二次電池には、一般にリチウムイオン電池やリチウム二次電池などと称される電池の他、リチウムポリマー電池、リチウムイオンキャパシタなどが包含される。ここでは、二次電池の一形態として、リチウムイオン二次電池を例示する。
《リチウムイオン二次電池１０》
図１は、リチウムイオン二次電池１０の部分断面図である。図１では、略直方体の電池ケース４１の片側の幅広面に沿って、内部を露出させた状態が描かれている。図１に示されたリチウムイオン二次電池１０は、いわゆる密閉型電池である。図２は、図１のＩＩ－ＩＩ断面を示す断面図である。図２では、略直方体の電池ケース４１の片側の幅狭面に沿って内部を露出させた状態の部分断面図が模式的に描かれている。
リチウムイオン二次電池１０は、図１に示されているように、電極体２０と、電池ケース４１と、正極端子４２，負極端子４３とを備えている。
〈電極体２０〉
電極体２０は、絶縁フィルム（図示は省略）などで覆われた状態で、電池ケース４１に収容されている。電極体２０は、正極要素としての正極シート２１と、負極要素としての負極シート２２と、セパレータとしてのセパレータシート３１，３２とを備えている。正極シート２１と、第１のセパレータシート３１と、負極シート２２と、第２のセパレータシート３２とは、それぞれ長尺の帯状の部材である。
正極シート２１は、予め定められた幅および厚さの正極集電箔２１ａ（例えば、アルミニウム箔）に、幅方向の片側の端部に一定の幅で設定された未形成部２１ａ１を除いて、正極活物質を含む正極活物質層２１ｂが両面に形成されている。正極活物質は、例えば、リチウムイオン二次電池では、リチウム遷移金属複合材料のように、充電時にリチウムイオンを放出し、放電時にリチウムイオンを吸収しうる材料である。正極活物質は、一般的にリチウム遷移金属複合材料以外にも種々提案されており、特に限定されない。
負極シート２２は、予め定められた幅および厚さの負極集電箔２２ａ（ここでは、銅箔）に、幅方向の片側の縁に一定の幅で設定された未形成部２２ａ１を除いて、負極活物質を含む負極活物質層２２ｂが両面に形成されている。負極活物質は、例えば、リチウムイオン二次電池では、天然黒鉛のように、充電時にリチウムイオンを吸蔵し、充電時に吸蔵したリチウムイオンを放電時に放出しうる材料である。負極活物質は、一般的に天然黒鉛以外にも種々提案されており、特に限定されない。
セパレータシート３１，３２には、例えば、所要の耐熱性を有する電解質が通過しうる多孔質の樹脂シートが用いられる。セパレータシート３１，３２についても種々提案されており、特に限定されない。
ここで、負極活物質層２２ｂの幅は、例えば、正極活物質層２１ｂよりも広く形成されている。セパレータシート３１，３２の幅は、負極活物質層２２ｂよりも広い。正極集電箔２１ａの未形成部２１ａ１と、負極集電箔２２ａの未形成部２２ａ１とは、幅方向において互いに反対側に向けられる。また、正極シート２１と、第１のセパレータシート３１と、負極シート２２と、第２のセパレータシート３２とは、それぞれ長さ方向に向きを揃え、順に重ねられて捲回されている。負極活物質層２２ｂは、セパレータシート３１，３２を介在させた状態で正極活物質層２１ｂを覆っている。負極活物質層２２ｂは、セパレータシート３１，３２に覆われている。正極集電箔２１ａの未形成部２１ａ１は、セパレータシート３１，３２の幅方向の片側にはみ出ている。負極集電箔２２ａの未形成部２２ａ１は、幅方向の反対側においてセパレータシート３１，３２からはみ出ている。
上述した電極体２０は、図１に示されているように、電池ケース４１のケース本体４１ａに収容されうるように、捲回軸を含む一平面に沿った扁平な状態とされる。そして、電極体２０の捲回軸に沿って、片側に正極集電箔２１ａの未形成部２１ａ１が配置され、反対側に負極集電箔２２ａの未形成部２２ａ１が配置されている。
〈電池ケース４１〉
電池ケース４１は、図１に示されているように、電極体２０を収容している。電池ケース４１は、一側面が開口した略直方体の角形形状を有するケース本体４１ａと、開口に装着された蓋４１ｂとを有している。この実施形態では、ケース本体４１ａと蓋４１ｂは、軽量化と所要の剛性を確保するとの観点で、それぞれアルミニウムまたはアルミニウムを主とするアルミニウム合金で形成されている。
〈ケース本体４１ａ〉
ケース本体４１ａは、図１および図２に示されているように、一側面が開口した略直方体の角形形状を有している。ケース本体４１ａは、略矩形の底面部６１と、一対の幅広面部６２，６３と、一対の幅狭面部６４，６５とを有している。一対の幅広面部６２，６３は、それぞれ底面部６１のうち長辺から立ち上がっている。一対の幅狭面部６４，６５は、それぞれ底面部６１のうち短辺から立ち上がっている。ケース本体４１ａの一側面には、一対の幅広面部６２，６３と一対の幅狭面部６４，６５で囲まれた開口４１ａ１が形成されている。
〈蓋４１ｂ〉
蓋４１ｂは、一対の幅広面部６２，６３の長辺と、一対の幅狭面部６４，６５の短辺とで囲まれたケース本体４１ａの開口４１ａ１に装着される。そして、蓋４１ｂの周縁部が、ケース本体４１ａの開口４１ａ１の縁に接合される。かかる接合は、例えば、隙間がない連続した溶接によるとよい。かかる溶接は、例えば、レーザー溶接によって実現されうる。
この実施形態では、蓋４１ｂには、正極端子４２と、負極端子４３とが取り付けられている。正極端子４２は、内部端子４２ａと、外部端子４２ｂとを備えている。負極端子４３は、内部端子４３ａと、外部端子４３ｂとを備えている。内部端子４２ａ，４３ａは、それぞれインシュレータ７２を介して蓋４１ｂの内側に取り付けられている。外部端子４２ｂ，４３ｂは、それぞれガスケット７１を介して蓋４１ｂの外側に取り付けられている。内部端子４２ａ，４３ａは、それぞれケース本体４１ａの内部に延びている。正極の内部端子４２ａは、正極集電箔２１ａの未形成部２１ａ１に接続されている。負極の内部端子４３ａは、負極集電箔２２ａの未形成部２２ａ１に接続されている。
電極体２０の正極集電箔２１ａの未形成部２１ａ１と、負極集電箔２２ａの未形成部２２ａ１とは、図１に示されているように、蓋４１ｂの長手方向の両側部にそれぞれ取り付けられた内部端子４２ａ，４３ａに取り付けられている。電極体２０は、蓋４１ｂに取り付けられた内部端子４２ａ，４３ａに取付けられた状態で、電池ケース４１に収容される。なお、ここでは、捲回型の電極体２０が例示されている。電極体２０の構造はかかる形態に限定されない。電極体２０の構造は、例えば、正極シートと負極シートとが、セパレータシートとを介在させて交互に積層された積層構造でもよい。また、電池ケース４１内には、複数の電極体２０が収容されていてもよい。
図３は、図２のＩＩＩ－ＩＩＩ断面図である。図３では、負極端子４３が蓋４１ｂに取り付けられた部位の断面が示されている。この実施形態では、負極の外部端子４３ｂには、異種金属を接合した部材が用いられている。図３では、外部端子４３ｂを構成する金属の溝等の構造や異種金属の界面等は図示されず、外部端子４３ｂの断面形状が模式的に示されている。
蓋４１ｂは、図３に示されているように、負極の外部端子４３ｂを取り付けるための取付孔４１ｂ１を有している。取付孔４１ｂ１は、蓋４１ｂの予め定められた位置において蓋４１ｂを貫通している。蓋４１ｂの取付孔４１ｂ１には、ガスケット７１とインシュレータ７２を介在させて、負極の内部端子４３ａと外部端子４３ｂとが取り付けられる。取付孔４１ｂ１の外側には、取付孔４１ｂ１の周りにガスケット７１が装着される段差４１ｂ２が設けられている。段差４１ｂ２には、ガスケット７１が配置される座面４１ｂ３が設けられている。座面４１ｂ３には、ガスケット７１を位置決めするための突起４１ｂ４が設けられている。
ここで、負極の外部端子４３ｂは、図３に示されているように、頭部４３ｂ１と、軸部４３ｂ２と、カシメ片４３ｂ３とを備えている。頭部４３ｂ１は、蓋４１ｂの外側に配置される部位である。頭部４３ｂ１は、取付孔４１ｂ１よりも大きな、ガスケット７１に配置される部位である。軸部４３ｂ２は、ガスケット７１を介して取付孔４１ｂ１に装着される部位である。軸部４３ｂ２は、頭部４３ｂ１の略中央部から下方に突出している。カシメ片４３ｂ３は、図３に示されているように、蓋４１ｂの内部において、負極の内部端子４３ａにかしめられる部位である。カシメ片４３ｂ３は、軸部４３ｂ２から延びており、蓋４１ｂに挿通された後で折曲げられて負極の内部端子４３ａにかしめられる。
〈ガスケット７１〉
ガスケット７１は、図３に示されているように、蓋４１ｂの取付孔４１ｂ１および座面４１ｂ３に取り付けられる部材である。この実施形態では、ガスケット７１は、座部７１ａと、ボス部７１ｂと、側壁７１ｃとを備えている。座部７１ａは、蓋４１ｂの取付孔４１ｂ１周りの外側面に設けられた座面４１ｂ３に装着される部位である。座部７１ａは、座面４１ｂ３に合わせて略平坦な面を有する。座部７１ａは、座面４１ｂ３の突起４１ｂ４に応じた凹みを備えている。ボス部７１ｂは、座部７１ａの底面から突出している。ボス部７１ｂは、蓋４１ｂの取付孔４１ｂ１に装着されるように取付孔４１ｂ１の内側面に沿った外形形状を有している。ボス部７１ｂの内側面は、外部端子４３ｂの軸部４３ｂ２が装着される装着孔となる。側壁７１ｃは、座部７１ａの周縁から上方に立ち上がっている。外部端子４３ｂの頭部４３ｂ１は、ガスケット７１の側壁７１ｃで囲まれた部位に装着される。
ガスケット７１は、蓋４１ｂと外部端子４３ｂとの間に配置され、蓋４１ｂと外部端子４３ｂとの絶縁を確保している。また、ガスケット７１は、蓋４１ｂの取付孔４１ｂ１の気密性を確保している。かかる観点で、耐薬品性や耐候性に優れた材料が用いられるとよい。この実施形態では、ガスケット７１には、ＰＦＡが用いられている。ＰＦＡは、四フッ化エチレンとパーフルオロアルコキシエチレンとの共重合体（Tetrafluoroethylene Perfluoroalkylvinylether Copolymer）である。なお、ガスケット７１に用いられる材料は、ＰＦＡに限定されない。
〈インシュレータ７２〉
インシュレータ７２は、蓋４１ｂの取付孔４１ｂ１の周りにおいて、蓋４１ｂの内側に装着される部材である。インシュレータ７２は、ベース部７２ａと、孔７２ｂと、側壁７２ｃとを備えている。ベース部７２ａは、蓋４１ｂの内側面に沿って配置される部位である。この実施形態では、ベース部７２ａは、略平板状の部位である。ベース部７２ａは、蓋４１ｂの内側面に沿って配置され、ケース本体４１ａに収められるように、蓋４１ｂからはみ出ない程度の大きさを有している。孔７２ｂは、取付孔４１ｂ１に対応して設けられた穴である。この実施形態では、孔７２ｂは、ベース部７２ａの略中央部に設けられている。蓋４１ｂの内側面に対向する側面において、孔７２ｂの周りには凹んだ段差７２ｂ１が設けられている。段差７２ｂ１には、取付孔４１ｂ１に装着されたガスケット７１のボス部７１ｂの先端が収められる。側壁７２ｃは、ベース部７２ａの周縁部から下方に立ち上がっている。ベース部７２ａには、負極の内部端子４３ａの一端に設けられる基部４３ａ１が収められる。インシュレータ７２は、電池ケース４１の内部に配置されるため、所要の耐薬品性を備えているとよい。この実施形態では、インシュレータ７２には、ＰＰＳが用いられている。ＰＰＳは、ポリフェニレンサルファイド樹脂（Poly Phenylene Sulfide Resin）である。なお、インシュレータ７２に用いられる材料は、ＰＰＳに限定されない。
負極の内部端子４３ａは、基部４３ａ１と、接続片４３ａ２（図１および図２参照）とを備えている。基部４３ａ１は、インシュレータ７２のベース部７２ａに装着される部位である。この実施形態では、基部４３ａ１は、インシュレータ７２のベース部７２ａの周りの側壁７２ｃの内側に応じた形状を有している。接続片４３ａ２は、図１および図２に示されているように、基部４３ａ１の一端から延びており、ケース本体４１ａ内に延びて電極体２０の負極の未形成部２２ａ１に接続されている。
この実施形態では、取付孔４１ｂ１にボス部７１ｂを装着しつつ、蓋４１ｂの外側にガスケット７１を取付ける。外部端子４３ｂがガスケット７１に装着される。この際、外部端子４３ｂの軸部４３ｂ２がガスケット７１のボス部７１ｂに挿通され、かつ、ガスケット７１の座部７１ａに外部端子４３ｂの頭部４３ｂ１が配置される。蓋４１ｂの内側には、インシュレータ７２と内部端子４３ａが取り付けられる。そして、図３に示されているように、外部端子４３ｂのカシメ片４３ｂ３が折曲げられて、内部端子４３ａの基部４３ａ１にかしめられる。外部端子４３ｂのカシメ片４３ｂ３と負極端子４３の基部４３ａ１とは、導通性を向上させるために部分的に金属接合されているとよい。
ところで、リチウムイオン二次電池１０の正極の内部端子４２ａでは、耐酸化還元性の要求レベルが負極に比べて高くない。そして、要求される耐酸化還元性と、軽量化の観点で、正極の内部端子４２ａにはアルミニウムが用いられうる。これに対して、負極の内部端子４３ａでは、耐酸化還元性の要求レベルが正極よりも高い。かかる観点で、負極の内部端子４３ａには、銅が用いられうる。他方で、外部端子４３ｂが接続されるバスバとしては、軽量化および低コスト化の観点で、アルミニウムまたはアルミニウム合金が用いられうる。
本発明者は、外部端子４３ｂのうち内部端子４３ａに接合される部位に、銅または銅合金を用いること、および、外部端子４３ｂのうちバスバに接続される部位に、アルミニウムまたはアルミニウム合金を用いること、を検討している。かかる構造を実現するため、この実施形態では、外部端子４３ｂとして、銅とアルミニウムを異種金属接合させた部材が用いられている。以下、かかる外部端子４３ｂとして用いられる、端子部品２００の構造を説明する。
《端子部品２００》
図４は、端子部品２００を模式的に示す断面図である。図４では、端子部品２００を構成する第１金属２０１と第２金属２０２とが接合される工程が模式的に示されている。外部端子４３ｂとしての端子部品２００は、図３に示されているように、電池ケース４１内部で一部が内部端子４３ａと接続され、かつ、一部が電池ケース４１外部に露出するように電池ケース４１に取り付けられる。
端子部品２００は、図４に示されているように、第１金属２０１と、第１金属２０１に重ねられた第２金属２０２とを備えている。第１金属２０１と第２金属２０２とは、異なる金属から構成されている。
第１金属２０１は、端子部品２００が外部端子４３ｂとして用いられたときに、一部が電池ケース４１内部で内部端子４３ａと接続される部位である（図３参照）。この実施形態では、第１金属は銅で構成されている。第１金属２０１は、軸部２０１ａと、フランジ部２０１ｂとを有している。軸部２０１ａは、蓋４１ｂの取付孔４１ｂ１に挿入される軸部４３ｂ２となる部位である。フランジ部２０１ｂは、軸部２０１ａの一端に設けられた、軸部２０１ａよりも広がった平板状の部位である。軸部２０１ａには、フランジ部２０１ｂが設けられた側とは反対側に、さらに内部端子４３ａにかしめられるカシメ片４３ｂ３となる部位２０１ｃが設けられている。
第２金属２０２は、端子部品２００が外部端子４３ｂとして用いられたときに、電池ケース４１外部に露出する部位である（図３参照）。第２金属２０２には、展延性を有し、かつ、第１金属２０１よりも剛性が低い金属が用いられている。この実施形態では、第２金属はアルミニウムから構成されている。第２金属２０２は、第１金属２０１に重ねられた平板状の金属部材である。第２金属２０２は、第１金属２０１と重ねられた面２０２ａが、第１金属２０１の端面２０１ｂ１に応じた略矩形状である。
端子部品２００は、第１金属２０１と第２金属２０２の境界に、第１金属２０１と第２金属２０２とが金属接合によって接合された接合部２０３を有している。接合部２０３は、第１金属２０１と第２金属２０２が、接着剤やはんだ等の接着層を介さずに固相接合されている。第１金属２０１と第２金属２０２とを超音波圧接、摩擦圧接、抵抗溶接等の方法で接合することによって、このような接合部２０３を形成させることができる。
第２金属２０２は、第１金属２０１に重ねられた面２０２ａとは反対側の面２０２ｂにおいて、接合部２０３の外側に溝２０２ｃを有している。溝２０２ｃは、接合部２０３を面２０２ｂに垂直に投影した部分の外側に形成されている。なお、接合部２０３と、溝２０２ｃは部分的に重なっていてもよい。また、接合部２０３が部分的に溝２０２ｃよりも外側にあってもよい。溝２０２ｃが接合部２０３よりも外側に連続して形成されている場合には、溝２０２ｃの内側の面積が、接合部２０３を面２０２ｂに垂直に投影した面積よりも大きくなっているとよい。
この実施形態では、溝２０２ｃは、円周状に形成されており、周方向に連続している。この実施形態では、溝２０２ｃの外側壁２０２ｃ１は、面２０２ｂと垂直である。溝２０２ｃの内側壁２０２ｃ２は、底部２０２ｃ３との境界付近は面２０２ｂと垂直であるが、底部２０２ｃ３から離れるに従って、外側壁２０２ｃ１に近づくように傾斜している。つまり、溝２０２ｃよりも内側の内側部位２０２ｄは、頂部２０２ｄ１に向かうに従って広がっている。そのため、溝２０２ｃの底部２０２ｃ３の面積は、開口２０２ｃ４の面積よりも広くなっている。なお、溝２０２ｃの形状等は特に限定されない。溝２０２ｃは、例えば、四角形等の多角形状に形成されていてもよい。溝２０２ｃは、連続して形成されていなくてもよく、間欠的に形成されていてもよい。また、溝２０２ｃの開口２０２ｃ４は、内側部位２０２ｄの頂部２０２ｄ１が広がっていることによって、部分的あるいは全体的に塞がっていてもよい。
図４に示されている実施形態では、第２金属２０２の面２０２ｂと、内側部位２０２ｄの頂部２０２ｄ１は同一平面状にある。しかしながら、かかる形態に限定されない。頂部２０２ｄ１は面２０２ｂよりも突出していてもよい。また、頂部２０２ｄ１が面２０２ｂよりも押し込まれていてもよい。
図４および図５に示された実施形態では、第１金属２０１と第２金属２０２とが超音波圧接される様子が図示されている。図５に示されているように、第２金属２０２は、面２０２ｂに、後に溝２０２ｃとなる溝２０２ｅを有している。溝２０２ｅは、円周状に形成されている。溝２０２ｅは、周方向に連続して設けられている。ここでは、溝２０２ｅの底部２０２ｅ１は、面２０２ｂと平行である。溝２０２ｅの外側壁２０２ｅ２は、面２０２ｂと垂直である。第２金属２０２は、内側部位２０２ｄとなる凸部２０２ｆが設けられている。凸部２０２ｆの頂部２０２ｆ１は、面２０２ｂと平行である。凸部２０２ｆの側壁２０２ｆ２は、面２０２ｂと垂直である。凸部２０２ｆの高さは溝２０２ｅの深さよりも大きい。凸部２０２ｆは面２０２ｂから突き出ている。
図５は、端子部品２００の製造方法を説明する断面図である。図５は、第１金属２０１と第２金属２０２とが超音波圧接される前の状態を示している。まず、第１金属２０１をアンビル３０１に配置する。第１金属２０１に第２金属２０２を重ねる。第２金属２０２の凸部２０２ｆの頂部２０２ｆ１にホーン３０２を取り付ける。ホーン３０２に超音波圧接に要する振動を付与しながら、第２金属２０２を加圧する。ホーン３０２に付与される圧力や超音波振動は、第１金属２０１と第２金属２０２の金属種や寸法等に応じて適宜設定される。第２金属２０２に対して超音波振動を付与しながら加圧することによって、第１金属２０１と第２金属２０２との境界には接合部２０３が形成される。その際、頂部２０１ｄ１の接合部２０３と対応した位置にはホーン３０２を押し当てたことによる圧壊痕が形成されうる。
ホーン３０２を第２金属２０２に対して加圧する際、第２金属２０２は塑性変形する。その際、溝２０２ｅが設けられていることによって、第２金属２０２の塑性変形は溝２０２ｅ内で起こる。換言すると、ホーン３０２が当てられている凸部２０２ｆの変形が溝２０２ｅ内にしか及ばない。これによって、端子部品２００の変形が抑えられる。図４に示された実施形態では、開口２０２ｃ４の面積が底部２０２ｃ３の面積よりも小さくなるように、主に凸部２０２ｄの頂部２０２ｄ１に近い部分で変形が起こっている。
なお、接合部２０３は、抵抗溶接や摩擦圧接等によって接合されてもよい。このような方法で金属接合する場合にも同様に、加圧に伴う端子部品２００の変形が抑えられる。
溝２０２ｅや凸部２０２ｆの寸法は、金属接合後に溝２０２ｃが埋まらないような寸法に設定されているとよい。溝２０２ｅの容積は、凸部２０２ｆが面２０２ｂから突き出ている部分２０２ｆ３の体積よりも大きくなるように設定されているとよい。溝２０２ｅの容積がこのように設定されていることによって、凸部２０２ｆの頂部２０２ｆ１を加圧したことに伴う変形が、溝２０２ｅの中に収められる。これによって、加圧による第２金属２０２の変形が、端子部品２００の外形に及ぼす影響を低減することができる。
図６は、組電池１００を模式的に示す斜視図である。組電池１００は、複数の二次電池１０と、複数のスペーサ９０とを備えている。また、組電池１００は、拘束機構を備えている。具体的には、組電池１００は、図示されるように、一対のエンドプレート９２Ａ，９２Ｂと、拘束バンド９４と、複数のビス９６とを備えている。一対のエンドプレート９２Ａ，９２Ｂは、二次電池１０の配列方向において、組電池１００の両端に配置されている。拘束バンド９４は、一対のエンドプレート９２Ａ，９２Ｂに架け渡され、ビス９６によって一対のエンドプレート９２Ａ，９２Ｂに取り付けられている。スペーサ９０は、隣り合った２つの二次電池１０の間に挟まれている。また、二次電池１０とエンドプレート９２Ａの間と、二次電池１０とエンドプレート９２Ｂとの間とには、それぞれ、端部スペーサ９８が配置されている。組電池１００を構成する二次電池１０の正極端子４２と負極端子４３とは、バスバ９１によって電気的に接続されている。このことにより、組電池１００を構成する二次電池１０は、順に直列に電気的に接続されている。ただし、組電池１００を構成する二次電池１０の形状、サイズ、個数、配置、接続方法等はここに開示される態様に限定されることなく、適宜変更することができる。
図４に示された端子部品２００は、リチウムイオン二次電池１０の負極の外部端子４３ｂとして用いられる。外部端子４３ｂは、バスバ９１に接続される。外部端子４３ｂとバスバ９１とは、例えば、レーザー溶接で溶接されうる。バスバ９１は、軽量化の観点でアルミニウムが用いられるが、ここで提案される端子部品２００によれば、負極の外部端子４３ｂのうちリチウムイオン二次電池１０の外側に露出した第１金属２０１には、アルミニウムが用いられうる。正極の外部端子４２ｂは、アルミニウムで構成される。このため、バスバ９１と負極の外部端子４３ｂとの接合、および、バスバ９１と正極の外部端子４２ｂとの接合に異種金属接合が生じず、強度において信頼性の高い接合を実現できる。また、この端子部品２００によれば、負極の外部端子４３ｂのうち、電池ケース４１の内部で内部端子４３ａ（図２および図３参照）と接合される部位２０１ｃは、第１金属２０１であり、銅である。このため、負極の外部端子４３ｂと内部端子４３ａとの接合にも異種金属接合が生じず、強度において信頼性の高い接合を実現できる。
ここで提案される端子部品２００は、図４に示されているように、第２金属２０２の、第１金属２０１に重ねられた面２０２ａとは反対側の面２０２ｂにおいて、溝２０２ｃを有している。溝２０２ｃは、接合部２０３の外側に設けられている。接合部２０３は、超音波圧接、摩擦圧接、抵抗溶接等の方法で金属接合された部分である。溝２０２ｃが形成されていることによって、接合部２０３を形成する際の加圧による第２金属２０２の変形が、溝２０２ｃの外側に及びにくい。このため、寸法精度が良い端子部品２００が提供される。このような端子部品２００は、変形した部分が脱離することや、変形した部分が他の部品と干渉するおそれが低減されている。また、端子部品２００のバスバ接続面に湾曲が起こらず、バスバとの良好な接続が実現されうる。
ここでは、溝２０２ｃは、周方向に連続している。金属接合を実施する際に、加圧に伴う変形が常に同じ位置に生じるとは限らない。溝２０２ｃが接合部２０３の周囲に連続していることによって、端子部品２００の外形に変形が生じることをより好適に抑えることができる。
上述した実施形態では、溝２０２ｃは、第１金属２０１と第２金属２０２とが金属接合された接合部２０３の外側に設けられていたが、かかる形態に限定されない。例えば、第１金属２０１と第２金属２０２の接合強度を向上させる等の目的で、溝２０２ｃの外側にも、第１金属２０１と第２金属２０２とが金属接合された部分があってもよい。
また、第１金属２０１と第２金属２０２とは、金属接合以外の接合によって接合された部分を有していてもよい。接合強度を向上させる等のために、例えば、第１金属２０１と第２金属２０２の境界に、一方の金属が他方の金属に対してかしめられるような構造が設けられていてもよい。
第１金属２０１と第２金属２０２を構成する金属の組み合わせは、銅とアルミニウムに限定されず、種々の金属の組み合わせを採用することができる。また、第１金属２０１と第２金属２０２には、めっき等の処理が施されていてもよい。
ここに開示される技術の他の側面として、外部端子として第１金属２０１が用いられ、バスバ９１として第２金属２０２が用いられた組電池１００が提供される。図７は、組電池１００における、負極の外部端子４３ｂとバスバ９１とが接続された部分が模式的に示された断面図である。図７に示されている実施形態では、負極の外部端子４３ｂとして第１金属２０１が、バスバ９１として第２金属２０２が用いられている。ここでは、第２金属２０２は、アルミニウム製の長尺な板状の金属部材である。第２金属２０２は、一方の端に設けられた面２０２ａが、第１金属２０１の端面２０１ｂ１に重ねられている。図示は省略するが、第２金属２０２は、他方の端が正極の外部端子４２ｂと接続されている。外部端子４３ｂとバスバ９１との境界には、外部端子４３ｂとバスバ９１とが金属接合によって接合された接合部２０３が設けられている。バスバ９１は、接合部２０３と反対側の面２０１ｂにおいて、接合部２０３の外側に溝２０２ｃを有している。
このような構成を有する組電池１００は、外部端子４３ｂが１種類の金属から構成されている。部品点数が少ないことにより、製造コストが削減される。バスバ９１と外部端子４３ｂは金属接合されていることによって、導通抵抗が低く抑えられている。また、バスバ９１は、接合部２０３の外側に溝２０２ｃを有している。これによって、バスバ９１の外部端子４３ｂと接合される面に変形や湾曲が抑えられており、外部端子４３ｂとの良好な接合が実現されうる。
以上、ここで開示される端子部品、二次電池および組電池について、種々説明した。特に言及されない限りにおいて、ここで挙げられた端子部品および電池の実施形態などは本発明を限定しない。また、ここで開示される電池は、種々変更でき、特段の問題が生じない限りにおいて、各構成要素やここで言及された各処理は適宜に省略され、または、適宜に組み合わされうる。
１０ リチウムイオン二次電池
２０ 電極体
２１ 正極シート
２２ 負極シート
３１，３２ セパレータシート
４１ 電池ケース
４１ａ ケース本体
４１ａ１ 開口
４１ｂ 蓋
４１ｂ１ 取付孔
４１ｂ２ 段差
４１ｂ３ 座面
４１ｂ４ 突起
４２ 正極端子
４２ａ 正極の内部端子
４２ｂ 正極の外部端子
４３ 負極端子
４３ａ 負極の内部端子
４３ａ１ 基部
４３ａ２ 接続片
４３ｂ 負極の外部端子
４３ｂ１ 頭部
４３ｂ２ 軸部
４３ｂ３ カシメ片
６１ 底面部
６２，６３ 幅広面部
６４，６５ 幅狭面部
７１ ガスケット
７１ａ 座部
７１ｂ ボス部
７１ｃ 側壁
７２ インシュレータ
７２ａ ベース部
７２ｂ 孔
７２ｂ１ 段差
７２ｃ 側壁
９０ スペーサ
９１ バスバ
９２Ａ，９２Ｂ エンドプレート
９４ 拘束バンド
９６ ビス
９８ 端部スペーサ
１００ 組電池
２００ 端子部品
２０１ 第１金属
２０１ａ 軸部
２０１ｂ フランジ部
２０１ｂ１ 端面
２０１ｃ 部位
２０２ 第２金属
２０２ａ 面
２０２ｂ 面
２０２ｃ 溝
２０２ｃ１ 外側壁
２０２ｃ２ 内側壁
２０２ｃ３ 底部
２０２ｃ４ 開口
２０２ｄ 内側部位
２０２ｄ１ 頂部
２０２ｅ 溝
２０２ｅ１ 底部
２０２ｅ２ 外側壁
２０２ｆ 凸部
２０２ｆ１ 頂部
２０２ｆ２ 側壁
２０３ 接合部
３０１ アンビル
３０２ ホーン

Claims (5)

  1. 第１金属と、
    前記第１金属に重ねられた第２金属と
    を備え、
    前記第１金属と前記第２金属との境界に、
    前記第１金属と前記第２金属とが金属接合によって接合された接合部を有し、
    前記第２金属は、
    前記第１金属に重ねられた面とは反対側の面において、前記接合部の外側に溝を有している、端子部品。
  2. 前記溝は、周方向に連続している、請求項１に記載された端子部品。
  3. 前記第１金属と、前記第２金属とが異種金属からなる、請求項１または２に記載された端子部品。
  4. 電池ケースと、
    前記電池ケースに取り付けられた電極端子と
    を備え、
    前記電極端子は、請求項１～３のいずれか一項に記載された端子部品を含む、二次電池。
  5. 正極および負極の外部端子を有する複数の二次電池と、
    前記外部端子を介して前記複数の二次電池を接続するバスバと、
    を備えた組電池であって、
    前記外部端子のうち、一方の極の外部端子と前記バスバとの境界に、前記一方の極の外部端子と前記バスバとが金属接合によって接合された接合部を有し、
    前記バスバは、前記接合部と反対側の面において、前記接合部の外側に溝を有している、組電池。

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