JP5985993B2

JP5985993B2 - 組電池及びその製造方法

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Publication number: JP5985993B2
Application number: JP2013002721A
Authority: JP
Inventors: 松本　洋; 洋松本; 勇人小口
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2013-01-10
Filing date: 2013-01-10
Publication date: 2016-09-06
Anticipated expiration: 2033-01-10
Also published as: JP2014135204A

Description

本発明は、組電池及びその製造方法に係り、例えば車両等に搭載される組電池及びその製造方法に関する。

従来から、例えばハイブリッド方式の電気自動車や純粋な電気自動車等の動力源として、容量の大きな二次電池の開発が進められている。このような二次電池のうち、特に角形のリチウムイオン二次電池は、エネルギー密度の高い二次電池として注目されている。

角形のリチウムイオン二次電池は、例えば、正極活物質を塗布した正極箔、負極活物質を塗布した負極箔、およびそれぞれを絶縁するためのセパレータを重ね合わせて捲回した扁平状の蓄電要素を、電池蓋に設けられた正極外部端子および負極外部端子に電気的に接続し、その蓄電要素を電池缶に収容して電池缶の開口部を電池蓋で溶接封止し、電池蓋に設けられた注液孔から電解液を注液し、その注液孔に注液栓を挿入してレーザ溶接で溶接封止することによって作製する。

そして、上記した角形のリチウムイオン二次電池を複数配列し、各電池の外部端子にバスバーを溶接し、隣接する電池同士を当該バスバーを介して接続することによって、複数の二次電池を直列もしくは並列に接続した組電池を作製する。

ところで、二次電池の正極外部端子と負極外部端子の形成素材が異なる場合、例えば、正極外部端子がアルミニウムで作製され、負極外部端子が銅で作製される場合、銅製のバスバーを使用すると正極外部端子とバスバーとの溶接が困難となる一方で、アルミニウム製のバスバーを使用すると負極外部端子とバスバーとの溶接が困難となることが知られている。

このような問題に対し、特許文献１には、コールドスプレー法を使用し、純銅、貴金属または純銅と貴金属との合金を含む粉体をガスと共に加速し、その粉体を接合対象の部材と接触する接触部の表面に固相状態のままで吹き付けて堆積させることによって、前記接触部の表面に金属皮膜を形成した導電用端子が開示されている。

特開２０１２−１４４７５８号公報

しかしながら、特許文献１に開示されている導電用端子においては、金属部材同士を溶接するための導電用端子の接触部表面に、高い硬度と良好な導電性を有する金属皮膜を形成し得るものの、このような金属皮膜を組電池のバスバー表面に形成する際に如何なる構成とするべきかについては一切言及されていない。

本発明は、前記問題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、外部端子にバスバーを接合し、バスバーを介して複数の二次電池を接続した組電池において、バスバーと外部端子との溶接信頼性を高めることのできる組電池及びその製造方法を提供することにある。

上記する課題を解決するために、本発明に係る組電池は、正極及び負極の外部端子を有する二次電池の複数がバスバーを介して接続された組電池であって、前記二次電池の外部端子のうち少なくとも一つの外部端子と前記バスバーとの間には、前記バスバーの形成素材と異種の素材であって前記外部端子の形成素材との溶接性に優れた素材からなる金属粉体が堆積されて形成された接続層が介在されており、前記接続層と前記バスバーとは、その界面で金属結合により接合され、前記接続層と前記外部端子とは、表面粗さを低減するための表面加工処理が施された前記接続層の溶接面を介して溶接されていることを特徴とする。

本発明によれば、外部端子にバスバーを接合し、バスバーを介して複数の二次電池を接続した組電池において、外部端子とバスバーとが、外部端子の形成素材との溶接性に優れた素材からなる金属粉体がバスバーに堆積されて形成された接続層を介して接合されると共に、接続層と外部端子とが表面粗さを低減するための表面加工処理が施された溶接面を介して溶接されるため、バスバーと外部端子との溶接信頼性を高めることができる。

上記した以外の課題、手段及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明に係る組電池の実施形態１の外観を示す全体斜視図。図１に示す組電池の側面図。図１に示す組電池のバスバーの外観を示す斜視図。図１に示す組電池のバスバーに接続層を形成する工程を模式的に説明した部分拡大図であって、バスバーの表面に金属粉体を堆積させる工程を説明した縦断面図。図１に示す組電池のバスバーに接続層を形成する工程を模式的に説明した部分拡大図であって、バスバーの表面に金属粉体を堆積させた状態を説明した縦断面図。図１に示す組電池のバスバーに接続層を形成する工程を模式的に説明した部分拡大図であって、バスバーの表面に堆積させた金属粉体の表面に表面加工処理を施した状態を説明した縦断面図。角形二次電池にバスバーを溶接する工程を説明した部分拡大図。バスバーと外部端子の溶接箇所を拡大して示す縦断面図。本発明に係る組電池の実施形態１の接続層の他例を拡大して示す縦断面図。本発明に係る組電池の実施形態２の接続層を拡大して示す部分拡大図であって、接続層に外部端子を溶接する前の状態を示す縦断面図。図８Ａに示す接続層を拡大して示す部分拡大図であって、接続層に外部端子を溶接した後の状態を示す縦断面図。本発明に係る組電池の実施形態３のバスバーの外観を示す図であって、バスバーの表面に金属粉体を堆積させた状態を示す斜視図。図９Ａの縦断面図。図９Ａに示すバスバーの外観を示す図であって、バスバーの表面に堆積させた金属粉体の表面に表面加工処理を施した状態を示す斜視図。図１０Ａの縦断面図。本発明に係る組電池の実施形態４の外観を示す全体斜視図。図１１に示す組電池の側面図。本発明に係る組電池の実施形態５の外観を示す全体斜視図。

以下、本発明に係る組電池の実施形態について図面を参照して説明する。

［実施形態１］
図１は、本発明に係る組電池の実施形態１の外観を示したものである。また、図２は、図１に示す組電池の側面図である。

図１に示す組電池１０は、角形二次電池１００を複数配列し、隣接する角形二次電池１００同士をバスバー３００を介して直列もしくは並列に接続することによって作製されている。

各角形二次電池１００は、電池缶１０１と電池蓋１０２を備えている。ここで、電池缶１０１と電池蓋１０２の形成素材としては、例えばアルミニウムやアルミニウム合金などが挙げられる。

電池缶１０１は、一対の幅広面１０１ａと一対の幅狭面１０１ｂと底面１０１ｃとを有し、上面が開口された矩形箱状に形成され、隣接する角形二次電池１００同士は、電池缶１０１の幅広面１０１ａ同士が対向するように配列されている。また、電池缶１０１の内部には蓄電要素（不図示）が収納され、電池缶１０１の上部開口が、矩形平板状の電池蓋１０２によって封止されて密閉されている。なお、電池缶１０１と電池蓋１０２はレーザ溶接等によって溶接されている。

各角形二次電池１００の電池蓋１０２には、正極外部端子１４１と負極外部端子１５１とガス排出弁１０３が設けられると共に、二次電池内に電解液を注入するための注液孔１０６ａを封止する注液栓１０６ｂがレーザ溶接等によって溶接されている。また、電池蓋１０２と正極外部端子１４１および負極外部端子１５１との間には、絶縁性を有する樹脂から形成されるガスケット１３０が介在されている。ここで、正極外部端子１４１の形成素材としては、一般にアルミニウムやアルミニウム合金が挙げられ、負極外部端子１５１の形成素材としては、銅や銅合金が挙げられる。

各角形二次電池１００を接続するバスバー３００は略矩形平板状を呈しており、その形成素材としては、一般に正極外部端子１４１と同種のアルミニウムやアルミニウム合金が挙げられる。そのため、バスバー３００と負極外部端子１５１とを直接溶接すると、当該バスバー３００と負極外部端子１５１との溶接強度の確保が難しい。

バスバー３００は、図示するように、その下面のうち負極外部端子１５１と接合される部分に段差部３０１を有しており、その段差部３０１に、バスバー３００の形成素材と異種の素材であって負極外部端子１５１の形成素材との溶接性に優れた素材、例えば銅や銅合金からなる金属粉体が堆積された接続層３００ａを有している。ここで、接続層３００ａとバスバー３００とは、その界面で金属結合により接合されており、接続層３００ａと負極外部端子１５１とは、表面粗さを低減するための表面加工処理が施された接続層３００ａの溶接面３００ｅを介して溶接されている。

すなわち、図２に示すように、角形二次電池１００の正極外部端子１４１側では、バスバー３００の溶接面（図中、下面）３００ｂと正極外部端子１４１の溶接面（図中、上面）１４１ｂとが直接溶接され、負極外部端子１５１側では、バスバー３００の段差部３０１の接続層３００ａの溶接面（図中、下面）３００ｅと負極外部端子１５１の溶接面（図中、上面）１５１ｂとが溶接されている。これにより、バスバー３００と負極外部端子１５１の形成素材が異なる場合であっても、接続層３００ａを介してバスバー３００と負極外部端子１５１とが接合されることによって、当該バスバー３００と負極外部端子１５１との溶接信頼性を確保することができる。

次に、図３〜図６を参照して、バスバーに対する接続層の形成方法と角形二次電池に対するバスバーの接合方法を概説する。図３は、図１に示す組電池のバスバーの外観を示したものであり、図４Ａ〜図４Ｃは、図１に示す組電池のバスバーに接続層を形成する工程を模式的に説明した部分拡大図であって、図４Ａは、バスバーの表面に金属粉体を堆積させる工程を説明したものであり、図４Ｂは、バスバーの表面に金属粉体を堆積させた状態を説明したものであり、図４Ｃは、バスバーの表面に堆積させた金属粉体の表面に表面加工処理を施した状態を説明したものである。また、図５は、角形二次電池にバスバーを溶接する工程を説明した部分拡大図であり、図６は、バスバーと外部端子の溶接箇所を拡大して示したものである。

バスバー３００の表面に接続層３００ａを形成するに当たり、図３に示すように、負極外部端子１５１と接合される部分に段差部３０１が形成された略矩形平板状のバスバー３００を用意する。なお、この段差部３０１の平面視における形状や段差部３０１の深さｄ（バスバー３００の溶接面（図中、上面）３００ｂと段差部３０１の底面３０１ｂとの距離）等は、負極外部端子１５１の形状や溶接条件等に応じて適宜変更することができる。

図４Ａに示すように、接続層３００ａは、コールドスプレー法を使用し、所定温度の金属粉体４００（例えば銅や銅合金からなる粉体）を圧縮ガスＧ（例えば、窒素ガス、ヘリウムガス、空気等）と共に加圧して加速し、バスバー３００の段差部３０１の底面３０１ｂに固相状態のままで吹き付けて堆積させることによって形成される。その際、バスバー３００の段差部３０１の底面３０１ｂに衝接する金属粉体４００は、所定温度及び所定速度を有しており、バスバー３００と金属結合により結合する。すなわち、バスバー３００の段差部３０１の底面３０１ｂ上に堆積された金属粉体４００とバスバー３００とは、その界面で金属結合により結合している。

ここで、接続層３００ａは、図４Ｂに示すように、その上面３００ｃがバスバー３００の溶接面３００ｂよりも突出するように形成されている。また、上記するコールドスプレー法を使用して金属粉体４００を堆積させた接続層３００ａの上面３００ｃおよび側面３００ｄは、吹き付けられる金属粉体４００の大きさに応じた表面粗さを有している。また、接続層３００ａの上面３００ｃと側面３００ｄとは、同程度の表面粗さを有している。例えば、金属粉体４００の平均粒径が数百μｍの場合、上面３００ｃと側面３００ｄの表面粗さは、金属粉体４００の平均粒径の半分程度になる。また、コールドスプレー法を使用して金属粉体４００を堆積させた接続層３００ａの上面３００ｃの表面粗さが、負極外部端子１５１の溶接面１５１ｂ（図５参照）の表面粗さよりも大きく、この接続層３００ａの上面３００ｃと負極外部端子１５１の溶接面１５１ｂとを溶接にて接合した場合、溶接強度の確保が難しい。

そこで、図４Ｃに示すように、接続層３００ａの上面３００ｃ全体に、表面粗さを低減するための表面加工処理を施し、接続層３００ａの上面３００ｃに、例えば負極外部端子１５１の溶接面１５１ｂの表面粗さ以下であってバスバー３００の溶接面３００ｂと略面一な溶接面３００ｅを形成する。ここで、表面粗さを低減するための表面加工処理としては、例えば切削加工処理、研磨加工処理、溶融加工処理などが挙げられる。なお、負極外部端子１５１と溶接されない接続層３００ａの側面３００ｄには、表面粗さを低減するための表面加工処理が施されていない。

このように段差部３０１に接続層３００ａを形成したバスバー３００を作製し、図５に示すように、角形二次電池１００の正極外部端子１４１側では、正極外部端子１４１の溶接面１４１ｂとバスバー３００の溶接面（図４Ｃ中、上面）３００ｂを直接溶接する。一方で、角形二次電池１００の負極外部端子１５１側では、負極外部端子１５１の溶接面１５１ｂとバスバー３００の段差部３０１に形成された接続層３００ａの溶接面３００ｅを溶接する。ここで、負極外部端子１５１の溶接面１５１ｂとバスバー３００の段差部３０１に形成された接続層３００ａの溶接面３００ｅとを溶接する際には、図６に示すように、溶融部５００の先端部５０１が負極外部端子１５１に到達するように溶接条件が調節されている。

なお、正極外部端子１４１とバスバー３００、バスバー３００の段差部３０１に形成された接続層３００ａと負極外部端子１５１を溶接する溶接方法としては、例えばレーザ溶接、抵抗溶接、アーク溶接等を適用することができる。また、その溶接方式としては、図６に示す重ね合わせ溶接の他、突き合わせ溶接やすみ肉溶接等を適用することができる。

このような構成により、バスバー３００を介して複数の二次電池１００を直列もしくは並列に接続した組電池１０において、バスバー３００と正極外部端子１４１との形成素材が同種であってバスバー３００と負極外部端子１５１との形成素材が異なる場合、例えば、正極外部端子１４１がアルミニウムやアルミニウム合金から作製され、バスバー３００が正極外部端子１４１と同種のアルミニウムやアルミニウム合金から作製され、負極外部端子１５１が銅または銅合金から作製される場合であっても、表面粗さを低減するための表面加工処理が施された接続層３００ａを介してバスバー３００と負極外部端子１５１とが溶接されるため、正極外部端子１４１とバスバー３００との溶接強度を確保しながら、バスバー３００と負極外部端子１５１との溶接信頼性を確保することができる。また、予め段差部３０１を形成したバスバー３００を使用し、その段差部３０１にバスバー３００の溶接面３００ｂと略面一な溶接面３００ｅを有する接続層３００ａを形成し、その接続層３００ａの溶接面３００ｅと負極外部端子１５１の溶接面１５１ｂとを溶接することによって、例えば略同じ外形を有する角形二次電池１００をバスバー３００を介して接続する際に、隣接する角形二次電池１００の正極外部端子１４１の溶接面１４１ｂに対するバスバー３００の溶接面３００ｂの高さと、負極外部端子１５１の溶接面１５１ｂに対するバスバー３００の段差部３０１の接続層３００ａの溶接面３００ｅの高さを略同等とすることができ、正極外部端子１４１や負極外部端子１５１とバスバー３００との溶接信頼性を更に高めることができる。

なお、金属粉体４００を吹き付けて堆積させた接続層３００ａとバスバー３００との金属結合による接合強度は、バスバー３００と負極外部端子１５１とを直接溶接した際の溶接強度よりも大きい。

上記する実施形態１では、接続層３００ａの上面３００ｃに表面粗さを低減するための表面加工処理を施し、バスバー３００の溶接面３００ｂと略面一な溶接面３００ｅを形成する形態について説明したが、接続層３００ａの溶接面３００ｅをバスバー３００の溶接面３００ｂよりも低く形成してもよいし、接続層３００ａの溶接面３００ｅをバスバー３００の溶接面３００ｂよりも高く形成してもよい。例えば、図７に示すように、接続層３００ａの溶接面３００ｅをバスバー３００の溶接面３００ｂよりも低く形成した場合には、接続層３００ａの溶接面３００ｅとバスバー３００の溶接面３００ｂとによって形成される段差を利用して、負極外部端子１５１に対するバスバー３００の位置決めを行うことができる。

［実施形態２］
図８Ａは、本発明に係る組電池の実施形態２の接続層を拡大して示す部分拡大図であって、接続層に外部端子を溶接する前の状態を示したものであり、図８Ｂは、接続層に外部端子を溶接した後の状態を示したものである。図８Ａ、Ｂに示す実施形態２は、図１〜図６に示す実施形態１に対して、接続層の構成が相違しており、その他の構成は実施形態１と同様である。したがって、図１〜図６に示す実施形態１と同様の構成については、同様の符号を付してその詳細な説明は省略する。

図８Ａに示す組電池１０Ａでは、バスバー３００の段差部３０１の底面３０１ｂの平面視での大きさが、負極外部端子１５１の溶接面１５１ｂの平面視での大きさよりも大きく形成されている場合、バスバー３００の段差部３０１に形成された接続層３００ａＡの表面（図中、下面）３００ｃＡの一部、具体的には、接続層３００ａＡの負極外部端子１５１に対向する表面３００ｃＡの略中央部に表面粗さを低減する表面加工処理が施され、負極外部端子１５１を溶接する溶接面３００ｅＡが形成されている。ここで、接続層３００ａＡの溶接面３００ｅＡは、負極外部端子１５１の溶接面１５１ｂの平面視での大きさよりも大きく、例えば負極外部端子１５１の溶接面１５１ｂの表面粗さ以下であって、バスバー３００の溶接面３００ｂに略面一に形成されている。

このように、接続層３００ａＡの表面３００ｃＡの一部に表面粗さを低減する表面加工処理を施して溶接面３００ｅＡを形成することによって、図８Ｂに示すように、接続層３００ａＡの溶接面３００ｅＡと負極外部端子１５１の溶接面１５１ｂとを溶接にて接合した際、相対的に大きな表面粗さを有する接続層３００ａＡの表面３００ｃＡと負極外部端子１５１とが接触することを回避し、接続層３００ａＡの表面３００ｃＡに施す表面加工処理の範囲を最適化しながら、バスバー３００と負極外部端子１５１との溶接信頼性を確保することができる。

［実施形態３］
図９Ａは、本発明に係る組電池の実施形態３のバスバーの外観を示す図であって、バスバーの表面に金属粉体を堆積させた状態を示したものであり、図９Ｂは、図９Ａの縦断面図である。また、図１０Ａは、図９Ａに示すバスバーの外観を示す図であって、バスバーの表面に堆積させた金属粉体の表面に表面加工処理を施した状態を示したものであり、図１０Ｂは、図１０Ａの縦断面図である。図９Ａ〜図１０Ｂに示す実施形態３は、図１〜図６に示す実施形態１に対して、バスバーと接続層の構成が相違しており、その他の構成は実施形態１と同様である。したがって、図１〜図６に示す実施形態１と同様の構成についてはその詳細な説明は省略する。

図９Ａおよび図９Ｂに示すように、本実施形態３では、バスバー３００Ｂの溶接面３００ｂＢのうち負極外部端子１５１と接合される部分に横断面が略円形かつ凹状の窪み３００ｆＢが形成されており、圧縮ガス（例えば、窒素ガス、ヘリウムガス、空気等）と共に加圧して加速した所定温度の金属粉体（例えば、銅や銅合金からなる粉体）をその窪み３００ｆＢに固相状態のままで吹き付けて堆積させることによって、接続層３００ａＢが形成されている。ここで、図９Ｂに示すように、金属粉体を堆積させた接続層３００ａＢは、その上面３００ｃＢがバスバー３００Ｂの溶接面３００ｂＢよりも突出するように形成されている。

そして、接続層３００ａＢの上面３００ｃＢ全体に、表面粗さを低減するための表面加工処理を施すことによって、図１０Ａおよび図１０Ｂに示すように、接続層３００ａＢの表面に、例えばバスバー３００Ｂの溶接面３００ｂＢと略面一な溶接面３００ｅＢが形成される。このような溶接面３００ｅＢが形成されたバスバー３００Ｂを使用し、正極外部端子側では、正極外部端子の溶接面とバスバー３００Ｂの溶接面３００ｂＢを直接溶接し、負極外部端子側では、負極外部端子の溶接面とバスバー３００Ｂの窪み３００ｆＢに形成された接続層３００ａＢの溶接面３００ｅＢを溶接し、隣接する角形二次電池をバスバー３００Ｂを介して接続して組電池が作製される。

このように、バスバー３００Ｂの負極外部端子１５１と接合される部分に形成された窪み３００ｆＢに接続層３００ａＢを形成することによって、バスバー３００Ｂの溶接面３００ｂＢに形成される接続層３００ａＢの大きさを最適化しながら、バスバー３００Ｂと負極外部端子１５１との溶接信頼性を確保することができる。また、略同等の外形を有する角形二次電池をバスバーを介して直列もしくは並列に接続する場合、予めバスバー３００Ｂの溶接面３００ｂＢの高さを調整することなく、隣接する角形二次電池の正極外部端子の溶接面に対するバスバー３００Ｂの溶接面３００ｂＢの高さと、負極外部端子の溶接面に対するバスバー３００Ｂの窪み３００ｆＢの接続層３００ａＢの溶接面３００ｅＢの高さを略同等とすることができ、正極外部端子や負極外部端子とバスバー３００Ｂとの溶接信頼性を更に高めることができる。

なお、上記する実施形態３では、バスバー３００Ｂの溶接面３００ｂＢに横断面が略円形かつ凹状の窪み３００ｆＢを形成する形態について説明したが、当該窪みの平面視での形状は、例えば三角形以上の多角形や星形等、適宜の形状に変更することができる。

［実施形態４］
図１１は、本発明に係る組電池の実施形態４の外観を示したものであり、図１２は、図１１に示す組電池の側面図である。図１１、１２に示す実施形態４は、図１〜図６に示す実施形態１に対して、バスバーや接続層の構成および素材が相違しており、その他の構成は実施形態１と同様である。したがって、図１〜図６に示す実施形態１と同様の構成については、同様の符号を付してその詳細な説明は省略する。

上記する実施形態１〜３では、組電池全体の重量を軽量化するために、バスバーが正極外部端子と同種のアルミニウムやアルミニウム合金から作製される形態について説明した。一方、本実施形態４では、組電池を構成する角形二次電池同士の導電性を高めるために、バスバー８００が負極外部端子と同種の銅や銅合金から作製される形態について説明する。

上記するように、一般に、負極外部端子１５１は銅または銅合金から作製されており、負極外部端子１５１とバスバー８００とを直接溶接しても、負極外部端子１５１とバスバー８００との溶接強度は容易に確保することができる。一方で、正極外部端子１４１はアルミニウムやアルミニウム合金から作製されており、この正極外部端子１４１とバスバー８００を直接溶接すると、正極外部端子１４１とバスバー８００との溶接強度を確保することが難しい。

本実施形態４では、図１１に示すように、正極外部端子１４１と接合される部分に段差部８０１が形成された略矩形平板状のバスバー８００を用意し、コールドスプレー法を使用し、所定温度の金属粉体（例えば、アルミニウムやアルミニウム合金からなる粉体）を圧縮ガス（例えば、窒素ガス、ヘリウムガス、空気等）と共に加圧して加速し、バスバー８００の段差部８０１の底面８０１ｂに固相状態のままで吹き付けて堆積させることによって、その段差部８０１に接続層８００ａを形成する。なお、接続層８００ａを構成する金属粉体とバスバー８００とは、その界面で金属結合により接合されている。そして、金属粉体を堆積させた接続層８００ａの表面に表面粗さを低減する表面加工処理を施してバスバー８００の溶接面８００ｂと略面一な溶接面８００ｅを形成し、接続層８００ａの溶接面８００ｅと正極外部端子１４１の溶接面とを溶接する。

すなわち、図１２に示すように、角形二次電池１００の負極外部端子１５１側では、バスバー８００の溶接面８００ｂと負極外部端子１５１の溶接面１５１ｂとを直接溶接し、正極外部端子１４１側では、バスバー８００の段差部８０１の接続層８００ａの溶接面８００ｅと正極外部端子１４１の溶接面１４１ｂとを溶接する。

これにより、バスバー８００が正極外部端子１４１と異種の銅や銅合金から作製される場合であっても、例えばアルミニウムやアルミニウム合金からなる金属粉体から形成される接続層８００ａを介してバスバー８００と正極外部端子１４１とが接合されるため、バスバー８００と正極外部端子１４１との溶接信頼性を確保することができる。

［実施形態５］
図１３は、本発明に係る組電池の実施形態５の外観を示したものである。

図示する組電池１０Ｄは、円筒形二次電池６００を複数配列し、隣接する円筒形二次電池６００同士をバスバー７００を介して直列もしくは並列に接続することによって作製されている。

各円筒形二次電池６００は、電池缶６０１と電池蓋６０２とガスケット６０３とを備えている。ここで、電池缶６０１の形成素材としては、例えば鉄や鉄合金などが挙げられ、電池蓋６０２の形成素材としては、例えばアルミニウムやアルミニウム合金などが挙げられる。

有底かつ円筒状の電池缶６０１の内部には蓄電要素（不図示）が収納され、電池缶６０１の上部開口が、ガスケット６０３を介して円板状の電池蓋６０２によって封止されて密閉されている。ここで、電池蓋６０２は正極外部端子を兼ねており、電池缶６０１は負極外部端子を兼ねている。

各二次電池６００を接続するバスバー７００は略矩形平板状を呈しており、その形成素材としては、例えば銅や銅合金が挙げられる。そのため、正極外部端子を構成する電池蓋６０２とバスバー７００、負極外部端子を構成する電池缶６０１とバスバー７００とを直接溶接すると、各外部端子とバスバー７００との溶接強度の確保が難しい。

バスバー７００は、図示するように、その長手方向の両端部、具体的にはその表面のうち正極外部端子を構成する電池蓋６０２と接合される部分及び負極外部端子を構成する電池缶６０１と接合される部分にそれぞれ段差部７０１ａ、７０１ｂを有しており、各段差部７０１ａ、７０１ｂに、バスバー７００の形成素材と異種の素材であって電池蓋６０２もしくは電池缶６０１との溶接性に優れた素材からなる金属粉体が堆積された接続層７００ａａ、７００ａｂを有している。具体的には、バスバー７００は、正極外部端子側の段差部７０１ａに、アルミニウムやアルミニウム合金からなる金属粉体が堆積された接続層７００ａａを有し、負極外部端子側の段差部７０１ｂに、ニッケルやニッケル合金からなる金属粉体が堆積された接続層７００ａｂを有している。ここで、各接続層７００ａａ、７００ａｂとバスバー７００とは、その界面で金属結合により接合されており、接続層７００ａａと電池蓋６０２及び接続層７００ａｂと電池缶６０１とは、表面粗さを低減するための表面加工処理が施された接続層７００ａａ、７００ａｂの溶接面７００ｅａ、７００ｅｂを介して溶接されている。

すなわち、本実施形態５の組電池１０Ｄでは、円筒形二次電池６００の正極側で、アルミニウムやアルミニウム合金などから作製される電池蓋６０２とアルミニウムやアルミニウム合金からなる金属粉体から構成される接続層７００ａａが溶接され、負極側で、鉄や鉄合金などから作製される電池缶６０１とニッケルやニッケル合金（鉄や鉄合金及び銅や銅合金との溶接性に優れた素材）からなる金属粉体から構成される接続層７００ａｂが溶接される。これにより、バスバー７００の形成素材と正極外部端子を構成する電池蓋６０２の形成素材や、バスバー７００の形成素材と負極外部端子を構成する電池缶６０１の形成素材とがそれぞれ異なる場合であっても、表面粗さを低減するための表面加工処理が施された接続層７００ａａ、７００ａｂを介してバスバー７００と電池蓋６０２や電池缶６０１とが接合されることによって、当該バスバー７００と電池蓋６０２や電池缶６０１との溶接信頼性を確保することができる。

［実施形態６〜１２］
上記する実施形態５では、例えば、円筒形二次電池６００を構成する電池蓋６０２がアルミニウム（Ａｌ）やアルミニウム（Ａｌ）合金から作製され、電池缶６０１が鉄（Ｆｅ）や鉄（Ｆｅ）合金から作製され、各二次電池６００を接続するバスバー７００が銅（Ｃｕ）や銅（Ｃｕ）合金から作製される際に、バスバー７００の段差部に形成される正極側の接続層７００ａａがアルミニウム（Ａｌ）やアルミニウム（Ａｌ）合金からなる金属粉体から形成され、負極側の接続層７００ａｂがニッケル（Ｎｉ）やニッケル（Ｎｉ）合金からなる金属粉体から形成される形態について説明したが、接続層７００ａａ、７００ａｂを形成する金属粉体の形成素材や接続層７００ａａ、７００ａｂの必要性は、電池蓋６０２、電池缶６０１、バスバー７００の形成素材に応じて適宜変更することができる。以下の表１は、バスバー７００と電池蓋６０２や電池缶６０１との溶接信頼性を確保し得る、電池蓋６０２、電池缶６０１、バスバー７００、接続層７００ａａ、７００ａｂを形成する金属粉体の形成素材の組み合わせ（実施形態６〜１２）を示したものである。なお、表１には、上記する実施形態５の電池蓋６０２、電池缶６０１、バスバー７００、接続層７００ａａ、７００ａｂを形成する金属粉体の形成素材を併せて示している。

表１で示すように、電池蓋６０２、電池缶６０１、バスバー７００、接続層７００ａａ、７００ａｂを形成する金属粉体の形成素材を適宜組み合わせることによって、バスバー７００と電池蓋６０２及び／又はバスバー７００と電池缶６０１の形成素材が異なる場合であっても、バスバー７００と電池蓋６０２やバスバー７００と電池缶６０１の溶接信頼性を確保することができる。特に、実施形態６、８、９、１２においては、バスバー７００の段差部に形成される接続層７００ａａ、７００ａｂの一方を省略することができ、組電池の生産性を高めることができる。

なお、上記する実施形態１〜５では、接続層が、アルミニウムやアルミニウム合金、銅や銅合金、ニッケルやニッケル合金からなる金属粉体から形成される形態について説明したが、例えば鉄やステンレスなどの鉄合金からなる金属粉体から形成してもよい。

また、上記する実施形態１〜５では、接続層の溶接面と外部端子の溶接面との溶接強度を確保するために、接続層の溶接面が外部端子の溶接面の表面粗さ以下である形態について説明したが、接続層は外部端子との溶接性に優れた素材から形成されるため、接続層の溶接面は、少なくとも表面粗さを低減する表面加工処理が施されていればよい。

なお、本発明は上記した実施形態１〜１２に限定されるものではなく、様々な変形形態が含まれる。例えば、上記した実施形態１〜１２は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１０組電池
１００角形二次電池
１０１電池缶
１０１ａ幅広面
１０１ｂ幅狭面
１０１ｃ底面
１０２電池蓋
１０３ガス排出弁
１０６ａ注液孔
１０６ｂ注液栓
１３０ガスケット
１４１正極外部端子
１４１ｂ正極外部端子の溶接面
１５１負極外部端子
１５１ｂ負極外部端子の溶接面
３００バスバー
３００ａ接続層
３００ｂバスバーの溶接面
３００ｄ接続層の側面
３００ｅ接続層の溶接面
３０１段差部
３０１ｂ段差部の底面
４００金属粉体
５００溶融部
５０１先端部
６００円筒形二次電池
６０１電池缶
６０２電池蓋
６０３ガスケット
７００バスバー
７００ａａ接続層
７００ａｂ接続層
７０１ａ段差部
７０１ｂ段差部
８００バスバー
８００ａ接続層
８０１段差部
Ｇ圧縮ガス

Claims

正極及び負極の外部端子を有する二次電池の複数がバスバーを介して接続された組電池であって、
前記二次電池の外部端子のうち少なくとも一つの外部端子と前記バスバーとの間には、前記バスバーの形成素材と異種の素材であって前記外部端子の形成素材との溶接性に優れた素材からなる金属粉体が堆積されて形成された接続層が介在されており、
前記接続層と前記バスバーとは、その界面で金属結合により接合され、前記接続層と前記外部端子とは、前記接続層の溶接面と前記外部端子の溶接面とを介して溶接されており、前記接続層の溶接面の表面粗さは前記外部端子の溶接面の表面粗さ以下であることを特徴とする組電池。
正極及び負極の外部端子を有する二次電池の複数がバスバーを介して接続された組電池であって、
前記二次電池の外部端子のうち少なくとも一つの外部端子と前記バスバーとの間には、前記バスバーの形成素材と異種の素材であって前記外部端子の形成素材との溶接性に優れた素材からなる金属粉体が堆積されて形成された接続層が介在されており、
前記接続層と前記バスバーとは、その界面で金属結合により接合され、前記接続層と前記外部端子とは、前記接続層の溶接面を介して溶接されており、前記接続層の溶接面は平坦な表面を有することを特徴とする組電池。
前記金属粉体は、前記外部端子の形成素材と同種の素材、もしくは、前記外部端子の形成素材との溶接性に優れ且つ該外部端子の形成素材と異種の素材からなることを特徴とする請求項１又は２に記載の組電池。
前記接続層は、前記バスバーの表面に形成された段差部もしくは窪みに形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の組電池。
前記接続層の溶接面は、前記接続層の前記外部端子に対向する面の一部に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の組電池。
前記組電池を構成する前記二次電池は、角形もしくは円筒形であることを特徴とする請求項１又は２に記載の組電池。
前記金属粉体は、アルミニウム、銅、ニッケル、鉄、もしくはそれらの合金からなることを特徴とする請求項１又は２に記載の組電池。
請求項１又は２に記載の組電池を製造する組電池の製造方法であって、
前記接続層の溶接面の表面粗さを低減する表面加工処理を施す工程を含み、前記表面加工処理は、切削加工処理、研磨加工処理、もしくは溶融加工処理であることを特徴とする組電池の製造方法。