JP6014837B2 - リチウムイオン電池用の負極端子および蓋部材、並びにリチウムイオン電池 - Google Patents

リチウムイオン電池用の負極端子および蓋部材、並びにリチウムイオン電池 Download PDF

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Description

本発明は、異なる金属材料からなる複数の層が接合されたリチウムイオン電池用の負極端子、および該負極端子を備えたリチウムイオン電池用の蓋部材、並びに該蓋部材を用いたリチウムイオン電池に関する。
電池には、化学電池とされる一次電池、二次電池、燃料電池、物理電池とされる太陽電池などがある。一次電池は充電できず、マンガン電池などの乾電池、リチウム電池、ボタン電池などがある。二次電池は充電でき、ニカド電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池などがある。これら各種の電池は、用途に応じて使い分けられている。例えば、リチウムイオン電池は、高いエネルギー密度（単位質量当たり、または単位体積当たりの取り出せるエネルギー）や、メモリー効果（二次電池が十分に放電し切らないうちに、継ぎ足し充電すると、容量が減少したように見える劣化現象）がほとんどないという特性をもち、携帯電話やノートパソコンなどの携帯機器に広く用いられている。
近年、電気自動車、ハイブリット自動車、スマートグリットなどの用途に、大型のリチウムイオン電池が使用されるようになってきた。このような分野では、大きな電流を得るために、複数のリチウムイオン電池を電気的に接続して使用する場合が多い。こうした電池の端子間接続には、電気抵抗が低くジュール熱の発生が少ないＣｕ系材料からなる端子間接続部品（バスバー）が使用される。電池端子に対するバスバーの接続は、従来は個々の電池特性のバラツキを考慮して電池交換が容易にできるようボルトとナットなどにより機械的に締結されることが多かった。
最近のリチウムイオン電池は、例えば特開２０１１−２１０７２５号公報（特許文献１）に開示される。この電池は、正極の集電体としては正極活物質との化学反応が抑制できるＡｌが、負極の集電体としては電気抵抗の低いＣｕが、使用される。また、電池の外部に露出して設けられる端子は、集電体に対して溶接が容易な材料が選定され、正極部にはＡｌが、負極部にはＣｕが、使用される。リチウムイオン電池における各部の材料は、専らこのように選定されている。また、Ａｌからなる正極部と、Ｃｕ系材料からなるバスバーとの、接続に起因する抵抗（接触抵抗）を低減させるため、例えば特開２０１０−９７７６９号公報（特許文献２）には、正極部において、Ａｌからなる集電体との接続部分（端子下部）はＡｌとし、バスバーとの接続部分（端子上部）にはＣｕを含有させる構成が開示される。
近年、リチウムイオン電池は、電気的な特性のバラツキが抑制されて品質が高まり、さらなる軽量化、コンパクト化（体積低減）、生産性向上などを図るため、電池端子に対してバスバーの接続に溶接を適用する検討がなされている。加えて、従来のＣｕ系材料からなるバスバーに替えて、密度（比重）がより小さく軽量化が可能なＡｌ系材料からなるバスバーの適用が検討されている。例えば前記特許文献２に開示される構成によれば、Ａｌ系材料からなるバスバーとＡｌからなる正極部との溶接は容易にできる。
しかし、Ａｌ系材料からなるバスバーとＣｕからなる負極部との溶接は、溶接時の熱影響に起因して反応が起こり、接合界面においてＡｌとＣｕとが組成の傾斜によって機械的強度が脆弱な金属間化合物が生成し、これにより接合強度が低下してしまう。この問題を解決するため、例えば前記特許文献１には、Ａｌ系材料からなるバスバーをＡｌからなるターミナル部材（負極端子）に溶接し、該ターミナル部材をＡｌおよびＣｕからなる２層クラッド材を介してＣｕからなる負極部に溶接する構成が提案されている。
特開２０１１−２１０７２５号公報 特開２０１０−９７７６９号公報
上述した特許文献１では、ＡｌおよびＣｕからなる２層クラッド材が適用される。しかし、予め十分な接合強度をもたせたクラッド材とはいえ、Ａｌ系材料とＣｕ系材料との接合体である。このため、溶接時の入熱量が大きくなって５００℃程度の伝熱があると、クラッド材のＡｌ層とＣｕ層の接合界面において、上述した反応が起こり、金属間化合物が生成して接合強度が低下する問題があった。加えて、バスバーと負極部との接続にターミナル部材（負極端子）とクラッド材という２つの部品を要し、これら部品を有する分だけ生産効率や製造コストが低下し、さらには電池のコンパクト性や軽量性に影響を与えるなどの問題があった。
本発明の目的は、正極側とＣｕ系材料からなる負極部とを、Ａｌ系材料からなるバスバーを用いて接続する形態のリチウムイオン電池に関して、負極部とバスバーとを、ねじなどで機械的に締結するような接続ではなく、例えば抵抗溶接やレーザー溶接などにより金属学的に接合するような場合に、負極部とバスバーとの間に十分な接合強度を持たせることが可能であって、接続に要する部品数の低減や生産性向上を可能とするリチウムイオン電池用の負極端子を提供することである。および、該負極端子を備えたリチウムイオン電池用の蓋部材、並びに該蓋部材を用いたリチウムイオン電池を提供することである。
本発明者らは、負極端子自体にＣｕ系材料とＡｌ系材料のクラッド構造を適用し、かつ、該負極端子においてＣｕ系材料とＡｌ系材料との金属学的な反応を抑制できる反応抑制層を設けることにより、上述の課題が解決できることを見出して本発明に到達した。
すなわち本発明に係るリチウムイオン電池用の負極端子は、ＣｕまたはＣｕ合金からなる負極部に接合されるとともに、ＡｌまたはＡｌ合金からなるバスバーに溶接されるリチウムイオン電池用の負極端子であって、ＡｌまたはＡｌ合金からなる第１金属層と、ＣｕまたはＣｕ合金からなる第２金属層と、前記第２金属層における前記負極部と接続する側に接合され、Ｃｕを含むろう材から構成された接合層とを有し、前記第１金属層と前記第２金属層とは反応を抑制するとともに、前記第１金属層よりも融点の高い反応抑制層を介して接合されたクラッド材からなる、リチウムイオン電池用の負極端子である。前記反応抑制層は電気抵抗がＡｌやＣｕに比べて電気抵抗が高く、負極端子の電気抵抗を増加させるが、反応を抑制するために必要となる。

本発明において、前記反応抑制層は、ＮｉまたはＮｉ合金、もしくはＴｉまたはＴｉ合金のいずれかからなることが好ましい。
また、前記第１金属層および前記第２金属層は、表面が平面状に形成されていることが好ましい。
また、本発明においては、前記第１金属層の厚みは、前記第１金属層以外の層の厚みの総和よりも大きいことが好ましい。
また、前記第２金属層の厚みは、前記第１金属層を除く前記第２金属層以外の層の厚みの総和よりも大きいことが好ましい。
また、本発明においては、前記負極端子の側面において外部と接する前記第１金属層と前記反応抑制層との接合界面および前記第２金属層と前記反応抑制層との接合界面は、絶縁部により覆われていることが好ましい。
上述した本発明に係るリチウムイオン電池用の負極端子を用いて、リチウムイオン電池用の蓋部材を構成することができる。
すなわち本発明に係るリチウムイオン電池用の蓋部材は、上述したいずれかの負極端子を備え、穴部が設けられた金属材料からなる蓋材を有し、前記穴部において、前記負極端子は電気的に絶縁した状態で支持されている、リチウムイオン電池用の蓋部材である。
前記穴部において、前記負極端子は前記蓋材の表面よりも突出した状態で支持されていることが好ましい。
また、上述した本発明に係るリチウムイオン電池用の蓋部材を用いて、リチウムイオン電池を構成することができる。
すなわち本発明に係るリチウムイオン電池は、上述したいずれかの蓋部材を用い、ＣｕまたはＣｕ合金からなる前記負極部と、ＡｌまたはＡｌ合金からなる正極部と、電解液とが少なくとも収納された収納部材を有し、該収納部材は前記蓋部材により密閉されており、前記負極部には前記負極端子が接続されている、リチウムイオン電池である。
また、本発明においては、上述したリチウムイオン電池を用い、複数のリチウムイオン電池の正極側と前記負極端子とがＡｌまたはＡｌ合金からなる前記バスバーにより電気的に直列に接続されている、リチウムイオン電池を得ることができる。
リチウムイオン電池において、ＣｕまたはＣｕ合金からなる負極部とＡｌまたはＡｌ合金からなるバスバーとを溶接などにより金属学的に接続する場合、本発明に係るリチウムイオン電池用の負極端子によれば、反応抑制層によりＣｕ系材料とＡｌ系材料との金属学的な反応を抑制できるので、負極部とバスバーとを十分な接合強度をもって接続することができる。加えて、本発明に係る負極端子は、第１金属層がバスバーと同類のＡｌまたはＡｌ合金からなり、第２金属層が負極部と同類のＣｕまたはＣｕ合金からなるので、バスバーと負極部を直に接続するよりも強固な接合状態を得やすい。
よって、本発明によれば、従来のＣｕ系に替えてＡｌ系のバスバーが使用できるため、リチウムイオン電池の軽量化が可能になる。また、本発明に係る１つの負極端子によりバスバーと負極部とを接続できるため、リチウムイオン電池の軽量化やコンパクト化、並びに生産性向上や製造コスト低減が期待できる。
また、本発明に係るリチウムイオン電池用の蓋部材によれば、上述した本発明に係る負極端子を簡易な形態で使用することができる。また、簡易な構造を有する本発明に係るリチウムイオン電池や、Ａｌ系のバスバーにより複数連結された従来よりも軽量化された本発明に係るリチウムイオン電池を得ることができる。
本発明の第１実施形態に係り、バスバーで連結した本発明に係るリチウムイオン電池の一例を示す斜視図である。 図１に示す本発明に係るリチウムイオン電池の１つを取り出して示す斜視図である。 図２に示すリチウムイオン電池を分解して示す斜視図である。 図１に示す７００−７００線に沿った断面を部分的に示す断面図である。 図４に示す本発明に係る負極端子の一例を含む断面を部分的に示す断面図である。 図４に示す構成に負極端子を取り付ける製造プロセスの一例を説明するための断面図である。 図６に示す製造プロセスの続きを説明するための断面図である。 図７に示す製造プロセスの続きを説明するための断面図である。 本発明の第１参考例に係り、図５に示す本発明に係る負極端子とは異なる別例を含む断面を示す断面図である。 図９に示す負極端子を用いた、図４に示す構成に相当する構成を示す断面図である。 本発明の第２参考例に係り、図５、図９に示す本発明に係る負極端子とは異なる別例を含む断面を示す断面図である。 図１１に示す負極端子を用いた、図４に示す構成に相当する構成を示す断面図である。 本発明の第３参考例に係り、図５、図９、図１１に示す本発明に係る負極端子とは異なる別例を含む断面を示す断面図である。 図１３に示す負極端子を用いた、図４に示す構成に相当する構成を示す断面図である。 図１４に示す構成を製造する製造プロセスの一例を説明するための断面図である。 本発明の第２実施形態に係り、バスバーで連結した本発明に係るリチウムイオン電池について、図１に示す構成とは異なる別例を示す斜視図である。 本発明の第３実施形態に係り、図２に示すリチウムイオン電池の１つとは異なる別例を含む斜視図である。
本発明に係るリチウムイオン電池用の負極端子において、最も重要な技術的特徴は、Ｃｕ系材料とＡｌ系材料との反応を抑制できる反応抑制層を介して、ＡｌまたはＡｌ合金からなる第１金属層と、ＣｕまたはＣｕ合金からなる第２金属層とを接合することにある。
具体的には、本発明に係る負極端子は、少なくとも、ＡｌまたはＡｌ合金からなる第１金属層と、ＣｕまたはＣｕ合金からなる第２金属層と、前記第２金属層における負極部と接続する側に接合され、Ｃｕを含むろう材から構成された接合層とを有し、前記第１金属層と前記第２金属層とは反応を抑制する反応抑制層を介して接合されたクラッド材からなる。
リチウムイオン電池において、ＣｕまたはＣｕ合金からなる負極部とＡｌまたはＡｌ合金からなるバスバーとを、本発明に係る負極端子を使用して接続する。この場合、バスバーと、本発明に係る負極端子の第１金属層のいずれもがＡｌまたはＡｌ合金という同類の材料からなることから、第１金属層に対してバスバーを例えば抵抗溶接やレーザー溶接などにより金属学的に接合した場合であっても、溶接時の熱に起因して、機械的強度が脆弱な金属間化合物が生成されることがなく、バスバーと本発明に係る負極端子との間に十分な接合強度を持たせることができる。
同様に、リチウムイオン電池のＣｕまたはＣｕ合金からなる負極部と、本発明に係る負極端子の第２金属層のいずれもがＣｕまたはＣｕ合金という同類の材料からなることから、第２金属層に対して負極部を例えば抵抗溶接やレーザー溶接などにより金属学的に接合した場合であっても、溶接時の熱に起因して、機械的強度が脆弱な金属間化合物が生成されることがなく、負極部と本発明に係る負極端子との間に十分な接合強度を持たせることができる。
また、上述のように本発明に係る負極端子を用いて負極部とバスバーとを例えば抵抗溶接やレーザー溶接などにより接続する場合、溶接時の熱が第１金属層側から第２金属層側へ、あるいは第２金属層側から第１金属層側へ伝搬する。このとき、この伝熱に起因して、例えば第１金属層を構成するＡｌまたはＡｌ合金が第２金属層に向かって拡散しようとする。ところが、本発明に係る負極端子は、第１金属層と第２金属層とが反応抑制層を介して接合されているため、この反応抑制層が第１金属層を構成するＡｌまたはＡｌ合金の拡散を食い止め、Ａｌ系材料とＣｕ系材料との間の金属間化合物の生成を抑止する。よって、第１金属層を構成するＡｌまたはＡｌ合金と第２金属層を構成するＣｕまたはＣｕ合金との反応を生じ難くなり、機械的強度が脆弱な金属間化合物の生成が抑制され、本発明に係る負極端子内部では接合強度の低下防止を図ることができる。
したがって、リチウムイオン電池において、ＣｕまたはＣｕ合金からなる負極部とＡｌまたはＡｌ合金からなるバスバーとを接続する場合、例えば溶接などの発熱を伴う金属学的な接続方法を適用したとしても、本発明に係る負極端子を用いることにより、十分な接合強度をもって負極部とバスバーとを接続することができる。
また、本発明に係る負極端子は、少なくとも第１金属層と第２金属層とが反応抑制層を介して接合されたクラッド材を適用している。クラッド材は、それぞれの層をクラッド圧延機などのよって接合するときの圧力により、それぞれの層間（接合界面）が十分な接合強度をもって接合される。よって、この点においてもクラッド材からなる本発明に係る負極端子は、負極部とバスバーとを十分な接合強度をもって接続するために好適である。
よって、単体のリチウムイオン電池を複数連結する構成を得たい場合、本発明に係る負極端子によればＡｌまたはＡｌ合金からなるバスバーが使用できるため、密度（比重）が大きいＣｕ系材料からなるバスバーを用いるよりも十分な軽量化を図ることができる。さらには、負極部とバスバーとを、ねじなどの機械的な接続によらずに接続できるため、ボルト、ナット、ワッシャなどのねじ部品を削減できたり、より簡易で自動化しやすい溶接などにより生産効率を向上できたり、バスバーと負極部の締結構造をコンパクト化できたりといった効果も得られる。
また、本発明に係る負極端子において、前記第２金属層の負極側には接合層を有することができる。接合層を有することにより、その分だけ負極端子の熱容量や放熱面積を増やすことができる。例えば、第２金属層に対して負極部を抵抗溶接やレーザー溶接などにより接続する場合を考えてみると、溶接時に、直に第２金属層に溶接するよりも上述した熱容量や放熱面積が増えた分だけ反応抑制層への伝熱を遅らせたり、温度上昇を抑制したりできる。また、接合層を設ける構成を選ぶ場合、例えば前記第２金属層よりも熱伝導率の低い材質を選定して溶接エネルギーの投入量を抑制し、溶接時の接合部近傍の温度上昇を抑制することも可能になる。上述したように温度が高い場合には、第２金属層と反応抑制層との間で、あるいは第１金属層と反応抑制との間で、熱に起因する反応が起こる可能性がある。したがって、本発明において、第２金属層に対してさらに接合層を設けることにより、上述した反応を生じ難くする作用効果を高めることができる。
また、本発明に係る負極端子において、前記接合層は、Ｃｕを含有するろう材である。Ｃｕを含有するろう材は、負極部および第２金属層を構成するＣｕと同種の材料であるため、異種材料を用いるよりも電気的な抵抗（接触抵抗）が小さくなるとともに、接合が高い接合強度で容易にできる。
以下、本発明に係る負極端子について、発明者らが好ましいと考える構成を説明する。
本発明に係る負極端子において、反応抑制層は、融点がＡｌ系材料よりも高い、例えばＮｉまたはＮｉ合金、もしくはＴｉまたはＴｉ合金のいずれかからなることが好ましい。異種の金属材料が反応を起こして金属間化合物を生成する温度という観点をもって、Ａｌ系材料とＣｕ系材料の組合せと、Ａｌ系材料とＮｉ系材料の組合せとを比較した場合、前者は後者よりも低い温度で金属間化合物を生成する。このため、その温度差分だけ、後者は金属間化合物が生成し難いといえる。つまり、融点が高い分だけ、後者では反応が起こり難くなるのである。また、後者の場合、反応により生成し得ると考えられる金属間化合物はＮｉ−Ａｌ化合物であろうが、これが機械的強度に不満のない化合物であることもＮｉまたはＮｉ合金が好ましいとする理由である。
上述したことは、Ｃｕ系材料とＡｌ系材料の組合せと、Ｃｕ系材料とＮｉ系材料の組合せとを比較した場合についても、同様にいえる。したがって、Ａｌ系材料とＣｕ系材料とを直に接合するよりも、Ｎｉ系材料すなわちＮｉまたはＮｉ合金を介して接合すると、機械的強度が脆弱な金属間化合物が生成され難くなるため、接合強度の低下防止には有効である。なお、このＮｉまたはＮｉ合金を用いる有効性は、ＴｉまたはＴｉ合金を用いても得ることができる。
また、本発明に係る負極端子において、前記第１金属層および前記第２金属層は、表面が平面状に形成されていることが好ましい。一般に、バスバーは、容易かつ安価に加工できる平板形状のものが専ら使用されている。よって、平板形状のバスバーを本発明に係る負極端子に対して接続する場合、第１金属層の表面が平面状に形成されていると、両者の接続は互いの平面を密着させるようにして容易に接続することができる。同様に、リチウムイオン電池の負極部もまた、容易かつ安価に加工できる平板形状のものが専ら使用されているため、第２金属層の表面が平面状に形成されていると、平板形状の負極部を本発明に係る負極端子に対して容易に接続することができる。さらに、平面による接続であるため接触面積が大きくなり、接触面積に起因する電気的な抵抗（接触抵抗）を小さくすることができる。加えて、電池の劣化の度合いなどの状況を計測するためのワイヤなどを設置しやすくなる。
また、本発明に係る負極端子において、前記第１金属層の厚みは、前記第１金属層以外の層の厚みの総和よりも大きいことが好ましい。このように負極端子を構成することにより、反応抑制層と密度（比重）のより大きいＣｕまたはＣｕ合金からなる第２金属層よりも、密度（比重）のより小さいＡｌまたはＡｌ合金からなる第１金属層の占める割合を大きくできる。よって、本発明に係る負極端子の軽量化を図ることができる。
また、本発明に係る負極端子において、前記第２金属層の厚みは、前記第１金属層を除く前記第２金属層以外の層の厚みの総和よりも大きいことが好ましい。このように負極端子を構成することにより、材料に起因する電気的な抵抗（電気抵抗）のより小さいＣｕまたはＣｕ合金からなる第２金属層の占める割合を大きくできる。よって、軽量性を損ねることなく、本発明に係る負極端子の内部の電気抵抗の低減を図ることができる。さらに反応抑制層を薄くすることで抵抗溶接時の反応抑制層における発熱を抑制できる。
また、本発明に係る負極端子において、前記負極端子の側面において外部と接する前記第１金属層と前記反応抑制層との接合界面および前記第２金属層と前記反応抑制層との接合界面は、絶縁部により覆われていることが好ましい。クラッド材からなる本発明に係る負極端子は、例えばプレス打抜きなどにより四角形の平板状に加工して使用することができる。この場合、平板の打抜き端面（側面）において、それぞれの層の接合界面が露出して外気に曝されることになる。このような使用形態において、露出してしまう接合界面を絶縁部により覆うとよい。これにより、本発明に係る負極端子をリチウムイオン電池に適用した場合、一般に正極性を有する電池の蓋材に対して負極性を有する負極端子が電気的に短絡するようなことがない。また、電池の電解液の漏れや浸潤に起因する接合界面の損壊を防止でき、接合強度の低下防止を図ることができる。
上述した本発明に係るリチウムイオン電池用の負極端子を用いて、リチウムイオン電池用の蓋部材を構成することができる。
具体的には、本発明に係る負極端子を備え、穴部が設けられた金属材料からなる蓋材を有し、前記穴部において、前記負極端子は電気的に絶縁した状態で支持されている、リチウムイオン電池用の蓋部材である。本発明に係る蓋部材は、上述した優れた機能や効果を有する本発明に係る負極端子を備えているため、従来の蓋部材よりも信頼性が高く、特に負極端子周りの構造が簡易かつコンパクトにできるので好適である。また、蓋部材において、前記負極端子は電気的に絶縁した状態で支持されているため、一般に正極性を有する蓋材が負極性を有する負極端子と電気的に短絡するようなことがない。
また、本発明に係る蓋部材は、前記蓋材に設けた穴部において、前記負極端子を前記蓋材の表面よりも突出した状態で支持することが好ましい。より具体的には、負極端子の第１金属層の表面が蓋材の表面よりも突出する位置で、負極端子を支持するように構成するのである。このように構成すれば、負極端子の第１金属層に対するバスバーの接続が容易化できるとともに、バスバーを直に接続しても蓋材との間で電気的に短絡することがない。また、上述した接合界面に対して露出防止処理が施されている負極端子を用い、負極端子の露出防止処理部に電気的な絶縁性と機械的弾性をもたすことにより、前記蓋材に設けた穴部に対して負極端子を嵌め込むといった簡易な方法により、簡易な構造の本発明に係る蓋部材を容易に得ることができる。加えて、負極端子におけるそれぞれの層の接合界面に電池の電解液が浸潤するようなこともない。
上述した本発明に係るリチウムイオン電池用の蓋部材を用いて、リチウムイオン電池を構成することができる。
具体的には、本発明に係る蓋部材を用い、ＣｕまたはＣｕ合金からなる前記負極部と、ＡｌまたはＡｌ合金からなる正極部と、電解液とが少なくとも収納された収納部材を有し、該収納部材は前記蓋部材により密閉されており、前記負極部には前記負極端子が接続されている、リチウムイオン電池である。また、正極部と負極部を隔てるための格別のセパレータを収納も可能である。本発明に係るリチウムイオン電池は、上述した優れた機能や効果を有する本発明に係る負極端子を備えた蓋部材を用いているため、従来のリチウムイオン電池よりも信頼性が高く、特に蓋部分の構造が簡易かつコンパクトにできるので好適である。
また、本発明に係るリチウムイオン電池を用い、１つのリチウムイオン電池の正極側と、別のリチウムイオン電池の負極端子とを、ＡｌまたはＡｌ合金からなる前記バスバーにより電気的に直列に接続することにより、複数のリチウムイオン電池を連結した構成のリチウムイオン電池（リチウムイオン電池接続体）を得ることができる。このような構成からなるリチウムイオン電池接続体は、従来のＣｕ系バスバーを用いたリチウムイオン電池接続体よりも軽量かつコンパクトにできる。また、Ｃｕ系材料よりも安価なＡｌ系材料の使用により、材料に起因する製造コストを低減でき、より安価なリチウムイオン電池接続体の提供が可能になる。なお、本発明に係る負極端子の適用により、リチウムイオン電池の構造に係る品質や信頼性は、従来よりも高まるといえる。
以下、本発明の幾つかの実施形態について、適宜、図面を用いて詳細に説明する。
（第１実施形態）
まず、図１〜図５を参照して、本発明の第１実施形態となる、リチウムイオン電池用の負極端子４、蓋部材２、リチウムイオン電池１、並びにリチウムイオン電池接続体１００について、それぞれの構造を説明する。
本発明の第１実施形態となるリチウムイオン電池接続体１００は、電気自動車（ＥＶ、ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｖｅｈｉｃｌｅ）や、ハイブリッド自動車（ＨＥＶ、ｈｙｂｒｉｄ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｖｅｈｉｃｌｅ）、住宅蓄電システムなどに用いられる大型の電池システムに適用することができる。このリチウムイオン電池接続体１００は、図１に示すように、単体のリチウムイオン電池１同士を平板状のバスバー１０１により電気的に直列に接続し、リチウムイオン電池１の集合体として構成されている。なお、ここでいうリチウムイオン電池１は本発明に係る「リチウムイオン電池」の一例である。
具体的には、リチウムイオン電池１は、図２に示すように、略直方体形状を有しているとともに、上方（Ｚ１側）に配置される蓋部材２と、該蓋部材２の下方（Ｚ２側）に配置されて正極部５や負極部６やセパレータ１０２を収納する電池ケース本体３とを備えている。この電池ケース本体３はＡｌからなる。なお、ここでいう蓋部材２は本発明の「リチウムイオン電池用の蓋部材」の一例である。
蓋部材２は、平面的に（上方から）見て長方形形状を有し、Ａｌからなる板状の蓋材２０と、蓋材２０の長辺の延びる方向（Ｘ方向）の一方側（Ｘ１側）に配置された正極端子２１と、蓋材２０の長辺の延びる方向の他方側（Ｘ２側）に配置された負極端子４とを備えている。この蓋材２０は、電池ケース本体３と同様にＡｌからなる。正極端子２１は、蓋材２０の上面２０ａから上方（Ｚ１側）に突出するように、蓋材２０をプレス加工することにより形成されている。負極端子４は、個別に形成されており、蓋材２０の上面２０ａから上方（Ｚ１側）に突出するように、蓋材２０によって支持されている。なお、ここでいう負極端子４は本発明に係る「リチウムオン電池用の負極端子」の一例である。
また、図１に示すように、リチウムイオン電池接続体１００では、平面的に見てリチウムイオン電池１の短辺つまり蓋材２０の短辺の延びる方向（Ｙ方向）に沿って、複数のリチウムイオン電池１が整列配置されている。また、リチウムイオン電池接続体１００では、Ｘ方向の一方側（Ｘ１側）に正極端子２１、他方側（Ｘ２側）に負極端子４が位置するリチウムイオン電池１と、Ｘ２側に正極端子２１、Ｘ１側に負極端子４が位置するリチウムイオン電池１とが、Ｙ方向に沿って交互に配置されている。
また、所定のリチウムイオン電池１の正極端子２１は、Ｙ方向に延びるバスバー１０１のＹ方向の端部に対して抵抗溶接により溶接（接合）されている。また、同様に、所定のリチウムイオン電池１と隣接するリチウムイオン電池１の負極端子４は、バスバー１０１のＹ方向の端部に対して抵抗溶接により溶接されている。すなわち、所定のリチウムイオン電池１の正極端子２１は、バスバー１０１を介して、隣接するリチウムイオン電池１の負極端子４と接続されている。このようにして、複数のリチウムイオン電池１がバスバー１０１により直列に接続されたリチウムイオン電池接続体１００が構成されている。
また、リチウムイオン電池１の正極端子２１および負極端子４には、各々、ワイヤ１０２が超音波溶接により溶接されている。これらのワイヤ１０２は、正極端子２１または負極端子４のバスバー１０１が接合されていない領域に接続されている。なお、ワイヤ１０２は、各々接続されたリチウムイオン電池１の発電状態などを計測するための図示しない計測機器、またはリチウムイオン電池に付属する計測部に接続されている。このようにして、リチウムイオン電池１の劣化の度合いなどの状況の計測および把握が可能になるので、各々のリチウムイオン電池１における充放電量のモニタリングが可能になる。
また、リチウムイオン電池１は、図３に示す正極部５と、負極部６と、両者を隔てるセパレータ１０３と、電解液（図示せず）とを備えている。正極部５は、Ａｌ箔からなり電解液と接触する正極５０と、Ａｌからなり正極５０に電気的に接続されている集電部５１とで構成されている。負極部６は、Ｃｕ箔からなり電解液と接触する負極６０と、Ｃｕからなり負極６０に電気的に接続されている集電部６１とで構成されている。この正極５０と負極６０とは、セパレータ１０３によって隔絶され、絶縁状態でロール状に積層されている。
また、正極部５および負極部６と電解液とが電池ケース本体３の収納部３ａに収納された状態で、電池ケース本体３の上端面３ｂと蓋材２０の下面２０ｂの外縁部とが溶接されている。これにより、蓋部材２と電池ケース本体３との間からの電解液の漏れが防止されるとともに、リチウムイオン電池１の収納部３ａが密閉状態に構成される。
また、図４に示すように、蓋部材２の蓋材２０は、厚み方向（Ｚ方向）に約１ｍｍの厚みｔ１を有している。また、正極端子２１は、上述したようにプレス加工により、蓋材２０のＸ１側の一部を蓋材２０の上面２０ａよりも上方（Ｚ１側）に突出させることによって形成されている。つまり、正極端子２１は、蓋材２０と一体的に形成されているとともに、Ａｌからなるように構成されている。また、蓋材２０のＸ２側には、厚み方向に貫通する穴部２０ｃが形成されている。穴部２０ｃは、図３に示すように、平面的に見て四角形状に形成されている。また、穴部２０ｃにおいては、穴部２０ｃの対角線の交点（中心）と負極端子４の対角線の交点（中心）とを略一致させるようにして、負極端子４が絶縁部４６を介して蓋材２０により支持された構成になっている。
ここで、第１実施形態では、負極端子４は、平面的に見て、蓋材２０の穴部２０ｃよりも小さな矩形の形状を有する。そして、図５に示すように、負極端子４は、負極部６（図４参照）側（下方（Ｚ２側））から順次、ろう材層４１（Ｃｕ−Ｐ）、Ｃｕ層４２、Ｎｉ層４３、およびＡｌ層４４の４層が、十分な接合強度をもって接合されたクラッド材からなる。この第１実施形態においては、本発明における第１金属層に対応する層はＡｌ層４４であり、第２金属層に対応する層はＣｕ層４２であり、反応抑制層に対応する層はＮｉ層４３である。加えて、本発明において設けると好ましい接合層に対応する層は、ろう材層４１である。
リチウムイオン電池１において、この負極端子４が負極側の端子部４０の機能を有するものになる。この端子部４０は、Ａｌ層４４が端子部４０の上方（Ｚ１側）の表面４４ａに露出し、かつ、ろう材層４１が端子部４０の下方（Ｚ２側）の表面４１ａに露出するように構成されている。そして、この端子部４０のＡｌ層４４がバスバー１０１に対して十分な接合強度をもって溶接（接合）され、ろう材層４１が負極部６の集電部６１に対して十分な接合強度をもって溶接（接合）されている。
上述したＡｌ層４４は、正極端子２１およびバスバー１０１（図１参照）と同様に、Ｃｕ系材料よりも密度（比重）の小さく、Ａｌ系材料の中でもより密度の小さいＡｌからなる。また、Ｃｕ層４２は、Ａｌ系材料よりも電気的な抵抗（電気抵抗）が小さく、Ｃｕ系材料の中でもより電気抵抗の小さいＣｕからなる。また、Ｎｉ層４３は、ＡｌとＣｕの金属間化合物が生成される温度域では、ＡｌやＣｕとの間で機械的強度が脆弱な金属間化合物を生成し難い、Ｎｉからなる。また、ろう材層４１は、Ｃｕと約３質量％のＰとを含有するリン銅ろう材（Ｃｕ−Ｐ）からなり、約７１０℃の融点を有している。
また、端子部４０は、厚み方向（Ｚ方向）に約２ｍｍの厚みｔ２を有している。つまり、端子部４０の厚みｔ２は、蓋材２０の厚みｔ１（約１ｍｍ、図４参照）よりも大きい。また、Ａｌ層４４の厚みｔ３は、Ｃｕ層４２の厚みｔ５、Ｎｉ層４３の厚みｔ６、およびろう材層４１の厚みｔ４を加算した厚みの総和よりも大きくなるように構成されている。また、Ｃｕ層４２の厚みｔ５は、Ｎｉ層４３の厚みｔ６とろう材層４１の厚みｔ４を加算した厚みの総和よりも大きくなるように構成されている。
また、露出するように配置されたＡｌ層４４のＺ１側の表面４４ａと、ろう材層４１のＺ２側の表面４１ａは、両者ともに表面が平面状に形成されている。なお、この場合、Ｃｕ層４２のＺ２側の面が平面状の素材を用いてクラッド材に形成している。また、正極端子２１のＺ１側の表面は、Ａｌ層４４の表面４４ａと同様に、表面が平面状に形成されている。
また、負極端子４は、図３および図４に示すように、負極端子４の端子部４０の側面の一部を厚み方向（Ｚ方向）に覆うように形成された、枠状の絶縁部４６を介して蓋材２０に支持されている。具体的には、図５に示すように、絶縁部４６は、端子部４０のＺ１側に位置するＡｌ層４４の側面から、Ｎｉ層４３の側面およびＣｕ層４２の側面を覆い、端子部４０のＺ２側に位置するろう材層４１の側面に渡って覆っている。さらに、絶縁部４６は、図４に示すように、平面的に見て負極端子４の周囲を取り囲むように構成されている。これにより、絶縁部４６は、図５に示すように、Ａｌ層４４とＮｉ層４３との接合界面４５ｃ、Ｎｉ層４３とＣｕ層４２との接合界面４５ｂ、およびＣｕ層４２とろう材層４１との接合界面４５ａを被覆し、負極端子４の側面において接合界面が露出しないように構成されている。
上述した絶縁部４６は、絶縁性および耐電解液性を有する樹脂からなる。また、図４に示すように、絶縁部４６は、蓋材２０の厚みｔ１（約１ｍｍ）と略同一の厚みを有している。つまり、絶縁部４６の厚みは、端子部４０の厚みｔ２（約２ｍｍ）よりも小さい。これにより、負極端子４が蓋材２０の穴部２０ｃに配置された状態で、絶縁部４６は、蓋材２０の上面２０ａおよび下面２０ｂと面一になるように構成されている。
また、負極端子４が蓋材２０の穴部２０ｃに配置された状態で、絶縁部４６の外側面と穴部２０ｃの内周面とが互いに対向して当接するように構成されている。これにより、負極端子４を絶縁部４６を介して蓋材２０で支持できる。また、負極端子４が蓋材２０の穴部２０ｃに配置された状態で、負極端子４の端子部４０におけるＡｌ層４４は、蓋材２０の上面２０ａから上方（Ｚ１側）に突出するように構成されているとともに、端子部４０におけるろう材層４１は、蓋材２０の下面２０ｂから下方（Ｚ２側）に突出するように構成されている。
また、図４に示すように、蓋材２０の下面２０ｂ側において、負極端子４のろう材層４１と負極部６の集電部６１とが、抵抗溶接により接合されている。これにより、溶接された領域に対応するろう材層４１と集電部６１との間には、接合部７ａが形成される。この接合部７ａは、主に、リン銅ろう材からなるろう材層４１の一部が溶融することによって生成される。つまり、接合部７ａは、Ｃｕを含有する金属層として形成されるのである。また、正極端子２１と正極部５の集電部５１とが、抵抗溶接により接合されている。これにより、溶接された領域に対応する正極端子２１と集電部５１との間には、Ａｌからなる金属層が接合部７ｂとして形成されるのである。
また、蓋材２０の上面２０ａ側において、負極端子４のＡｌ層４４とバスバー１０１とが、抵抗溶接により接合されている。また、正極端子２１とバスバー１０１とが、抵抗溶接により接合されている。これにより、溶接された領域に対応するＡｌ層４４とバスバー１０１との間、および正極端子２１とバスバー１０１との間には、Ａｌからなる金属層が接合部７ｃとして形成されるのである。
次いで、図１〜図８を参照して、本発明の第１実施形態として上述した負極端子４、蓋部材２、リチウムイオン電池１、並びにリチウムイオン電池接続体１００について、その製造プロセスの一例を詳細に説明する。
まず、約１ｍｍの厚みｔ１（図４参照）を有し、ＡｌからなるＡｌ板（図示せず）を準備する。そして、図６に示すように、プレス加工により、Ａｌ板のＸ１側をＡｌ板の上面２０ａよりも上方（Ｚ１側）に突出させて、正極端子２１を形成する。また、Ａｌ板のＸ２側に、厚み方向（Ｚ方向）に貫通する穴部２０ｃを形成する。これにより、リチウムイオン電池１用の蓋材２０が形成される。
また、Ａｌ板、Ｎｉ板、Ｃｕ板、および板状のリン銅ろう材（いずれも図示せず）を準備する。この際、Ａｌ板の板厚を、Ｎｉ板の板厚、Ｃｕ板の板厚、および板状のリン銅ろう材の板厚を加算した板厚の総和よりも大きくする。かつ、Ｃｕ板の板厚を、Ｎｉ板の板厚と板状のリン銅ろう材の板厚を加算した板厚の総和よりも大きくする。そして、Ａｌ板、Ｎｉ板、Ｃｕ板、および板状のリン銅ろう材を順次積層し、クラッド圧延機やプレス装置などを用いて所定の圧力を加えて接合する。この場合、板状のリン銅ろう材からＡｌ板へと順次積層してもよい。
これにより、図５に示すように、厚み方向（Ｚ方向）に約２ｍｍの厚みｔ２を有し、Ａｌ層４４、Ｎｉ層４３、Ｃｕ層４２、およびろう材層４１が積層されて接合された４層のクラッド材を形成することができる。このようにクラッド材にすることで、Ａｌ層４４とＮｉ層４３とが接合界面４５ｃで、Ｃｕ層４２とＮｉ層４３とが接合界面４５ｂで、Ｃｕ層４２とろう材層４１とが接合界面４５ａで、それぞれ十分な接合強度をもって接合された、負極端子４用の素材として構成される。
このようにして形成されたクラッド材は、Ａｌ層４４の厚みｔ３が、Ｃｕ層４２の厚みｔ５、Ｎｉ層４３の厚みｔ６、およびろう材層４１の厚みｔ４を加算した層の厚みの総和よりも大きくなる。また、Ｃｕ層４２の厚みｔ５が、Ｎｉ層４３の厚みｔ６とろう材層４１の厚みｔ４を加算した層の厚みの総和よりも大きくなる。
こうして得たクラッド材を用い、平面的に見て、蓋材２０の穴部２０ｃよりも小さくなる（図３参照）ように、プレス打抜きなどにより四角形状に加工することにより、負極端子４を形成することができる。
得られた負極端子４（図６に端子部４０として示す）を用い、該負極端子４を蓋材２０の穴部２０ｃ内に配置する。このとき、負極端子４の側面が穴部２０ｃの内周面に接触しないように、穴部２０ｃの対角線の交点（中心）と負極端子４の対角線の交点（中心）とが略一致するように、負極端子４を配置する。そして、蓋材２０および負極端子４を金型（図示せず）などに固定した状態で、絶縁部４６を形成するための樹脂を射出成形によって形成する。これにより、図７に示すように、蓋材２０の穴部２０ｃと負極端子４との間に、蓋材２０の厚みｔ１（約１ｍｍ）と略同一の厚みになるように絶縁部４６が形成される。この際、絶縁部４６は、図５に示すように、Ａｌ層４４とＮｉ層４３との接合界面４５ｃ、Ｃｕ層４２とＮｉ層４３との接合界面４５ｂ、およびＣｕ層４２とろう材層４１との接合界面４５ａに対応する負極端子４の側面を覆うように形成しておく。また、絶縁部４６の外側面と穴部２０ｃの内周面とが互いに当接するように絶縁部４６を形成しておく。この結果、リチウムイオン電池１用の負極端子４を備えた蓋部材２が形成される。
上述した製造プロセスで得た負極端子４を備えた蓋部材２と、別途準備した図３に示すリチウムイオン電池１用の正極部５および負極部６とを用いて、リチウムイオン電池１を製造することができる。
まず、蓋部材２における蓋材２０の下面２０ｂ側において、負極端子４のろう材層４１の表面４１ａと、負極部６の集電部６１とを抵抗溶接により接続する。具体的には、図８に示すように、ろう材層４１の表面４１ａと集電部６１とを接触させた状態で、下方（Ｚ２側）から抵抗溶接用の電極１０４ａを集電部６１の下面に接触させるとともに、上方（Ｚ１側）から抵抗溶接用の電極１０４ｂを負極端子４のＡｌ層４４の表面４４ａに接触させる。そうして、電極１０４ａと電極１０４ｂの間に、所定時間、通電することにより接続することができる。
この抵抗溶接においては、接合前には接触抵抗が大きいろう材層４１と集電部６１との間で、ろう材層４１を溶融させる程度の熱（約７１０℃）が発生する。この結果、ろう材層４１と集電部６１とがＣｕを含有する金属層を生成する。そうして、冷却して凝固すると、この金属層がＣｕを含有する接合部７ａとして形成され、接合部７ａを介してろう材層４１と集電部６１とが接合される。このとき、発生した約７１０℃の熱に起因して、集電部６１のＣｕ、ろう材層４１のＣｕ、およびＣｕ層４２のＣｕが拡散する。これに加え、Ａｌ層４４のＡｌも拡散する。しかしながら、負極端子４に内部では、Ｃｕ層４２とＡｌ層４４との間に存在するＮｉ層４３により、ＣｕのＡｌ層４４側（Ｚ１側）への拡散が抑制される。同時に、Ｎｉ層４３により、ＡｌのＣｕ層４２側（Ｚ２側）への拡散が抑制される。したがって、負極端子４の内部では、ＡｌとＣｕとの反応が抑制されるため、接合強度が低下することはない。
負極部６に次いで、図４に示すように、蓋材２０の下面２０ｂ側において、正極端子２１に対応する蓋材２０の下面２０ｂと正極部５の集電部５１とを、上述したろう材層４１と負極部６の集電部６１の場合と同様に、抵抗溶接する。これにより、正極端子２１と集電部５１とが、Ａｌからなる金属層として形成された接合部７ｂを介して接合される。
そして、図３に示すように、正極部５および負極部６と電解液とを電池ケース本体３の収納部３ａに収納した状態で、電池ケース本体３の上端面３ｂと蓋材２０の下面２０ｂの外縁部とを溶接して密閉する。これにより、図２に示すリチウムイオン電池１を得ることができる。
その後、図１に示すように、Ｙ方向に沿って複数のリチウムイオン電池１を配置する。そして、Ｙ方向の一方側においては、所定のリチウムイオン電池１の端子部４０のＡｌ層４４と、バスバー１０１のＹ方向の一方端とを抵抗溶接し、Ｙ方向の他方側においては、所定のリチウムイオン電池１に隣接する別のリチウムイオン電池１の正極端子２１と、バスバー１０１のＹ方向の他方端とを抵抗溶接する。これにより、図４に示すように、負極端子４のＡｌ層４４とバスバー１０１とがＡｌからなる金属層として形成された接合部７ｃを介して接合され、正極端子２１とバスバー１０１とがＡｌからなる金属層として形成された接合部７ｃを介して接合され、複数のリチウムイオン電池１が複数のバスバー１０１によって直列に接続された構成になる。最後に、各々のリチウムイオン電池１の正極端子２１および負極端子４におけるバスバー１０１が接続されている領域以外の残りの領域に、ワイヤ１０２を超電波溶接により溶接する。これにより、リチウムイオン電池接続体１００を得ることができる。
（第１参考例）
次に、図９および図１０を参照して、本発明の第１参考例となる、リチウムイオン電池用の負極端子２０４について、構造を説明する。この第１参考例は、上述した第１実施形態とは異なり、負極端子２０４の端子部２４０において、第１実施形態において第２金属層として設けたＣｕ層４２に替えて、接合層として設けたろう材層４１を第２金属層とした構成である。つまり、本発明に係る負極端子におけるＣｕまたはＣｕ合金からなる第２金属層を、Ｃｕを含有するろう材からなるろう材層４１としたのである。
本発明の第１参考例となる負極端子２０４の端子部２４０は、図９および図１０に示すように、下方（Ｚ２側）から順次、ろう材層４１、Ｎｉ層４３およびＡｌ層４４が積層された状態で接合された３層のクラッド材からなる。ここで用いたろう材層４１は、第１実施形態で用いたものと同じ、Ｃｕと約３質量％のＰとを含有するリン銅ろう材（Ｃｕ−Ｐ）からなる。このクラッド材は、第１実施形態において第２金属層として設けたＣｕ層４２および接合層として設けたろう材層４１の機能を、１つのろう材層４１に持たせた構成になる。よって、第１参考例によれば、第１実施形態として上述した負極端子４の構成を、より簡素化することができる。
上述したろう材層４１とＮｉ層４３とは、界面２４５ｄ（図９参照）において互いに接合（拡散接合）している。また、Ｎｉ層４３は、Ａｌ層４４を構成するＡｌおよび負極部６を構成するＣｕの拡散を食い止めて、ＡｌとＣｕとの反応を抑制する機能を有する。なお、本発明の第１参考例において、上述した事項を除く他の構成は、第１実施形態と同様であるので、説明を略す。
本発明の第１参考例として上述した負極端子２０４に係る製造プロセスについては、第１実施形態における負極端子４においてＣｕ層４２を設ける製造プロセスを除き、第１実施形態と同様であるので、説明を略す。
（第２参考例）
次に、図１１と図１２を参照して、本発明の第２参考例となる、リチウムイオン電池用の負極端子３０４について、構造を説明する。この第２参考例は、上述した第１実施形態とは異なり、負極端子３０４の端子部３４０において、第１実施形態において接合層として設けたろう材層４１に替えて、Ｎｉ層３４１を接合層にした構成である。
本発明の第２参考例の負極端子３０４の端子部３４０は、図１１に示すように、下方（Ｚ２側）から順次、Ｎｉ層３４１、Ｃｕ層４２、Ｎｉ層４３およびＡｌ層４４が積層された状態で接合された４層のクラッド材からなる。そして、Ｎｉ層３４１とＣｕ層４２とは、接合界面３４５ａにおいて接合（拡散接合）されている。また、Ｎｉ層３４１は、反応抑制層であるＮｉ層４３と同様に、Ｎｉからなる。また、Ｎｉ層３４１の厚みｔ７は、Ａｌ層４４の厚みｔ３およびＣｕ層４２の厚みｔ５よりも小さくなるように構成されている。
また、図１２に示すように、蓋材２０の下面２０ｂ側において、負極端子３０４における端子部３４０のＮｉ層３４１と負極部６の集電部６１とが、抵抗溶接により接合されている。これにより、溶接された領域に対応するＮｉ層３４１と集電部６１との間には、接合部３０７ａが形成される。この接合部３０７ａは、Ｎｉ層３４１を構成するＮｉと、集電部６１を構成するＣｕとが反応して形成されたＮｉ−Ｃｕ合金からなる金属層である。なお、本発明の第２参考例において、上述した事項を除く他の構成は、第１実施形態と同様であるので、説明を略す。
次いで、図１１と図１２を参照して、本発明の第２参考例として上述した負極端子３０４と、これを備えた蓋部材３０２に係る製造プロセスについて説明する。
まず、板状の第１Ｎｉ板、Ｃｕ板、第２Ｎｉ板、およびＡｌ板（図示せず）を準備する。このとき、Ａｌ板の板厚を、第１Ｎｉ板の板厚と、Ｃｕ板の板厚と、第２Ｎｉ板の板厚とを加算した板厚の総和よりも大きくする。また、Ｃｕ板の板厚を、第１Ｎｉ板の板厚と第２Ｎｉ板の板厚とを加算した板厚の総和よりも大きくする。そして、第１Ｎｉ板、Ｃｕ板、第２Ｎｉ板、およびＡｌ板を順次積層し、クラッド圧延機やプレス装置などを用いて所定の圧力を加えて接合する。これにより、Ｎｉ層３４１、Ｃｕ層４２、Ｎｉ層４３、およびＡｌ層４４が積層されて接合された４層のクラッド材を形成できる。このとき、Ｎｉ層３４１とＣｕ層４２とが、接合界面３４５ａにおいて接合（拡散接合）されている。また、Ｎｉ層３４１の厚みｔ７が、Ａｌ層４４の厚みｔ３とＣｕ層４２の厚みｔ５とを加算した層の厚みの総和よりも小さくなる。そして、形成された４層に構成されたクラッド材を、プレス加工などによって所定の大きさの四角形状に打ち抜くことにより、図１１に示す負極端子３０４（端子部３４０）を得ることができる。
そして、第１実施形態と同様の製造プロセスによって、図１２に示すように、正極端子２１と負極端子３０４とが設けられた蓋部材３０２が形成される。そして、蓋材２０の下面２０ｂ側において、負極端子３０４におけるＮｉ層３４１の表面３４１ａと負極部６の集電部６１とを抵抗溶接により接続する。このとき、接合前は接触抵抗が大きいＮｉ層３４１と集電部６１との間で、かつ、電気抵抗の大きいＮｉ層３４１側で、集電部６１を溶融させる程度の熱（約１１００℃）が発生する。これにより、融解した集電部６１のＣｕと、Ｎｉ層３４１のＮｉとが反応し、負極端子３０４のＮｉ層３４１と集電部６１とがＮｉ−Ｃｕ合金からなる金属層として形成された接合部３０７ａを介して接合される。なお、本発明の第２参考例のその他の製造プロセスは、第１実施形態と同様であるので、説明を略す。
（第３参考例）
次に、図１３〜図１５を参照して、本発明の第３参考例となる、リチウムイオン電池用の負極端子４０４について、構造を説明する。この第３参考例は、上述した第１実施形態とは異なり、負極端子４０４の端子部４４０において、第１実施形態において接合層として設けたろう材層４１を設けない構成である。
本発明の第３参考例の負極端子４０４の端子部４４０は、図１３に示すように、下方（Ｚ２側）から順次、Ｃｕ層４２、Ｎｉ層４３およびＡｌ層４４が積層された状態で接合された３層のクラッド材からなる。つまり、上述した第１実施形態とは異なり、第３参考例の端子部４４０にはろう材層４１が形成されていない。
また、図１４に示すように、蓋材２０の下面２０ｂ側において、負極端子４０４における端子部４４０のＣｕ層４２と負極部６の集電部６１とが、レーザー溶接により接合されている。これにより、溶接された領域に対応するＣｕ層４２と集電部６１との間には、接合部４０７ｅが形成されている。この接合部４０７ｅは、溶接された領域の集電部６１が溶融して形成されたＣｕからなる金属層である。なお、本発明の第３参考例のその他の構造は、第１実施形態と同様であるので、説明を略す。
次いで、図１３〜図１５を参照して、本発明の第３参考例として上述した負極端子４０４と、これを備えた蓋部材４０２に係る製造プロセスについて説明する。
まず、板状のＣｕ板、Ｎｉ板、およびＡｌ板（図示せず）を準備する。そして、Ｃｕ板、Ｎｉ板、およびＡｌ板を順次積層し、クラッド圧延機やプレス装置などを用いて所定の圧力を加えて接合する。これにより、Ｃｕ層４２、Ｎｉ層４３、およびＡｌ層４４が積層されて接合された３層のクラッド材が形成される。そして、形成されたクラッド材をプレス加工などにより所定の大きさの四角形状に打ち抜くことにより、図１３に示す負極端子４０４（端子部４４０）を得ることができる。
そして、上述した第１実施形態と同様の製造プロセスによって、図１５に示すように、正極端子２１と負極端子４０４とが設けられた蓋部材４０２が形成される。そして、蓋材２０の下面２０ｂ側において、レーザー溶接機１０５を用いて、負極端子４０４におけるＣｕ層４２と負極部６の集電部６１とをレーザー溶接する。具体的には、負極端子４０４における端子部４４０のＣｕ層４２の表面４４２ａと負極部６の集電部６１とを接触させた状態で、レーザー溶接機１０５を用いて下方（Ｚ２側）からレーザー光を照射する。これにより、図１４に示すように、レーザー光が照射された部分の集電部６１が溶融することによって、負極端子４０４のＣｕ層４２と集電部６１とがＣｕからなる金属層として形成された接合部４０７ｅを介して接合される。なお、本発明の第３参考例のその他の製造プロセスは、第１実施形態と同様であるので、説明を略す。
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態となる、リチウムイオン電池５０１、これを用いたリチウムイオン電池接続体５００に係る構成について、図３、図４および図１６を参照して説明する。この第２実施形態においては、上述した第１実施形態とは異なり、リチウムイオン電池５０１における蓋部材５０２の蓋材５２０に、上面２０ａから突出する正極端子を形成していない。また、負極端子としては第１実施形態における負極端子４を、蓋部材としては同様に蓋部材２を用いている。なお、リチウムイオン電池５０１は本発明の「リチウムイオン電池」の一例であり、蓋部材５０２は本発明の「リチウムイオン電池用の蓋部材」の一例である。
本発明の第２実施形態では、リチウムイオン電池接続体５００のリチウムイオン電池５０１において、蓋部材５０２は、図１６に示すように、蓋材５２０のＸ方向の略中央に穴部５２０ｃを設けた蓋材５２０と、この穴部５２０ｃに配置された負極端子４とを有している。つまり、第１実施形態とは異なり、蓋部材５０２の蓋材５２０には、上面２０ａから上方（Ｚ１側）に突出する正極端子が形成されていない。一方、正極部５の集電部５１（図３参照）は、Ａｌからなる電池ケース本体５０３またはＡｌからなる蓋材５２０に対して接続される構成である。
また、リチウムイオン電池接続体５００は、複数のリチウムイオン電池５０１がＹ方向に沿って交互に配置されており、蓋部材５０２が上方（Ｚ１側）に位置するリチウムイオン電池５０１と、蓋部材５０２が下方（Ｚ２側）に位置するリチウムイオン電池５０１とがある。また、Ｙ方向の一方側において、所定のリチウムイオン電池５０１の負極端子４が、バスバー１０１のＹ方向の一方端に抵抗溶接により溶接（接合）されている。また、Ｙ方向の他方側において、所定のリチウムイオン電池５０１と隣接する別のリチウムイオン電池５０１の電池ケース本体５０３の底面３ｃに対して、バスバー１０１のＹ方向の他方端が抵抗溶接により溶接されている。これにより、所定のリチウムイオン電池５０１の負極端子４が、バスバー１０１を介して、隣接する別のリチウムイオン電池５０１の電池ケース本体５０３の底面３ｃと接続された構成になる。
このようにして、複数のリチウムイオン電池５０１が直列に接続されたリチウムイオン電池接続体５００が構成される。ここで、第２実施形態においては、バスバー１０１の他方側（正極端子側）を電池ケース本体５０３の底面３ｃに溶接する構成に限らず、電池ケース本体５０３の側面や蓋材５２０に溶接する構成であってもよい。これにより、第１〜第４実施形態のように特定の位置（蓋材２０のＸ１側）に正極端子２１を設け、設けられた正極端子２１の位置でバスバー１０１の他方側を溶接する構成と比較して、バスバー１０１を接合する位置の自由度を向上させることができる。なお、本発明の第２実施形態のその他の構造は、第１実施形態と同様であるので、説明を略す。
次いで、図３と図１６を参照して、本発明の第２実施形態として上述したリチウムイオン電池５０１、これを用いたリチウムイオン電池接続体５００に係る製造プロセスについて説明する。
まず、ＡｌからなるＡｌ板（図示せず）を準備する。そして、Ａｌ板のＸ方向の略中央に、厚み方向（Ｚ方向）に貫通する穴部５２０ｃを形成する。これにより、図１６に示す蓋材５２０が形成される。そして、第１実施形態と同様の製造プロセスによって、リチウムイオン電池５０１が製造される。このとき、正極部５の集電部５１（図３参照）は、電池ケース本体５０３または蓋材５２０の任意の位置に溶接される。
その後、隣接するリチウムイオン電池５０１の上下方向が逆になるように、Ｙ方向に沿って複数のリチウムイオン電池５０１を配置する。そして、Ｙ方向の一方側のＺ１側において、所定のリチウムイオン電池５０１の負極端子４と、バスバー１０１のＹ方向の一方端とを抵抗溶接する。また、Ｙ方向の他方側において、所定のリチウムイオン電池５０１と隣接するリチウムイオン電池５０１の電池ケース本体５０３の底面３ｃと、バスバー１０１のＹ方向の他方端とを抵抗溶接する。同様にして、Ｚ２側において、所定のリチウムイオン電池５０１の電池ケース本体５０３の底面３ｃと、バスバー１０１のＹ方向の他方端とを抵抗溶接し、Ｙ方向の一方側で隣接するリチウムイオン電池５０１の負極端子４と、バスバー１０１のＹ方向の一方端とを抵抗溶接する。このようにして、第１実施形態と同様の製造プロセスによって、図１６に示すリチウムイオン電池接続体５００を得ることができる。
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態となる、リチウムイオン電池６０１に係る構成について、図４と図１７を参照して説明する。この第３実施形態は、上述した第１実施形態とは異なり、蓋部材６０２の蓋材６２０と電池ケース本体６０３とが、いずれもＮｉめっき鋼板（ＮｉめっきＦｅ合金）からなる構成である。なお、リチウムイオン電池６０１は本発明の「リチウムイオン電池」の一例であり、蓋部材６０２は本発明の「リチウムイオン電池用の蓋部材」の一例である。
本発明の第３実施形態となるリチウムイオン電池６０１は、図１７に示すように、蓋部材６０２の蓋材６２０と電池ケース本体６０３とが、いずれも機械的強度を有して変形し難いＮｉめっき鋼板からなる。また、蓋材６２０の上面２０ａのＸ１側には、Ａｌの板材からなる正極端子６２１が溶接されている。なお、本発明の第３実施形態のその他の構造は、第１実施形態と同様であるので、説明を略す。
次いでに、図１７を参照して、本発明の第３実施形態として上述したリチウムイオン電池６０１に係る製造プロセスについて説明する。
まず、上述したＮｉめっき鋼板からなる板材を準備する。そして、板材のＸ１側に、Ａｌの板材からなる正極端子６２１を溶接するとともに、板材のＸ２側に穴部２０ｃを形成する。これにより、蓋材６２０が形成される。なお、本発明の第３実施形態のその他の製造プロセスは、Ｎｉめっき鋼板からなる電池ケース本体６０３を用いる点を除いて、第１実施形態と同様であるので、説明を略す。
以上、第１実施形態〜第３実施形態として上述した本発明に係る実施例は、すべての点で本発明に係る技術的構成を例示したものに過ぎず、本発明に係る範囲を制限するものではないと解するべきである。すなわち、本発明の範囲は、上述した実施形態や実施例の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
例えば、上述した実施形態では、負極端子４のＡｌ層４４（第１金属層）がＡｌからなり、Ｃｕ層４２（第２金属層）がＣｕからなり、Ｎｉ層４３（反応抑制層）がＮｉからなる具体例を示したが、本発明はこれに限られることがない。本発明では、負極端子の第１金属層がＡｌ−Ｍｎ合金などのＡｌ合金からなり、第２金属層がＣｕ−Ｎｉ合金などのＣｕ合金からなるように構成してもよい。同様に、蓋材や電池ケース本体などの材質についても、上述した実施形態に限ることなく、必要に応じて適宜選定することができる。
また、上述した実施形態では、絶縁部４６が、蓋材２０（５２０、６２０）の厚みｔ１（約１ｍｍ）と略同一の厚みを有する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、絶縁部の厚みｔ１は特に限定されない。なお、端子部と蓋材の内周面とが接触することを抑制するために、絶縁部の厚みは蓋材の厚みｔ１（約１ｍｍ）以上である方が好ましい。一方、端子部のＡｌ層とバスバーとを溶接する際、および、端子部のろう材層（Ｎｉ層およびＣｕ層）と負極部の集電体とを溶接する際に、蓋材と絶縁体とが接触することを抑制するために、絶縁部の厚みは端子部の厚みｔ２（約２ｍｍ）以下である方が好ましい。
また、上述した実施形態では、Ｎｉめっき鋼板からなる蓋材６２０の上面２０ａに、Ａｌの板材からなる正極端子６２１を溶接した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、Ｎｉめっき鋼板からなる蓋材６２０の所定の位置にＡｌをメッキすることによって、蓋材６２０に正極端子６２１を形成してもよいし、電池ケース本体６０３の所定の位置にＡｌをメッキすることによって、電池ケース本体６０３に正極端子６２１を形成してもよい。また、蓋材６２０と電池ケース本体６０３とが、共にＮｉめっき鋼板（ＮｉめっきＦｅ）合金からなる例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、蓋材６２０と電池ケース本体６０３とが、共にＦｅ−Ｎｉ合金からなるように構成してもよい。
また、上述した実施形態では、負極端子４の端子部４０が約２ｍｍの厚みｔ２を有する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、負極端子の厚みｔ２は特に限定されない。なお、負極端子の端子部の厚みｔ２は、約１ｍｍ以上約３ｍｍ未満であるのが好ましい。さらに、蓋材とバスバーとが接触しない状態で負極端子とバスバーとを接合するために、端子部の厚みｔ２は、蓋材の厚みｔ１以上である方が好ましい。
また、上述した実施形態では、負極端子４のろう材層４１がＣｕと約３質量％のＰとを含有するリン銅ろう材（Ｃｕ−Ｐ）からなる例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、負極端子４のろう材層４１は、Ｃｕが含有されている方が電気抵抗を減少させるとともに、同種金属間の接合を形成することが可能な点から好ましい。具体的には、Ａｇろう（Ａｇ−Ｃｕ−Ｚｎ合金）やＣｕ−Ｓｎ合金をろう材層として用いてもよい。
１．リチウムイオン電池
２．蓋部材
３．電池ケース本体
４．負極端子
５．正極部
６．負極部
４１．ろう材層
４２．Ｃｕ層
４３．Ｎｉ層
４４．Ａｌ層
４６．絶縁部
１００．リチウムイオン電池接続体
１０１．バスバー

Claims (10)

  1. ＣｕまたはＣｕ合金からなる負極部に接合されるとともに、ＡｌまたはＡｌ合金からなるバスバーに溶接されるリチウムイオン電池用の負極端子であって、
    ＡｌまたはＡｌ合金からなる第１金属層と、ＣｕまたはＣｕ合金からなる第２金属層と、前記第２金属層における前記負極部と接続する側に接合され、Ｃｕを含むろう材から構成された接合層とを有し、前記第１金属層と前記第２金属層とは反応を抑制するとともに、前記第１金属層よりも融点の高い反応抑制層を介して接合されたクラッド材からなる、リチウムイオン電池用の負極端子。
  2. 前記反応抑制層は、ＮｉまたはＮｉ合金、もしくはＴｉまたはＴｉ合金のいずれかからなる、請求項１に記載のリチウムイオン電池用の負極端子。
  3. 前記第１金属層および前記第２金属層は、表面が平面状に形成されている、請求項１または２のいずれかに記載のリチウムイオン電池用の負極端子。
  4. 前記第１金属層の厚みは、前記第１金属層以外の層の厚みの総和よりも大きい、請求項１乃至３のいずれかに記載のリチウムイオン電池用の負極端子。
  5. 前記第２金属層の厚みは、前記第１金属層を除く前記第２金属層以外の層の厚みの総和よりも大きい、請求項１乃至４のいずれかに記載のリチウムイオン電池用の負極端子。
  6. 前記負極端子の側面において外部と接する前記第１金属層と前記反応抑制層との接合界面および前記第２金属層と前記反応抑制層との接合界面は、絶縁部により覆われている、請求項１乃至５のいずれかに記載のリチウムイオン電池用の負極端子。
  7. 請求項１乃至６のいずれかに記載の負極端子を備えたリチウムイオン電池用の蓋部材であって、該蓋部材は、穴部が設けられた金属材料からなる蓋材を有し、前記穴部において、前記負極端子は電気的に絶縁した状態で支持されている、リチウムイオン電池用の蓋部材。
  8. 前記穴部において、前記負極端子は前記蓋材の表面よりも突出した状態で支持されている、請求項７に記載のリチウムイオン電池用の蓋部材。
  9. 請求項７または８に記載の蓋部材を用いたリチウムイオン電池であって、ＣｕまたはＣｕ合金からなる前記負極部と、ＡｌまたはＡｌ合金からなる正極部と、電解液とが少なくとも収納された収納部材を有し、該収納部材は前記蓋部材により密閉されており、前記負極部には前記負極端子が接続されている、リチウムイオン電池。
  10. 複数のリチウムイオン電池の正極側と前記負極端子とがＡｌまたはＡｌ合金からなる前記バスバーにより電気的に直列に接続されている、請求項９に記載のリチウムイオン電池。
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