CN103107302A - 电极引线连接体及非水电解质蓄电装置及其制造装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供即使在连接不同的金属的正极引线与负极引线时，也能够在机械上得到充分的接合强度、接合可靠性，且可实现非水电解质蓄电装置的组装工艺的简便、可靠的连接以及非水电解质蓄电装置的小型化的电极引线连接体。电极引线连接体具备由与正极引线相同的金属构成且与正极引线连接的第一部件、由与负极引线相同的金属构成且与负极引线连接的第二部件，第一部件与第二部件在与正极引线接合的部分的正极接合部以及与负极引线接合的部分的负极接合部以外的部分相互接合，在第一部件与第二部件之间、在接近第一部件与第二部件的接合部分的位置，设有用于不使第一部件与第二部件接触的绝缘材料。

Description

电极引线连接体及非水电解质蓄电装置及其制造装置

技术领域

本发明涉及一般对连接于电池单元的正极的正极引线与连接于另一个电池单元的负极的负极引线进行电连接的电极引线连接体及非水电解质蓄电装置及其制造方法。

背景技术

近几年，以锂离子二次电池为代表的非水电解质二次电池的实用化发展。非水电解质二次电池与铅蓄电池等其他电池比较，单位体积（单位质量）的能量输出高，从而以移动通信设备、笔记本电脑为开始，向适用于电动汽车、混合动力汽车、并且使用了太阳电池等可再生能源的电力的蓄电系统发展。

这样的非水电解质二次电池的电池单元通过如下方式构成，即，在正极与负极间配置隔离物而制作层叠构造的电极组，在将其收纳于外装体后，在外装体内封入电解液。作为正极的基材使用Al，作为负极的基材使用Cu。正负各个电极与电极引线连接，并利用该电极引线与其他的电池单元、控制装置电连接。作为电极引线的金属，与正极连接的电极引线（正极引线）使用Al，与负极连接的电极引线（负极引线）使用Cu或者Ni。

像这样的非水电解质二次电池在移动通信设备等一部分的设备中以电池单元单体来使用，但是在电动汽车等需要大输出的设备中电池单元单体的输出显然不足，从而串并联多个电池单元来得到所希望的电能。该情况下，需要连接正极引线与负极引线，但由于如上述那样地正极引线使用Al、负极引线使用Cu或Ni，所以必须进行不同种类的金属彼此的接合。不同金属彼此的接合中，由于由金属的离子化倾向不同而引起的局部电池效果，从而有接合部产生腐蚀的问题的可能。并且，对于接合本身，在金属接合中也由于一般的电阻焊接等中各自的金属具有的熔点的不同，有难以得到稳定的接合强度的问题。另外，为了组合多个电池单元来效率良好地进行充放电，需要监视各电池单元的状态，一般需要监视电压，从而所使用的布线也需要在各电池单元间进行。所以，非水电解质蓄电装置（电池模块）的安装中，例如，以连接作业空间有余裕的电池单元单体状态将Al材质的正极引线与Ni板超声波接合后，通过对Ni板与其他的电池单元的Ni材质的负极引线进行电阻焊接，来完成非水电解质蓄电装置，之后，在各电池单元间对电压监视用的引线进行锡焊，该情况下，使用三种不同的接合方法来进行非水电解质蓄电装置的组装，而变得复杂。

另外，有在电池单元的电极引线间配置Ni板等、利用螺栓等机械紧固机构而将它们电连接、从而进行非水电解质蓄电装置的组装的方法，但有如下问题，即，妨碍非水电解质蓄电装置的小型化、以及紧固扭矩（螺纹紧固扭矩）的平衡，或在实际使用时由于紧固机构松动引起的接触阻力的增加等。

并且，例如专利文献1中公开了如下引线部件（电极引线），即，利用冷轧对与正极或负极相同的金属、即由Al或Cu构成的第一部件与第二部件的重复位置进行接合，并在该重复位置覆盖有耐腐蚀材料。根据该引线部件，在机械方面能够得到充分的接合强度，且能够利用由被覆引起的隔绝外部空气来防止接合部分的腐蚀。通过在电池单元的正极引线或者负极引线使用该引线部件，在电池单元间的电极连接中相同种类金属彼此接合，从而原则上不产生由局部电池效果引起的腐蚀，而能够采用例如电阻焊接之类的更加简便的方法。

另外，例如专利文献2及专利文献3中公开了如下构造，即，作为正极引线部件在Al板上利用激光焊接等接合Cu板，并利用树脂来覆盖接合部分。

专利文献1：日本特开2008-108584号公报

专利文献2：日本专利第3931983号公报

专利文献3：日本特开2004-247244号公报

但是，专利文献1中，覆盖引线部件的第一部件与第二部件的接合部分的耐腐蚀材料为与外装体的密封部分重合的构成，从而比未覆盖的引线部件厚，考虑在外装体的热密封工艺中难以得到充分的密封性，从而有电解液漏出的可能。

并且，专利文献2及专利文献3中，覆盖引线部件的不同种类的接合部的树脂被覆部分位于比外装体靠外侧，但是在制造电池单元的情况下，当进行外装体的热密封工艺时，由于树脂被覆部分与制造夹具、工具干涉，所以有在树脂被覆部件产生损伤等的可能，从外装体端至树脂被覆部分端的电极引线部分的长度具有比制造夹具、工具的大小大等的设计上的限制，从而可以说在实现非水电解质蓄电装置的小型、薄型化方面有问题。并且，在电池单元制造后，在电极引线部接合不同种类金属、被覆树脂的情况下，连接结束后的成组电池形态下的树脂被覆作业性不好、成为不合格品的情况的损失也变大，并且不仅引线部件、电池单元也受到影响。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供如下电极引线连接体、非水电解质蓄电装置及其制造方法，即，即使在连接不同的金属的正极引线与负极引线的情况下，也能够在机械方面得到充分的接合强度、接合可靠性（长期接合稳定性），并且能够实现非水电解质蓄电装置的组装工艺的简便、可靠的连接以及非水电解质蓄电装置的小型化。

为了达成该目的而产生的本发明是如下电极引线连接体，其配置于正极引线与负极引线之间而电连接上述正极引线与上述负极引线，上述正极引线与电池单元的正极连接，上述负极引线与不同于上述电池单元的另一个电池单元的负极连接、并由与上述正极引线不同的金属构成，其中，该电极引线连接体具备：由与上述正极引线相同的金属构成、且与上述正极引线连接的第一部件；以及由与上述负极引线相同的金属构成、且与上述负极引线连接的第二部件，上述第一部件与上述第二部件在作为与上述正极引线接合的部分的正极接合部以及作为与上述负极引线接合的部分的负极接合部以外的部分相互接合，在上述第一部件与上述第二部件之间、且在接近上述第一部件与上述第二部件的接合部分的位置，设置用于不使上述第一部件与上述第二部件接触的绝缘材料。

上述第一部件与上述第二部件可以具有电极焊接用孔与设于上述电极焊接用孔的边缘的突出部。

上述第一部件可以由Al构成，上述第二部件可以由Cu、Ni、或实施了镀镍的Cu构成。

并且，本发明的非水电解质蓄电装置的特征在于，具备：上述电极引线连接体；以及具有正极引线与负极引线的多个电池单元，通过接合上述电极引线连接体的第一部件与上述电池单元的正极引线、以及接合上述电极引线连接体的第二部件与不同于上述电池单元的其他电池单元的负极引线，来连接上述多个电池单元。

并且，本发明的非水电解质蓄电装置的制造方法的特征在于，通过接合上述电极引线连接体的第一部件与上述电池单元的正极引线、以及接合上述电极引线连接体的第二部件与不同于上述电池单元的其他电池单元的负极引线，来连接多个电池单元。

并且，本发明的非水电解质蓄电装置的制造方法的特征在于，通过将电池单元的正极端子插入在上述电极引线连接体的第一部件上设置的电极焊接用孔、以及将不同于上述电池单元的其他电池单元的负极端子插入在上述电极引线连接体的第二部件上设置的电极焊接用孔，并对设于各个电极焊接用孔的边缘的突出部侧面进行焊接，来连接多个电池单元。

本发明的效果如下。

根据本发明，即使在连接不同的金属的正极引线与负极引线的情况下，也能够在机械方面得到充分的接合强度、接合可靠性，且能够实现非水电解质蓄电装置的组装工艺的简便、可靠的连接以及非水电解质蓄电装置的小型化。

附图说明

图1是表示本发明的第一实施方式的电极引线连接体的立体图。

图2是图1的A-A线剖视图。

图3是表示使用了图1的电极引线连接体的非水电解质蓄电装置的立体图。

图4是表示本发明的第二实施方式的电极引线连接体的立体图。

图5是图4的B-B线剖视图。

图6是表示使用了图4的电极引线连接体的非水电解质蓄电装置的局部剖视图。

图7是表示使用了图4的电极引线连接体的非水电解质蓄电装置的俯视图。

符号说明

10—电极引线连接体，11—电池单元，12—正极引线，13—负极引线，14-第一部件，15-第二部件，16-正极接合部，17-负极接合部，18-非水电解质蓄电装置，19—接合部，20—绝缘材料，40—电极引线连接体，41、42—电极焊接用孔，43—方形电池单元，44—正极端子，45—负极端子，46—突出部。

具体实施方式

以下，根据附图，对本发明的优选的实施方式进行说明。

如图1~图3所示，第一实施方式的电极引线连接体10配置于正极引线12与负极引线13之间且电连接正极引线12与负极引线13，正极引线12连接于电池单元11的正极，负极引线13连接于与上述电池单元不同的其他的电池单元11的负极、且由与正极引线12不同的金属构成，该电极引线连接体10具备：与正极引线12相同的金属构成、且与正极引线12连接的第一部件14；以及与负极引线13相同的金属构成、且与负极引线13连接的第二部件15。若将该电极引线连接体10的第一部件14接合于与电池单元11的正极连接的正极引线12（正极接合部16）、将第二部件15接合于与负极连接的负极引线13（负极接合部17），则能够得到非水电解质蓄电装置18。

电池单元11的正极由Al构成，负极由Cu构成。并且，正极引线12由Al或其合金构成，负极引线13由Cu、Ni、或实施了镀镍的Cu构成。

第一部件14与第二部件15是相互不同的金属，第一部件14是与正极引线12相同种类的金属，第二部件15是与负极引线13相同种类的金属。即，第一部件14由Al构成，第二部件15由Cu、Ni、或实施了镀镍的Cu构成。

第一部件14与第二部件15在作为与正极引线12接合的部分的正极接合部16以及作为与负极引线13接合的部分的负极接合部17以外的部分相互接合，在第一部件14与第二部件15之间、且在接近第一部件14与第二部件15的接合部分的位置，设有用于不使第一部件14与第二部件15接触的绝缘材料20。

当第一部件14与第二部件15接合时，在第一部件14上以绝缘材料20、第二部件15的顺序重叠，并从由Cu、Ni、或者施加了镀镍的Cu构成的第二部件15侧接触超声波接合工具（未图示）而施加超声波与载荷，从而进行接合。利用该超声波接合时产生的热来熔融绝缘材料20，并从接合部19的中心部向其周边挤出，接合部19的周边被绝缘材料20填充。由此，接合部19与外部气氛（外部气体）隔绝，并防止腐蚀溶剂侵入接合部19，从而能够抑制由第一部件14与第二部件15的局部电池效果引起的接合部19的腐蚀现象的发生、进展，进而得到高的接合可靠性。

另外，超声波接合时的各部件的重叠量能够根据制造的非水电解质蓄电装置18的大小来适当变更。并且，超声波接合工具的前端部（即，辅助接合的部分）的大小也能够为了确保所希望的接合强度而任意地选择。

作为绝缘材料20，优选为其熔点在非水电解质蓄电装置18的充放电时在电极引线连接体10的接合部19所产生的焦耳热以上且230℃以下的热塑性树脂。作为满足该条件的热塑性树脂，例如可以举出聚丙烯、聚乙烯等聚烯烃树脂，但是若满足上述条件即可，能够选择任何树脂。

另外，在绝缘材料20的熔点比在接合部19所产生的焦耳热低的情况下，在非水电解质蓄电装置18的充放电时，绝缘材料20熔化，而无法将接合部19与外部气体隔绝，从而无法得到抑制腐蚀的发展的效果。在接合部19所产生的焦耳热依据电池单元11的容量、即在电极引线连接体10流动的最大电流值，从而绝缘材料20的种类根据适用的电池单元11而适当选择。

并且，在绝缘材料20的熔点比230℃高的情况下，无法利用超声波接合时所产生的热使绝缘材料20熔融，从而有第一部件14与第二部件15的电连接不充分的可能性。这是由于如下原因，即，超声波接合时所产生的热的温度一般为接合的金属的熔点的35~50%的温度，由于Cu的熔点为1080℃、Al的熔点为660℃，所以可以认为超声波接合时所产生的热的温度为230℃以上。即，即使超声波接合时所产生的热的温度最低为230℃，将绝缘材料20的熔点规定为230℃以下，以使绝缘材料20能够熔融。

另外，也可以将由与其金属相同种类的金属构成的电压监视用的引线（未图示）连接于第一部件14或第二部件15。通过利用相同种类的金属来连接电极引线连接体10与引线，能够采用更加常见、生产率高的例如电阻焊接，并且，能够抑制由局部电池效果引起的接合部19的腐蚀现象的产生，从而能够得到高的接合可靠性。

以上，根据第一实施方式的电极引线连接体10，第一部件14与第二部件15在正极接合部16及负极接合部17以外的部分相互接合，从而能够在机械方面确保充分的接合强度。并且，在除第一部件14与第二部件15的接合部19以外的位置夹有绝缘材料20，以不使第一部件14与第二部件15接触，从而将接合部19与外部气体隔绝，并防止腐蚀溶剂侵入接合部19，从而能够有效抑制由局部电池效果引起的接合部19的腐蚀，进而得到高的接合可靠性（长期接合稳定性）。

接下来，对使用了该电极引线连接体10的非水电解质蓄电装置18进行说明。

如图3所示，非水电解质蓄电装置18具备电极引线连接体10、以及具有正极引线12与负极引线13的多个电池单元11，通过接合电极引线连接体10的第一部件14与电池单元11的正极引线12、以及接合电极引线连接体10的第二部件15与电池单元11的负极引线13，来串联连接（也可以并联连接）地制造多个电池单元11。另外，正极引线12由Al构成，负极引线13由Cu、Ni、或实施了镀镍的Cu等构成。

作为电池单元11，举出锂离子二次电池。电池单元11是如下层压型电池单元，即，经由隔离物而层叠由Al构成的正极与由Cu构成的负极的电极组与电解液一起被由铝层压膜构成的外装体密封包装成矩形，并向外部抽出上述的正极引线12与负极引线13。

当利用电极引线连接体10来连接多个电池单元11时，接合相同种类金属侧彼此。即，将第一部件14与正极引线12接合，将第二部件15与负极引线13接合。这样，接合金属为相同种类，从而能够选择例如电阻焊接（电焊）之类的高速、低成本的接合方法。并且，若为相同种类金属，则也没有产生正极接合部16、负极接合部17的腐蚀问题的可能。因此，通过使用电极引线连接体10，能够可靠地连接多个电池单元11。

另外，当制造电极引线连接体10时连接电压监视用的引线的情况下，在组装非水电解质蓄电装置18时不需要进行新的布线，从而能够实现非水电解质蓄电装置18的安装工艺的简便化。

因而，根据非水电解质蓄电装置18，电极引线连接体10使用了由与电池单元11的正极引线12或负极引线13相同种类的金属构成的第一部件14、第二部件15，利用该电极引线连接体10来连接各电池单元11，从而不会在正极接合部16与负极接合部17上产生由局部电池效果引起的腐蚀。因此，能够可靠地进行非水电解质蓄电装置18的连接，进一步能够实现组装工艺的简便化。

并且，接合部19位于电池单元11的外侧，绝缘材料20不与电池单元11主体重叠，从而不会产生专利文献1中担忧的由于外装体的热密封部分厚而外装体的密封性不充分、从而电解液漏出的情况。此外，电极引线连接体10利用与电池单元11的制造工序不同的工序制造，从而不需考虑专利文献2中产生的绝缘材料20部分与制造夹具、工具干涉情况，结果，能够实现非水电解质蓄电装置18的小型化。并且，通过利用与电池单元11的制造工序不同的工序来制造电极引线连接体10，电极引线连接体10的制造不良的影响基本不会影响电池单元11的制造，从而能够实现制造成本的降低。

接下来，对本发明的第二实施方式的电极引线连接体以及使用了该电极引线连接体的非水电解质蓄电装置进行说明。

如图4、图5所示，第二实施方式的电极引线连接体40基本的构成与电极引线连接体10相同，但如下方面不同，即例如利用冲压加工分别在第一部件14与第二部件15上开电极焊接用孔41、42，在电极焊接用孔41、42的边缘设置突出部46。并且，电极焊接用孔41、42可以如图4、图5所示地贯通，也可以在突出部46的突出侧端部关闭。

如图6、图7所示，该电极引线连接体40用于方形电池单元43的电极端子（正极端子44或负极端子45）的连接、且构成非水电解质蓄电装置50，方形电池单元43的正极端子44插入第一部件14的电极焊接用孔41，并在设于电极焊接用孔41的突出部46的侧面通过焊接接合。另一方面，负极端子45插入第二部件15的电极焊接用孔42，并在设于电极焊接用孔42的突出部46的侧面通过焊接接合。利用电极焊接用孔41、42的突出部46，能够设置合适的焊接量，从而能够得到良好的焊接状态，而能够进行可靠的连接。

以往，在方形电池单元的电极连接中，例如使用Ni之类的单一的金属材料，并通过螺栓等机械的紧固机构来进行电连接。

基于紧固机构的连接中，有如下问题，即，由于机械方面以及作业上的限制，电池系统的小型化困难，并且起因于由搭载于汽车等时的振动引起的紧固机构的松动而电连接变得不稳定。

作为解决该问题的接合方法有焊接，但是由于方形电池单元43的正极端子44由Al构成、负极端子45由Cu构成，从而有焊接条件的选定以及由不同种类金属接合引起的局部电池效果的产生的课题。

与此相对，第二实施方式的电极引线连接体40中，通过在由Al等构成的第一部件14与由Cu、Ni、或实施了镀镍的Cu等构成的第二部件15之间以夹入的方式夹有绝缘材料20，利用超声波接合来进行接合，用绝缘材料20来填充第一部件14与第二部件15的接合部19的周边。因此，将接合部19与外部气体隔绝，并且防止腐蚀溶剂侵入接合部19，从而能够抑制局部电池效果。同时，通过在第一部件14与第二部件15上形成具有突出部46的电极焊接用孔41、42，也能够提高与方形电池单元43的正极端子44及负极端子45的焊接性。

实施例

以下表示基于本发明的电极引线连接体以及使用该电极引线连接体来组装的非水电解质蓄电装置的实施例1、实施例2。

（实施例1）

作为电极引线连接体的第一部件使用厚度0.3mm、宽度30mm、长度50mm的Al板，作为第二部件使用与第一部件相同尺寸的Cu板。

在第一部件与第二部件之间夹持地夹有聚丙烯系热塑性树脂薄膜，使第二部件在上面以重叠量10mm来重合，从第二部件的Cu板侧外加超声波并施加载荷而进行接合。

使用该电极引线连接体来进行锂离子二次电池的电池单元的连接。电池单元的正极使用Al、负极使用Cu，并与隔离物、电解液一起被由铝层压膜构成的外装体密封为矩形，从电池单元的两个短边抽出Al制的正极引线与Cu制的负极引线。

在电极引线连接体与电池单元各个电极连接中，利用电阻焊接（点焊）来焊接电池单元的正极引线与第一部件、电池单元的负极引线与第二部件。

（实施例2）

作为电极引线连接体的第一部件使用厚度0.3mm、宽度30mm、长度50mm的Al板，作为第二部件使用与第一部件相同尺寸的Cu板。

在第一部件与第二部件之间以夹持的方式夹有聚丙烯系热塑性树脂，使第二部件在上面以重叠量10mm来重合，并从第二部件的Cu板侧外加超声波并施加载荷而进行接合。并且，通过冲压加工在第一部件与第二部件上形成电极焊接用孔，并在电极焊接用孔的边缘形成突出部。

使用该电极引线连接体来进行锂离子二次电池的电池单元的连接。电池单元的正极使用Al、负极使用Cu，并与隔离物、电解液一起被方罐形的外装体密封，从电池单元的单侧抽出Al制的正极端子与Cu制的负极端子。

电极引线连接体与电池单元各个电极连接中，将电池单元的正极端子、负极端子分别插入形成于第一部件、第二部件的电极焊接用孔，并利用电阻焊接（电焊）来焊接电池单元的正极端子与形成于第一部件的电极焊接用孔的突出部、电池单元的负极端子与形成于第二部件的电极焊接用孔的突出部。

通过这些构成，在将本发明的电极引线连接体与层压型电池单元的正极引线以及负极引线连接的情况下，不对电池单元主体做任何加工，即，电池单元的电极引线的被铝层压膜密封的密封部分为简单的仅抽出电极引线的构造，从而能够在热密封工艺中得到稳定的密封性，从而能够维持高的电池单元的制造成品率、有助于简化制造，另外能够实现非水电解质蓄电装置的小型化。

并且，在将本发明的电极引线连接体与方形电池单元的正极端子及负极端子连接的情况下，将方形电池单元的正极端子、负极端子分别插入形成于第一部件、第二部件的电极焊接用孔，并能够仅利用电阻焊接来进行连接，从而连接变得简便。另外，利用设于电极焊接用孔的突出部，能够设置合适的焊接量，从而能够得到良好的焊接状态，并能够进行可靠的连接。并且，不会引起作为以往的由于使用螺栓等紧固机构而产生的问题之一的松动，从而能够进行可靠的连接。另外，没有作为另一个问题的机械方面以及作业上的限制，从而能够实现非水电解质蓄电装置的小型化。

Claims (6)

1.一种电极引线连接体，配置于正极引线与负极引线之间而电连接上述正极引线与上述负极引线，上述正极引线与电池单元的正极连接，上述负极引线与不同于上述电池单元的另一个电池单元的负极连接、并由与上述正极引线不同的金属构成，该电极引线连接体的特征在于，

具备：由与上述正极引线相同的金属构成、且与上述正极引线连接的第一部件；以及

由与上述负极引线相同的金属构成、且与上述负极引线连接的第二部件，

上述第一部件与上述第二部件在作为与上述正极引线接合的部分的正极接合部以及作为与上述负极引线接合的部分的负极接合部以外的部分相互接合，在上述第一部件与上述第二部件之间、且在接近上述第一部件与上述第二部件的接合部分的位置，设置用于不使上述第一部件与上述第二部件接触的绝缘材料。

2.根据权利要求1所述的电极引线连接体，其特征在于，

上述第一部件与上述第二部件具有电极焊接用孔与设于上述电极焊接用孔的边缘的突出部。

3.根据权利要求1或2所述的电极引线连接体，其特征在于，

上述第一部件由Al构成，上述第二部件由Cu、Ni、或实施了镀镍的Cu构成。

4.一种非水电解质蓄电装置，其特征在于，

具备：权利要求1~3中任一项所述的电极引线连接体；以及

具有正极引线与负极引线的多个电池单元，

通过接合上述电极引线连接体的第一部件与上述电池单元的正极引线、以及接合上述电极引线连接体的第二部件与不同于上述电池单元的其他电池单元的负极引线，来连接上述多个电池单元。

5.一种非水电解质蓄电装置的制造方法，其特征在于，

通过接合权利要求1~3中任一项所述的电极引线连接体的第一部件与上述电池单元的正极引线、以及接合上述电极引线连接体的第二部件与不同于上述电池单元的其他电池单元的负极引线，来连接多个电池单元。

6.一种非水电解质蓄电装置的制造方法，其特征在于，

通过将电池单元的正极端子插入在权利要求1~3中任一项所述的电极引线连接体的第一部件上设置的电极焊接用孔、以及将不同于上述电池单元的其他电池单元的负极端子插入在上述电极引线连接体的第二部件上设置的电极焊接用孔，并对设于各个电极焊接用孔的边缘的突出部侧面进行焊接，来连接多个电池单元。

Images