CN109755449B - 电池组的制造方法和电池组 - Google Patents

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Abstract

本发明提供电池组的制造方法和电池组，所述电池组中，在不对电极外部端子实施镀敷的状态下，使用母线将多个电池单元以较少的电阻变动进行电连接。在此公开的电池组的制造方法，包括将具备电池壳体和设置于所述电池壳体外部的电极外部端子的多个电池单元层叠的工序、和利用金属制母线将所述多个电池单元的电极外部端子之间电连接的工序。其中，不对所述电极外部端子实施镀敷。该电池组的制造方法还包括：所述电极外部端子的表面形成端子材料的新生面；以及使所述新生面与所述金属制母线接触。

Description

电池组的制造方法和电池组
技术领域
本发明涉及电池组的制造方法。
背景技术
车辆搭载用电源所使用的锂离子二次电池、镍氢电池等二次电池通常为了高输出化，以将多个电池单元串联而成的电池组的形态使用。
电池组例如专利文献1所记载，具有利用母线将设置于电池单元的壳体外部的电极外部端子电连接的结构。电极外部端子使用铝、铝合金、铜、铜合金等金属材料。这样的金属材料容易氧化，常常在电极外部端子的表面形成氧化被膜。虽然即使在电极外部端子的表面存在氧化被膜也有电导通，但电极外部端子的表面的氧化被膜会成为电阻体，电阻的程度取决于氧化被膜的厚度。因此，该氧化被膜会导致电池组中各电池单元电阻不同，产生电阻的参差变动这样的问题。所以为了防止氧化被膜的形成，对电极外部端子的表面实施镍、金、银等的镀敷。
在先技术文献
专利文献1：日本专利申请公开第2014-006977号公报
发明内容
但是，对电极外部端子实施镀敷会导致电池组的高成本化。因此，期望开发一种不对电极外部端子实施镀敷，使用母线将多个电池单元以较少的电阻偏差电连接而成的电池组。
本发明的目的是提供一种不对电极外部端子实施镀敷，使用母线将多个电池单元以较少的电阻偏差电连接而成的电池组。
在此公开的电池组的制造方法，包括以下工序：将具备电池壳体和设置于所述电池壳体外部的电极外部端子的多个电池单元层叠的工序；和利用金属制母线将所述多个电池单元的电极外部端子之间电连接的工序。其中，不对所述电极外部端子实施镀敷。该电池组的制造方法还包括：在所述电极外部端子的表面形成端子材料的新生面；以及使所述新生面与所述金属制母线接触。
根据这样的技术构成，金属制母线与端子材料的新生面接触，因此能够提供在不对电极外部端子实施镀敷的状态下，使用母线将多个电池单元以较少的电阻偏差电连接而成的电池组。
在此公开的电池组的制造方法的一优选方式中，所述金属制母线比所述电极外部端子表面硬。所述金属制母线的与所述电极外部端子接触的面是具有预定的表面粗糙度的粗化面。在进行所述电连接的工序中，进行所述电极外部端子与所述金属制母线的连结，利用所述连结时的应力，通过所述金属制母线的粗化面，在所述电极外部端子的表面形成端子材料的新生面，并且使所述新生面与所述金属制母线接触。
根据这样的技术构成，能够通过所述金属制母线的粗化面，在所述电极外部端子的表面形成端子材料的新生面，使所述新生面与所述金属制母线接触，因此能够有效得到上述效果。另外，除了使用具有预定的表面粗糙度的母线以外，可以原样采用以往的电池组的制造方法的工序，因而有利。
在此公开的电池组的制造方法的一优选方式中，在进行所述电连接的工序中，使所述金属制母线与所述电极外部端子接触，然后使所述金属制母线滑动，由此在所述电极外部端子的表面形成端子材料的新生面，并且使所述新生面与所述金属制母线接触。
根据这样的技术构成，能够通过滑动操作，在所述电极外部端子的表面形成端子材料的新生面，使所述新生面与所述金属制母线接触，因此能够有效得到上述效果。
在此公开的电池组的制造方法的一优选方式中，在进行所述电连接的工序之前，采用物理方法或化学方法在所述电极外部端子的表面形成端子材料的新生面，在进行所述电连接的工序中，使所述新生面与所述金属制母线接触。
根据这样的技术构成，能够采用物理方法或化学方法，在所述电极外部端子的表面形成端子材料的新生面，使所述新生面与所述金属制母线接触，因此能够有效得到上述效果。
在此公开的电池组，包含具备电池壳体和设置于所述电池壳体外部的电极外部端子的多个电池单元。所述多个电池单元被层叠，所述多个电池单元的电极外部端子之间通过金属制母线电连接。所述金属制母线比所述电极外部端子表面硬。所述金属制母线的与所述电极外部端子接触的面具有凸部和凹部。在将所述凸部近似为三角形、将所述凸部的底边设为w、将所述凸部的高度设为h、将所述电极外部端子的端子材料的氧化被膜的断裂应变设为ε时，满足{2[h^2+(w/2)^2]^1/2-w}/w≥ε。
根据这样的技术构成，金属制母线与端子材料的新生面接触，因此能够提供在不对电极外部端子实施镀敷的状态下，使用母线将多个电池单元以较少的电阻偏差电连接而成的电池组。
附图说明
图1是表示本实施方式涉及的电池组的制造方法的概略的流程图。
图2是表示本实施方式涉及的电池组的制造方法所使用的电池单元的一例的立体图。
图3是表示采用本实施方式涉及的电池组的制造方法得到的电池组的一例的俯视图。
图4是为了说明三角近似，示意性地表示金属制母线的与电极外部端子接触的面的截面图。
图5是电池单元的正极端子周边部的截面示意图。
图6是示意性地表示第2实施方式中使用的金属制母线的结构的俯视图。
图7是表示采用本实施方式涉及的电池组的制造方法得到的电池组的另一例的俯视图。
附图标记说明
1 电池单元
10 电池壳体
20 电极体
22 正极侧内部集电端子
24 负极侧内部集电端子
30 正极端子
32 正极外部端子
34 正极侧螺栓
40 负极端子
42 负极外部端子
44 负极侧螺栓
100 电池组
110 金属制母线
120 螺母
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。再者，本说明书中特别提及的事项以外的且本发明的实施所需的事项(例如不作为本发明的技术特征的电池组的一般结构和制造工艺)，可作为本领域技术人员基于该领域现有技术的设计事项来掌握。本发明能够基于本说明书公开的内容和该领域技术常识而实施。另外，在以下的附图中，对发挥相同作用的部件、部位附带相同标记进行说明。另外，各图中的尺寸关系(长度、宽度、厚度等)并不反映实际的尺寸关系。
图1示出本实施方式涉及的电池组的制造方法的概略。本实施方式涉及的电池组的制造方法，包括以下工序：将具备长方体形状的电池壳体和设置于该电池壳体外部的电极外部端子的多个电池单元，以面积大的壳体侧面彼此重合的方式层叠工序(层叠工序)S101；和利用金属制母线将该多个电池单元的电极外部端子之间电连接的工序(连接工序)S102。其中，不对该电极外部端子实施镀敷。本实施方式涉及的电池组的制造方法还包括：在该电极外部端子的表面形成端子材料的新生面；以及使该新生面与该金属制母线接触。
例示具体的实施方式，对本实施方式涉及的电池组的制造方法进行详细说明。
〔第1实施方式〕
图2示出本实施方式使用的电池单元的一例的立体图。图3示出采用本实施方式涉及的电池组的制造方法得到的电池组的一例的俯视图。
第1实施方式中，层叠工序S101可以采用公知方法进行。
具体而言，首先，准备多个电池单元1。作为电池单元1，可例示锂离子二次电池、镍氢电池、镍镉电池、双电层电容器等，图示例的电池单元1是锂离子二次电池。
电池单元1具备长方体形状的电池壳体10和收纳在电池壳体10内的电极体20。电池单元1在电池壳体10的外部具备正极端子30和负极端子40。
正极端子30具备Z字形的板状的正极外部端子32和正极侧螺栓34。正极端子30经由正极侧内部集电端子22与电极体20电连接。内部集电端子22具备集电板22a和铆钉22b。再者，正极外部端子32的形状和形态不限于图示例。
负极端子40具备Z字形的板状的负极外部端子42和负极侧螺栓44。负极端子40经由负极侧内部集电端子24而电极体20电连接。内部集电端子24具备集电板24a和铆钉24b。再者，负极外部端子42的形状和形态不限于图示例。
正极端子30例如为铝制或铝合金制。不对正极外部端子32实施镀敷。负极端子40例如为铜制或铜合金制。不对负极外部端子42实施镀敷。这些金属材料容易被氧化，常在正极外部端子32和负极外部端子42的表面形成氧化被膜。
然后，将多个上述电池单元1层叠。
具体而言，如图3所示，将多个上述电池单元1沿着层叠方向X排列。此时，以正极端子30和负极端子40沿着层叠方向X交替排列的方式，使相邻的两个电池单元1中的一方反转配置。再者，图3示意性地示出电池组100，电池单元1的数量不限于图示例。电池单元1的数量为两个以上，典型地为3个～35个(特别是10个～25个)。
再者，可以在电池单元1之间配置间隔件(未图示)。间隔件可以是作为用于使通过充放电等而在电池单元1的内部产生的热有效逸散的放热板发挥作用的板状部件等。
接着，对连接工序S102进行说明。该连接工序S102中，利用金属制母线110将多个电池单元1的正极外部端子32与负极外部端子42电连接。
具体而言，首先准备金属制母线110。
母线110具有能够插入正极侧螺栓34和负极侧螺栓44的两个贯通孔。
母线110使用比正极外部端子32和负极外部端子42的表面硬的材料。正极外部端子32为铝制或铝合金制，负极外部端子42为铜制或铜合金制的情况下，作为母线110的材料的例子，可举出锡、镍等，优选为锡。
母线110的与正极端子30的正极外部端子32和负极端子40的负极外部端子42接触的面(以下也称为“端子接触面”)分别是具有预定的表面粗糙度的粗化面。该粗化面的预定的表面粗糙度是能够利用后述的连结操作的应力，使存在于正极外部端子32的表面和负极外部端子42的表面的氧化被膜破裂而生成新生面的粗糙度。
对于该粗糙度进行具体说明。图4示意性地示出母线110的端子接触面(即粗化面)。母线110的端子接触面具有预定的粗糙度，因此具有凸部和凹部。图4中，形成有向下方突出的凸部。将该凸部图图4所示进行三角近似，将近似为三角形的该凸部的底边设为w、高度设为h。在近似的三角形中，高度h等于凸部的底点B1与顶点T1的垂直方向的距离h1、和凸部的底点B2与顶点T1的垂直方向的距离h2的平均值。即h＝(h1+h2)/2。底边w等于凸部的底点B1与底点B2的水平方向的距离。再者，该垂直方向是垂直于该粗化面的方向，该水平方向是与该粗化面平行的方向。将上述电极外部端子的端子材料的氧化被膜的断裂应变设为ε时，母线110的端子接触面具有满足{2[h^2+(w/2)^2]^1/2-w}/w≥ε的表面粗糙度。在正极外部端子32和负极外部端子42使用不同的材料的情况下，母线110在与正极外部端子32接触的面和与负极外部端子42接触的面所需的表面粗糙度不同。具体而言，母线110的与正极外部端子32接触的面，在将构成正极外部端子32的材料的氧化断裂应变设为εp时，具有满足{2[h^2+(w/2)^2]^1/2-w}/w≥εp的表面粗糙度。母线110的与负极外部端子42接触的面，在将构成负极外部端子42的材料的氧化断裂应变设为εn时，具有满足{2[h^2+(w/2)^2]^1/2-w}/w≥εn的表面粗糙度。再者，母线110的与正极外部端子32接触的面的表面粗糙度和与负极外部端子42接触的面的表面粗糙度，只要满足上述关系式，可以相同也可以不同。
另外，作为另一指标，由Ra表示母线110的端子接触面(即粗化面)的表面粗糙度的情况下，该表面粗糙度Ra例如大于6.3。
图5示出正极端子30周边部的截面示意图。
接着，如图3和图5所示，将一方的电池单元1的正极侧螺栓34和另一方的电池单元1的负极侧螺栓44插入母线110的贯通孔，将两个电池单元1连接。然后将螺母120嵌入正极侧螺栓34和负极侧螺栓44的顶部，将母线110与正极外部端子32和负极外部端子42连结。
母线110使用了比正极外部端子32的表面和负极外部端子42的表面硬的材料，并且母线110的端子接触面是具有预定的表面粗糙度的粗化面，因此通过连结时的应力，母线110的端子接触面的凸部陷入正极外部端子32的表面和负极外部端子42的表面。其结果，在正极外部端子32的表面和负极外部端子42的表面形成的氧化被膜被拉伸而断裂。另外，通过母线110的端子接触面的凸部陷入正极外部端子32的表面和负极外部端子42的表面，在正极外部端子32的表面和负极外部端子42的表面形成这些端子材料的新生面。与此同时，母线110与该新生面接触。通过连结，新生面被母线110密封，因此氧化被膜的再生得到抑制。
现有技术中，母线具有上述粗化面，因此即使通过螺母进行连结，新生面的形成也不充分。特别是端子材料为铝的情况下，氧化被膜硬，电阻也大。由此，在没有对电极外部端子实施镀敷的情况下，在电池组中发生电阻变动。
与此相对，如上所述使氧化被膜断裂，使形成于正极外部端子32的表面和负极外部端子42的表面的新生面与母线110接触，由此能够在抑制电阻变动的状态下将多个电池单元1电连接。即、能够提供在不对正极外部端子32和负极外部端子42实施镀敷的状态下，利用母线110将多个电池单元1以较少的电阻变动电连接而成的电池组100。
另外，第1实施方式具有下述优点：除了使用具有预定的表面粗糙度的母线以外，可以原样采用以往的电池组的制造方法的工序。
由第1实施方式制造的电池组100具有以下特征：金属制母线110比正极外部端子32和负极外部端子42的表面硬，母线110的端子接触面具有凸部和凹部，在将该凸部近似为三角形、将该凸部的底边设为w、将该凸部的高度设为h、将该电极外部端子的端子材料的氧化被膜的断裂应变设为ε时，满足{2[h^2+(w/2)^2]^1/2-w}/w≥ε。
再者，第1实施方式中，在正极端子30侧和负极端子40侧这两侧应用了在此公开的技术，也可以仅在正极端子30侧和负极端子40侧中的一侧应用在此公开的技术。即、也可以构成为：不对正极外部端子32和负极外部端子42中的一方实施镀敷，金属制母线110比没有实施该镀敷的电极外部端子硬，金属制母线110在与没有实施该镀敷的电极外部端子接触的面，具有预定的粗糙度。
〔第2实施方式〕
第2实施方式中，层叠工序S101可以采用公知方法进行。即、可以与上述第1实施方式同样地实施。
图6示意性地示出所使用的金属制母线的结构。
在连接工序S102中，利用金属制母线210将多个电池单元1的正极外部端子32和负极外部端子42电连接。以下，对该操作进行具体说明。
如图5所示，母线210具有能够插入正极侧螺栓34和负极侧螺栓44的两个贯通孔212。贯通孔212在多个电池单元1的层叠方向X上伸长。即、贯通孔212为长孔。
第2实施方式中，对于母线210的材料的硬度没有特别限制。只要是能够通过后述的滑动操作将正极外部端子32的表面和负极外部端子42的表面的氧化被膜除去的硬度即可。优选母线210使用与正极外部端子32和负极外部端子42的表面相同硬度的材料或更硬的材料。
第2实施方式中，对于金属制母线210的表面粗糙度没有特别限制。
如图5所示，将正极侧螺栓34和负极侧螺栓44插入母线210的贯通孔212，由此使母线210与正极端子30的正极外部端子32的表面和负极端子40的负极外部端子42的表面接触。
接着，在使它们接触的状态下，沿着层叠方向X使母线210滑动。母线210的贯通孔212在滑动方向即多个电池单元1的层叠方向X上伸长，因此能够容易地使母线210滑动。通过该母线210的滑动，除去存在于正极外部端子32的表面和负极外部端子42的表面的氧化被膜，形成端子材料的新生面。所形成的新生面与母线210接触。
在形成新生面之后，与图3所示的例子同样地，将螺母嵌入正极侧螺栓34和负极侧螺栓44的顶部进行连结。由此，使母线210固定，维持正极外部端子32的表面和负极外部端子42的表面的端子材料的新生面与母线210接触的状态。新生面被母线210密封，因此氧化被膜的再生得到抑制。
像这样，通过使形成于正极外部端子32的表面和负极外部端子42的表面的新生面与母线210接触，能够在抑制电阻变动的状态下将多个电池单元1电连接。即、能够提供在不对正极端子30和负极端子40实施镀敷的状态下，利用母线210将多个电池单元1以较少的电阻变动电连接而成的电池组。
再者，第2实施方式中，在正极端子30侧和负极端子40侧这两侧应用了在此公开的技术，但也可以仅在正极端子30侧和负极端子40侧中的一侧应用在此公开的技术。
〔第3实施方式〕
第3实施方式中，在实施连接工序S102之前，采用物理方法或化学方法在正极外部端子32的表面和负极外部端子42的表面形成端子材料的新生面。新生面在正极外部端子32的表面和负极外部端子42的表面的至少与母线110接触的部分形成。作为用于形成新生面的物理方法，例如可举出通过使用锉刀、刀具切削正极外部端子32的表面和负极外部端子42的表面，将该表面的氧化被膜除去的方法，通过喷丸处理等对正极外部端子32的表面和负极外部端子42的表面进行处理，将该表面的氧化被膜除去的方法等。作为化学方法，例如可举出使用酸对正极外部端子32的表面和负极外部端子42的表面进行处理，将该表面的氧化被膜除去的方法等。
上述新生面的形成可以在层叠工序S101之前进行，也可以在之后进行。
第3实施方式中，层叠工序S101可以采用公知方法进行。即、可以与上述第1实施方式同样地实施。
然后，在连接工序S102中，利用金属制母线将多个电池单元1的正极外部端子32和负极外部端子42电连接。
具体而言，如图7所示，准备具有能够插入正极侧螺栓34和负极侧螺栓44的两个贯通孔的金属制母线110’。
第3实施方式中具有下述优点：对于母线110’的材料的硬度没有特别限制，也可以使用比正极外部端子32和负极外部端子42软的材料。
第3实施方式中，对于金属制母线110’的表面粗糙度没有特别限制。
如图7所示，将一方的电池单元1的正极侧螺栓34和另一方的电池单元1的负极侧螺栓44插入母线110’的贯通孔，将两个电池单元1连接。此时，使形成于正极外部端子32的表面和负极外部端子42的表面的新生面与母线110’接触。该接触在形成新生面之后，且氧化被膜再生之前进行。由此，从正极外部端子32的表面和负极外部端子42的表面上的新生面的形成直到在连接工序S102中进行该新生面与母线110’的接触为止的时间越短越好，具体而言，优选为2小时以内，更优选为1小时以内。
接着，将螺母120嵌入正极侧螺栓34和负极侧螺栓44的顶部进行连结。由此，使母线110’固定，维持正极外部端子32的表面和负极外部端子42的表面的端子材料的新生面与母线110’接触的状态。新生面被母线110’密封，因此氧化被膜的再生得到抑制。
由此，通过像这样使形成于正极外部端子32的表面和负极外部端子42的表面的新生面与母线110’接触，能够在抑制电阻变动的状态下将多个电池单元1电连接。即、能够提供在不对正极外部端子32和负极外部端子42实施镀敷的状态下，利用母线110’将多个电池单元1以较少的电阻变动电连接而成的电池组100’。
再者，第3实施方式中，对正极端子30侧和负极端子40侧这两侧应用了在此公开的技术，但也可以仅在正极端子30侧和负极端子40侧中的一侧应用在此公开的技术。
以上，对本发明的具体例进行了详细说明，但这些只是例示，并不限定权利要求的范围。权利要求的范围记载的技术包括将以上例示的具体例进行各种变形、变更而得到的方案。

Claims (1)

1.一种电池组的制造方法，包括以下工序：
将多个电池单元层叠的工序，所述电池单元具备电池壳体和设置于所述电池壳体外部的电极外部端子；以及
利用金属制母线将所述多个电池单元的电极外部端子之间电连接的工序，
其中，不对所述电极外部端子实施镀敷，
所述制造方法还包括：
通过除去存在于所述电极外部端子的表面的氧化被膜，而在所述电极外部端子的表面形成端子材料的新生面；以及
使所述新生面与所述金属制母线接触，
所述金属制母线比所述电极外部端子表面硬，
所述多个电池单元各自具备分别贯通作为所述电极外部端子的正极外部端子及负极外部端子的正极侧螺栓及负极侧螺栓，
所述金属制母线具有能够插入所述正极侧螺栓及所述负极侧螺栓的两个贯通孔，
所述贯通孔是在所述多个电池单元的层叠方向上伸长的长孔，
在进行所述电连接的工序中，将所述正极侧螺栓及所述负极侧螺栓插入所述金属制母线的所述贯通孔，使所述金属制母线与所述正极外部端子的表面及所述负极外部端子的表面接触，在使它们接触的状态下，使所述金属制母线相对于所述正极外部端子及所述负极外部端子沿着所述多个电池单元的层叠方向滑动，由此在所述正极外部端子的表面及所述负极外部端子的表面形成所述新生面，在形成所述新生面之后，将螺母嵌入所述正极侧螺栓及所述负极侧螺栓的顶部进行连结，由此，维持所述正极外部端子的表面及所述负极外部端子的表面的所述新生面与所述金属制母线接触的状态，所述新生面被所述金属制母线密封。
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