CN114843670A - 电极端子及其利用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种提高二次电池的电极端子中的导电性的电极端子及其利用。根据在此公开的技术，提供一种二次电池的电极端子。该电极端子具备金属制的第一构件和金属制的第二构件。上述第一构件具有与上述第二构件连接的连接部。上述第二构件具有供上述第一构件的上述连接部插入的插入孔。在上述插入孔的内部的、上述第一构件与上述第二构件的界面，上述第一构件和上述第二构件相互焊接。

Description

电极端子及其利用
技术领域
本发明涉及一种电极端子。详细而言，涉及一种二次电池的电极端子且是2个金属构件相互焊接而成的电极端子及其利用。
背景技术
锂离子二次电池等二次电池与现有的电池相比轻量且能量密度高，因此，近年来，优选用作电动汽车(EV)、插电式混合动力汽车(PHEV)、混合动力汽车(HEV)等车辆搭载用电源、或者搭载于个人计算机及移动终端等电子产品等的电源。
这种二次电池典型地具备：具有正极和负极的电极体；收容该电极体的电池壳体；安装于正极的正极端子；以及安装于负极的负极端子。正负极端子具有多个构件，这些构件相互连接而形成导电路径。关于多个构件的连接，在美国专利第9680136号的说明书中，提出了将一个构件与其他构件相互焊接。
发明内容
但是，如上所述，电极端子中的导电路径的形成使用了多个构件。在各构件的表面不可避免地存在凹凸，由于该凹凸，使得在各构件之间的界面可能产生微小的间隙。若存在这样的间隙，则构件之间的界面电阻有可能上升。这些情况有可能给电极端子中的良好的导电路径的形成带来障碍，因此并不优选。
因此，本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种提高二次电池的电极端子中的导电性的技术。
根据在此公开的技术，提供一种二次电池的电极端子。该电极端子具备金属制的第一构件和金属制的第二构件。上述第一构件具有与上述第二构件连接的连接部。上述第二构件具有供上述第一构件的上述连接部插入的插入孔。在上述插入孔的内部的、上述第一构件与上述第二构件的界面，上述第一构件和上述第二构件相互焊接。在该结构的电极端子中，位于插入孔的内部的、第一构件与第二构件的界面被焊接，从而能够减小构件之间的微小的间隙。因此，能够提高第一构件与第二构件的接触界面处的导电性。
在此公开的电极端子的优选的一方式中，上述第一构件和上述第二构件由彼此不同的金属构成。异种金属之间的接触界面处的电阻可能比同种金属之间的接触界面处的电阻大。在该结构的电极端子中，在异种金属彼此的接触界面也实现了导电性的提高。
另外，在其他优选的一方式中，上述插入孔是形成于上述第二构件的一个表面的非贯通的凹部。根据该结构，能够使第二构件的插入孔形成面的相反侧的面为没有第一构件的露出和焊接痕的平坦面。因此，除了上述效果之外，还能够实现第二构件的插入孔形成面的相反侧的面与其他构件(例如母线等)的更好的接合。
另外，在其他优选的一方式中，上述连接部形成为圆板状。上述连接部的周缘部与上述插入孔的内壁面铆接。通过将两个构件铆接，能够提高该部分的电阻。由此，能够增大焊接时的该部分处的发热量而使第一构件与第二构件的焊接变得更容易。另外，通过铆接，能够提高两个构件的接合强度。
另外，根据在此公开的技术，提供一种二次电池，该二次电池具备：具有正极和负极的电极体；收容上述电极体的电池壳体；安装于上述正极的正极端子；以及安装于上述负极的负极端子。上述正极端子和上述负极端子中的至少任一方由上述电极端子构成。在该结构的二次电池中，实现了正极端子和/或负极端子中的导电性的提高。
另外，根据在此公开的技术，提供一种多个单体电池相互电连接并排列而成的电池组。在该电池组中，作为多个单体电池，具备上述二次电池。在该结构的电池组中，实现了至少一个单体电池中的电极端子的导电性的提高。因此，实现了电池组的性能的提高。
在优选的一方式中，上述电池组具备将排列的单体电池之间电连接的母线。上述母线与连接的上述单体电池各自的上述第二构件的表面面接触而焊接。在与上述电池壳体的底面的面方向正交的方向上，上述母线和上述第二构件在上述第一构件与上述第二构件的焊接部的大致垂直线上焊接。根据该结构的电池组，能够进一步减小从母线向单体电池的导电路径的电阻。
附图说明
图1是示意性地表示具备一实施方式的电极端子的二次电池的结构的立体图。
图2是示意性地表示具备一实施方式的电极端子的二次电池的结构的宽幅面的剖视图。
图3是示意性地表示具备一实施方式的电极端子的二次电池的结构的窄幅面的剖视图。
图4是说明一实施方式的电极端子的制造中的电阻焊接的示意图。
图5是示意性地表示具备一实施方式的电极端子的二次电池的负极端子附近的主要部分剖视图。
图6是示意性地表示包括具备一实施方式的电极端子的二次电池作为单体电池的电池组的结构的立体图。
图7是示意性地表示包括具备一实施方式的电极端子的二次电池的电池组中的母线连接部位附近的主要部分剖视图。
图8是说明一变形例的电极端子的制造中的电阻焊接的示意图，是从第二构件表面的上方观察焊接探头(welding probe)与该表面抵接的状态的图。
图9是图8的IX－IX剖视图。
图10是说明一变形例的电极端子的制造中的电阻焊接的示意图，是从第二构件表面的上方观察焊接探头与该表面抵接的状态的图。
图11是图10的XI－XI剖视图。
图12是示意性地表示一变形例的电极端子的剖视图。
具体实施方式
以下，参照附图，说明在此公开的技术的优选实施方式。此外，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可以作为本领域技术人员基于该领域中的现有技术作出的设计事项来掌握。本发明能够基于本说明书公开的内容和该领域中的技术常识来实施。另外，在以下的各附图中，对起到相同作用的构件、部位标注相同的附图标记来进行说明。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。
此外，在本说明书中，“二次电池”是指能够反复充放电的一般蓄电设备的用语，是包含锂离子二次电池、钠离子二次电池、镍氢电池等所谓的蓄电池(化学电池)和双电层电容器等电容器(物理电池)的概念。另外，在本说明书中，“锂离子二次电池”是指利用锂离子作为电荷载体，利用随着正负极之间的锂离子的移动带来的电荷的移动来实现充放电的二次电池。另外，在本说明书中，“A～B”是指“A以上且B以下”，包含超过A且低于B。另外，在本说明书中，“以A为主体”是指全部成分中包含至少70重量％的A。
在此公开的二次电池是能够反复充放电的二次电池，例如是锂离子二次电池。如图1所示，二次电池12大致来说具有电极体(未图示)、非水电解液(未图示)以及电池壳体30。电池壳体30是扁平的方形的容器，具备具有开口部的有底箱状的电池壳体主体32和将该开口部密封的盖体34。在壳体主体32中，在其内部收容有电极体和非水电解液。壳体主体32的开口部和盖体34的缘部通过激光焊接等而密封。作为电池壳体30，例如使用铝等轻量且导热性好的金属材料。
如图2所示，电极体20是二次电池12的发电元件，在被未图示的绝缘膜等覆盖的状态下，收容于电池壳体30的内部。电极体20是长条片状的正极片21和长条片状的负极片22隔着隔膜23、24在片材长度方向上卷绕而成的卷绕电极体。正极21具备长条的箔状的正极集电体21A和在正极集电体21A的单面或两面沿着长度方向形成的正极活性物质层21B。在二次电池12的扁平的方形的电池壳体30的长边方向上的电极体20的一方的侧缘部，没有形成正极活性物质层21B，设置有正极集电体21A露出的正极集电体露出部21C。正极集电体21A例如可以为铝箔。正极活性物质层21B包含正极活性物质、粘结剂、导电材料等各种材料。负极22具备长条的箔状的负极集电体22A和在该负极集电体22A的单面或两面沿着长度方向形成的负极活性物质层22B。另外，在上述长边方向上的电极体20的另一方的侧缘部，没有形成负极活性物质层22B，设置有负极集电体22A露出的负极集电体露出部22C。负极集电体22A例如可以为铜箔。负极活性物质层22B包含负极活性物质、粘结剂等各种材料。隔膜23、24是介于正极21与负极22之间、防止这些电极直接接触的树脂片。作为正极活性物质层21B、负极活性物质层22B以及隔膜的构成材料，能够没有特别限制地使用在这种二次电池中使用的材料，由于并不使本发明具有特征，因此，省略在此的记载。
如图1～3所示，电池壳体30(盖体34)具备正极端子40和负极端子50。正极端子40具备正极连接端子44和正极集电端子42。正极连接端子44具有配置于盖体34的壳体外侧表面的部位和配置于壳体内侧的部位。正极连接端子44在电池壳体30的内部与正极集电端子42连接。正极集电端子42与正极集电体露出部21C连接。负极端子50具备负极连接端子54和负极集电端子52。负极连接端子54具有配置于盖体34的壳体外侧表面的部位和配置于壳体内侧的部位。负极连接端子54在电池壳体30的内部与负极集电端子52连接。负极集电端子52与负极集电体露出部22C连接。
在二次电池12中，正极连接端子44和负极连接端子54中的至少任一方由在此公开的电极端子构成。以下，对负极连接端子54是在此公开的电极端子的情况进行说明。此外，在正极连接端子44是在此公开的电极端子的情况下也是同样的，因此，省略详细的说明。
如图4、5所示，负极连接端子54具备金属制的第一构件56和金属制的第二构件58。第一构件56具备圆板状的连接部56a和圆柱状的轴部56b。第二构件58形成为平板状，在第二构件58的厚度方向的一个面581(以下，也称为“第二构件58的下表面581”。)形成有作为非贯通的凹部的插入孔582。第一构件56的连接部56a的周缘部与插入孔582的内壁面铆接。在此，“第一构件56的连接部56a的周缘部与插入孔582的内壁面铆接”是指例如通过第一构件56的连接部56a的周缘部相对于插入孔582的内壁面压接而使第一构件56相对于第二构件58固定的状态。如上所述，插入孔582是非贯通的，因此，连接部56a不会从上述厚度方向上的另一个面584(以下，也称为“第二构件58的上表面584”。)露出到外部。因此，能够更容易地使其他构件(例如母线等)与上表面584接合。另外，上表面584由单一的材料构成，因此，能够提高与其他构件的接合强度。
连接部56a的周缘部与插入孔582的内壁面的界面相互焊接，形成焊接部59。通过在将连接部56a插入到插入孔582的内部的状态下、即在插入孔582的内部将第一构件56与第二构件58的界面焊接，降低该界面处的电阻，减小第一构件56与第二构件58之间的间隙，从而能够提高从第一构件56向第二构件58的导电性。另外，连接部56a的周缘部与插入孔582的内壁面的界面处的焊接除了提高上述导电性之外，从提高第一构件56与第二构件58的接合强度的观点出发也优选。
虽然没有特别限定，但第一构件56和第二构件58可以由铝、以铝为主体的合金、铜、或以铜为主体的合金构成。构成第一构件56的金属和构成第二构件58的金属可以相同，也可以不同。从与后述的母线的连接的观点出发，第二构件58优选由铝或以铝为主体的合金构成，从与负极集电体的连接的观点出发，第一构件优选由铜或以铜为主体的合金构成。在优选的一例中，第二构件56由铝构成，第一构件58由铜构成。
负极连接端子54大致来说能够通过将第一构件56和第二构件58重叠并对两个构件的界面进行电阻焊接而制作。首先，如图4所示，将第一构件56的连接部56a的周缘部与插入孔582的内壁面铆接。然后，使焊接探头71(电极)与第一构件的凹部561抵接，使焊接探头72(另一方的电极)与第二构件58的周缘部抵接，使焊接探头71与焊接探头72之间通电。于是，在插入孔582的内部，连接部56a与插入孔582的内壁面的界面由于通电时的电阻而发热。通过该发热，对上述界面进行焊接，能够形成焊接部59。此外，焊接部59形成于插入孔582的内壁面的至少一部分即可，但从提高导电性和提高接合强度的观点出发，更优选形成于插入孔582的内壁面的整个面。通过一边使焊接探头72沿着第二构件58的周缘部适当移动一边进行电阻焊接，能够在插入孔582的内壁面的整个面形成焊接部59。通过利用电阻焊接，能够在第二构件58的表面不形成焊接痕的情况下将两个构件焊接。特别是，在上表面584不形成焊接痕的情况下实现第一构件56与第二构件58的焊接对于将其他构件(母线等)与上表面584接合而言是优选的。此外，电阻焊接的条件(焊接电流的大小、焊接时间等)没有特别限定，能够适当变更。
下面，对上述结构的负极连接端子54的二次电池的安装进行说明。如图5所示，在二次电池12中，第一构件56的轴部56b从电池壳体30的外侧，按照垫片60、盖体34、绝缘体61以及负极集电端子52的顺序，插入到分别设置于各构件的贯通孔中，在电池壳体30的内部对前端562进行铆接加工。在负极集电端子52的贯通孔的周缘部分形成有在俯视观察时呈环状的铆接部。垫片60是使负极连接端子54与盖体34绝缘的构件，由具有绝缘性的材料(例如，全氟烷氧基烷烃(PFA)等氟树脂)形成。绝缘体61是使盖体34与负极集电端子52绝缘的构件，由具有绝缘性和耐电解液性的材料(例如，聚苯硫醚树脂(PPS)等树脂材料)形成。
二次电池12能够作为构成如图6所示的电池组的单体电池使用。如图所示，电池组100大致来说具备多个二次电池12(以下，也称为“单体电池12”。)、隔离件11、母线14以及端板17。多个单体电池12以在各单体电池之间夹设隔离件11的同时使单体电池12的扁平面相向的方式沿着规定的方向排列。在单体电池12的排列方向的两端，分别设置有端板17，将排列的多个单体电池12在同方向上夹入。各端板17由金属制的约束带18架设，约束带18的端部通过小螺钉19紧固而固定。
如图所示，一个单体电池12的正极端子40和与该单体电池邻接的其他单体电池12的负极端子50经由平板状的母线14电连接。母线14通过激光焊接等焊接于正极连接端子44和负极连接端子54。如图7所示，母线14焊接于第二构件58的上表面584，形成焊接部14a。母线14和第二构件58只要能够将两个构件以足够的强度接合则没有特别限定，但从提高母线14与负极端子50的导电性的观点出发，优选缩短母线14与第二构件58的焊接部14a和第一构件56与第二构件58的焊接部59的距离。优选在与电池壳体30的底面的面方向正交的方向(即，轴部56b的延伸方向)上，母线14和第二构件58在第一构件56与第二构件58的焊接部59的大致垂直线上焊接。在此，在本说明书中，“在大致垂直线上焊接”是指在以第一构件56与第二构件58的焊接部59为中心的半径5mm以下(优选为3mm以下)的圆形区域的上方形成母线14与第二构件58的焊接部14a。
母线14可以由铝、铜、镍、不锈钢等金属构成。从提高与第二构件58的接合强度以及导电性的观点出发，母线14优选由与第二构件58的金属相同的金属构成。例如，在第二构件58为铝制的情况下，优选母线14也为铝制。此外，母线14的形状没有特别限定，例如也可以使用圆柱状的母线。
电池组100能够利用于各种用途，例如能够优选用作搭载于车辆的电机用的动力源(驱动用电源)。车辆的种类没有特别限定，典型地可列举出汽车，例如插电式混合动力汽车(PHEV)、混合动力汽车(HEV)、电动汽车(EV)等。
以上，详细地说明了本发明的具体例，但上述实施方式仅是例示，并不限定权利要求书。权利要求书记载的技术包括对以上例示的具体例进行各种变形、变更而得到的技术。在以下例示的变形例中，也能够得到与上述实施方式同样的效果。例如，在上述实施方式中，第一构件56的连接部56a的周缘部与插入孔582的内壁面铆接，但并不限定于此，也可以不进行铆接加工。在该情况下，通过在将连接部插入到插入孔中的状态下进行电阻焊接，能够进行第一构件与第二构件的焊接。
另外，在上述实施方式中，在第一构件56与第二构件58的接合时，使焊接探头分别抵接于第一构件56的凹部561和第二构件58的周缘部，但并不限定于此。如图8、9所示，也可以使焊接探头71与第一构件56的凹部561抵接，使焊接探头72与第二构件58的上表面584抵接，进行电阻焊接。在该情况下，能够将焊接部59形成在焊接探头72的大致垂直下方。由此，能够减小第一构件56与第二构件58的界面处的间隙。另外，由于不会在上表面584上形成焊接痕，因此，能够容易地进行上表面584与母线的焊接，能够提高接合强度。此外，焊接探头72的抵接部位不限定于图8、9所示的部位，也可以根据需要而适当移动。
或者，如图10、11所示，作为焊接探头72，也可以使用截面为环状的焊接探头。在该情况下，能够将焊接部59形成在焊接探头72的大致垂直下方。在本变形例中，从防止从焊接探头72施加于第二构件58的上表面584的表面压力的偏差的观点出发，优选将焊接探头71配置在距焊接探头72的距离均匀的位置。
另外，在上述实施方式中，插入孔582是非贯通的凹部，但并不限定于此，也可以为贯通孔。如图12所示，连接部56a向插入孔582的插入方向上的电池壳体30外侧的前端563能够从第二构件58的上表面584向外部露出。若在第一构件56与第二构件58的接合时，使焊接探头71与第一构件56的凹部561抵接，使焊接探头72与第二构件58的周缘部，进行电阻焊接，则能够在图示的部位形成焊接部59。此外，也可以实施使第一构件56的前端563从第二构件58的上表面584突出到外部而使其按压变形成伞状的铆接加工。
另外，在上述实施方式中，俯视观察时的连接部56a的直径比轴部56b的直径大，但并不限定于此。也可以使连接部56a的直径和轴部56b的直径相同。
附图标记说明
11 隔离件
12 二次电池
14 母线
20 电极体
21 正极片
22 负极片
23、24 隔膜
30 电池壳体
40 正极端子
42 正极集电端子
44 正极连接端子
50 负极端子
52 负极集电端子
54 负极连接端子
56 第一构件
56a 连接部
56b 轴部
58 第二构件
582 插入孔
59 焊接部
60 垫片
61 绝缘体
71、72 焊接探头
100 电池组。

Claims (7)

1.一种电极端子，所述电极端子是二次电池的电极端子，其中，
所述电极端子具备金属制的第一构件和金属制的第二构件，
所述第一构件具有与所述第二构件连接的连接部，
所述第二构件具有供所述第一构件的所述连接部插入的插入孔，
在位于所述插入孔的内部的、所述第一构件与所述第二构件的界面，所述第一构件和所述第二构件相互焊接。
2.根据权利要求1所述的电极端子，其中，
所述第一构件和所述第二构件由彼此不同的金属构成。
3.根据权利要求1或2所述的电极端子，其中，
所述插入孔是形成于所述第二构件的一个表面的非贯通的凹部。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的电极端子，其中，
所述连接部形成为圆板状，
所述连接部的周缘部与所述插入孔的内壁面铆接。
5.一种二次电池，所述二次电池具备：
具有正极和负极的电极体；
收容所述电极体的电池壳体；
安装于所述正极的正极端子；以及
安装于所述负极的负极端子，
其中，
所述正极端子和所述负极端子中的至少任一方由权利要求1～4中任一项所述的电极端子构成。
6.一种电池组，所述电池组是多个单体电池相互电连接并排列而成的电池组，其中，
作为所述单体电池，具备权利要求5所述的二次电池。
7.根据权利要求6所述的电池组，其中，
具备将排列的所述单体电池之间电连接的母线，
所述母线与连接的所述单体电池各自的所述第二构件的表面面接触而焊接，
在与所述电池壳体的底面的面方向正交的方向上，所述母线和所述第二构件在所述第一构件与所述第二构件的焊接部的大致垂直线上焊接。
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