JP2002203537A

JP2002203537A - 蓄電池用端子

Info

Publication number: JP2002203537A
Application number: JP2000399118A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Kodama; 智児玉
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2000-12-27
Filing date: 2000-12-27
Publication date: 2002-07-19
Anticipated expiration: 2020-12-27
Also published as: JP3659490B2

Abstract

(57)【要約】【課題】アルミニウム合金製の端子体をセラミック基
体にロウ付けした蓄電池用端子において、外部の導線と
の電気的接続は機械的接続で行っていたが、外部の導線
を締め付けやかしめ等の機械的外力を利用した方法で接
続する際に、セラミック基体およびロウ材にクラックが
生じることがあった。【解決手段】軸方向に貫通孔１ａを有する筒状のセラ
ミック基体１と、セラミック基体１の貫通孔１ａに挿入
接合された、一端が閉じられているとともにその一端に
鍔部２ａが形成され他端が開いたアルミニウム合金から
なる筒状の端子体２とを具備し、セラミック基体１は一
端面が鍔部２ａに係止され他端面がその他端面より突出
した端子体２の他端部の外側面にロウ付けされており、
かつ端子体２の他端に導線７を半田付けするためのニッ
ケルまたは銅からなる環状の接続部材６が嵌入されロウ
付けされている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はリチウムイオン電池
等の蓄電池に用いられる蓄電池用端子に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、蓄電池用端子は、図２の断面図に
示すように、蓄電池の容器の容器蓋Ｌの略円形の開口に
側部がロウ付け等で接合され、容器の内外を貫通する貫
通孔１１ａを略中央部に有し、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）セ
ラミックス等からなる筒状のセラミック基体１１を具備
する。このセラミック基体１１の貫通孔１１ａの容器外
部側の端部には、セラミック基体１１の容器外部側の端
面から貫通孔１１ａの内面にかけて面取り部Ｃが形成さ
れており、セラミック基体１１の容器外部側の端面から
面取り部Ｃにかけて、モリブデン（Ｍｏ）−マンガン
（Ｍｎ）等からなるメタライズ層１４ａが被着されてい
る。

【０００３】そして、貫通孔１１ａに、一端が閉じられ
ているとともにその一端に鍔部１２ａが形成され他端が
開いたアルミニウム（Ａｌ）合金からなる略円筒状等の
筒状の端子体１２を、その両端がセラミック基体１１か
ら突出するようにかつ一端面が鍔部１２ａに係止するよ
うに挿入し、メタライズ層１４ａと端子体１２とがアル
ミニウムを主成分とするロウ材１５ａを介して接合され
る。また、メタライズ層１４ｂとアルミニウム合金や鉄
（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）−コバルト（Ｃｏ）合金等
の金属からなる円環状のフランジ１３とが、アルミニウ
ムを主成分としたロウ材や金（約３７．５重量％）−銅
（約６２．５重量％）ロウ材等からなるロウ材１５ｂを
介して接合されることにより、蓄電池内部が気密に封止
される。

【０００４】また、蓄電池の内部では、端子体１２の一
端面が蓄電池の一方の電極板Ｅに接続されるとともに、
フランジ１３が蓄電池の容器蓋Ｌに溶接によって接合さ
れることにより、蓄電池の一方の端子として機能してい
る。一方、端子体１２の他端部には、その外側面から内
側面にかけて貫通孔１２ｂが形成され、貫通孔１７ａが
形成された銅等からなる導線１７を上方より端子体１２
の内部に嵌入し、貫通孔１２ｂと貫通孔１７ａが重なる
ようにしてそれぞれにボルトを挿入して、一方をナット
にて締め付ける方法や、導線１７を上方より端子体１２
の内部に嵌入した後端子体１２の上部全体を側方からか
しめる方法にて、端子体１２と導線１７を接続すること
により、外部との導通をとるようにしていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の蓄電池用端子においては、ロウ付け時の端子体１２
の変形により端子体１２と導線１７との間に隙間が生じ
たり、端子体１２と導線１７の表面の凹凸により細かな
隙間が多数生じるため、端子体１２と導線１７の接触が
不十分となり電気抵抗が増大する場合があった。そこ
で、端子体１２に導線１７を強固に接続させると、端子
体１２が接合されているセラミック基体１１やロウ材１
５ａにストレスが加わってクラックが生じやすいという
問題点があった。

【０００６】また、端子体１２へのストレスを回避して
導線１７を接合する方法としては、低温接合としてのＳ
ｎ−Ｐｂ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系等の半田付けがある
が、アルミニウム合金への半田付けはその表面の強固な
酸化皮膜により非常に困難であるため、半田付けを容易
とするニッケルメッキ膜等をアルミニウム合金の表面に
施す必要がある。しかしながら、表面に強固な酸化皮膜
が形成され易いなどの特性により、アルミニウム合金へ
のニッケルメッキ膜等の形成は極めて困難である。

【０００７】また、アルミニウム合金の熱膨張係数がセ
ラミックスの熱膨張係数の約４倍程度と両者の熱膨張係
数差が大きく、貫通孔１１ａ内面全面にメタライズ層を
形成して端子体１２をロウ付けした場合は、ロウ付け後
の端子体１２の熱収縮によりセラミック基体１１の貫通
孔１１ａ付近にクラックが発生し易い。さらに、セラミ
ック基体１１の両端面にメタライズ層を形成して端子体
１２をロウ付けした場合、セラミック基体１１の両端面
からクラックが発生する。

【０００８】これらのことから、セラミック基体１１と
端子体１２はセラミック基体１１の一方の端面でしかロ
ウ付けすることができず、その結果セラミック基体１１
と端子体１２の間に袋小路状の隙間が生じ、ニッケルメ
ッキ膜等を施した場合その隙間にニッケルメッキ膜形成
用のメッキ液の残存が生じてしまう。このようなメッキ
液の残存成分が蓄電池用端子の使用時に電解液中等に流
出し、蓄電池としての機能に支障をきたすため、ニッケ
ルメッキ膜等を施すことは困難であった。

【０００９】本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みて
完成されたものであり、その目的は、端子体に機械的外
力やストレスを加えることなく外部との導通を低抵抗で
確保することができ、セラミック基体やロウ材に過大な
ストレスをかけることなく、セラミック基体やロウ材の
クラックを有効に防止することにより、蓄電池内部の気
密性を良好なものとすることができる蓄電池用端子を提
供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の蓄電池用端子
は、軸方向に貫通孔を有する筒状のセラミック基体と、
該セラミック基体の貫通孔に挿入接合された、一端が閉
じられているとともに該一端に鍔部が形成され他端が開
いたアルミニウム合金からなる筒状の端子体とを具備し
た蓄電池用端子において、前記セラミック基体は一端面
が前記鍔部に係止され他端面が該他端面より突出した前
記端子体の他端部の外側面にロウ付けされており、かつ
前記端子体の他端に導線を半田付けするためのニッケル
または銅からなる環状の接続部材が嵌入されロウ付けさ
れていることを特徴とする。

【００１１】本発明は、上記の構成により、端子体に機
械的外力を加えることなく外部との導通を低抵抗で確保
することができ、セラミック基体やロウ材に過大なスト
レスをかけることなくクラックを有効に防止することに
より、蓄電池で得られる電流を有効に外部に取り出すこ
とができる。また蓄電池内部の気密性を良好なものとす
ることができる。その結果、蓄電池の性能は長期にわた
って安定し、長寿命化と高い信頼性が得られる。

【００１２】

【発明の実施の形態】次に、本発明の蓄電池用端子を添
付の図面を基に詳細に説明する。図１は本発明の蓄電池
用端子について実施の形態の一例を示す断面図である。
図１において、１は軸方向に貫通孔１ａを有する筒状の
セラミック基体、２はアルミニウム合金からなる端子
体、３は金属製のフランジであり、これらとメタライズ
層４ａ、４ｂとが、それぞれロウ材５ａ、５ｂを介して
接合されることによって、蓄電池内部を気密に封止する
蓄電池用端子が構成される。さらに、端子体２の他端部
に、ニッケルまたは銅からなる接続部材６を端子体２と
メタライズ層４ａを接合するのと同時にロウ材５ｃでロ
ウ付け接合する。

【００１３】セラミック基体１は、例えばアルミナセラ
ミックス等の電気絶縁性に優れるセラミックスからなる
円筒状、断面が多角形の筒状のものであり、端子体２と
フランジ３とを電気的絶縁性をもって保持している。そ
して、図１に示すように、セラミック基体１は容器の容
器蓋Ｌの略円形の開口にその側部が接合され、かつその
略中央部に内外を貫通する貫通孔１ａが形成される。そ
の貫通孔１ａには、端子体２の容器外部側の他端部（図
１では上端部）が突出するように端子体２を挿通し接合
するとともに、端子体２の容器内部側の一端部（図１で
は下端部）に形成された係止用の鍔部２ａをセラミック
基体１の一端面（図１では下面）に接触させている。ま
た、セラミック基体１の外側面にはフランジ３が接合さ
れ、フランジ３を介して容器蓋Ｌに接合固定されてい
る。上記鍔部２ａは、端子体２の一端面に面一となるよ
うに設けられているが、端子体２の一端部の側面から突
出していれば良く、必ずしも端子体２の一端面と面一に
なっていなくても良い。

【００１４】このようなセラミック基体１は、例えばア
ルミナセラミックスから成る場合、酸化アルミニウム
（アルミナ：Ａｌ₂Ｏ₃）、酸化珪素（ＳｉＯ₂）、酸化
カルシウム（ＣａO）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）等
の原料粉末に適当な有機バインダを添加して調製した原
料粉末を、所定形状のプレス型内に充填するとともに、
これを所定圧力でプレスして成形し、しかる後得られた
成形体を大気中にて約１６００℃の温度で焼成すること
により製作される。

【００１５】また、セラミック基体１は、一端面が鍔部
２ａに係止され他端面がその他端面より突出した端子体
２の他端部の外側面にロウ付けされる。そして、セラミ
ック基体１の両端面と貫通孔１ａの内周面との間に面取
り部Ｃが形成され、セラミック基体１の他端面（図１で
は上面）からこれに連なる面取り部Ｃにかけて延出（進
出）するように、環状のメタライズ層４ａが被着されて
いる。このメタライズ層４ａは、Ｍｏ−Ｍｎ等のメタラ
イズ層からなり、セラミック基体１の貫通孔１ａに挿入
された端子体２をセラミック基体１に接合するための下
地金属であって、このメタライズ層４ａに端子体２がア
ルミニウムを主成分としたロウ材５ａを介して接合され
る。

【００１６】メタライズ層４ａは、例えばモリブデン粉
末およびマンガン粉末ならびに金属の酸化物粉末に適当
な有機バインダおよび溶剤を添加混合して得た金属ペー
ストを、セラミック基体１の他端面にスクリーン印刷法
や筆塗り法によって印刷塗布するとともにその一部を面
取り部Ｃに垂れ込ませ、これを還元雰囲気中において約
１４００℃の温度で焼き付けることによって、セラミッ
ク基体１の他端面からこれに連なる面取り部Ｃにかけて
被着される。

【００１７】このとき、面取り部Ｃに垂れ込んだ金属ペ
ーストは、面取り部Ｃと貫通孔１ａの内周面との間の角
部において表面張力によってその垂れ込みが止まるた
め、その厚みおよび奥行きが一定のものとなる。よっ
て、メタライズ層４ａと端子体２との接合において、ロ
ウ材５ａが面取り部Ｃとその周囲に均一に行きわたり、
その結果セラミック基体１の接合部に応力の偏りを発生
させることがなくなる。故に、上記のような面取り部Ｃ
を設けることが好ましいものとなる。

【００１８】また、セラミック基体１の外側面の一部
（図１では下部）には、メタライズ層４ｂが被着されて
おり、このメタライズ層４ｂはメタライズ層４ａと同様
にＭｏ−Ｍｎ等のメタライズ層からなり、セラミック基
体１にフランジ３を接合するための下地金属であって、
このメタライズ層４ｂにはアルミニウムを主成分とした
ロウ材や金（約３７．５重量％）−銅（約６２．５重量
％）ロウ材等のロウ材５ｂを介して接合される。

【００１９】メタライズ層４ｂは、メタライズ層４ａと
同様に例えばモリブデン粉末、マンガン粉末および金属
酸化物粉末に適当な有機バインダおよび溶剤を添加混合
して得た金属ペーストを、セラミック基体１の外側面の
一部に筆塗り法等によって塗布し、これを還元雰囲気中
において約１４００℃の温度で焼き付けることによっ
て、セラミック基体１の外側面に被着される。

【００２０】なお、メタライズ層４ａ，４ｂの表面に
は、メタライズ層４ａ，４ｂの酸化腐蝕を防止するとと
もに、ロウ材５ａ、５ｂとの濡れ性を向上させ、更には
端子体２やフランジ３との接合後に発生する応力による
剥がれやクラック等によって接合性を劣化させないよう
にするため、ニッケル等の耐食性に優れかつロウ材５
ａ、５ｂとの濡れ性に優れる金属を１〜１０μｍ程度の
厚みに被着させることが好ましい。

【００２１】セラミック基体１の貫通孔１ａ内に挿入さ
れ接合される端子体２は、導電路でありかつ蓄電池の容
器内に納められた電解液に浸漬されるため、高起電力状
態において電気化学的に安定である必要があることか
ら、耐食性に優れるアルミニウム合金からなり、好まし
くは耐食性が優れロウ付けしやすいアルミニウム合金
（ＪＩＳＨ４０４０合金番号３００３等）からな
る。

【００２２】端子体２は、一端が閉じられているととも
にその一端に鍔部２ａが形成され他端が開いた略円筒状
等の筒状のものであり、他端面の略中央部分から内部下
方に向けて形成された中空部を有することにより、ロウ
付け時におけるセラミック基体１との熱膨張差により発
生する残留応力を緩和する。その結果、セラミック基体
１へのストレスを軽減することによって、セラミック基
体１にクラックが生じることを抑制している。端子体２
の中空部の底部は、ロウ付け接合部に最も大きな残留応
力が発生することから、ロウ付け接合を行うセラミック
基体１のメタライズ層４ａよりも下方に位置するのがよ
く、より好ましくはセラミック基体１の一端面よりも下
方に位置するのがよい。

【００２３】また、端子体２の他端部には、接続部材６
が落下しないように、他端面の外周部を切り欠いた段差
部を有する。端子体２の段差部が形成された部位の厚み
が０．３ｍｍ以下になると、ロウ付け時のロウ材拡散に
より端子体２の段差部の薄肉部が低融点化して溶解する
ため、その薄肉部から接続部材６の段差部にかけてロウ
材５ｃのフィレットを形成することができず接合強度が
劣化する。そのため、端子体２の段差部は、その段差部
の薄肉部の厚さが０．３ｍｍ以上となるように形成され
ることが好ましい。

【００２４】接続部材６は、環状のニッケルまたは銅か
らなる。銅の場合、アルミニウムロウ材による接合が困
難であるため、厚み１〜１０μｍのニッケルメッキ膜を
施してロウ付け接合を行う。

【００２５】また、接続部材６は端子体２の他端の段差
部にロウ材５ｃを介してロウ付け接合されるが、接続部
材６の上面、すなわち導線７と半田接合を行う面にはロ
ウ材５ｃの流出を抑制するために、端子体２の他端の段
差部に対応する接続部材６の上面の内周部に、ロウ材５
ｃの配置およびフィレット形成のために段差部が形成さ
れている。接続部材６の段差部の寸法は、ロウ材５ｃの
ワイヤ状のプリフォームが配置できる空間を必要とする
ため、その段差部の深さおよび幅はロウ材５ｃの線径以
上となる。

【００２６】接続部材６の外径寸法は、接続部材６の半
田接合面である上面にロウ材５ｃの這い上がりがあると
半田付け性が劣化することと、這い上がりが最大で０．
５ｍｍ程度発生することから、半田接合部を確保するた
めに、接続部材６の段差部内の外周側端からの距離が１
ｍｍ以上となる外形寸法であることが好ましい。また、
フランジ３の外径寸法よりも大きくなると容器蓋Ｌの略
円形の開口への挿入およびフランジ３と容器蓋Ｌの開口
との溶接接合作業に支障が生じるため、フランジ３の外
径寸法以下であることが好ましい。

【００２７】ロウ材５ａ，５ｃは、アルミニウムを主成
分としたものからなり、Ａｌ−Ｓｉ系組成のものを使用
する。アルミニウム合金はその表面の強固な酸化皮膜の
ためロウ付け性が悪く、アルミニウム合金表面の酸化皮
膜を除去してロウ付け性を向上させるゲッター作用を有
するマグネシウム（Ｍｇ）を少量含有したロウ材からな
る。ロウ付け時のロウ材流れ性をよくするためには、端
子体２とセラミック基体１、端子体２と接続部材６にお
いて、それぞれ両者にロウ材がほぼ全周にわたって接触
する必要があるため、プレスなどで形成した板状のプリ
フォームを使用するよりも曲面へ接触させやすいワイヤ
状のロウ材を予め巻回しておきロウ付けを行うことが好
ましい。

【００２８】ロウ材５ｂは、アルミニウムを主成分とし
たものや金（約３７．５重量％）−銅（約６２．５重量
％）合金から成るロウ材等からなり、フランジ３とセラ
ミック基体１において両者にロウ材がほぼ全周にわたっ
て接触する必要があるため、プレスなどで形成した板状
のプリフォームを使用するよりも曲面へ接触させやすい
ワイヤ状のロウ材を予め巻回しておきロウ付けを行うこ
とが好ましい。

【００２９】次に、本発明の蓄電池用端子の製造方法に
ついて以下に説明する。

【００３０】アルミニウム合金からなる端子体２をロウ
材５ａを介してメタライズ層４ａに接合する際に、端子
体２をその他端部が突出するようにしてセラミック基体
１の貫通孔１ａに挿入するとともに、メタライズ層４ａ
と端子体２に接触するように、ワイヤ状のアルミニウム
ロウ材を端子体２の外側面に巻きつけるように配置す
る。接続部材６をロウ材５ｃを介して端子体２に接合す
るために、端子体２の他端の段差部に接続部材６を嵌入
した後、接続部材６の段差部と端子体２他端の薄肉部に
接触するように、ワイヤ状のアルミニウムロウ材を端子
体２他端の薄肉部に巻きつけるように配置する。そし
て、これらのアルミニウムロウ材を真空雰囲気中で約６
００℃の温度で加熱させて溶融させることにより、端子
体２とメタライズ層４ａおよび接続部材６と端子体２と
をロウ付けすることによって接合する。そして、端子体
２の一端面に蓄電池の電極板Ｅを接続することにより、
電極板Ｅを外部に電気的に接続する蓄電池用端子として
機能する。

【００３１】なお、上記のように接合された接続部材６
の半田接合面は、アルミニウムロウ材に含まれるマグネ
シウムの付着により半田付け性は劣化するが、半田接合
面をサンドブラストやワイヤーブラシ等で磨くことによ
り清浄な接続部材６の表面が露出し半田付け性が良好と
なり、半田接合による接続部材６として機能する。

【００３２】セラミック基体１の外側面に接合されるフ
ランジ３は、アルミニウム合金や鉄（Ｆｅ）−ニッケル
（Ｎｉ）−コバルト（Ｃｏ）合金等からなる金属製の円
環体であり、例えばアルミニウム合金から成る場合、メ
タライズ層４ｂにアルミニウムを主成分とするロウ材５
ｂを介して接合される。そして、このフランジ３を蓄電
池の容器蓋Ｌに溶接することによって、本発明の蓄電池
用端子が蓄電池の容器に固定される。

【００３３】フランジ３をロウ材５ｂを介してメタライ
ズ層４ｂに接合するには、セラミック基体１をフランジ
３の内側に挿入するとともに、メタライズ層４ｂとフラ
ンジ３に接触するようにワイヤ状のロウ材５ｂをメタラ
イズ層４ｂに巻きつけるように配置し、このアルミニウ
ムロウ材を真空雰囲気中で約６００℃の温度で加熱させ
て溶融させることにより、フランジ３とメタライズ層４
ｂとをロウ付けすることによって接合する。

【００３４】そして、このような蓄電池用端子の端子体
２にロウ付け接合された接続部材６の上面に、銅等から
なる導線７を半田にて接合することによって、外部と電
極板Ｅとの電気的接続がなされ蓄電池として機能する。

【００３５】上記の如く、本発明の蓄電池用端子は、セ
ラミック基体１の両端面から突出するようにセラミック
基体１の貫通孔１ａに端子体２を挿通し、端子体２の他
端には環状の接続部材６を嵌入し、セラミック基体１の
他端面と端子体２の上部外側面、および端子体２の他端
の段差部と接続部材６とをロウ付け接合し、フランジ３
をセラミック基体１の外側面にロウ付けすることによっ
て製作される。

【００３６】また、この蓄電池用端子の端子体２の一端
面を電極板Ｅに接続するとともにフランジ３を容器蓋Ｌ
に溶接し、更に端子体２の他端に接合された接続部材６
に導線７を半田接合することによって、蓄電池内部が気
密に保持されるとともに蓄電池内部と外部とが電気的に
接続された蓄電池として機能する。

【００３７】かくして、本発明は、端子体と外部の導線
との接続を、機械的外力が加わるような方法で行う必要
はなく、従ってその機械的外力によりセラミック基体や
ロウ材にクラックが発生するのを有効に防止できる。

【００３８】また半田接合は、締め付けやかしめのよう
な機械的接続法のように接続部の表面状態に左右される
ことがなく、従って安定した低抵抗での電気的接続が可
能となる。

【００３９】なお、本発明は上記実施の形態に限定され
るものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種
々の変更を行なうことは何等差し支えない。

【００４０】

【発明の効果】本発明は、端子体の他端に導線を半田付
けするためのニッケルまたは銅からなる環状の接続部材
を嵌入しロウ付けしたことにより、外部の導線との接続
が半田接合にて行えるようになり、従来の機械的接続法
で発生していたセラミック基体やロウ材のクラックを有
効に防止できるとともに、外部との電気的導通を良好な
ものとできる。その結果、蓄電池の性能が長期にわたっ
て安定化して長寿命化され、高い信頼性を有する蓄電池
となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の蓄電池用端子について実施の形態の一
例を示す断面図である。

【図２】従来の蓄電池用端子の一例を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

１：セラミック基体１ａ：貫通孔２：端子体２ａ：鍔部３：フランジ４ａ、４ｂ：メタライズ層５ａ〜５ｃ：ロウ材６：接続部材７：導線Ｌ：容器蓋Ｃ：面取り部Ｅ：電極板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】軸方向に貫通孔を有する筒状のセラミッ
ク基体と、該セラミック基体の貫通孔に挿入接合され
た、一端が閉じられているとともに該一端に鍔部が形成
され他端が開いたアルミニウム合金からなる筒状の端子
体とを具備した蓄電池用端子において、前記セラミック
基体は一端面が前記鍔部に係止され他端面が該他端面よ
り突出した前記端子体の他端部の外側面にロウ付けされ
ており、かつ前記端子体の他端に導線を半田付けするた
めのニッケルまたは銅からなる環状の接続部材が嵌入さ
れロウ付けされていることを特徴とする蓄電池用端子。