JP2005339931A - Battery, battery pack, and connection joint between different kind metals - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は,例えば二次電池等の電池と,複数個の電池を接続した組電池,および例えば電池の端子間の接合部分等の異種金属間接続継ぎ手に関する。さらに詳細には,異種金属製の両端子を有する電池と,その電池の異種金属製の端子同士を接合した組電池,および異種金属間接続継ぎ手に関するものである。 The present invention relates to a battery such as a secondary battery, a battery pack in which a plurality of batteries are connected, and a joint between different metals such as a joint portion between terminals of the battery. More specifically, the present invention relates to a battery having both terminals made of dissimilar metals, an assembled battery in which the dissimilar metal terminals of the battery are joined together, and a connection joint between dissimilar metals.
従来より,小型軽量な二次電池としてラミネート型リチウムイオン電池が普及している。このラミネート型リチウムイオン電池では,両極端子として銅製端子とアルミ製端子を有することが一般的である。ここで,このラミネート型リチウムイオン電池を自動車等の大電力を要する機器に利用する場合には,電池単体で得られる電圧が低いことから,複数の電池を直列に接続して使用することが多い。この場合,両極端子である異種金属製の端子を互いに接合することが必要となる。 Conventionally, a laminated lithium ion battery has been widely used as a small and light secondary battery. This laminated lithium ion battery generally has a copper terminal and an aluminum terminal as bipolar terminals. Here, when this laminated lithium-ion battery is used in a device that requires a large amount of power, such as an automobile, since the voltage obtained by the battery alone is low, a plurality of batteries are often connected in series. . In this case, it is necessary to join terminals made of dissimilar metals that are bipolar terminals.
しかしながら,異種金属同士をそのまま接合した場合,局部電池現象のため空気中の僅かな水分によっても腐食が進行することが分かっている。例えば,銅とアルミとの接合部の場合では,アルミが腐食されてしまい,次第に通電性が悪化する。この問題に対処するために,従来より様々な方法が試みられている。例えば,銅端子とアルミ端子とが直接接触しないように,間にSUS材等の部材を挟み,ボルト締結によって接続したものがある。この方法では,部品点数が多く,また接続抵抗が増加するという問題点があった。 However, it is known that when dissimilar metals are joined as they are, corrosion proceeds even with a slight amount of moisture in the air due to the local battery phenomenon. For example, in the case of a joint between copper and aluminum, the aluminum is corroded and the conductivity is gradually deteriorated. Various methods have been tried to cope with this problem. For example, there is one in which a member such as a SUS material is sandwiched therebetween and connected by bolt fastening so that a copper terminal and an aluminum terminal are not in direct contact. This method has a problem that the number of parts is large and the connection resistance increases.
これに対し,銅端子とアルミ端子との接合部分に,アルミの自然電位と銅の自然電位との間の自然電位を有する金属によるコーティングを施した接合方法が提案されている(例えば,特許文献1参照。)。あるいは,アルミニウム製の集電体や銅製の集電体の外部に露出している部分を,ニッケルまたはニッケルメッキした銅,鉄もしくはステンレス鋼などの金属製の被覆材で被覆した電池が提案されている(例えば,特許文献2参照。)。またあるいは,銅と接続するアルミの露出面をアルミニウムより自然電位が低い金属よりなる犠牲陽極で覆った接続部の構造も提案されている(例えば,特許文献3参照。)。
しかしながら,前記した従来の各接続構造では,次のような問題点があった。例えば,特許文献1の方法は,隣接する金属間での自然電位の差を小さくすることで,腐食の進行速度を小さくできるが,腐食を防止するものではない。また,特許文献2の方法は,両端子を被覆しなくてはならず,工程が煩雑でコスト高となる。また,特許文献3の方法は,アルミニウムより自然電位の低い金属の種類は多くないためコスト高となる上,犠牲陽極が激しく腐食されるため,長寿命の端子構造とすることが難しい。
However, the conventional connection structures described above have the following problems. For example, the method of
本発明は,前記した従来の各技術が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは,異種金属製の両端子を接合した場合においても,端子の腐食を防止することができる電池,組電池および異種金属間接続継ぎ手を提供することにある。 The present invention has been made to solve the problems of the conventional techniques described above. That is, an object of the present invention is to provide a battery, an assembled battery and a joint between different metals that can prevent corrosion of the terminals even when both terminals made of different metals are joined.
この課題の解決を目的としてなされた本発明の電池は,発電要素と,発電要素に内端が接続された第1端子と,発電要素に内端が接続されるとともに第1端子を構成する金属の自然電位より低い自然電位を有する金属で構成された第2端子と,発電要素の全部および第1端子の一部および第2端子の一部を覆って密閉する包装材とを有する電池であって,第1端子のうち包装材より外に露出している部分の表面全体に,第2端子を構成する金属で形成された皮膜が設けられており,皮膜の縁辺が,第1端子と包装材とが接触する範囲の最も内側より外側に位置するものである。 The battery of the present invention made for the purpose of solving this problem includes a power generation element, a first terminal having an inner end connected to the power generation element, and a metal constituting the first terminal while having an inner end connected to the power generation element. A battery having a second terminal made of a metal having a natural potential lower than that of the natural potential, and a packaging material covering and sealing all of the power generating element, a part of the first terminal, and a part of the second terminal. In addition, a coating formed of a metal constituting the second terminal is provided on the entire surface of the portion of the first terminal that is exposed outside the packaging material, and the edge of the coating is formed between the first terminal and the packaging. It is located outside the innermost part of the range where the material contacts.
あるいは,本発明の電池は,発電要素と,発電要素に内端が接続された第1端子と,発電要素に内端が接続されるとともに第1端子を構成する金属の自然電位より低い自然電位を有する金属で構成された第2端子と,第1および第2端子の,内端と外端との間の位置を部分的に覆う第1および第2絶縁部材と,発電要素の全部および第1絶縁部材の一部および第2絶縁部材の一部を覆って密閉する包装材とを有する電池であって,第1端子のうち第1絶縁部材より外に露出している部分の表面全体に,第2端子を構成する金属で形成された皮膜が設けられており,皮膜の縁辺が,第1端子と包装材または第1絶縁部材とが接触する範囲の最も内側より外側に位置するものであってもよい。 Alternatively, the battery of the present invention includes a power generation element, a first terminal having an inner end connected to the power generation element, and a natural potential lower than a natural potential of a metal having an inner end connected to the power generation element and constituting the first terminal. A second terminal made of metal having first and second terminals, first and second insulating members partially covering a position between the inner end and the outer end of the first and second terminals, all of the power generation elements and the first A battery having a packaging material that covers and seals a part of one insulating member and a part of a second insulating member, wherein the entire surface of a portion of the first terminal exposed outside the first insulating member , A coating formed of a metal constituting the second terminal is provided, and the edge of the coating is positioned outside the innermost side of the range where the first terminal and the packaging material or the first insulating member are in contact with each other. There may be.
このような本発明の電池によれば,異種金属製の第1および第2端子のうち,自然電位の高い金属で構成される第1端子の表面に,第2端子を構成する自然電位の低い金属で形成された皮膜が設けられる。すなわち,包装材より外に露出している部分では,両端子の表面は同一の金属で形成されている。従って,それらの間に自然電位の差は無いので,包装材の外部で異種金属腐食は発生しない。さらに,その皮膜の縁辺は,第1端子と包装材または第1絶縁部材とが接触する範囲の最も内側より外側に位置するので,発電要素と接触する部分には皮膜は存在しない。従って,包装材の内部で異種金属腐食は発生しない。これらのことから,異種金属製の両端子を接合した場合においても,端子の腐食を防止することができる電池となっている。 According to such a battery of the present invention, of the first and second terminals made of dissimilar metals, the surface of the first terminal composed of a metal having a high natural potential has a low natural potential constituting the second terminal. A film made of metal is provided. That is, in the portion exposed outside the packaging material, the surfaces of both terminals are formed of the same metal. Therefore, there is no difference in natural potential between them, and no foreign metal corrosion occurs outside the packaging material. Furthermore, since the edge of the film is located outside the innermost area in the range where the first terminal and the packaging material or the first insulating member are in contact with each other, no film is present in the portion in contact with the power generation element. Therefore, no foreign metal corrosion occurs inside the packaging material. From these facts, even when both terminals made of different metals are joined, the battery can prevent the corrosion of the terminals.
さらに本発明は,上記の特徴を有する本発明の電池を複数個直列に接続してなる組電池にも及ぶ。 Furthermore, the present invention extends to an assembled battery formed by connecting a plurality of the batteries of the present invention having the above characteristics in series.
また,本発明の異種金属間接続継ぎ手は,一端が包装材で覆われた第1端子と,一端が包装材で覆われるとともに第1端子を構成する金属の自然電位より低い自然電位を有する金属で構成された第2端子とを有し,第1および第2端子の他端同士が接続されている異種金属間接続継ぎ手であって,第1端子のうち包装材より外に出ている部分の表面全体に,第2端子を構成する金属で形成された皮膜が設けられているものである。
この異種金属間接続継ぎ手によれば,包装材より外に出ている部分は,第1および第2端子の両方の表面全体において第2端子を構成する金属で形成されている。従って,この異種金属間接続継ぎ手の表面に自然電位の差は生じないため,端子が腐食されることはない。
The dissimilar metal connecting joint of the present invention includes a first terminal having one end covered with a packaging material, a metal having one end covered with the packaging material and a natural potential lower than the natural potential of the metal constituting the first terminal. A dissimilar metal connecting joint in which the other ends of the first and second terminals are connected to each other, and a portion of the first terminal that protrudes from the packaging material A film made of a metal constituting the second terminal is provided on the entire surface of the substrate.
According to this dissimilar metal-to-metal connection joint, the portion protruding from the packaging material is formed of the metal constituting the second terminal on the entire surface of both the first and second terminals. Therefore, there is no difference in natural potential on the surface of this dissimilar metal joint, so that the terminal is not corroded.
本発明の電池,組電池および異種金属間接続継ぎ手によれば,異種金属製の両端子を接合した場合においても,端子の腐食を防止することができる。 According to the battery, the assembled battery, and the dissimilar metal connection joint of the present invention, even when both dissimilar metal terminals are joined, the corrosion of the terminals can be prevented.
以下,本発明を具体化した最良の形態について,添付図面を参照しつつ詳細に説明する。本形態は,ラミネート型の二次電池およびその二次電池を複数個直列に接続して構成される組電池に,本発明を適用したものである。 DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the best mode for embodying the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the present embodiment, the present invention is applied to a laminated secondary battery and a battery pack formed by connecting a plurality of the secondary batteries in series.
本形態の二次電池1は,ラミネート型のリチウムイオン電池である。この二次電池1は,図1に示すように,略長方形で扁平型の電極体11と,その電極体11にそれぞれ接続された平板状の正極端子12および負極端子13とを有している。電極体11は,正極板と負極板とがセパレータシートを挟んで捲回されたものであり,その正極板に正極端子12が,負極板に負極端子13がそれぞれ接続されている。さらに,電極体11はその全体がラミネートフィルム14で覆われ,そのラミネートフィルム14の図中上下方向の同位置から左右へそれぞれ,正極端子12および負極端子13の先端部が突出されている。
The
正極端子12および負極端子13にはそれぞれ,ラミネートフィルム14との接触箇所に絶縁フィルム15が貼り付けられ,先端部には接続用の貫通孔16が設けられている。正極端子12は,その全体がアルミ製の平板端子である。一方,負極端子13は,銅製で平板状の端子部材17の一部にアルミ被覆18を施したものである。なお,図ではアルミ被膜18の厚さを大げさに描いているが,実際には非常に薄いものである。
Each of the
絶縁フィルム15は,ラミネートフィルム14と両端子12,13との絶縁機能および,ラミネートフィルム14の外表面に結露した場合でも,両端子12,13に水滴がつきにくくする機能を有している。また,貫通孔16は,両端子12,13において,同径に形成されている。
The
次に,負極端子13の製造方法を説明する。負極端子13は,図2(a)に示すように,まず銅板によって端子部材17を形成する。この端子部材17の大きさや形状は正極端子12と同じであり,このとき貫通孔16も形成しておく。次に,図2(b)に示すように,端子部材17の先端部から所定の位置までアルミ被覆18を形成する。このアルミ被覆18は,アルミ溶射またはアルミメッキによって形成すればよい。さらに,図2(c)に示すように,アルミ被覆18の基端側の端部を覆うように絶縁フィルム15を両面に貼付する。または,帯状のものを巻き付けてもよい。これで,負極端子13が完成する。
Next, a method for manufacturing the
従って,このように形成した負極端子13では,絶縁フィルム15より基端部側(図2(c)中右側)に露出しているのは,銅製の端子部材17のみである。また,絶縁フィルム15より先端部側(図2(c)中左側)に露出しているのは,端子部材17にアルミ被覆18の施されている部分のみである。
Therefore, in the
次に,この負極端子13が接続された電極体11をラミネートフィルム14で覆う時には,図1に示すように,ラミネートフィルム14の端部が絶縁フィルム15の上に来るように配置される。さらに,ラミネートフィルム14を密封するための溶着範囲全体が,絶縁フィルム15の幅以内となるようにするとよい。このようにすれば,負極端子13のうち,ラミネートフィルム14の溶着範囲より二次電池1の内部側に露出される部分は,アルミ被覆18の無い部分のみとなる。従って,ラミネートフィルム14の内部で異種金属腐食が起きることはない。一方,ラミネートフィルム14の外部に露出している部分には,その全体にアルミ被覆16が施されている。
Next, when the
次に,この二次電池1が複数個直列に接続された組電池2は,図3に示すように,複数個の二次電池1が横並べにされ,隣り合う二次電池1の正極端子12と負極端子13とが互いに接合部10によって接合されたものである。正極端子12と負極端子13とは,それらの貫通孔16を重ねて配置され,ボルト19によって締結されている。アルミ被覆18自体が導電性を有するので,貫通孔16も他の部分と同様に被覆してあってかまわない。なお,この両端子12,13の固定方法は,ボルト19に代えて超音波溶接等によっても良い。その場合は,貫通孔16は不要である。
Next, in the assembled
この組電池2では,図3に示すように,両端子12,13の露出されている部分は全てアルミで覆われている。従って,電位の差が無いため,表面に多少の水分が付着しても異種金属腐食は発生しない。自動車等の結露しやすい環境で使用された場合においても,端子の腐食は防止されている。また,たとえアルミ被覆18に多少の傷や穴ができた場合でも,その結果露出される銅の表面積は,露出されているアルミの表面積に比較して圧倒的に小さい。そのため,その僅かに露出した銅による腐食電流は,アルミの広大な表面に分散されるため,アルミが腐食される速度は非常に小さいものとなる。
In this assembled
本発明者は,本形態の正極端子12と負極端子13との接合部10と同様の実施例を形成し,比較例と比較して加速試験を行った。いずれも,厚さ300μmのアルミ板に同厚の銅板を重ねて固定し,一般的な塩水噴霧試験を行った。具体的には,温度35℃・湿度98%の環境で,5%塩水を連続噴霧した。そして,所定時間経過後にアルミ板のうち腐食されていない部分の平均板厚を測定した。その結果を,図4のグラフに示す。
This inventor formed the Example similar to the
図4で,○で示したグラフL1が本実施例であり,接合部10の構造と同様に銅板の表面をアルミ被覆した。△で示したグラフL2は,比較例1であり,アルミ板と銅板との間にSUS材を挟んだ。また,□で示したグラフL3は,比較例2であり,被覆もSUS材も用いていない。この図から分かるように,本実施例では,元の厚さ300μmのアルミ板は,200時間以上経過した後も厚さ260μm以上のアルミ板が残存していた。なお,ここで腐食が多少とも起きるのは,アルミの自己腐食があるためである。一方,比較例1では残り厚さ240μm,比較例2では残り厚さ50μmとなるまで腐食が進行した。
In FIG. 4, a graph L <b> 1 indicated by a circle is the present example, and the surface of the copper plate was covered with aluminum in the same manner as the structure of the
以上詳細に説明したように,本形態の二次電池1によれば,負極端子13は接続前の端子部材17にアルミ被覆18を施すだけで製造されるので,工程が少なく製造が容易である。さらに,ラミネートフィルム14より外部に露出されている部分の表面は,両端子12,13ともアルミなので,直接接合しても異種金属間腐食は発生しない。たとえアルミ被覆18に僅かな傷ができた場合でも,露出される銅は僅かであるため,アルミが腐食される速度はごく小さい。従って,この両端子12,13を接合した組電池2においても,端子12,13の腐食を防止することができ,長寿命が得られる組電池2となっている。
As described in detail above, according to the
なお,本形態は単なる例示にすぎず,本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に,その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良,変形が可能である。
例えば,上記の形態では,本発明を二次電池1の負極端子13に適用したが,異種金属間の接合であればこれに限らず適用可能である。
また例えば,正極端子12と負極端子13との材質もアルミと銅に限らない。自然電位の低い方の金属で,自然電位の高い方の金属を被覆すればよい。
また例えば,ラミネートフィルム14の内部に導電性を有する材質が使用されているものであっても,ラミネートフィルム14と両端子12,13とを適切に絶縁することができれば,絶縁フィルム15は無くても良い。
In addition, this form is only a mere illustration and does not limit this invention at all. Therefore, the present invention can naturally be improved and modified in various ways without departing from the gist thereof.
For example, in the above embodiment, the present invention is applied to the
For example, the material of the
Further, for example, even if a material having conductivity is used in the
1 二次電池(電池)
2 組電池
10 接合部(異種金属間接続継ぎ手)
12 正極端子(第2端子)
13 負極端子(第1端子)
14 ラミネートフィルム(包装材)
15 絶縁フィルム(第1絶縁部材,第2絶縁部材)
18 アルミ被覆(皮膜)
1 Secondary battery (battery)
2
12 Positive terminal (second terminal)
13 Negative terminal (first terminal)
14 Laminate film (packaging material)
15 Insulating film (first insulating member, second insulating member)
18 Aluminum coating (film)
Claims (4)
前記第1端子のうち前記包装材より外に露出している部分の表面全体に,前記第2端子を構成する金属で形成された皮膜が設けられており,
前記皮膜の縁辺が,前記第1端子と前記包装材とが接触する範囲の最も内側より外側に位置することを特徴とする電池。 A power generation element, a first terminal having an inner end connected to the power generation element, and a metal having an inner end connected to the power generation element and having a natural potential lower than a natural potential of a metal constituting the first terminal A battery having a second terminal formed and a packaging material covering and sealing all of the power generation element, a part of the first terminal, and a part of the second terminal;
A coating formed of a metal constituting the second terminal is provided on the entire surface of the portion exposed outside the packaging material of the first terminal,
The battery is characterized in that an edge of the film is located outside the innermost side of a range where the first terminal and the packaging material are in contact with each other.
前記第1端子のうち前記第1絶縁部材より外に露出している部分の表面全体に,前記第2端子を構成する金属で形成された皮膜が設けられており,
前記皮膜の縁辺が,前記第1端子と前記包装材または前記第1絶縁部材とが接触する範囲の最も内側より外側に位置することを特徴とする電池。 A power generation element, a first terminal having an inner end connected to the power generation element, and a metal having an inner end connected to the power generation element and having a natural potential lower than a natural potential of a metal constituting the first terminal A second terminal, a first and second insulating member partially covering a position between the inner end and the outer end of the first and second terminals, all of the power generation element and the first insulation In a battery having a packaging material that covers and seals a part of the member and a part of the second insulating member,
A coating formed of a metal constituting the second terminal is provided on the entire surface of the portion exposed outside the first insulating member of the first terminal,
The battery is characterized in that an edge of the film is positioned outside the innermost side in a range where the first terminal contacts the packaging material or the first insulating member.
前記第1端子のうち前記包装材より外に出ている部分の表面全体に,前記第2端子を構成する金属で形成された皮膜が設けられていることを特徴とする異種金属間接続継ぎ手。 A first terminal whose one end is covered with a packaging material, and a second terminal whose one end is covered with a packaging material and which has a natural potential lower than the natural potential of the metal constituting the first terminal. , In a dissimilar metal joint where the other ends of the first and second terminals are connected to each other,
A dissimilar metal-to-metal connection joint, wherein a coating formed of a metal constituting the second terminal is provided on the entire surface of a portion of the first terminal that is outside the packaging material.
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