JP2014136251A - 前駆体及び電極端子接続体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】圧下時に隙間部が生じない端部形状を有する前駆体及び電極端子接続体の製造方法を提供する。
【解決手段】正極端子１１と同種金属で形成された第１の板材１２と、負極端子１３と同種金属で形成された第２の板材１４と、を備え、第１の板材１２と第２の板材１４の端部同士を重ね合わせた状態で圧下接合して、互いに異種金属で形成された正極端子１１と負極端子１３とを電気的に接続する電極端子接続体２００を製造するための前駆体１００において、第１の板材１２と第２の板材１４の端部の接合側に互いに係合する凸部１５ａ、１５ｂと凹部１６ａ、１６ｂとが形成されており、第１の板材１２と第２の板材１４の端部の非接合側に面取部１７ａ、１７ｂが形成されているものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、互いに異種金属で形成された正極端子と負極端子とを電気的に接続する電極端子接続体を製造するための前駆体及び電極端子接続体の製造方法に関する。

近年、リチウムイオン二次電池に代表される非水電解質二次電池の実用化が進んでいる。非水電解質二次電池は、鉛蓄電池等の他の電池と比較して単位体積（又は単位質量）当たりのエネルギ出力が高いことから、移動体通信機器やノートパソコンを始め、電気自動車やハイブリッド自動車、更には太陽電池等の再生可能エネルギを利用した電力の蓄電システムへの適用が期待されている。

このような非水電解質二次電池は、正極と負極との間にセパレータを配して積層構造とした電極群と、電極群を収容するための外装体と、外装体に封入された電解液と、を備えている。

正極の基材としてはアルミニウムが用いられ、負極の基材としては銅が用いられている。正極にはアルミニウムやアルミニウム合金からなる正極端子が電気的に接続されており、負極には銅や銅合金からなる負極端子が電気的に接続されている。

この非水電解質二次電池は出力の小さな小型機器では単体で用いられるが、大きな出力が必要な大型機器では単体の出力では当然に足りないため、複数の非水電解質二次電池を直並列接続して所望の出力を得るようにしている。

この場合、正極端子と負極端子とを電気的に接続する必要があるが、前述の通り、正極端子と負極端子とが互いに異種金属で形成されているため、異種金属同士の接合を行わなければならない。異種金属同士の接合では、金属のイオン化傾向の違いによる局部電池効果によって接合部の腐食・高抵抗化の問題が懸念される。

また、接合自体についても金属同士の接合の手法として一般的な抵抗溶接等では金属のそれぞれが持つ融点の違いにより、安定した接合強度を得るのは困難であるという問題がある。

例えば、特許文献１には、図５（ａ）から（ｃ）に示すように、第１金属板５１と、第２金属板５２とを準備し、第１金属板５１と第２金属板５２の端部同士を接合する複合金属板の製造方法であって、第１金属板５１は接合側端部に凸状に形成された山部５３ａと凹状に形成された谷部５４ａを備え、第２金属板５２は接合側端部に第１金属板５１の山部５３ａ及び谷部５４ａにそれぞれ係合する谷部５４ｂ及び山部５３ｂを備え、第１金属板５１の山部５３ａを第２金属板５２の谷部５４ｂに、第２金属板５２の山部５３ｂを第１金属板５１の谷部５４ａにそれぞれ係合させて第１金属板５１の端部と第２金属板５２の端部とを重ね合わせ、その重ね合わせ部５５を圧下することによって圧接し、拡散焼鈍する、複合金属板の製造方法が開示されている。

この複合金属板の製造方法によれば、通常の上下一対のロールで容易に圧接することができ、圧接部５６の接合強度が高く、耐久性に優れた複合金属板５０を製造することができる。

これにより、複合金属板と電極端子との接合を同種金属同士の接合とすることができるため、局部電池効果による腐食・高抵抗化を原理的に発生させずに、また金属同士の接合の手法として抵抗溶接等の簡便なものを採用することが可能となる。

特開２００８−６４９６号公報

本発明を完成させる過程において、特許文献１に開示された複合金属板の製造方法では、圧下と拡散焼鈍とにより、互いに異種金属で形成された第１金属板５１と第２金属板５２とを圧接部５６で拡散接合させるが、従来技術に係る第１金属板５１と第２金属板５２の端部形状を採用すると、圧下により十分に圧接されない隙間部５７が生じてしまうことを見出した。

この隙間部５７は、圧下時に摩擦されないので、摩擦による酸化膜の破壊・新生面の露出効果が得られず、酸化膜が残存するため、拡散接合が困難となる。

そうすると、その拡散接合していない部分で選択的に局部電池効果による腐食・高抵抗化が発生し、接合信頼性上の問題となる。

そこで、本発明の目的は、圧下時に隙間部が生じない端部形状を有する前駆体及び電極端子接続体の製造方法を提供することにある。

この目的を達成するために完成された本発明は、正極端子と同種金属で形成された第１の板材と、負極端子と同種金属で形成された第２の板材と、を備え、前記第１の板材と前記第２の板材の端部同士を重ね合わせた状態で圧下接合して、互いに異種金属で形成された前記正極端子と前記負極端子とを電気的に接続する電極端子接続体を製造するための前駆体において、前記第１の板材と前記第２の板材の端部の接合側に互いに係合する凸部と凹部とが形成されており、前記第１の板材と前記第２の板材の端部の非接合側に面取部が形成されている前駆体である。

前記凸部と前記凹部のそれぞれは、同一の角度をなす一対の傾斜面で形成されていると良い。

また、本発明は、互いに異種金属で形成された正極端子と負極端子とを電気的に接続する電極端子接続体の製造方法において、前記正極端子と同種金属で形成された第１の板材と、前記負極端子と同種金属で形成された第２の板材と、を加工して、前記第１の板材と前記第２の板材の端部の接合側に互いに係合する凸部と凹部とを形成すると共に、前記第１の板材と前記第２の板材の端部の非接合側に面取部を形成する第１の工程と、前記凸部と前記凹部とを係合させて、前記第１の板材と前記第２の板材の端部同士を重ね合わせた状態で圧下接合する第２の工程と、を含む電極端子接続体の製造方法である。

前記第１の工程は、送出ロールから送り出された前記第１の板材と前記第２の板材に対して加工バイトによる切削加工を行うことによって実施し、前記第２の工程は、加工バイトによる切削加工が施された前記第１の板材と前記第２の板材に対して、前記加工バイトの下流側に配置された圧下ロールによる圧下を行うことによって実施すると良い。

前記第１の工程と前記第２の工程は、不活性雰囲気下で行うと良い。

本発明によれば、圧下時に隙間部が生じない端部形状を有する前駆体及び電極端子接続体の製造方法を提供することができる。

本発明に係る前駆体を示す断面図である。 図１の前駆体を用いて製造された電極端子接続体を介して複数の非水電解質二次電池を直列接続したバッテリシステムを示す斜視図である。 （ａ）から（ｄ）は好適な面取部の形状を説明する図である。 本発明に係る電極端子接続体の製造方法を実施するための製造装置について説明する図である。 （ａ）から（ｃ）は従来技術に係る複合金属板の製造方法について説明する図である。

以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面にしたがって説明する。

先ず、前駆体について説明する。

図１及び２に示すように、本実施の形態に係る前駆体１００は、正極端子１１と同種金属で形成された第１の板材１２と、負極端子１３と同種金属で形成された第２の板材１４と、を備え、第１の板材１２と第２の板材１４の端部同士を重ね合わせた状態で圧下接合して、互いに異種金属で形成された正極端子１１と負極端子１３とを電気的に接続する電極端子接続体２００を製造するためのものであり、第１の板材１２と第２の板材１４の端部の接合側に互いに係合する凸部１５ａ、１５ｂと凹部１６ａ、１６ｂとが形成されており、第１の板材１２と第２の板材１４の端部の非接合側に面取部１７ａ、１７ｂが形成されていることを特徴とする。

正極端子１１と負極端子１３は、それぞれ非水電解質二次電池１８から延出するようにして設けられている。正極端子１１はアルミニウムやアルミニウム合金で形成されており、負極端子１３は銅や銅合金で形成されている。

複数の非水電解質二次電池１８は、電極端子接続体２００を介して直並列接続されて、例えば、電気自動車やハイブリッド自動車の動力として搭載されるバッテリシステムを構成する。

電極端子接続体２００は、互いに異種金属で形成された正極端子１１と負極端子１３とを電気的に接続するために、正極端子１１と電気的に接続される正極端子接続部１９と、負極端子１３と電気的に接続される負極端子接続部２１と、を備える。

正極端子接続部１９には、正極端子１１を挿入して抵抗溶接等により固定するための正極端子用固定孔２２が形成されており、負極端子接続部２１には、負極端子１３を挿入して抵抗溶接等により固定するための負極端子用固定孔２３が形成されている。

第１の板材１２は正極端子１１と同種金属であるアルミニウムやアルミニウム合金で形成されており、第２の板材１４は負極端子１３と同種金属である銅や銅合金で形成されている。

凸部１５ａ、１５ｂと凹部１６ａ、１６ｂのそれぞれは、楔効果による強固な接合を実現するために、凸部１５ａが凹部１６ｂに、凸部１５ｂが凹部１６ａに係合するように楔形状に形成されている。

具体的には、凸部１５ａ、１５ｂと凹部１６ａ、１６ｂのそれぞれは、同一の角度をなす一対の傾斜面２４で形成されており、また凸部１５ａ、１５ｂと凹部１６ａ、１６ｂの高さＨと深さＤが一致するように形成されている。

更に、隣り合う凸部１５ａと凹部１６ａ（又は凸部１５ｂと凹部１６ｂ）とは、傾斜面２４の１つを共有しており、３つの傾斜面２４で隣り合う凸部１５ａと凹部１６ａ（又は凸部１５ｂと凹部１６ｂ）とが形成されている。

これらの構成により、凸部１５ａ、１５ｂと凹部１６ａ、１６ｂとを係合させたときに、凸部１５ａ、１５ｂと凹部１６ａ、１６ｂの全ての傾斜面２４が他の傾斜面２４と隙間無く接触することになる。

そのため、傾斜面２４に酸化膜が形成されていたとしても、圧下時に全ての傾斜面２４が摩擦され、摩擦による酸化膜の破壊・新生面の露出効果が得られる。

よって、凸部１５ａ、１５ｂと凹部１６ａ、１６ｂとの間で確実な拡散接合を実現することが可能となる。

つまり、第１の板材１２のアルミニウムやアルミニウム合金と第２の板材１４の銅や銅合金とは異種金属同士の接合となるが、この接合は２つの金属表面を固相状態のまま金属学的に一体化させた拡散接合によるものであるので、接合信頼性を向上させることができると共に局部電池効果による腐食・高抵抗化を防止することができる。

なお、図１では、第１の板材１２と第２の板材１４に凸部１５ａ、１５ｂと凹部１６ａ、１６ｂとが１つずつ形成されている例を示しているが、破線で示すように、凸部１５ａ、１５ｂと凹部１６ａ、１６ｂとが２つ以上形成されていても良い。

面取部１７ａ、１７ｂは、凸部１５ａ、１５ｂと凹部１６ａ、１６ｂとを係合させたときに、第１の板材１２の接合側と第２の板材１４の非接合側の面同士、及び第１の板材１２の非接合側と第２の板材１４の接合側の面同士が連続的且つなだらかに接続されるように形成されている。

ここで、面同士が連続的に接続されるとは、凸部１５ａ、１５ｂと凹部１６ａ、１６ｂとを係合させたときに、傾斜面２４の一部が露出されたり（図３（ａ）参照）、第１の板材１２や第２の板材１４の端面２５が残存していたり（図３（ｂ）参照）する形態を除くという意味である。

また、面同士がなだらかに接続されるとは、凸部１５ａ、１５ｂと凹部１６ａ、１６ｂとを係合させたときに、面取部１７ａと第２の板材１４の接合側の面とのなす角度θ₁、及び面取部１７ｂと第１の板材１２の接合側の面とのなす角度θ₂が９０度よりも大きくなるという意味である（図３（ｃ）参照）。

これらの構成により、圧下時に隙間部が生じるのを防止することができ、第１の板材１２と第２の板材１４の端部同士を重ね合わせた状態で圧下接合したときに、重ね合わせ部２６が徐々に平坦に押し潰されて圧接部２７となり（図３（ｄ）参照）、最終的に段差の無い平坦な電極端子接続体２００を製造することができる。

段差の無い平坦な電極端子接続体２００は、段差のある電極端子接続体と比較して厚さを薄くすることができるため、電極端子接続体２００を介して複数の非水電解質二次電池１８を直並列接続したときに、システムの小型化を図ることが可能となる。

これまで説明してきたように、本実施の形態に係る前駆体１００を用いて電極端子接続体２００を製造することにより、圧下時に凸部１５ａ、１５ｂと凹部１６ａ、１６ｂとを拡散接合させることができ、電極端子接続体２００における局部電池効果による腐食・高抵抗化の発生を防止することが可能となる。

従って、本発明によれば、圧下時に隙間部が生じない端部形状を有する前駆体１００を提供することができる。

次に、電極端子接続体の製造方法について説明する。

本実施の形態に係る電極端子接続体の製造方法は、正極端子１１と同種金属で形成された第１の板材１２と、負極端子１３と同種金属で形成された第２の板材１４と、を加工して、第１の板材１２と第２の板材１４の端部の接合側に互いに係合する凸部１５ａ、１５ｂと凹部１６ａ、１６ｂとを形成すると共に、第１の板材１２と第２の板材１４の端部の非接合側に面取部１７ａ、１７ｂを形成する第１の工程と、凸部１５ａ、１５ｂと凹部１６ａ、１６ｂとを係合させて、第１の板材１２と第２の板材１４の端部同士を重ね合わせた状態で圧下接合する第２の工程と、を含むことを特徴とする。

ここで、本実施の形態に係る電極端子接続体の製造方法を実施するための製造装置について説明しておく。

図４に示すように、製造装置３００は、長尺状の第１の板材１２を送り出す送出ロール４１ａと、長尺状の第２の板材１４を送り出す送出ロール４１ｂと、第１の板材１２を切削加工する加工バイト４２ａと、第２の板材１４を切削加工する加工バイト４２ｂと、第１の板材１２を加工バイト４２ａに押し付ける押さえロール４３ａと、第２の板材１４を加工バイト４２ｂに押し付ける押さえロール４３ｂと、第１の板材１２と第２の板材１４を圧下する一対の圧下ロール４４ａ、４４ｂと、第１の板材１２と第２の板材１４とが圧下接合されてなる前駆体１００を巻き取る巻取ロール４５と、を備える。

この製造装置３００を用いて、第１の工程は、送出ロール４１ａ、４１ｂから送り出された第１の板材１２と第２の板材１４に対して加工バイト４２ａ、４２ｂによる切削加工を行うことによって実施し、第２の工程は、加工バイト４２ａ、４２ｂによる切削加工が施された第１の板材１２と第２の板材１４に対して、加工バイト４２ａ、４２ｂの下流側に配置された圧下ロール４４ａ、４４ｂによる圧下を行うことによって実施する。

これら第１の工程と第２の工程は、製造装置３００を用いて連続的に実施されるため、第２の工程までに凸部１５ａ、１５ｂと凹部１６ａ、１６ｂの傾斜面２４に酸化膜が殆ど成長せず、信頼性の高い接合が可能となる。

なお、第１の工程と第２の工程は、ヘリウムガス雰囲気やアルゴンガス雰囲気等の不活性雰囲気下で行うことが好ましい。

これにより、第１の工程で形成された凸部１５ａ、１５ｂと凹部１６ａ、１６ｂの傾斜面２４に酸化膜が成長するのを抑制しつつ、第２の工程で拡散接合を促すことが可能となり、接合の信頼性をより向上させることができる。

巻取ロール４５に巻き取られた前駆体１００は、短冊状に切断された後、正極端子用固定孔２２や負極端子用固定孔２３が形成されて、電極端子接続体２００に加工される。

これまで説明してきたように、本実施の形態に係る電極端子接続体の製造方法により電極端子接続体２００を製造することで、第１の板材１２と第２の板材１４との健全な拡散接合を高速且つ安価に実現することが可能となる。

１００ 前駆体
２００ 電極端子接続体
１１ 正極端子
１２ 第１の板材
１３ 負極端子
１４ 第２の板材
１５ａ 凸部
１５ｂ 凸部
１６ａ 凹部
１６ｂ 凹部
１７ａ 面取部
１７ｂ 面取部
１８ 非水電解質二次電池
１９ 正極端子接続部
２１ 負極端子接続部
２２ 正極端子用固定孔
２３ 負極端子用固定孔
２４ 傾斜面
２５ 端面
２６ 重ね合わせ部
２７ 圧接部

Claims (5)

1. 正極端子と同種金属で形成された第１の板材と、
   負極端子と同種金属で形成された第２の板材と、
   を備え、
   前記第１の板材と前記第２の板材の端部同士を重ね合わせた状態で圧下接合して、互いに異種金属で形成された前記正極端子と前記負極端子とを電気的に接続する電極端子接続体を製造するための前駆体において、
   前記第１の板材と前記第２の板材の端部の接合側に互いに係合する凸部と凹部とが形成されており、
   前記第１の板材と前記第２の板材の端部の非接合側に面取部が形成されていることを特徴とする前駆体。
2. 前記凸部と前記凹部のそれぞれは、同一の角度をなす一対の傾斜面で形成されている請求項１に記載の前駆体。
3. 互いに異種金属で形成された正極端子と負極端子とを電気的に接続する電極端子接続体の製造方法において、
   前記正極端子と同種金属で形成された第１の板材と、前記負極端子と同種金属で形成された第２の板材と、を加工して、前記第１の板材と前記第２の板材の端部の接合側に互いに係合する凸部と凹部とを形成すると共に、前記第１の板材と前記第２の板材の端部の非接合側に面取部を形成する第１の工程と、
   前記凸部と前記凹部とを係合させて、前記第１の板材と前記第２の板材の端部同士を重ね合わせた状態で圧下接合する第２の工程と、
   を含むことを特徴とする電極端子接続体の製造方法。
4. 前記第１の工程は、送出ロールから送り出された前記第１の板材と前記第２の板材に対して加工バイトによる切削加工を行うことによって実施し、
   前記第２の工程は、加工バイトによる切削加工が施された前記第１の板材と前記第２の板材に対して、前記加工バイトの下流側に配置された圧下ロールによる圧下を行うことによって実施する請求項３に記載の電極端子接続体の製造方法。
5. 前記第１の工程と前記第２の工程は、不活性雰囲気下で行う請求項３又は４に記載の電極端子接続体の製造方法。