JP2014143159A - 電極端子接続体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】大規模な設備を必要とせず、取付孔の形成から金属部材の接合までを短時間で実施することが可能であり、しかも酸化膜の成長を抑制することができ、異種金属間において十分な接合強度が得られる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１４にプレス加工を施して取付孔１５を形成する工程と、負極端子１２と同種金属で形成された第２の板材にプレス加工を施して取付孔１５よりも大径の金属部材１７を形成する工程であって、金属部材１７は、第１の板材１４を形成する金属のイオン化傾向と第２の板材を形成する金属のイオン化傾向の間のイオン化傾向を有する金属からなる介在層１６を備える工程と、取付孔１５の内部に金属部材１７を圧入して介在層１６を境界にして第１の板材１４と金属部材１７とを接合する工程と、を備え、これらの工程をプレス装置により連続的に実施するもの
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、正極端子と接続可能とされた正極接続部と、負極端子と接続可能とされた負極接続部と、を備え、正極接続部の周りを負極接続部が取り囲む、又は負極接続部の周りを正極接続部が取り囲むように配備されていると共に、正極接続部と負極接続部とが金属的結合により一体的に結合された電極端子接続体が開示されている。

また、特許文献２には、一方の電極端子に連結すると共にその電極端子と同種金属で形成された電極部と、電極部に連接すると共に他方の電極端子と同種金属で形成されたバスバー部と、を備え、電極部とバスバー部とが拡散接合により一体化された電極端子接続体が開示されている。

これらの電極端子接続体によれば、電極端子接続体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２０１１−２１０４８２号公報 特開２０１２−８９２５４号公報

ところで、特許文献１又は２に記載された電極端子接続体は、静水押出加工により異種金属同士が結合した中間製品を形成し、この中間製品から電極端子接続体の板形状に切削加工することで製造される。

静水押出加工を実現するためには大規模な設備が必要になり、また中間製品から板形状に切削加工するためには長時間を要すると共に切粉の無駄が多くなるため、製造コストが著しく増大することが推定される。

また、特許文献２には、板材に取付孔を形成し、この取付孔に異種金属で形成された金属部材を圧入することで、電極端子接続体を製造することも開示されているが、取付孔に金属部材を圧入するまでにアルミニウムやアルミニウム合金の表面に酸化膜が成長し、異種金属間において十分な接合強度が得られない虞がある。

そこで、本発明の目的は、大規模な設備を必要とせず、取付孔の形成から金属部材の接合までを短時間で実施することが可能であり、しかも酸化膜の成長を抑制することができ、異種金属間において十分な接合強度が得られる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創案された本発明は、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の板材にプレス加工を施して取付孔を形成する工程と、前記負極端子と同種金属で形成された第２の板材にプレス加工を施して前記取付孔よりも大径の金属部材を形成する工程であって、前記金属部材は、前記第１の板材を形成する金属のイオン化傾向と前記第２の板材を形成する金属のイオン化傾向の間のイオン化傾向を有する金属からなる介在層を備える工程と、前記取付孔の内部に前記金属部材を圧入して前記介在層を境界にして前記第１の板材と前記金属部材とを接合する工程と、を備え、これらの工程をプレス装置により連続的に実施する電極端子接続体の製造方法である。

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、前記負極端子と同種金属で形成された第１の板材にプレス加工を施して取付孔を形成する工程と、前記正極端子と同種金属で形成された第２の板材にプレス加工を施して前記取付孔よりも大径の金属部材を形成する工程であって、前記金属部材は、前記第１の板材を形成する金属のイオン化傾向と前記第２の板材を形成する金属のイオン化傾向の間のイオン化傾向を有する金属からなる介在層を有する工程と、前記取付孔の内部に前記金属部材を圧入して前記介在層を境界にして前記第１の板材と前記金属部材とを接合する工程と、を備え、これらの工程をプレス装置により連続的に実施する電極端子接続体の製造方法である。

前記第２の板材は、後に前記介在層となる第３の板材と予め一体化されていると良い。

前記第１の板材にプレス加工を施して正極端子用固定孔を形成する工程と、前記取付孔の内周部分に前記金属部材が残存するように、前記金属部材の中央部にプレス加工を施して負極端子用固定孔を形成する工程と、を更に備えると良い。

前記第１の板材と前記金属部材とを接合した後に不活性雰囲気下で加熱する工程を更に備えると良い。

本発明によれば、大規模な設備を必要とせず、取付孔の形成から金属部材の接合までを短時間で実施することが可能であり、しかも酸化膜の成長を抑制することができ、異種金属間において十分な接合強度が得られる電極端子接続体の製造方法を提供することができる。

（ａ）から（ｅ）は本発明に係る電極端子接続体の製造方法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。

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。

図１及び２に示すように、本実施の形態に係る電極端子接続体の製造方法は、互いに異種金属で形成された正極端子１１と負極端子１２とを電気的に接続する電極端子接続体１３を製造する方法であり、正極端子１１と同種金属で形成された第１の板材１４にプレス加工を施して取付孔１５を形成する工程と、負極端子１２と同種金属で形成された第２の板材（図示せず）にプレス加工を施して取付孔１５よりも大径の金属部材１７を形成する工程であって、金属部材１７は、第１の板材１４を形成する金属のイオン化傾向と第２の板材を形成する金属のイオン化傾向の間のイオン化傾向を有する金属からなる介在層１６を備える工程と、取付孔１５の内部に金属部材１７を圧入して介在層１６を境界にして第１の板材１４と金属部材１７とを接合する工程と、を備え、これらの工程をプレス装置により連続的に実施することを特徴とする。

正極端子１１と負極端子１２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１２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１３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１３は、互いに異種金属で形成された正極端子１１と負極端子１２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１２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１２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。

ここで、各工程を具体的に説明する。

正極端子１１と同種金属で形成された第１の板材１４にプレス加工を施して取付孔１５を形成する工程では、アルミニウムやアルミニウム合金で形成された第１の板材１４にプレス加工（特に打ち抜き加工）を施して取付孔１５を形成し、更に正極端子用固定孔２２を形成して正極端子接続部１９を作製する（図１（ａ）参照）。この工程の直後は、取付孔１５の内周面に酸化膜は形成されていない。

負極端子１２と同種金属で形成された第２の板材にプレス加工を施して取付孔１５よりも大径の金属部材１７を形成する工程では、銅や銅合金で形成された第２の板材にプレス加工（特に打ち抜き加工）を施して金属部材１７を形成する。

第２の板材は、後に介在層１６となる第３の板材（図示せず）と予め一体化されている。第２の板材と第３の板材の合計厚さは、第１の板材１４の厚さと比較して同等であるため、金属部材１７の厚さも第１の板材１４の厚さと同等となっている。

第３の板材は、第１の板材１４を形成する金属のイオン化傾向と第２の板材を形成する金属のイオン化傾向の間のイオン化傾向を有する金属、例えば、ニッケル、クロム、又は亜鉛等で形成される。

なお、本実施の形態では、イオン化傾向によって第３の板材を形成する金属を選定しているが、イオン化傾向の他にも、第１の板材１４を形成する金属の標準電極電位と第２の板材を形成する金属の標準電極電位の中間に位置する標準電極電位を有する金属を第３の板材を形成する金属として選定するようにしても良い。イオン化傾向を示すイオン化順列と水素を基準電極として表した標準電極電位を示す電気化学列とは一致するからである。

第２の板材と第３の板材との一体化は、第２の板材に第３の板材をクラッド接合することにより行うと良い。

第２の板材にめっき処理を施して第３の板材に相当する層を形成することもできるが、介在層１６にはある程度の厚さが必要であるため、めっき処理により必要な厚さを確保するよりも所定の厚さを有する第３の板材をクラッド接合した方が簡便だからである。

介在層１６にある程度の厚さが必要な理由は、後述するように第１の板材１４の内部に金属部材１７を圧入するときには介在層１６が削られるため、このときに介在層１６が全て削り取られてしまわないようするためである。

なお、第２の板材と第３の板材は、クラッド接合により一体化されているため、金属学的に非常に強固に接合されている。つまり、第２の板材と第３の板材との間で局部電池効果による腐食・高抵抗化が生じ難くなっている。

取付孔１５の内部に金属部材１７を圧入して介在層１６を境界にして第１の板材１４と金属部材１７とを接合する工程では、プレス装置の打ち抜きパンチにより取付孔１５の内部に金属部材１７を押し込む（図１（ｂ）及び（ｃ）参照）。

このとき、取付孔１５の内周面と金属部材１７の介在層１６とが接触するように取付孔１５の内部に金属部材１７を圧入することで、介在層１６と取付孔１５とが互いに削られて塑性変形しつつ、取付孔１５の内部に金属部材１７が押し込まれる。その結果、取付孔１５の内周面にわずかに酸化膜が形成されていたとしても、接合直前に酸化膜が破壊されて新生面の創出が促進され、第１の板材１４のアルミニウムやアルミニウム合金と介在層１６の金属とが拡散接合することとなる。

そのため、第１の板材１４のアルミニウムやアルミニウム合金と介在層１６の金属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。

プレス加工は他の加工方法に比べて高速であることから、これらの工程をプレス装置により連続的に実施することで、取付孔１５の形成から金属部材１７の接合までを短時間で実施することができる。そのため、アルミニウムやアルミニウム合金の表面に形成され、一度形成されると非常に安定で焼鈍による拡散接合を行っても消失しにくいことが知られているアルミニウム型の酸化膜の成長を最小限に抑制し、接合することができる。また、更に、わずかに酸化膜が形成されていたとしても、圧入による接合を行うことで、新生面の創出を促進して異種金属間において十分な接合強度を得ることができる。

なお、各工程をプレス装置により連続的に実施するためには、例えば、各工程を加工ステージ（基台）ごとに区切り、工程の進行に伴ってコンベヤで加工ステージを変更していくようにすれば良い。

これらの工程の後、第１の板材１４と接合された金属部材１７にプレス加工（特に打ち抜き加工）を施して負極端子用固定孔２３を形成して負極端子接続部２１を作製する（図１（ｄ）参照）。

このとき、取付孔１５の内周部分に金属部材１７が残存するように、金属部材１７の中央部に負極端子用固定孔２３を形成する。これにより、負極端子用固定孔２３に負極端子１２を挿入して抵抗溶接等により固定する際に、互いに同種金属の負極端子１２と金属部材１７とが接触することになり、同種金属同士の接合とすることができる。

なお、負極端子用固定孔２３を形成する際には、異種金属同士の接合とならないように、負極端子１２と接触する負極端子用固定孔２３の内周面に介在層１６が露出しないようにすると良い。

また、本実施の形態に係る電極端子接続体の製造方法は、第１の板材１４と金属部材１７とを接合した後に不活性雰囲気下で加熱する工程を更に備えることが好ましい（図１（ｅ）参照）。これにより、第１の板材１４のアルミニウムやアルミニウム合金と介在層１６の金属との拡散接合が十分に進行し、より接合強度を高めることができる。

不活性雰囲気としては、ヘリウムガス雰囲気やアルゴンガス雰囲気を用いることができる。また、加熱温度は、母材である第１の板材１４や介在層１６の融点以下の温度とする。

以上の工程により得られた電極端子接続体１３を介して非水電解質二次電池１８を直並列接続する際には、電極端子接続体１３の正極端子用固定孔２２と非水電解質二次電池１８の正極端子１１とを抵抗溶接等により固定し、電極端子接続体１３の負極端子用固定孔２３と他の非水電解質二次電池１８の負極端子１２とを抵抗溶接等により固定して、正極端子１１と負極端子１２とを電気的に接続する。

このとき、正極端子１１と接触する正極端子用固定孔２２が正極端子１１と同種金属である第１の板材１４で形成され、また負極端子１２と接触する負極端子用固定孔２３の内周面が負極端子１２と同種金属である金属部材１７で覆われているため、同種金属同士の接合となり、原理的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。

また、同種金属同士の接合であるので、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。

これまで説明してきた電極端子接続体の製造方法によれば、取付孔１５の形成から金属部材１７の接合までの工程を加工速度に優れ且つ静水押出加工と比較して小規模な設備で実施できるプレス加工によって行うため、大規模な設備を必要とせず、取付孔１５の形成から金属部材１７の接合までを短時間で実施することが可能である。

また、電極端子接続体の製造方法では、取付孔１５の形成から金属部材１７の接合までの工程の加工速度が静水押出加工や切削加工を併用した場合と比較して高速であることから、加工中における酸化膜の成長を最小限に抑制し、接合することができる。

更に、電極端子接続体の製造方法では、取付孔１５の内部に金属部材１７を圧入して第１の板材１４と金属部材１７とを接合することにより、取付孔１５の内周面にわずかに酸化膜が形成されていたとしても、接合直前に酸化膜を破壊することができ、第１の板材１４のアルミニウムやアルミニウム合金と介在層１６の金属とが拡散接合されるので、第１の板材１４のアルミニウムやアルミニウム合金と介在層１６の金属という異種金属間において十分な接合強度が得られる。

また、第２の板材と第３の板材とが予めクラッド接合により強固に接合されているため、介在層１６の金属と第２の板材の銅や銅合金という異種金属間においても十分な接合強度が確保されている。

そして、第１の板材１４のアルミニウムやアルミニウム合金と第２の板材の銅や銅合金とがイオン化傾向がこれらの中間に位置するニッケル等で形成された介在層１６を介して接合されているため、接合界面におけるイオン化傾向の変化、ひいては接合界面における標準電極電位の電位差を緩和することができ、局部電池効果による腐食・高抵抗化を発生し難くすることが可能となる。

なお、本発明は、本実施の形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない程度に種々の変形を加えることが可能である。

例えば、本実施の形態では、第１の板材１４を正極端子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し、第２の板材を負極端子１２と同種金属である銅や銅合金で形成したが、第１の板材１４を負極端子１２と同種金属である銅や銅合金で形成し、第２の板材を正極端子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しても良い。

この場合にも、取付孔１５の内部に金属部材１７を圧入して第１の板材１４と金属部材１７とを接合する際に、金属部材１７の介在層１６の表面にわずかに酸化膜が形成されていたとしても、上記圧入により酸化膜が破壊されて新生面の創出が促進され、第１の板材１４の銅や銅合金と介在層１６の金属（例えば、ニッケル）という異種金属間において十分な接合強度が得られる。

１１ 正極端子
１２ 負極端子
１３ 電極端子接続体
１４ 第１の板材
１５ 取付孔
１６ 介在層
１７ 金属部材
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

Claims (5)

1. 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の板材にプレス加工を施して取付孔を形成する工程と、
   前記負極端子と同種金属で形成された第２の板材にプレス加工を施して前記取付孔よりも大径の金属部材を形成する工程であって、前記金属部材は、前記第１の板材を形成する金属のイオン化傾向と前記第２の板材を形成する金属のイオン化傾向の間のイオン化傾向を有する金属からなる介在層を備える工程と、
   前記取付孔の内部に前記金属部材を圧入して前記介在層を境界にして前記第１の板材と前記金属部材とを接合する工程と、
   を備え、
   これらの工程をプレス装置により連続的に実施することを特徴とする電極端子接続体の製造方法。
2. 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、
   前記負極端子と同種金属で形成された第１の板材にプレス加工を施して取付孔を形成する工程と、
   前記正極端子と同種金属で形成された第２の板材にプレス加工を施して前記取付孔よりも大径の金属部材を形成する工程であって、前記金属部材は、前記第１の板材を形成する金属のイオン化傾向と前記第２の板材を形成する金属のイオン化傾向の間のイオン化傾向を有する金属からなる介在層を有する工程と、
   前記取付孔の内部に前記金属部材を圧入して前記介在層を境界にして前記第１の板材と前記金属部材とを接合する工程と、
   を備え、
   これらの工程をプレス装置により連続的に実施することを特徴とする電極端子接続体の製造方法。
3. 前記第２の板材は、後に前記介在層となる第３の板材と予め一体化されている請求項１又は２に記載の電極端子接続体の製造方法。
4. 前記第１の板材と前記金属部材とを接合した後に不活性雰囲気下で加熱する工程を更に備える請求項１から３の何れかに記載の電極端子接続体の製造方法。
5. 前記第１の板材にプレス加工を施して正極端子用固定孔を形成する工程と、
   前記取付孔の内周部分に前記金属部材が残存するように、前記金属部材の中央部にプレス加工を施して負極端子用固定孔を形成する工程と、
   を更に備える請求項１から３の何れかに記載の電極端子接続体の製造方法。

Images