JP2022117855A - 電極端子および該電極端子を備えた二次電池 - Google Patents
電極端子および該電極端子を備えた二次電池 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】高い導通性および高い接合強度を有する電極端子を提供する【解決手段】ここで開示される電極端子１００は、金属製の第１部材１３０と、金属製の板状の第２部材１４０とを備え、第１部材１３０は、第２部材１４０と接続される接続部１３４を有し、第１部材１３０の接続部１３４は、第２部材１４０の一方の表面と導電性接着剤９０で接着されている。【選択図】図４
Description
本発明は、電極端子および該電極端子を備えた二次電池に関する。
リチウムイオン二次電池等の二次電池は、軽量で高いエネルギー密度を得られることから、パソコンや携帯端末等のポータブル電源、あるいはＥＶ（電気自動車）、ＨＶ（ハイブリッド自動車）、ＰＨＶ（プラグインハイブリッド自動車）等の車両搭載用電源として広く用いられている。
二次電池では、電池ケース内部にある発電要素から電池ケース外部へ導通させるため、あるいは、単電池同士を電気的に接続するために、様々な導電部材を接合し、導通経路を実現している。例えば、特許文献１には、電極端子同士を導通させるため、硬化性樹脂と導電性粒子とを備えた異方性導電接着剤により電極端子同士を接続することが開示されている。また、特許文献２には、電極と外部端子とを導電接着剤で接続する構成が開示されている。また、特許文献３には、２部材間の境界を溶接することによって、かかる２部材を電気的に接続することが開示されている。
ところで、本発明者は、二次電池の電池ケース内部にある発電要素から電池ケース外部へ導通させるための電極端子として、金属製の複数の部材（例えば２部材）を接合した電極端子の採用を検討している。かかる電極端子では、部材間の導通性が高く、さらに、接合強度が高いことが望ましい。
そこで、本発明は上記課題を鑑みてなされたものであり、その主な目的は、高い導通性および高い接合強度を有する電極端子を提供することである。また、本発明の別の目的は、かかる電極端子を備えた二次電池を提供することである。
上記目的を実現するべく、本発明では、導電性接着剤によって部材間が接続された電極端子が提供される。
即ち、ここで開示される電極端子は、金属製の第１部材と、金属製の板状の第２部材とを備え、上記第１部材は、上記第２部材と接続される接続部を有し、上記第１部材の接続部は、上記第２部材の一方の表面と導電性接着剤で接着されている。かかる構成の電極端子によれば、第１部材と第２部材との間が、導電性を有する接着剤によって接着されているため、高い導通性および高い接合強度を実現することができる。
即ち、ここで開示される電極端子は、金属製の第１部材と、金属製の板状の第２部材とを備え、上記第１部材は、上記第２部材と接続される接続部を有し、上記第１部材の接続部は、上記第２部材の一方の表面と導電性接着剤で接着されている。かかる構成の電極端子によれば、第１部材と第２部材との間が、導電性を有する接着剤によって接着されているため、高い導通性および高い接合強度を実現することができる。
ここで開示される電極端子の好ましい一態様では、上記第２部材の一方の表面は、上記第１部材の接続部の少なくとも一部が挿入される挿入孔を有し、上記挿入孔の内周面には、窪みが設けられており、上記第１部材の接続部の一部は、上記挿入孔の窪みに嵌合しており、上記挿入孔の窪みと、該窪みに嵌合した上記第１部材の接続部の一部との隙間には、上記導電性接着剤が充填されている。かかる構成によれば、第１部材の接続部の一部を第２部材の挿入孔の内周面に設けられた窪みに嵌合した際に、不可避的に生じ得る部材間の隙間を導電性接着剤で埋めることができるため、さらに高い導通性と接合強度を実現することができる。
ここで開示される電極端子の他の好ましい一態様では、上記第２部材の一方の表面には、上記導電性接着剤が充填された凹部が設けられている。かかる構成によれば、導電性接着剤を所望の位置に十分量配置することができるため、接合強度がさらに向上する。
また、ここで開示される電極端子の他の好ましい一態様では、上記第１部材の接続部の少なくとも一部は、上記第２部材の一方の表面と金属接合により接合されている。かかる構成によれば、さらに優れた接合強度と導通性とを実現することができる。
また、ここで開示される電極端子の他の好ましい一態様では、上記第２部材の一方の表面において、上記金属接合により接合された部分よりも外側に上記導電性接着剤が充填された凹部が設けられている。かかる構成によれば、熱硬化性樹脂の熱伝導率は金属よりも低いため、電極端子にバスバ等の外部端子を溶接する際の熱が金属接合部へ伝わりづらくなる。この結果、熱による金属接合部の劣化を抑制し、高い接合強度および高い導通性を維持することができる。
また、ここで開示される電極端子の他の好ましい一態様では、上記第１部材と上記第２部材とが異なる金属で構成されている。導電性接着剤は異なる金属で構成された２部材間であっても高い強度で接着することができ、高い導通性を実現できる。そのため、高い導通性および高い接合強度を有する異なる金属からなる２部材が接続された電極端子を実現できる。これにより、電極端子と接続される金属製の他部材に対して、電極端子の金属種を適宜同種に変更することができるため、他部材との接続性を向上させることができる。
また、ここで開示される電極端子の他の好ましい一態様では、上記導電性接着剤は、導電材および熱硬化性樹脂を含む。かかる構成によれば、導電性接着剤に含まれる熱硬化性樹脂が熱処理により硬化することによって、高い接合強度を実現できる。
また、かかる導電材を含む態様では、上記導電材として金属微粒子を含むことが好ましい。これにより、より高い導通性を実現することができる。
さらに、かかる金属微粒子を含む態様では、上記金属微粒子は、銀、銅、ニッケル、アルミニウムおよび金からなる群から選ばれる少なくとも一種であることが好ましい。これにより、より良好な導通性を実現することができる。
また、かかる導電材を含む態様では、上記導電材として金属微粒子を含むことが好ましい。これにより、より高い導通性を実現することができる。
さらに、かかる金属微粒子を含む態様では、上記金属微粒子は、銀、銅、ニッケル、アルミニウムおよび金からなる群から選ばれる少なくとも一種であることが好ましい。これにより、より良好な導通性を実現することができる。
また、ここで開示される電極端子の他の好ましい一態様では、上記熱硬化性樹脂は、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂および熱硬化性アクリル樹脂からなる群から選ばれる少なくとも一種である。これにより、優れた接合強度を実現することができる。
また、ここで開示される技術の他の側面として、ここで開示される電極端子を備えた二次電池が提供される。即ち、ここで開示される二次電池は、正極および負極を含む電極体と、該電極体を内部に収容した電池ケースと、上記電極体における正負極それぞれと電気的に接続された正極端子および負極端子とを備えた二次電池であって、上記正極端子および負極端子の少なくとも一方は、ここで開示される電極端子で構成されている。これにより、高い導通性および高い接合強度を有する電極端子を備えた二次電池を提供できる。
以下、ここに開示される技術の一実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の図面において、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付して説明する。また、各図における寸法関係（長さ、幅、厚み等）は実際の寸法関係を反映するものではない。また、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。
なお、本明細書における図中の符号Ｘは「幅方向」を示し、符号Ｙは「奥行方向」を示し、符号Ｚは「高さ方向」を示す。なお、これらの方向は説明の便宜上定めた方向であり、電池の設置態様を限定することを意図したものではない。また、本明細書において数値範囲をＡ～Ｂ（ここでＡ，Ｂは任意の数値）と記載している場合は、一般的な解釈と同様であり、Ａ以上Ｂ以下を意味するものである。
なお、本明細書における図中の符号Ｘは「幅方向」を示し、符号Ｙは「奥行方向」を示し、符号Ｚは「高さ方向」を示す。なお、これらの方向は説明の便宜上定めた方向であり、電池の設置態様を限定することを意図したものではない。また、本明細書において数値範囲をＡ～Ｂ（ここでＡ，Ｂは任意の数値）と記載している場合は、一般的な解釈と同様であり、Ａ以上Ｂ以下を意味するものである。
本明細書において「二次電池」とは、繰り返し充放電可能な蓄電デバイス一般をいい、リチウムイオン二次電池、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池等のいわゆる蓄電池（すなわち化学電池）の他、電気二重層キャパシタ等のキャパシタ（すなわち物理電池）を包含する。また、ここで開示される二次電池は、複数個が電気的に接続された組電池の形態で使用することもできる。
以下、ここで開示される電極端子を備えた二次電池の一実施形態について説明する。図１は一実施形態に係る二次電池１を模式的に示す斜視図である。また、図２は一実施形態に係る二次電池１の構造を模式的に示す一部破断図である。図１および図２に示すように、二次電池１は、電極体２０と、電解質（図示せず）と、電池ケース３０と、正極端子（正極外部端子４２および正極内部端子４２ａ）と、負極端子（負極外部端子４４および負極内部端子４４ａ）とを備えている。
電池ケース３０は、電極体２０および電解質を収容する容器である。図１に示すように、本実施形態における電池ケース３０は、六面箱型形状の角型の容器である。ただし、電池ケース３０の形状は、角型以外の箱状（例えば有底の円筒形の箱状等）であってもよい。本実施形態おける電池ケース３０は、上面が開口した角型のケース本体３２と、当該ケース本体３２の開口部を塞ぐ板状の蓋体３４とを備えている。ケース本体３２の開口部と蓋体３４の縁部とはレーザ溶接等で封止されている。図２に示すように、電池ケース３０（ここでは蓋体３４）には、電池ケース３０内の内圧が所定のレベル以上に上昇した場合、該内圧を開放する安全弁３６が設けられている。また、蓋体３４には端子挿通孔３４ａ（図３参照）が２箇所設けられている。一方の端子挿通孔３４ａには正極外部端子４２が挿通されており、他方の端子挿通孔３４ａには負極外部端子４４が挿通されている。電池ケース３０の材質としては、所要の強度を有する金属材料が用いられ、例えば、アルミニウム、ステンレス鋼、ニッケルめっき鋼等の軽量で熱伝導性の良い金属材料が用いられる。
電極体２０は、絶縁フィルム（図示省略）等で覆われた状態で、電池ケース３０の内部に収容された発電要素である。本実施形態における電極体２０は、長尺シート状の正極５０と、長尺シート状の負極６０と、長尺シート状のセパレータ７０とを備えている。かかる電極体２０は、上述した長尺シート状の部材を巻き重ねた捲回電極体である。なお、電極体の構造は、特に限定されず、一般的な二次電池において採用され得る種々の構造を制限なく採用できる。例えば、電極体は、矩形状の正極シートと負極シートとをセパレータシートを介して積層させた積層型電極体であってもよい。
正極５０は、箔状の正極集電体５２（例えばアルミニウム箔）と、当該正極集電体５２の表面（片面もしくは両面）に形成された正極活物質層５４とを備えている。また、幅方向Ｘにおける正極５０の一方の側縁部（図２中の左側の側縁部）には、正極活物質層５４が形成されず、正極集電体５２が露出した正極集電体露出部５２ａが形成されている。正極集電体露出部５２ａには、正極内部端子４２ａが接合しており、正極内部端子４２ａは正極外部端子４２と接続されている。これにより、電池ケース３０の内部と外部の導通を実現している。
正極活物質層５４には、正極活物質が含まれており、必要に応じてバインダ、導電材等の種々の材料が含まれていてもよい。かかる正極活物質層に含まれる材料については、従来の一般的な二次電池で使用され得るものを特に制限なく使用することができ、本発明を限定するものではないため詳細な説明を省略する。
正極活物質層５４には、正極活物質が含まれており、必要に応じてバインダ、導電材等の種々の材料が含まれていてもよい。かかる正極活物質層に含まれる材料については、従来の一般的な二次電池で使用され得るものを特に制限なく使用することができ、本発明を限定するものではないため詳細な説明を省略する。
負極６０は、箔状の負極集電体６２（例えば銅箔）と、当該負極集電体６２の表面（好適には両面）に形成された負極活物質層６４とを備えている。また、幅方向Ｘにおける負極６０の上記正極集電体露出部５２ａとは反対側の側縁部（図３中の右側の側縁部）には、負極活物質層６４が形成されておらず、負極集電体６２が露出した負極集電体露出部６２ａが形成されている。負極集電体露出部６２ａには、負極内部端子４４ａが接合しており、負極内部端子４４ａは負極外部端子４４と接続されている。これにより、電池ケース３０の内部と外部の導通を実現している。
負極活物質層６４には、負極活物質が含まれており、必要に応じてバインダ等の種々の材料が含まれ得る。かかる負極活物質層に含まれる材料についても、従来の一般的な二次電池で使用され得るものを特に制限なく使用することができ、本発明を限定するものではないため詳細な説明を省略する。
負極活物質層６４には、負極活物質が含まれており、必要に応じてバインダ等の種々の材料が含まれ得る。かかる負極活物質層に含まれる材料についても、従来の一般的な二次電池で使用され得るものを特に制限なく使用することができ、本発明を限定するものではないため詳細な説明を省略する。
セパレータ７０は、正極５０と負極６０との間に介在し、これらの電極が直接接触することを防止する。セパレータ７０には、所要の耐熱性を有する樹脂シート（例えばポリエチレン、ポリプロピレン）等が使用されるが、従来の一般的な二次電池で使用され得るものを特に制限なく使用できるため詳細な説明は省略する。
電池ケース３０に収容される電解質（図示せず）は、従来の一般的な二次電池で使用され得るものを特に制限なく使用することができ、例えば、電解質は非水系溶媒と支持塩とを含有する非水系の液状電解質（非水電解液）であり得るが、本発明を限定するものではないため詳細な説明を省略する。
二次電池１が備える正極外部端子４２および負極外部端子４４の少なくともどちらか一方には、ここで開示される電極端子１００が用いられる。ここでは、負極外部端子４４として電極端子１００を用いた場合について説明する。なお、正極外部端子４２が電極端子１００である場合も同様の構成とすればよいため、詳細な説明は省略する。
図３および図４に示すように、電極端子１００は、軸部１１０および頭部１２０を有する。図３に示すように、電極端子１００と電池ケース３０との導通を防止するために、ガスケット８２およびインシュレータ８４が電極端子１００と電池ケース３０（図中では蓋体３４）との間に配置されている。
図３に示すように、ガスケット８２は、電極端子１００と、電池ケース３０の外面（蓋体３４の上面）および端子挿通孔３４ａとの間に配置される絶縁性の部材である。また、電池ケース３０の密閉性を高め、電池ケース３０の外部からの水分の侵入および電池ケース３０の内部からの電解液の漏出を抑制する。ガスケット８２は、電極端子１００の軸部１１０を挿通する貫通孔８２ｃを有する筒部８２ａと、基部８２ｂとを備える。筒部８２ａは、蓋体３４の端子挿通孔３４ａに挿入される部分であり、電極端子１００の軸部１１０と蓋体３４とを絶縁している。基部８２ｂは、筒部８２ａの上端と連結しており、該上端から水平方向に延びた部分であり、電極端子１００の頭部１２０と、蓋体３４の上面とを絶縁している。ガスケット８２は、弾性変形が容易な絶縁性樹脂によって形成されていることが好ましく、例えば、パーフルオロアルコキシフッ素樹脂（ＰＦＡ）等のフッ素樹脂や、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）、脂肪族ポリアミド等が挙げられる。
図３に示すように、インシュレータ８４は、電池ケース３０の内面（蓋体３４の下面）と、電極端子１００と負極内部端子４４ａとの間に配置される絶縁性の部材である。インシュレータ８４は、蓋体３４の下面に沿って水平に広がった板状部分を有しており、該板状部分には電極端子１００の軸部１１０を挿通する貫通孔８４ａが設けられている。インシュレータ８４は、使用する電解質に対する耐性と電気絶縁性とを有し、弾性変形が可能な樹脂材料、例えば、パーフルオロアルコキシフッ素樹脂（ＰＦＡ）等のフッ素化樹脂や、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）、脂肪族ポリアミド等で構成されている。
電極端子１００の軸部１１０は金属製の第１部材１３０によって構成される。第１部材１３０の形状は、ガスケット８２の貫通孔８２ｃ、蓋体３４の端子挿通孔３４ａ、インシュレータ８４の貫通孔８４ａ、負極内部端子４４ａの貫通孔４４ｂを挿通可能であれば特に限定されるものではないが、例えば、円柱状、角柱状等であってもよい。第１部材１３０の一端は接続部１３４を有している。本実施形態では、他端はさらに脚部１３６を有しており、接続部１３４と脚部１３６の間には本体部１３２が存在する。
第１部材１３０の接続部１３４は後述する第２部材１４０と接続される部分である。接続部１３４の形状は特に限定されるものではないが、接続部１３４は、導通性の観点から、第２部材１４０と接続される面積が大きい方が好ましい。そのため、例えば、図４のように軸部１１０の外径方向に延びたフランジ部１３４ａを備えていてもよい。また、例えば、第２部材１４０の一方の表面と面接触する表面を有する板状であることが好ましい。
第１部材１３０の脚部１３６は、カシメ加工により、他部材と固定され、該他部材と導通を実現する部分である。本実施形態では、図３に示すように、電極端子１００はガスケット８２の貫通孔８２ｃ、蓋体３４の端子挿通孔３４ａ、インシュレータ８４の貫通孔８４ａおよび負極内部端子４４ａの貫通孔４４ｂを挿通している。この状態で、脚部１３６がカシメ加工によって外径方向に向かって押圧変形され、鋲部１３６ａを形成することで、電極端子１００が負極内部端子４４ａに固定される。また、かかる固定により、電極端子１００と負極内部端子４４ａとが導通している。さらに、かかる固定により、ガスケット８２およびインシュレータ８４が高さ方向Ｚに加圧されて圧縮するため、電池ケース３０の密閉性が向上する。脚部１３６は、カシメ加工により他部材と固定できれば特に形状は限定されるものではないが、カシメ加工による高さ方向Ｚへ加わる圧縮力の均一性の観点から、例えば、中空の筒状であることが好ましい。
電極端子１００の頭部１２０は、第１部材１３０の接続部１３４の少なくとも一部と第２部材１４０によって構成される。第２部材１４０は第１部材１３０の接続部１３４と接続される板状の部材である。本実施形態においては、図１に示す負極外部端子４４のように、第２部材１４０の表面の形状は略矩形状であるが、例えば、円形状、三角形状、多角形状であってもよい。
また、図４に示すように、第２部材１４０の一方の表面には、第１部材の接続部１３４の少なくとも一部を収容する挿入孔１４２が設けられていることが好ましい。挿入孔１４２を設けることにより、第１部材１３０と第２部材１４０の位置合わせが容易となり、さらに、製造過程において第１部材１３０と第２部材１４０とが位置ずれすることを防止できる。典型的には、挿入孔１４２は底面１４２ａを有する非貫通孔であるが、挿入孔１４２に底面１４２ａが存在していれば、挿入孔１４２は、底面１４２ａの一部が第２部材１４０の他方の表面に貫通した貫通孔であってもよい。
図４に示すように、第１部材１３０の接続部１３４の少なくとも一部と、第２部材１４０の一方の表面（挿入孔１４２の底面１４２ａを含む）とは、導電性接着剤９０によって接着されており、第１部材１３０と第２部材１４０との導通を実現している。なお、導電性接着剤９０は、第１部材１３０と第２部材１４０との間に配置されていれば、配置場所は特に制限されるものではない。
導電性接着剤９０は、導電性と接着性とを有していれば特に限定されるものではないが、典型的には、導電材と、熱硬化性樹脂とを含んでいる。かかる構成であれば、導電性接着剤９０は、所定の温度で熱処理することで熱硬化性樹脂が不可逆的に硬化するため、第１部材１３０と第２部材１４０とを接着することができる。また、導電材が含まれることにより導電性接着剤９０には導電性があるため、第１部材１３０と第２部材１４０との導通性を向上させることができる。
導電性接着剤９０に含まれる導電材は、導電性のある材料であれば制限されるものではないが、例えば、金属粒子や炭素材料等を用いることができる。典型的には、金属粒子または炭素材料のどちらか一方を使用するが、両方を併用してもよい。金属粒子としては、特に制限されるものではなく、例えば、銀、銅、ニッケル、アルミニウム、金、モリブデン、タングステン、白金、パラジウム、チタン等を使用することができ、これらを一種単独、または二種以上を組み合わせて使用することができる。なかでも、銀、銅、ニッケル、アルミニウムおよび金からなる群から選ばれる少なくとも一種を使用することが好ましい。かかる群の金属粒子を使用することにより、より優れた導通性を実現することができる。なお、金属粒子の平均粒子径は特に制限されるものではないが、例えば０．１μｍ～３０μｍの範囲内であればよい。かかる平均粒子径は、レーザ回折・散乱法に基づき測定することができる。炭素材料としては、導電材として知られる種々のカーボンブラック（例えば、アセチレンブラック、ファーネスブラック、ケッチェンブラック）、グラファイト粉末、カーボンナノチューブ等のカーボン粉末を用いることができる。
導電性接着剤９０に全体の体積に対する導電材の体積率は４０％以上であることが好ましい。これにより、高い導通性を実現できる。また、かかる体積率は、概ね８０％以下とすることが好ましく、例えば７０％以下とすることができる。これにより、高い接着強度と導通性とを実現できる。
導電性接着剤９０に全体の体積に対する導電材の体積率は４０％以上であることが好ましい。これにより、高い導通性を実現できる。また、かかる体積率は、概ね８０％以下とすることが好ましく、例えば７０％以下とすることができる。これにより、高い接着強度と導通性とを実現できる。
導電性接着剤９０に含まれる熱硬化性樹脂としては、例えば、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、ウレタン樹脂、アルキド樹脂、シリコーン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、熱硬化性ポリイミド、熱硬化性アクリル樹脂等を使用することができ、一種単独または二種以上を組み合わせて使用することができる。このなかでも、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂および熱硬化性アクリル樹脂からなる群から選ばれる少なくとも一種を使用することが好ましい。かかる群の熱硬化性樹脂を使用することにより、より好適な接着強度と導電性とを実現することができる。
なお、導電性接着剤９０として、例えば、化研テック株式会社製のＣＲ－２８００を好適に使用することができる。
なお、導電性接着剤９０として、例えば、化研テック株式会社製のＣＲ－２８００を好適に使用することができる。
ここに開示される電極端子１００は、第１部材１３０と第２部材１４０とが異なる金属材料で構成されている場合にも好適に使用することができる。そのため、電極端子１００に接続される他部材を構成する金属の種類にあわせ、第１部材１３０または第２部材１４０を構成する金属を適宜に同種の金属に変更することができる。これにより、電極端子１００と、電極端子１００に接続される他部材との接続性を向上させることができる。好適な一例としては、本実施形態のように負極外部端子４４に電極端子１００を用いる場合、第１部材１３０が銅材料で構成され、かつ、第２部材１４０がアルミニウム材料で構成されていることが好ましい。かかる構成であれば、銅材料で構成された負極内部端子４４ａと第１部材１３０との接続と、アルミニウム材料で構成された外部部材（例えばバスバ等）と第２部材１４０との接続とを両者とも良好にすることができる。なお、本明細書において、「アルミニウム材料」とは、アルミニウムと当該アルミニウムを主体とする合金を包含する概念である。ここで、「アルミニウムを主体とする合金」とは、少なくとも７０％以上がアルミニウムで構成された合金のことをいう。当該アルミニウム材料に含まれ得る他の元素は特に限定されるものではないが、珪素、鉄、銅、マンガン、マグネシウム、亜鉛、クロム、チタン、鉛、ジルコニウム等が挙げられる。一方、「銅材料」とは、銅と当該銅を主体とする合金を包含する概念である。なお、「銅を主体とする合金」とは、少なくとも５０％以上が銅で構成された合金のことをいう。当該銅材料に含まれ得る他の元素は特に限定されるものではないが、珪素、鉄、マンガン、マグネシウム、亜鉛、クロム、チタン、鉛、スズ、リン、アルミニウム、ニッケル、コバルト、ベリリウム、ジルコニウム等が挙げられる。
次に、ここで開示される電極端子１００の好適な製造方法の一例について説明する。なお、本実施形態の電極端子１００の製造方法は下記の方法に限定されるものではない。
ここで開示される電極端子１００の製造方法は、第１部材１３０と第２部材１４０を準備し、第１部材１３０と第２部材１４０との接着予定部位に導電性接着剤９０を塗布する工程（以下、「塗布工程」ともいう。）と、第１部材１３０と第２部材１４０とを組付ける工程（以下、「組付け工程」ともいう。）とを包含する。また、導電性接着剤９０に熱硬化性樹脂が含まれている場合には、さらに、熱処理によって導電性接着剤９０を硬化する工程（以下、「熱処理工程」ともいう。）を包含する。なお、これらの工程の他に任意に他の工程を含み得る。
まず、塗布工程では、第１部材１３０と、第２部材１４０との接着予定部位に導電性接着剤９０を塗布する。このとき、第１部材１３０（詳しくは接続部１３４）および第２部材１４０の何れか一方のみに導電性接着剤９０を塗布してもよく、両方に塗布してもよい。
組付け工程では、第１部材１３０の接続部１３４を第２部材１４０との接着予定部位に押し当てればよい。
熱処理工程では、使用する導電性接着剤９０に含まれる熱硬化性樹脂の種類にあわせて熱処理の条件を適宜調整すればよいが、例えば、１００℃～１５０℃で１０分～１２０分間の熱処理を行うことで、導電性接着剤９０中の熱硬化性樹脂が硬化し、第１部材１３０と第２部材１４０とを接着することができる。
以上、ここに開示される技術の一実施形態について説明した。なお、上述の実施形態は、ここに開示される電極端子および二次電池の一例を示すものであり、ここに開示される技術を限定することを意図したものではない。例えば、上述した実施形態の一部を後述の他の実施形態に置き換えることも可能であり、上述した実施形態に他の実施形態を追加することも可能である。また、その技術的特徴が必須なものとして説明されていなければ、適宜削除することも可能である。以下、ここで開示される電極端子の他の好適な実施形態として、第２の実施形態および第３の実施形態について説明する。
第２の実施形態では、図５に示すように、第２部材１４０は挿入孔１４２を有しており、挿入孔１４２の内周面１４２ｂには窪み１４２ｃが設けられている。窪み１４２ｃには、第１部材１３０の接続部１３４の少なくとも一部が嵌合している。かかる嵌合は、例えば、第１部材１３０の接続部１３４を加圧により塑性変形させ、窪み１４２ｃに圧入させることで実現される。窪み１４２ｃと、窪み１４２ｃに嵌合した接続部１３４の一部との間には、不可避的に生じる隙間が生じるが、この実施形態では、かかる隙間には導電性接着剤９０が充填されている。これにより、接合強度および導通性を向上させることができる。かかる隙間が導電性接着剤９０で埋まるほど上述した効果が得られるため、上記隙間が全て埋まるように導電性接着剤９０が充填されていることが好ましい。なお、上記隙間に導電性接着剤９０が配置されていれば接合強度および導通性の向上効果が得られるため、必ずしもかかる隙間全てに導電性接着剤９０が充填されていなくてもよい。
窪み１４２ｃの形状は、第１部材１３０の接続部１３４の一部が嵌合できれば、特に限定されるものではない。窪み１４２ｃは、第１部材１３０の軸部１１０の外径方向全体に向かって設けられていてもよく、かかる外径方向の特定の方向にのみ設けられていてもよい。
窪み１４２ｃの形状は、第１部材１３０の接続部１３４の一部が嵌合できれば、特に限定されるものではない。窪み１４２ｃは、第１部材１３０の軸部１１０の外径方向全体に向かって設けられていてもよく、かかる外径方向の特定の方向にのみ設けられていてもよい。
第２の実施形態に係る電極端子の製造方法は特に限定されるものではないが、好適な製造方法の一例としては、上述した塗布工程において、第２部材１４０の窪み１４２ｃに導電性接着剤９０を充填した後、組付け工程にて、第１部材１３０の接続部１３４を加圧することで塑性変形させ、窪み１４２ｃに嵌合する。これにより、窪み１４２ｃと、窪み１４２ｃに嵌合した接続部１３４の一部との隙間に導電性接着剤９０を充填することができる。その後、必要に応じて上述した熱処理工程を実施してもよい。
次に、ここで開示される電極端子の第３の実施形態について説明する。図６に示すように、第３の実施形態では、導電性接着剤９０による接着に加え、かかる接着位置とは異なる位置で第１部材１３０と第２部材１４０とが金属接合した金属接合部１５０が形成されている。これにより、第１部材１３０と第２部材１４０との接合強度および導通性が向上する。金属接合部１５０の形成容易性の観点から、図６に示すように、第２部材１４０の一方の表面に挿入孔１４２が設けられていることが好ましい。これにより、挿入孔１４２が設けられた部分の第２部材１４０の厚みが薄くなるため、第１部材１３０の接続部１３４と、第２部材１４０の挿入孔１４２の底面１４２ａとをより容易に金属接合することができる。
第３の実施形態では、図６に示すように、第２部材１４０の一方の表面（例えば、挿入孔１４２の底面１４２ａ）には、導電性接着剤９０が充填された凹部１４４が設けられている。これにより、所望の位置に導電性接着剤９０を配置することができる。また、上述した組付け工程において、第１部材１３０の接続部１３４を第２部材１４０に押し当てた際に、導電性接着剤９０が第１部材１３０と第２部材１４０との境界に漏れ出ることを防止することができる。そのため、第１部材１３０の接合部１３４と第２部材１４０とが直接金属接合した金属接合部１５０の形成位置を確保することができる。なお、凹部１４４の形状は特に限定されるものではなく、例えば直方体状、半球状、円柱状、三角錐状、角柱状に切り欠いた形状等であり得る。また、凹部１４４は１つまたは２つ以上の複数が設けられていてもよい。また、凹部１４４は、溝状に１つまたは２つ以上の複数が設けられていてもよい。
また、第２部材１４０の一方の表面において、金属接合部１５０よりも幅方向Ｘおよび奥行方向Ｙの少なくとも一方向の外側の位置に導電性接着剤９０が充填された凹部１４４が設けられることが好ましい。導電性接着剤の熱伝導性は金属よりも低いため、凹部１４４よりも外側にバスバ等の外部部材が溶接されるときに、金属接合部１５０への入熱を抑制することができ、熱による金属接合部１５０の劣化を抑制することができる。これにより、高い接合強度および高い導通性をより好適に保持することができる。かかる凹部１４４の配置の例を図７～図９に示す。図７～図９は電極端子１００を第１部材１３０と第２部材１４０との接続がされている表面とは他方の表面の平面図である。各図とも導電性接着剤９０が充填された凹部１４４の位置および金属接合部１５０の位置を便宜的に示しており、かかる表面から実際に凹部１４４を目視できることを示しているわけではない。なお、凹部１４４および金属接合部１５０の位置をかかる図のパターンに限定するものではない。
図７に示すように、金属接合部１５０を取り囲むように連続した凹部１４４を設けることができる。これにより、凹部１４４よりも外側に外部部材との溶接部を設けた場合、金属接合部１５０への入熱を好適に抑制することができる。また、幅方向Ｘおよび奥行方向Ｙのいずれの方向に対しても高い機械的強度を発揮することができる。なお、図７では金属接合部１５０の周囲に円環状となるように凹部１４４が配置されているが、例えば三角状、四角状、多角形状等あらゆる形状に凹部１４４が配置されていてもよい。また、図８に示すように、凹部１４４を直線状の溝となるように形成し、金属接合部１５０を挟むように反対側にさらに同様の溝を配置してもよい。かかる電極端子の幅方向Ｘの両端側に外部部材を溶接することにより、導電性接着剤９０の使用量を削減し、金属接合部１５０への入熱抑制効果を発揮する。これにより、熱による金属接合部１５０の劣化を防止することができる。また、図９に示すように、金属接合部１５０の周囲に所定の間隔を置いて複数の凹部１４４を設けてもよい。これにより、導電性接着剤９０の使用量を削減し、幅方向Ｘおよび奥行方向Ｙのいずれの方向に対しても高い機械的強度を発揮することができる。
第３の実施形態に係る電極端子の製造方法では、上述した塗布工程、組付け工程および熱処理工程の他に、第１部材１３０と第２部材１４０とを金属接合する工程（以下、「金属接合工程」ともいう）が追加される。金属接合工程は、熱処理工程の前または後に実施することができるが、熱処理工程後に金属接合工程を実施することが好ましい。これにより、導電性接着剤９０によって第１部材１３０と第２部材１４０とが固定されているため、金属接合を行う際に位置ずれが起こるのを防止することができる。金属接合工程では、公知方法に従い、例えば、超音波接合、拡散接合、摩擦圧接、レーザ溶接、抵抗溶接等により第１部材１３０と第２部材１４０とを金属接合することができる。
なお、塗布工程においては、第２部材１４０に設けられた凹部１４４に導電性接着剤９０を充填することが好ましい。
なお、塗布工程においては、第２部材１４０に設けられた凹部１４４に導電性接着剤９０を充填することが好ましい。
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、請求の範囲を限定するものではない。ここに開示される発明には上記の具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
例えば、上述した一実施形態においては、電極端子１００の第１部材１３０と負極内部端子４４ａとが電気的に接合していたが、負極内部端子４４ａは必ずしも必要な部材ではなく、第１部材１３０と負極６０とが直接接続されていてもよい。かかる構成は、電極端子１００を正極外部端子４２に用いた場合も同様であり、第１部材１３０と正極５０とが直接接続されていてもよい。
また、第２の実施形態の技術と第３の実施形態の技術とを組み合わせてもよい。例えば、第２の実施形態に係る電極端子１００が、導電性接着剤９０が充填された凹部１４４および金属接合部１５０のどちらか一方、もしくは両方を備えていてもよい。
１ 二次電池
２０ 電極体
３０ 電池ケース
３２ ケース本体
３４ 蓋体
３４ａ 端子挿通孔
３６ 安全弁
４２ 正極外部端子
４２ａ 正極内部端子
４４ 負極外部端子
４４ａ 負極内部端子
４４ｂ 貫通孔
５０ 正極
５２ 正極集電体
５２ａ 正極集電体露出部
５４ 正極活物質層
６０ 負極
６２ 負極集電体
６２ａ 負極集電体露出部
６４ 負極活物質層
７０ セパレータ
８２ ガスケット
８２ａ 筒部
８２ｂ 基部
８２ｃ 貫通孔
８４ インシュレータ
８４ａ 貫通孔
９０ 導電性接着剤
１００ 電極端子
１１０ 軸部
１２０ 頭部
１３０ 第１部材
１３２ 本体部
１３４ 接続部
１３４ａ フランジ部
１３６ 脚部
１３６ａ 鋲部
１４０ 第２部材
１４２ 挿入孔
１４２ａ 底面
１４２ｂ 内周面
１４２ｃ 窪み
１４４ 凹部
１５０ 金属接合部
２０ 電極体
３０ 電池ケース
３２ ケース本体
３４ 蓋体
３４ａ 端子挿通孔
３６ 安全弁
４２ 正極外部端子
４２ａ 正極内部端子
４４ 負極外部端子
４４ａ 負極内部端子
４４ｂ 貫通孔
５０ 正極
５２ 正極集電体
５２ａ 正極集電体露出部
５４ 正極活物質層
６０ 負極
６２ 負極集電体
６２ａ 負極集電体露出部
６４ 負極活物質層
７０ セパレータ
８２ ガスケット
８２ａ 筒部
８２ｂ 基部
８２ｃ 貫通孔
８４ インシュレータ
８４ａ 貫通孔
９０ 導電性接着剤
１００ 電極端子
１１０ 軸部
１２０ 頭部
１３０ 第１部材
１３２ 本体部
１３４ 接続部
１３４ａ フランジ部
１３６ 脚部
１３６ａ 鋲部
１４０ 第２部材
１４２ 挿入孔
１４２ａ 底面
１４２ｂ 内周面
１４２ｃ 窪み
１４４ 凹部
１５０ 金属接合部
Claims (11)
- 二次電池の電極端子であって、
金属製の第１部材と、金属製の板状の第２部材とを備え、
前記第１部材は、前記第２部材と接続される接続部を有し、
前記第１部材の接続部は、前記第２部材の一方の表面と導電性接着剤で接着されている、
電極端子。 - 前記第２部材の一方の表面は、前記第１部材の接続部の少なくとも一部が挿入される挿入孔を有し、
前記挿入孔の内周面には、窪みが設けられており、
前記第１部材の接続部の一部は、前記挿入孔の窪みに嵌合しており、
前記挿入孔の窪みと、該窪みに嵌合した前記第１部材の接続部の一部との隙間には、前記導電性接着剤が充填されている、
請求項１に記載の電極端子。 - 前記第２部材の一方の表面には、前記導電性接着剤が充填された凹部が設けられている、請求項１または２に記載の電極端子。
- 前記第１部材の接続部の少なくとも一部は、前記第２部材の一方の表面と金属接合により接合されている、請求項１～３の何れか一項に記載の電極端子。
- 前記第２部材の一方の表面において、前記金属接合により接合された部分よりも外側に前記導電性接着剤が充填された凹部が設けられている、請求項４に記載の電極端子。
- 前記第１部材と前記第２部材とが異なる金属で構成されている、請求項１～５の何れか一項に記載の電極端子。
- 前記導電性接着剤は、導電材および熱硬化性樹脂を含む、請求項１～６の何れか一項に記載の電極端子。
- 前記導電材として金属粒子を含む、請求項７に記載の電極端子。
- 前記金属粒子は、銀、銅、ニッケル、アルミニウムおよび金からなる群から選ばれる少なくとも一種である、請求項８に記載の電極端子。
- 前記熱硬化性樹脂は、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂および熱硬化性アクリル樹脂からなる群から選ばれる少なくとも一種である、請求項７～９の何れか一項に記載の電極端子。
- 正極および負極を含む電極体と、
該電極体を内部に収容した電池ケースと、
前記電極体における正負極それぞれと電気的に接続された正極端子および負極端子と
を備えた二次電池であって、
前記正極端子および負極端子の少なくとも一方は、請求項１～１０の何れか一項に記載の電極端子で構成されている、二次電池。
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