JP5985992B2 - 角形二次電池及びその製造方法、並びに角形二次電池の外部端子にバスバーを接合する方法 - Google Patents

Description

本発明は、角形二次電池及びその製造方法、並びに角形二次電池の外部端子にバスバーを接合する方法に係り、例えば車両等に搭載される角形二次電池及びその製造方法、並びに角形二次電池の外部端子にバスバーを接合する方法に関する。

従来から、例えばハイブリッド方式の電気自動車や純粋な電気自動車等の動力源として、容量の大きな二次電池の開発が進められている。このような二次電池のうち、特に角形のリチウムイオン二次電池は、エネルギー密度の高い二次電池として注目されている。

角形のリチウムイオン二次電池は、例えば、正極活物質を塗布した正極箔、負極活物質を塗布した負極箔、およびそれぞれを絶縁するためのセパレータを重ね合わせて捲回した扁平状の蓄電要素を、電池蓋に設けられた正極外部端子および負極外部端子に電気的に接続し、その蓄電要素を電池缶に収容して電池缶の開口部を電池蓋で溶接封止し、電池蓋に設けられた注液孔から電解液を注液し、その注液孔に注液栓を挿入してレーザ溶接で溶接封止することによって作製する。

そして、上記した角形のリチウムイオン二次電池を複数配列し、各電池の電極外部端子にバスバーを溶接し、隣接する電池同士を当該バスバーを介して接続することによって、複数の二次電池を直列に接続した組電池を作製する。

ところで、二次電池の正極外部端子と負極外部端子の形成素材が異なる場合、例えば、正極外部端子がアルミニウムで作製され、負極外部端子が銅で作製される場合、銅製のバスバーを使用すると正極外部端子とバスバーとの溶接が困難となる一方で、アルミニウム製のバスバーを使用すると負極外部端子とバスバーとの溶接が困難となることが知られている。

このような問題に対し、特許文献１には、コールドスプレー法を使用し、純銅、貴金属または純銅と貴金属との合金を含む粉体をガスと共に加速し、その粉体を接合対象の部材と接触する接触部の表面に固相状態のままで吹き付けて堆積させることによって、前記接触部の表面に金属皮膜を形成した導電用端子が開示されている。

特開２０１２−１４４７５８号公報

しかしながら、特許文献１に開示されている導電用端子においては、金属部材同士を溶接するための導電用端子の接触部表面に、高い硬度と良好な導電性を有する金属皮膜を形成し得るものの、このような金属皮膜を二次電池の電極外部端子の表面に形成する際に如何なる構成とするべきかについては一切言及されていない。

本発明は、前記問題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、例えば電極外部端子にバスバーを接合し、バスバーを介して複数の二次電池を接続して組電池を構成する際、電極外部端子における溶接の信頼性を高めることのできる角形二次電池及びその製造方法、並びに角形二次電池の外部端子にバスバーを接合する方法を提供することにある。

上記する課題を解決するために、本発明に係る角形二次電池は、正極及び負極の外部端子を有する角形二次電池であって、前記外部端子のうち少なくとも一方の外部端子の表面には、該一方の外部端子の形成素材と異種の素材であって他方の外部端子の形成素材との溶接性に優れた素材からなる金属粉体が堆積されると共に、前記金属粉体と前記一方の外部端子とが金属結合により結合した接続層が形成され、前記接続層の表面には、表面粗さを低減するための表面加工処理が施されていることを特徴とする。

本発明によれば、例えば他方の外部端子の形成素材との溶接性に優れた素材からなるバスバーを電極外部端子に接合し、バスバーを介して複数の二次電池を接続して組電池を作製する際、一方の外部端子の表面に形成された接続層と前記バスバーとを溶接して一方の外部端子とバスバーとの接合強度を確保することができ、各電極外部端子における溶接の信頼性を高めることができる。

上記した以外の課題、手段及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明に係る角形二次電池の実施形態１の外観を示す全体斜視図。 図１に示す角形二次電池を分解して示す分解斜視図。 図２に示す扁平捲回群を一部を展開した状態で示す分解斜視図。 図１に示す角形二次電池の接続層を形成する工程を模式的に説明した部分拡大図であって、外部端子の表面に金属粉体を堆積させる工程を説明した縦断面図。 図１に示す角形二次電池の接続層を形成する工程を模式的に説明した部分拡大図であって、外部端子の表面に金属粉体を堆積させた状態を説明した縦断面図。 図１に示す角形二次電池の接続層を形成する工程を模式的に説明した部分拡大図であって、外部端子の表面に堆積させた金属粉体の表面に表面加工処理を施した状態を説明した縦断面図。 図１に示す角形二次電池にバスバーを溶接する工程を説明した部分拡大図。 角形二次電池の接続層とバスバーの溶接箇所を拡大して示す縦断面図。 本発明に係る角形二次電池の実施形態２の接続層を拡大して示す部分拡大図であって、接続層にバスバーを溶接する前の状態を示す縦断面図。 図７Ａに示す接続層を拡大して示す部分拡大図であって、接続層にバスバーを溶接した後の状態を示す縦断面図。 本発明に係る角形二次電池の実施形態３の外部端子と接続層を拡大して示す部分拡大図であって、外部端子の表面に金属粉体を堆積させた状態を示す斜視図。 図８Ａの縦断面図。 図８Ａに示す外部端子と接続層を拡大して示す部分拡大図であって、外部端子の表面に堆積させた金属粉体の表面に表面加工処理を施した状態を示す斜視図。 図９Ａの縦断面図。 本発明に係る角形二次電池の実施形態４の外部端子と接続層を拡大して示す部分拡大図であって、外部端子の表面に金属粉体を堆積させた状態を示す斜視図。 図１０Ａの縦断面図。 図１０Ａに示す外部端子と接続層を拡大して示す部分拡大図であって、外部端子の表面に堆積させた金属粉体の表面に表面加工処理を施した状態を示す斜視図。 図１１Ａの縦断面図。 本発明に係る角形二次電池の実施形態４の接続層の他例を拡大して示す縦断面図。 本発明に係る角形二次電池の実施形態４の接続層の更に他例を拡大して示す縦断面図。 本発明に係る角形二次電池の実施形態５の外観を示す全体斜視図。

以下、本発明に係る角形二次電池の実施形態について図面を参照して説明する。

［実施形態１］
図１は、本発明に係る角形二次電池の実施形態１の外観を示したものである。

図示する角形二次電池１００は、電池缶１０１と電池蓋１０２を備えている。ここで、電池缶１０１と電池蓋１０２の形成素材としては、例えばアルミニウムやアルミニウム合金などが挙げられる。

電池缶１０１の内部には、蓄電要素である扁平捲回群１７０（図２参照）が収納され、電池缶１０１の上部開口が、矩形平板状の電池蓋１０２によって封止されて密閉されている。なお、電池缶１０１と電池蓋１０２はレーザ溶接等によって溶接されている。

また、電池蓋１０２には、正極外部端子１４１と負極外部端子１５１とガス排出弁１０３が設けられている。ガス排出弁１０３は、プレス加工等により電池蓋１０２を部分的に薄肉化することによって形成され、このガス排出弁１０３には、開裂時に大きな開口が形成されるように開裂溝が形成されている。角形二次電池１００が過充電等により発熱してガスが発生し、二次電池内の圧力が上昇して所定圧力に到達すると、このガス排出弁１０３が開裂して二次電池内からガスが外部へ排出されることによって、二次電池内の圧力が低下する。また、電池蓋１０２には、二次電池内に電解液を注入するための注液孔１０６ａ（図２参照）を封止する注液栓１０６ｂがレーザ溶接等によって溶接されている。

また、負極外部端子１５１の上面には、負極外部端子１５１の形成素材と異種の素材であって正極外部端子１４１の形成素材との溶接性に優れた素材からなる金属粉体が堆積された接続層１５１ａが形成されている。ここで、接続層１５１ａを構成する金属粉体と負極外部端子１５１とは、その界面で金属結合により結合されている。また、接続層１５１ａの上面には、隣接する角形二次電池１００同士を接続するバスバーＢを溶接するために表面粗さを低減する表面加工処理が施されている。

上記する角形二次電池１００は、正極外部端子１４１と負極外部端子１５１に形成された接続層１５１ａにバスバーＢ、Ｂを溶接し、隣接する角形二次電池１００同士をバスバーＢ、Ｂを介して直列に接続することによって、組電池とすることができる。ここで、一般に、正極外部端子１４１の形成素材としては、アルミニウムやアルミニウム合金が挙げられ、負極外部端子１５１の形成素材としては、銅や銅合金が挙げられ、バスバーＢの形成素材としては、正極外部端子１４１と同種のアルミニウムやアルミニウム合金が挙げられ、接続層１５１ａを構成する金属粉体の形成素材としては、正極外部端子１４１やバスバーＢと同種のアルミニウムやアルミニウム合金が挙げられる。

図２は、図１に示す角形二次電池を分解して示したものである。

図示するように、電池缶１０１は、一対の幅広面１０１ａと一対の幅狭面１０１ｂと底面１０１ｃとを有し、上面が開口された矩形箱状に形成されている。蓄電要素である扁平捲回群１７０は、絶縁ケース１０８に覆われた状態で電池缶１０１に収容されている。絶縁ケース１０８は、ポリプロピレン等の絶縁性を有する樹脂から形成されており、この絶縁ケース１０８によって電池缶１０１の内面と扁平捲回群１７０とは電気的に絶縁されている。

電池蓋組立体１０７は、主として、電池蓋１０２と、電池蓋１０２に設けられた一対の貫通孔１０２ｈのそれぞれに取り付けられた正極外部端子１４１および負極外部端子１５１と、正極外部端子１４１および負極外部端子１５１のそれぞれに電気的に接続される正極集電体１８０および負極集電体１９０と、電池蓋１０２と正極外部端子１４１および負極外部端子１５１との間に介在される一対のガスケット１３０と、電池蓋１０２と正極集電体１８０および負極集電体１９０との間に介在される一対の絶縁部材１６０と、を備えている。

電池蓋組立体１０７の正極集電体１８０と負極集電体１９０はそれぞれ、扁平捲回群１７０の正極電極１７４と負極電極１７５に接続され、正極外部端子１４１が正極集電体１８０を介して正極電極１７４に電気的に接続され、負極外部端子１５１が負極集電体１９０を介して負極電極１７５に電気的に接続されている。これにより、正極外部端子１４１と負極外部端子１５１を介して外部負荷に電力が供給され、あるいは、正極外部端子１４１と負極外部端子１５１を介して扁平捲回群１７０に外部発電電力が供給されて角形二次電池１００が充電される。ここで、正極外部端子１４１と正極集電体１８０の形成素材としては、例えばアルミニウム合金が挙げられ、負極外部端子１５１と負極集電体１９０の形成素材としては、例えば銅合金が挙げられる。また、絶縁部材１６０やガスケット１３０は、ポリブチレンテレフタレートやポリフェニレンサルファイド、ペルフルオロアルコキシフッ素樹脂等の絶縁性を有する樹脂から形成される。

また、電池蓋１０２には、電池缶１０１内に電解液を注入するための注液孔１０６ａが穿設されている。この注液孔１０６ａは、電池缶１０１内に電解液を注入した後、シール材１０６ｃが挿入され、注液栓１０６ｂをシール材１０６ｃに圧入し、その注液栓１０６ｂをレーザ溶接等によって溶接して封止される。ここで、電池缶１０１内に注入される電解液としては、例えば、エチレンカーボネート（ＥＣ）等の炭酸エステル系の有機溶媒に６フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ_６）等のリチウム塩が溶解された非水電解液を用いることができる。

なお、電池蓋組立体１０７を構成する負極外部端子１５１の上面には予め接続層１５１ａが形成されており、接続層１５１ａの上面には、表面粗さを低減するための表面加工処理が施されている。

図３は、図２に示す扁平捲回群を一部を展開した状態で示したものである。なお、図３は、正極電極及び負極電極の未塗工部を正極集電体１８０や負極集電体１９０に接続する前の状態を示している。

図示するように、蓄電要素である扁平捲回群１７０は、長尺状の正極電極１７４と負極電極１７５がセパレータ１７３を介在させて捲回軸Ｗ周りに扁平状に捲回された積層構造を有している。

正極電極１７４は、正極活物質に結着剤（バインダ）を配合した正極活物質合剤が正極箔１７１の両面に塗工されて形成された正極活物質合剤層１７６を有している。また、負極電極１７５は、負極活物質に結着剤（バインダ）を配合した負極活物質合剤が負極箔１７２の両面に塗工されて形成された負極活物質合剤層１７７を有している。正極活物質合剤層１７６の正極活物質と負極活物質合剤層１７７の負極活物質との間では、充放電が行われる。

ここで、正極箔１７１は、厚さが２０〜３０μｍ程度のアルミニウム合金箔であり、負極箔１７２は、厚さが１５〜２０μｍ程度の銅合金箔である。また、セパレータ１７３は、例えば多孔質のポリエチレン樹脂から形成される。また、正極活物質合剤層１７６を形成する正極活物質は、例えばマンガン酸リチウム等のリチウム含有遷移金属複酸化物であり、負極活物質合剤層１７７を形成する負極活物質は、例えばリチウムイオンを可逆に吸蔵、放出可能な黒鉛等の炭素材である。

扁平捲回群１７０の幅方向（捲回方向に直交する捲回軸Ｗ方向）の両端部は、一方の端部が、正極活物質合剤層１７６の形成されていない未塗工部（正極箔１７１の露出部）が積層された部分とし、他方の端部が、負極活物質合剤層１７７の形成されていない未塗工部（負極箔１７２の露出部）が積層された部分としている。正極電極１７４側の未塗工部の積層体および負極電極１７５側の未塗工部の積層体はそれぞれ、上記するように、電池蓋組立体１０７の正極集電体１８０および負極集電体１９０と超音波接合等によって接続され、絶縁ケース１０８によって扁平捲回群１７０全体を覆った状態で該扁平捲回群１７０が電池缶１０１へ収容され、電池缶１０１と電池蓋１０２とがレーザ溶接等によって溶接される（図２参照）。

次に、図４Ａ〜図４Ｃは、図１に示す角形二次電池の接続層を形成する工程を模式的に説明した部分拡大図であって、図４Ａは、外部端子の表面に金属粉体を堆積させる工程を説明したものであり、図４Ｂは、外部端子の表面に金属粉体を堆積させた状態を説明したものであり、図４Ｃは、外部端子の表面に堆積させた金属粉体の表面に表面加工処理を施した状態を説明したものである。なお、この接続層は、例えば外部端子を電池蓋に取り付ける前に当該外部端子の表面に形成される。

図４Ａに示すように、接続層１５１ａは、コールドスプレー法を使用し、所定温度の金属粉体４００（例えば、アルミニウムやアルミニウム合金からなる粉体）を圧縮ガスＧ（例えば、窒素ガス、ヘリウムガス、空気等）と共に加圧して加速し、略円柱状の負極外部端子１５１の表面のうち上面１５１ｂに固相状態のままで吹き付けて堆積させることによって形成される。その際、負極外部端子１５１の上面１５１ｂに衝接する金属粉体４００は、所定温度及び所定速度を有しており、負極外部端子１５１と金属結合により結合する。すなわち、負極外部端子１５１の上面１５１ｂ上に堆積された金属粉体４００と負極外部端子１５１とは、その界面で金属結合により結合している。

上記するコールドスプレー法を使用して金属粉体４００を堆積させた接続層１５１ａの上面１５１ｃおよび側面１５１ｄは、図４Ｂに示すように、吹き付けられる金属粉体４００の大きさに応じた表面粗さを有している。また、接続層１５１ａの上面１５１ｃと側面１５１ｄとは、同程度の表面粗さを有している。例えば、金属粉体４００の平均粒径が数百μｍの場合、上面１５１ｃと側面１５１ｄの表面粗さは、金属粉体４００の平均粒径の半分程度になる。また、コールドスプレー法を使用して金属粉体４００を堆積させた接続層１５１ａの上面１５１ｃの表面粗さが、バスバーＢの溶接面Ｂａ（図５参照）の表面粗さよりも大きく、この接続層１５１ａの上面１５１ｃとバスバーＢの溶接面Ｂａとを溶接にて接合した場合、溶接強度の確保が難しい。

そこで、図４Ｃに示すように、接続層１５１ａの上面１５１ｃ全体に、表面粗さを低減するための表面加工処理を施し、接続層１５１ａの上面１５１ｃに、例えばバスバーＢの溶接面Ｂａの表面粗さ以下の溶接面（上面）１５１ｅを形成する。ここで、表面粗さを低減するための表面加工処理としては、例えば切削加工処理、研磨加工処理、溶融加工処理などが挙げられる。そして、溶接面１５１ｅを形成した接続層１５１ａを備えた負極外部端子１５１等を電池蓋１０２に取り付けて電池蓋組立体１０７を作製し、電池蓋組立体１０７の正極集電体１８０および負極集電体１９０に扁平捲回群１７０の正極電極１７４および負極電極１７５を接続し、この扁平捲回群１７０を電池缶１０１に収容し、電池缶１０１と電池蓋１０２とをレーザ溶接等によって溶接することによって、角形二次電池１００を作製することができる。なお、バスバーＢと溶接されない接続層１５１ａの側面１５１ｄには、表面粗さを低減するための表面加工処理が施されていない。

図５は、図１に示す角形二次電池にバスバーを溶接する工程を説明した部分拡大図であり、図６は、角形二次電池の接続層とバスバーの溶接箇所を拡大して示したものである。

図５に示すように、電池蓋１０２には、正極外部端子１４１と接続層１５１ａが形成された負極外部端子１５１がガスケット１３０を介して突設されている。複数の角形二次電池１００を直列に接続して組電池とする場合には、各角形二次電池１００の正極外部端子１４１の溶接面（上面）１４１ｂと負極外部端子１５１の上面１５１ｂに形成された接続層１５１ａの溶接面（上面）１５１ｅにバスバーＢの溶接面Ｂａを溶接し、隣接する角形二次電池１００の正極外部端子１４１と負極外部端子１５１をバスバーＢを介して接続する。なお、略同じ外形を有する角形二次電池１００をバスバーＢを介して直列に接続する場合には、隣接する角形二次電池１００の正極外部端子１４１の溶接面（上面）１４１ｂの高さと負極外部端子１５１の上面１５１ｂに形成された接続層１５１ａの溶接面（上面）１５１ｅの高さとが略同等となるように、予め負極外部端子１５１の上面１５１ｂの高さを正極外部端子１４１の溶接面（上面）１４１ｂの高さよりも低く設定することが好ましい。

一般に、正極外部端子１４１はアルミニウムやアルミニウム合金から作製され、バスバーＢは正極外部端子１４１と同種のアルミニウムやアルミニウム合金から作製されており、正極外部端子１４１とバスバーＢとの溶接強度は容易に確保することができる。一方で、負極外部端子１５１は銅または銅合金から作製され、バスバーＢはアルミニウムやアルミニウム合金から作製されており、この負極外部端子１５１とバスバーＢを直接溶接すると、負極外部端子１５１とバスバーＢとの溶接強度を確保することが難しい。本実施形態では、負極外部端子１５１の上面１５１ｂに形成された接続層１５１ａが、例えばアルミニウムやアルミニウム合金からなる金属粉体４００から形成され、この接続層１５１ａとバスバーＢとが溶接され、接続層１５１ａを介して負極外部端子１５１とバスバーＢが接続されるため、正極外部端子１４１と負極外部端子１５１の形成素材が異なる場合であっても、負極外部端子１５１におけるバスバーＢの溶接の信頼性を高めることができる。

なお、金属粉体４００を吹き付けて堆積させた接続層１５１ａと負極外部端子１５１との金属結合による接合強度は、負極外部端子１５１とバスバーＢとを直接溶接した際の溶接強度よりも大きい。

また、負極外部端子１５１の上面１５１ｂに形成された接続層１５１ａにバスバーＢを溶接する際には、図６に示すように、溶融部５００の先端部５０１が負極外部端子１５１に到達しないように、すなわち、接続層１５１ａの溶融深さｄが接続層１５１ａの厚さＤよりも小さくなるように溶接条件が調節されている。これにより、銅や銅合金からなる負極外部端子１５１の溶接時の溶融を抑止しながら、接続層１５１ａと負極外部端子１５１との間の金属結合の損傷を抑制することができ、負極外部端子１５１とバスバーＢとの溶接強度の低下を抑制して、負極外部端子１５１におけるバスバーＢの溶接の信頼性をより一層高めることができる。

ここで、正極外部端子１４１とバスバーＢ、負極外部端子１５１の上面１５１ｂに形成された接続層１５１ａとバスバーＢを溶接する溶接方法としては、例えばレーザ溶接、抵抗溶接、アーク溶接等を適用することができる。また、その溶接方式としては、図６に示す重ね合わせ溶接の他、突き合わせ溶接やすみ肉溶接等を適用することができる。

［実施形態２］
図７Ａは、本発明に係る角形二次電池の実施形態２の接続層を拡大して示す部分拡大図であって、接続層にバスバーを溶接する前の状態を示したものであり、図７Ｂは、接続層にバスバーを溶接した後の状態を示したものである。図７Ａ、Ｂに示す実施形態２は、図１〜図６に示す実施形態１に対して、接続層の構成が相違しており、その他の構成は実施形態１と同様である。したがって、図１〜図６に示す実施形態１と同様の構成については、同様の符号を付してその詳細な説明は省略する。

図７Ａに示す角形二次電池１００Ａでは、負極外部端子１５１Ａの上面１５１ｂＡに形成された接続層１５１ａＡの上面１５１ｃＡの一部、具体的には、接続層１５１ａＡの上面１５１ｃＡの中央部に表面粗さを低減する表面加工処理が施され、バスバーＢを溶接する溶接面１５１ｅＡが形成されている。

このように接続層１５１ａＡの上面１５１ｃＡの一部に溶接面１５１ｅＡを形成した場合、接続層１５１ａＡとバスバーＢとを接合する際に相対的に大きな表面粗さを有する接続層１５１ａＡの上面１５１ｃＡとバスバーＢとが接触することを回避する必要がある。そこで、接続層１５１ａＡと溶接されるバスバーＢの下面は、図示するように、接続層１５１ａＡの上面と相補的な形状、具体的には、その中央部が突出した凸形状を呈しており、その凸部Ｂｂの下面が、接続層１５１ａＡの溶接面１５１ｅＡと溶接される溶接面Ｂａを形成している。また、バスバーＢの凸部Ｂｂの高さ（突出量）Ｈは、表面加工処理が施された接続層１５１ａＡの溶接面１５１ｅＡから上面１５１ｃＡの最大高さまでの距離ｈよりも大きくなっている。

このような構成により、図７Ｂに示すように、接続層１５１ａＡの溶接面１５１ｅＡとバスバーＢの溶接面Ｂａとを溶接して接続層１５１ａＡとバスバーＢとを接合した際に、相対的に大きな表面粗さを有する接続層１５１ａＡの上面１５１ｃＡとバスバーＢとが接触することを確実に回避することができ、接続層１５１ａＡの上面１５１ｃＡに施す表面加工処理の範囲を最適化しながら、負極外部端子１５１ＡにおけるバスバーＢの溶接の信頼性を確保することができる。

［実施形態３］
図８Ａは、本発明に係る角形二次電池の実施形態３の外部端子と接続層を拡大して示す部分拡大図であって、外部端子の表面に金属粉体を堆積させた状態を示したものであり、図８Ｂは、図８Ａの縦断面図である。また、図９Ａは、図８Ａに示す外部端子と接続層を拡大して示す部分拡大図であって、外部端子の表面に堆積させた金属粉体の表面に表面加工処理を施した状態を示したものであり、図９Ｂは、図９Ａの縦断面図である。図８Ａ〜図９Ｂに示す実施形態３は、図１〜図６に示す実施形態１に対して、外部端子と接続層の構成が相違しており、その他の構成は実施形態１と同様である。したがって、図１〜図６に示す実施形態１と同様の構成についてはその詳細な説明は省略する。

図８Ａおよび図８Ｂに示す角形二次電池１００Ｂでは、負極外部端子１５１Ｂの上面１５１ｂＢの中央部に横断面が略円形かつ凹状の窪み１５１ｆＢが形成されており、圧縮ガス（例えば、窒素ガス、ヘリウムガス、空気等）と共に加圧して加速した所定温度の金属粉体（例えば、アルミニウムやアルミニウム合金からなる粉体）をその窪み１５１ｆＢに固相状態のままで吹き付けて堆積させることによって、接続層１５１ａＢが形成されている。ここで、図８Ｂに示すように、金属粉体を堆積させた接続層１５１ａＢは、その上面１５１ｃＢが負極外部端子１５１Ｂの上面１５１ｂＢよりも突出するように形成されている。

そして、接続層１５１ａＢの上面１５１ｃＢ全体に、表面粗さを低減するための表面加工処理を施すことによって、図９Ａおよび図９Ｂに示すように、接続層１５１ａＢの表面に、例えば負極外部端子１５１Ｂの上面１５１ｂＢと略面一な溶接面（上面）１５１ｅＢが形成される。

このように、負極外部端子１５１Ｂの上面１５１ｂＢに形成された窪み１５１ｆＢに接続層１５１ａＢを形成することによって、負極外部端子１５１Ｂの上面１５１ｂＢに形成される接続層１５１ａＢの大きさを最適化しながら、負極外部端子１５１Ｂにおけるバスバーの溶接の信頼性を確保することができる。また、略同等の外形を有する角形二次電池をバスバーを介して直列に接続する場合に、予め負極外部端子１５１Ｂの上面１５１ｂＢの高さを調整することなく、隣接する角形二次電池の正極外部端子の溶接面（上面）の高さと負極外部端子１５１Ｂの上面１５１ｂＢに形成された接続層１５１ａＢの溶接面（上面）１５１ｅＢの高さとを略同等に形成することができ、負極外部端子１５１Ｂにおけるバスバーの溶接の信頼性を更に高めることができる。

なお、本実施形態３では、負極外部端子１５１Ｂの上面１５１ｂＢに横断面が略円形かつ凹状の窪み１５１ｆＢを形成する形態について説明したが、当該窪みの平面視での形状は、例えば三角形以上の多角形や星形等、適宜の形状に変更することができる。

［実施形態４］
図１０Ａは、本発明に係る角形二次電池の実施形態４の外部端子と接続層を拡大して示す部分拡大図であって、外部端子の表面に金属粉体を堆積させた状態を示したものであり、図１０Ｂは、図１０Ａの縦断面図である。また、図１１Ａは、図１０Ａに示す外部端子と接続層を拡大して示す部分拡大図であって、外部端子の表面に堆積させた金属粉体の表面に表面加工処理を施した状態を示したものであり、図１１Ｂは、図１１Ａの縦断面図である。図１０Ａ〜図１１Ｂに示す実施形態４は、図１〜図６に示す実施形態１に対して、外部端子と接続層の構成が相違しており、その他の構成は実施形態１と同様である。したがって、図１〜図６に示す実施形態１と同様の構成についてはその詳細な説明は省略する。

図１０Ａおよび図１０Ｂに示す角形二次電池１００Ｃでは、負極外部端子１５１Ｃの上面１５１ｂＣの外縁を含む部分（例えば、組電池の隣接する角形二次電池の正極外部端子に近接する部分）に段差部１５１ｆＣが形成されており、圧縮ガス（例えば、窒素ガス、ヘリウムガス、空気等）と共に加圧して加速した所定温度の金属粉体（例えば、アルミニウムやアルミニウム合金からなる粉体）を段差部１５１ｆＣに固相状態のままで吹き付けて堆積させることによって、接続層１５１ａＣが形成されている。ここで、図１０Ｂに示すように、金属粉体を堆積させた接続層１５１ａＣは、その上面１５１ｃＣが負極外部端子１５１Ｃの上面１５１ｂＣよりも突出するように形成されている。

そして、接続層１５１ａＣの上面１５１ｃＣ全体に、表面粗さを低減するための表面加工処理を施すことによって、図１１Ａおよび図１１Ｂに示すように、接続層１５１ａＣの表面に、例えば負極外部端子１５１Ｃの上面１５１ｂＣと略面一な溶接面（上面）１５１ｅＣが形成されている。なお、バスバーと溶接されない接続層１５１ａＣの側面１５１ｄＣには、表面粗さを低減するための表面加工処理が施されていない。

このように、負極外部端子１５１Ｃの上面１５１ｂＣに形成された段差部１５１ｆＣに接続層１５１ａＣを形成することによって、負極外部端子１５１Ｃの上面１５１ｂＣに形成する接続層１５１ａＣの大きさを最適化しながら、負極外部端子１５１Ｃにおけるバスバーの溶接の信頼性を確保することができる。また、略同形状の角形二次電池をバスバーを介して直列に接続する場合に、予め負極外部端子１５１Ｃの上面１５１ｂＣの高さを調整することなく、隣接する角形二次電池の正極外部端子の溶接面（上面）の高さと負極外部端子１５１Ｃの上面１５１ｂＣに形成された接続層１５１ａＣの溶接面（上面）１５１ｅＣの高さとを略同等に形成することができる。さらに、金属粉体を固相状態のままで吹き付けて堆積させる際に、接続層１５１ａＣの内部のガス（例えば、圧縮ガスや空気）の残留を抑制することができるため、負極外部端子１５１Ｃにおけるバスバーの溶接の信頼性をより一層高めることができる。

なお、本実施形態４では、接続層１５１ａＣの上面１５１ｃＣに表面粗さを低減する表面加工処理を施し、負極外部端子１５１Ｃの上面１５１ｂＣと略面一な溶接面１５１ｅＣを形成する形態について説明したが、図１２Ａに示すように、接続層１５１ａＣの溶接面１５１ｅＣを負極外部端子１５１Ｃの上面１５１ｂＣよりも低く形成してもよいし、図１２Ｂに示すように、接続層１５１ａＣの溶接面１５１ｅＣを負極外部端子１５１Ｃの上面１５１ｂＣよりも高く形成してもよい。図１２Ａ、図１２Ｂに示す例では、バスバーＢの下面を、負極外部端子１５１Ｃの上面１５１ｂＣ及び接続層１５１ａＣの溶接面１５１ｅＣと相補的な形状とすることによって、バスバーＢと接続層１５１ａＣとを溶接する際、負極外部端子１５１Ｃ及び接続層１５１ａＣに対するバスバーＢの位置決めを簡便に行うことができる。

［実施形態５］
図１３は、本発明に係る角形二次電池の実施形態５の外観を示したものである。図１３に示す実施形態５は、図１〜図６に示す実施形態１に対して、接続層の配置および素材が相違しており、その他の構成は実施形態１と同様である。したがって、図１〜図６に示す実施形態１と同様の構成については、同様の符号を付してその詳細な説明は省略する。

上記する実施形態１〜４では、複数の角形二次電池をバスバーを介して接続して組電池を作製した際に組電池全体の重量を軽量化するために、バスバーＢが正極外部端子と同種のアルミニウムやアルミニウム合金から作製される形態について説明した。一方、本実施形態５では、組電池を構成する角形二次電池同士の導電性を高めるために、バスバーＣが負極外部端子と同種の銅や銅合金から作製される形態について説明する。

上記するように、一般に、負極外部端子１５１は銅または銅合金から作製されており、負極外部端子１５１とバスバーＣとの溶接強度は容易に確保することができる。一方で、正極外部端子１４１はアルミニウムやアルミニウム合金から作製されており、この正極外部端子１４１とバスバーＣを直接溶接すると、正極外部端子１４１とバスバーＣとの溶接強度を確保することが難しい。

本実施形態５では、コールドスプレー法を使用し、所定温度の金属粉体（例えば、銅や銅合金からなる粉体）を圧縮ガス（例えば、窒素ガス、ヘリウムガス、空気等）と共に加圧して加速し、略円柱状の正極外部端子１４１の上面１４１ｂに固相状態のままで吹き付けて堆積させることによって、正極外部端子１４１の上面１４１ｂに接続層１４１ａＤを形成する。そして、金属粉体を堆積させた接続層１４１ａＤの表面に表面粗さを低減する表面加工処理を施して溶接面（上面）１４１ｅＤを形成し、接続層１４１ａＤの溶接面（上面）１４１ｅＤとバスバーＣの溶接面Ｃａとを溶接し、接続層１４１ａＤを介して正極外部端子１４１とバスバーＣとを接続する。

これにより、例えばバスバーＣが正極外部端子１４１と異種の銅や銅合金から作製される場合であっても、銅や銅合金からなる金属粉体から形成される接続層１４１ａＤを介して正極外部端子１４１とバスバーＣが接続されるため、正極外部端子１４１と負極外部端子１５１の形成素材が異なる場合であっても、正極外部端子１４１におけるバスバーＣの溶接の信頼性を高めることができる。

なお、上記する実施形態１〜５では、バスバーがアルミニウムやアルミニウム合金から作製される場合に、負極外部端子の上面にアルミニウムやアルミニウム合金からなる金属粉体からなる接続層が形成され、バスバーが銅や銅合金から作製される場合に、正極外部端子の上面に銅や銅合金からなる金属粉体からなる接続層が形成される形態について説明したが、負極外部端子や正極外部端子の上面に形成される接続層は、アルミニウムやアルミニウム合金、及び銅や銅合金との溶接性に優れたニッケルやニッケル合金等からなる金属粉体から形成してもよい。

また、上記する実施形態１〜５では、バスバーがアルミニウムやアルミニウム合金もしくは銅や銅合金から作製される形態について説明したが、バスバーの形成素材は、負極外部端子や正極外部端子の形成素材、負極外部端子や正極外部端子の表面に形成される接続層の形成素材に応じて適宜選択することができる。

また、上記する実施形態１〜５では、接続層の溶接面とバスバーの溶接面との溶接強度を確保するために、接続層の溶接面がバスバーの溶接面の表面粗さ以下である形態について説明したが、バスバーの形成素材は接続層との溶接性に優れた素材を適宜選択することができるため、接続層の溶接面は、少なくとも表面粗さを低減する表面加工処理が施されていればよい。

なお、本発明は上記した実施形態１〜５に限定されるものではなく、様々な変形形態が含まれる。例えば、上記した実施形態１〜５は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１００ 角形二次電池
１０１ 電池缶
１０１ａ 幅広面
１０１ｂ 幅狭面
１０１ｃ 底面
１０２ 電池蓋
１０２ｈ 貫通孔
１０３ ガス排出弁
１０６ａ 注液孔
１０６ｂ 注液栓
１０６ｃ シール材
１０７ 電池蓋組立体
１０８ 絶縁ケース
１３０ ガスケット
１４１ 正極外部端子
１４１ｂ 正極外部端子の上面
１５１ 負極外部端子
１５１ａ 接続層
１５１ｂ 負極外部端子の上面
１５１ｄ 接続層の側面
１５１ｅ 接続層の溶接面（上面）
１６０ 絶縁部材
１７０ 扁平捲回群
１７１ 正極箔
１７２ 負極箔
１７３ セパレータ
１７４ 正極電極
１７５ 負極電極
１７６ 正極活物質合剤層
１７７ 負極活物質合剤層
１８０ 正極集電体
１９０ 負極集電体
４００ 金属粉体
５００ 溶融部
５０１ 先端部
Ｂ バスバー
Ｂａ バスバーの溶接面
Ｇ 圧縮ガス
Ｗ 捲回軸

Claims (7)

1. 正極及び負極の外部端子を有する角形二次電池であって、
   前記外部端子のうち少なくとも一方の外部端子の表面には、該一方の外部端子の形成素材と異種の素材であって他方の外部端子の形成素材との溶接性に優れた素材からなる金属粉体が堆積されると共に、前記金属粉体と前記一方の外部端子とが金属結合により結合した接続層が形成され、
   前記接続層の表面は、平坦な表面を有することを特徴とする角形二次電池。
2. 前記金属粉体は、前記他方の外部端子の形成素材と同種の素材、もしくは、前記他方の外部端子の形成素材との溶接性に優れ且つ該他方の外部端子の形成素材と異種の素材からなることを特徴とする請求項１に記載の角形二次電池。
3. 前記接続層は、前記一方の外部端子の表面の一部に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の角形二次電池。
4. 前記接続層は、前記一方の外部端子の表面に形成された窪みもしくは段差部に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の角形二次電池。
5. 請求項１に記載の角形二次電池を製造する角形二次電池の製造方法であって、
   前記接続層の表面の一部に、前記接続層の表面の表面粗さを低減する表面加工処理を施す工程を含むことを特徴とする角形二次電池の製造方法。
6. 請求項１に記載の角形二次電池を製造する角形二次電池の製造方法であって、
   前記接続層の表面の表面粗さを低減する表面加工処理を施す工程を含み、前記表面加工処理は、切削加工処理、研磨加工処理、もしくは溶融加工処理であることを特徴とする角形二次電池の製造方法。
7. 請求項１に記載の角形二次電池の外部端子にバスバーを接合する方法であって、
   前記外部端子のうち少なくとも一方の外部端子の接続層にバスバーを溶接する工程を含み、前記接続層にバスバーを溶接する際の該接続層における溶融深さは、該接続層の厚さよりも小さいことを特徴とする方法。

Images