JP6146617B2 - 二次電池の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ガスケットに対して積層された内部端子と外部端子とをかしめ加工により凝着固定する二次電池の製造方法に関する。

従来、リチウムイオン二次電池などの二次電池においては、電池ケースの内部に配置された内部端子と、電池ケースの外部に配置された外部端子とを、ガスケットに対して積層した状態でかしめ加工することにより、前記内部端子と外部端子とを接続することが行われている。

例えば特許文献１に記載の二次電池においては、内部端子である集電端子、ガスケット、ケース、絶縁樹脂、および外部端子を順に積層した状態で、集電端子の一部をこれらの部材に貫通させてケースの外方に突出させ、この集電端子の突出部を、かしめ工具を用いて突出方向から押圧して径方向に拡張するように変形させて、かしめ部を形成するかしめ加工を行うことにより、集電端子と外部端子とを接続している。

前述のように形成された集電端子のかしめ部と外部端子との当接面は、圧縮されたガスケットの作用により密着して互いに凝着固定されており、これにより集電端子と外部端子とが電気的に導通されている。
この場合、集電端子と外部端子との導通抵抗を低い値に保持するためには、集電端子と外部端子との当接面が互いに新生面（表面の酸化膜が除去されることにより露出する新たな金属面）であることが好ましい。

しかし、集電端子の突出部をかしめ工具により押圧してかしめ部を形成する際に、集電端子における外部端子との当接面、および外部端子における集電端子との当接面に形成されている酸化膜を除去して新生面を露出させ、新生面同士を凝着させるためには、集電端子の突出部と外部端子との当接面とが共に平面状に形成されているため、かしめ工具の突出部に対して負荷する荷重を大きくする必要がある。
かしめ工具から負荷される荷重は、集電端子および外部端子とともにかしめられるガスケットにも伝達されるため、前記荷重を大きくするとガスケットに割れが発生して、集電端子と外部端子との密着状態を保持できなくなり、集電端子と外部端子との導通抵抗を保証することが困難になるおそれがある。
一方、かしめ工具から負荷される荷重を、ガスケットに割れが発生しない程度の大きさに設定すると、集電端子と外部端子との当接面に新生面が十分に露出しなくなり、新生面同士を凝着させることが困難となる。

このようなことから、特許文献１に記載の二次電池においては、かしめ工具から負荷される荷重を、ガスケットに割れが発生しない程度の大きさに設定してかしめ加工を行った後に、集電端子と外部端子との接続を確実なものとするために、加圧ツールによりかしめ部を加圧しながら、かしめ部と外部端子との間に通電して、かしめ部と外部端子との当接部を通電熱にて軟化させることにより、かしめ部と外部端子とを接合している。
さらに、従来においては、かしめ加工後に、かしめ部と外部端子とをレーザ溶接にて接合することにより、集電端子と外部端子との接続を確実なものとすることも行われている。

特開２０１３−１６１６２９号公報

しかし、前述のように、集電端子と外部端子との接続を確実なものとするために、かしめ加工後にかしめ部と外部端子との間に通電する構成や、かしめ部と外部端子とをレーザ溶接にて接合する構成では、通電装置やレーザ溶接装置等の高価な設備を導入したり、かしめ工程に加えてかしめ部と外部端子との接合工程が必要になったりして、二次電池の製造工程が煩雑かつ高コスト化していた。

そこで、本発明においては、内部端子と外部端子とのかしめ工程において、ガスケットに割れが生じない低荷重の負荷であっても、内部端子と外部端子との当接面に新生面を露出させて、新生面同士の凝着固定を実現することができ、簡略化した製造工程にて低コストで二次電池を製造することが可能な、二次電池の製造方法を提供するものである。

上記課題を解決する二次電池の製造方法は、以下の特徴を有する。
即ち、請求項１記載の如く、電池ケースの内部に配置された内部端子と、電池ケースの外部に配置された外部端子とを、ガスケットに対して積層した状態でかしめ加工することにより、前記内部端子と外部端子とを接続する二次電池の製造方法であって、前記内部端子の前記外部端子に対する当接面である内部端子側当接面、または前記外部端子の前記内部端子に対する当接面である外部端子側当接面に、凹部を形成し、前記内部端子側当接面と外部端子側当接面とが密着する方向、かつ前記ガスケットが圧縮される方向に向けて荷重を負荷して、前記内部端子と外部端子とのかしめ加工を行う。

本発明によれば、内部端子と外部端子とのかしめ工程において、ガスケットに割れが生じない低荷重の負荷であっても、内部端子と外部端子との当接面に新生面を露出させて、新生面同士の凝着固定を実現することができ、簡略化した製造工程にて低コストで二次電池を製造することが可能である。

二次電池を示す側面断面図である。 外部端子とリベットとのかしめ部を示す側面断面図である。 外部端子を示す斜視図である。 外部端子におけるリベット貫通孔の周縁部に形成された凹溝および放射溝を示す平面図である。 外部端子におけるリベット貫通孔の周縁部に形成された凹溝および放射溝を示す側面断面図である。 かしめ加工方法を示す側面断面図である。 かしめ加工されたリベットのかしめ部が、凹溝および放射溝に入り込んだ様子を示す側面断面図である。

次に、本発明を実施するための形態を、添付の図面を用いて説明する。

図１に示す二次電池１は非水電解液二次電池に構成されており、巻回型の電極体３および電解液を電池ケース２に封入して構成されている。
電池ケース２は、一面（上面）が開口した有底角筒形状のケース本体２１と、平板状に形成されケース本体２１の開口部を閉塞する蓋体２２とで構成され、蓋体２２の長手方向一端部(図１における左端部)には正極側の外部接続端子である正極端子４ａが設けられ、蓋体２２の長手方向他端部(図１における右端部)には負極側の外部接続端子である負極端子４ｂが設けられている。

正極端子４ａは、正極端子４ａと同様に電池ケース２の外部に配置される外部端子５に接続されている。
電池ケース２の内部においては、電極体３の正極３ａが、正極側集電端子９ａを介してリベット６に接続されている。正極３ａに接続されるリベット６は、電池ケース２の内部に配置される内部端子である。
正極端子４ａに接続される外部端子５と、正極３ａに接続されるリベット６とは、かしめ加工により、互いに接続されるとともに蓋体２２に固定されている。

負極端子４ｂは、負極端子４ｂと同様に電池ケース２の外部に配置される外部端子５に接続されている。
電池ケース２の内部においては、電極体３の負極３ｂが、負極側集電端子９ｂを介してリベット６に接続されている。負極に接続されるリベット６は、電池ケース２の内部に配置される内部端子である。
負極端子４ｂに接続される外部端子５と、負極３ｂに接続されるリベット６とは、かしめ加工により、互いに接続されるとともに蓋体２２に固定されている。

図２に示すように、リベット６は、略円板形状に形成される大径部６ａと、大径部６ａに連続して形成され大径部６ａよりも小径の軸状部材である軸部６ｂとを備えており、軸部６ｂの先端部はかしめ部６ｃに構成されている。
大径部６ａは電池ケース２の内部に配置されており、軸部６ｂは大径部６ａから電池ケース２の外方へ向けて延出し、かしめ部６ｃは電池ケース２の外部に位置している。かしめ部６ｃには、先端側面から大径部６ａ側へ向けて凹陥する穴部が形成されている。前記穴部は大径部６ａ側へいくに従って縮径する略円錐形状に形成されている。
リベット６は、アルミニウムや銅等を素材として形成される。

リベット６の大径部６ａと蓋体２２との間にはガスケット８が配置され、外部端子５と蓋体２２との間には上側絶縁部材７が配置されている。軸部６ｂは、ガスケット８、蓋体２２、上側絶縁部材７、および外部端子５に形成された孔を、電池ケース２の内部側から外部側へ貫通しており、かしめ部６ｃが外部端子５に対してかしめられている。

つまり、大径部６ａ、ガスケット８、蓋体２２、上側絶縁部材７、および外部端子５が電池ケース２の内部側から外部側へ向けて積層された状態で、かしめ部６ｃをかしめることにより、ガスケット８、蓋体２２、上側絶縁部材７、および外部端子５を、大径部６ａとかしめ部６ｃとにより挟持して、ガスケット８、上側絶縁部材７、および外部端子５をリベット６とともに蓋体２２に一体的に固定している。
これにより、リベット６のかしめ部６ｃと外部端子５とが密着し、リベット６と外部端子５とが電気的に接続されて導通している。

上側絶縁部材７は、外部端子５と蓋体２２との間、および、正極端子４ａまたは負極端子４ｂと蓋体２２との間を絶縁するための部材である。
また、ガスケット８は、リベット６と蓋体２２の間をシールするとともに絶縁するための部材であり、例えば弾性を有する樹脂部材にて構成されている。ガスケット８は、リベット６のかしめ部６ｃからの圧縮力が作用することにより圧縮されており、これによりリベット６と蓋体２２の間の気密性が確保されている。従って、かしめ部６ｃのかしめ部分から電池ケース２内に水分が浸入することを防止可能となっている。

図３に示すように、外部端子５は、側面視略Ｚ字形状に屈曲した平板端子であり、長手方向の一端部に正極端子４ａまたは負極端子４ｂが貫通する接続端子貫通孔５１が形成され、長手方向の他端部にリベット６の軸部６ｂが貫通するリベット貫通孔５２が形成されている。外部端子５の表面、接続端子貫通孔５１の内周面、およびリベット貫通孔５２の内周面には、錫メッキ膜が形成されている。

図４、図５に示すように、リベット貫通孔５２は、外部端子５における蓋体２２側の面からかしめ部６ｃがかしめられる側の面にかけて貫通しており、リベット貫通孔５２の内周面におけるかしめ部６ｃ側の端部は、リベット貫通孔５２の内径がかしめ部６ｃ側へいくに従って拡径するテーパ面５２ａに形成されている。
テーパ面５２ａには、周方向に沿った凹溝５２ｂが全周にわたって形成されている。凹溝５２ｂはリベット貫通孔５２と同心状に配置されている。テーパ面５２ａに形成される凹溝５２ｂは、側面断面視において、リベット貫通孔５２の軸方向に沿って形成される側面と前記軸方向と直交する方向に沿って形成される底面とを備えている。

また、外部端子５におけるかしめ部６ｃがかしめられる側の面（外部端子５のかしめ部６ｃに対する当接面である外部端子側当接面）には、リベット貫通孔５２の周縁部から、リベット貫通孔５２の径方向外側へ向けて放射溝５２ｃが形成されている。放射溝５２ｃは、リベット貫通孔５２の周方向に沿って複数形成されており、各放射溝５２ｃは周方向に沿って等間隔に配置されている。
複数の放射溝５２は、全体的に、リベット貫通孔５２の中心側から半径方向外側へ向かって放射状に延出している。

次に、積層状態にあるリベット６の大径部６ａ、ガスケット８、蓋体２２、上側絶縁部材７、および外部端子５を、かしめ部６ｃによりかしめ加工する際の加工方法について説明する。
図６（ａ）に示すように、前記かしめ加工を行う際には、まず、リベット６の軸部６ｂに、ガスケット８、蓋体２２、上側絶縁部材７、および外部端子５を貫装し、軸部６ｂの先端に形成されるかしめ部６ｃを外部端子５のリベット貫通孔５２から突出させる。この状態では、リベット６の大径部６ａ、ガスケット８、蓋体２２、上側絶縁部材７、および外部端子５が積層された状態となっている。

リベット６の軸部６ｂに、ガスケット８、蓋体２２、上側絶縁部材７、および外部端子５を貫装した後、外部端子５を、押圧部材Ｐによりリベット６の大径部６ａ側へ押圧する。このように、外部端子５を押圧することで、外部端子５と大径部６ａとの間に介在されるガスケット８が外部端子５の押圧方向に圧縮され、ガスケット８には軸部６ｂ方向にその弾性反力が生じる。

次に、図６（ｂ）に示すように、リベット６のかしめ部６ｃを、かしめ工具Ｔにより先端側から大径部６ａ側へ向けて押圧して、かしめ部６ｃを径方向に拡張するように変形させる。
かしめ工具Ｔのかしめ部６ｃに対する当接面は、例えばかしめ部６ｃ側へ凸となる円錐形状に形成されており、かしめ工具Ｔにおける円錐形状の頂点をかしめ部６ｃの穴部に圧接した状態で、かしめ工具Ｔを回転させることにより、かしめ部６ｃを変形させる。
かしめ工具Ｔにより拡径方向に変形されるかしめ部６ｃは、その外周面が外部端子５に密着してかしめられる。

このように、かしめ工具Ｔに押圧されるかしめ部６ｃは、外部端子５に密着しつつ変形するが、外部端子５のリベット貫通孔５２の周縁部においては、図７に示すように、密着するかしめ部６ｃが凹溝５２ｂおよび放射溝５２ｃの部分で局所的に変形して、凹溝５２ｂおよび放射溝５２ｃに入り込むこととなる。かしめ部６ｃの凹溝５２ｂおよび放射溝５２ｃへ入り込むように変形した部分では、表面に形成される酸化膜が破れて新生面が露出する。

一方、外部端子５における凹溝５２ｂおよび放射溝５２ｃの表面には錫メッキ膜が形成されているが、錫メッキ膜の表面に形成されている酸化膜は脆いため、変形するかしめ部６ｃが圧接することにより容易に破れて、凹溝５２ｂおよび放射溝５２ｃの表面においては錫メッキ膜の新生面が露出する。
また、錫メッキ膜は柔らかいため、かしめ部６ｃの新生面が露出した部分に容易に浸入して、かしめ部６ｃの新生面と錫メッキ膜の新生面とが接触し、凝着することとなる。

このように、かしめ部６ｃを外部端子５に対してかしめ加工する際に、リベット貫通孔５２の周縁部に凹溝５２ｂおよび放射溝５２ｃを形成しておくことで、かしめ部６ｃの新生面と外部端子５の新生面とを容易に凝着させることができ、かしめ部６ｃと外部端子５との接続を強固にするとともに、リベット６と外部端子５との間の導通抵抗を低い値に保持することが可能となっている。
この場合、凹溝５２ｂおよび放射溝５２ｃにより、かしめ部６ｃおよび外部端子５に新生面を容易に露出させることができるため、かしめ部６ｃに対して負荷するかしめ工具Ｔの荷重を、ガスケット８に割れが生じない程度の大きさ以下に小さくすることができ、リベット６と外部端子５との接続信頼性を向上することが可能である。
また、リベット６のかしめ加工後に、通電加熱やレーザ溶接等を行うことなくリベット６と外部端子５とを確実に接合することができるため、簡略化した製造工程にて低コストで二次電池１を製造することが可能となっている。

特に、かしめ部６ｃが放射溝５２ｃへ入り込むように変形することで、外部端子５がリベット６に対して軸部６ｂを中心として回転しようとした際に、当該放射溝５２ｃへ入り込むように変形した部分が抵抗となって、外部端子５がリベット６に対して回転することが規制される。これにより、例えばバスバーを正極端子４ａまたは負極端子４ｂに締結する際に、外部端子５に締結トルクがかかった場合でも、リベット６と外部端子５との間に凝着剥がれが発生することを防止でき、リベット６と外部端子５との間の導通抵抗を低い値に保持することが可能となっている。

また、リベット貫通孔５２の周方向に沿って形成される凹溝５２ｂの部分においては、放射溝５２ｃの部分よりも、かしめ部６ｃの局所的な変形が大きくなるため、かしめ部６ｃにおける新生面の露出範囲を大きくすることができ、リベット貫通孔５２の周縁部におけるリベット６と外部端子５との凝着面積を大きくすることができる。

また、かしめ部６ｃがかしめられる際には、圧縮されたガスケット８の弾性反力により
外部端子５とかしめ部６ｃとの密着度合いが高まり、両者間の凝着強度が向上することとなる。
さらに、電池ケース２の蓋部２２における、リベット６の軸部６ｂが貫通する孔の周縁部には、大径部６ａ側へ突出する突起２２ａが形成されており、突起２２ａが形成された部分では、他の部分よりもガスケット８の圧縮度合いが高くなっている。従って、外部端子５のリベット貫通孔５２の周縁部におけるかしめ部６ｃに対する密着度合いが特に高められており、かしめ部６ｃが放射溝５２ｃへ入り込むことを確実にしている。
なお、蓋部２２に形成される突起２２ａは、蓋部２２における軸部６ｂが貫通する孔の全周にわたって形成することができる。

また、本実施形態においては、外部端子５に凹溝５２ｂと放射溝５２ｃとの両方を形成したが、これに限るものではなく、二次電池１が必要とする耐久性の程度によっては、放射溝５２ｃのみを形成した場合でも、外部端子５とリベット６との間の凝着力を十分に得ることが可能となる。

また、本実施形態では、凹溝５２ｂや放射溝５２ｃ等の凹部は、外部端子５のかしめ部６ｃに対する当接面に形成されているが、これに限るものではなく、かしめ部６ｃにおける外部端子５に対する当接面である内部端子側当接面（かしめ部６ｃの外周面）に凹部を形成することも可能である。つまり、かしめ部６ｃの外周面に凹部を形成することによっても、外部端子５とリベット６との新生面同士を容易に凝着させることが可能となる。

また、本実施形態では、外部端子５の表面、接続端子貫通孔５１の内周面、およびリベット貫通孔５２の内周面に錫メッキ膜を形成しているが、これに限るものではなく、外部端子５の表面、接続端子貫通孔５１の内周面、およびリベット貫通孔５２の内周面に形成する金属メッキ膜としては、銀メッキ膜や金メッキ膜を適用することも可能である。
このように、銀メッキ膜や金メッキ膜を、外部端子５の表面、接続端子貫通孔５１の内周面、およびリベット貫通孔５２の内周面に形成した場合、銀メッキ膜や金メッキ膜は錫メッキ膜と同様に柔らかいため、微小な変形で表面の酸化膜が破れて、容易に新生面が露出することとなる。
さらに、銀メッキ膜や金メッキ膜の場合は、常温、常圧では酸化しないため、表面に酸化膜が形成されない点が有利である。

１ 二次電池
２ 電池ケース
３ 電極体
３ａ 正極
３ｂ 負極
４ａ 正極端子
４ｂ 負極端子
５ 外部端子
６ リベット
６ａ 大径部
６ｂ 軸部
６ｃ かしめ部
７ 上側絶縁部材
８ ガスケット
２１ ケース本体
２２ 蓋体
５２ リベット貫通孔
５２ａ テーパ面
５２ｂ 凹溝
５２ｃ 放射溝

Claims (2)

1. 電池ケースの内部に配置された内部端子と、電池ケースの外部に配置された外部端子とを、ガスケットに対して積層した状態でかしめ加工することにより、前記内部端子と外部端子とを接続する二次電池の製造方法であって、
   前記外部端子に前記内部端子を挿通させる貫通孔が形成されているとともに、
   前記外部端子の前記内部端子に対する当接面である外部端子側当接面に、前記貫通孔の周縁部に沿った周状の凹溝と、前記貫通孔の周縁部から前記貫通孔の径方向外側へ向けて放射状に延出する複数の放射溝とが形成されており、
   前記内部端子側当接面と外部端子側当接面とが密着する方向、かつ前記ガスケットが圧縮される方向に向けて荷重を負荷して、前記内部端子と外部端子とのかしめ加工を行う、
   ことを特徴とする二次電池の製造方法。
2. 電池ケースの内部に配置された内部端子と、電池ケースの外部に配置された外部端子とを、ガスケットに対して積層した状態でかしめ加工することにより、前記内部端子と外部端子とを接続する二次電池の製造方法であって、
   前記内部端子の前記外部端子に対する当接面である内部端子側当接面に凹部を形成し、
   前記内部端子側当接面と外部端子側当接面とが密着する方向、かつ前記ガスケットが圧縮される方向に向けて荷重を負荷して、前記内部端子と外部端子とのかしめ加工を行う、
   ことを特徴とする二次電池の製造方法。

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