JP6442975B2 - 端子間接続体及び蓄電装置 - Google Patents

Description

本発明は、蓄電素子の電極端子間を接続する端子間接続体、及び、複数の蓄積素子が端子間接続体によって接続された蓄電装置に関する。

複数の蓄電素子の互いに異極となる電極端子同士を、端子間接続体（バスバー）で直列に接続することによって、高い出力電圧を有する蓄電装置を構成することができる。

しかしながら、例えば、リチウムイオン二次電池のように、正極端子及び負極端子が異なる金属で構成されている場合、単一の金属からなる端子間接続体を用いて、正負の電極端子間を接続すると、異種金属同士の接続が生じる。この場合、互いの金属の融点や比熱が違う等の理由により、異種金属同士を溶接によって接合することは難しい。

このような問題を解決するために、特許文献１には、正極端子と同種の金属からなる第１の板片と、負極端子と同種の金属からなる第２の板片とを互いに重ね合わせ、その重ね合わせた部位を、摩擦攪拌溶接によって接合した端子間接続体が記載されている。これにより、端子間接続体を構成する各板片を、同種金属同士の接続となるように、正極端子及び負極端子に配置することによって、同種金属同士の溶接が可能となる。その結果、正極端子及び負極端子の接続が容易になる。また、正極端子と端子間接続体との間、及び負極端子と端子間接続体との間の抵抗が小さくなる。

特開２０１１−８２１６４号公報

本発明の主な目的は、電極端子を有する蓄電素子を直列接続するに当たって、端子間を容易に接続することができる新規な構成の端子間接続体を提供することにある。

本発明に係る端子間接続体は、第１の蓄電素子の第１の電極端子と、第２の蓄電素子の第２の電極端子とを接続する端子間接続体であって、第１の金属からなる第１の板片と、第２の金属からなる第２の板片とを有し、第１の板片と第２の板片とは、少なくともその一部が互いに重なり合う部位を有する。第１の板片は、重なり合う部位において、第２の板片に突出する凸部を有し、第２の板片は、凸部に嵌合する凹部を有し、さらに、凸部は、凹部に嵌合された部位の少なくとも一部が拡径されている。

ある好適な実施形態において、第１の板片と第２の板片とが互いに重なり合う部位において、第１の板片と第２の板片との間に、電食防止層が配置されており、第１の板片の凸部は、第２の板片の凹部に、電食防止層を介して嵌合されている。

本発明に係る蓄電装置は、複数の蓄電素子を備え、各々の蓄電素子の互いに異極となる電極端子同士は、上記端子間接続体によって接続されている。

本発明によれば、蓄電素子の端子間を容易に接続することができる端子間接続体を提供することができる。

本発明の一実施形態における端子間接続体を用いて、複数の蓄電素子を直列接続した蓄電装置の構成を模式的に示した斜視図である。 本実施形態における電池の構成を模式的に示した展開図である。 （ａ）〜（ｃ）は、本実施形態における端子間接続体の構成を模式的に示した図である。 （ａ）〜（ｄ）は、第１の板片及び第２の板片を、クリンチかしめにより接合する方法を示した図である。 （ａ）、（ｂ）は、本発明の他の実施形態における端子間接続体の構成を模式的に示した図である。 （ａ）〜（ｃ）は、本発明における端子間接続体の他の態様を模式的に示した断面図である。 本発明における端子間接続体の変形例を模式的に示した図である。 （ａ）、（ｂ）は、端子間接続体を、正負の電極端子に接続する態様の一例を示した部分拡大図である。 （ａ）、（ｂ）は、本発明における端子間接続体の変形例を模式的に示した図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。また、本発明の効果を奏する範囲を逸脱しない範囲で、適宜変更は可能である。

図１は、本発明の一実施形態における端子間接続体を用いて、複数の蓄電素子を直列接続した蓄電装置の構成を模式的に示した斜視図である。なお、本実施形態では、蓄電素子として、リチウムイオン二次電池を例に説明するが、本発明は、これに限定されず、非水電解質二次電池等の二次電池、一次電池、及び電気二重層キャパシタ等にも適用することができる。

図１に示すように、本実施形態における蓄電装置（組電池）１は、複数のリチウムイオン二次電池（以下、単に「電池」という）１０を備え、隣接する電池１０の正極端子１１と負極端子１２とが、端子間接続体２０を介して直列に接続されている。

図２は、本実施形態における電池１０の構成を模式的に示した展開図である。

図２に示すように、本実施形態における電池１０は、発電要素１６を収容する電池ケース１７と、この電池ケース１７の開口部を塞ぐ蓋１３とを備えている。発電要素１６は、図示しない正極板と負極板とがセパレータを介して扁平状に捲回された構成をなしている。正極板は、正極集電体１４を介して、蓋１３に突設された正極端子（第１の電極端子）１１に接続され、負極板は、負極集電体１５を介して、蓋１３に突設された負極端子（第２の電極端子）１２に接続されている。正極端子１１は、例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金からなり、負極端子１２は、例えば、銅又は銅合金からなる。

図３（ａ）〜（ｃ）は、本実施形態における端子間接続体２０の構成を模式的に示した図で、図３（ａ）は展開図、図３（ｂ）は斜視図、図３（ｃ）は図３（ｂ）のＩＩＩｃ−ＩＩＩｃに沿った断面図である。

本実施形態における端子間接続体２０は、図１に示したように、隣接する電池１０の正極端子１１と負極端子１２とを接続するものである。

図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、端子間接続体２０は、第１の金属からなる第１の板片２１と、第２の金属からなる第２の板片２２とを有し、第１の板片２１と第２の板片２２とは、それぞれ、少なくともその一部が互いに重なり合う部位２１ａ、２２ａを有している。ここで、第１の金属は、電池１０の正極端子１１と同種の材料を含み、第２の金属は、電池１０の負極端子１２と同種の材料を含む。例えば、正極端子１１がアルミニウム又はアルミニウム合金からなる場合、第１の板片２１は、アルミニウム又はアルミニウム合金からなり、負極端子１２が銅又は銅合金からなる場合、第２の板片２２は、銅又は銅合金からなる。なお、「同種の材料」とは、材料中の金属元素の組成が完全に同一であることは要求されず、主たる金属元素が同一の材料であることを意味する。

図３（ａ）に示すように、第１の板片２１の部位２１ａは、他の部分よりも厚みが薄く、第１の板片２１の下面で段差を有している。また、第２の板片２２の部位２２ａは、他の部分よりも厚みが薄く、第２の板片２２の上面で段差を有している。これにより、図３（ｂ）に示すように、第１の板片２１の部位２１ａと、第２の板片２２の部位２２ａとが、領域Ａにおいて、重なり合った状態で、第１の板片２１及び第２の板片２２の両面における境界は、面一になっている。

本実施形態における第１の板片２１及び第２の板片２２は、図３（ｂ）、（ｃ）に示すように、第１の板片２１の部位２１ａと第２の板片２２の部位２２ａとが重なり合った領域Ａで、クリンチかしめにより接合されている。これにより、図３（ｃ）に示すように、第１の板片２１は、重なり合う部位２１ａにおいて、第２の板片２２に突出する凸部３１を有し、第２の板片２２は、重なり合う部位２２ａにおいて、凸部３１に嵌合する凹部３２を有している。また、第１の板片２１は、凸部３１が形成された面と反対側の面において、凸部３１と対応する位置に凹部３０が形成されている。さらに、凸部３１は、凹部３２に嵌合された部位の少なくとも一部が、かしめによって拡径されている。

図４（ａ）〜（ｄ）は、第１の板片２１及び第２の板片２２を、クリンチかしめにより接合する方法を示した図である。

図４（ａ）に示すように、ダイ５０の上に、第１の板片２１及び第２の板片２２を重ねた状態で載せた後、図４（ｂ）に示すように、ポンチ４０の先端部４１が、ダイ５０の底面５１に達するまで押し込む。これにより、第１の板片２１及び第２の板片２２は、深絞り加工され、その結果、第１の板片２１には、第２の板片２２に突出する凸部３１が、第２の板片２２には、凸部３１に嵌合する凹部３２が形成される。さらに、図４（ｃ）に示すように、凸部３１の先端部が径方向外方に拡径されるようにかしめ加工される。そして、図４（ｄ）に示すように、ポンチ４０及びダイ５０を元の位置に戻して、クリンチかしめによる接合が完成する。

本実施形態によれば、端子間接続体２０を構成する第１の板片２１及び第２の板片２２を、同種金属同士の接続となるように、電池１０の正極端子１１及び負極端子１２に配置することによって、同種金属同士の溶接が可能となる。これにより、隣接する電池１０を、端子間接続体２０によって強固に接続することができ、信頼性の高い蓄電装置を実現することができる。

また、端子間接続体２０は、第１の板片２１及び第２の板片２２が互いに重なり合う部位２１ａ、２２ａが、冷間加工によるクリンチかしめ接合によって接合されている。摩擦攪拌接合では、溶融した第１の板片２１及び第２の板片２２の一部が、溶融した状態で撹拌されるため、接合部の表面に第１の板片２１及び第２の板片２２の双方が露出するおそれがある。本実施形態では、接合部の表面に第１の板片２１及び第２の板片２２の双方が露出するおそれが生じない。従って、接合部の表面に水滴が介在することによって、端子間接続体２０に電食が発生するおそれもない。

また、図３（ｂ）、（ｃ）に示すように、本実施形態における端子間接続体２０は、第１の板片２１及び第２の板片２２の境界に段差や隙間が生じにくい構造になっている。そのため、異種金属間に水滴が介在することによって、端子間接続体２０に電食が発生するのを抑制することができる。

図５（ａ）、（ｂ）は、本発明の他の実施形態における端子間接続体２０の構成を模式的に示した図で、図５（ａ）は展開図、図５（ｂ）は断面図である。

図５（ａ）に示すように、第１の板片２１と第２の板片２２とが互いに重なり合う部位２１ａ、２２ａにおいて、第１の板片２１と第２の板片２２との間に、電食防止層６０が配置されている。そして、図５（ｂ）に示すように、第１の板片２１、電食防止層６０、及び第２の板片２２からなる３層が、図３（ｃ）に示したのと同様の方法で、クリンチかしめにより接合されている。これにより、第１の板片２１の凸部３１は、第２の板片２２の凹部３２に、電食防止層６０を介して嵌合される。

ここで、電食防止層６０の材料は、特に限定されないが、第１の板片２１及び第２の板片２２を構成する金属とのイオン化傾向の差が小さい金属を用いることが好ましい。具体的には、ニッケル、スズ、クロム等の金属又はそれらの合金を用いることができる。また、カーボン等の導電性を有する非金属材料を用いてもよい。

本実施形態によれば、第１の板片２１、電食防止層６０、及び第２の板片２２が、冷間加工によるクリンチかしめ接合によって接合されているため、電食防止層６０に用いる材料の種類を問わず、容易に接合することができる。特に、電食防止層６０として、カーボン等の非金属材料を用いる場合には、抵抗溶接や摩擦攪拌溶接等の他の方法では、異種金属間に非金属層を配したまま接合することは困難である。

本実施形態によれば、異種金属からなる第１の板片２１及び第２の板片２２が互いに重なり合う部位２１ａ、２２ａに電食防止層６０を配置しているため、異種金属間に水滴が介在することによって電食が発生するのを効果的に抑制することができる。

ところで、金属材料を用いた電食防止層６０を間に介した状態で第１の板片２１及び第２の板片２２を接合する場合、抵抗溶接や摩擦撹拌溶接等の方法を用いることができる。しかし、電食防止層６０が溶融又は損傷する結果、第１の板片２１と第２の板片２２とが接触する。このため、第１の板片２１と第２の板片２２との間で生じる電食を効果的に抑制することは困難である。

本実施形態において、電食防止層６０は、予め、第１の板片２１及び／又は第２の板片２２の表面に、メッキ層として形成しておいてもよい。また、電食防止層６０としてカーボンを用いる場合には、電食防止層６０は、予め、第１の板片２１又は第２の板片２２の表面に、カーボンコートした被膜として形成しておいてもよい。

なお、電食防止層６０として、第１の板片２１及び／又は第２の板片２２の表面にメッキ層を形成する場合、抵抗溶接や擦攪拌溶接等の他の方法では、メッキ層が壊れてしまうため、電食防止の効果を十分に発揮することができない。

図６（ａ）〜（ｃ）は、本発明における端子間接続体２０の他の態様を模式的に示した断面図である。

図６（ａ）に示した端子間接続体２０は、第２の板片２２に形成された凹部３２の第１の板片２１と反対側の面が平坦になっている。これにより、端子間接続体２０は、厚み方向において突出する部位を有さないため、複数の電池を端子間接続体２０で接続して蓄電装置を構成したとき、蓄電装置の外形寸法を増加させることはない。なお、図６（ａ）に示した端子間接続体２０は、図３（ｃ）に示した端子間接続体２０に対して、第２の板片２２の凹部３２を、表面が平坦なダイで第１の板片２１の方向に押圧することによって形成することができる。

図６（ｂ）に示した端子間接続体２０は、図３（ｃ）に示した端子間接続体２０において、第１の板片２１に形成された凹部３０が、樹脂等の埋込材７０によって埋め込まれている。これにより、凹部３０に水滴が付着するのを防ぐことができるため、端子間接続体２０が電食するのを抑制することができる。

図６（ｃ）に示した端子間接続体２０は、第１の板片２１の端部及び第２の板片２２の端部が互いに重なり合った部位が、クリンチかしめにより接合されている。図３（ｃ）に示した端子間接続体２０では、第１の板片２１及び第２の板片２２のそれぞれ厚みが薄くなった部位２１ａ、２２ａを重ね合わす際に、位置合わせの工程が必要となるが、本態様における端子間接続体２０は、そのような位置合わせの工程を省略することができる 。

図７は、本発明における端子間接続体２０の変形例を模式的に示した図である。図７に示すように、本実施形態における端子間接続体２０は、第１の板片２１及び第２の板片２２が、それぞれ、電池１０の互いに異極となる電極端子、すなわち、正極端子１１及び負極端子１２と一体的に形成されている。

図７に示すように、正極端子１１から延出した第１の板片２１、及び負極端子１２から延出した第２の板片２２は、電池１０が隣接して配置されたとき、互いに重なり合う部位２１ａ、２２ａを有している。そして、当該部位２１ａ、２２ａにおいて、図３（ｃ）に示したのと同様の方法で、第１の板片２１及び第２の板片２２が、クリンチかしめにより接合されている。

なお、本実施形態において、正極端子１１及び負極端子１２から延出する第１の板片２１及び第２の板片２２の形状は、隣接する電池１０の配置状態によって、適宜決めればよい。

本発明において、複数の電池１０を備えた蓄電装置１は、図１に示したように、各々の電池１０の互いに異極となる電極端子１１、１２同士が、端子間接続体２０によって接続されている。

図８（ａ）、（ｂ）は、端子間接続体２０を、正負の電極端子１１、１２に接続する態様の一例を示した部分拡大図である。

図８（ａ）に示した態様では、端子間接続体２０は、第１の板片２１及び第２の板片２２が重なり合う部位において、第２の板片２２の凹部３２が形成された面Ｓが、電池１０側に向けられて設置されている。これにより、端子間接続体２０が、正負の電極端子１１、１２に接続された態様において、端子間接続体２０は、その厚み方向において、電池１０と反対方向に突出する部位を有さないため、蓄電装置１の外形寸法（高さ）が増加することはない。

図８（ｂ）に示した態様では、蓄電装置１が設置された状態で、端子間接続体２０は、第１の板片２１及び第２の板片２２が重なり合う部位において、第２の板片２２の凹部３２が形成された面Ｓが、矢印で示す重力方向Ｇと反対側になるように設置されている。すなわち、第１の板片２１の凸部３１と対応する位置に形成された凹部３０は、重力方向Ｇに向いて配置されている。これにより、蓄電装置１が設置された状態において、第１の板片２１に形成された凹部３０に水滴が付着するのを防ぐことができるため、端子間接続体２０が電食するのを抑制することができる。

図９（ａ）、（ｂ）は、端子間接続体２０の参考例を模式的に示した図で、図９（ａ）が平面図、図９（ｂ）は、ＩＸｂ−ＩＸｂに沿った断面図である。

図３（ｂ）に示した端子間接続体２０は、第１の板片２１及び第２の板片２２が、領域Ａにおいて、厚み方向に互いに重なり合う部位２１ａ、２２ａを有している。これに対して、図９（ａ）、（ｂ）に示す端子間接続体２０は、第１の板片２１及び第２の板片２２が、領域Ａにおいて、幅方向に互いに重なり合う部位を有している。そして、第１の板片２１は、幅方向に重なり合う部位において、第２の板片２２に突出する凸部３１を有し、第２の板片２２は、凸部３１に嵌合する凹部３２を有している。そして、凸部３１は、凹部３２に嵌合された部位の少なくとも一部が拡幅されている。

本参考例における端子間接続体２０は、第１の板片２１及び第２の板片２２が、拡幅された凸部３１と凹部３２との嵌合により接合されているため、第１の板片２１と第２の板片２２との接合を強固なものにすることができる。

また、本参考例における端子間接続体２０は、第１の板片２１と第２の板片２２との境界に段差や隙間が生じにくい構造になっている。そのため、異種金属間に水滴が介在することによって電食が発生するのを抑制することができる。

さらに、本参考例における端子間接続体２０は、第１の板片２１の凸部３１が、第２の板片２２の凹部３２に、電食防止層を介して嵌合された構成にすることもできる。これにより、異種金属間に水滴が介在することによって電食が発生するのを効果的に抑制することができる。

以上、本発明を好適な実施形態により説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、もちろん、種々の改変が可能である。

例えば、上記実施形態では、第１の板片２１及び第２の板片２２が互いに重なり合う部位２１ａ、２２ａを、冷間加工によるクリンチかしめによって接合したが、予め、図３（ｃ）に示すような凸部３１が形成された第１の板片２１と、凹部３２が形成された第２の板片２２とを用意し、第１の板片２１の凸部３１に第２の板片２２の凹部３２を嵌合させた後、第１の板片２１の凸部３１の先端部をかしめることによって接合してもよい。

また、上記実施形態において、端子間接続体２０を構成する第１の板片２１及び第２の板片２２を、電池１０の正極端子１１及び負極端子１２に、それぞれ溶接により接合したが、例えば、両者をボルト等で締結してもよい。

また、上記実施形態では、第１の板片２１及び第２の板片２２が互いに重なり合う部位２１ａ、２２ａにおいて、１箇所をクリンチかしめにより接合したが、複数箇所をクリンチかしめにより接合してもよい。

１０ リチウムイオン二次電池（蓄電素子）
１１ 正極端子（第１の電極端子）
１２ 負極端子（第２の電極端子）
１３ 蓋
１４ 正極集電体
１５ 負極集電体
１６ 発電要素
１７ 電池ケース
２０ 端子間接続体
２１ 第１の板片
２１ａ 部位
２２ 第２の板片
２２ａ 部位
３０ 凹部
３１ 凸部
３２ 凹部
４０ ポンチ
５０ ダイ
６０ 電食防止層
７０ 埋込材

Claims (5)

1. 第１の蓄電素子の第１の電極端子と、第２の蓄電素子の第２の電極端子とを接続する端子間接続体を備えた蓄電装置であって、
   互いに異極となる前記第１の電極端子と前記第２の電極端子とは、前記端子間接続体によって接続され、
   前記端子間接続体は、
   第１の金属からなる第１の板片と、第２の金属からなる第２の板片とを有し、
   前記第１の板片と前記第２の板片とは、少なくともその一部が互いに重なり合う部位を有し、
   前記第１の板片は、前記重なり合う部位おいて、前記第２の板片に突出する凸部を有し、
   前記第２の板片は、前記凸部に嵌合する凹部を有し、
   前記凸部は、前記凹部に嵌合された部位の少なくとも一部が拡径されており、
   前記端子間接続体は、
   前記重なり合う部位において、前記凹部が形成される第２の板片が位置する側の面が、前記第１の蓄電素子及び前記第２の蓄電素子側に向けられて設置されている、蓄電装置。
2. 第１の蓄電素子の第１の電極端子と、第２の蓄電素子の第２の電極端子とを接続する端子間接続体を備えた蓄電装置であって、
   互いに異極となる前記第１の電極端子と前記第２の電極端子とは、前記端子間接続体によって接続され、
   前記端子間接続体は、
   第１の金属からなる第１の板片と、第２の金属からなる第２の板片とを有し、
   前記第１の板片と前記第２の板片とは、少なくともその一部が互いに重なり合う部位を有し、
   前記第１の板片は、前記重なり合う部位おいて、前記第２の板片に突出する凸部を有し、
   前記第２の板片は、前記凸部に嵌合する凹部を有し、
   前記凸部は、前記凹部に嵌合された部位の少なくとも一部が拡径されており、
   前記端子間接続体は、
   前記第１の板片が、前記凸部が形成された面と反対側の面において、前記凸部と対応する位置に凹部が形成され、
   前記蓄電装置が設置された状態で、前記重なり合う部位において、前記凹部が形成される第２の板片が位置する側の面が、重力方向と反対側になるように設置されている、蓄電装置。
3. 前記第１の板片と前記第２の板片とが互いに重なり合う部位において、前記第１の板片と前記第２の板片との間に、電食防止層が配置されており、
   前記第１の板片の凸部は、前記第２の板片の凹部に、前記電食防止層を介して嵌合されている、請求項１又は２に記載の蓄電装置。
4. 前記第１の板片及び前記第２の板片は、それぞれ、各々の蓄電素子の互いに異極となる前記第１の電極端子と前記第２の電極端子と一体的に形成されている、請求項１〜３の何れかに記載の蓄電装置。
5. 第１の蓄電素子の第１の電極端子と、第２の蓄電素子の第２の電極端子とを接続する端子間接続体であって、
   第１の金属からなる第１の板片と、第２の金属からなる第２の板片とを有し、
   前記第１の板片と前記第２の板片とは、少なくともその一部が互いに重なり合う部位を有し、
   前記第１の板片は、前記重なり合う部位おいて、前記第２の板片に突出する凸部を有し、
   前記第２の板片は、前記凸部に嵌合する凹部を有し、
   前記凸部は、前記凹部に嵌合された部位の少なくとも一部が拡径されており、
   前記第２の板片に形成された凹部の前記第１の板片と反対側の面は、平坦になっている、端子間接続体。