JP7252926B2 - 二次電池用端子および該端子を備えた二次電池 - Google Patents

二次電池用端子および該端子を備えた二次電池 Download PDF

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Description

本発明は、二次電池の端子に関する。詳しくは、二次電池において、所定の位置に配置され、該単電池の内部から外部へ通電可能とする端子と、該端子を用い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。特に、車両搭載用電源には、高出力であることが求められるため、複数のかかる二次電池（単電池）が相互に電気的に接続された組電池が好ましく用いられている。
組電池は、一般的に複数の単電池の正極端子および負極端子がそれぞれバスバを介して電気的に接続されて構成される。しかしながら、バスバを単電池の正極端子および負極端子に溶接する際に、バスバを構成する金属と正極端子および負極端子を構成する金属が異なると、熱伝導率や融点が異なるため、適切な溶接を行うことが困難である。また、異種金属の境界に水などが接触することで電気が発生し、金属の腐食劣化が起こり得る。
そこで、特許文献１には、バスバを構成する金属と正極端子のバスバ溶接部を構成する金属とを同じものにするため、異種金属で構成された正極端子を用いた組電池が開示されている。当該正極端子は、アルミニウムを主体とする基部と、銅を主体とする正極外部端子とによって構成されており、該基部と該正極外部端子とは超音波接合およびかしめ成形により接合されている。これにより、銅製のバスバと、上記銅を主体とする正極外部端子とを溶接する際の相溶性を向上させることができる。
また、特許文献２には、外部端子にバスバを構成する金属と同じ金属で構成された金属部材を超音波接合により接合した二次電池が開示されている。
特開２０１１－１２４０２４号公報 特開２０１６－１８６７５号公報
しかしながら、特許文献１および特許文献２のいずれの技術においても、超音波接合のために圧接した金属表面には凹凸が形成され、これと同時にバリが発生してしまう。そのため、該金属表面にバスバ等の外部部材を溶接する前に、該金属表面に形成された凹凸を平滑化するための表面処理や、バリの洗浄工程が必要となる。このような追加の工程の存在は、二次電池のコストや製造時間を費やすことになるため好ましくない。
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、二次電池の正負極いずれかを構成する端子であって、超音波溶接で圧接した金属部分の表面処理を要さずバスバ等の外部部材との溶接を実施し得る端子を提供することである。また、本発明の別の目的は該端子を備えた二次電池および組電池を提供することである。
ここに開示される端子は、二次電池の正負極いずれかを構成する端子であって、プレート状の金属製の第１部材と、該第１部材の一方のプレート表面に超音波溶接された金属製の第２部材と、を備える。上記第１部材における前記第２部材が溶接された表面とは反対側の表面には、凹部が形成されており、該凹部において、上記第１部材と上記第２部材との超音波溶接が実現されている。
このような構成によれば、第１部材と第２部材を超音波溶接で接合した後でも、該超音波溶接により生じ得るバリや金属表面の凹凸が凹部で生じるため、表面処理を要さず、第１部材の凹部を有するプレート表面にバスバ等の外部部材の溶接を実施し得る端子が提供される。
また、ここに開示される端子の好ましい一態様では、上記凹部に上記超音波溶接が行われた際に生じた溶接残渣が存在する。このような構成によれば、凹部に超音波溶接が実施される際に生じた溶接残渣が存在した状態でバスバ等の外部部材との溶接を実施し得る端子が提供される。
また、ここに開示される端子の好ましい一態様では、上記第１部材と上記第２部材とは互いに異なる金属から構成されている。このような構成によれば、第１部材とバスバ等の外部部材との溶接、および、第２部材と、電極体に電気的に接続された内部端子との接合を良好に実施し得る端子が提供される。
また、ここに開示される端子の好ましい一態様では、上記第１部材がアルミニウムまたはアルミニウムを主体とする合金で構成されており、かつ、上記第２部材が銅または銅を主体とする合金で構成されている。このような構成によれば、アルミニウムまたはアルミニウムを主体とする合金で構成されるバスバ等の外部部材と第１部材との接合、および負極と電気的に接続された銅または銅を主体とする合金で構成される負極内部端子と第２部材との接合を好適に実施し得る端子が提供される。
また、ここに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、備えており、上記正極端子および負極端子の少なくとも一方は、ここで開示される端子で構成されている。
このような構成によれば、正極端子および負極端子と外部部材との良好な接合を実現し得る二次電池が提供される。
また、ここに開示される組電池は、複数の単電池が相互に電気的に接続されて配列されており、該複数の単電池としてここに開示される二次電池が用いられている。
このような構成によれば、端子とバスバ等の外部部材との電気的な接続が良好に実施され得る組電池が提供される。
また、ここに開示される組電池の好ましい一態様では、上記複数の単電池は、所定のバスバにより一の単電池の正極端子と他の一の単電池の負極端子とがそれぞれ電気的に接続されており、ここで、上記一の単電池の正極端子および上記他の一の単電池の負極端子のいずれか一方の端子として、ここに開示される端子が用いられており、該端子の上記第１部材を構成する金属と同じ金属によって上記バスバが形成されている。
このような構成によれば、バスバと正極端子および負極端子との溶接が良好に実施され得る組電池が提供される。
また、上記目的を達成するため、ここに開示される端子を製造する方法を提供する。即ち、ここに開示される二次電池の正負極いずれかを構成する端子を製造する方法は、プレート状の金属製の第１部材と、金属製の第２部材を用意すること、および、上記第１部材の一方のプレート表面に上記第２部材を超音波溶接によって接合すること、を包含し、ここで、上記第１部材における上記第２部材が溶接された表面とは反対側のプレート表面には、凹部が形成されており、該凹部において、上記超音波溶接を実行することを特徴とする。
このような構成の製造方法によれば、超音波溶接によって生じ得るバリを凹部に留めることができ、超音波溶接後に表面処理を要さない端子を製造することができる。
また、ここに開示される端子製造方法の好ましい一態様では、上記第１部材と上記第２部材とは互いに異なる金属から構成されている。
このような構成の製造方法によれば、第１部材とバスバ等の外部部材との溶接、および第２部材と、電極体に電気的に接続された内部端子との溶接を良好に実施し得る端子を製造することができる。
また、ここに開示される端子製造方法の好ましい一態様では、前記第１部材がアルミニウムまたはアルミニウムを主体とする合金で構成されており、かつ、前記第２部材が銅または銅を主体とする合金で構成されている。
このような構成の製造方法によれば、アルミニウムまたはアルミニウムを主体とする合金で構成されるバスバ等の外部部材と第１部材との接合、および銅または銅を主体とする合金で構成される、負極と電気的に接続された負極内部端子と第２部材との接合を好適に実施し得る端子を製造することができる。
一実施形態に係る二次電池を模式的に示す斜視図である。 一実施形態に係る組電池を模式的に示す斜視図である。 一実施形態に係る二次電池を模式的に示す一部破断図である。 図３のＩＶ－ＩＶ線断面図である。 一実施形態に係る端子の構造を模式的に示す断面図である。 一実施形態に係る端子の超音波溶接方法を模式的に示す断面図である。 一実施形態に係る組電池を構成する二次電池に備えられた端子の接続部を模式的に示す断面図である。
以下、本実施形態に係る端子を備える二次電池および組電池の構成例の概略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（電池の）幅方向を示し、符号Ｙは厚さ方向を示し、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。
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、本明細書において「リチウムイオン二次電池」とは、電荷担体としてリチウムイオンを利用し、正負極間におけるリチウムイオンに伴う電荷の移動により充放電が実現される二次電池をいう。
<二次電池>
図１は本実施形態に係る二次電池を模式的に示す斜視図である。また、図３は一実施形態に係る二次電池を模式的に示す一部破断図である。本実施形態に係る二次電池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４０と、負極端子５０と、ガスケット６０と、インシュレータ６２とを備えている。正極端子４０は正極内部端子４２と、正極外部端子４４とを備えており、負極端子５０は負極内部端子５２と、負極外部端子５４とを備えている。ここでは、本実施形態として、負極外部端子５４としてここに開示される端子７０を備えた二次電池１を図示する。しかしながら、これは一例にすぎず、他の例として、正極外部端子４４としてここに開示される構造の端子７０を備えた二次電池１等が挙げられる。なお、端子７０の構成については後述する。
図２は本実施形態に係る組電池を模式的に示す斜視図である。図２に示すように、組電池１０は、複数の二次電池（単電池）１が相互に電気的に接続されて配列されており、当該単電池はここに開示される二次電池である。単電池１を一つずつ反転させつつ配列することにより、正極端子４０および負極端子５０が交互に配置されている。配列された単電池１の間には、スペーサ１２が挟みこまれている。スペーサ１２は、熱を効率よく放散させるための放熱手段や長さ調整手段等として機能し得る。配列した単電池１の両端には、一対のエンドプレート（拘束板）１７が配置されている。両エンドプレート１７の間を架橋するように、締め付け用のビーム材１８が取り付けられている。ビーム材１８の端部はビス１９によりエンドプレート１７に締付され、固定されている。これにより、単電池１の配列方向に拘束荷重が印可されるように複数の単電池１が拘束されている。
組電池１０は、隣接して配置された２つの単電池１の間で、一の単電池１の正極外部端子４４の外部部材接合部と、他の一の単電池１の負極外部端子５４の外部部材接合部とを接続するバスバ１４を備えている。これによって、バスバ１４と外部端子を介して、一の単電池１の正極内部端子４２から他の一の単電池１の負極内部端子５２に至る導電経路が形成され、各々の単電池１が電気的に直列に接続される。
バスバ１４は、一般的に高い導電性を持つ金属で構成されており、例えば、アルミニウム、銅、スズ、ニッケル、またはこれら金属をいずれかを主体とした合金等が挙げられる。好ましい一態様では、組電池１０において、バスバ１４で接続された一の単電池１の正極端子４０（正極外部端子４４）および他の一の単電池の負極端子５０（負極外部端子５４）のいずれか一方の端子として、ここで開示される構成の端子７０が用いられており、端子７０の第１部材７２を構成する金属と同じ金属によってバスバ１４が形成されている。バスバ１４と第１部材７２が同じ金属で構成されることで、溶接がより強固になるとともに、良好な導通を実現することができる。さらに好ましくは、バスバ１４と、正極外部端子４４の外部部材接合部と、負極外部端子５４の外部部材接合とが同じ金属によって構成されている。例えば、一の単電池の正極外部端子４４がアルミニウムで構成されており、他の一の単電池の負極外部端子５４がここで開示される構造の端子７０であって、該端子７０の第１部材７２（図５参照）がアルミニウムで構成されている場合、バスバ１４はアルミニウムで構成されることが好ましい。かかる構成により、バスバ１４と正極外部端子４４および負極外部端子５４との溶接が強固になり、より一層良好な導通が実現される。なお、これは好適な一具体例にすぎず、正極および負極の外部端子およびバスバを構成する金属を限定するものではない。
以下、二次電池１を構成する各要素について説明する。
＜電池ケース＞
電池ケース３０は、電極体２０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、扁平な角型の容器である。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形状等）であってもよい。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。図３に示すように、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には負極外部端子５４を挿通するための端子挿通孔３４ａと、正極外部端子４４を挿通するための端子挿通孔３４ｂが設けられている。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＞
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２１と、長尺シート状の負極２２と、長尺シート状のセパレータ２３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、一般的な密閉型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、矩形のシート状の正極と負極とをセパレータを介して積層させた積層型電極体であってもよい。
正極２１は、箔状の正極集電体（例えばアルミニウム箔）と、当該正極集電体の表面（好適には両面）に形成された正極活物質層とを備えている。また、幅方向Ｘにおける正極２１の一方の側縁部（図３中の左側の側縁部）には、正極活物質層が形成されておらず、正極集電体が露出した正極接続部２１ａが形成されている。なお、正極活物質層には、正極活物質、バインダ、導電材等の種々の材料が含まれている。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（例えばリチウムイオン二次電池）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２２は、箔状の負極集電体（例えば銅箔）と、当該負極集電体の表面（好適には両面）に形成された負極活物質層とを備えている。また、幅方向Ｘにおける負極２２の他方の側縁部（図３中の右側の側縁部）には、負極活物質層が形成されておらず、負極集電体が露出した負極接続部２２ａが形成されている。なお、正極活物質層と同様に、負極活物質層にも、負極活物質やバインダ等の種々の材料が含まれている。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２３は、正極２１と負極２２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。図示は省略するが、セパレータ２３には、微細な孔が複数形成されており、当該微細な孔を通って正極２１と負極２２との間でリチウムイオンが移動するように構成されている。セパレータ２３には、所要の耐熱性を有する樹脂シート等が使用されるが、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。
<電極端子>
負極端子５０は、負極側の集電端子（負極内部端子５２）と、負極側の外部接続端子（負極外部端子５４）とを備えている。負極内部端子５２は、高さ方向Ｚに沿って延びる長尺な金属部材である。図３および図４に示すように、負極内部端子５２の下端部５２ｂは、電池ケース３０の内部において負極２２（具体的には、負極接続部２２ａ）に接合され、電気的に接続されている。また、負極外部端子５４は、蓋体３４に設けられた端子挿通孔３４ａを挿通しており、一部は電池ケース３０の外部に露出し、他の一部は電池ケース３０の内部において、負極内部端子５２の上端部５２ａと電気的に接続されている。該上端部５２ａには負極外部端子５４を挿通するための貫通孔が設けられており、負極外部端子５４に備えられるかしめ部を該貫通孔から突出させた後、該かしめ部がかしめ加工されることにより、負極内部端子５２と負極外部端子５４との電気的な接続が実現される。電池ケース３０（蓋体３４）と負極内部端子５２および負極外部端子５４との通電を防止するために、蓋体３４と負極内部端子５２との間にはインシュレータ６２が配置されており、さらに、蓋体３４と、負極外部端子５４との間にはガスケット６０が配置されている。
正極端子４０は、上述した負極端子５０と略同等の構造を有している。即ち、正極側の集電端子（正極内部端子４２）と、正極側の外部接続端子（正極外部端子４４）とを備えている。正極内部端子４２は、高さ方向Ｚに沿って延びる長尺な金属部材である。正極内部端子４２の下端部は、電池ケース３０の内部において正極２１（具体的には、正極接続部２１ａ）に接続されている。また、正極外部端子４４は、蓋体３４に設けられた端子挿通孔３４ｂを挿通しており、一部は電池ケース３０の外部に露出し、他の一部は電池ケース３０の内部において、正極内部端子４２の上端部と接続されている。該上端部には正極外部端子４４を挿通するための貫通孔が設けられており、正極外部端子４４に備えられるかしめ部を該貫通孔から突出させた後、該かしめ部がかしめ加工されることにより、正極内部端子４２と正極外部端子４４との接続が実現される。また、本実施形態における正極端子４０では、電池ケース３０（蓋体３４）と正極内部端子４２および正極外部端子４４との通電を防止するために、蓋体３４と正極内部端子４２との間にはインシュレータ６２が配置されており、さらに、蓋体３４と、正極外部端子４４との間にはガスケット６０が配置されている。
＜ガスケット＞
ガスケット６０は、電池ケース３０の外部および蓋体３４に設けられた端子挿通孔３４ａ、３４ｂにおいて、蓋体３４と正極外部端子４４との間および蓋体３４と負極外部端子５４との間に配置されている。これにより、ガスケット６０は蓋体３４と正極外部端子４４および負極外部端子５４とを絶縁している。ガスケット６０は当該外部端子を挿通する貫通孔を有している。また、図７に示されるように、ガスケット６０は該貫通孔の周縁に沿って設けられた中空筒状の筒部６０ａを有し、該筒部を外部端子の一部が挿通している。これにより、蓋体３４に設けられた端子挿通孔３４ａ、３４ｂの内周面と、外部端子とが直接接触することを防止している。また、ガスケット６０は、正極外部端子４４または負極外部端子５４のかしめ部がかしめ加工されることにより、蓋体３４の外面と正極外部端子４４または負極外部端子５４との間で高さ方向Ｚに圧縮される。これにより、蓋体３４の外面と正極外部端子４４または負極外部端子５４との間を封止し、電池ケース３０の内部からの液体等の漏出および電池ケース３０の外部からの水分等の侵入を防ぎ得る。
ガスケット６０は弾性変形が可能な絶縁性の材料によって形成されており、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が用いられる。
＜インシュレータ＞
インシュレータ６２は、電池ケース３０の内部において、蓋体３４と正極内部端子４２との間および蓋体３４と負極内部端子５２との間に配置され、蓋体３４と当該内部端子とを絶縁している。インシュレータ６２は正極外部端子４４または負極外部端子５４を挿通するための貫通孔を有しており、該貫通孔に当該外部端子の一部が挿通されている。インシュレータ６２は、正極外部端子４４または負極外部端子５４のかしめ部がかしめ加工されることにより、蓋体３４の外面と正極外部端子４４または負極外部端子５４との間で高さ方向Ｚに圧縮され、固定されている。
インシュレータ６２は弾性変形が可能な絶縁性の材料によって形成されており、例えば、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）や、脂肪族ポリアミド等が用いられる。
＜端子＞
本実施形態に係る二次電池１では、正極外部端子４４および負極外部端子５４のうち少なくとも一方は、ここで開示される構造の端子７０が採用される。図５に示すように、端子７０は第１部材７２と、第２部材７６とを備えている。端子７０が二次電池１に備えられる際には、第１部材７２の少なくとも一部は電池ケース３０の外部に配置され、第２部材７６の少なくとも一部は電池ケース３０の内部に配置される。
第１部材７２はプレート状に形成されている。第１部材７２の一方のプレート表面７２ａは、第２部材７６と超音波溶接されており、他方のプレート表面７２ｂには凹部７４が形成されている。そして、凹部７４において、第１部材７２と第２部材７６との超音波溶接が実現されている。
第１部材７２の一方のプレート表面７２ａは、第２部材７２の一部と嵌め合わせるための窪み７３を備えていてもよい。図５に示すように、窪み７３と、第２部材の一部とを嵌め合わせることにより、超音波溶接を行う際に第１部材７２と第２部材７６の位置合わせを容易にすることができるとともに、嵌め合わせによる強固な接合が実現され得る。
凹部７４は、第１部材７２と第２部材７６との超音波溶接を行うために設けられている。凹部７４の底面７４ａで超音波溶接を行うことにより、該超音波溶接で生じ得る溶接残渣（バリ）を凹部７４に留めることができる。また、該超音波溶接により生じる金属表面の凹凸は凹部の底面７４ａに形成される。即ち、第１部材７２と第２部材７６との超音波溶接を実施した後においても、凹部７４を除く他方のプレート表面７２ｂに該超音波溶接によるバリ７５や凹凸が形成されるのを防ぐことができる。そのため、他方のプレート表面７２ｂは超音波溶接後の表面処理を施すことなく、外部部材（例えば、バスバ１４）との溶接を行うことができる。
好ましい一態様では、他方のプレート表面７２ｂに外部部材を溶接する際には、外部部材により凹部７４を封止する。例えば、図７に示すように、バスバ１４を凹部７４を封止するように配置し、バスバ１４と第１部材７２とを溶接することができる。これにより、超音波溶接によって生じ得る溶接残渣（バリ７５）を凹部７４に閉じ込めることができる。即ち、超音波溶接後、凹部７４に生じ得るバリ７５の洗浄処理を要さず、バスバ等の外部部材を端子７０と接合することができる。
凹部７４の形状は、特に限定されるものではなく、例えば、他方のプレート表面７４ｂを直方体状、半球状、円柱状、三角錐状、角柱状に切り欠いた形状等があり得るが、他方のプレート表面７４ｂに対して直角方向の凹部７４の断面が矩形状であることが好ましい。即ち、他方のプレート表面７４ｂを直方体状、円柱状、角柱状等に切り欠いた形状のとき、上記断面が矩形状となり得る。これにより、凹部の底面７４ａにおいて、第１部材７２と第２部材７６との超音波溶接を実施するのが容易になり、強固に溶接された端子７０を提供することができる。
形成される凹部７４の数は、外部部材により封止でき得る範囲内であれば特に限定されるものではなく、１つまたは２つ以上形成され得る。凹部７４を複数形成することで、超音波溶接を行う箇所を増やすことができ、超音波溶接による接合性が向上し得る。
また、形成される凹部７４の大きさは、外部部材により封止でき得る範囲内であれば特に限定されない。
第２部材７６は、図５に示すようにかしめ部７６ａを備えており、かしめ部７６ａをかしめ加工することにより、端子７０と正極内部端子４２または負極内部端子５２とを電気的に接続することができる。具体的には、図７に示されるように、端子７０を構成している第２部材７６をガスケット６０の筒部６０ａ、蓋体３４の端子挿通孔３４ａ、インシュレータ６２の貫通孔、上記内部端子（ここでは負極内部端子５２）の上端部の貫通孔の順番に挿通させ、かしめ部７６ａを該内部端子上端部の貫通孔から突出させた後、高さ方向Ｚに対して圧縮力が加わるように、かしめ部７６ａをかしめ加工することで、ガスケット６０と、蓋体３４と、インシュレータ６２と、上記内部端子とを圧着固定することができる。
第２部材７６の一部は第１部材７２が備え得る窪み７３に嵌め合わされ得る形状を備えていてもよい。特に限定されるものではないが、例えば、図５に示されるように、第２部材７６に第１部材７２が窪み７３に嵌め合わされ得る形状のフランジ部を備え得る。フランジ部は第２部材７６の軸部から外側に広がった形状をしている。これにより、超音波溶接の際に、第１部材７２と第２部材７６との位置合わせが容易になる。また、超音波溶接による接合に加え、嵌め合わせによる接合が行われることで、第１部材７２と第２部材７６との接合性が向上し得る。
第１部材７２と第２部材７６はいずれも導電性の高い金属製で構成され、例えば、アルミニウム、アルミニウムを主体とする合金、銅、銅を主体とする合金等で構成される。第１部材７２と第２部材７６は、同種金属で構成されていても、異種金属で構成されていてもよいが、好ましくは、第１部材７２と第２部材７６とは互いに異なる金属から構成されている。即ち、第２部材７６を構成する金属と、第２部材７６に電気的に接続され得る内部端子（正極内部端子４２または負極内部端子５２）とを構成する金属とを同種にすることができ、かつ、第１部材７２を構成する金属と、第１部材７２に電気的に接続され得る外部部材（例えばバスバ１４）を構成する金属とを同種にすることができる。そのため、第１部材７２と外部部材との溶接信頼性が向上するとともに、第２部材７６と、内部端子との間で良好な導電性と接合性が実現される。
なお、本明細書において「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。該合金に含まれる他の構成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、ジルコニウム等が含まれ得る。
また、本明細書において「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。該合金に含まれる他の構成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、ジルコニウム等が含まれ得る。
第１部材７２と第２部材７６とが異なる金属で構成された端子７０のなかでも、第１部材７２がアルミニウムまたはアルミニウムを主体とする合金で構成されており、第２部材７６が銅または銅を主体とする合金で構成されていることが特に好ましい。このような構成の端子７０は、負極外部端子５４として好適に用いることができる。典型的には、負極集電体は銅箔で構成されており、負極内部端子５２は該負極集電体と同じ金属で構成されることが好ましいため、銅で構成されている。そのため、上記構成の端子７０よると、第２部材７６と負極内部端子５２との接続が良好になる。また、典型的な例として、正極集電体、正極内部端子４２および正極外部端子４４はアルミニウムまたはアルミニウムを主体とする合金で構成されている。そのため、上記構成の端子７０によると、第１部材７２をアルミニウムまたはアルミニウムを主体とする合金で構成されるため、正極外部端子４４および負極外部端子５４と同種の金属で構成された外部部材をより一層好適に接合することができる。
第１部材７２と第２部材７６は、第１部材７２の一方のプレート表面７２ａと、第２部材７６の一部とが超音波溶接によって接合されており、該超音波溶接の圧接部は凹部７４である。好ましい一態様では、凹部７４で超音波溶接が行われた際に生じた溶接残渣が存在する。これにより、超音波溶接後、表面処理を実施することなく第１部材７２の他方のプレート表面７２ｂにバスバ等の外部部材を溶接することができる。また、超音波溶接が凹部７４で実施されたことを目視で確認することができる。
以下、端子７０の製造方法について説明する。端子７０の製造方法は、プレート状の金属製の第１部材７２と、金属製の第２部材７６とを用意すること、および、第１部材７２の一方のプレート表面７２ａに第２部材７６を超音波溶接によって接合すること、を包含する。
かかる製造方法では、まず、端子７０を構成するプレート状の金属製の第１部材７２と、金属製の第２部材７６とを用意する。第１部材７２における第２部材７６が溶接された表面とは反対側のプレート表面（他方のプレート表面７２ｂ）には、凹部７４が形成されている。
好ましい一態様では、ここで準備される第１部材７２と第２部材７６とは互いに異なる金属から構成されている。これにより、第１部材７２と、第１部材７２と接合されるバスバ等の外部部材とを同種金属で構成することができ、溶接性を向上させることができる。さらに、第２部材７６と、第２部材７６と接合される内部端子とを同種金属で構成することができるため、良好な接続が実現され得る。
特に好ましくは、ここで準備される第１部材７２はアルミニウムまたはアルミニウムを主体とする合金で構成されており、かつ、第２部材７６が銅または銅を主体とする合金で構成されている。上記部材により製造された端子７０を負極端子５０（負極外部端子５４）として用いることにより、負極側における導通を向上させ、アルミニウム製のバスバと等の外部部材との溶接性を向上させることができる。
次に、第１部材７２の一方のプレート表面７２ａに第２部材７６を超音波溶接によって接合する。該超音波溶接は、凹部７４で実行され、第１部材７２と第２部材７６とを接合する。詳しくは、図６に示されるように、凹部７４の底面７４ａにホーン８０が当てられ、第１部材７２と第２部材７６とを高さ方向Ｚに挟みこむように第２部材７６にアンビル８２が当てられる。なお、ホーン８０は、振動発生器を備えたプレス機（図示せず）に取り付けられている。振動発生器は、超音波溶接に要する所要の振動をホーン８０に付与する装置である。また、ホーン８０の圧接部の形状は、凹部７４に入る大きさであれば特に限定されるものではない。
なお、特に限定されるものではないが、アンビル８２の配置位置の好適な一例では、図６に示すように、アンビル８２は第２部材７６のかしめ部７６ａの中空構造内に配置される。これにより、アンビル８２の位置合わせを容易にすることができる。
ホーン８０とアンビル８２を配置後、プレス機によって、第１部材７２と第２部材７６とに圧力を加える。そして、該圧力をかけた状態で、ホーン８０に超音波振動を付与する。なお、プレス機による圧力およびホーンの超音波振動の条件は第１部材７２と第２部材７６を構成する金属種、寸法、ホーン８０の形状等に応じて、適宜設定し得るが、例えば、圧力を８０～１６００Ｎの範囲で付加し、超音波振動を、振幅２０～８０μｍ、周波数１５～１５０ｋＨｚに設定し、ホーン８０の圧接部へのエネルギーを３０～５００Ｊとする。これにより、凹部７４における超音波溶接が実現され、ここに開示される構造の端子７０を作製することができる。
超音波溶接により、バリ７５や金属表面に凹凸が生じ得るが、かかる製造方法によれば、超音波溶接によって生じ得る溶接残渣（典型的にはバリ７５）や、ホーン８０が圧接される表面に生じ得る凹凸を凹部７４に留めることができる。そのため、かかる製造方法で作製した端子７０は、超音波溶接後の表面処理を実施することなく、第１部材７２における第２部材７６が溶接された表面とは反対側のプレート表面（他方のプレート表面７２ｂ）に、バスバ等の外部部材の溶接を実施することができる。
かかる製造方法により製造された端子７０は、上述のように凹部７４においてバリ７５が形成され得るが、外部部材で凹部７４を封止することにより、バリ７５を洗浄する工程を要さず、端子７０を備えた二次電池１および組電池１０を製造することができる。図７に示すように、端子７０を構成している第２部材７６をガスケット６０の筒部６０ａ、蓋体３４の端子挿通孔３４ａ、インシュレータ６２の貫通孔、内部端子（ここでは負極内部端子５２）の上端部の貫通孔の順番に挿通させ、かしめ部７６ａを該内部端子上端部の貫通孔から突出させた後、高さ方向Ｚに対して圧縮力が加わるように、かしめ部７６ａをかしめ加工することで、ガスケット６０と、蓋体３４と、インシュレータ６２と、負極内部端子５２とを圧着固定することで、二次電池１（蓋体３４）に端子７０を備え付けることができる。そして、第１部材７２の凹部７４を有するプレート表面（他方のプレート表面７２ｂ）に、凹部７４を封止するようにバスバ１４（外部部材）を配置し、バスバ１４と第１部材７２とを溶接する。バスバ溶接部１４ａを凹部７４の周囲に設けることで、バリ７５を凹部７４に封止することができる。これにより、超音波溶接後に表面処理を施さず、外部部材（バスバ）と端子７０とを溶接することが実現される。
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。
１ 二次電池（単電池）
１０ 組電池
１２ スペーサ
１４ バスバ
１４ａ バスバ溶接部
１７ エンドプレート
１８ ビーム材
１９ ビス
２０ 電極体
２１ 正極
２１ａ 正極接続部
２２ 負極
２２ａ 負極接続部
２３ セパレータ
３０ 電池ケース
３２ ケース本体
３４ 蓋体
３４ａ、ｂ 端子挿通孔
３６ 安全弁
４０ 正極端子
４２ 正極内部端子
４４ 正極外部端子
５０ 負極端子
５２ 負極内部端子
５２ａ 上端部
５２ｂ 下端部
５４ 負極外部端子
６０ ガスケット
６０ａ 筒部
６２ インシュレータ
７０ 端子
７２ 第１部材
７２ａ 一方のプレート表面
７２ｂ 他方のプレート表面
７３ 窪み
７４ 凹部
７４ａ 底面
７５ バリ
７６ 第２部材
７６ａ かしめ部
８０ ホーン
８２ アンビル

Claims (10)

  1. 二次電池の正負極いずれかの外部接続用の電極端子を構成する端子であって、
    プレート状の金属製の第１部材と、該第１部材の一方のプレート表面に超音波溶接された金属製の第２部材と、を備えており、
    前記第１部材における前記第２部材が溶接された表面とは反対側の表面には、凹部が形成されており、
    前記凹部には、前記第１部材と前記第２部材との超音波接合部が設けられている、端子。
  2. 前記凹部には、溶接残渣が存在する請求項１に記載の端子。
  3. 前記第１部材と前記第２部材とは互いに異なる金属から構成されている請求項１または２に記載の端子。
  4. 前記第１部材がアルミニウムまたはアルミニウムを主体とする合金で構成されており、かつ、前記第２部材が銅または銅を主体とする合金で構成されている、請求項３に記載の端子。
  5. 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１～４のいずれか一項に記載の端子で構成されている、
    二次電池。
  6. 複数の単電池が相互に電気的に接続されて配列された組電池であって、
    前記複数の単電池として請求項５に記載の二次電池を備える組電池。
  7. 前記複数の単電池は、所定のバスバにより一の単電池の正極端子と他の一の単電池の負極端子とがそれぞれ電気的に接続されており、
    ここで、前記一の単電池の正極端子および前記他の一の単電池の負極端子のいずれか一方の端子として、請求項１～４のいずれか一項に記載の端子が用いられており、該端子の前記第１部材を構成する金属と同じ金属によって前記バスバが形成されている、
    請求項６に記載の組電池。
  8. 二次電池の正負極いずれかの外部接続用の電極端子を構成する端子を製造する方法であって、
    プレート状の金属製の第１部材と、金属製の第２部材を用意すること、および、
    前記第１部材の一方のプレート表面に前記第２部材を超音波溶接によって接合すること、を包含し、
    ここで、前記第１部材における前記第２部材が溶接された表面とは反対側のプレート表面には、凹部が形成されており、
    前記凹部において、前記超音波溶接を実行する、端子製造方法。
  9. 前記第１部材と前記第２部材とは互いに異なる金属から構成されている請求項８に記載の端子製造方法。
  10. 前記第１部材がアルミニウムまたはアルミニウムを主体とする合金で構成されており、かつ、前記第２部材が銅または銅を主体とする合金で構成されている、請求項９に記載の端子製造方法。
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