JP7304371B2 - 端子部品および二次電池 - Google Patents

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Description

本発明は、端子部品および二次電池に関する。
特開２０１３－７７５４６号公報には、ヒューズを電極端子に含んだ二次電池が開示されている。同公報で開示された二次電池は、電池ケース内部の集電部材にヒューズとして機能する部分を含んでいる。ヒューズとして機能する部分は、集電部材に過電流が流れたときに、周囲よりも幅が狭くなっているヒューズの部分が溶融することによって電気的な連結を遮断できるとされている。
特開２０１４－８６１７７号公報には、電池ケース外部に配置された、反転板を備えた密閉型電池の圧力型電流遮断装置が開示されている。同公報に開示された圧力型電流遮断装置は、電池ケース内部の圧力上昇に応じて反転板が変形することによって、反転板と、当該反転板に接続された端子とを電気的に遮断できるとされている。
特開２０１３－７７５４６号公報 特開２０１４－８６１７７号公報
ところで、二次電池に用いられる部材にヒューズとなる部位が含まれている場合、それ以外の部分と電気比較して抵抗が高くなりうる。そのため、電流が流れた際に、ヒューズとなる部位の発熱量は、それ以外の部分と比較して多くなりうる。本発明者の知見によると、電池ケース内部にヒューズとなる部位を設けると、当該部位での発熱によって電池ケース内部に熱がこもる可能性がある。それによって、電池ケース内部の温度が上昇し、電解液の分解等が起こり、電池性能の劣化を招くおそれがある。
本発明者は、二次電池に関してヒューズとして機能する新規構造を提案したいと考えている。
ここで開示される端子部品は、電池ケース内部で一部が内部端子と接続され、かつ、一部が電池ケース外部に露出するように電池ケースに取り付けられる端子部品であって、第１金属と、第１金属に重ねられた第２金属とを備える。第１金属は、内部端子と接続される部位を有し、かつ、第２金属は、電池ケース外部に露出する部位を有する。第１金属と第２金属とが重ねられた界面において、第１金属と第２金属のうち、一方の金属は、頂部が平坦な凸部を備える。他方の金属は、頂部と接合されている。凸部は、第１金属と第２金属の間に予め定められた電流値以上の電流が流れた時に溶断が起こるように、凸部の突出方向に直交する横断面が設定されている。
かかる端子部品は、第１金属および第２金属のうち一方が備えている凸部がヒューズとして機能する。
第１金属と第２金属はそれぞれ、異なる金属から構成されていてもよい。第１金属と第２金属は、凸部の先端において金属接合によって接合されていてもよい。
電池ケースと、電池ケースに取り付けられた電極端子とを備えた二次電池において、電極端子は、上述した端子部品で構成された部位が含まれていてもよい。端子部品の凸部は、電池ケース外部に設けられていてもよい。
図１は、リチウムイオン二次電池１０の部分断面図である。 図２は、図１のＩＩ－ＩＩ断面を示す断面図である。 図３は、図２のＩＩＩ－ＩＩＩ断面図である。 図４は、端子部品２００を模式的に示す断面図である。
以下、ここで開示される端子部品および二次電池の一実施形態を説明する。ここで説明される実施形態は、当然ながら特に本発明を限定することを意図したものではない。本発明は、特に言及されない限りにおいて、ここで説明される実施形態に限定されない。各図面は模式的に描かれており、必ずしも実物を反映していない。また、同一の作用を奏する部材・部位には、適宜に同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
《二次電池》
本明細書において「二次電池」とは、充電と放電を行なうことができるデバイスをいう。二次電池には、一般にリチウムイオン電池やリチウム二次電池などと称される電池の他、リチウムポリマー電池、リチウムイオンキャパシタなどが包含される。ここでは、二次電池の一形態として、リチウムイオン二次電池を例示する。
《リチウムイオン二次電池１０》
図１は、リチウムイオン二次電池１０の部分断面図である。図１では、略直方体の電池ケース４１の片側の幅広面に沿って、内部を露出させた状態が描かれている。図１に示されたリチウムイオン二次電池１０は、いわゆる密閉型電池である。図２は、図１のＩＩ－ＩＩ断面を示す断面図である。図２では、略直方体の電池ケース４１の片側の幅狭面に沿って内部を露出させた状態の部分断面図が模式的に描かれている。
リチウムイオン二次電池１０は、図１に示されているように、電極体２０と、電池ケース４１と、正極端子４２と、負極端子４３とを備えている。
〈電極体２０〉
電極体２０は、絶縁フィルム（図示は省略）などで覆われた状態で、電池ケース４１に収容されている。電極体２０は、正極要素としての正極シート２１と、負極要素としての負極シート２２と、セパレータとしてのセパレータシート３１，３２とを備えている。正極シート２１と、第１のセパレータシート３１と、負極シート２２と、第２のセパレータシート３２とは、それぞれ長尺の帯状の部材である。
正極シート２１は、予め定められた幅および厚さの正極集電箔２１ａ（例えば、アルミニウム箔）に、幅方向の片側の端部に一定の幅で設定された未形成部２１ａ１を除いて、正極活物質を含む正極活物質層２１ｂが両面に形成されている。正極活物質は、例えば、リチウムイオン二次電池では、リチウム遷移金属複合材料のように、充電時にリチウムイオンを放出し、放電時にリチウムイオンを吸収しうる材料である。正極活物質は、一般的にリチウム遷移金属複合材料以外にも種々提案されており、特に限定されない。
負極シート２２は、予め定められた幅および厚さの負極集電箔２２ａ（ここでは、銅箔）に、幅方向の片側の縁に一定の幅で設定された未形成部２２ａ１を除いて、負極活物質を含む負極活物質層２２ｂが両面に形成されている。負極活物質は、例えば、リチウムイオン二次電池では、天然黒鉛のように、充電時にリチウムイオンを吸蔵し、充電時に吸蔵したリチウムイオンを放電時に放出しうる材料である。負極活物質は、一般的に天然黒鉛以外にも種々提案されており、特に限定されない。
セパレータシート３１，３２には、例えば、所要の耐熱性を有する電解質が通過しうる多孔質の樹脂シートが用いられる。セパレータシート３１，３２についても種々提案されており、特に限定されない。
ここで、負極活物質層２２ｂの幅は、例えば、正極活物質層２１ｂよりも広く形成されている。セパレータシート３１，３２の幅は、負極活物質層２２ｂよりも広い。正極集電箔２１ａの未形成部２１ａ１と、負極集電箔２２ａの未形成部２２ａ１とは、幅方向において互いに反対側に向けられる。また、正極シート２１と、第１のセパレータシート３１と、負極シート２２と、第２のセパレータシート３２とは、それぞれ長さ方向に向きを揃え、順に重ねられて捲回されている。負極活物質層２２ｂは、セパレータシート３１，３２を介在させた状態で正極活物質層２１ｂを覆っている。負極活物質層２２ｂは、セパレータシート３１，３２に覆われている。正極集電箔２１ａの未形成部２１ａ１は、セパレータシート３１，３２の幅方向の片側にはみ出ている。負極集電箔２２ａの未形成部２２ａ１は、幅方向の反対側においてセパレータシート３１，３２からはみ出ている。
上述した電極体２０は、図１に示されているように、電池ケース４１のケース本体４１ａに収容されうるように、捲回軸を含む一平面に沿った扁平な状態とされる。そして、電極体２０の捲回軸に沿って、片側に正極集電箔２１ａの未形成部２１ａ１が配置され、反対側に負極集電箔２２ａの未形成部２２ａ１が配置されている。
〈電池ケース４１〉
電池ケース４１は、図１に示されているように、電極体２０を収容している。電池ケース４１は、一側面が開口した略直方体の角形形状を有するケース本体４１ａと、開口に装着された蓋４１ｂとを有している。この実施形態では、ケース本体４１ａと蓋４１ｂは、軽量化と所要の剛性を確保するとの観点で、それぞれアルミニウムまたはアルミニウムを主とするアルミニウム合金で形成されている。
〈ケース本体４１ａ〉
ケース本体４１ａは、図１および図２に示されているように、一側面が開口した略直方体の角形形状を有している。ケース本体４１ａは、略矩形の底面部６１と、一対の幅広面部６２，６３と、一対の幅狭面部６４，６５とを有している。一対の幅広面部６２，６３は、それぞれ底面部６１のうち長辺から立ち上がっている。一対の幅狭面部６４，６５は、それぞれ底面部６１のうち短辺から立ち上がっている。ケース本体４１ａの一側面には、一対の幅広面部６２，６３と一対の幅狭面部６４，６５で囲まれた開口４１ａ１が形成されている。
〈蓋４１ｂ〉
蓋４１ｂは、一対の幅広面部６２，６３の長辺と、一対の幅狭面部６４，６５の短辺とで囲まれたケース本体４１ａの開口４１ａ１に装着される。そして、蓋４１ｂの周縁部が、ケース本体４１ａの開口４１ａ１の縁に接合される。かかる接合は、例えば、隙間がない連続した溶接によるとよい。かかる溶接は、例えば、レーザー溶接によって実現されうる。
この実施形態では、蓋４１ｂには、正極端子４２と、負極端子４３とが取り付けられている。正極端子４２は、内部端子４２ａと、外部端子４２ｂとを備えている。負極端子４３は、内部端子４３ａと、外部端子４３ｂとを備えている。内部端子４２ａ，４３ａは、それぞれインシュレータ７２を介して蓋４１ｂの内側に取り付けられている。外部端子４２ｂ，４３ｂは、それぞれガスケット７１を介して蓋４１ｂの外側に取り付けられている。内部端子４２ａ，４３ａは、それぞれケース本体４１ａの内部に延びている。正極の内部端子４２ａは、正極集電箔２１ａの未形成部２１ａ１に接続されている。負極の内部端子４３ａは、負極集電箔２２ａの未形成部２２ａ１に接続されている。
電極体２０の正極集電箔２１ａの未形成部２１ａ１と、負極集電箔２２ａの未形成部２２ａ１とは、図１に示されているように、蓋４１ｂの長手方向の両側部にそれぞれ取り付けられた内部端子４２ａ，４３ａに取り付けられている。電極体２０は、蓋４１ｂに取り付けられた内部端子４２ａ，４３ａに取付けられた状態で、電池ケース４１に収容される。なお、ここでは、捲回型の電極体２０が例示されている。電極体２０の構造はかかる形態に限定されない。電極体２０の構造は、例えば、正極シートと負極シートとが、セパレータシートとを介在させて交互に積層された積層構造でもよい。また、電池ケース４１内には、複数の電極体２０が収容されていてもよい。
図３は、図２のＩＩＩ－ＩＩＩ断面図である。図３では、負極端子４３が蓋４１ｂに取り付けられた部位の断面が示されている。この実施形態では、負極の外部端子４３ｂには、異種金属を接合した部材が用いられている。図３では、外部端子４３ｂを構成する金属の構造、異種金属の界面、異種金属間の隙間等は図示されず、外部端子４３ｂの断面形状が模式的に示されている。
蓋４１ｂは、図３に示されているように、負極の外部端子４３ｂを取り付けるための取付孔４１ｂ１を有している。取付孔４１ｂ１は、蓋４１ｂの予め定められた位置において蓋４１ｂを貫通している。蓋４１ｂの取付孔４１ｂ１には、ガスケット７１とインシュレータ７２を介在させて、負極の内部端子４３ａと外部端子４３ｂとが取り付けられる。取付孔４１ｂ１の外側には、取付孔４１ｂ１の周りにガスケット７１が装着される段差４１ｂ２が設けられている。段差４１ｂ２には、ガスケット７１が配置される座面４１ｂ３が設けられている。座面４１ｂ３には、ガスケット７１を位置決めするための突起４１ｂ４が設けられている。
ここで、負極の外部端子４３ｂは、図３に示されているように、頭部４３ｂ１と、軸部４３ｂ２と、カシメ片４３ｂ３とを備えている。頭部４３ｂ１は、蓋４１ｂの外側に配置される部位である。頭部４３ｂ１は、取付孔４１ｂ１よりも大きな、ガスケット７１に配置される部位である。軸部４３ｂ２は、ガスケット７１を介して取付孔４１ｂ１に装着される部位である。軸部４３ｂ２は、頭部４３ｂ１の略中央部から下方に突出している。カシメ片４３ｂ３は、図３に示されているように、蓋４１ｂの内部において、負極の内部端子４３ａにかしめられる部位である。カシメ片４３ｂ３は、軸部４３ｂ２から延びており、蓋４１ｂに挿通された後で折曲げられて負極の内部端子４３ａにかしめられる。
〈ガスケット７１〉
ガスケット７１は、図３に示されているように、蓋４１ｂの取付孔４１ｂ１および座面４１ｂ３に取り付けられる部材である。この実施形態では、ガスケット７１は、座部７１ａと、ボス部７１ｂと、側壁７１ｃとを備えている。座部７１ａは、蓋４１ｂの取付孔４１ｂ１周りの外側面に設けられた座面４１ｂ３に装着される部位である。座部７１ａは、座面４１ｂ３に合わせて略平坦な面を有する。座部７１ａは、座面４１ｂ３の突起４１ｂ４に応じた凹みを備えている。ボス部７１ｂは、座部７１ａの底面から突出している。ボス部７１ｂは、蓋４１ｂの取付孔４１ｂ１に装着されるように取付孔４１ｂ１の内側面に沿った外形形状を有している。ボス部７１ｂの内側面は、外部端子４３ｂの軸部４３ｂ２が装着される装着孔となる。側壁７１ｃは、座部７１ａの周縁から上方に立ち上がっている。外部端子４３ｂの頭部４３ｂ１は、ガスケット７１の側壁７１ｃで囲まれた部位に装着される。
ガスケット７１は、蓋４１ｂと外部端子４３ｂとの間に配置され、蓋４１ｂと外部端子４３ｂとの絶縁を確保している。また、ガスケット７１は、蓋４１ｂの取付孔４１ｂ１の気密性を確保している。かかる観点で、耐薬品性や耐候性に優れた材料が用いられるとよい。この実施形態では、ガスケット７１には、ＰＦＡが用いられている。ＰＦＡは、四フッ化エチレンとパーフルオロアルコキシエチレンとの共重合体（Tetrafluoroethylene Perfluoroalkylvinylether Copolymer）である。なお、ガスケット７１に用いられる材料は、ＰＦＡに限定されない。
〈インシュレータ７２〉
インシュレータ７２は、蓋４１ｂの取付孔４１ｂ１の周りにおいて、蓋４１ｂの内側に装着される部材である。インシュレータ７２は、ベース部７２ａと、孔７２ｂと、側壁７２ｃとを備えている。ベース部７２ａは、蓋４１ｂの内側面に沿って配置される部位である。この実施形態では、ベース部７２ａは、略平板状の部位である。ベース部７２ａは、蓋４１ｂの内側面に沿って配置され、ケース本体４１ａに収められるように、蓋４１ｂからはみ出ない程度の大きさを有している。孔７２ｂは、取付孔４１ｂ１に対応して設けられた穴である。この実施形態では、孔７２ｂは、ベース部７２ａの略中央部に設けられている。蓋４１ｂの内側面に対向する側面において、孔７２ｂの周りには凹んだ段差７２ｂ１が設けられている。段差７２ｂ１には、取付孔４１ｂ１に装着されたガスケット７１のボス部７１ｂの先端が収められる。側壁７２ｃは、ベース部７２ａの周縁部から下方に立ち上がっている。ベース部７２ａには、負極の内部端子４３ａの一端に設けられる基部４３ａ１が収められる。インシュレータ７２は、電池ケース４１の内部に配置されるため、所要の耐薬品性を備えているとよい。この実施形態では、インシュレータ７２には、ＰＰＳが用いられている。ＰＰＳは、ポリフェニレンサルファイド樹脂（Poly Phenylene Sulfide Resin）である。なお、インシュレータ７２に用いられる材料は、ＰＰＳに限定されない。
負極の内部端子４３ａは、基部４３ａ１と、接続片４３ａ２（図１および図２参照）とを備えている。基部４３ａ１は、インシュレータ７２のベース部７２ａに装着される部位である。この実施形態では、基部４３ａ１は、インシュレータ７２のベース部７２ａの周りの側壁７２ｃの内側に応じた形状を有している。接続片４３ａ２は、図１および図２に示されているように、基部４３ａ１の一端から延びており、ケース本体４１ａ内に延びて電極体２０の負極の未形成部２２ａ１に接続されている。
この実施形態では、取付孔４１ｂ１にボス部７１ｂを装着しつつ、蓋４１ｂの外側にガスケット７１を取付ける。外部端子４３ｂがガスケット７１に装着される。この際、外部端子４３ｂの軸部４３ｂ２がガスケット７１のボス部７１ｂに挿通され、かつ、ガスケット７１の座部７１ａに外部端子４３ｂの頭部４３ｂ１が配置される。蓋４１ｂの内側には、インシュレータ７２と内部端子４３ａが取り付けられる。そして、図３に示されているように、外部端子４３ｂのカシメ片４３ｂ３が折曲げられて、内部端子４３ａの基部４３ａ１にかしめられる。外部端子４３ｂのカシメ片４３ｂ３と負極端子４３の基部４３ａ１とは、導通性を向上させるために部分的に金属接合されているとよい。
ところで、リチウムイオン二次電池１０の正極の内部端子４２ａでは、耐酸化還元性の要求レベルが負極に比べて高くない。そして、要求される耐酸化還元性と、軽量化の観点で、正極の内部端子４２ａにはアルミニウムが用いられうる。これに対して、負極の内部端子４３ａでは、耐酸化還元性の要求レベルが正極よりも高い。かかる観点で、負極の内部端子４３ａには、銅が用いられうる。他方で、外部端子４３ｂが接続されるバスバとしては、軽量化および低コスト化の観点で、アルミニウムまたはアルミニウム合金が用いられうる。
本発明者は、外部端子４３ｂのうち内部端子４３ａに接合される部位に、銅または銅合金を用いること、および、外部端子４３ｂのうちバスバに接続される部位に、アルミニウムまたはアルミニウム合金を用いること、を検討している。かかる構造を実現するため、この実施形態では、外部端子４３ｂとして、銅とアルミニウムを異種金属接合させた部材が用いられている。以下、かかる外部端子４３ｂとして用いられる、端子部品２００の構造を説明する。
《端子部品２００》
図４は、端子部品２００を模式的に示す断面図である。端子部品２００は、図１および図２に示されているように、電池ケース４１内部で一部が内部端子４３ａと接続され、かつ、一部が電池ケース４１外部に露出するように電池ケース４１に取り付けられる。
端子部品２００は、第１金属２０１と、第１金属２０１に重ねられた第２金属２０２とを備えている。第１金属２０１は、一部が電池ケース４１内部で内部端子４３ａと接続される。第２金属２０２は、電池ケース４１外部に露出する。第１金属２０１と第２金属２０２とは、異なる金属から構成されている。
第１金属２０１は、端子部品２００が外部端子４３ｂとして用いられたときに、一部が電池ケース４１内部で内部端子４３ａと接続される部位である。この実施形態では、第１金属は銅で構成されている。第１金属２０１は、軸部２０１ａと、フランジ部２０１ｂとを有している。軸部２０１ａは、蓋４１ｂの取付孔４１ｂ１に挿入される軸部４３ｂ２となる部位である。フランジ部２０１ｂは、軸部２０１ａの一端に設けられた、軸部２０１ａよりも広がった略矩形の平板状の部位である。軸部２０１ａには、フランジ部２０１ｂが設けられた側とは反対側に、さらに内部端子４３ａにかしめられるカシメ片４３ｂ３となる部位２０１ｃが設けられている。
第２金属２０２は、端子部品２００が外部端子４３ｂとして用いられたときに、電池ケース４１外部に露出する部位である。第２金属２０２は、端子部品２００が外部端子４３ｂとして用いられたときに、電池ケース４１外部に露出する部位である。この実施形態では、第２金属はアルミニウムから構成されている。
この実施形態では、第１金属２０１は、頂部２０１ｄ１が平坦な凸部２０１ｄを備えている。凸部２０１ｄは、フランジ部２０１ｂの対向面２０１ｂ１の中心に設けられている。凸部２０１ｄは、略円盤状の部位である。
第２金属２０２は、第１金属２０１に重ねられた平板状の金属部材である。第２金属２０２は、第１金属２０１と対向する対向面２０２ａが、第１金属２０１の対向面２０１ｂ１に応じた略矩形状である。
第２金属２０２は、第１金属２０１の凸部２０１ｄの頂部２０１ｄ１と接合されている。この実施形態では、第１金属２０１と第２金属２０２は、第１金属２０１の凸部２０１ｄの頂部２０１ｄ１において金属接合されている。当該金属接合された接合部２０３は、頂部２０１ｄ１と、対向面２０２ａの中心部分において形成されている。なお、凸部２０１ｄの頂部２０１ｄ１と第２金属２０２との接合の方法は特に制限されないが、例えば、超音波圧接、摩擦圧接、抵抗溶接等の方法によって行うことができる。このように接合された接合部２０３は、接着剤やはんだ等の接着層を介さずに固相接合によって形成されている。
この実施形態では、第１金属２０１の対向面２０１ｂ１と第２金属２０２の対向面２０２ａの間において、凸部２０１ｄ以外の領域は空隙である。しかしながら、対向面２０１ｂ１と対向面２０２ａの間の領域は、かかる形態に限定されない。当該領域には、第１金属２０１と第２金属２０２を導通しない部材が配置されていてもよい。例えば、リチウムイオン二次電池１０に振動が加わった場合に、バスバを介して端子部品２００にも振動が伝わる場合がある。このような外的負荷が凸部２０１ｄに集中することを緩和するために、例えば、ガスケット７１等が当該領域に配置されていてもよい。このような、第１金属２０１と第２金属２０２を導通しない部材は、当該領域に部分的に配置されていてもよく、全体に配置されていてもよい。
ところで、リチウムイオン二次電池１０の充電や放電の際に、外部端子４３として用いられている端子部品２００に電流が流れる。このとき、第１金属２０１と第２金属２０２にも電流が流れる。図４に示されているように、第１金属２０１の凸部２０１ｄは、周囲の部分と比較して電流が通過する断面積が狭くなっている。これによって、リチウムイオン二次電池１０の充電や放電によって端子部品２００に電流が流れる際に、凸部２０１ｄに電流が集中する構成になっている。このように、電流が集中する部分には、それ以外の部分と比較して大きなジュール熱が発生する。また、接合部２０３には、第１金属２０１と第２金属２０２とが接合された、異種金属接合が生じている。そのため、端子部品２００に電流が流れる際に、凸部２０１ｄと接合部２０３には周囲の部分と比較して大きなジュール熱が発生する。
ここで、凸部２０１ｄは、第１金属２０１と第２金属２０２の間に予め定められた電流値以上の電流が流れた時に溶断が起こるように、凸部２０１ｄの突出方向に直交する横断面が設定されている。ここでは、突出方向は、凸部２０１ｄが設けられている対向面２０１ｂ１と垂直な方向である。
ここで、予め定められた電流値は、例えば、電池の通常の使用態様におけるピーク電流値を元に設定される。これに限られないが、予め定められた電流値は上述したピーク電流値の２倍以上に設定することができる。
予め定められた電流値以上の電流が流れた時に溶断が起こるとは、例えば、第１金属２０１と第２金属２０２のうち一方の金属が溶融することにより、凸部において第１金属と第２金属が電気的に切り離されることである。ここでいう溶断は、凸部２０１ｄが融点に達して溶融することによって起こってもよく、凸部２０１ｄは溶融せず、接合部２０３において他方の金属２０２が溶融することによって起こってもよい。
凸部２０１ｄの突出方向に直交する横断面が、このような横断面で設定されているので、凸部２０１ｄは、過電流が発生した際に第１金属２０１と第２金属２０２の電気的接続を遮断するヒューズとして機能する。
ここで開示される端子部品２００において、ヒューズとして機能する凸部２０１ｄの寸法は、想定される過電流や第１金属２０１と第２金属２０２の金属種等に応じて適宜設定することができる。以下、一例を説明する。
ここでは、遮断電流を９４０Ａ、通電時間を１００秒とした場合の凸部２０１ｄの寸法の設定について説明する。円盤状の凸部２０１ｄを備える第１金属２０１は銅から構成されており、第２金属２０２はアルミニウムから構成されている。上述の電流が第１金属２０１の凸部２０１ｄに流れたときに、第１金属２０１よりも融点の低い第２金属２０２が溶融する場合を考える。
まず、第１金属２０１よりも融点が低い第２金属２０２が溶融する条件を考える。第２金属２０２が溶融するために必要な熱量Ｑｍは、質量ｍ、比熱ｃおよび温度差ΔＴを用いて、Ｑｍ＝ｍ×ｃ×ΔＴで表される。
第２金属２０１を構成するアルミニウムの融点は６６０．３℃である。室温が２５℃のとき、第２金属２０２を溶融させるために必要な温度差ΔＴは、６３５．３℃である。アルミニウムの比重ρは、２．７ｇ／ｃｍ３である。アルミニウムの比熱ｃは、０．９Ｊ／（ｇ・℃）である。接合部２０３の面積をＳとする。この実施形態では、接合部２０３において、０．１ｍｍの第２金属が溶融し、第１金属２０１と第２金属２０２が溶断する。
第２金属２０２が溶融するために熱量Ｑｈは、下記の式で表される。
Ｑｍ＝Ｓ×０．１（ｍｍ）×２．７（ｇ／ｃｍ３）×０．９（Ｊ／（ｇ・℃））×６３５．３（℃）
次に、第１金属２０１の凸部２０１ｄで発生するジュール熱を考える。第１金属２０１の凸部２０１ｄで発生するジュール熱Ｑｈは、抵抗値Ｒ、電流値Ｉおよび通電時間ｔを用いて、Ｑｈ＝Ｒ×Ｉ２×ｔで表される。
上述したように、想定される電流値Ｉは、９４０Ａである。通電時間ｔは、１００秒である。抵抗値Ｒは、体積抵抗率ρｖ、電流が流れる長さＬおよび電流が流れる断面積Ｓを用いて、Ｒ＝ρｖ×Ｌ／Ｓで表される。例えば、２０℃において、第１金属２０１を構成する銅の体積抵抗率ρｖは、１．６９μΩ・ｃｍである。電流が流れる長さＬは、凸部２０１ｄの高さである。
第１金属２０１の凸部２０１ｄで発生するジュール熱Ｑｈは、以下の式で表される。
Ｑｈ＝１．６９（μΩ・ｃｍ）×Ｌ／Ｓ×（９４０（Ａ））２×１００（秒）
第１金属２０１の凸部２０１ｄで発生するジュール熱Ｑｈが、第２金属２０２が溶融するために必要な熱量Ｑｍよりも高い場合に、凸部２０１ｄに溶断が起こる。即ち、Ｑｍ＜Ｑｈを満たすように第１金属２０１の凸部２０１ｄの断面積と高さを設定することができる。
例えば、第１金属２０１の凸部２０１ｄの高さを０．１ｍｍ、直径を６ｍｍとすることができる。このとき、上記の電流が流れた際に、凸部２０１ｄに５．３Ｊのジュール熱が発生し、凸部２０１ｄと接触する第２金属２０２が溶融することによる溶断が起こる。
接合部２０３には、接合界面が異種金属接合されていることによって、接触抵抗が発生する。また、第１金属２０１の温度上昇に伴って、凸部２０１ｄの体積抵抗率が上昇する。すなわち、接合部２０３には、上記の計算よりも多くのジュール熱が発生しうる。例えば、コンピュータによるシミュレーションを利用する、端子部品２００の構造を模擬したサンプルを用いて予め試験を行う等の方法によって、凸部２０１ｄの寸法を適宜調整するとよい。
ここで提案される端子部品２００は、第１金属２０１と第２金属２０２の接合界面に凸部２０１ｄを備えている。第１金属２０１と第２金属２０２は、凸部２０１ｄの頂部２０１ｄ１で接合されている。凸部２０１ｄは、上述したように、予め定められた電流値以上の電流が流れた時に溶断が起こるように、凸部２０１ｄの突出方向に直行する横断面が少なくとも一部において設定されている。この場合、端子部品２００は、予め定められた電流値以上の電流が流れた時に溶断される。このため、端子部品２００は、ヒューズとしての機能を備えうる。
凸部２０１ｄは、電池ケース４１の外部に設けられるように構成されていてもよい。かかる構成によって、凸部２０１ｄに電流が集中し、周囲と比較して大きなジュール熱が発生した際にも、電池ケース４１内部の温度には影響しない。そのため、電池ケース４１内部にヒューズが設けられている場合と比較して、凸部２０１ｄの発熱による電池ケース４１内部での電解液の分解等を抑えることができる。つまり、ヒューズとして機能する部位の発熱による電池性能の劣化を抑えることができる。
ここで開示される端子部品２００は、第１金属２０１と第２金属２０２とが異なる金属から構成されていてもよい。例えば、第１金属２０１をバスバの金属種と同じ金属種とすることによって、第１金属２０１とバスバの接合界面との接合強度を高めることができる。第２金属２０２を内部端子４３ａと同じ金属種とすることによって、第２金属２０２と内部端子４３ａとの接合強度を高めることができる。このように、内部端子と接続される部位を有する第１金属２０１と、電池ケース外部に露出する部位を有する第２金属２０２とを異種金属とすることによって、電池ケース外部に異種金属の接合箇所が設けられるのを除外できる。
異なる金属が接合されている接合部２０３には、異種金属による金属接合が形成されている。このような接合部は、同種の金属からなる接合部や、一種類の金属の一部を細くして形成されたものと比較して、電気抵抗が高くなる。異なる金属が接合されている接合部２０３には、より大きなジュール熱が発生する。異なる金属から構成されている端子部品２００と、同種の金属からなる端子部品とを同じ遮断電流に設定した場合に、異なる金属から構成されている端子部品２００の凸部２０１ｄをより太く短い形状とすることができる。つまり、凸部２０１ｄにヒューズとしての機能を持たせながらも、より強い機械強度を実現することができる。
ここで開示される端子部品２００において、第１金属２０１と第２金属２０２は、凸部の頂部２０１ｄ１において金属接合されている。第１金属２０１と第２金属２０２が、はんだやろう材等の中間層を介さずに、いわゆる固相接合によって接合されている。このように中間層を介さずに第１金属２０１と第２金属２０２とが接合されていることによって、通常の電池使用時においても第１金属２０１と第２金属２０２との良好な導通が確保される。
上述した実施形態では、第１金属２０１が凸部２０１ｄを備えているが、かかる形態に限定されない。第２金属が、頂部が平坦な凸部を備えており、第１金属が当該凸部と接合されていてもよい。このとき、第１金属の、第２金属と対向する面は平坦な面であるとよい。
上述した実施形態では、凸部は円盤状であったが、かかる形態に限定されない。凸部は、例えば、四角柱等の多角形の平板状の部位であってもよい。また、凸部の横断面の形状や面積は、一定である必要はない。凸部の横断面は、凸部の基端から頂部に向かって細くなっていてもよい。凸部の横断面は、凸部の基端から頂部に向かって太くなっていてもよい。
以上、ここで開示される端子部品、二次電池および組電池について、種々説明した。特に言及されない限りにおいて、ここで挙げられた端子部品および電池の実施形態などは本発明を限定しない。また、ここで開示される電池は、種々変更でき、特段の問題が生じない限りにおいて、各構成要素やここで言及された各処理は適宜に省略され、または、適宜に組み合わされうる。
１０ リチウムイオン二次電池
２０ 電極体
２１ 正極シート
２１ａ 正極集電箔
２１ａ１ 未形成部
２１ｂ 正極活物質層
２２ 負極シート
２２ａ 負極集電箔
２２ａ１ 未形成部
２２ｂ 負極活物質層
３１，３２ セパレータシート
４１ 電池ケース
４１ａ ケース本体
４１ａ１ 開口
４１ｂ 蓋
４１ｂ１ 取付孔
４１ｂ２ 段差
４１ｂ３ 座面
４１ｂ４ 突起
４２ 正極端子
４２ａ 正極の内部端子
４２ｂ 正極の外部端子
４３ 負極端子
４３ａ 負極の内部端子
４３ａ１ 基部
４３ａ２ 接続片
４３ｂ 負極の外部端子
４３ｂ１ 頭部
４３ｂ２ 軸部
４３ｂ３ カシメ片
６１ 底面部
６２，６３ 幅広面部
６４，６５ 幅狭面部
７１ ガスケット
７１ａ 座部
７１ｂ ボス部
７１ｃ 側壁
７２ インシュレータ
７２ａ ベース部
７２ｂ 孔
７２ｂ１ 段差
７２ｃ 側壁
２００ 端子部品
２０１ 第１金属
２０１ａ 軸部
２０１ｂ フランジ部
２０１ｂ１ 対向面
２０１ｃ 部位
２０１ｄ 凸部
２０１ｄ１ 頂部
２０２ 第２金属
２０２ａ 対向面
２０３ 接合部

Claims (5)

  1. 電池ケース内部で一部が内部端子と接続され、かつ、一部が電池ケース外部に露出するように前記電池ケースに取り付けられる端子部品であって、
    第１金属と、
    前記第１金属に重ねられた第２金属と
    を備え、
    前記第１金属と前記第２金属はそれぞれ、異なる金属から構成されており、
    前記第１金属は、前記内部端子と接続される部位を有し、かつ、前記第２金属は、前記電池ケース外部に露出する部位を有しており、
    前記第１金属と前記第２金属とが重ねられた界面において、
    前記第１金属と前記第２金属のうち、一方の金属は、頂部が平坦な凸部を備え、他方の金属は、前記頂部と接合されており、
    前記凸部は、前記第１金属と前記第２金属の間に予め定められた電流値以上の電流が流れた時に溶断が起こるように、前記凸部の突出方向に直交する横断面が設定されている、端子部品。
  2. 前記一方の金属の前記凸部と、前記他方の金属との界面には、超音波接合部が形成されている、請求項１に記載された端子部品。
  3. 前記第１金属と前記第２金属は、前記凸部の先端において金属接合されている、請求項１または２に記載された端子部品。
  4. 電池ケースと、
    該電池ケースに取り付けられた電極端子と
    を備え、
    前記電極端子は、請求項１～３のいずれか一項に記載された端子部品を含む、二次電池。
  5. 前記端子部品の前記凸部は、前記電池ケース外部に設けられている、請求項４に記載された二次電池。
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