JP7389766B2 - 端子部品、それを備えた二次電池および組電池並びに端子部品の製造方法 - Google Patents

端子部品、それを備えた二次電池および組電池並びに端子部品の製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、端子部品、それを備えた二次電池および組電池並びに端子部品の製造方法に関する。
特開２０１６－１８６７５号公報には、外部端子とバスバとの溶接性を向上させるため、当該外部端子に超音波接合によって金属部材を接合することが開示されている。特開２０１１－１２４０２４号公報には、集電箔が接続される基部と、外部端子とを超音波接合によって接合させた後に、当該接合部をさらにかしめることによって、両部品の接合強度を向上させることが開示されている。
特開２０１６－１８６７５号公報 特開２０１１－１２４０２４号公報
超音波接合等の金属接合によって、端子に異種の金属を接合する場合、当該端子と金属との接合強度は不十分であり得る。そのため、接合後に、当該接合された部品間に別途かしめ構造を作る等の工程を追加し、金属接合された部品間の接合強度を強固にすることが行われている。また、金属接合のみで必要な接合強度を確保しようとする場合には、部品間の接触面の広い範囲に対し、高いエネルギーで接合する必要がある。このような接合方法では、外部端子表面に荒れや変形が生じるおそれがある。外部端子表面の荒れや変形を後処理によって除去することは、工程数が増加し、生産性の観点からも好ましくない。
本発明者は、十分な接合強度で接合され、かつ、導通されている、２つの金属からなる二次電池用の端子部品を提供したいと考えている。併せて、このような端子部品を、少ない工程数で製造する技術を提供したいと考えている。
ここで開示される端子部品は、第１金属と、第１金属に重ねられた第２金属とを備えている。第１金属は、第２金属が重ねられた部位に、開口よりも内部が広い凹みを備えている。第２金属は、一部が第１金属の凹みに入り込んでおり、第１金属の凹みのうち開口よりも内部が広くなった部分に入り込んだ部位と、第１金属の凹みに入り込んだ部位とは反対側の面に形成された凹みとを有している。第２金属のうち、第１金属の凹みに入り込んだ部位の少なくとも一部が、第１金属の凹みの内側面に金属接合されている。
かかる端子部品は、第１金属の凹みのうち開口よりも内部が広くなった部分に第２金属が入り込んでいることにより、第１金属と第２金属の接合強度が確保されている。また、第２金属は、第１金属の凹みに入り込んだ部位の少なくとも一部が、第１金属の凹みの内側面に金属接合されていることによって、部材間の導通が確保されている。
ここで開示される端子部品において、第１金属は、第２金属よりも剛性が高くてもよい。
第１金属の凹みの径Ｄ１と、開口の径Ｄ２は、０．４≦Ｄ２／Ｄ１≦０．９５の関係を満たしていてもよい。第１金属の凹みの底部には、さらに凹みが形成されていてもよい。底部に形成された凹みには、開口から深さ方向に従って内部が広くなった部分が設けられていてもよい。
端子部品は、第１金属が銅または銅を主体とする合金で構成され、第２金属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てもよい。
ここに開示される技術の他の側面として、正極および負極を含む電極体と、電極体を内部に収容した電池ケースと、電極体における正極および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、備えた二次電池が提供される。当該二次電池の正極端子および負極端子の少なくとも一方は、ここに開示される端子部品を含んでいる。
ここに開示される技術の他の側面として、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、複数の単電池として、ここに開示される端子部品を含んだ二次電池が用いられている組電池が提供される。複数の単電池は、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いる。バスバは、第２金属を構成する金属と同じ金属によって構成されていてもよい。
ここで開示される端子部品の製造方法は、開口よりも内部が広い凹みを有する第１金属を用意する工程と、第２金属を用意する工程と、第１金属と第２金属を金属接合させる工程とを含む。第１金属と第２金属を金属接合させる工程は、第１金属の凹みが形成された部位に第２金属を重ね、第１金属の凹みに応じた位置に合わせて第２金属を部分的に加圧し、第２金属に凹みを形成するとともに、第１金属の凹みの開口よりも内部が広い部分に第２金属の一部を入り込ませ、第１金属の凹みに入り込んだ第２金属の一部と第１金属とを金属接合させることを含む。
かかる製造方法では、第１金属と第２金属を金属接合させる工程において、第２金属を部分的に加圧し、第１金属の凹みの開口よりも内部が広い部分に第２金属の一部を入り込ませている。それによって、カシメ等の方法で第１金属と第２金属を機械的に接合する工程を別途設ける必要がなく、少ない工程数で上述した端子部品を製造することができる。
また、第１金属と第２金属の金属接合を、第１金属の凹みの内側で行うことにより、バスバと接続される面に生じうる荒れや変形を抑制することができる。これによって、金属接合が行われた面の荒れや変形に対する処理の工程が削減されうる。
ここで開示される端子部品の製造方法において、第２金属を用意する工程では、第１金属よりも剛性が低い第２金属を用意してもよい。
第１金属を用意する工程では、第１金属の凹みの径Ｄ１と、開口の径Ｄ２が、０．４≦Ｄ２／Ｄ１≦０．９５の関係を満たす第１金属を用意してもよい。また、第１金属を用意する工程では、凹みの底部には、さらに凹みが形成された第１金属を用意してもよい。底部に形成された凹みには、開口から深さ方向に従って内部が広くなった部分が設けられていてもよい。
第１金属を用意する工程では、銅または銅を主体とする合金で構成された第１金属を用意し、第２金属を用意する工程では、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た第２金属を用意してもよい。
第１金属と第２金属を金属接合させる工程において、超音波圧接、摩擦圧接または抵抗圧接によって金属接合を実施してもよい。
二次電池１２の外形を模式的に示す斜視図である。 単電池１２から構成された組電池１０を模式的に示す斜視図である。 二次電池１２の内部構造を模式的に示す幅広面の断面図である。 二次電池１２の内部構造を模式的に示す幅狭面の断面図である。 端子部品５４が取り付けられた蓋体３４の構造を模式的に示す断面図である。 端子部品５４を模式的に示す断面図である。 他の実施形態にかかる端子部品５４を模式的に示す断面図である。 端子部品５４の製造方法を説明する断面図である。 端子部品５４の製造方法を説明する断面図である。
以下、ここで提案される端子部品および該端子部品を備えた二次電池、該端子部品を備えた単電池を構成要素とする組電池および該端子部品の製造方法の実施形態について、捲回電極体を備えた角形のリチウムイオン二次電池を例に挙げて詳細に説明する。
本明細書において、「二次電池」とは、以下に説明するリチウムイオン二次電池に限定されるものではなく、例えば、ナトリウムイオン二次電池、マグネシウムイオン二次電池、あるいは、いわゆる物理電池に包含されるリチウムイオンキャパシタ等を含む概念である。また、ここでは複数の正極および負極の電極体がセパレータを介して捲回された構造を有する捲回電極体を備えたリチウムイオン二次電池を用いて説明するが、電極体はかかる構成に限られず、複数の正極および負極の電極体がセパレータを介して積層された構成であってもよい。
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、重複する説明は省略または簡略化することがある。以下の図面における長さや幅等の寸法関係は、実際の寸法関係を必ずしも反映するものではない。
本明細書において数値範囲をＡ～Ｂ（ここで、Ａ，Ｂは任意の数値）と記載している場合は、Ａ以上Ｂ以下を意味するものとする。また、本明細書において「主体」とは、任意の構成成分のうち、最大重量を占める成分のことをいい、例えば、当該構成成分の全体を１００質量部としたとき、５０質量部以上を占める成分をいう。
本明細書において、金属接合とは、金属同士が接合界面において接着剤などを介さずに直接的に接合された接合状態を言う。金属接合は、例えば、超音波接合、摩擦圧接、拡散接合、抵抗溶接等によって実現され、カシメなどの機械的な接合状態は除外される。
図１は、二次電池１２の外形を模式的に示す斜視図である。
二次電池１２は、繰り返し充放電可能な二次電池であり、例えばリチウムイオン二次電池である。詳細な構造の説明は省略するが、ここに開示される二次電池１２は、正極および負極がセパレータを介して積層された構造を有する電極体２０を電池ケース３０の内部に備えている。かかる電極体は、非水電解液（図示せず）とともに電池ケース本体３２に収容され、内部が減圧された状態で蓋体３４の縁部が溶接等で封止され、密閉されている。電池ケース３０には、例えば、アルミニウム等の軽量で熱伝導性の良い金属材料が用いられる。電池ケース３０の形状は、図１に記載されているような角形のものに限定されず、例えば円筒型等であってもよい。
二次電池１２は、電池ケース３０の上部に、正極端子４０および負極端子５０を備えている。正極端子４０および負極端子５０は、電池ケース内部の電極体と電気的に接続され、バスバを介して外部と接続される。正極端子４０および負極端子５０の形状は特に制限されず、図示されているように矩形状であってもよく、例えば楕円形状を含む円形状等であってもよい。
図２は、単電池１２から構成された組電池１０を模式的に示す斜視図である。
単電池１２として図１に示した二次電池１２が複数配列されてなる組電池１０において、単電池１２はスペーサ１１を介して配列されている。最も外側に配置されたスペーサ１１のさらに外側には、一対のエンドプレート１７が配置されている。これらはエンドプレート１７を架橋するように取り付けられた締付け用ビーム材１８によって拘束され、締付け用ビーム材１８の端部がビス１９によって締め付けられ、固定されている。
組電池１０において、単電池１２の正極端子４０は、隣接する他の単電池１２の負極端子５０とバスバ１４を介して電気的に接続されている。バスバ１４としては、例えば、アルミニウムや銅等が用いられる。
図３は、二次電池１２の内部構造を模式的に示す幅広面の断面図である。
電極体２０は、図示しない絶縁フィルム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。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２３、２４とを備えている。正極シート２１と、負極シート２２と、セパレータシート２３、２４は、それぞれ長尺の帯状の部材である。本実施形態では、電極体２０は、正極シート２１と、負極シート２２と、セパレータシート２３、２４を巻き重ねた捲回電極体である。
正極シート２１は、箔状の正極集電体２１Ａと、当該正極集電体２１Ａの片面または両面に長手方向に沿って形成された正極活物質層２１Ｂと、を備えている。また、二次電池１２の幅方向における電極体２０の一方の側縁部には、正極活物質層２１Ｂが形成されておらず、正極集電体２１Ａが露出した正極集電体露出部２１Ｃが設けられている。正極集電体２１Ａとしては、アルミニウム箔等が用いられる。正極活物質層２１Ｂ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る。
正極集電体露出部２１Ｃには、正極集電端子４２が接続されている。正極集電端子４２としては、例えばアルミニウム箔等が用いられる。正極活物質層２１Ｂに含まれる材料については、従来の一般的な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、本発明を特徴付けるものではないため詳細な説明は省略する。
負極シート２２は、箔状の負極集電体２２Ａと、当該負極集電体２２Ａの片面または両面に長手方向に沿って形成された負極活物質層２２Ｂと、を備えている。また、幅方向における電極体２０の他方の側縁部には、負極活物質層２２Ｂが形成されておらず、負極集電体２２Ａが露出した負極集電体露出部２２Ｃが設けられている。負極集電体２２Ａとしては、銅箔等が用いられる。正極活物質層２１Ｂと同様に、負極活物質層２２Ｂには、負極活物質やバインダ等の種々の材料が含まれる。
負極集電体露出部２２Ｃには、負極集電端子５２が接続されている。負極集電端子５２としては、例えば銅箔等が用いられる。負極活物質層２２Ｂに含まれる材料については、従来の一般的な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、本発明を特徴付けるものではないため詳細な説明は省略する。
セパレータシート２３、２４は、正極シート２１と負極シート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、セパレータシート２３、２４には、微細な孔が複数形成されている。当該微細な孔は、電荷担体（リチウムイオン二次電池の場合は、リチウムイオン）が正極シート２１と負極シート２２との間で移動するように構成されている。
セパレータシート２３、２４には、所要の耐熱性を有する樹脂シート等が使用される。セパレータシート２３、２４としては、従来の一般的な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る。セパレータシート２３、２４は、本発明を特徴付けるものではないため、セパレータシート２３、２４の詳細な説明は省略する。
電池ケース３０に収容される非水電解液としては、典型的には非水溶媒と支持塩とを含有した、従来の一般的な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る。非水電解液は、本発明を特徴付けるものではないため、非水電解液の詳細な説明は省略する。
図４は、二次電池１２の内部構造を模式的に示す幅狭面の断面図である。負極端子５０（図１参照）は、負極集電端子５２と負極外部端子５４から構成されている。本実施形態では、負極集電端子５２は、銅製の１枚の板状の部材からなる。図４に示されているように、負極集電端子５２は、電池ケース３０内部で折り曲げられ、負極外部端子５４と電極体２０と接続されている。負極外部端子５４は、負極集電端子５２と接続され、一部が蓋体３４の外表面に露出している。
同様に、正極端子４０は、正極集電端子４２と正極外部端子４４から構成されている。本実施形態では、正極集電端子４２は、アルミニウム製の１枚の板状の部材からなる。正極集電端子４２は、電池ケース３０内部で折り曲げられ、正極外部端子４４と電極体２０と接続されている。正極外部端子４４は、正極集電端子４２と接続され、一部が蓋体３４の外表面に露出している。
ところで、電極体２０の正極集電体２１Ａにはアルミニウムが好適に用いられる。電極体２０の負極集電体２２Ａには銅箔が好適に用いられる。正極集電端子４２と負極集電端子５２には、それぞれ接続される集電体と同種の金属が用いられることが好ましい。そのため、正極集電端子４２には、アルミニウムが用いられることが好ましい。負極集電端子５２には、銅が用いられることが好ましい。また、バスバ１４には、導電性や軽さの観点から、アルミニウムが好適に用いられる。このため、負極集電端子５２および負極外部端子５４に銅が用いられ、かつ、バスバ１４にアルミニウムが用いられている場合では、負極集電端子５２および負極外部端子５４と、バスバ１４とで金属種が異なることになる。これに対して、本発明者は、負極外部端子５４にアルミニウムと銅とを接合させた端子部品を採用することを検討している。
以下では、ここで開示される端子部品について、当該端子部品が負極外部端子５４として使用されている構成をもとに説明する。なお、正極端子４０側がここで開示される端子部品を有している場合については、負極端子５０側の場合の構成と同様であるので、説明は省略する。
図５は、端子部品５４が取り付けられた蓋体３４の構造を模式的に示す断面図である。図６は、端子部品５４を模式的に示す断面図である。端子部品５４は、ガスケット３６を介して蓋体３４に取り付けられている。負極集電端子５２は、インシュレータ３８を介して蓋体３４に取り付けられている。
蓋体３４は、図５に示されているように、予め定められた位置に端子部品５４を取り付けるための取付孔３４Ａを有している。蓋体３４の取付孔３４Ａには、ガスケット３６とインシュレータ３８を介在させて、負極集電端子５２と端子部品５４とが取り付けられている。
端子部品５４は、第１金属６０と第２金属６４を備えている。図５および図６に示されているように、端子部品５４を構成する第１金属６０は、軸部６０Ａと、上端部６０Ｂと、かしめ部６０Ｃとを備えている。軸部６０Ａは、ガスケット３６を介して取付孔３４Ａに装着される部位である。軸部６０Ａは、円柱形状を有している。上端部６０Ｂは、蓋体３４の外側に配置される部位である。上端部６０Ｂは、取付孔３４Ａよりも大きな略平板状の部位である。かしめ部６０Ｃは、図５に示されているように、蓋体３４の内部において、負極集電端子５２にかしめられる部位である。第２金属６４は、第１金属６０の上端部６０Ｂに重ねられている。第２金属６４が上端部６０Ｂと重ねられている面において、第２金属６４と上端部６０Ｂの面は同一の形状である。端子部品５４の詳細な構造については、後述する。
ガスケット３６は、図５に示されているように、蓋体３４の取付孔３４Ａに取り付けられる部材である。ガスケット３６は、平板部３６Ａと、側壁部３６Ｂと、円筒部３６Ｃとを備えている。平板部３６Ａは、端子部品５４が蓋体３４と対向する面に合わせた形状を有している。側壁部３６Ｂは、平板部３６Ａの周縁部から垂直に延びている。円筒部３６Ｃは、平板部３６Ａの底部から突出している。円筒部３６Ｃは、取付孔３４Ａの内側面に沿った外形形状を有している。円筒部３６Ｃは、端子部品５４を構成する第１金属６０の軸部６０Ａが装着される装着孔となる。
ガスケット３６は絶縁性を有する樹脂製の部材であり、端子部品５４と蓋体３４とを絶縁している。ガスケット３６は、蓋体３４の取付孔３４Ａの気密性を確保している。ガスケット３６としては、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。ガスケット３６としては、例えば、パーフルオロアルコキシアルカン（Perfluoroalkoxy alkane：ＰＦＡ）等のフッ素樹脂等が用いられる。
インシュレータ３８は、蓋体３４の取付孔３４Ａの周りにおいて、蓋体３４の内側に装着される部材である。インシュレータ３８は、略平板状の部材である。インシュレータ３８は、貫通孔３８Ａを備えている。貫通孔３８Ａには、端子部品５４を構成する第１金属６０の軸部６０Ａが挿通される。貫通孔３８Ａは、端子部品５４を構成する第１金属６０の軸部６０Ａの外形形状に応じた形状を有している。
インシュレータ３８は絶縁性を有する樹脂製の部材である。インシュレータ３８は、蓋体３４と、負極集電端子５２および端子部品５４を絶縁している。インシュレータ３８は、電池ケース３０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。インシュレータ３８としては、例えば、ポリフェニレンサルファイド（Polyphenylene Sulfide：ＰＰＳ）等が用いられる。
負極集電端子５２は、上述のように１枚の板状の部材からなる。負極集電端子５２は、インシュレータ３８よりも内側に配置される。負極集電端子５２は、貫通孔５２Ａを備えている。貫通孔５２Ａには、端子部品５４を構成する第１金属６０の軸部６０Ａが挿通される。貫通孔５２Ａは、端子部品５４を構成する第１金属６０の軸部６０Ａの外形形状に応じた形状を有している。負極集電端子５２には、貫通孔５２Ａの周囲に段差５２Ｂが設けられている。段差５２Ｂには、第１金属６０のかしめ部６０Ｃの先端が引っ掛けられて固定される。
本実施形態では、蓋体３４の取付孔３４Ａに、ガスケット３６の円筒部３６Ｃを装着しつつ、蓋体３４の外側にガスケット３６が取り付けられる。また、端子部品５４はガスケット３６に装着される。この際、第１金属６０の軸部６０Ａがガスケット３６の円筒部３６Ｃに挿通され、かつ、ガスケット３６の平板部３６Ａに第１金属６０の上端部６０Ｂが配置される。蓋体３４の内側には、インシュレータ３８と負極集電端子５２が取り付けられる。そして、図５に示されているように、第１金属６０のかしめ部６０Ｃが折曲げられて、負極集電端子５２にかしめられる。第１金属６０のかしめ部６０Ｃと負極集電端子５２とは、導通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。
端子部品５４は、第１金属６０と第２金属６４を備えている。第１金属６０は、第２金属６４よりも剛性が高い金属が用いられうる。ここでは、第１金属６０に対して第２金属６４が強く押し当てられた際に、第１金属６０は変形しないが第２金属６４が変形する程度に、第１金属６０の剛性が第２金属６４よりも高いとよい。この実施形態では、第１金属６０は銅から構成されている。第２金属６４はアルミニウムから構成されている。なお、第１金属６０と第２金属６４の剛性は、例えば、ビッカース硬さ試験や引張試験などによって評価されうる。
第１金属６０は、第２金属６４が重ねられた部位に、凹み６２を備えている。凹み６２は、開口６２Ａよりも内部が広くなった部分６２Ｂを有する。本明細書において、内部が広くなった部分６２Ｂとは、第１金属６０の凹み６２の開口６２Ａを、当該開口から垂直に深さ方向に投影したときに、当該開口の投影面と、第１金属の凹みとの間の空間のことをいう。
本実施形態では、第１金属６０の凹み６２は、開口６２Ａから同じ深さを横切る断面に沿った横断面が略円形状である。第１金属６０の凹み６２は、開口６２Ａから深くなるにつれて徐々に面積が広くなっている。凹み６２は、略円錐台形状の空間を有している。凹み６２の底部６２Ｃ１の面積は、開口６２Ａの面積よりも広い。凹み６２は、底部６２Ｃ１から開口６２Ａに向かうに従って、開口６２Ａから同じ深さを横切る断面に沿った横断面の断面積が狭くなっている。換言すると、凹み６２は、底部６２Ｃ１に対して側周面６２Ｃ２が内径側に張り出した形状を有している。このような形状を有する第１金属６０の凹み６２は、例えば、鍛造加工や切削加工によって形成されうる。
上述した実施形態では、第１金属６０の凹み６２は、開口６２Ａよりも内部が広くなった略円錐台状の空間である。凹み６２は、開口６２Ａよりも内部が広い部分を備えていればよい。凹み６２の形状は、かかる形状に限定されない。例えば、開口６２Ａから同じ深さを横切る断面に沿った横断面では、凹み６２は、円形に限らず、例えば、三角形、四角形、五角形、六角形などの多角形形状であってもよい。本実施形態では、第１金属６０の凹み６２は、略円錐台状の空間である。凹み６２には、周方向に連続して開口よりも内部が広くなった部分６２Ｂが形成されている。
なお、凹み６２は、かかる形態に限定されない。凹み６２には、周方向に部分的に開口よりも内部が広くなった部分６２Ｂが形成されていてもよい。また、本実施形態では、第１金属６０の凹み６２の開口６２Ａは円形であるが、必ずしも円形でなくてもよい。凹み６２の開口６２Ａは、広くなった凹み６２の内部よりも狭くなっていればよい。凹み６２の開口６２Ａは、例えば、周方向の一部において、広くなった凹み６２の内部よりも内径側に張り出した部位を有していてもよい。この場合、内径側に張り出した部位は、凹み６２の周方向において、複数箇所、例えば、２～４箇所、設けられているとよい。
第２金属６４は、第１金属６０の凹み６２を備えた部位に重ねられている。本実施形態では、第２金属６４の周縁部は、第１金属６０の上端部６０Ｂの周縁部と重なっている。この第２金属６４では、第１金属６０の上端部６０Ｂに重ねられた面の反対側の面が電池ケース３０の外部に露出している。当該露出した面５４Ａは、バスバ等と接続される。
第２金属６４の一部は、第１金属６０の凹み６２に入り込んでいる。第２金属６４は、第１金属６０の凹み６２に入り込んだ部位６４Ａと、第１金属６０の凹み６２に入り込んだ部位６４Ａとは反対側の面に形成された凹み６４Ｃとを有している。以下、適宜、第１金属６０の凹み６２に入り込んだ部位６４Ａは、嵌入部６４Ａと称される。また、当該嵌入部６４Ａのうち、第１金属６０の凹み６２の深さ方向において、開口６２Ａよりも広くなった部分６２Ｂに入り込んだ部位６４Ｂのことは、特に、嵌入部６４Ｂと称される。
図５に示されているように、第２金属６４は、第１金属６０の凹み６２の底部６２Ｃ１と接触している。また、嵌入部６４Ｂは、第１金属６０の凹み６２のうち開口６２Ａよりも内部が広くなった部分６２Ｂに、十分に深く入り込んでいる。つまり、嵌入部６４Ｂは、凹み６２の側周面６２Ｃ２とかみ合っている。かかる構成によって、第１金属６０と第２金属６４は、十分な機械的な締結強度が確保されている。なお、第１金属６０の凹み６２と、第２金属６４との間に隙間が存在することは許容される。
本実施形態では、第２金属６４の凹み６４Ｃの、開口６２Ａから同じ深さを横切る断面に沿った横断面は、略円形状である。第２金属６４の凹み６４Ｃは、第１金属６０の凹み６２に対応した位置に形成されている。図５に示されているように、本実施形態では、第２金属６４の凹み６４Ｃは、第１金属６０の凹み６２の開口６２Ａよりも深い位置まで達している。
第２金属６４の凹み６４Ｃの形状や底部６４Ｄの形状は、かかる実施形態に限定されない。第２金属６４の凹み６４Ｃは、例えば、断面が四角形などの多角形である、略角柱形状であってもよい。また、底部６４Ｄは、必ずしも平面である必要はない。例えば、底部６４Ｄは、周縁から中央に向かうにしたがって深くなるような形状であってもよい。反対に、底部６４Ｄは、周縁が中央に対して深いような形状であってもよい。第２金属６４の凹み６４Ｃの深さは特に制限されない。第１金属６０と第２金属６４とが十分な接合強度で接合されるように、第２金属６４の凹み６４Ｃの深さは、例えば、第１金属６０の凹み６２の深さ以上であってもよい。
第２金属６４のうち、第１金属６０の凹み６２に入り込んだ部位６４Ａの少なくとも一部は、第１金属６０の凹み６２の内側面に金属接合されている。上述したように、第２金属６４の嵌入部６４Ａは、第１金属６０の凹み６２の底部６２Ｃ１と接触している。嵌入部６４Ａは、第１金属６０の凹み６２の内側面、すなわち、底部６２Ｃ１と側周面６２Ｃ２からなる面の少なくとも一部と金属接合されている。本実施形態では、第２金属６４の凹み６４Ｃの底部６４Ｄを、第１金属６０の凹み６２の底部６２Ｃ１に対して投影した面の内側において、金属接合が形成されている。ここで、第１金属６０と第２金属６４とが金属接合された部位は、適宜、接合部６６と称される。第１金属６０と第２金属６４が金属接合されている位置は、これに限られない。第１金属６０と第２金属６４の金属接合は、例えば、凹み６２の側周面６２Ｃ２に形成されていてもよい。接合部６６は、接着剤やはんだ等の接着層を介さずに接合されている。接合部６６は、第１金属６０と第２金属６４が接合されている面が、いわゆる固相接合によって接合されうる。接合部６６では、第１金属６０と第２金属６４の少なくとも一部に金属結合が生じうる。第１金属６０と第２金属６４の金属結合が生じていることによって、第１金属６０と第２金属６４間の電気抵抗が低くなり、良好な導通が確保される。
第１金属６０は、開口６２Ａよりも内部が広い凹み６２を備えている。第２金属６４は、第１金属６０の凹み６２の開口６２Ａよりも内部が広くなった部分６２Ｂに入り込んでいる。さらに、第２金属６４は、第１金属６０の凹み６２の内側面に金属接合されている。これによって、第１金属６０と第２金属６４とは、十分な機械的な締結強度と電池端子に求められる電気的に低い抵抗による導通とが確保されている。
第１金属６０の凹み６２は、例えば、第１金属６０の凹み６２が深さ方向に徐々に広くなった形状であるとよい。第１金属６０の凹み６２の深さは、開口６２Ａの径に対して、０．２～２．０の深さであるとよい。また、第１金属６０の凹み６２の径Ｄ１と、開口６２Ａの径Ｄ２との比Ｄ２／Ｄ１は、０．９５以下であることが好ましく、０．９以下であることがより好ましい。また、Ｄ２／Ｄ１は、０．４以上であることが好ましく、０．５以上であることがより好ましい。Ｄ２／Ｄ１がこのような値であることによって、第１金属６０の凹み６２の広くなった部分６２Ｂに第２金属６４が入り込む空間が好適に形成され、第１金属６０と第２金属６４が良好に接合されうる。なお、凹み６２の径とは、開口６２Ａから同じ深さを横切る断面に沿った横断面が、最も広い部分の径のことを言う。
図７は、他の実施形態にかかる端子部品５４を模式的に示す断面図である。
図７に示された形態では、凹み６２の底部にさらに凹み６２Ｄが形成されている。当該凹み６２Ｄには、当該凹み６２Ｄの開口から深さ方向に従って内部が広くなった部分６２Ｂがさらに設けられている。凹み６２Ｄは、底部６２Ｃ１に対して側周面６２Ｃ３が内径側に張り出した形状を有している。これに対して、第２金属６４は、第１金属６０の凹み６２に入り込んだ部位６４Ａは、当該凹み６２の底部に形成された凹み６２Ｄにも入り込んでいる。さらに、当該凹み６２Ｄの底部において、第１金属６０と第２金属６４とが金属接合されている。
かかる形態によれば、第２金属６４のうち第１金属６０の凹み６２に入り込んだ部位６４Ａは、第１金属６０の凹み６２の側周面６２Ｃ２と、底部に形成された凹み６２Ｄの側周面６２Ｃ３との両方にかみ合う。このため、第１金属６０と第２金属６４とは、機械的にさらに強く締結されており、なおかつ電池端子に求められる電気的に低い抵抗による導通とが確保されている。
なお、図７に示された形態では、底部に形成された凹み６２Ｄは、略円錐台形の空間が形成されている。かかる凹み６２Ｄは、第１金属６０の凹み６２に入り込んだ第２金属６４と第１金属６０との機械的な結合を強固にするものであればよい。かかる観点において、第１金属６０の凹み６２の底部に形成された凹み６２Ｄは、図７に示された形状に限定されない。例えば、凹み６２の底部に、複数段の凹みが形成されていてもよい。また、底部に形成された凹み６２Ｄは、部分的なものでもよく、周方向に間欠的に形成されていてもよい。
ここで開示される形態では、負極外部端子を構成する端子部品５４の第１金属６０は、銅で構成されており、第２金属６４はアルミニウムで構成されている。端子部品５４のうち第１金属６０は、電池ケース３０内部で銅製の負極集電端子５２に接合される。端子部品５４のうち第２金属６４は、電池ケース３０外部でアルミニウム製のバスバ１４と接合される。負極外部端子５４に、このような端子部品５４が用いられることによって、電池ケース３０内部では、銅製の負極集電端子５２と良好に導通および接合される。また、電池ケース３０外部では、アルミニウム製のバスバ１４と良好に導通および接合される。また、端子部品５４の第１金属６０と第２金属６４とは、所要の機械的な締結強度を有しており、さらに電池端子に求められる電気的に低い抵抗による導通とが確保されている。このため、かかる端子部品５４で構成される負極外部端子５４は、銅とアルミニウムの異種金属が接合されているが、バスバ１４から振動などの外力を受けても導通不良が起こりにくい。
ここで開示される端子部品を二次電池に適用することによって、当該二次電池の正極外部端子と負極外部端子のうちバスバに接続される部分の金属種を合わせることができる。このため、組電池における、隣り合った単電池間を良好に接続することができる。
上述した端子部品５４の製造方法を説明する。図８および図９は、端子部品５４の製造方法を説明する断面図である。端子部品５４の製造方法は、第１金属６０を用意する工程と、第２金属６４を用意する工程と、第１金属６０と第２金属６４を金属接合させる工程とを含む。
第１金属を用意する工程では、開口６２Ａよりも内部が広い凹み６２を有する第１金属を用意する。この実施形態では、第１金属６０は銅から構成されている。第１金属６０の形状に関しては上述した実施形態のものと同様であるので、詳細な説明は省略する。
第１金属６０は、例えば、第１金属６０の材料である金属に対して、鍛造加工や切削加工等の公知の金属加工を行うことによって、第１金属６０に凹み６２を形成し、製造することができる。
第１金属６０の凹み６２は、後の工程で第２金属６４を入り込ませることによって、第１金属６０と第２金属６４が十分な強度で機械的に接合されるような寸法に設計されるとよい。本実施形態では、第１金属６０の凹み６２は、断面が円形状である。図８に示されているように、第１金属６０の凹み６２は、底部６２Ｃ１の面積が開口６２Ａの面積よりも大きく、底部６２Ｃ１から開口６２Ａに向かうに従って内径が小さくなっている。
第２金属６４を用意する工程では、第１金属よりも剛性の低い第２金属を用意する。本実施形態では、第２金属６４はアルミニウム製の板状の部材である。第２金属６４の形状や寸法は、第２金属６４の種類、第１金属６０の凹み６２の形状等に応じて適宜設定される。第２金属６４の形状や寸法は、後の工程で第１金属６０の凹み６２の、開口よりも内部が広くなった部分６２Ｂに入り込ませることができ、かつ、後述するプレスによって貫通しない強度や厚みを有する限りにおいて、特に制限されない。
第１金属６０と第２金属６２を金属接合させる工程では、第１金属６０の凹み６２が形成された部位に第２金属６４が重ねられる。そして、第１金属６０の凹み６２に応じた位置に合わせて第２金属６４を部分的に加圧し、第２金属６４に凹み６４Ｃを形成するとともに、第１金属６０の凹み６２の開口６２Ａよりも内部が広い部分６２Ｂに第２金属６４の一部を入り込ませる。さらに第１金属６０の凹み６２に入り込んだ第２金属６４の一部と第１金属６０とを金属接合させる。
第１金属６０と第２金属６４との金属接合は、例えば、超音波圧接によって行われる。例えば、図８に示されているように、第１金属６０をアンビル７０に配置する。次に、第１金属６０の凹み６２を備えた面に、第２金属６４を重ねる。次に、ホーン７２を第２金属６４に対して押し当てる。これによって、第１金属６０と第２金属６４を、アンビル７０とホーン７２で挟み込む。ここで、ホーン７２を押し当てる位置は、第１金属６０に第２金属６４が重ねられた部位のうち、第１金属６０の凹み６２に応じた位置、すなわち、凹み６２の開口６２Ａに応じた位置である。ホーン７２が第２金属６４に押し当てられる領域は、凹み６２の開口６２Ａの内側に設定される。ホーン７２には、開口６２Ａよりも小さい面積であるものが用いられる。
ホーン７２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。図９に示されているように、ホーン７２は、超音波圧接に要する振動が付与されながら第２金属６４に押し当てられる。その結果、第２金属６４は、第１金属６０の凹み６２に押し込まれる。第２金属６４が第１金属６０に押し込まれる際に、第２金属６４は塑性変形し、第１金属６０の凹み６２に深く入り込むとともに、ホーン７２が押し当てられた面に凹み６４Ｃが形成される。さらに、第１金属６０の凹み６２に入り込んだ第２金属６４の一部と、第１金属６０とが金属接合される。第２金属６４は、ホーン７２が押し当てられた面に凹み６４Ｃが形成される程度に、第１金属６０の開口６２Ａに押し込まれる。このため、第１金属６０の凹み６２の開口６２Ａよりも内部が広い部分６２Ｂにまで、第２金属６４の一部が入り込ませることができる。この結果、第１金属６０の凹み６２の側周面６２Ｃ２と、当該凹み６２に入り込んだ第２金属６４とがかみ合う。このため、第１金属６０と第２金属６４とが、機械的に強固に締結され、なおかつ、第１金属６０と第２金属６４とが、電池端子に求められる電気的に低い抵抗で導通される。このように、ここで提案される方法によれば、第１金属６０と第２金属６４との機械的な結合と金属接合とが、同時に実施される。このため、少ない工程数によって端子部品５４を製造することができる。
ここで、プレス機によってホーン７２から第２金属６４に加えられる圧力は、第１金属６０や第２金属６４の金属種、寸法、ホーン７２の形状等に応じて、適宜設定される。これに限られないが、プレス圧は、例えば５０～１６００Ｎ程度に設定されうる。
ホーン７２を介して与えられる超音波振動は、第１金属６０と第２金属６４の金属種、寸法、ホーン７２の形状等に応じて適宜設定される。これに限られないが、例えば、振幅は２０～８０μｍ程度、周波数は１５～１５０ｋＨｚ程度、第１金属６０と第２金属６４に与えられるエネルギー量は、１００～５００Ｊ程度に設定されうる。
上述した実施形態においては、ホーン７２に振動を付与しながら第２金属６４の一部を加圧することで、第１金属６０と第２金属６４の金属接合を実施したが、かかる実施形態に限られない。例えば、まずは第２金属６４を加圧し、第２金属６４を第１金属６０の凹み６２に挿入させ、第２金属６４と第１金属６０の凹み６２の底部６２Ｃ１が接してから、ホーン７２に振動を付与し、金属接合させてもよい。また、上述した実施形態においては、超音波圧接によって第１金属６０と第２金属６４を金属接合させていたが、かかる実施形態に限られない。第１金属６０と第２金属６４の金属接合は、公知の方法で行うことができ、例えば、摩擦圧接、抵抗圧接等によっても行うことができる。
上述したように、第２金属６４に、凹み６４Ｃを形成しながら第１金属６０と金属接合を実施した場合、第２金属の凹み６４Ｃの底部６４Ｄには、ホーン７２を加圧させながら振動を付与したことによる荒れや変形が見られる。例えば、超音波圧接によって金属接合を行った場合には、底部６４Ｄに、加工に伴った第２金属６４の残留物が残りうる。摩擦圧接によって金属接合を行った場合には、底部６４Ｄに、回転させながら圧接させたことによる摩擦痕が残りうる。抵抗圧接によって金属接合を行った場合には、底部６４Ｄに、表面が酸化したことによる変色が見られうる。
上述した製造方法では、加圧と同時に、第１金属６０の凹み６２の底部６２Ｃ１と、第２金属のうち第１金属の凹みに入り込んだ部位を金属接合させている。このように、加圧による機械的接合と、金属接合とを同時に実施することによって、少ない工程数で端子部品５４を製造することができる。また、金属接合させることによる第２金属６４の荒れや変形が底部６４Ｄに生じることにより、端子部品５４のバスバ等と接続される面の荒れや変形を抑えることができる。
上述した実施形態では、第２金属６４は第１金属６０よりも剛性が低い。これによって、低い圧力で第２金属６４を塑性変形させることができる。その結果、荒れや変形が抑えられた端子部品５４を製造することができる。
第１金属６０を用意する工程で用意される第１金属６０の、凹み６２の寸法は特に限定されないが、例えば、凹み６２の径Ｄ１と開口６２Ａの径Ｄ２の比Ｄ２／Ｄ１は、０．９５以下であることが好ましく、０．９以下であることがより好ましい。また、Ｄ２／Ｄ１は、０．４以上であることが好ましく、０．５以上であることがより好ましい。Ｄ２／Ｄ１がこのような値であることによって、第１金属６０の凹み６２の広くなった部分６２Ｂに第２金属６４が入り込む空間が好適に形成されうる。
Ｄ２／Ｄ１が大きい場合、すなわち、１に近い場合には、第２金属６４の一部が、第１金属６０の凹み６２の開口よりも内部が広くなった部分６２Ｂに入り込むような構造が形成されず、接合状態を維持することが難しい。また、Ｄ２／Ｄ１が小さい場合には、第１金属６０の凹みと第２金属６４との間に大きな隙間が形成される可能性がある。このように、大きな隙間が形成されている場合、第２金属６４は第１金属６０の凹み６２の内部で密着されておらず、振動等で外部から衝撃が加わった場合に第１金属６０と第２金属６４の接合状態が維持できないおそれがある。
第１金属６０を用意する工程では、図７に示されているように、第１金属６０の凹み６２の底部には、さらに凹み６２Ｄが形成されていてもよい。凹み６２Ｄには、開口から深さ方向に従って内部が広くなった部分が設けられているとよい。このような凹み６２Ｄは、第１金属６０に対し、公知の方法で金属加工を施すことにより形成することができる。
このような製造方法によって、第１金属６０と第２金属６４の密着状態が好適に保たれ、第１金属６０と第２金属６４とが、機械的にさらに強く締結された端子部品５４を製造することができる。
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。
１０ 組電池
１１ スペーサ
１２ 二次電池（単電池）
１４ バスバ
１７ エンドプレート
１８ 締め付け用ビーム材
１９ ビス
２０ 電極体
２１ 正極シート
２２ 負極シート
２３、２４ セパレータ
３０ 電池ケース
３２ 電池ケース本体
３４ 蓋体
３６ ガスケット
３８ インシュレータ
４０ 正極端子
４２ 正極集電端子
４４ 正極外部端子
５０ 負極端子
５２ 負極集電端子
５４ 端子部品（負極外部端子）
５４Ａ 面
６０ 第１金属
６０Ａ 軸部
６０Ｂ 上端部
６０Ｃ かしめ部
６２ 第１金属の凹み
６２Ａ 開口
６２Ｂ 開口よりも内部が広くなった部分
６２Ｃ１ 底部
６２Ｃ２、６２Ｃ３ 側周面
６２Ｄ 凹み
６４ 第２金属
６４Ａ 第１金属の凹みに入り込んだ部位（嵌入部）
６４Ｂ 第１金属の凹みの内部が広くなった部分に入り込んだ部位（嵌入部）
６４Ｃ 凹み
６４Ｄ 底部
６６ 接合部
７０ アンビル
７２ ホーン

Claims (13)

  1. 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金属は、
    前記第２金属が重ねられた部位に、開口よりも内部が広い凹みを備え、
    前記第２金属は、
    一部が前記第１金属の凹みに入り込んでおり、
    前記第１金属の凹みのうち前記開口よりも内部が広くなった部分に入り込んだ部位と、
    前記第１金属の凹みに入り込んだ部位とは反対側の面に形成された凹みと
    を有し、
    前記第２金属のうち、前記第１金属の凹みに入り込んだ部位の少なくとも一部が、前記第１金属の凹みの内側面に超音波圧接、摩擦圧接または抵抗圧接によって接合された接合部が形成されている、端子部品。
  2. 前記第１金属は、前記第２金属よりも剛性が高い、請求項１に記載された端子部品。
  3. 前記開口と、前記第１金属の凹みの、前記開口から同じ深さを横切る断面に沿った横断面とは、それぞれ円形状であり、
    前記第１金属の凹みの、前記開口から同じ深さを横切る断面に沿った横断面が最も広い部分の径Ｄ１と、前記開口の径Ｄ２は、０．４≦Ｄ２／Ｄ１≦０．９５の関係を満たす、請求項１または２に記載された端子部品。
  4. 前記第１金属の凹みの底部には、さらに凹みが形成されており、当該底部に形成された凹みには、開口から深さ方向に従って内部が広くなった部分が設けられている、請求項１～３のいずれか一項に記載された端子部品。
  5. 前記第１金属は銅または銅を主体とする合金で構成されており、前記第２金属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、請求項１～４のいずれか一項に記載された端子部品。
  6. 正極および負極を含む電極体と、
    前記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前記正極および前記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前記負極端子の少なくとも一方は、請求項１～５のいずれか一項に記載された端子部品を含む、二次電池。
  7. 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６に記載の二次電池が用いられている組電池。
  8. 前記複数の単電池は、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、
    前記バスバは、前記第２金属を構成する金属と同じ金属によって構成されている、請求項７に記載された組電池。
  9. 開口よりも内部が広い凹みを有する第１金属を用意する工程と、
    第２金属を用意する工程と、
    前記第１金属と前記第２金属を金属接合させる工程と
    を含み、
    前記金属接合させる工程は、
    前記第１金属の凹みが形成された部位に前記第２金属を重ね、
    前記第１金属の凹みに応じた位置に合わせて前記第２金属を部分的に加圧し、前記第２金属に凹みを形成するとともに、前記第１金属の凹みの開口よりも内部が広い部分に前記第２金属の一部を入り込ませ、
    前記第１金属の凹みに入り込んだ前記第２金属の一部と前記第１金属とを超音波圧接、摩擦圧接または抵抗圧接によって金属接合させること
    を含む、端子部品の製造方法。
  10. 前記第２金属を用意する工程では、前記第１金属よりも剛性が低い第２金属を用意する、請求項９に記載された端子部品の製造方法。
  11. 前記第１金属を用意する工程では、
    前記開口と、前記第１金属の凹みの、前記開口から同じ深さを横切る断面に沿った横断面とは、それぞれ円形状であり、
    前記第１金属の凹みの、前記開口から同じ深さを横切る断面に沿った横断面が最も広い部分の径Ｄ１と、前記開口の径Ｄ２が、０．４≦Ｄ２／Ｄ１≦０．９５の関係を満たす第１金属を用意する、請求項９または１０に記載された端子部品の製造方法。
  12. 前記第１金属を用意する工程では、前記凹みの底部には、さらに凹みが形成されており、当該底部に形成された凹みには、開口から深さ方向に従って内部が広くなった部分が設けられている第１金属を用意する、請求項９～１１のいずれか一項に記載された端子部品の製造方法。
  13. 前記第１金属を用意する工程では、銅または銅を主体とする合金で構成された第１金属を用意し、前記第２金属を用意する工程では、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た第２金属を用意する、請求項９～１２のいずれか一項に記載された端子部品の製造方法。
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