KR101903234B1 - 전지용 단자 및 전지용 단자의 제조 방법 - Google Patents

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히타치 긴조쿠 가부시키가이샤
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Abstract

이 전지용 단자는, Al기 합금으로 구성되는 제1 금속층과, Cu기 합금으로 구성되는 제2 금속층과, Ni기 합금으로 구성되는 제3 금속층이 이 순서로 적층된 상태에서 접합된 클래드재로 구성되어 있다. 전지용 단자는, 축부와, 축부로부터 방사 방향으로 확장되는 플랜지부를 구비하고, 적어도 축부가 연장되는 축방향의 일방측에 있어서의 축부의 단부에, 제3 금속층을 갖고 있다.

Description

전지용 단자 및 전지용 단자의 제조 방법 {BATTERY TERMINAL AND METHOD FOR MANUFACTURING BATTERY TERMINAL}
본 발명은, 예를 들어 리튬 이온 전지에 적용 가능한 전지용 단자 및 그 전지용 단자의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 Al기 합금으로 구성되는 제1 금속층과, Cu기 합금으로 구성되는 제2 금속층을 구비하는 전지용 단자 및 그 전지용 단자의 제조 방법에 관한 것이다.
종래, 예를 들어 일본 특허 공개 제2015-60730호 공보에 개시되어 있는, Al기 합금으로 구성되는 제1 단자 부재와, Cu기 합금으로 구성되는 제2 단자 부재를 구비하는 전지용 단자가 알려져 있다.
일본 특허 공개 제2015-60730호 공보에는, 한쪽은 Cu로 구성되고, 다른 쪽은 Al로 구성된 제1 단자 부재 및 제2 단자 부재를 구비하고, 제1 단자 부재와 제2 단자 부재가 일체화된 커넥터 단자가 개시되어 있다. 이 커넥터 단자의 제1 단자 부재는, 오목부가 형성된 암형 플랜지와, 암형 플랜지로부터 일방측으로 연장되는 축부를 포함하고 있다. 또한, 제2 단자 부재는, 암형 플랜지의 오목부에 끼움 삽입되는 수형 플랜지와, 수형 플랜지로부터 타방측으로 연장되는 축부를 포함하고 있다. 일본 특허 공개 제2015-60730호 공보의 커넥터 단자에서는, 제1 단자 부재의 암형 플랜지의 오목부에 제2 단자 부재의 수형 플랜지를 끼움 삽입하여 밀착시킨 상태에서, 암형 플랜지를 코킹함으로써, 제1 단자 부재와 제2 단자 부재를 일체화시키고 있다.
또한, 일반적으로, Cu로 구성되는 전지용 단자에는, 전지의 집전체 등의 다른 부재에 용접될 때, 레이저 용접 등에 의한 용접을 행하기 쉽게 하기 위해, 전지용 단자의 표면에 Ni 도금 처리가 행해진다.
그러나, 일본 특허 공개 제2015-60730호 공보에 개시된 커넥터 단자에서는, 코킹에 의해 제1 단자 부재와 제2 단자 부재가 밀착되어 있다고 해도, 제1 단자 부재와 제2 단자 부재가 물리적으로 접촉하고 있을 뿐이므로, 제1 단자 부재와 제2 단자 부재의 사이(계면)에 물 등이 침입하기 쉽다. 이로 인해, 물을 통해 제1 단자 부재와 제2 단자 부재 사이(계면)에 전기가 흐르고, 그 결과, 이온화되기 쉬운 금속(Al)으로 구성되는 단자 부재가 부식(소모)되는 현상(이종 금속 접촉 부식)이 발생하기 쉽다고 하는 문제점이 있다. 또한, 커넥터 단자의 Cu로 구성되는 단자 부재의 표면에 Ni 도금 처리가 행해졌다고 해도, Ni 도금 처리를 행하지 않는 경우와 마찬가지로, 물리적으로 접촉하고 있을 뿐인 제1 단자 부재와 제2 단자 부재의 사이에 있어서 부식이 발생하기 쉽다고 생각된다.
본 발명은, 상기한 바와 같은 과제를 해결하기 위해 이루어진 것이며, 본 발명의 하나의 목적은, 금속층끼리의 계면에 있어서 부식이 발생하는 것을 억제하면서, 전지 단자를 다른 부재에 용접하기 쉽게 하는 것이 가능한 전지용 단자 및 그 전지용 단자의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 제1 국면에 의한 전지용 단자는, Al기 합금으로 구성되는 제1 금속층과, Cu기 합금으로 구성되는 제2 금속층과, Ni기 합금으로 구성되는 제3 금속층이 이 순서로 적층된 상태에서 접합된 클래드재로 구성되고, 축부와, 축부로부터 방사 방향으로 확장되는 플랜지부를 구비하고, 적어도 축부가 연장되는 축방향의 일방측에 있어서의 축부의 단부에, 제3 금속층이 위치하고 있다. 또한, 「Al기 합금」에는, 순 Al과 Al을 주로 포함하는 Al 합금이 포함되어 있고, 「Cu기 합금」에는, 순 Cu와 Cu를 주로 포함하는 Cu 합금이 포함되어 있고, 「Ni기 합금」에는, 순 Ni와 Ni를 주로 포함하는 Ni 합금이 포함되어 있다.
본 발명의 제1 국면에 의한 전지용 단자에서는, 상기한 바와 같이 Al기 합금으로 구성되는 제1 금속층과, Cu기 합금으로 구성되는 제2 금속층과, Ni기 합금으로 구성되는 제3 금속층이 이 순서로 적층된 상태에서 접합된 클래드재로 구성한다. 이에 의해, 금속층끼리는, 물리적으로 접촉하여 접합되어 있는 것이 아니라, 클래드 접합에 의한 금속 원자의 상호 확산에 의해 원자적(화학적)으로 접합되어 있으므로, 금속층끼리가 접합된 계면에 물 등이 침입하는 것을 억제할 수 있다. 이에 의해, 금속층끼리가 접합된 계면에 있어서, 부식이 발생하는 것을 억제할 수 있다. 또한, 전지용 단자가, 적어도 축부가 연장되는 축방향의 일방측에 있어서의 축부의 단부에, Ni기 합금으로 구성되는 제3 금속층이 위치하고 있다. 이에 의해, 축부의 축방향의 일방측의 단부에 Cu기 합금으로 구성되는 제2 금속층만이 위치하는 경우와 비교하여, 레이저 용접 등에 의해, 전지용 단자를 다른 부재에 용이하게 용접할 수 있다.
또한, Ni기 합금으로 구성되는 제3 금속층을 Ni 도금 처리에 의해 형성하는 경우에는, Al기 합금으로 구성되는 제1 금속층이 도금액이나 전처리액 등에 의해 부식되는 것을 억제하기 위해, Al기 합금(제1 금속층)의 노출되는 부분에 마스크를 형성하여, Ni 도금 처리를 행할 필요가 있다. 이로 인해, 전지용 단자의 일부에만 마스크를 형성하기 위해 마스크의 형성 공정이 복잡화되고, 그 결과, 전지용 단자의 제조 공정이 복잡화되어 버린다. 이에 반해, 본 발명의 제1 국면에 의한 전지용 단자에서는, 상기한 바와 같이 Ni기 합금으로 구성되는 제3 금속층을 포함하는 클래드재를 사용함으로써, Ni 도금 처리의 공정이 불필요해지므로, 전지용 단자의 제조 공정이 복잡화되는 것을 억제할 수 있다.
상기 제1 국면에 의한 전지용 단자에 있어서, 바람직하게는 축부의 외주면부에 제3 금속층이 위치하고 있다. 이와 같이 구성하면, Cu기 합금과 비교하여 내식성이 높은 Ni기 합금이 축부의 외주면부에 위치함으로써, 축부의 외주면부로부터 제2 금속층이 부식되는 것을 억제할 수 있다. 또한, 제3 금속층이 형성된 전지용 단자의 축방향의 일방측의 단부뿐만 아니라 축부의 외주면부에 있어서도, 레이저 용접 등에 의해, 전지용 단자를 다른 부재에 용이하게 용접할 수 있다.
상기 제1 국면에 의한 전지용 단자에 있어서, 바람직하게는 플랜지부의 축방향의 일방측의 외연부에 있어서, Cu기 합금으로 구성되는 제2 금속층이 노출되어 있다. 이와 같이 구성하면, Cu기 합금으로 구성되는 제2 금속층은, Al기 합금이나 Ni기 합금과 달리 적색에 가까운 색감을 갖고 있으므로, 플랜지부의 축방향의 일방측의 외연부에 노출되는 제2 금속층에 기초하여, 전지용 단자에 있어서의 축방향의 일방측을 용이하게 확인할 수 있다.
이 경우, 바람직하게는 축방향의 일방측에 있어서, 플랜지부의 외연부를 따라 제2 금속층이 환상으로 노출되어 있다. 이와 같이 구성하면, 제2 금속층이 환상으로 노출됨으로써, 제2 금속층의 노출되는 부분이 축부 등에 가려져 확인할 수 없게 되는 것을 효과적으로 억제할 수 있으므로, 전지용 단자에 있어서의 축방향의 일방측을 용이하고 또한 확실하게 확인할 수 있다.
상기 제1 국면에 의한 전지용 단자에 있어서, 바람직하게는 축방향의 일방측의 전지의 집전체와 접합하는 측에 있어서, 축부에는 오목부가 형성되어 있고, 오목부의 내주면부에 제3 금속층이 위치하고 있다. 이와 같이 구성하면, 오목부의 내주면부가 외측으로 되도록 오목부를 절곡하여 다른 부재(전지의 집전체)에 코킹함으로써, 축방향의 일방측에 있어서의 축부에 있어서, 전지용 단자를 전지의 집전체에 용이하게 고정(가고정)할 수 있다. 또한, 전지의 집전체에 코킹된 상태의 전지용 단자를 레이저 용접 등에 의해 전지의 집전체에 용접할 때, 절곡된 상태에서 전지의 집전체에 맞닿는 축부의 단부와, 외측에 노출되는 오목부의 내주면부의 각각에 제3 금속층이 위치하고 있으므로, 코킹한 상태라도, 전지용 단자를 전지의 집전체에 용이하게 용접할 수 있다.
이 경우, 바람직하게는 축부의 단부에 있어서의 제3 금속층의 두께는, 오목부의 내주면부에 있어서의 제3 금속층의 두께보다 크다. 또한, 더욱 바람직하게는, 축부의 단부에 있어서의 제3 금속층의 두께는, 오목부의 내주면부에 있어서의 제3 금속층의 두께의 2배 이상이다. 이와 같이 구성하면, Ni기 합금의 열전도율은 Cu기 합금의 열전도율보다 작으므로, 축부의 단부에 있어서 Ni기 합금으로 구성되는 제3 금속층의 두께를 크게 함으로써, 용접 시에 발생한 열이 제3 금속층으로부터 제2 금속층으로 릴리프되는 것을 억제할 수 있다. 이에 의해, 축부의 단부에 있어서의 전지용 단자의 용접성을 향상시킬 수 있다. 또한, Ni기 합금으로 구성되는 제3 금속층의 두께를 작게 함으로써, 전지용 단자를 코킹할 때에 코킹 지그와 접촉하는 오목부의 내주면부에 있어서, 코킹 시에 발생하는 코킹 지그와 오목부의 내주면부 사이의 마찰열을 신속하게 제2 금속층으로 릴리프할 수 있다. 이에 의해, 마찰열에 기인하여 코킹 지그와 오목부의 내주면부가 시징되는 것을 억제할 수 있다.
상기 축부에 오목부가 형성된 구성에 있어서, 바람직하게는 오목부의 내주면부에 있어서, 오목부의 개구부측의 제3 금속층의 두께는, 오목부의 내저면부측의 제3 금속층의 두께보다 크다. 이와 같이 구성하면, 축부의 단부에 가까운 오목부의 개구부측의 제3 금속층의 두께를 크게 함으로써, 축부의 단부를 용접할 때에 발생한 열이, 개구부측의 제3 금속층을 통해, 제2 금속층으로 릴리프되는 것을 효과적으로 억제할 수 있다. 이에 의해, 전지용 단자의 용접성을 더욱 향상시킬 수 있다. 또한, 오목부의 내저면부측의 제3 금속층의 두께를 작게 함으로써, Ni기 합금의 사용량을 감소시킬 수 있다.
상기 축부에 오목부가 형성된 구성에 있어서, 바람직하게는 오목부의 내주면부 외에, 오목부의 내저면부에도 제3 금속층이 위치하고 있고, 오목부의 내주면부에 있어서의 제3 금속층의 두께는, 오목부의 내저면부에 있어서의 제3 금속층의 두께보다 작다. 이와 같이 구성하면, 코킹 지그와 접촉하는 오목부의 내주면부에 있어서, Ni기 합금으로 구성되는 제3 금속층의 두께를 작게 할 수 있으므로, 코킹 시에 발생하는 코킹 지그와 오목부의 내주면부 사이의 마찰열을 신속하게 제2 금속층으로 릴리프시킬 수 있다. 이에 의해, 마찰열에 기인하여 코킹 지그와 오목부의 내주면부가 시징되는 것을 억제할 수 있다.
상기 제1 국면에 의한 전지용 단자에 있어서, 바람직하게는 축방향의 일방측의 단부에 있어서, 제3 금속층의 축방향의 두께는 20㎛ 이상이다. 이와 같이 구성하면, 축방향의 일방측의 단부에 있어서 Ni기 합금으로 구성되는 제3 금속층의 두께를 충분히 확보할 수 있으므로, 용접 시에 발생한 열이 제3 금속층으로부터 제2 금속층으로 릴리프되는 것을 확실하게 억제할 수 있다. 이 결과, 축부의 단부에 있어서의 전지용 단자의 용접성을 더욱 향상시킬 수 있다.
상기 제1 국면에 의한 전지용 단자에 있어서, 바람직하게는, 클래드재는, 제1 금속층과 제2 금속층 사이에 배치되고, 제1 금속층을 구성하는 Al기 합금과 제2 금속층을 구성하는 Cu기 합금이 반응하는 것을 억제하기 위한 반응 억제층을 더 포함하고 있다. 이와 같이 구성하면, 반응 억제층에 의해, 제1 금속층을 구성하는 Al기 합금과 제2 금속층을 구성하는 Cu기 합금이 반응하여 금속간 화합물로서 취약한 Al-Cu 합금이 형성되는 것을 억제할 수 있다.
상기 제1 국면에 의한 전지용 단자에 있어서, 바람직하게는 축방향에 있어서, 축부의 단부에 있어서의 제3 금속층의 두께는, 제1 금속층의 길이 및 제2 금속층의 길이보다 작다. 이와 같이 구성하면, Al기 합금으로 구성되는, 제3 금속층(Ni기 합금)과 비교하여 경량의 제1 금속층의 비율을 증가시킬 수 있음과 함께, Cu기 합금으로 구성되는, 제3 금속층과 비교하여 전기 전도성이 우수한 제2 금속층과의 비율을 증가시킬 수 있다. 이에 의해, 제3 금속층에 의한 내식성 향상 및 용접 용이의 이점 외에, 경량이며 또한 전기 전도성이 우수한 전지용 단자를 얻을 수 있다.
상기 제1 국면에 의한 전지용 단자에 있어서, 바람직하게는 플랜지부의 일방측의 표면부에 제3 금속층이 위치하고 있고, 축방향에 있어서, 축부의 일방측의 단부에 있어서의 제3 금속층의 두께는, 플랜지부의 일방측의 표면부에 있어서의 제3 금속층의 두께보다 크다. 이와 같이 구성하면, 축부의 일방측의 단부에 있어서 충분한 제3 금속층을 확보할 수 있으므로, 레이저 용접 등에 의해, 전지용 단자를 다른 부재에 용접할 때에 축부의 일방측의 단부에 있어서, 용접을 위한 열을 충분히 발생시키기 쉽게 할 수 있다. 또한, 플랜지부가 다른 부재에 용접되지 않는 경우에는, 플랜지부의 일방측의 표면부에 있어서의 제3 금속층의 두께를 작게 함으로써, 불필요한 제3 금속층의 비율이 증가하는 것을 억제할 수 있다.
상기 제1 국면에 의한 전지용 단자에 있어서, 바람직하게는, 플랜지부는, 축방향의 타방측에 있어서, 축부로부터 방사 방향으로 확장되도록 형성되어 있고, 플랜지부로부터 돌출되는 축부의 일방측의 단부에, 제3 금속층이 위치하고 있다. 이와 같이 구성하면, 플랜지부로부터 이격된 돌출되는 축부의 일방측의 단부에 있어서, 다른 부재와 용접을 행할 수 있으므로, 플랜지부가 다른 부재와의 용접의 방해가 되는 것을 억제할 수 있다.
상기 제1 국면에 의한 전지용 단자에 있어서, 바람직하게는 플랜지부는, 축부의 축방향의 일방측의 단부에 있어서, 방사 방향으로 확장되도록 형성되어 있고, 제3 금속층은, 축부의 일방측의 표면부와, 플랜지부의 일방측의 표면부의 전체를 덮도록 형성되어 있다. 이와 같이 구성하면, 다른 부재가 평판 형상으로 큰 부재라도, 축부의 일방측의 표면부와, 플랜지부의 일방측의 표면부의 전체를 덮도록 형성된 제3 금속층에 의해, 확실하게, 다른 부재를 전지용 단자에 용접할 수 있다.
본 발명의 제2 국면에 의한 전지용 단자의 제조 방법은, Al기 합금으로 구성되는 제1 금속층과, Cu기 합금으로 구성되는 제2 금속층과, Ni기 합금으로 구성되는 제3 금속층이 이 순서로 적층된 상태에서 접합된 클래드재를 형성하는 공정과, 축부와 축부로부터 방사 방향으로 확장되는 플랜지부를 형성하도록 클래드재를 프레스 가공하는 공정을 구비하고, 프레스 가공하는 공정은, 적어도 축부가 연장되는 축방향의 일방측에 있어서의 축부의 단부에, 제3 금속층이 위치하도록 프레스 가공하는 공정을 포함한다.
본 발명의 제2 국면에 의한 전지용 단자의 제조 방법에서는, 상기 제1 국면에 의한 전지용 단자의 효과 외에, 적어도 축부가 연장되는 축방향의 일방측에 있어서의 축부의 단부에, 제3 금속층이 위치하도록 프레스 가공을 행한다. 이에 의해, Ni 도금 공정이 불필요해지는 것 외에, 프레스 가공을 행하는 것만으로, 축부와 플랜지부를 구비하고, 적어도 축부가 연장되는 축방향의 일방측의 단부에 제3 금속층이 위치하는 전지용 단자를 제작할 수 있으므로, 전지용 단자의 제조 공정을 간소화할 수 있다.
상기 제2 국면에 의한 전지용 단자의 제조 방법에 있어서, 바람직하게는, 프레스 가공하는 공정은, 축방향의 일방측의 단부 외에, 축부의 외주면부에도 제3 금속층이 위치하도록 프레스 가공하는 공정을 더 포함한다. 이와 같이 구성하면, 축부의 외주면부로부터 제2 금속층이 부식되는 것을 억제할 수 있음과 함께, 제3 금속층이 형성된 전지용 단자의 축방향의 일방측의 단부뿐만 아니라 축부의 외주면부에 있어서도, 레이저 용접 등에 의해, 전지용 단자를 다른 부재에 용접하기 쉽게 할 수 있다.
상기 제2 국면에 의한 전지용 단자의 제조 방법에 있어서, 바람직하게는, 프레스 가공하는 공정은, 플랜지부의 축방향의 일방측의 외연부에 있어서, Cu기 합금으로 구성되는 제2 금속층이 노출되도록 프레스 가공하는 공정을 더 포함한다. 이와 같이 구성하면, 플랜지부의 축방향의 일방측의 외연부에 노출되는 제2 금속층에 기초하여, 전지용 단자에 있어서의 축방향의 일방측을 용이하게 확인할 수 있다. 이에 의해, 전지용 단자의 제조 공정을 자동화한 경우라도, 화상 검사에 의해 전지용 단자의 축방향의 일방측을 용이하게 확인할 수 있다.
상기 제2 국면에 의한 전지용 단자의 제조 방법에 있어서, 바람직하게는, 프레스 가공하는 공정은, 축방향의 일방측의 전지의 집전체와 접합하는 측에 있어서 축부에 오목부를 형성하면서, 축부의 단부와 오목부의 내주면부에 제3 금속층이 위치하도록 프레스 가공하는 공정을 더 포함한다. 이와 같이 구성하면, 축방향의 일방측의 축부에 있어서, 전지용 단자를 다른 부재(전지의 집전체)에 용이하게 고정(가고정)할 수 있다. 또한, 코킹한 상태라도, 전지용 단자를 전지의 집전체에 용이하게 용접할 수 있다.
상기 제2 국면에 의한 전지용 단자의 제조 방법에 있어서, 바람직하게는, 클래드재를 형성하는 공정은, 제3 금속층의 두께가, 제1 금속층의 두께보다 작고, 또한 제2 금속층의 두께보다 작아지도록, 클래드재를 형성하는 공정을 포함한다. 이와 같이 구성하면, 전기 전도성이 우수한 Cu기 합금으로 구성되는 제2 금속층의 비율을 크게 하여, 제작되는 전지용 단자의 전기 전도성을 향상시킬 수 있음과 함께, 경량의 Al기 합금으로 구성되는 제1 금속층의 비율을 크게 하여, 제작되는 전지용 단자를 경량화할 수 있다. 또한, Cu기 합금에 비해 전기 전도성이 떨어지는 Ni기 합금으로 구성되는 제3 금속층의 비율을 작게 하여, 제작되는 전지용 단자의 전기 전도성이 저하되는 것을 억제할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 조전지를 도시한 사시도.
도 2는 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 리튬 이온 전지의 전체 구성을 도시한 사시도.
도 3은 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 리튬 이온 전지의 전체 구성을 도시한 분해 사시도.
도 4는 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 리튬 이온 전지의 부극 단자 주변을 도시한 단면도.
도 5는 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 부극 단자를 도시한 단면도.
도 6은 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 부극 단자를 Z2측으로부터 본 도면.
도 7은 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 부극 단자의 제조 방법을 설명하기 위한 모식도.
도 8은 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 부극 단자의 제조 방법을 설명하기 위한 모식도.
도 9는 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 부극 단자의 제조 방법을 설명하기 위한 모식도.
도 10은 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 부극 단자를 코킹하기 전의 상태를 도시한 단면도.
도 11은 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 부극 단자를 코킹 중인 상태를 도시한 단면도.
도 12는 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 부극 단자를 코킹 완료 후의 상태를 도시한 단면도.
도 13은 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 부극 단자의 레이저 용접 시의 상태를 도시한 단면도.
도 14는 본 발명의 제1 실시 형태의 실시예에 있어서의 측정 위치를 설명하기 위한 단면도.
도 15는 본 발명의 제1 실시 형태의 실시예에 있어서의 측정 결과를 나타낸 표.
도 16은 본 발명의 제2 실시 형태에 의한 정극 단자 주변을 도시한 단면도.
도 17은 본 발명의 제2 실시 형태에 의한 정극 단자를 도시한 단면도.
도 18은 본 발명의 제3 실시 형태에 의한 부극 단자를 도시한 단면도.
이하, 본 발명의 실시 형태를 도면에 기초하여 설명한다.
[제1 실시 형태]
<조전지의 구조>
먼저, 도 1∼도 6을 참조하여, 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 조전지(100)의 구조에 대해 설명한다.
본 발명의 제1 실시 형태에 의한 조전지(100)는, 전기 자동차(EV, electric vehicle)나, 하이브리드 자동차(HEV, hybrid electric vehicle), 주택 축전 시스템 등에 사용되는 대형의 전지 시스템이다. 이 조전지(100)는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 복수의 리튬 이온 전지(1)가, 복수의 평판 형상의 버스 바(101)(점선으로 도시)에 의해 전기적으로 접속됨으로써 구성되어 있다.
또한, 조전지(100)에서는, 평면적으로 보아 리튬 이온 전지(1)의 협폭 방향(X 방향)을 따라 배열되도록, 복수의 리튬 이온 전지(1)가 배치되어 있다. 또한, 조전지(100)에서는, 협폭 방향과 직교하는 광폭 방향(Y 방향)의 일방측(Y1측)에 정극 단자(10)가 위치함과 함께, Y 방향의 타방측(Y2측)에 부극 단자(20)가 위치하는 리튬 이온 전지(1(1a))와, Y2측에 정극 단자(10)가 위치함과 함께, Y1측에 부극 단자(20)가 위치하는 리튬 이온 전지(1(1b))가, X 방향을 따라 교대로 배치되어 있다.
또한, 소정의 리튬 이온 전지(1)의 정극 단자(10)는, X 방향으로 연장되는 순 Al로 구성되는 버스 바(101)의 X 방향의 한쪽 단부에 저항 용접에 의해 접합되어 있다. 또한, 그 소정의 리튬 이온 전지(1)와 인접하는 리튬 이온 전지(1)의 부극 단자(20)는, 순 Al로 이루어지는 버스 바(101)의 X 방향의 다른 쪽 단부에 저항 용접에 의해 접합되어 있다. 이에 의해, 리튬 이온 전지(1)의 정극 단자(10)는, 버스 바(101)를 통해, 인접하는 리튬 이온 전지(1)의 부극 단자(20)와 접속되어 있다. 이와 같이 하여, 복수의 리튬 이온 전지(1)가 직렬로 접속된 조전지(100)가 구성되어 있다.
또한, 순 Al로 이루어지는 버스 바(101)를 사용함으로써, 순 Cu로 이루어지는 버스 바를 사용하는 경우에 비해, 버스 바(101)를 경량화할 수 있으므로, 복수의 버스 바(101)를 사용하는 조전지(100) 전체를 경량화하는 것이 가능하다. 여기서, 순 Al이라 함은, 예를 들어 JIS 규격에 규정된 A1000번대의 알루미늄을 의미하고 있다. 또한, 순 Cu라 함은, 예를 들어 무산소구리나 터프 피치 구리, 인탈산구리 등의 구리를 의미하고 있다.
<리튬 전지의 구조>
리튬 이온 전지(1)는, 도 2에 도시하는 바와 같이, 대략 직방체 형상의 외관을 갖고 있다. 또한, 리튬 이온 전지(1)는, X 방향 및 Y 방향과 직교하는 상하 방향(Z 방향)의 일방측(Z1측)에 배치되는 덮개 부재(2)와, 타방측(Z2측)에 배치되는 전지 케이스 본체(3)를 구비하고 있다. 이 덮개 부재(2) 및 전지 케이스 본체(3)는, 모두 Ni 도금 강판으로 이루어진다.
덮개 부재(2)는, 도 3에 도시하는 바와 같이, 평판 형상으로 형성되어 있다. 또한, 덮개 부재(2)에는, Z 방향으로 관통하도록 한 쌍의 삽입 구멍(2a 및 2b)이 형성되어 있다. 이 한 쌍의 삽입 구멍(2a 및 2b)은, 덮개 부재(2)의 Y 방향으로 소정의 간격을 두고 형성되어 있음과 함께, 덮개 부재(2)의 X 방향의 대략 중앙에 형성되어 있다. 또한, 한 쌍의 삽입 구멍(2a 및 2b)에는, 각각, 정극 단자(10) 및 부극 단자(20)가 삽입되도록 구성되어 있다.
또한, 리튬 이온 전지(1)는, 정극(4a), 부극(4b) 및 세퍼레이터(4c)가 롤 형상으로 적층된 발전 소자(4)와, 도시하지 않은 전해액을 구비하고 있다. 정극(4a)은, 정극 활물질이 도포된 Al박으로 구성되어 있다. 부극(4b)은, 부극 활물질이 도포된 Cu박으로 구성되어 있다. 세퍼레이터(4c)는, 정극(4a)과 부극(4b)을 절연하는 기능을 갖고 있다.
또한, 리튬 이온 전지(1)는, 정극 단자(10)와 발전 소자(4)의 정극(4a)을 전기적으로 접속하는 정극 집전체(5)와, 부극 단자(20)와 발전 소자(4)의 부극(4b)을 전기적으로 접속하는 부극 집전체(6)를 구비하고 있다. 정극 집전체(5)는, 정극 단자(10)에 대응하도록 Y1측에 배치되어 있다. 또한, 정극 집전체(5)는, 정극 단자(10)가 삽입되는 구멍부(5d)가 형성된 접속부(5a)와, Z2측으로 연장되는 다리부(5b)와, 다리부(5b)와 정극(4a)을 접속하는 접속판(5c)을 포함하고 있다. 또한, 정극 집전체(5)는 정극(4a)과 마찬가지로 순 Al로 구성되어 있다.
부극 집전체(6)는, 부극 단자(20)에 대응하도록 Y2측에 배치되어 있다. 또한, 부극 집전체(6)는 부극 단자(20)가 삽입되는 구멍부(6d)가 형성된 접속부(6a)와, Z2측으로 연장되는 다리부(6b)와, 다리부(6b)와 부극(4b)을 접속하는 접속판(6c)을 포함하고 있다. 또한, 부극 집전체(6)는 부극(4b)과 마찬가지로 순 Cu로 구성되어 있다.
또한, 덮개 부재(2)의 삽입 구멍(2a 및 2b)에는, 각각, 절연성을 갖는 패킹(7 및 8)이 끼움 삽입되어 있다. 패킹(7)에는, 정극 단자(10)가 삽입되는 구멍부(7a)가 형성되어 있다. 이 패킹(7)은, 덮개 부재(2)의 Z1측의 상면 및 삽입 구멍(2a)의 내주면과 정극 단자(10)가 접촉하는 것을 억제함과 함께, 덮개 부재(2)의 Z2측의 하면과 정극 집전체(5)가 접촉하는 것을 억제하도록 배치되어 있다. 마찬가지로, 패킹(8)에는, 부극 단자(20)가 삽입되는 구멍부(8a)가 형성되어 있다. 패킹(8)은, 덮개 부재(2)의 Z1측의 상면 및 삽입 구멍(2b)의 내주면과 부극 단자(20)가 접촉하는 것을 억제함과 함께, 덮개 부재(2)의 Z2측의 하면과 부극 집전체(6)가 접촉하는 것을 억제하도록 배치되어 있다.
정극 단자(10)는, Z 방향으로 연장되는 원기둥 형상의 축부(11)와, 축부(11)의 Z1측의 단부에 있어서, 축부(11)로부터 Z 방향과 직교하는 X-Y 평면 방향으로 방사 형상의 퍼짐을 갖도록 형성된 원환상의 플랜지부(12)를 갖고 있다.
또한, 리벳 형상의 정극 단자(10)는, 정극 집전체(5) 및 버스 바(101)와 마찬가지로, 순 Al로 구성되어 있다. 또한, 축부(11)의 Z2측의 단부에는, 코킹하기 위한 오목부(13)가 형성되어 있다. 또한, 정극 단자(10)는, 덮개 부재(2)의 삽입 구멍(2a)(패킹(7)의 구멍부(7a)) 및 정극 집전체(5)의 구멍부(5d)에 삽입된 상태에서, 정극 집전체(5)에 대해 코킹됨과 함께, 코킹된 상태에서, 레이저 용접에 의해 정극 집전체(5)에 접합되어 있다. 또한, 정극 단자(10)에서는, 도시하지 않은 Al 판재에 대해 프레스 가공이 행해짐으로써, 축부(11), 플랜지부(12) 및 오목부(13)가 형성되어 있다.
(부극 단자의 구조)
부극 단자(20)는, 정극 단자(10)와 마찬가지인 외형 형상을 갖고 있다. 즉, 부극 단자(20)는, 도 4 및 도 5에 도시하는 바와 같이, Z 방향으로 연장되는 원기둥 형상의 축부(21)와, 축부(21)의 Z1측의 단부에 있어서, 축부(21)로부터 X-Y 평면 방향으로 방사 형상의 퍼짐을 갖도록 형성된 원환상의 플랜지부(22)를 갖고 있다. 이 결과, 부극 단자(20)는 리벳 형상으로 형성되어 있다. 또한, 축부(21)는 부극 단자(20)의 X 방향 및 Y 방향의 대략 중앙에 위치하도록 구성되어 있다. 또한, 축부(21) 및 플랜지부(22)는, 부극 단자(20)의 Z1측의 표면부(20a)에 있어서, 대략 편평해지도록 형성되어 있음과 함께, 축부(21)는, 플랜지부(22)로부터 돌출되도록, Z2측으로 연장되도록 형성되어 있다. 또한, 부극 단자(20)는 청구범위의 「전지용 단자」의 일례이다. 또한, Z 방향은, 청구범위의 「축방향」의 일례이고, X-Y 평면 방향은, 청구범위의 「방사 방향」의 일례이다.
또한, 축부(21)의 Z2측에는, 코킹하기 위한 오목부(23)가 형성되어 있다. 이 오목부(23)는, Z2측의 단부(선단부)(21a)로부터 Z1측으로 오목해지도록 형성되어 있다. 또한, 오목부(23)는, 도 6에 도시하는 바와 같이, Z2측으로부터 평면적으로 보아 원 형상으로 형성되어 있고, 그 결과, 오목부(23)가 형성된 축부(21)의 Z2측은, 원통 형상으로 되도록 형성되어 있다. 즉, 오목부(23)는 원통 형상의 벽부(24)에 외측으로부터 둘러싸인 영역에 형성되어 있다.
또한, 부극 단자(20)는, 도 4에 도시하는 바와 같이, 덮개 부재(2)의 삽입 구멍(2b)(패킹(8)의 구멍부(8a)) 및 부극 집전체(6)의 구멍부(6d)에 삽입된 상태에서, 부극 집전체(6)에 대해 코킹됨과 함께, 코킹된 상태에서, 레이저 용접에 의해 환상으로 접합되어 있다. 이에 의해, 리튬 이온 전지(1)에는, 축부(21)와, 부극 집전체(6)의 접속부(6a)를 접합하는 용접부(W1)(가느다란 사선의 영역)가 환상으로 형성되어 있다. 또한, Z2측은, 청구범위의 「축방향의 일방측」 및 「전지의 집전체와 접합하는 측」의 일례이다.
여기서, 제1 실시 형태에서는, 도 5에 도시하는 바와 같이, 부극 단자(20)는, 순 Al로 구성된 Al층(31)과, 순 Cu로 구성된 Cu층(32)과, 순 Ni로 구성된 Ni층(33)이 Z1측으로부터 이 순서로 적층된 상태에서 압연에 의해 접합된, 3층 구조의 클래드재(30)로 구성되어 있다. 이에 의해, 클래드 접합되어 있는 Al층(31)과 Cu층(32)의 접합된 계면에 있어서, Al층(31)과 Cu층(32)이 원자적(화학적)으로 접합되어 있음과 함께, 클래드 접합되어 있는 Cu층(32)과 Ni층(33)의 접합된 계면에 있어서, Cu층(32)과 Ni층(33)이 원자적으로 접합되어 있다. 이 결과, Al층(31)과 Cu층(32)의 계면 및 Cu층(32)과 Ni층(33)의 계면에, 물 등의 이물이 침입하는 것이 효과적으로 억제되어 있다. 또한, 순 Ni라 함은, JIS 규격에 규정된 NW2200이나 NW2201 등의 니켈을 의미하고 있다. 또한, Al층(31), Cu층(32) 및 Ni층(33)은 각각, 청구범위의 「제1 금속층」, 「제2 금속층」 및 「제3 금속층」의 일례이다.
여기서, 순 Ni로 구성된 Ni층(33)의 열전도율은 약 95(W/K·m)로, 순 Cu로 구성된 Cu층(32)의 열전도율(약 400(W/K·m))보다 작다. 즉, Cu층(32)과 비교하여, Ni층(33)에는 열이 축적되기 쉽다. 또한, 순 Ni로 구성된 Ni층(33)은, 순 Cu로 구성된 Cu층(32)보다, 레이저 용접에 있어서의 기본 파장(1064㎚)의 레이저광에 대한 반사율이 작다. 즉, Ni층(33)은 Cu층(32)과 비교하여, 레이저광이 조사되었을 때에 레이저광이 흡수되기 쉽고, 그 결과, 레이저 용접 시에 온도가 상승하기 쉽다.
Al층(31)은, 도 5에 도시하는 바와 같이, 축부(21) 및 플랜지부(22)의 Z1측에 배치되어 있고, 축부(21) 및 플랜지부(22)의 Z1측의 표면 및 플랜지부(22)의 측단부(22a)의 Z1측에 있어서 노출되어 있다. 이 Al층(31)은, 도 4에 도시하는 바와 같이, Z1측으로부터 버스 바(101)가 배치된 상태에서, 저항 용접에 의해, 버스 바(101)에 접합되도록 구성되어 있다. 또한, 저항 용접에 의해, Al층(31)의 일부와 버스 바(101)에 용접부(W2)(가느다란 사선의 영역)가 형성된다.
Cu층(32)은, 도 5에 도시하는 바와 같이, 축부(21) 및 플랜지부(22)에 있어서, Al층(31)보다 Z2측에 배치되어 있다. 또한, Cu층(32)은, 도 6에 도시하는 바와 같이, 플랜지부(22)의 Z2측의 표면부(22d)의 외연부(22b)에 있어서, 환상으로 노출되어 있음과 함께, 도 5에 도시하는 바와 같이, 플랜지부(22)의 측단부(22a)의 Z2측에 있어서 노출되어 있다.
Ni층(33)은, 축부(21) 및 플랜지부(22)에 있어서, Cu층(32)보다 Z2측에 배치되어 있다(위치하고 있다). 또한, Ni층(33)은, 축부(21)의 Z2측의 돌출되는 부분 중, 대략 원환상의 Z2측의 단부(21a) 및 외주면부(21b)와, 오목부(23)의 주위 형상의 내주면부(23a) 및 대략 원 형상의 내저면부(23b)에 있어서 노출되어 있다. 또한, Ni층(33)은 플랜지부(22)의 Z2측의 표면부(22d)의 외연부(22b)보다 내측의 대략 원 형상의 영역에 있어서 노출되어 있다. 또한, 도 6에 도시하는 바와 같이, 플랜지부(22)의 Z2측의 외연부(22b)와, 플랜지부(22)의 Z2측의 표면부(22d)에 있어서의 외연부(22b)측의 노출 영역(22c)에 있어서 Cu층(32)이 노출되어 있다. 또한, 노출 영역(22c)보다 내측의 영역에 있어서, Ni층(33)이 노출되어 있다. 또한, Cu층(32)이 노출되는 노출 영역(22c)은, 외연부(22b)를 따라 환상으로 형성되어 있다.
또한, 도 5에 도시하는 바와 같이, 오목부(23)의 주위 형상의 내주면부(23a)에 있어서, 오목부(23)의 개구부(23c)측에 있어서의 Ni층(33)의 X-Y 평면 방향의 두께 t1은, 오목부(23)의 내저면부(23b)측에 있어서의 Ni층(33)의 X-Y 평면 방향의 두께 t2보다 크다. 또한, 두께 t1 및 t2는, 약 2㎛ 이상 약 20㎛ 이하인 것이 바람직하고, 약 2㎛ 이상 약 3.5㎛ 이하인 것이 더욱 바람직하다.
또한, 제1 실시 형태에서는, 축부(21)의 Z2측의 단부(21a)에 있어서의 Ni층(33)의 Z 방향의 두께 t3은, 두께 t1 및 t2보다 크다. 또한, 두께 t3은, 오목부(23)의 내저면부(23b)에 있어서의 Ni층(33)의 Z 방향의 두께 t4보다 크다. 또한, 두께 t3은, 축부(21)의 외주면부(21b)에 있어서의 Ni층(33)의 X-Y 평면 방향의 두께 t5, 및 플랜지부(22)의 Z2측의 표면부(22d)에 있어서의 Ni층(33)의 Z 방향의 두께 t6보다 크다. 즉, 축부(21)의 Z2측의 단부(21a)에 있어서의 Ni층(33)의 Z 방향의 두께 t3은, Ni층(33) 중, 가장 두께가 커지도록 구성되어 있다. 또한, 두께 t3은, 약 20㎛ 이상인 것이 바람직하고, 약 25㎛ 이상인 것이 더욱 바람직하다. 또한, 두께 t3은, 두께 t1의 약 2배 이상인 것이 바람직하다.
또한, 플랜지부(22)에 있어서의 Al층(31)의 Z 방향의 두께 t7 및 Cu층(32)의 Z 방향의 두께 t8은, 축부(21)의 Z2측의 단부(21a)에 있어서의 Ni층(33)의 Z 방향의 두께 t3보다 크다. 또한, 축부(21)에 있어서의 Al층(31)의 Z 방향의 두께(길이), 및 Cu층(32)의 Z 방향의 두께(길이)는, 축부(21)의 Z2측의 단부(21a)에 있어서의 Ni층(33)의 Z 방향의 두께 t3보다 크다. 이 결과, Z 방향에 있어서, Ni층(33)의 두께는, Al층(31)의 길이 및 Cu층(32)의 길이보다 작다. 즉, 여전히 두께 t8은, 두께 t7과 대략 동일한 크기이거나, 또는 약간 큰 두께를 갖고 있다.
(부극 단자의 제조 방법)
다음으로, 도 5 및 도 7∼도 9를 참조하여, 제1 실시 형태에 있어서의 부극 단자(20)의 제조 방법에 대해 설명한다.
먼저, 도 7에 도시하는 바와 같이, 순 Al에 의해 구성되는 Al 판재(131), 순 Cu에 의해 구성되는 Cu 판재(132) 및 순 Ni에 의해 구성되는 Ni 판재(133)를 준비한다. 그리고, Al 판재(131), Cu 판재(132) 및 Ni 판재(133)를 Z1측으로부터 이 순서로 적층시킨 상태에서, 롤러(R)를 사용하여 소정의 압하율로 연속적으로 압연을 행한다. 이에 의해, Al층(31)과 Cu층(32)과 Ni층(33)(도 8 참조)이 이 순서로 적층된 상태에서 접합된 3층 구조의 클래드 판재(130)를 제작한다. 또한, 클래드 판재(130)에 있어서의 Ni층(33)의 Z 방향의 두께 t11(도 8 참조)은, Al층(31)의 Z 방향의 두께 t12 및 Cu층(32)의 Z 방향의 두께 t13(도 8 참조)보다 작다.
그리고, 클래드 판재(130)를 소정의 온도 환경 하에서 소정 시간 유지함으로써, 확산 어닐링을 행한다. 이에 의해, Al층(31)과 Cu층(32)이 접합된 계면 및 Cu층(32)과 Ni층(33)이 접합된 계면에 있어서, 층간의 접합 강도가 높아진다.
그 후, 클래드 판재(130)를 소정의 원판 형상으로 펀칭 가공을 행함으로써, 클래드재(30)를 형성한다. 그리고, 도 8에 도시하는 바와 같이, 클래드재(30)에 대해 프레스 가공을 행한다. 구체적으로는, 먼저, 프레스 가공기(102)의 금형(102a) 내에, 펀칭된 클래드재(30)를 배치한다. 이 금형(102a) 내는, 축부(21), 플랜지부(22) 및 오목부(23)(도 9 참조)에 대응하는 형상을 갖고 있다. 그리고, 도 9에 도시하는 바와 같이, Z1측으로부터 압력을 가함으로써, 클래드재(30)에 대해 프레스 가공을 행한다. 이 프레스 가공에 의해, Cu층(32) 및 Ni층(33)이 축부(21)를 형성하도록 Z2측으로 이동된다. 여기서, Cu층(32)을 구성하는 순 Cu가 변형되기 쉽기 때문에, 플랜지부(22)의 Z2측의 표면부(22d)에 있어서, Cu층(32)은 외측(축부(21)와는 반대측)으로부터 Ni층(33)을 둘러싸도록 이동한다. 이에 의해, 도 5에 도시하는 바와 같이, 축부(21), 플랜지부(22) 및 오목부(23)가 형성된 부극 단자(20)가 제작된다. 이때, 축부(21)의 Z2측(리튬 이온 전지(1)의 부극 집전체(6)와 접합하는 측)의 단부(21a)와, 축부(21)의 외주면부(21b)와, 오목부(23)의 내주면부(23a)에 Ni층(33)이 위치함과 함께, 플랜지부(22)의 Z2측의 외연부(22b)와 플랜지부(22)의 Z2측의 표면부(22d)의 노출 영역(22c)에 있어서 Cu층(32)이 노출된다.
(부극 단자의 용접 공정)
다음으로, 도 4 및 도 10∼도 13을 참조하여, 제1 실시 형태에 있어서의 부극 단자(20)의 부극 집전체(6)에의 용접 공정에 대해 설명한다.
먼저, 도 10에 도시하는 바와 같이, 패킹(8)이 삽입 구멍(2b)에 끼움 삽입된 덮개 부재(2)를 준비한다. 그리고, 부극 집전체(6)의 접속부(6a)를 덮개 부재(2)의 Z2측의 면에 맞닿게 한다. 그 상태에서, 부극 집전체(6)의 Z2측의 면에, 코킹 지그(103)의 고정 부재(103a)를 맞닿게 하여 고정한다. 그 상태에서, 코킹 지그(103)의 봉 형상 부재(103b)를 Z2측으로부터 삽입 구멍(2b)(패킹(8)의 구멍부(8a))에 삽입한다. 그리고, 삽입된 봉 형상 부재(103b)의 Z1측의 단부를, 부극 단자(20)의 오목부(23) 내에 끼움 삽입한다.
그리고, 코킹 지그(103)의 압박 부재(103c)에 의해, 부극 단자(20)를 Z1측으로부터 압박한다. 이에 의해, 봉 형상 부재(103b)와 함께, 부극 단자(20)는 Z2측으로 이동한다. 그리고, 도 11에 도시하는 바와 같이, 부극 단자(20)의 Z2측의 단부(21a)가 삽입 구멍(2b)보다 Z2측에 위치할 때까지 부극 단자(20)가 이동되면, 봉 형상 부재(103b)의 이동이 정지한다. 이에 의해, 압박 부재(103c)의 압박력에 의해, 부극 단자(20)의 원통 형상의 벽부(24)가 봉 형상 부재(103b)의 외주면을 따라 변형되면서, 부극 단자(20)가 Z2 방향으로 이동된다. 그 후, 코킹 지그(103)의 고정 부재(103a)를 따라, 부극 단자(20)의 벽부(24)가 굽힘 변형된다. 이에 의해, 도 12에 도시하는 바와 같이, 단면이 반원 형상으로 되도록 벽부(24)가 절곡됨으로써, 부극 단자(20)가 부극 집전체(6)에 코킹된다.
여기서, 코킹된 상태에 있어서, Ni층(33)이 위치하는 부극 단자(20)의 축부(21)의 Z2측의 단부(21a)는 부극 집전체(6)에 맞닿는다. 또한, Ni층(33)이 위치하는 부극 단자(20)의 오목부(23)의 내주면부(23a)는 외측에 노출되어 있다.
그 후, 도 13에 도시하는 바와 같이, 코킹된 상태의 부극 단자(20)와 부극 집전체(6)를 레이저 용접에 의해 용접한다. 그때, 부극 단자(20)의 축부(21)의 단부(21a) 및 그 주변의 오목부(23)의 내주면부(23a)에, Ni층(33)이 위치하고 있으므로, 레이저광이 효율적으로 흡수됨과 함께, 레이저광에 의해 발생한 열도 확산되기 어렵다. 이 결과, 축부(21)의 단부(21a) 및 그 주변에 있어서, 효율적으로 Ni층(33)의 순 Ni가 용융됨으로써, 효율적으로 레이저 용접이 행해진다. 그리고, 부극 단자(20)의 코킹된 부분을 주위 형상으로 용접하여 접합함으로써, 도 4에 도시하는 바와 같이, 부극 단자(20)의 리튬 이온 전지(1)의 부극 집전체(6)와 접합하는 측인 Z2측이 부극 집전체(6)에 접합된다.
<제1 실시 형태의 효과>
제1 실시 형태에서는, 이하와 같은 효과를 얻을 수 있다.
제1 실시 형태에서는, 상기한 바와 같이 부극 단자(20)를, 순 Al로 구성되는 Al층(31)과, 순 Cu로 구성되는 Cu층(32)과, 순 Ni로 구성되는 Ni층(33)이 이 순서로 적층된 상태에서 접합된 클래드재(30)로 구성한다. 이에 의해, 금속층끼리는, 물리적으로 접촉하여 접합되어 있는 것이 아니라, 클래드 접합에 의한 금속 원자의 상호 확산에 의해 원자적(화학적)으로 접합되어 있으므로, 계면에 물 등이 침입하는 것을 억제할 수 있다. 이에 의해, 금속층끼리가 접합된 계면에 있어서 부식이 발생하는 것을 억제할 수 있다. 또한, 부극 단자(20)가, 적어도 축부(21)가 연장되는 축방향(Z 방향)의 일방측(Z2측)에 있어서의 축부(21)의 단부(21a)에, 순 Ni로 구성되는 Ni층(33)을 갖는다. 이에 의해, 축부(21)의 Z2측의 단부(21a)에 순 Cu로 구성되는 Cu층(32)만이 위치하는 경우와 비교하여, 레이저 용접에 의해, 부극 단자(20)를 부극 집전체(6)에 용이하게 용접할 수 있다.
또한, 제1 실시 형태에서는, 순 Ni로 구성되는 Ni층(33)을 포함하는 클래드재(30)를 사용함으로써, Ni 도금 처리의 공정이 불필요해지므로, 부극 단자(20)의 제조 공정이 복잡화되는 것을 억제할 수 있다.
또한, 제1 실시 형태에서는, 부극 단자(20)의 Z2측에 있어서, 축부(21)의 단부(21a)에 Ni층(33)을 갖도록 프레스 가공한다. 이에 의해, Ni 도금 공정이 불필요해지는 것 외에, 프레스 가공을 행하는 것만으로, 축부(21)와 플랜지부(22)를 구비하고, Z2측의 단부(21a)에 Ni층(33)을 갖는 부극 단자(20)를 제작할 수 있으므로, 부극 단자(20)의 제조 공정을 간소화할 수 있다.
또한, 제1 실시 형태에서는, 부극 단자(20)가, 축부(21)의 외주면부(21b)에 Ni층(33)을 갖는다. 이에 의해, 순 Cu와 비교하여 내식성이 높은 순 Ni가 축부(21)의 외주면부(21b)에 위치함으로써, 축부(21)의 외주면부(21b)로부터 Cu층(32)이 부식되는 것을 억제할 수 있다. 또한, Ni층(33)이 형성된 부극 단자(20)의 Z2측의 단부(21a)뿐만 아니라 축부(21)의 외주면부(21b)에 있어서도, 레이저 용접에 의해, 부극 단자(20)를 부극 집전체(6)에 용이하게 용접할 수 있다.
또한, 제1 실시 형태에서는, 플랜지부(22)의 Z2측의 외연부(22b)에 있어서, Cu층(32)이 노출되어 있다. 이에 의해, 순 Cu로 구성되는 Cu층(32)은, 순 Al이나 순 Ni와 달리 적색에 가까운 색감을 갖고 있으므로, 플랜지부(22)의 Z2측의 외연부(22b)에 노출되는 Cu층(32)에 기초하여, 부극 단자(20)에 있어서의 Z2측을 용이하게 확인할 수 있다. 이 결과, 부극 단자(20)의 제조 공정을 자동화한 경우라도, 화상 검사에 의해 부극 단자(20)에 있어서의 Z2측을 용이하게 확인할 수 있다.
또한, 제1 실시 형태에서는, Z2측에 있어서, 플랜지부(22)의 외연부(22b)를 따라 Cu층(32)이 환상으로 노출되는 노출 영역(22c)을 부극 단자(20)에 마련한다. 이에 의해, Cu층(32)이 환상으로 노출됨으로써, Cu층(32)의 노출되는 부분이 축부(21) 등에 가려져 확인할 수 없게 되는 것을 효과적으로 억제할 수 있으므로, 부극 단자(20)에 있어서의 Z2측을 용이하고 또한 확실하게 확인할 수 있다.
또한, 제1 실시 형태에서는, 부극 단자(20)가, 축부(21)의 Z2측(리튬 이온 전지(1)의 부극 집전체(6)와 접합하는 측)의 단부(21a)와 오목부(23)의 내주면부(23a)에 Ni층(33)을 갖는다. 이에 의해, 오목부(23)의 내주면부(23a)가 외측으로 되도록 오목부(23)를 절곡하여 부극 집전체(6)에 코킹함으로써, Z2측에 있어서의 축부(21)의 단부(21a)측에 있어서, 부극 단자(20)를 코킹하여 부극 집전체(6)에 용이하게 고정(가고정)할 수 있다. 또한, 부극 집전체(6)에 코킹된 상태의 부극 단자(20)를 레이저 용접에 의해 부극 집전체(6)에 용접할 때, 절곡된 상태에서 부극 집전체(6)에 맞닿는 축부(21)의 단부(21a)와, 외측에 노출되는 오목부(23)의 내주면부(23a)의 각각에 Ni층(33)이 위치하고 있으므로, 코킹한 상태라도, 부극 단자(20)를 부극 집전체(6)에 용이하게 용접할 수 있다.
또한, 제1 실시 형태에서는, 축부(21)의 단부(21a)에 있어서의 Ni층(33)의 두께 t3을, 오목부(23)의 내주면부(23a)에 있어서의 Ni층(33)의 두께 t1 및 t2보다 크게 한다. 또한, 바람직하게는, 두께 t3을 두께 t1의 약 2배 이상으로 한다. 이에 의해, 순 Ni의 열전도율은 순 Cu의 열전도율보다 작으므로, 축부(21)의 단부(21a)에 있어서 순 Ni로 구성되는 Ni층(33)의 두께 t3을 크게 함으로써, 용접 시에 발생한 열이 Ni층(33)으로부터 Cu층(32)으로 릴리프되는 것을 억제할 수 있다. 이 결과, 축부(21)의 단부(21a)에 있어서의 부극 단자(20)의 용접성을 향상시킬 수 있다. 또한, 순 Ni로 구성되는 Ni층(33)의 두께 t1 및 t2를 작게 한다. 이에 의해, 부극 단자(20)를 코킹할 때, 코킹 지그(103)의 고정 부재(103a) 및 봉 형상 부재(103b)와 접촉하는 오목부(23)의 내주면부(23a)에 있어서, 코킹 시에 발생하는 코킹 지그(103)와 오목부(23)의 내주면부(23a) 사이의 마찰열을 신속하게 Cu층(32)으로 릴리프시킬 수 있다. 이에 의해, 마찰열에 기인하여 코킹 지그(103)와 오목부(23)의 내주면부(23a)가 시징되는 것을 억제할 수 있다.
또한, 제1 실시 형태에서는, 오목부(23)의 내주면부(23a)에 있어서, 오목부(23)의 개구부(23c)측의 Ni층(33)의 두께 t1을, 오목부(23)의 내저면부(23b)측의 Ni층(33)의 두께 t2보다 크게 한다. 이에 의해, 축부(21)의 단부(21a)에 가까운 오목부(23)의 개구부(23c)측의 Ni층(33)의 두께 t1을 크게 함으로써, 축부(21)의 단부(21a)를 용접할 때에 발생한 열이, 개구부(23c)측의 Ni층(33)을 통해, Cu층(32)으로 릴리프되는 것을 효과적으로 억제할 수 있다. 이에 의해, 부극 단자(20)의 용접성을 더욱 향상시킬 수 있다. 또한, 오목부(23)의 내저면부(23b)측의 Ni층(33)의 두께 t2를 작게 함으로써, 순 Ni의 사용량을 감소시킬 수 있다.
또한, 제1 실시 형태에서는, 오목부(23)의 내주면부(23a)에 있어서의 Ni층(33)의 두께 t1 및 t2를, 오목부(23)의 내저면부(23b)에 있어서의 Ni층(33)의 두께 t4보다 작게 한다. 이에 의해, 코킹 지그(103)와 접촉하는 오목부(23)의 내주면부(23a)에 있어서, 순 Ni로 구성되는 Ni층(33)의 두께 t1 및 t2를 확실하게 작게 할 수 있으므로, 코킹 시에 발생하는 코킹 지그(103)와 오목부(23)의 내주면부(23a) 사이의 마찰열을 신속하게 Cu층(32)으로 릴리프시킬 수 있다. 이 결과, 마찰열에 기인하여 코킹 지그(103)와 오목부(23)의 내주면부(23a)가 시징되는 것을 억제할 수 있다.
또한, 제1 실시 형태에서는, Z2측의 단부(21a)에 있어서의 Ni층(33)의 Z 방향의 두께 t3을 약 20㎛ 이상으로 한다. 이에 의해, Z2측의 단부(21a)에 있어서, 순 Ni로 구성되는 Ni층(33)의 두께를 충분히 확보할 수 있으므로, 용접 시에 발생한 Ni층(33)의 열이 Cu층(32)으로 릴리프되는 것을 확실하게 억제할 수 있다. 이 결과, Z2측의 단부(21a)에 있어서의 부극 단자(20)의 용접성을 더욱 향상시킬 수 있다.
또한, 제1 실시 형태에서는, 축방향(Z 방향)에 있어서, 축부(21)의 Z1측의 단부(21a)에 있어서의 Ni층(33)의 두께 t3을, Al층(31)의 두께 t7 및 Cu층(32)의 두께 t8보다 작게 한다. 이에 의해, Al기 합금으로 구성되는, Ni층(33)(Ni기 합금)과 비교하여 경량의 Al층(31)의 비율을 증가시킬 수 있음과 함께, Cu기 합금으로 구성되는, Ni층(33)과 비교하여 전기 전도성이 우수한 Cu층(32)의 비율을 증가시킬 수 있다. 이 결과, Ni층(33)에 의한 내식성 향상 및 용접 용이의 이점 외에, 경량이며 또한 전기 전도성이 우수한 부극 단자(20)를 얻을 수 있다.
또한, 제1 실시 형태에서는, Z 방향에 있어서, 축부(21)의 Z2측의 단부(21a)에 있어서의 Ni층(33)의 두께 t3을, 플랜지부(22)의 Z2측의 표면부(22d)에 있어서의 Ni층(33)의 두께 t6보다 크게 한다. 이에 의해, 축부(21)의 Z2측의 단부(21a)에 있어서 충분한 Ni층(33)을 확보할 수 있으므로, 레이저 용접 등에 의해, 부극 단자(20)를 다른 부재에 용접할 때, 축부(21)의 Z2측의 단부(21a)에 있어서, 용접을 위한 열을 충분히 발생시키기 쉽게 할 수 있다. 또한, 플랜지부(22)가 다른 부재에 용접되지 않음으로써, 플랜지부(22)의 Z2측의 표면부(22d)에 있어서의 Ni층(33)의 두께 t6을 작게 함으로써, 불필요한 Ni층(33)의 비율이 증가하는 것을 억제할 수 있다.
또한, 제1 실시 형태에서는, 플랜지부(22)를, Z1측에 있어서, 축부(21)로부터 방사 방향으로 확장되도록 형성함과 함께, 플랜지부(22)로부터 돌출되는 축부(21)의 Z2측의 단부(21a)에, Ni층(33)을 위치시킨다. 이에 의해, 플랜지부(22)로부터 이격된 돌출되는 축부(21)의 Z2측의 단부(21a)에 있어서, 부극 집전체(6)와 용접을 행할 수 있으므로, 플랜지부(22)가 부극 집전체(6)와의 용접의 방해가 되는 것을 억제할 수 있다.
또한, 제1 실시 형태에서는, 클래드재(30)를 제작하는 공정에 있어서, Ni층(33)의 Z 방향의 두께 t11을, Al층(31)의 Z 방향의 두께 t12 및 Cu층(32)의 Z 방향의 두께 t13보다 작게 한다. 이에 의해, 전기 전도성이 우수한 순 Cu로 구성되는 Cu층(32)의 비율을 크게 하여, 제작되는 부극 단자(20)의 전기 전도성을 향상시킬 수 있음과 함께, 경량인 순 Al로 구성되는 Al층(31)의 비율을 크게 하여, 제작되는 부극 단자(20)를 경량화할 수 있다. 또한, 순 Cu에 비해 전기 전도성이 떨어지는 순 Ni로 구성되는 Ni층(33)의 비율을 작게 하여, 제작되는 부극 단자(20)의 전기 전도성이 저하되는 것을 억제할 수 있다.
[실시예]
다음으로, 도 7∼도 9, 도 14 및 도 15를 참조하여, 제1 실시 형태의 부극 단자(20)를 제작할 때의 프레스 가공의 결과와, 부극 단자(20)의 Ni층(33)의 두께의 측정 결과에 대해 설명한다.
먼저, 상기 제1 실시 형태의 제조 방법과 마찬가지로, 실시예 1∼3의 프레스 전의 클래드재(30)를 제작하였다. 그 때, 압연 시에 60％의 압하율로 압연을 행함으로써 클래드 판재(130)(도 7 참조)를 형성함과 함께, 압연 후의 클래드 판재(130)를 500℃의 온도 환경 하에서 3분간 유지함으로써, 확산 어닐링을 행하였다. 그리고, 클래드 판재(130)를 소정의 원판 형상으로 펀칭 가공을 행함으로써, 실시예 1∼3의 각각의 프레스 가공 전의 클래드재(30)를 제작하였다.
또한, 이때, 실시예 1의 프레스 가공 전의 클래드재(30)에 있어서의 Al층(31)의 두께 t12, Cu층(32)의 두께 t13 및 Ni층(33)의 두께 t11(도 8 참조)을 각각, 1.62㎜, 1.85㎜ 및 25㎛로 하였다. 또한, 실시예 2의 프레스 가공 전의 클래드재(30)에 있어서의 Al층(31)의 두께 t12, Cu층(32)의 두께 t13 및 Ni층(33)의 두께 t11을, 각각, 1.61㎜, 1.84㎜ 및 50㎛로 하였다. 또한, 실시예 3의 프레스 가공 전의 클래드재(30)에 있어서의 Al층(31)의 두께 t12, Cu층(32)의 두께 t13 및 Ni층(33)의 두께 t11을, 각각, 1.59㎜, 1.81㎜ 및 100㎛로 하였다. 또한, 실시예 1∼3의 프레스 가공 전의 클래드재(30)의 총 두께를, 3.5㎜로 하였다.
그리고, 도 8 및 도 9에 도시하는 프레스 가공기(102)(도 8 및 도 9 참조)를 사용하여, 상기 제1 실시 형태와 마찬가지로 프레스 가공을 행하였다. 이에 의해, 실시예 1∼3의 부극 단자(20)를 제작하였다.
또한, 비교예로서, 순 Al에 의해 구성되는 원반 형상의 Al 판재, 순 Cu에 의해 구성되는 원반 형상의 Cu 판재 및 순 Ni에 의해 구성되는 원반 형상의 Ni 판재를 이 순서로 적층시킨 상태에서 프레스 가공을 행함으로써, 비교예의 전지용 단자를 제작하였다. 즉, 비교예에서는, 클래드재를 제작하지 않고, 프레스 가공을 행하였다. 이때, Al 판재의 두께, Cu 판재의 두께 및 Ni 판재의 두께를, 각각 1.7㎜, 2.0㎜ 및 100㎛로 하였다.
프레스 가공의 결과로서는, 비교예에서는, Al 판재와 Cu 판재가 일체화되지 않은 것 외에, 판재의 일부가 프레스 가공기(102)의 금형(102a)(도 8 참조)에 시징되었다. 한편, 실시예 1∼3에서는, Al층(31)과 Cu층(32)이 일체화된 상태를 유지함과 함께, 부극 단자(20)가 금형(102a)에 시징되는 일은 없었다. 이에 의해, 상기 제1 실시 형태와 같이, Al층(31), Cu층(32) 및 Ni층(33)을 적층시킨 상태에서 압연함으로써 클래드재(30)를 형성하고, 형성한 클래드재(30)에 대해 프레스 가공을 행하는 것이 좋은 것을 확인할 수 있었다.
또한, 도 14에 도시하는 바와 같이, 프레스 가공 후의 실시예 1∼3의 부극 단자(20)를 X-Z 평면으로 절단하고, 수지로 메운 상태에서 연마하였다. 그리고, 현미경을 사용하여, 1000배의 배율로 실시예 1∼3의 부극 단자(20)의 단면을 관찰하였다. 이때, 실시예 1∼3의 부극 단자(20)의 단면 중, 측정 위치 1∼7의 각 측정 위치에 있어서 Ni층(33)의 두께의 측정을 행하였다. 구체적으로는, 축부(21)의 Z2측의 단부(21a)(측정 위치 1 및 7)에 있어서의 Ni층(33)의 두께 t3을 측정하였다. 또한, 오목부(23)의 내주면부(23a)의 개구부(23c)측(측정 위치 2 및 6)에 있어서의 Ni층(33)의 두께 t1을 측정하였다. 또한, 오목부(23)의 내주면부(23a)의 내저면부(23b)측(측정 위치 3 및 5)에 있어서의 Ni층(33)의 두께 t2를 측정하였다. 또한, 오목부(23)의 내저면부(23b)(측정 위치 4)에 있어서의 Ni층(33)의 두께 t4를 측정하였다. 또한, 측정 위치 1∼7의 각 측정 위치에 있어서, 20㎛의 피치로 5점 관측을 행하였다. 그리고, 5점의 평균값을, 각각의 측정 위치 1∼7에 있어서의 Ni층(33)의 두께로 하였다. 또한, 비교예의 전지용 단자에 있어서의 단면의 관찰은 행하고 있지 않다.
또한, 도 15에 나타내는 두께의 측정 결과로서는, 또한 실시예 1∼3의 어느 부극 단자(20)에 있어서도, 축부(21)의 Z2측의 단부(21a)(측정 위치 1 및 7)에 있어서의 Ni층(33)의 두께 t3이, 25㎛를 초과하여 커졌다. 한편, 오목부(23)의 내주면부(23a)의 개구부(23c)측(측정 위치 2 및 6), 오목부(23)의 내주면부(23a)의 내저면부(23b)측(측정 위치 3 및 5), 및 오목부(23)의 내저면부(23b)(측정 위치 4)에 있어서의 Ni층(33)의 두께는 25㎛보다 작아져, 그 결과, 축부(21)의 Z2측의 단부(21a)에 있어서의 Ni층(33)의 두께보다 작아졌다.
또한, 실시예 1∼3의 어느 부극 단자(20)에 있어서도, 오목부(23)의 내주면부(23a)의 개구부(23c)측(측정 위치 2 및 6)에 있어서의 Ni층(33)의 두께 t1이, 오목부(23)의 내주면부(23a)의 내저면부(23b)측(측정 위치 3 및 5)에 있어서의 Ni층(33)의 두께 t2보다 커졌다.
또한, 실시예 1∼3의 어느 부극 단자(20)에 있어서도, 오목부(23)의 내주면부(23a)(측정 위치 2, 3, 5 및 6)에 있어서의 Ni층(33)의 두께 t1(t2)은, 오목부(23)의 내저면부(23b)(측정 위치 4)에 있어서의 Ni층(33)의 두께 t4보다 작아졌다.
[제2 실시 형태]
다음으로, 도 16 및 도 17을 참조하여, 본 발명의 제2 실시 형태에 대해 설명한다. 이 제2 실시 형태에서는, 상기 제1 실시 형태의 순 Al만으로 구성된 정극 단자(10)와는 달리, 정극 단자(210)를 3층 구조의 클래드재(230)로 구성한 예에 대해 설명한다. 또한, 정극 단자(210)는, 청구범위의 「전지용 단자」의 일례이다.
(정극 단자의 구조)
제2 실시 형태에서는, 도 16 및 도 17에 도시하는 바와 같이, 정극 단자(210)는, 순 Al로 구성된 Al층(231)과, 순 Cu로 구성된 Cu층(232)과, 순 Ni로 구성된 Ni층(233)이 Z2측으로부터 이 순서로 적층된 상태에서 압연에 의해 접합된, 3층 구조의 클래드재(230)로 구성되어 있다. 또한, Al층(231), Cu층(232) 및 Ni층(233)은 각각, 청구범위의 「제1 금속층」, 「제2 금속층」 및 「제3 금속층」의 일례이다.
Al층(231)은, 도 17에 도시하는 바와 같이, 축부(11)의 Z2측의 표면 및 외주면부(11a)와, 플랜지부(12)의 Z2측의 표면 및 측단부(12a)의 Z2측에 있어서 노출되어 있다. 이 Al층(231)은, 도 16에 도시하는 바와 같이, 레이저 용접에 의해, Z2측으로부터 정극 집전체(5)에 접합되도록 구성되어 있다. 또한, 이 레이저 용접에 의해, 용접부(W3)(가느다란 사선의 영역)가 형성된다.
Cu층(232)은, 도 17에 도시하는 바와 같이, 플랜지부(12)의 측단부(12a)에 있어서, Al층(231)보다 Z1측, 및 Ni층(233)보다 Z2측에 있어서 노출되어 있다.
Ni층(233)은, 축부(11)의 Z1측의 표면부(11b)와, 플랜지부(12)의 Z1측의 표면부(12b) 및 측단부(12a)의 Z1측에 있어서 노출되어 있다. 즉, Ni층(233)은 정극 단자(210)의 Z1측의 단부(210a)에 있어서, 축부(11)의 표면부(11b) 및 플랜지부(12)의 표면부(12b)의 전체를 덮도록 위치하고 있다. 또한, Ni층(233)은, 도 16에 도시하는 바와 같이, 레이저 용접에 의해, Z1측으로부터 순 Cu로 구성되는 버스 바(201)에 접합되도록 구성되어 있다. 또한, 레이저 용접에 의해, 용접부(W4)(가느다란 사선의 영역)가 형성된다. 또한, 제2 실시 형태의 그 밖의 구성은, 상기 제1 실시 형태와 마찬가지이다.
제2 실시 형태에서는, 이하와 같은 효과를 얻을 수 있다.
제2 실시 형태에서는, 정극 단자(210)를, 순 Al로 구성되는 Al층(231)과, 순 Cu로 구성되는 Cu층(232)과, 순 Ni로 구성되는 Ni층(233)이 이 순서로 적층된 상태에서 접합된 클래드재(230)로 구성한다. 이에 의해, 상기 제1 실시 형태와 마찬가지로, 금속층끼리가 접합된 계면(Al층(231)과 Cu층(232)의 계면, 및 Cu층(232)과 Ni층(233)의 계면)에 있어서 부식이 발생하는 것을 억제할 수 있다.
또한, 제2 실시 형태에서는, 정극 단자(210)에 있어서, 축부(11)가 연장되는 축방향(Z 방향)의 일방측(Z1측)의 단부(210a)에, 순 Ni로 구성되는 Ni층(233)을, 축부(11)의 표면부(11b) 및 플랜지부(12)의 표면부(12b)의 전체를 덮도록 형성한다. 이에 의해, Ni층(233)이 형성된 정극 단자(210)의 Z1측의 단부(210a)에 있어서, 레이저 용접에 의해, 정극 단자(210)를 버스 바(201)에 용이하게 용접할 수 있음과 함께, 버스 바(201)가 평판 형상으로 큰 부재라도, 표면부(11b 및 12b)의 전체를 덮도록 형성된 Ni층(233)에 의해, 확실하게 버스 바(201)를 정극 단자(210)에 용접할 수 있다. 또한, 순 Ni로부터 구성되는 Ni층(233)을 포함하는 클래드재(230)를 사용함으로써, Ni 도금 처리의 공정이 불필요해지므로, 정극 단자(210)의 제조 공정이 복잡화되는 것을 억제할 수 있다.
[제3 실시 형태]
다음으로, 도 18을 참조하여, 본 발명의 제3 실시 형태에 대해 설명한다. 이 제3 실시 형태에 의한 부극 단자(320)에서는, 상기 제1 실시 형태 외에, Al층(31)과 Cu층(32) 사이에 반응 억제층(334)이 배치되는 경우에 대해 설명한다. 또한, 부극 단자(320)는 청구범위의 「전지용 단자」의 일례이다.
본 발명의 제3 실시 형태에 의한 부극 단자(320)는, 도 18에 도시하는 바와 같이, 순 Al로 구성된 Al층(31)과, 순 Ni로 구성된 반응 억제층(334)과, 순 Cu로 구성된 Cu층(32)과, 순 Ni로 구성된 Ni층(33)이 Z1측으로부터 이 순서로 적층된 상태에서 압연에 의해 접합된, 4층 구조의 클래드재(330)로 구성되어 있다. 즉, 반응 억제층(334)은, Al층(31)과 Cu층(32) 사이에 배치되어 있다.
반응 억제층(334)은, Al층(31)을 구성하는 순 Al과 Cu층(32)을 구성하는 순 Cu가 반응함으로써, 취약한 Al-Cu 합금이 Al층(31)과 Cu층(32)의 계면에 발생하는 것을 억제하는 기능을 갖고 있다. 또한, 반응 억제층(334)은, Al층(31)과 Cu층(32)의 계면의 대략 전체에 걸쳐 형성되어 있다.
이 반응 억제층(334)은, Al 및 Cu와 비교하여, 가격이 높은 Ni로 구성되어 있다. 따라서, 반응 억제층(334)의 두께 t9는, 재료 비용의 관점에서 작은 쪽이 바람직하고, 구체적으로는, 플랜지부(22)의 Z방향의 두께의 약 10％ 이하인 것이 바람직하다.
또한, 제3 실시 형태에 의한 부극 단자(320)의 제조 방법으로서는, Al 판재와 Ni 판재와 Cu 판재와 Ni 판재를 소정의 압하율로 연속적으로 압연함으로써, Al로 구성된 Al층(31)과, Ni로 구성된 반응 억제층(334)과, Cu로 구성된 Cu층(32)과 Ni로 구성된 Ni층(33)이 Z1측으로부터 이 순서로 적층된 상태에서 접합된 클래드 판재를 형성하는 점을 제외하고, 상기 제1 실시 형태와 마찬가지이다.
제3 실시 형태에서는, 이하와 같은 효과를 얻을 수 있다.
제3 실시 형태에서는, 클래드재(330)가 Al층(31)과 Cu층(32) 사이에 배치(접합)되고, Al층(31)을 구성하는 순 Al과 Cu층(32)을 구성하는 순 Cu가 반응하는 것을 억제하기 위한 반응 억제층(334)을 포함한다. 이에 의해, 반응 억제층(334)에 의해, Al층(31)을 구성하는 Al과 Cu층(32)을 구성하는 Cu가 반응하여 취약한 금속간 화합물(Al-Cu 합금)이 형성되는 것을 확실하게 억제할 수 있으므로, Al층(31)과 Cu층(32)의 금속간 화합물에 기인하는 접합 강도의 저하를 확실하게 억제할 수 있다. 또한, 반응 억제층(334)에 의해, 부식을 더욱 확실하게 억제할 수 있다. 또한, 제3 실시 형태의 그 밖의 효과는, 상기 제1 실시 형태와 마찬가지이다.
[변형예]
또한, 금회 개시된 실시 형태 및 실시예는, 모든 점에서 예시이며 제한적인 것은 아니라고 생각되어야 한다. 본 발명의 범위는, 상기한 실시 형태 및 실시예의 설명이 아닌 청구범위에 의해 나타내어지고, 또한 청구범위와 균등의 의미 및 범위 내에서의 모든 변경(변형예)가 포함된다.
예를 들어, 상기 제1∼제3 실시 형태에서는, Al층(31(231))을 순 Al로 구성하고, Cu층(32(232))을 순 Cu로 구성하고, Ni층(33(233))을 순 Ni로 구성한 예를 나타냈지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 본 발명에서는, 순 Al, 순 Cu 및 순 Ni 대신에 각각, Al 합금, Cu 합금 및 Ni 합금을 사용해도 된다. 또한, Al 합금으로서는, 예를 들어 JIS 규격에 규정된 A3000번대의 Al-Mn계 합금 등이 있다. 또한, Cu 합금으로서는, 예를 들어 C194인 Cu-Fe계 합금 등이 있다. 또한, Ni 합금으로서는, 예를 들어 JIS 규격에 규정된 NW4400번대의 Ni-Cu계 합금 등이 있다. 또한, Al기 합금, Cu기 합금 및 Ni기 합금은, 각각, 약 90질량％ 이상의 Al, 약 90질량％ 이상의 Cu, 및 약 90질량％ 이상의 Ni를 함유하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제1∼제3 실시 형태에서는, 전지용 단자가 오목부를 포함하는 예를 나타냈지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 본 발명에서는, 전지용 단자는 축부와 축부로부터 방사 방향으로 확장되는 플랜지부를 갖고 있으면 되고, 오목부를 갖고 있지 않아도 된다. 그때, 전지용 단자를 코킹하는 공정이 불필요해진다. 또한, 이때, 전지용 단자의 축방향의 일방측의 단부 및 그 근방의 외주면부에 Ni층이 위치하므로, 레이저 용접에 의해, 전지용 단자를 집전체 등의 다른 부재에 용이하게 용접하는 것이 가능하다. 또한, 축부를 플랜지부에 대해 축방향의 일방측과 타방측의 양쪽으로 연장되도록, 전지용 단자를 형성해도 된다.
또한, 상기 제1 실시 형태에서는, 부극 단자(20)의 오목부(23)를 둘러싸는 벽부(24)를 절곡함으로써, 부극 집전체(6)에 코킹함과 함께, 코킹한 상태에서, 부극 단자(20)와 부극 집전체(6)를 레이저 용접에 의해 접합한 예를 나타냈지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 본 발명에서는, 예를 들어 전지용 단자의 오목부 내에 돌기부를 갖는 집전체의 돌기부를 삽입한 상태에서 레이저 용접 등을 행함으로써, 전지용 단자의 오목부의 개구부 주변과 집전체의 돌기부를 접합해도 된다.
또한, 상기 제3 실시 형태에서는, 반응 억제층(334)을 순 Ni로 구성한 예를 나타냈지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 본 발명에서는, 반응 억제층을 Ni 합금으로 구성해도 되고, 그 밖의 재료로 이루어지도록 구성해도 된다.
또한, 상기 제1 및 제2 실시 형태에서는, 3층 구조의 클래드재로 전지용 단자를 구성하고, 상기 제3 실시 형태에서는, 4층 구조의 클래드재로 부극 단자(320)를 구성한 예를 나타냈지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 본 발명에서는, 5층 이상의 클래드재에 의해 전지용 단자를 구성해도 된다.

Claims (20)

  1. Al기 합금으로 구성되는 제1 금속층과, Cu기 합금으로 구성되는 제2 금속층과, Ni기 합금으로 구성되는 제3 금속층이 이 순서로 적층된 상태에서 접합된 클래드재로 구성되고,
    축부와,
    상기 축부로부터 방사 방향으로 확장되는 플랜지부를 구비하고,
    상기 축부에는 오목부가 형성되어 있고,
    적어도 상기 축부가 연장되는 축방향의 일방측에 있어서의 상기 축부의 선단에, 상기 제3 금속층이 위치하고 있는, 전지용 단자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 축부의 외주면부에 상기 제3 금속층이 위치하고 있는, 전지용 단자.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 플랜지부의 상기 축방향의 일방측의 외연부에 있어서, Cu기 합금으로 구성되는 상기 제2 금속층이 노출되어 있는, 전지용 단자.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 축방향의 일방측에 있어서, 상기 플랜지부의 외연부를 따라 상기 제2 금속층이 환상으로 노출되어 있는, 전지용 단자.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 축방향의 일방측의 전지의 집전체와 접합하는 측에 있어서, 상기 축부에 상기 오목부가 형성되어 있고,
    상기 오목부의 내주면부에 상기 제3 금속층이 위치하고 있는, 전지용 단자.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 축부의 선단에 있어서의 상기 제3 금속층의 두께는, 상기 오목부의 내주면부에 있어서의 상기 제3 금속층의 두께보다 큰, 전지용 단자.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 축부의 선단에 있어서의 상기 제3 금속층의 두께는, 상기 오목부의 내주면부에 있어서의 상기 제3 금속층의 두께의 2배 이상인, 전지용 단자.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 오목부의 내주면부에 있어서, 상기 오목부의 개구부측의 상기 제3 금속층의 두께는, 상기 오목부의 내저면부측의 상기 제3 금속층의 두께보다 큰, 전지용 단자.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 오목부의 내주면부 외에, 상기 오목부의 내저면부에도 상기 제3 금속층이 위치하고 있고,
    상기 오목부의 내주면부에 있어서의 상기 제3 금속층의 두께는, 상기 오목부의 내저면부에 있어서의 상기 제3 금속층의 두께보다 작은, 전지용 단자.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 축방향의 일방측의 선단에 있어서, 상기 제3 금속층의 상기 축방향의 두께는 20㎛ 이상인, 전지용 단자.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 클래드재는, 상기 제1 금속층과 상기 제2 금속층 사이에 배치되고, 상기 제1 금속층을 구성하는 Al기 합금과 상기 제2 금속층을 구성하는 Cu기 합금이 반응하는 것을 억제하기 위한 반응 억제층을 더 포함하고 있는, 전지용 단자.
  12. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 축방향에 있어서, 상기 축부의 선단에 있어서의 상기 제3 금속층의 두께는, 상기 제1 금속층의 길이 및 상기 제2 금속층의 길이보다 작은, 전지용 단자.
  13. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 플랜지부의 일방측의 표면부에 상기 제3 금속층이 위치하고 있고,
    상기 축방향에 있어서, 상기 축부의 일방측의 선단에 있어서의 상기 제3 금속층의 두께는, 상기 플랜지부의 일방측의 표면부에 있어서의 상기 제3 금속층의 두께보다 큰, 전지용 단자.
  14. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 플랜지부는, 상기 축방향의 타방측에 있어서, 상기 축부로부터 방사 방향으로 확장되도록 형성되어 있고,
    상기 플랜지부로부터 돌출되는 상기 축부의 일방측의 선단에, 상기 제3 금속층이 위치하고 있는, 전지용 단자.
  15. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 플랜지부는, 상기 축부의 축방향의 일방측의 선단에 있어서, 방사 방향으로 확장되도록 형성되어 있고,
    상기 제3 금속층은, 상기 축부의 일방측의 표면부와, 상기 플랜지부의 일방측의 표면부의 전체를 덮도록 형성되어 있는, 전지용 단자.
  16. Al기 합금으로 구성되는 제1 금속층과, Cu기 합금으로 구성되는 제2 금속층과, Ni기 합금으로 구성되는 제3 금속층이 이 순서로 적층된 상태에서 접합된 클래드재를 형성하는 공정과,
    축부와 상기 축부로부터 방사 방향으로 확장되는 플랜지부를 형성하도록 상기 클래드재를 프레스 가공하는 공정을 구비하고,
    상기 프레스 가공하는 공정은, 적어도 상기 축부가 연장되는 축방향의 일방측에 있어서의 상기 축부의 선단에, 오목부를 형성하면서, 상기 제3 금속층이 위치하도록 프레스 가공하는 공정을 포함하는, 전지용 단자의 제조 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 프레스 가공하는 공정은, 상기 축방향의 일방측의 선단 외에, 상기 축부의 외주면부에도 상기 제3 금속층이 위치하도록 프레스 가공하는 공정을 더 포함하는, 전지용 단자의 제조 방법.
  18. 제16항 또는 제17항에 있어서,
    상기 프레스 가공하는 공정은, 상기 플랜지부의 상기 축방향의 일방측의 외연부에 있어서, Cu기 합금으로 구성되는 상기 제2 금속층이 노출되도록 프레스 가공하는 공정을 더 포함하는, 전지용 단자의 제조 방법.
  19. 제16항 또는 제17항에 있어서,
    상기 프레스 가공하는 공정은, 상기 축방향의 일방측의 전지의 집전체와 접합하는 측에 있어서 상기 축부에 상기 오목부를 형성하면서, 상기 축부의 선단과 상기 오목부의 내주면부에 상기 제3 금속층이 위치하도록 프레스 가공하는 공정을 더 포함하는, 전지용 단자의 제조 방법.
  20. 제16항 또는 제17항에 있어서,
    상기 클래드재를 형성하는 공정은, 상기 제3 금속층의 두께가, 상기 제1 금속층의 두께보다 작고, 또한 상기 제2 금속층의 두께보다 작아지도록 상기 클래드재를 형성하는 공정을 포함하는, 전지용 단자의 제조 방법.
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