KR20220106055A - 단자 부품, 이차 전지 및 단자 부품의 제조 방법 - Google Patents

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KR20220106055A
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고스케 스즈키
다카히로 사쿠라이
고시로 요네다
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프라임 플래닛 에너지 앤드 솔루션즈 가부시키가이샤
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Abstract

단자 부품은, 제1 금속과, 제1 금속에 중첩된 제2 금속을 구비한다. 제1 금속과 제2 금속이 중첩된 계면에, 제1 금속과 제2 금속 중 한쪽 금속의 에지가 다른 쪽 금속에 파고들어간 파고듦부가, 적어도 3개소 마련되어 있다.

Description

단자 부품, 이차 전지 및 단자 부품의 제조 방법{TERMINAL COMPONENT, SECONDARY BATTERY, AND METHOD FOR MANUFACTURING TERMINAL COMPONENT}
본 발명은, 단자 부품, 이차 전지 및 단자 부품의 제조 방법에 관한 것이다.
일본 특허 출원 공개 제2013-75297호 공보에는, 바닥이 있는 구멍이 형성된 금속판과, 당해 바닥이 있는 구멍에 압입된 금속 축을 구비한, 전극 구조가 개시되어 있다. 여기서는, 금속 축의 잘록한 공간으로 금속판의 소성 변형부를 들어가게 하고 있다. 이에 의해, 금속판에 대한 금속 축의 결합력을 높일 수 있다고 되어 있다.
일본 특허 제6613346호 공보에는, 돌출부를 갖는 접합 부재와 피접합 부재의, 금속 부재의 비관통 접합 구조가 개시되어 있다. 돌출부에 형성되는 언더컷부의 배면으로 피접합 부재가 돌아 들어감으로써, 부재간의 밀착성이 향상된다. 이에 의해, 큰 축선 방향의 강도가 얻어진다고 되어 있다.
일본 특허 출원 공개 제2013-75297호 공보 일본 특허 제6613346호 공보
그런데 차량 탑재용 전지에 있어서, 차량의 주행 진동은, 버스바를 통해 전지의 전극 단자에도 전달된다. 이종 금속이 기계적으로 접합된 전극 단자가 사용되어 있는 경우, 당해 이종 금속이 접합된 계면에 대해 진동에 의한 부하가 걸린다. 본 발명자의 지견에 의하면, 이러한 부하가 이종 금속의 접합 계면에 장기간에 걸쳐 계속 걸리면, 부하가 집중되는 부분이 소모되어, 내구성이 저하될 우려가 있다. 예를 들어, 이종 금속간의 접합 계면에 간극이 발생하여, 접합 강도가 저하되고, 간극으로 수분이 침입하여 이종 금속간의 저항이 높아지는 등의 우려가 있다.
여기서 개시되는 단자 부품은, 제1 금속과, 제1 금속에 중첩된 제2 금속을 구비한다. 제1 금속과 제2 금속이 중첩된 계면에, 제1 금속과 제2 금속 중 한쪽 금속의 에지가 다른 쪽 금속에 파고들어간 파고듦부가, 적어도 3개소 마련되어 있다.
이러한 구성에 의해, 이종 금속의 접합 계면에 걸리는 부하를 분산시킬 수 있어, 단자 부품의 내구성을 향상시킬 수 있다.
여기서, 단자 부품에 마련되어 있는 파고듦부는 웨지 형상이어도 된다. 파고듦부 중 적어도 하나는, 제1 금속 및 제2 금속 중 한쪽 금속이, 개구의 에지가 저부보다 내측으로 돌출된 오목부를 갖고, 오목부의 개구의 에지가 다른 쪽 금속에 파고들어가 있어도 된다. 파고듦부 중 적어도 하나는, 제1 금속 및 제2 금속 중 한쪽 금속이, 정상부의 에지가 기단보다 외측으로 돌출된 볼록부를 갖고, 볼록부의 정상부의 에지가 다른 쪽 금속에 파고들어가 있어도 된다. 제1 금속은 제2 금속보다 강성이 높아도 된다.
전지 케이스와, 전지 케이스에 설치된 전극 단자를 구비한 이차 전지에서는, 전극 단자에, 상술한 단자 부품으로 구성된 부위가 포함되어 있어도 된다.
여기서 개시되는 단자 부품의 제조 방법은, 제1 금속을 준비하는 공정과, 제2 금속을 준비하는 공정과, 제1 금속과 제2 금속을 가압하는 공정을 포함한다. 여기서, 제1 금속은, 제2 금속보다 강성이 높고, 또한 개구의 에지가 저부보다 내측으로 돌출된 부위를 갖는 오목부 및 정상부의 에지가 기단보다 외측으로 돌출된 부위를 갖는 볼록부 중 적어도 어느 것을 구비하고 있다. 가압하는 공정에서는, 제1 금속과 제2 금속을 서로 가압하여, 제2 금속을 제1 금속에 대해 소성 변형시킨다. 그것에 의해, 제1 금속과 제2 금속이 중첩된 계면에, 제1 금속과 제2 금속 중 한쪽 금속의 에지가 다른 쪽 금속에 파고들어간 파고듦부를 적어도 3개소 형성시킨다.
도 1은 리튬 이온 이차 전지(10)의 부분 단면도이다.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ 단면을 도시하는 단면도이다.
도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ 단면도이다.
도 4는 단자 부품(200)을 모식적으로 도시하는 단면도이다.
도 5는 단자 부품(200)의 제조 방법을 모식적으로 도시하는 단면도이다.
도 6은 단자 부품(200A)을 모식적으로 도시하는 단면도이다.
도 7은 단자 부품(200B)을 모식적으로 도시하는 단면도이다.
이하, 여기서 개시되는 단자 부품 및 이차 전지의 일 실시 형태를 설명한다. 여기서 설명되는 실시 형태는, 당연히 특별히 본 발명을 한정하는 것을 의도한 것은 아니다. 본 발명은 특별히 언급되지 않는 한, 여기서 설명되는 실시 형태에 한정되지 않는다. 각 도면은 모식적으로 묘화되어 있으며, 길이나 폭 등의 치수 관계는, 실물의 치수를 반드시 반영하는 것은 아니다. 또한, 동일한 작용을 발휘하는 부재·부위에는 적절하게 동일한 부호를 붙이고, 중복되는 설명을 생략한다.
《이차 전지》
본 명세서에 있어서 「이차 전지」란, 충전과 방전을 행할 수 있는 디바이스를 말한다. 이차 전지에는, 일반적으로 리튬 이온 전지나 리튬 이차 전지 등이라고 칭해지는 전지 외에, 리튬 폴리머 전지, 리튬 이온 커패시터 등이 포함된다. 여기서는, 이차 전지의 일 형태로서, 리튬 이온 이차 전지를 예시한다.
《리튬 이온 이차 전지(10)》
도 1은 리튬 이온 이차 전지(10)의 부분 단면도이다. 도 1에서는, 대략 직육면체의 전지 케이스(41)의 편측의 광폭 면을 따라, 내부를 노출시킨 상태가 묘화되어 있다. 도 1에 도시된 리튬 이온 이차 전지(10)는, 이른바 밀폐형 전지이다. 도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ 단면을 도시하는 단면도이다. 도 2에서는, 대략 직육면체의 전지 케이스(41)의 편측의 협폭 면을 따라 내부를 노출시킨 상태의 부분 단면도가 모식적으로 묘화되어 있다.
리튬 이온 이차 전지(10)는, 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 전극체(20)와, 전지 케이스(41)와, 정극 단자(42), 부극 단자(43)를 구비하고 있다.
<전극체(20)>
전극체(20)는, 절연 필름(도시는 생략) 등으로 덮인 상태에서 전지 케이스(41)에 수용되어 있다. 전극체(20)는, 정극 요소로서의 정극 시트(21)와, 부극 요소로서의 부극 시트(22)와, 세퍼레이터로서의 세퍼레이터 시트(31, 32)를 구비하고 있다. 정극 시트(21)와, 제1 세퍼레이터 시트(31)와, 부극 시트(22)와, 제2 세퍼레이터 시트(32)는, 각각 긴 띠상의 부재이다.
정극 시트(21)는, 미리 정해진 폭 및 두께의 정극 집전박(21a)(예를 들어, 알루미늄박)에, 폭 방향의 편측의 단부에 일정 폭으로 설정된 미형성부(21a1)를 제외하고, 정극 활물질을 포함하는 정극 활물질층(21b)이 양면에 형성되어 있다. 정극 활물질은, 예를 들어 리튬 이온 이차 전지에서는, 리튬 전이 금속 복합 재료와 같이, 충전 시에 리튬 이온을 방출하고, 방전 시에 리튬 이온을 흡수할 수 있는 재료이다. 정극 활물질은, 일반적으로 리튬 전이 금속 복합 재료 이외에도 다양하게 제안되어 있으며, 특별히 한정되지 않는다.
부극 시트(22)는, 미리 정해진 폭 및 두께의 부극 집전박(22a)(여기서는, 구리박)에, 폭 방향의 편측의 에지에 일정 폭으로 설정된 미형성부(22a1)를 제외하고, 부극 활물질을 포함하는 부극 활물질층(22b)이 양면에 형성되어 있다. 부극 활물질은, 예를 들어 리튬 이온 이차 전지에서는, 천연 흑연과 같이, 충전 시에 리튬 이온을 흡장하고, 충전 시에 흡장한 리튬 이온을 방전 시에 방출할 수 있는 재료이다. 부극 활물질은, 일반적으로 천연 흑연 이외에도 다양하게 제안되어 있으며, 특별히 한정되지 않는다.
세퍼레이터 시트(31, 32)에는, 예를 들어 소요의 내열성을 갖는 전해질이 통과할 수 있는 다공질의 수지 시트가 사용된다. 세퍼레이터 시트(31, 32)에 대해서도 다양하게 제안되어 있으며, 특별히 한정되지 않는다.
여기서, 부극 활물질층(22b)의 폭은, 예를 들어 정극 활물질층(21b)보다 넓게 형성되어 있다. 세퍼레이터 시트(31, 32)의 폭은, 부극 활물질층(22b)보다 넓다. 정극 집전박(21a)의 미형성부(21a1)와 부극 집전박(22a)의 미형성부(22a1)는, 폭 방향에 있어서 서로 반대측을 향한다. 또한, 정극 시트(21)와, 제1 세퍼레이터 시트(31)와, 부극 시트(22)와, 제2 세퍼레이터 시트(32)는, 각각 길이 방향으로 방향이 정렬되어, 차례로 중첩되어 권회되어 있다. 부극 활물질층(22b)은, 세퍼레이터 시트(31, 32)를 개재시킨 상태에서 정극 활물질층(21b)을 덮고 있다. 부극 활물질층(22b)은, 세퍼레이터 시트(31, 32)로 덮여 있다. 정극 집전박(21a)의 미형성부(21a1)는, 세퍼레이터 시트(31, 32)의 폭 방향의 편측으로 비어져 나와 있다. 부극 집전박(22a)의 미형성부(22a1)는, 폭 방향의 반대측에 있어서 세퍼레이터 시트(31, 32)로부터 비어져 나와 있다.
상술한 전극체(20)는, 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 전지 케이스(41)의 케이스 본체(41a)에 수용될 수 있도록 권회 축을 포함하는 일 평면을 따른 편평한 상태가 된다. 그리고 전극체(20)의 권회 축을 따라, 편측에 정극 집전박(21a)의 미형성부(21a1)가 배치되고, 반대측에 부극 집전박(22a)의 미형성부(22a1)가 배치되어 있다.
<전지 케이스(41)>
전지 케이스(41)는, 도 1에 도시되어 있는 바와 같이 전극체(20)를 수용하고 있다. 전지 케이스(41)는, 일 측면이 개구된 대략 직육면체의 각형 형상을 갖는 케이스 본체(41a)와, 개구에 장착된 덮개(41b)를 갖고 있다. 이 실시 형태에서는, 케이스 본체(41a)와 덮개(41b)는, 경량화와 소요의 강성을 확보한다는 관점에서, 각각 알루미늄 또는 알루미늄을 주로 하는 알루미늄 합금으로 형성되어 있다.
<케이스 본체(41a)>
케이스 본체(41a)는, 도 1 및 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 일 측면이 개구된 대략 직육면체의 각형 형상을 갖고 있다. 케이스 본체(41a)는, 대략 직사각형의 저면부(61)와, 한 쌍의 광폭 면부(62, 63)와, 한 쌍의 협폭 면부(64, 65)를 갖고 있다. 한 쌍의 광폭 면부(62, 63)는, 각각 저면부(61) 중 긴 변으로부터 기립되어 있다. 한 쌍의 협폭 면부(64, 65)는, 각각 저면부(61) 중 짧은 변으로부터 기립되어 있다. 케이스 본체(41a)의 일 측면에는, 한 쌍의 광폭 면부(62, 63)와 한 쌍의 협폭 면부(64, 65)로 둘러싸인 개구(41a1)가 형성되어 있다.
<덮개(41b)>
덮개(41b)는, 한 쌍의 광폭 면부(62, 63)의 긴 변과, 한 쌍의 협폭 면부(64, 65)의 짧은 변으로 둘러싸인 케이스 본체(41a)의 개구(41a1)에 장착된다. 그리고 덮개(41b)의 주연부가, 케이스 본체(41a)의 개구(41a1)의 에지에 접합된다. 이러한 접합은, 예를 들어 간극이 없는 연속된 용접에 의하면 된다. 이러한 용접은, 예를 들어 레이저 용접에 의해 실현될 수 있다.
이 실시 형태에서는, 덮개(41b)에는, 정극 단자(42)와 부극 단자(43)가 설치되어 있다. 정극 단자(42)는, 내부 단자(42a)와, 외부 단자(42b)를 구비하고 있다. 부극 단자(43)는, 내부 단자(43a)와, 외부 단자(43b)를 구비하고 있다. 내부 단자(42a, 43a)는, 각각 인슐레이터(72)를 사이에 두고 덮개(41b)의 내측에 설치되어 있다. 외부 단자(42b, 43b)는, 각각 가스킷(71)을 사이에 두고 덮개(41b)의 외측에 설치되어 있다. 내부 단자(42a, 43a)는, 각각 케이스 본체(41a)의 내부로 연장되어 있다. 정극의 내부 단자(42a)는, 정극 집전박(21a)의 미형성부(21a1)에 접속되어 있다. 부극의 내부 단자(43a)는, 부극 집전박(22a)의 미형성부(22a1)에 접속되어 있다.
전극체(20)의 정극 집전박(21a)의 미형성부(21a1)와 부극 집전박(22a)의 미형성부(22a1)는, 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 덮개(41b)의 길이 방향의 양측부에 각각 설치된 내부 단자(42a, 43a)에 설치되어 있다. 전극체(20)는, 덮개(41b)에 설치된 내부 단자(42a, 43a)에 설치된 상태로 전지 케이스(41)에 수용된다. 또한, 여기서는, 권회형의 전극체(20)가 예시되어 있다. 전극체(20)의 구조는 이러한 형태에 한정되지 않는다. 전극체(20)의 구조는, 예를 들어 정극 시트와 부극 시트가, 세퍼레이터 시트를 개재시켜 교호로 적층된 적층 구조여도 된다. 또한, 전지 케이스(41) 내에는, 복수의 전극체(20)가 수용되어 있어도 된다.
도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ 단면도이다. 도 3에서는, 부극 단자(43)가 덮개(41b)에 설치된 부위의 단면이 도시되어 있다. 이 실시 형태에서는, 부극의 외부 단자(43b)에는, 이종 금속을 접합한 부재가 사용되어 있다. 도 3에서는, 외부 단자(43b)를 구성하는 이종 금속의 구조나 이종 금속의 계면 등은 도시되지 않고, 외부 단자(43b)의 단면 형상이 모식적으로 도시되어 있다.
덮개(41b)는, 도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 부극의 외부 단자(43b)를 설치하기 위한 설치 구멍(41b1)을 갖고 있다. 설치 구멍(41b1)은, 덮개(41b)의 미리 정해진 위치에 있어서 덮개(41b)를 관통하고 있다. 덮개(41b)의 설치 구멍(41b1)에는, 가스킷(71)과 인슐레이터(72)를 개재시켜, 부극의 내부 단자(43a)와 외부 단자(43b)가 설치된다. 설치 구멍(41b1)의 외측에는, 설치 구멍(41b1)의 주위에 가스킷(71)이 장착되는 단차(41b2)가 마련되어 있다. 단차(41b2)에는, 가스킷(71)이 배치되는 시트면(41b3)이 마련되어 있다. 시트면(41b3)에는, 가스킷(71)을 위치 결정하기 위한 돌기(41b4)가 마련되어 있다.
여기서, 부극의 외부 단자(43b)는, 도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 헤드부(43b1)와, 축부(43b2)와, 코킹편(43b3)을 구비하고 있다. 헤드부(43b1)는, 덮개(41b)의 외측에 배치되는 부위이다. 헤드부(43b1)는, 설치 구멍(41b1)보다 큰 대략 평판상의 부위이다. 축부(43b2)는, 가스킷(71)을 사이에 두고 설치 구멍(41b1)에 장착되는 부위이다. 축부(43b2)는, 헤드부(43b1)의 대략 중앙부로부터 하방으로 돌출되어 있다. 코킹편(43b3)은, 도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 덮개(41b)의 내부에 있어서, 부극의 내부 단자(43a)에 코킹되는 부위이다. 코킹편(43b3)은, 축부(43b2)로부터 연장되어 있고, 덮개(41b)에 삽입 관통된 후에 구부러져 부극의 내부 단자(43a)에 코킹된다.
<가스킷(71)>
가스킷(71)은, 도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 덮개(41b)의 설치 구멍(41b1) 및 시트면(41b3)에 설치되는 부재이다. 이 실시 형태에서는, 가스킷(71)은, 시트부(71a)와, 보스부(71b)와, 측벽(71c)을 구비하고 있다. 시트부(71a)는, 덮개(41b)의 설치 구멍(41b1) 주위의 외측면에 마련된 시트면(41b3)에 장착되는 부위이다. 시트부(71a)는, 시트면(41b3)에 맞추어 대략 평탄한 면을 갖는다. 시트부(71a)는, 시트면(41b3)의 돌기(41b4)에 따른 오목부를 구비하고 있다. 보스부(71b)는, 시트부(71a)의 저면으로부터 돌출되어 있다. 보스부(71b)는, 덮개(41b)의 설치 구멍(41b1)에 장착되도록 설치 구멍(41b1)의 내측면을 따른 외형 형상을 갖고 있다. 보스부(71b)의 내측면은, 외부 단자(43b)의 축부(43b2)가 장착되는 장착 구멍이 된다. 측벽(71c)은, 시트부(71a)의 주연으로부터 상방으로 기립되어 있다. 외부 단자(43b)의 헤드부(43b1)는, 가스킷(71)의 측벽(71c)으로 둘러싸인 부위에 장착된다.
가스킷(71)은, 덮개(41b)와 외부 단자(43b) 사이에 배치되어, 덮개(41b)와 외부 단자(43b)의 절연을 확보하고 있다. 또한, 가스킷(71)은 덮개(41b)의 설치 구멍(41b1)의 기밀성을 확보하고 있다. 이러한 관점에서, 내약품성이나 내후성이 우수한 재료가 사용되면 된다. 이 실시 형태에서는, 가스킷(71)에는, PFA가 사용되고 있다. PFA는, 사불화에틸렌과 퍼플루오로알콕시에틸렌의 공중합체(Tetrafluoroethylene Perfluoroalkylvinylether Copolymer)이다. 또한, 가스킷(71)에 사용되는 재료는, PFA에 한정되지 않는다.
<인슐레이터(72)>
인슐레이터(72)는, 덮개(41b)의 설치 구멍(41b1)의 주위에 있어서, 덮개(41b)의 내측에 장착되는 부재이다. 인슐레이터(72)는, 베이스부(72a)와, 구멍(72b)과, 측벽(72c)을 구비하고 있다. 베이스부(72a)는, 덮개(41b)의 내측면을 따라 배치되는 부위이다. 이 실시 형태에서는, 베이스부(72a)는 대략 평판상의 부위이다. 베이스부(72a)는, 덮개(41b)의 내측면에 따라 배치되고, 케이스 본체(41a)에 수용되도록, 덮개(41b)로부터 비어져 나오지 않을 정도의 크기를 갖고 있다. 구멍(72b)은, 설치 구멍(41b1)에 대응하여 마련된 구멍이다. 이 실시 형태에서는, 구멍(72b)은, 베이스부(72a)의 대략 중앙부에 마련되어 있다. 덮개(41b)의 내측면에 대향하는 측면에 있어서, 구멍(72b)의 주위에는 오목한 단차(72b1)가 마련되어 있다. 단차(72b1)에는, 설치 구멍(41b1)에 장착된 가스킷(71)의 보스부(71b)의 선단이 수용된다. 측벽(72c)은, 베이스부(72a)의 주연부로부터 하방으로 기립되어 있다. 베이스부(72a)에는, 부극의 내부 단자(43a)의 일단에 마련되는 기부(43a1)가 수용된다. 인슐레이터(72)는, 전지 케이스(41)의 내부에 배치되므로, 소요의 내약품성을 구비하고 있으면 된다. 이 실시 형태에서는, 인슐레이터(72)에는 PPS가 사용되고 있다. PPS는, 폴리페닐렌술피드 수지(Poly Phenylene Sulfide Resin)이다. 또한, 인슐레이터(72)에 사용되는 재료는, PPS에 한정되지 않는다.
부극의 내부 단자(43a)는, 기부(43a1)와, 접속편(43a2)(도 1 및 도 2 참조)을 구비하고 있다. 기부(43a1)는, 인슐레이터(72)의 베이스부(72a)에 장착되는 부위이다. 이 실시 형태에서는, 기부(43a1)는, 인슐레이터(72)의 베이스부(72a)의 주위의 측벽(72c)의 내측에 따른 형상을 갖고 있다. 접속편(43a2)은, 도 1 및 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 기부(43a1)의 일단으로부터 연장되어 있고, 케이스 본체(41a) 내로 연장되어 전극체(20)의 부극의 미형성부(22a1)에 접속되어 있다.
이 실시 형태에서는, 설치 구멍(41b1)에 보스부(71b)를 장착하면서, 덮개(41b)의 외측에 가스킷(71)을 설치한다. 외부 단자(43b)가 가스킷(71)에 장착된다. 이때, 외부 단자(43b)의 축부(43b2)가 가스킷(71)의 보스부(71b)에 삽입 관통되며, 또한 가스킷(71)의 시트부(71a)에 외부 단자(43b)의 헤드부(43b1)가 배치된다. 덮개(41b)의 내측에는, 인슐레이터(72)와 내부 단자(43a)가 설치된다. 그리고 도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 외부 단자(43b)의 코킹편(43b3)이 구부러져, 내부 단자(43a)의 기부(43a1)에 코킹된다. 외부 단자(43b)의 코킹편(43b3)과 부극 단자(43)의 기부(43a1)는, 도통성을 향상시키기 위해 부분적으로 금속 접합되어 있으면 된다.
그런데 리튬 이온 이차 전지(10)의 정극의 내부 단자(42a)에서는, 내산화 환원성의 요구 레벨이 부극에 비해 높지 않다. 그리고 요구되는 내산화 환원성과 경량화의 관점에서, 정극의 내부 단자(42a)에는 알루미늄이 사용될 수 있다. 이에 비해, 부극의 내부 단자(43a)에서는, 내산화 환원성의 요구 레벨이 정극보다 높다. 이러한 관점에서, 부극의 내부 단자(43a)에는 구리가 사용될 수 있다. 한편, 외부 단자(43b)가 접속되는 버스바로서는, 경량화 및 저비용화의 관점에서, 알루미늄 또는 알루미늄 합금이 사용된다.
본 발명자는, 외부 단자(43b) 중 내부 단자(43a)에 접합되는 부위에 구리를 사용하는 것, 및 외부 단자(43b) 중 버스바에 접속되는 부위에 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 사용하는 것을 검토하고 있다. 이러한 구조를 실현하기 위해, 이 실시 형태에서는, 외부 단자(43b)로서, 구리와 알루미늄으로 이루어지는 부재가 사용되고 있다. 이하, 이러한 외부 단자(43b)로서 사용되는, 단자 부품(200)의 구조를 설명한다.
《단자 부품(200)》
도 4는 단자 부품(200)을 모식적으로 도시하는 단면도이다. 도 5는 도 4에 도시된 단자 부품(200)의 제조 방법을 모식적으로 도시하는 단면도이다. 도 4에서는, 단자 부품(200)을 구성하는, 제1 금속(201)과 제2 금속(202)의 구조나, 당해 금속 사이가 접합되어 있는 모습이 모식적으로 도시되어 있다. 도 5에는, 접합되기 전의 제1 금속(201)과 제2 금속(202)이 각각 도시되어 있다.
이 실시 형태에서는, 단자 부품(200)은, 예를 들어 도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 전지 케이스(41)에 설치되는 외부 단자(43b)를 구성할 수 있다. 외부 단자(43b)로서의 단자 부품(200)은, 도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 전지 케이스(41) 내부에서 일부가 내부 단자(43a)와 접속되며, 또한 일부가 전지 케이스(41)의 외부에 노출되어 있다. 단자 부품(200)은, 도 4에 도시하고 있는 바와 같이, 제1 금속(201)과 제2 금속(202)을 구비하고 있다. 제1 금속(201)은, 내부 단자(43a)와 접속되는 부위를 갖고 있다. 제2 금속(202)은, 전지 케이스(41) 외부에 노출되는 부위를 갖고 있다.
이 실시 형태에서는, 제1 금속(201)은, 도 4에 도시되어 있는 바와 같이, 축부(201a)와, 플랜지부(201b)를 갖고 있다. 축부(201a)는, 덮개(41b)의 설치 구멍(41b1)에 삽입되는 축부(43b2)(도 3 참조)가 되는 부위이다. 플랜지부(201b)는, 축부(201a)의 일단에 마련된, 축부(201a)보다 넓어진 부위이다. 축부(201a)에는, 플랜지부(201b)가 마련된 측과는 반대측에, 또한 내부 단자(43a)에 코킹되는 코킹편(43b3)(도 3 참조)이 되는 부위(201c)가 마련되어 있다. 제2 금속(202)은, 제1 금속(201)의 플랜지부(201b)가 마련된 단부면에 중첩되어 있다.
이 실시 형태에서는, 제1 금속(201)은 구리로 구성되어 있다. 제1 금속(201)은, 도 5에 도시되어 있는 바와 같이, 제2 금속(202)이 중첩된 측의 면에, 오목부(201d)와 볼록부(201e)를 구비하고 있다. 즉, 제1 금속(201)은, 플랜지부(201b)가 마련된 측의 단부면에 있어서, 오목부(201d)와 볼록부(201e)를 구비하고 있다.
오목부(201d)는, 개구(201d1)의 에지(201d2)가 저부(201d3)보다 내측으로 돌출되어 있다. 이 실시 형태에서는, 오목부(201d)는, 저부(201d3)가 평탄한, 대략 원뿔대상의 공간을 갖는 오목부이다. 오목부(201d)는, 개구(201d1)로부터 저부(201d3)를 향함에 따라서 내경이 커진다. 오목부(201d)의 개구(201d1)의 에지(201d2)는, 종단면이 90도보다 작은 각도의 웨지 형상이다. 오목부(201d)의 에지(201d2)는, 오목부(201d)의 주위 방향으로 연속되어 있다. 또한, 본 명세서에 있어서 「종단면」이란, 제1 금속(201)과 제2 금속(202)이 중첩된 계면과 수직인 단면을 말한다.
볼록부(201e)는, 정상부(201e1)의 에지(201e2)가 기단(201e3)보다 외측으로 돌출되어 있다. 이 실시 형태에서는, 볼록부(201e)는, 오목부(201d)의 저부(201d3)의 중심으로부터 상방으로 돌출되도록 마련되어 있다. 볼록부(201e)의 외경은, 오목부(201d)의 저부(201d3)에 마련된 기단(201e3)으로부터 정상부(201e1)를 향함에 따라 점차 커진다. 바꾸어 말하면, 볼록부(201e)는, 기단(201e3)으로부터 정상부(201e1)를 향해 직경 방향으로 넓어진 대략 역원뿔대상이다. 볼록부(201e)의 정상부(201e1)의 에지(201e2)는, 기단(201e3)보다 외측으로 돌출되어 있다. 볼록부(201e)의 에지(201e2)는, 종단면이 90도보다 작은 각도의 웨지 형상이다. 볼록부(201e)의 에지(201e2)는, 볼록부(201e)의 주위 방향으로 연속되어 있다. 이 실시 형태에서는, 볼록부(201e)의 정상부(201e1)가, 오목부(201d)의 개구(201d1)보다 높게 되어 있다.
제2 금속(202)은, 제1 금속(201)의 오목부(201d)와 볼록부(201e)가 마련된 단부면에 중첩되어, 제1 금속(201)에 접합되어 있다. 이 실시 형태에서는, 제2 금속(202)에는, 전연성을 가지며, 또한 제1 금속(201)보다 강성이 낮은 금속이 사용될 수 있다. 구체적으로는, 이 실시 형태에서는, 제1 금속(201)이 구리로 구성되어 있는 것에 비해, 제2 금속(202)은 알루미늄으로 구성되어 있다.
제2 금속(202)은, 대략 평판상의 부재이며, 오목부(201d)와 볼록부(201e)가 마련된 제1 금속(201)의 플랜지부(201b)가 마련된 단부면에 중첩된다. 그리고 제1 금속(201)의 당해 단부면에 강하게 압박됨으로써, 도 4에 도시되어 있는 바와 같이, 제1 금속(201)의 단부면의 오목부(201d)와 볼록부(201e)를 따른 형상으로 제2 금속(202)이 변형된다. 이에 의해, 제1 금속(201)과 제2 금속(202)이 중첩된 계면(F)에 있어서, 제1 금속(201)의 에지가 제2 금속(202)에 파고들어간 파고듦부(A1, B1)와, 제2 금속(202)의 에지가 제1 금속(201)에 파고들어간 파고듦부(A2, B2)가 형성된다.
파고듦부(A1)에서는, 제1 금속(201)에 마련된 볼록부(201e)의 정상부(201e1)의 에지(201e2)가, 제2 금속(202)에 파고들어가 있다.
파고듦부(B1)에서는, 제1 금속(201)에 마련된 오목부(201d)의 개구(201d1)의 에지(201d2)가, 제2 금속(202)에 파고들어가 있다.
파고듦부(A2)에서는, 제1 금속(201)에 마련된 대략 원뿔대상의 오목부(201d)의 바닥에 제2 금속(202)이 들어가 있다. 바꾸어 말하면, 제2 금속(202) 중, 제1 금속(201)에 형성된 대략 원뿔대상의 오목부(201d)로 들어간 부위는, 정상부의 에지가 기단보다 외측으로 돌출된 볼록부(202a)로 되어 있다. 그리고 볼록부(202a)의 정상부의 에지가 제1 금속(201)에 파고들어간 상태로 되어 있다.
파고듦부(B2)에서는, 제1 금속(201)에 마련된 대략 역원뿔대상의 볼록부(201e)의 기단에 제2 금속(202)이 들어가 있다. 바꾸어 말하면, 제2 금속(202)은, 제1 금속(201)에 마련된 대략 역원뿔대상의 볼록부(201e)에 들어간 부위는, 개구의 에지가 저부보다 내측으로 돌출된 오목부(202b)로 되어 있다. 그리고 오목부(202b)의 개구의 에지가 제1 금속(201)에 파고들어간 상태로 되어 있다.
파고듦부(A1, A2, B1, B2)는, 다른 쪽 금속의 형상을 따른 형상을 갖고 있다. 이 실시 형태에서는, 도 4에 도시되어 있는 바와 같이, 파고듦부(A1, A2, B1, B2)는, 제1 금속(201)과 제2 금속(202)이 중첩된 계면(F)의 중심을 통과하는 종단면이 웨지 형상이다. 이 실시 형태에서는, 파고듦부(A1, A2, B1, B2)의 쐐기의 각도는 약 60도이다. 쐐기의 각도는, 요구되는 접합 강도 등에 따라서 적절하게 설정된다. 특별히 한정되지 않지만, 파고듦부의 쐐기의 각도는 통상 30도 이상인데, 40도 이상이어도 되고, 50도 이상이어도 된다. 또한, 파고듦부의 쐐기의 각도는 통상 90도 미만인데, 80도 이하여도 되고, 70도 이하여도 된다.
또한, 이 실시 형태에서는, 파고듦부는 주위 방향으로 연속되어 마련되어 있다. 파고듦부는, 이것에 한정되지 않고 간헐적으로 형성되어 있어도 된다. 제1 금속(201)과 제2 금속(202)이 중첩된 계면에서, 제1 금속(201)과 제2 금속(202)이 밀착되어 있는 것이 바람직하지만, 간극이 존재하는 것은 허용된다.
이 단자 부품(200)에서는, 제1 금속(201)과 제2 금속(202)이 중첩된 계면(F)에 있어서, 제1 금속(201)과 제2 금속(202) 중 한쪽 금속의 에지가 다른 쪽 금속에 파고들어간 파고듦부(A1, A2, B1, B2)가 4개소 마련되어 있다. 이러한 단자 부품(200)에 의하면, 예를 들어 리튬 이온 이차 전지(10)의 진동이 단자 부품(200)에 전달되었을 때에도 제1 금속(201)과 제2 금속(202)의 계면(F)에 걸리는 부하가 분산된다. 또한, 제1 금속(201)과 제2 금속(202)의 계면(F)이 복잡하게 맞물리므로 내구성이 향상된다. 이러한 관점에 있어서, 본 발명자의 지견으로는, 하나의 단자 부품(200)의 제1 금속(201)과 제2 금속(202)이 중첩된 계면(F)에 있어서, 제1 금속(201)과 제2 금속(202) 중 한쪽 금속의 에지가 다른 쪽 금속에 파고들어간 파고듦부는, 제1 금속(201)과 제2 금속(202)이 중첩된 계면(F)의 중심으로부터, 임의의 반경 방향을 따른 종단면에 있어서 적어도 3개소 마련되어 있으면 된다.
상술한 관점에서, 파고듦부(A1, A2, B1, B2)는, 예를 들어 웨지 형상이면 된다. 파고듦부(A1, A2, B1, B2)가 이러한 형상임으로써, 다른 쪽 금속에 깊게 파고들어간 상태가 되므로, 상술한 효과가 적합하게 발휘되기 쉽다.
상술한 단자 부품(200)의 제조 방법의 일례를 설명한다. 단자 부품(200)의 제조 방법은, 제1 금속을 준비하는 공정과, 제2 금속을 준비하는 공정과, 제1 금속과 제2 금속을 가압하는 공정을 포함한다.
제1 금속을 준비하는 공정에서 준비되는 제1 금속은, 개구의 에지가 저부보다 내측으로 돌출된 부위를 갖는 오목부 및 정상부의 에지가 기단보다 외측으로 돌출된 부위를 갖는 볼록부 중 적어도 어느 것을 구비하고 있다. 이 실시 형태에서는, 제1 금속을 준비하는 공정에 있어서, 상술한 형상을 갖는 제1 금속(201)을 준비한다.
도 5에 도시되어 있는 실시 형태에서는, 제2 금속을 준비하는 공정에 있어서 준비되는 제2 금속(202)은, 대략 평판상의 부재이다. 제2 금속(202)은, 제1 금속(201)의 플랜지부(201b)가 마련된 단부면에 따른 오목부(202c)를 갖는다. 오목부(202c)의 저부는 평탄하고, 또한 오목부(202c)의 중심에는, 제1 금속(201)의 오목부(201d) 및 볼록부(201e)에 대응한 대략 원통상의 돌기(202d)가 마련되어 있다. 돌기(202d)는 저부로부터 수직으로 연장되어 있다. 돌기(202d)는, 대략 원통상이다. 돌기(202d)의 단부면에는 오목부(202e)가 형성되어 있다. 오목부(202e)는 대략 원기둥상의 공간이다.
돌기(202d)는, 제1 금속(201)의 오목부(201d)에 대응하는 볼록부(202a)가 되는 부위이다. 오목부(202e)는, 제1 금속(201)의 볼록부(201e)에 대응하는 오목부(202b)가 되는 부위이다(도 4 참조). 제2 금속(202)의 형상은, 후속 공정에서 제1 금속(201)의 형상을 따라 소성 변형되는 한, 이것에 한정되지 않는다. 제2 금속(202)의 형상은, 제1 금속(201)의 형상이나 제2 금속의 강성 등에 따라 적절하게 선택된다. 이러한 제1 금속(201) 및 제2 금속(202)은, 예를 들어 단조 가공이나 절삭 가공 등의 공지의 금속 가공에 의해 제조할 수 있다.
가압하는 공정에서는, 제1 금속(201)과 제2 금속(202)을 서로 가압하여, 제2 금속(202)을 제1 금속(201)에 대해 소성 변형시킨다.
여기서는, 프레스기(도시하지 않음)를 사용하여 제1 금속(201)에 대해 제2 금속(202)을 압입시키고 있다. 제1 금속(201)의 플랜지부(201b)가 마련된 측과는 반대측의 면에 프레스 지그(301)를 설치한다. 제2 금속(202)의 돌기(202d)가 마련되어 있는 면과 반대측의 면에, 프레스 지그(302)를 설치한다. 제2 금속(202)의 돌기(202d) 및 오목부(202e)와, 제1 금속(201)의 오목부(201d) 및 볼록부(201e)를 대향시킨다. 프레스기를 작동시켜, 제1 금속(201)과 제2 금속(202)을 서로 가압한다. 여기서, 프레스기에 의해 가해지는 압력은, 제1 금속(201)이나 제2 금속(202)의 금속종이나 치수 등에 따라 적절하게 설정된다. 이것에 한정되지 않지만, 프레스압은, 예를 들어 200 내지 1600N 정도로 설정될 수 있다.
제1 금속(201)과 제2 금속(202)을 서로 가압함으로써, 제2 금속(202)은 상기 오목부(201d)와 볼록부(201e)가 형성된 면을 따라 소성 변형된다. 그리고 제1 금속(201)의 오목부(201d)와 볼록부(201e)가 제2 금속(202)에 대해 들어간다. 바꾸어 말하면, 제2 금속(202)의 제1 금속(201)에 중첩된 면이, 제1 금속(201)의 오목부(201d)나 볼록부(201e)에 대해 들어간다. 그 결과, 파고듦부(A1, A2, B1, B2)가 형성되어, 단자 부품(200)이 제조된다.
도 5에 도시되어 있는 실시 형태에서는, 제1 금속(201)과 제2 금속(202)을 서로 가압함으로써, 강성이 낮은 제2 금속(202)을 소성 변형시켜 파고듦부(A1, A2, B1, B2)를 형성시키고 있었다. 그러나 파고듦부를 형성시키는 방법은 이것에 한정되지 않는다. 예를 들어, 제1 금속 및 제2 금속 중 한쪽 또는 양쪽을, 복수의 부재로 구성하는 것으로 할 수 있다. 복수의 부재로 이루어지는 한쪽 금속을, 다른 쪽 금속에 대해 끼워 맞춤시킴으로써 파고듦부가 형성되어도 된다. 이때, 복수의 부재는, 부재끼리를 끼워 맞춤시켜 조립한 후에, 용접이나 압입 등에 의해 각각의 부재를 접합시켜도 된다. 한쪽 금속에 코킹편을 마련하고, 당해 코킹편을 구부림으로써 파고듦부를 형성시켜도 된다. 한쪽 금속의 일부를 두드림으로써, 제1 금속 및 제2 금속 중 강성이 낮은 금속에 소성 변형을 발생시켜 파고듦부를 형성시켜도 된다. 이들 방법을 조합함으로써 파고듦부를 형성시켜도 된다.
도 6, 도 7은 단자 부품(200)의 다른 형태인 단자 부품이 각각 도시되어 있다.
도 6은 단자 부품(200A)을 모식적으로 도시하는 단면도이다. 도 6에 도시되어 있는 실시 형태에서는, 제1 금속(201)의 축부(201a)의 일단에는, 단부를 향함에 따라서 넓어지는 경사부(201f)가 마련되어 있다. 경사부(201f)는, 축부(201a)의 주위 방향으로 연속되어 있다. 제1 금속(201)은, 경사부(201f)를 포함하는 단부면에, 오목부(201g)를 갖고 있다. 오목부(201g)는 대략 원뿔대상의 공간이다. 오목부(201g)는, 개구의 에지가 저부보다 내측으로 돌출되어 있다.
제2 금속(202)은, 제1 금속(201)의 경사부(201f)가 마련된 단부면에 중첩되어 있다. 제2 금속(202)에는, 경사부(201f)의 일부가 수용되어 있는 오목부(202f)가 마련되어 있다. 제2 금속(202)에는 또한, 오목부(201g)의 형상을 따른 볼록부(202g)가 마련되어 있다.
제1 금속(201)과 제2 금속(202)이 중첩된 계면(F)에 있어서, 제1 금속(201)의 에지가 제2 금속(202)에 파고들어간 파고듦부(B11, C11)와, 제2 금속(202)의 에지가 제1 금속(201)에 파고들어간 파고듦부(A11)가 마련되어 있다.
파고듦부(A11)에서는, 제2 금속(202)에 마련된 볼록부(202g)의 정상부의 에지가, 제1 금속(201)에 파고들어가 있다.
파고듦부(B11)에서는, 제1 금속(201)에 마련된 오목부(201g)의 개구의 에지가, 제2 금속(202)에 파고들어가 있다.
파고듦부(C11)에서는, 제1 금속(201)에 마련된 경사부(201f)의 에지(201f1)가, 제2 금속(202)에 파고들어가 있다.
이와 같이, 도 6에 도시된 실시 형태에서는, 파고듦부(A11, B11, C11)가 3개소 마련되어 있다.
도 7은 단자 부품(200B)을 모식적으로 도시하는 단면도이다.
이 실시 형태에서는, 제1 금속(201)은, 축부(201a)의 일단의 단부면(201a1)에, 돌기(201h)를 구비하고 있다. 돌기(201h)는, 단부면(201a1)과 평행한 단면이 원 형상이다. 돌기(201h)는, 축부(201a)의 단부면(201a1)의 일부로부터 연장되는 원통부(201h1)와, 원통부(201h1)의 단부로부터 넓어진 헤드부(201h2)를 갖고 있다. 돌기(201h)에는, 헤드부(201h2)의 정상부(201h3)에 있어서, 외측을 향함에 따라서 완만하게 구부러진 에지가 형성되어 있다. 돌기(201h)의 에지는, 돌기의 기단보다 외측으로 돌출되어 있다. 제1 금속(201)은 또한, 헤드부(201h2)의 정상부(201h3)에 오목부(201i)를 갖고 있다. 오목부(201i)의 개구의 에지는, 저부보다 내측으로 돌출되어 있다.
제2 금속(202)은, 제1 금속(201)의 돌기(201h)가 마련된 단부면에 중첩되어 있다. 도 7에 도시되어 있는 바와 같이, 제2 금속(202)에는, 돌기(201h)가 수용되며, 돌기(201h)의 형상을 따른 오목부(202h)가 마련되어 있다. 오목부(202h)의 개구의 에지는, 저부를 향해 직각으로 구부러져 있다. 오목부(202h)의 개구의 에지는, 저부보다 내측으로 돌출되어 있다.
제1 금속(201)과 제2 금속(202)이 중첩된 계면(F)에 있어서, 제1 금속(201)의 에지가 제2 금속(202)에 파고들어간 파고듦부(B21, C21)와, 제2 금속(202)의 에지가 제1 금속(201)에 파고들어간 파고듦부(A21, C22)가 마련되어 있다.
파고듦부(A21)에서는, 제2 금속(202)에 마련된 볼록부(202i)의 정상부의 에지가, 제1 금속(201)에 파고들어가 있다.
파고듦부(B21)에서는, 제1 금속(201)에 마련된 오목부(201i)의 개구의 에지가, 제2 금속(202)에 파고들어가 있다.
파고듦부(C21)에서는, 제1 금속(201)에 마련된 돌기(201h)의 에지가, 제2 금속(202)에 파고들어가 있다.
파고듦부(C22)에서는, 제2 금속(202)에 마련된 오목부(202h)의 개구의 에지가, 제1 금속(201)에 파고들어가 있다.
이와 같이, 도 7에 도시된 실시 형태에서는, 파고듦부(A21, B21, C21, C22)가 4개소 마련되어 있다.
이상, 여기서 개시되는 단자 부품 및 이차 전지에 대해 다양하게 설명하였다. 특별히 언급되지 않는 한, 여기서 예시된 단자 부품 및 이차 전지의 실시 형태 등은 본 발명을 한정하지 않는다. 또한, 여기서 개시되는 이차 전지는 다양하게 변경할 수 있으며, 특단의 문제가 발생하지 않는 한, 각 구성 요소나 여기서 언급된 각 처리는 적절하게 생략되거나 또는 적절하게 조합될 수 있다.

Claims (7)

  1. 제1 금속과,
    상기 제1 금속에 중첩된 제2 금속
    을 구비하고,
    상기 제1 금속과 상기 제2 금속이 중첩된 계면에, 상기 제1 금속과 상기 제2 금속 중 한쪽 금속의 에지가 다른 쪽 금속에 파고들어간 파고듦부가, 적어도 3개소 마련된, 단자 부품.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 파고듦부는 웨지 형상인, 단자 부품.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 파고듦부 중 적어도 하나는,
    상기 제1 금속 및 상기 제2 금속 중 한쪽 금속이, 개구의 에지가 저부보다 내측으로 돌출된 오목부를 갖고, 해당 오목부의 개구의 에지가 다른 쪽 금속에 파고들어가 있는, 단자 부품.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 파고듦부 중 적어도 하나는,
    상기 제1 금속 및 상기 제2 금속 중 한쪽 금속이, 정상부의 에지가 기단보다 외측으로 돌출된 볼록부를 갖고, 해당 볼록부의 정상부의 에지가 다른 쪽 금속에 파고들어가 있는, 단자 부품.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 금속은 상기 제2 금속보다 강성이 높은, 단자 부품.
  6. 전지 케이스와,
    상기 전지 케이스에 설치된 전극 단자
    를 구비하고,
    상기 전극 단자는, 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 단자 부품을 포함하는, 이차 전지.
  7. 제1 금속을 준비하는 공정과,
    제2 금속을 준비하는 공정과,
    상기 제1 금속과 상기 제2 금속을 가압하는 공정
    을 포함하고,
    상기 제1 금속은,
    상기 제2 금속보다 강성이 높고, 또한
    개구의 에지가 저부보다 내측으로 돌출된 부위를 갖는 오목부 및 정상부의 에지가 기단보다 외측으로 돌출된 부위를 갖는 볼록부 중 적어도 어느 것을 구비하고 있고,
    상기 가압하는 공정에서는,
    상기 제1 금속과 상기 제2 금속을 서로 가압하여, 상기 제2 금속을 상기 제1 금속에 대해 소성 변형시킴으로써, 상기 제1 금속과 상기 제2 금속이 중첩된 계면에, 상기 제1 금속과 상기 제2 금속 중 한쪽 금속의 에지가 다른 쪽 금속에 파고들어간 파고듦부를 적어도 3개소 형성시키는, 단자 부품의 제조 방법.
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