TW201222943A - Electrode terminal, and method for producing electrode terminal - Google Patents

Description

201222943 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於對於正輸出端與負輸出端相互以不同金 屬形成之電池，可以合適地使用之電極端子及其製造方法 先 作爲電動車或油電混合車等所搭載的電池，將複數個 電池單元以相互的正負極間成爲串聯連接之方式，以匯流 排棒連接來構成組電池者爲所知悉（例如，參照專利文獻 1)。此種組電池，其特徵爲高輸出、高能量密度，電池單 元幾乎都使用鋰離子電池。鋰離子電池係正輸出端以鋁 (A1)爲素材所形成，負輸出端以銅（Cu)爲素材所形成。 作爲連接此種電池單元的端子彼此用之零件，有匯流 排棒（busbar，被用於電能的分配之零件關於匯流排棒 的製造方法，例如專利文獻2的「發明所欲解決之課題」 所揭示般，有將構成匯流排棒的構件彼此予以雷射熔接者 〇 先前技術文獻 專利文獻 專利文獻1:日本專利特開2002-373638號公報 專利文獻2:日本專利特開2003-1 6 3039號公報 【發明內容】 -5- 201222943 發明所欲解決之課題 如前述般，在以串聯連接電池單元彼此之情形 以匯流排棒連接正輸出端（鋁）與負輸出端（銅）。因 使藉由鋁來形成匯流排棒，或藉由銅來形成，成爲 棒與一方的端子之間一定要藉由不同金屬來連接。 —般知道，在連接不同種金屬彼此時，會引起 氣中的水分所導致的電氣腐蝕（電氣化學之腐蝕）。 伴隨此電氣腐蝕的進行，會引起匯流排棒與端子之 電、匯流排棒本身或端子本身損壞，最終，而至無 電動車之重大問題》 另外，作爲此問題的對策，如專利文獻2般， 由雷射熔接等來連接鋁片與銅片以製作匯流排棒， 方法所試做的匯流排棒中，在雷射熔接部分產生因 屬所引起的共晶，以此爲原因，有電氣阻抗變得過 械強度（特別是脆性或拉伸強度）顯著降低的缺點， 實用性》 即爲了根本地解決上述問題，不單匯流排棒的 其他構件、例如電池單元所具備的電極端子的改良 也是不可或缺的。 本發明係有鑑於上述情形而完成者，其目的在 :一種使用於正輸出端與負輸出端相互以不同金屬 的電池之電極端子，具有可以一面防止電氣腐蝕一 電氣阻抗，且機械強度也優異的高性能、高可靠性 端子，及此電極端子的製造方法。 ，成爲 此，即 匯流排 基於空 因此， 間不導 法啓動 提出藉 於以此 二種金 大、機 非常無 改良， 、開發 於提供 所形成 面抑制 之電極 -6 - 201222943 解決課題之手段 爲了達成上述目的，關於本發明之電極端子，係使用 於一對的輸出端相互以不同金屬所形成的電池之電力輸出 用之電極端子，其特徵爲：具備連結於一方的輸出端之同 時’與此一方的輸出端以相同金屬形成的第1連接部；及 連接於前述第1連接部之同時，與另一方的輸出端以相同 金屬形成的第2連接部，且具有前述第〗連接部與前述第 2連接部，係藉由金屬性結合而被一體化之構造。 以前述第1連接部，爲中實圓狀柱的心棒部，前述第 2連接部，爲外嵌於心棒部的圓筒形狀的外筒部爲佳。 另外，「金屬性結合」係指使形成想要結合之不同金 屬間，以金屬組織等級密接之結合界面，其結果，可使導 電性及機械結合強度提高至「適合用作電極端子之値」的 狀態。 另外，以於前述外筒部的外周面形成有公螺紋部爲佳 <3 前述外筒部可以朝前述心棒部的突出側之反方向，延 長形成超過該心棒部的長度。 在將上述電極端子使用於鋰離子電池的正輸出端時， 前述心棒部可以錦或錫合金形成’則述外筒部可以銅或銅 合金形成。 在將上述電極端子使用於鋰離子電池的負輸出端時’ 前述心棒部可以銅或銅合金形成’前述外筒部可以鋁或鋁 201222943 合金形成。 另一方面，在製造上述之電極端子時，必須採用：準 備以包圍形成前述心棒部之金屬原材之方式，且形成前述 外筒部的金屬原材成爲被纏繞的狀態之對面原材，在高壓 的靜水壓環境下，藉由擠出模具將前述對面原材予以擠出 加工或拉伸加工之製造方法。 藉由採用此種製造方法，形成心棒部之金屬材料與形 成外筒部之金屬材料以金屬性結合而一體化，可以製造不 會引起電氣腐蝕等之電極端子。 發明效果 藉由使用此種電極端子，從外觀來看，電池的正輸出 端與負輸出端成爲相同金屬，藉由進行使用和端子相同金 屬的配線或匯流排棒之連接，可以抑制端子接合部之電氣 腐蝕、伴隨此之電氣阻抗的增加，謀求作爲組電池之可靠 性的提升。此外，在合適例子的情形，電極端子的心棒部 與外筒部，係藉由金屬性結合而被一體化，在此結合部分 也不會發生電氣腐蝕、伴隨此之電氣阻抗的增加。 如依據本發明，可以實現具有適合於正輸出端與負輸 出端爲相互以不同金屬形成的電池，能一面防止電氣腐蝕 一面抑制電氣阻抗，且機械強度也優異的高性能、高可靠 性之電極端子。 【實施方式】 -8- 201222943 以下，一句圖面說明本發明之實施形態。 [第1實施形態] 第1圖〜第3圖係表示本發明之電極端子1的第1實 施形態。如第1圖所示般，此電極端子1係於藉由匯流排 棒3將複數個電池單元2予以串聯連接所構成之組電池4 等中，例如可以當成各電池單元2之負輸出端（負輸出側） 使用。 另外，如第3圖所示般，電池單元2係鋰離子電池， 負輸出端爲藉由銅或銅合金所形成。此係在電池內部連接 於負輸出端的負極側載體7(固定電子或離子之基礎體）以 銅或銅合金構成的關係。與正極側載體的關係，正輸出端 (正輸出側）係藉由鋁或鋁合金所形成。 如第2A圖及第2B圖所示般，被採用於負輸出端的本 發明之電極端子1，係藉由心棒部1〇(第1連接部）與外嵌 被覆此心棒部1〇之外筒部11 (第2連接部）形成爲內外二 重軸。 心棒部1 〇的下端側係於軸方向從外筒部1 1突出。心 棒部10的上端側和外筒部11的上端部係爲相同的高度位 置。心棒部ίο被設爲圓棒’外筒部11則被形成爲圓筒形 。即正交於此等心棒部10與外筒部11的軸方向之剖面形 狀，係呈現同心的二重圓形’包圍心棒部1 0的外筒部11 的肉厚係略爲一定。 於外筒部11的下端側形成有地基部12 ’以貫穿此地 -9- 201222943 基部12之方式，心棒部10朝下方突出。另外，於外筒部 11的外周面’除了地基部12外，形成有公螺紋部13。 此地基部12係具有：在將此電極端子i安裝於電池 單元2時’使公螺紋部13從電池單元2突出的長度成爲 —定的任務、及將匯流排棒3連接於公螺紋部13時，使 匯流排棒3保持爲從電池單元2浮起之狀態的間隔物之任 務。地基部12不一定要與外筒部11形成爲一體，也可以 另外構件方式形成。 於第1實施形態中，將電極端子1的最大徑（相當於 地基部12的外徑）設爲5〜25mm、最大長度（相當於作爲 心棒部10的全長）設爲10〜100mm。另外，設置於外筒部 11的公螺紋部13之外徑，設爲公稱直徑爲4〜12mm » 心棒部1 0與外筒部1 1係形成素材相互以不同金屬形 成。心棒部10係和電池單元2的負極側載體7同一金屬 ，即以銅或銅合金爲原材所形成。另外，外筒部1 1係和 電池單元2的正極側載體或正輸出端同一金屬，即以鋁或 鋁合金爲原材形成。 心棒部1 0的外周面和外筒部1 1的內周面之間，將心 棒部10的金屬（Cu)和外筒部11的金屬（A1)在超高壓下（例 如lOOOMPa程度）且賦予變形，形成相互以金屬組織等級 密接的結合界面，其結果，將導電性及機械性結合強度提 高至「實用上適合作爲電極端子之値」的狀態。 此種電極端子1在安裝於電池單元2時，將心棒部1 〇 中’從外筒部11突出的部分當成內部連接部15使用。即 -10- 201222943 使此內部連接部15和電池單元2的負極側載體7電氣地 連接。另外，將外筒部11中設置有公螺紋部13的部分當 成外部連接部16使用。即對此外部連接部16連接和外筒 部1 1相同金屬之鋁製的匯流排棒3之一端部。 具體而言，如第1圖、第3圖所示般，於匯流排棒3 的兩端部設置有連接孔20，藉由將電極端子i的外部連接 部16(外筒部11的公螺紋部13)插入此連接孔20，將和外 筒部11同金屬所形成的鋁製之螺帽21螺合於穿透之公螺 紋部1 3。 此時，外部連接部1 6和匯流排棒3及螺帽21，係成 爲藉由同一金屬之連接，不會引起電氣腐蝕。此外，內部 連接部15與外部連接部16之間（心棒部1〇和外筒部η 之間），雖屬不同種金屬，但被金屬性結合，不會引起電 氣腐蝕，且被保持在電氣阻抗受到抑制的狀態。 另一方面，正輸出端可以使用形成素材全部爲鋁或鋁 合金之電極端子。其形狀幾乎和電極端子1相同，且具有 地基部23和公螺紋部24。因此，將匯流排棒3中之另一 端側的連接孔20插入正側之電極端子的公螺紋部24，使 螺帽21螺合於穿透之公螺紋部24。不用說，正輸出端和 匯流排棒3之連接部分’爲藉由同一金屬之連接，不會引 起電氣腐蝕。 此等之結果，於藉由匯流排棒3將複數各電池單元2 予以串聯連接所構成之組電池4中，任何的連接部分都不 會引起電氣腐蝕’得以確保高效率的導電性。另外，作爲 -11 - 201222943 電極端子1之機械強度也優異，在通常的使用狀況下，不 會有電極端子1彎曲、折斷的情形。 另外，於第1實施形態中，匯流排棒3係以鋁或鋁合 金所形成，重量輕，可以使組電池4做成重量輕。因此， 具有有益於將此組電池4當成電池來搭載之電動車的輕量 化的優點》 如第4圖所示般，於製造此種構造的電極端子1上， 係進行超高壓之靜水壓下中之擠出加工。此加工所使用的 擠出裝置30，爲具備對應想要獲得之電極端子1的最大徑 (相當於地基部12之外徑）的單一開口之擠出模具31，可 以進行在超高壓（〜lOOOMPa程度）之等向壓環境下之擠出 成形。 作爲電極端子1的製造順序，首先準備由和電池單元 2的正輸出端同一金屬所形成的正極用原材11 A(金屬原材 )、及和電池單元2的負輸出端同一金屬的負極用原材 10A(金屬原材）。即正極用原材11A爲鋁或鋁合金製，負 極用原材10A爲銅或銅合金製。然後形成以棒狀的負極用 原材10A爲中心，以正極用原材11A包圍其周圍之構造 的圓棒狀的鋼胚（對面原材）。 例如可以將負極用原材10A設爲圓棒材之同時，將正 極用原材11A設爲中空管材，對負極用原材10A外嵌插 通正極用原材11A來形成鋼胚。或將負極用原材10A設 爲圓棒材之同時，設正極用原材11A爲帶板狀材，於負極 用原材10A捲繞正極用原材11A來形成鋼胚。 -12- 201222943 接著，將此鋼胚裝塡於擠出裝置30，於超高壓（〜 lOOOPMa)之等向壓環境下使此擠出裝置30動作。如前述 般，鋼胚係以負極用原材10A爲中心，以正極用原材11A 包圍其周圍之構造，成爲正極用原材11A與負極用原材 10A相互並行地被擠出。 如第4圖所示般，擠出裝置30之擠出模具31的開口 面積，係比鋼胚的剖面積還小，藉由通過擠出模具3 1，鋼 胚受到全周之壓縮而塑性變形。兩原材l〇A、11A之接合 面，在通過擠出模具3 1後，形成「心棒部1 0的外周面和 外筒部1 1的內周面之界面（金屬性結合部）」。 藉由此種擠出加工，正極用原材11A與負極用原材 10A藉由金屬性結合，成爲被一體結合之內外二重軸之成 形體1 A。 將如此所獲得之成形體1A在擠出方向保持特定間隔 地切斷。於第1實施形態中，擠出裝置30的擠出模具31 係被形成爲對應電極端子1的剖面形狀之開口形狀，成形 體1A之切斷間隔，係配合作爲電極端子1之長度尺寸。 切斷後，對正極用原材11A施以車床加工或公螺紋切 削加工，進行公螺紋部1 3之形成或地基部1 2之形成、及 藉由心棒部1〇之突出部的形成，完成電極端子1。因應需 要，也可以進行表面硏磨或表面處理等。 [第2實施形態] 第5A圖、第5B圖、第6圖係表示本發明之電極端子 -13- 201222943 1的第2實施形態。 第2實施形態之電極端子1也是用於電池單元2之負 輸出端者。 如第5A圖及第5B圖所示般，電極端子1的外筒部 1 1係朝上方側，以超過心棒部1 0的長度之方式延長形成 。即於外筒部11延長的部分之內部並不存在心棒部1〇, 被設爲中空。另一方面，電極端子1的心棒部10係朝下 方側，以超過外筒部1 1的長度之方式延長地形成。此外 ，於外筒部11不設置地基部12或公螺紋部13，形成爲平 直的圓筒形。 另外，心棒部10和電池單元2的負極側載體7爲同 一金屬（銅或銅合金）製，外筒部11和電池單元2的正極側 載體或正輸出端同一金屬（鋁或鋁合金）製之點，係和第1 實施形態相同。另外，心棒部1 0的外周面和外筒部1 1的 內周面之間，以藉由超高壓等向壓下之擠出模具加工而被 金屬性結合之點，也和第1實施形態相同》 於第2實施形態之電極端子1中，將心棒部10從外 筒部11突出的部分作爲內部連接部15安裝於電池單元2 後，將外筒部11中的中空部分當成外部連接部16使用。 即藉由熔接將匯流排棒3的一端部連接於此外部連接部16 〇 具體而言，如第6圖所示般，可以將匯流排棒3的連 接孔20插入電極端子1的外部連接部16(對應中空部分） ，藉由熔接等來熔接穿透之外部連接部16。匯流排棒3、 -14- 201222943 外部連接部16都是鋁或鋁合金，熔接部分爲同一金屬， 不會產生共晶，兩者間的電氣阻抗不會過大。 如第4圖所示般，於製造第2實施形態之電極端子1 上’和第1實施形態的情形相同，使擠出裝置3 0在超高 壓等向壓下動作，形成成形體1A，之後，施以內部鑽孔 加工，進行外筒部1 1的中空化（將心棒部1 0削除至特定 深度）即可。 於第2實施形態中，其構造及作用效果、製造方法， 和第1實施形態幾乎相同，此處之詳細說明予以省略。 且說，此次揭示之實施形態，應理解爲全部之內容爲 舉例表示，非限制性者。本發明之範圍，並非上述之說明 ，而是藉由申請專利範圍來表示，且包含和申請專利範圍 均等之意義及範圍內之全部的變更。 例如，於第1實施形態及第2實施形態中，雖以作爲 負輸出端所使用之電極端子1爲例，但電極端子也可以用 於正輸出端。在此情形，將心棒部1 0設爲和電池單元2 的正極側載體同一金屬（鋁或鋁合金）製，將外筒部11設爲 和電池單元2的負極側載體7同一金屬（銅或銅合金）製亦 可。匯流排棒3設爲銅或銅合金製。 另外，關於本發明之匯流排棒1，雖非常適合於連接 汽車搭載用之鋰離子電池時，但用於其他用途之鋰離子電 池的連接也不會有問題。 雖詳細且參照特定的實施形態來說明本申請案，但在 不脫離本發明的精神及範圍下，可以加上各種變更或修正 -15- 201222943 ，此對於該行業者而言應屬清楚明白。 本申請案，係依據2010年3月29日提出之日本專利 申請案（特願2010-075916)者，其內容做爲參考被納入此 處。 【圖式簡單說明】 第1圖係表示第1實施形態之電極端子的使用形態之 斜視圖。 第2A圖係表示第1實施形態之電極端子的平面圖。 第2B圖係表示第1實施形態之電極端子的正面圖。 第3圖係表示第1實施形態之電極端子與匯流排棒的 連接狀況圖。 第4圖係說明製造本發明之電極端子的過程之斜視圖 〇 第5A圖係表示第2實施形態之電極端子的平面圖。 第5B圖係表示第2實施形態之電極端子的正面圖。 第6圖係表示第2實施形態之電極端子和匯流排棒的 連接狀況圖。 【主要元件符號說明】 1 :電極端子 1A :成形體 2 :電池單元 3 :匯流排棒 -16 - 201222943 4 :組電池 7 :負極側載體 1 0 :心棒部 1 0 A :負極用原材 1 1 :外筒部 1 1 A :正極用原材 1 2 :地基部 1 3 :公螺紋部 1 5 :內部連接部 1 6 :外部連接部 20 :連接孔 21 :螺帽 2 3 :地基部 24 :公螺紋部 30 :擠出裝置 3 1 :擠出模具

Claims (1)

1. 201222943 七、申請專利範圍： 1. 一種電極端子，係對於一對的輸出端相互以不同金 屬所形成的電池予以使用電力輸出用之電極端子，其特徵 爲· 具備：連結於一方的輸出端之同時，與此一方的輸出 端以相同金屬形成的第1連接部；及 連接於前述第1連接部之同時，與另一方的輸出端以 相同金屬形成的第2連接部， 前述第1連接部與前述第2連接部，係藉由金屬性結 合而被一體化。 2. 如申請專利範圍第1項所記載之電極端子，其中， 前述第1連接部，係中實圓狀柱的心棒部， 前述第2連接部，係外嵌於前述心棒部的圓筒形狀的 外筒部。 3 .如申請專利範圍第2項所記載之電極端子，其中， 於前述外筒部的外周面形成有公螺紋部。 4. 如申請專利範圍第2項所記載之電極端子，其中， 前述外筒部，係朝前述心棒部的突出側之反方向，延長形 成超過該心棒部的長度。 5. 如申請專利範圍第2項所記載之電極端子，其中， 前述心棒部，係以鋁或鋁合金所形成， 前述外筒部，係以銅或銅合金所形成。 6. 如申請專利範圍第2項所記載之電極端子，其中， 前述心棒部係以銅或銅合金所形成， -18- 201222943 前述外筒部係以鋁或鋁合金所形成。 7.—種電極端子之製造方法，其特徵爲： 準備以包圍形成前述心棒部之金屬原材之方式，纏繞 有形成前述外筒部的金屬原材的狀態之對面原材， 在高壓的靜水壓環境下，藉由擠出模具將前述對面原 材予以擠出加工或拉伸加工，來製造如申請專利範圍第2 項所記載之電極端子。 C： -19-