WO2024257515A1 - 二次電池用通電部品 - Google Patents

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真紀 佐竹
敦也 廣野
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to current-carrying components for secondary batteries that are primarily installed in automobiles, etc.
  • bolt holes through holes
  • current-carrying components formed by laminating multiple layers of metal foil material to fasten these parts to other components, and it is necessary to improve the contact between the metal foil materials in order to reduce resistance when electricity is passed through them.
  • the components need to be rigid enough to withstand the tightening load applied when fastened using bolts.
  • the present invention aims to provide a secondary battery current-carrying component made of metal foil material with bolt holes (through holes) that can ensure the rigidity of the bolt holes while also ensuring the smoothness required for bolt parts.
  • the current-carrying component for a secondary battery of the present invention is formed by stacking multiple sheets of metal foil material in the thickness direction, and the current-carrying component for a secondary battery has two or more through holes in the thickness direction of the multiple sheets of metal foil material, and the inner surface of the through hole has a joint where the multiple sheets of metal foil material are solid-phase-bonded to each other, and a step is provided on one end side of the joint.
  • the material of the metal foil material may be any of aluminum, aluminum alloy, copper, and copper alloy.
  • the current-carrying component for a secondary battery of the present invention is composed of multiple metal foil materials and has two or more through holes in its thickness direction, and the inner surfaces of the through holes have joints where the multiple metal foil materials are solid-phase welded together, and a step is provided on one end side of the joint. Therefore, the contact between the metal foils is high, and while maintaining rigidity, the current-carrying component is ensured, and installation locations for fixing components such as bolts can be secured, so that the component can fully adapt to the fastening load with other components using bolts, etc.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a current-carrying component 100 for a secondary battery according to a first embodiment of the present invention
  • 1 is a schematic cross-sectional view of a current-carrying component 200 for a secondary battery according to a second embodiment of the present invention
  • 1 is a schematic cross-sectional view of a current-carrying component 300 for a secondary battery according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is an overall view of a friction stir welding tool T used in manufacturing a current-carrying component for a secondary battery according to the present invention.
  • FIG. 5 is an enlarged view of part A shown in FIG.
  • FIG. 1 shows a schematic cross-sectional view of one through hole H1 in the current-carrying part for secondary batteries 100 according to the first embodiment of the present invention
  • FIG. 2 shows a schematic cross-sectional view of one through hole H2 in the current-carrying part for secondary batteries 200 according to the second embodiment
  • FIG. 3 shows a schematic cross-sectional view of one through hole H3 in the current-carrying part for secondary batteries 300 according to the third embodiment.
  • FIG. 4 shows an overall view of the friction stir welding tool T used in manufacturing the current-carrying parts for secondary batteries 200, 300 according to the second and third embodiments of the present invention shown in FIG. 2 and FIG. 3, and
  • FIG. 5 shows an enlarged view of the tip portion (part A in FIG. 4) of the friction stir welding tool T.
  • the current-carrying component for a secondary battery (first embodiment) 100 of the present invention is provided with an annular protrusion 16 that protrudes in the thickness direction of the metal foil material 10 on one end side of the joint Y1, i.e., on the side of the metal foil material 11 in the outermost layer.
  • annular protrusion 16 By providing this annular protrusion 16, a step d1 is formed between the metal foil material 11 in the outermost layer.
  • the outermost surface 16F of the protrusion 16 is a flat surface, and when the current-carrying component for a secondary battery (first embodiment) 100 of this embodiment is fixed to another component using a bolt or the like, components such as a bolt, nut, and washer can be stably installed.
  • the inner peripheral surface of the protrusion 16 and the inner peripheral surface of the through hole H1 are continuously connected to each other, that is, the inner peripheral surface of the protrusion 16 and the inner peripheral surface of the through hole H1 form a single, substantially cylindrical inner peripheral surface.
  • the current-carrying component for a secondary battery (second embodiment) 200 of the present invention is formed in a form in which a plurality of metal foil materials 20 (21, 22, 23, 24, 25) are stacked in the thickness direction as shown in Figure 2, similar to the first embodiment described above.
  • This current-carrying component for a secondary battery 200 also has a through hole H2 as shown in Figure 2, and the inner surface of the through hole H2 is formed as a joint Y2 in which five sheets of metal foil materials 21, 22, 23, 24, 25 are solid-phase-bonded (integrated structurally and morphologically) in this embodiment as well.
  • the current-carrying component for a secondary battery (second embodiment) 200 of the present invention is provided with an annular protrusion 26 on one end side of the joint Y2, i.e., on the side of the metal foil material 21 in the outermost layer, in the same manner as in the first embodiment described above.
  • an annular protrusion 26 is formed between the metal foil material 21 in the outermost layer.
  • the annular protrusion 26 of the current-carrying component for a secondary battery (second embodiment) 200 of this embodiment is further provided with a step d2 on the inside (the inner surface side of the through hole H2) as shown in FIG. 2.
  • a part of the inner peripheral surface of the protrusion 26 and the inner peripheral surface of the through hole H2 form a continuous inner peripheral surface. That is, a part of the inner peripheral surface of the protrusion 26 and the inner peripheral surface of the through hole H2 form a single, substantially cylindrical inner peripheral surface.
  • the inner peripheral surface of the protrusion 26 is formed so as to protrude from the surface of the metal foil material 20. That is, the step d2 on the inner peripheral surface side of the annular protrusion 26 is smaller in dimension than the step on the outer peripheral surface side of the annular protrusion 26.
  • a flat surface 27 is formed.
  • parts such as bolts, nuts, and washers can be stably installed on this flat surface 27.
  • a flange portion is formed on the outside (outer periphery) of this flat surface 27, which makes it easy to position parts such as bolts, nuts, and washers.
  • the flat surface 27 of the current-carrying component 200 for a secondary battery shown in FIG. 2 can be formed using the tip portion of the friction stir welding tool T shown in FIG. 4, i.e., the flat portion F corresponding to the connection portion between the small diameter portion T1 and the large diameter portion T2 of the tip of the friction stir welding tool T.
  • the current-carrying component for a secondary battery (third embodiment) 300 of the present invention is formed in a form in which a plurality of metal foil materials 30 (31, 32, 33, 34, 35) are stacked in the thickness direction as shown in Figure 3, as in the case of the first embodiment described above.
  • This current-carrying component for a secondary battery 300 also has a through hole H3 as shown in Figure 3, and the inner surface of the through hole H3 is formed as a joint Y3 in which five sheets of metal foil materials 31, 32, 33, 34, 35 are solid-phase-bonded (organically and morphologically integrated) in this embodiment as well.
  • the current-carrying component for a secondary battery (third embodiment) 300 of the present invention has an annular convex portion 36 on one end side of the joint Y3, i.e., on the side of the metal foil material 31 in the outermost layer, as in the first and second embodiments described above.
  • annular convex portion 36 By providing this annular convex portion 36, a step is formed between the metal foil material 31 in the outermost layer, so that a flat surface is also formed on the outermost surface of the annular convex portion 36, allowing parts such as bolts, nuts, and washers to be stably installed.
  • a step d3 of the through hole H3 is further provided on the inside of the convex portion 36 of the current-carrying component for a secondary battery (third embodiment) 300 of this embodiment, as shown in FIG. 3.
  • a step d3 is also provided on the inside of the protrusion 36 (the inner side of the through hole H3), forming a flat surface 37. That is, when the current-carrying component for a secondary battery (third embodiment) 300 of this embodiment is fixed to another component using a bolt or the like, components such as bolts, nuts, and washers can be stably installed on this flat surface 37.
  • a flange portion (not shown) is formed on the outside (outer periphery) of this flat surface 37, and as a result, the positioning of components such as bolts, nuts, and washers can be easily performed.
  • the surface of the flat surface 37 is recessed from the surface of the metal foil material 30. That is, the step d3 on the inner circumferential surface side of the annular protrusion 36 is larger than the step on the outer circumferential surface side of the annular protrusion 36.
  • the flat surface 37 of the current-carrying component 300 for a secondary battery shown in FIG. 3 can be formed using the tip portion of the friction stir welding tool T shown in FIG. 4, i.e., the flat portion F corresponding to the connection portion between the small diameter portion T1 and the large diameter portion T2 of the tip of the friction stir welding tool T.
  • the thickness of each sheet may be 0.2 mm or less (JIS H4160, H4170). If the metallic foil material is made of copper or a copper alloy, the thickness of each sheet may be 0.21 mm or less (JIS C6515).

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Abstract

本発明の二次電池用通電部品１００は、複数枚の金属製箔材１１～１５が厚み方向に積層されることで形成されるものであり、当該二次電池用通電部品には複数枚の金属製箔材１１～１５の厚み方向に二以上の貫通穴Ｈ１を備えている。また、貫通穴Ｈ１の内周面には複数枚の金属製箔材１１～１５が固相接合された接合部Ｙ１を有して、当該接合部Ｙ１の一端側に段差ｄ１を設ける。さらに、当該二次電池用通電部品１００に金属製箔材を５枚以上使用して、１枚当たりの厚さを０．２１ｍｍ以下にすることもできる。

Description

二次電池用通電部品
本発明は、主に自動車等に搭載される二次電池用途の通電部品に関する。
２枚以上の板材や箔材同士から形成される通電部品、特に自動車等の二次電池用途の通電部品は、バスバとも呼ばれており、アルミニウム合金や銅合金など高導電性の材料から形成されている。技術が開示されている（特許文献１参照）。
特許第６９７１９９０号
しかしながら、金属製の箔材を多数積層させて形成する通電部品にボルト穴（貫通穴）を設けて、その部分を他の部品と締結する場合があり、通電時の抵抗を低減するために金属製の箔材同士の接触性を高める必要がある。つまり、ボルトを用いた締結時にその締め付け荷重にかかる荷重を耐え得るだけの剛性が求められる。
例えば、多数の金属製の箔材同士を圧着で接合する場合には、金属箔同士の接触性が低いので、箔材同士に歪みが生じて、前述の締め付け荷重に順応できないという問題がある。また、多数の金属製の箔材同士をレーザ溶接で接合する場合には、接合時に金属箔同士で位置ずれが生じると溶接作業が困難になり、接合面の平滑性が確保できないという問題があった。
そこで、本発明はボルト穴（貫通穴）を有した金属製箔材の二次電池用通電部品においても、ボルト穴の剛性を確保しつつ、ボルト部品に必要な平滑性を確保できる二次電池用通電部品を提供することを課題とする。
本発明の二次電池用通電部品は、複数枚の金属製箔材が厚み方向に積層されることで形成される二次電池用通電部品において、当該二次電池用通電部品に複数の金属製箔材の厚み方向に二以上の貫通穴を設けて、当該貫通穴の内周面に複数枚の金属製箔材が互いに固相接合された接合部を備えて、当該接合部の一端側に段差を設ける。
また、金属製箔材を５枚以上として、１枚当たりの厚さを０．２１ｍｍ以下とすることもできる。この場合、金属製箔材の材質は、アルミニウム，アルミニウム合金，銅，銅合金のうちのいずれかとしても構わない。
本発明の二次電池用通電部品は、複数の金属製箔材から構成されて、その厚み方向に二以上の貫通穴を備えており、それらの貫通穴の内周面は複数の金属製箔材が互いに固相接合された接合部を有して、かつその接合部の一端側に段差を設けている。そのため、金属箔同士の接触性が高く、剛性を保ちながら、通電部品としての通電性を確保しつつ、かつボルトなどの固定部品の設置箇所も確保できるので、ボルトなどを使用した他部品との締結荷重にも十分順応できるという効果を奏する。
本発明の第１実施形態である二次電池用通電部品１００の模式断面図である 本発明の第２実施形態である二次電池用通電部品２００の模式断面図である 本発明の第３実施形態である二次電池用通電部品３００の模式断面図である 本発明の二次電池用通電部品を製作する際に使用する摩擦かく拌接合工具Ｔの全体図である 図４に示すＡ部分の拡大図である
本発明の第１ないし第３実施形態である二次電池用通電部品について、図面を用いて説明する。本発明の第１実施形態である二次電池用通電部品１００における１つの貫通穴Ｈ１の模式断面図を図１、第２実施形態である二次電池用通電部品２００における１つの貫通穴Ｈ２の模式断面図を図２、第３実施形態である二次電池用通電部品３００における１つの貫通穴Ｈ３の模式断面図を図３にそれぞれ示す。また、図２および図３に示す本発明の第２および第３実施形態である二次電池用通電部品２００，３００を製作する際に使用する摩擦かく拌接合工具Ｔの全体図を図４、摩擦かく拌接合工具Ｔの先端部分（図４中のＡ部分）の拡大図を図５にそれぞれ示す。
本発明の二次電池用通電部品（第１実施形態）１００は、図１に示す様に複数枚の金属製箔材１０（１１，１２，１３,１４,１５）が厚み方向に積層された形態で形成されている。この二次電池用通電部品１００は、図１に示す様に貫通穴Ｈ１を有しており、当該貫通穴Ｈ１の内周面は、本実施形態の場合、５枚の金属製箔材１１，１２，１３，１４，１５が互いに固相接合（組織的かつ形態的に一体化）された接合部Ｙ１として形成されている。
また、図１に示す様に本発明の二次電池用通電部品（第１実施形態）１００には、当該接合部Ｙ１の一端側、すなわち最表層にある金属製箔材１１側には当該金属製箔材１０の厚み方向に突出する円環状の凸部１６が設けられている。この円環状の凸部１６を設けることで、最表層の金属製箔材１１の間に段差ｄ１が形成されている。当該凸部１６の最表面１６Ｆは平坦面であり、本実施形態の二次電池用通電部品（第１実施形態）１００を他の部品とボルトなどを用いて固定する際に、ボルト、ナット、座金などの部品を安定して設置できる。
なお、凸部１６の内周面と貫通穴Ｈ１の内周面とは連続的に繋がった内周面となっている。すなわち、凸部１６の内周面と貫通穴Ｈ１の内周面とで一つの略円筒形状の内周面を形成している。
次に、本発明の二次電池用通電部品（第２実施形態）２００は、前述した第１実施形態の場合と同様に図２に示す様に複数の金属製箔材２０（２１，２２，２３,２４,２５）が厚み方向に積層された形態で形成されている。この二次電池用通電部品２００も図２に示す様に貫通穴Ｈ２を有しており、当該貫通穴Ｈ２の内周面は、本実施形態の場合も５枚の金属製箔材２１，２２，２３，２４，２５が固相接合（組織的かつ形態的に一体化）された接合部Ｙ２として形成されている。
また、図２に示す様に本発明の二次電池用通電部品（第２実施形態）２００には、前述した第１実施形態の場合と同様に当該接合部Ｙ２の一端側、すなわち最表層にある金属製箔材２１側に円環状の凸部２６が設けられている。この円環状の凸部２６を設けることで、最表層の金属製箔材２１の間に段差が形成されている。さらに、本実施形態の二次電池用通電部品（第２実施形態）２００の円環状の凸部２６には、図２に示す様に内側（貫通穴Ｈ２の内面側）にも段差ｄ２がさらに設けられている。
なお、凸部２６の内周面の一部と貫通穴Ｈ２の内周面とは連続的に繋がった内周面となっている。すなわち、凸部２６の内周面の一部と貫通穴Ｈ２の内周面とで一つの略円筒形状の内周面を形成している 。また、凸部２６の内周面は金属製箔材２０の表面よりも突出するように形成されている。すなわち、円環状の凸部２６の内周面側の段差ｄ２は円環状の凸部２６の外周面側の段差よりも小さい寸法となっている。
この当該凸部２６の内面側にも段差ｄ２を設けることで平坦面２７が形成される。つまり、この平坦面２７を利用して、本実施形態の二次電池用通電部品（第２実施形態）２００を他の部品とボルトなどを用いて固定する際に、この平坦面２７にボルト、ナット、座金などの部品を安定して設置できる。また、この平坦面２７の外側（外周側）には、鍔部分が形成されることになるので、結果としてボルト、ナット、座金などの部品の位置決めも容易に行うことができる。
なお、図２に示す二次電池用通電部品２００平坦面２７の形成については、図４に示す摩擦かく拌接合工具Ｔの先端部分、すなわち摩擦かく拌接合工具Ｔ先端の小径部Ｔ１と大径部Ｔ２の接続部分に相当する平坦部Ｆを用いて形成することができる。
最後に、本発明の二次電池用通電部品（第３実施形態）３００は、前述した第１実施形態の場合と同様に図３に示す様に複数の金属製箔材３０（３１，３２，３３,３４,３５）が厚み方向に積層された形態で形成されている。この二次電池用通電部品３００も図３に示す様に貫通穴Ｈ３を有しており、当該貫通穴Ｈ３の内周面は、本実施形態の場合も５枚の金属製箔材３１，３２，３３，３４，３５が固相接合（組織的かつ形態的に一体化）された接合部Ｙ３として形成されている。
また、図３に示す様に本発明の二次電池用通電部品（第３実施形態）３００には、前述した第１実施形態および第２実施形態の場合と同様に当該接合部Ｙ３の一端側、すなわち最表層にある金属製箔材３１側に円環状の凸部３６が設けられている。この円環状の凸部３６を設けることで、最表層の金属製箔材３１の間に段差が形成されているので、円環状の凸部３６の最表面には平坦面も形成されて、ボルト、ナット、座金などの部品を安定して設置できる。さらに、第２実施形態の場合と同様に、本実施形態の二次電池用通電部品（第３実施形態）３００の凸部３６の内側にも、図３に示す様に貫通穴Ｈ３の段差ｄ３がさらに設けられている。
この当該凸部３６の内側（貫通穴Ｈ３の内面側）にも段差ｄ３を設けることで平坦面３７が形成される。つまり、この平坦面３７を利用して、本実施形態の二次電池用通電部品（第３実施形態）３００を他の部品とボルトなどを用いて固定する際に、この平坦面３７にボルト、ナット、座金などの部品を安定して設置できる。また、この平坦面３７の外側（外周側）には図示しない鍔部分が形成されることになるので、結果としてボルト、ナット、座金などの部品の位置決めも容易に行うことができる。
なお、この実施形態においては、平坦面３７の表面は、金属製箔材３０の表面よりも凹んだ位置になっている。すなわち、円環状の凸部３６の内周面側の段差ｄ３は円環状の凸部３６の外周面側の段差よりも大きい寸法となっている。
なお、図３に示す二次電池用通電部品３００平坦面３７の形成については、図４に示す摩擦かく拌接合工具Ｔの先端部分、すなわち摩擦かく拌接合工具Ｔ先端の小径部Ｔ１と大径部Ｔ２の接続部分に相当する平坦部Ｆを用いて形成することができる。
なお、金属製箔材の材質がアルミニウムまたはアルミニウム合金の場合には、１枚当たりの厚さを０．２ｍｍ以下にしても構わない（ＪＩＳ　Ｈ４１６０，Ｈ４１７０）。また、金属製箔材の材質が銅または銅合金の場合には、１枚当たりの厚さを０．２１ｍｍ以下にすることもできる（ＪＩＳ　Ｃ６５１５）。
　１０，２０，３０　　　　　金属製箔材
１１～１５　　　　　　　　金属製箔材
２１～２５　　　　　　　　金属製箔材
３１～３５　　　　　　　　金属製箔材
１００，２００，３００　　二次電池用通電部品
１６，２６，３６　　　　　凸部
１６Ｆ，２７，３７　　　　平坦面
Ｆ　　　　　　　　　　　　平坦部
Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３　　　　　貫通穴
Ｔ　　　　　　　　　　　　摩擦かく拌接合工具
Ｔ１　　　　　　　　　　　小径部
Ｔ２　　　　　　　　　　　大径部
Ｙ１，Ｙ２，Ｙ３　　　　　接合部
ｄ１，ｄ２，ｄ３　　　　　段差（寸法）

Claims (5)

  1. 複数枚の金属製箔材が厚み方向に積層されることで形成される二次電池用通電部品であり、前記二次電池用通電部品には前記複数枚の金属製箔材の厚み方向に二以上の貫通穴を備えて、前記貫通穴の内周面には前記複数枚の金属製箔材が互いに固相接合された接合部を有しており、かつ前記接合部の一端側には円環状の凸部が設けられていることを特徴とする二次電池用通電部品。
  2. 前記円環状の凸部の内側には、段差がさらに設けられていることを特徴とする請求項１に記載の二次電池用通電部品。
  3. 前記金属製箔材は５枚以上であり、１枚当たりの厚さは０．２１ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の二次電池用通電部品。
  4. 前記金属製箔材は５枚以上であり、１枚当たりの厚さは０．２１ｍｍ以下であることを特徴とする請求項２に記載の二次電池用通電部品。
  5. 前記金属製箔材は、アルミニウム，アルミニウム合金，銅，銅合金のうちのいずれかの金属製箔材であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の二次電池用通電部品。
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