特開 2025-16969 電池用端子、電池及び電池用端子の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2025016969

(43)【公開日】2025-02-05

(54)【発明の名称】電池用端子、電池及び電池用端子の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01M 50/562 20210101AFI20250129BHJP

   H01M 50/553 20210101ALI20250129BHJP

   H01M 50/564 20210101ALI20250129BHJP

【ＦＩ】

H01M50/562

H01M50/553

H01M50/564

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023119819

(22)【出願日】2023-07-24

(71)【出願人】

【識別番号】596164744

【氏名又は名称】▲高▼橋金属株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100092727

【弁理士】

【氏名又は名称】岸本 忠昭

(74)【代理人】

【識別番号】100146891

【弁理士】

【氏名又は名称】松下 ひろ美

(72)【発明者】

【氏名】藤谷 憲治

(72)【発明者】

【氏名】北村 博志

(72)【発明者】

【氏名】中川 真言

(72)【発明者】

【氏名】村田 猛

【テーマコード（参考）】

5H043

【Ｆターム（参考）】

5H043AA19

5H043DA16

5H043HA08D

5H043KA08D

5H043KA09D

5H043LA22D

(57)【要約】

【課題】溶接技術を用いることなく製造可能な電池用端子を提供する。
【解決手段】 負極用端子５は、第１金属からなる第１金属部６と、第１金属とは異なる第２金属から成る第２金属部７と、を備える。第１金属部６は、胴部６１と、胴部６１から第１方向Ｄ１に向かって延出する係合部６２と、を有し、第２金属部７は、基部７１と、基部７１から第２方向Ｄ２に向かって延出する被係合部７２と、を有し、係合部６２と被係合部７２とは、カシメにより接合されている。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１金属からなる第１金属部と、
前記第１金属とは異なる第２金属から成る第２金属部と、を備え、
前記第１金属部は、胴部と、前記胴部から第１方向に向かって延出する係合部と、を有し、
前記第２金属部は、基部と、前記基部から前記第１方向とは反対の第２方向に向かって延出する被係合部と、を有し、
前記係合部と前記被係合部とは、カシメにより接合されている電池用端子。

【請求項2】

前記係合部の外周面は前記第１方向に向かうに従い径方向外方に向かって傾斜し、
前記被係合部は環形状であって、前記被係合部の内周面は前記第２方向に向かうに従い径方向内方に向かって傾斜し、
前記係合部の前記外周面は、前記被係合部の前記内周面と面接触している請求項１に記載の電池用端子。

【請求項3】

電極体と、
前記電極体を収容する筐体と、
前記電極体と電気的に接続された正極端子と、
前記電極体と電気的に接続された負極端子と、を備え、
前記負極端子は請求項１又は２に記載の電池用端子である電池。

【請求項4】

第１金属からなる第１金属部と、前記第１金属とは異なる第２金属から成る第２金属部と、を有する電池用端子の製造方法であって、
前記第１金属からなる第１の部品を前記第２金属からなる第２の部品に接合させる接合工程を含み、
前記第１の部品は、胴部と、前記胴部から第１方向に向かって延出する係合部と、を有し、
前記係合部の外周面は前記第１方向に向かうに従い径方向外方に向かって傾斜し、
前記第２の部品は、基部と、前記基部の外周縁から延出する環状の被係合部と、を有するキャップ形状であり、
前記接合工程では、前記第１の部品の前記係合部に前記第２の部品を被せ、前記被係合部を径方向内方へ塑性変形させることで、前記被係合部を前記係合部にカシメて接合する電池用端子の製造方法。

【請求項5】

前記第１の部品を成形する成形工程を更に含み、
前記成形工程は、
棒状の素材に据え込み加工を施すことにより、頭部と脚部を有する第１中間部品を成形する工程と、
前記第１中間部品に後方押出し加工を施すことにより、前記頭部が前記胴部と突部へ変形された第２中間部品を成形する工程と、
第２中間部品に側方押出し加工を施すことにより、前記突部の外周面を斜めに塑性変形させて前記係合部を成形する工程と、を含む請求項４に記載の電池用端子の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電池用端子、電池及び電池用端子の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、複数の電池から成る組電池が広く用いられている。そして、電気自動車のように高い出力電圧が必要とされる場合には、隣接する電池の正極端子と負極端子とをバスバー（金属プレート）を介して電気的に接続することにより、複数の電池が直列に接続される。

【0003】

ところで、電池には、正負の電極端子が異種金属により形成されるものがある。例えば、リチウムイオン電池では、正極端子はアルミニウムからなり、負極端子は銅からなり、これによって電池容量を増している。このような電池を用いた組電池では、アルミニウム製のバスバーを用いるのが一般的であるが、アルミニウム製のバスバーを各電極端子に対してレーザ溶接により接続しようとすると、バスバーと負極端子との溶接は異種金属同士の溶接となる。また、バスバーはアルミニウム製のものに限定されず、銅製や真鍮製のものが用いられることもあり、バスバーの選定によっても異種金属接合となることがある。この異種金属同士の溶接の場合、母材よりも硬く脆い金属間化合物が生成されることから、接合強度が低くなるという問題があった。

【0004】

そこで、ボルトを用いてバスバーと負極端子を接続する方式が一般的に行われているが、ボルトの使用は組電池の軽量化の妨げとなっていた。

【0005】

この点、特許文献１に開示の負極端子は、上部がアルミ合金により形成され、下部が銅合金により形成されており、アルミ合金と銅合金とは超音波溶接、抵抗溶接、又は摩擦攪拌スポット溶接により接合されている。負極端子の上部（アルミ合金）には、アルミ合金製のバスバーがレーザ溶接により接合される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０２３－２７９８９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

ところで、自動車においてはＥＶ化に合わせて自動運転化が進められているが、自動運転技術を実現するためにはセンサー等の様々な追加部品が必要となり、車両重量が増加する傾向にある。これは、電費（燃費）向上への足かせとなっており、自動車メーカーとしては、機能向上と電費向上が必須であり、価格も抑制する必要がある。そのためには、部品点数の削減や接合の簡易化、接合工程の削減、材料歩留まりの向上等が求められる。

【0008】

特許文献１に開示の負極端子であれば、バスバーとの接続にボルトを用いる必要がないことから、組電池の軽量化が可能となる。しかしながら、超音波接合や摩擦撹拌接合、抵抗溶接には、それぞれ次の様な問題があった。

【0009】

まず、超音波接合による異種金属接合は、当初は十分な接合強度を達成できたとしても摩耗により接合強度が徐々に低下してしまう虞があった。また、接合下面には凹凸ができる為、通電する面としては面積が安定しない。

【0010】

次に、摩擦攪拌接合については、特許文献１でも指摘されているように、ワーク表面に凹みが生じるため、これを埋める必要が生じる。また、ワークに回転ツールを押し込むことから、ワーク全体が変形したり、バリが発生したりする。このため、ワーク形状の修正作業やバリ除去作業が必要となる。

【0011】

そして、抵抗溶接は、ワークを加圧し、通電時に発生するジュール熱によりワークを接合する工法であるが、通電抵抗の低いアルミニウムや銅等を接合するには相当量の電流が必要となる。例えば、１．０ｍｍの板厚を接合するには２５０００Ａもの電流が必要となり、環境負荷が大きい。

【0012】

本発明は、溶接技術を用いることなく製造可能な電池用端子及びこれを備えた電池の提供を目的とする。

【0013】

本発明は、溶接技術を用いない電池用端子の製造方法の提供を他の目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0014】

本発明に係る電池用端子は、第１金属からなる第１金属部と、前記第１金属とは異なる第２金属から成る第２金属部と、を備え、前記第１金属部は、胴部と、前記胴部から第１方向に向かって延出する係合部と、を有し、前記第２金属部は、基部と、前記基部から前記第１方向とは反対の第２方向に向かって延出する被係合部と、を有し、前記係合部と前記被係合部とは、カシメにより接合されている。

【0015】

本発明に係る電池は、電極体と、前記電極体を収容する筐体と、前記電極体と電気的に接続された正極端子と、前記電極体と電気的に接続された負極端子と、を備え、前記負極端子は、上記電池用端子である。

【0016】

本発明に係る電池用端末の製造方法は、第１金属からなる第１金属部と、前記第１金属とは異なる第２金属から成る第２金属部と、を有する電池用端子の製造方法であって、前記第１金属からなる第１の部品を前記第２金属からなる第２の部品に接合させる接合工程を含み、前記第１の部品は、胴部と、前記胴部から第１方向に向かって延出する係合部と、を有し、前記係合部の外周面は前記第１方向に向かうに従い径方向外方に向かって傾斜し、前記第２の部品は、基部と、前記基部の外周縁から延出する環状の被係合部と、を有するキャップ形状であり、前記接合工程では、前記第１の部品の前記係合部に前記第２の部品を被せ、前記被係合部を径方向内方へ塑性変形させることで、前記被係合部を前記係合部にカシメて接合する。

【発明の効果】

【0017】

本発明に係る電池用端子によれば、第１金属からなる第１金属部の係合部と、第２金属からなる第２金属部の被係合部とは、カシメにより接合されているので、電気を大量消費する溶接技術を用いることなく製造でき、環境負荷を軽減できる。また、第１金属部と第２金属部はカシメにより接合されているので、溶接により接合した場合と比較しても十分な強度を得ることができる。

【0018】

本発明に係る電池は、上記電池用端子を負極端子として備えるので、上述したのと同様の効果が得られる。

【0019】

本発明に係る電池用端末の製造方法によれば、第１金属から成る第１の部品の係合部に第２金属からなる第２の部品を被せ、第２の部品の被係合部を径方向内方へ塑性変形させることで被係合部を係合部にカシメて接合するので、電気を大量消費する溶接技術を用いることなく電池用端末を製造でき、環境負荷を軽減できる。また、第１金属部と第２金属部はカシメにより接合されているので、溶接により接合した場合と比較しても十分な強度を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本発明の実施形態に係る組電池を示す一部分解概略斜視図。

【図2】図１に示す組電池が備える電池を概略的に示す断面図。

【図3】図２に示す電池が備える負極端子を示す斜視図。

【図4】図３のＩＶ－ＩＶ線断面図。

【図5】図３に示す負極端子の製造に用いられる第１の部品及び第２の部品の断面を示す図。

【図6】図５に示す第１の部品の成形工程を説明する図。

【図7】図５に示す第１の部品と第２の部品をプレス接合して負極端子を成形する工程を説明する図。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。図１を参照して、本実施形態に係る組電池１は、複数個の電池（電池セル）２と、複数本のバスバー（金属プレート）３と、を備える。各電池２は、正極端子４と負極端子５を備え、相互に隣接する電池２のうち、一方の電池２における正極端子４と他方の電池２における負極端子５とがバスバー３を介して電気的に接続され、このようにして複数個の電池３は複数本のバスバー３により直列に接続されている。本実施形態におけるバスバー３はアルミニウム製であり、正極端子４及び負極端子５に載置されてレーザ溶接により接合されている。

【0022】

図２を参照して、各電池２は更に、筐体２１と、電池要素２２と、正極ガスケット２３と、負極ガスケット２４と、を備える。筐体２１はケース２１ａと蓋部材２１ｂを備え、蓋部材２１ｂはケース２１ａに設けられた開口部を封止する。電池要素２２は筐体２１に収容され、電極体２２ａと電解液２２ｂを含む。電極体２２ａは、正極、負極、及びセパレータを積層又は旋回することによって構成されている。正極端子４は不図示の導通構造により電極体２２ａの正極側に電気的に接続され、負極端子５は不図示の導通構造により電極体２２ａの負極側に電気的に接続されている。

【0023】

正極ガスケット２３は筐体２１の蓋部材２１ｂと正極端子４との間に配置され、蓋部材２１ｂと正極端子４とが電気的に絶縁されている。同様に、負極ガスケット２４は筐体２１の蓋部材２１ｂと負極端子５との間に配置され、蓋部材２１ｂと負極端子５とが電気的に絶縁されている。

【0024】

正極端子４は、例えばアルミニウムにより形成されており、大径部４１と、大径部４１と同軸の小径部４２と、を有し、大径部４１と小径部４２は一体に形成されている。

【0025】

負極端子５は、全体的な外観形状は正極端子４と同様であって、大径部５１と、大径部５１と同軸の小径部５２と、を有するが、負極端子５は図３及び図４に示すように、第１金属からなる第１金属部６と、第１金属とは異なる第２金属からなる第２金属部７と、から成る。第１金属は例えば銅であり、第２金属はバスバー３と同種の金属であって、本実施形態ではアルミニウムである。そして、第１金属部６と第２金属部７とは、カシメにより接合されている。

【0026】

より具体的に、第１金属部６は、胴部６１と、係合部６２と、脚部６３と、を有する。胴部６１は第１面６１ａと、第１面６１ａとは反対側の第２面６１ｂと、を有する。なお、本実施形態において胴部６１は円盤状である。係合部６２は、胴部６１の第１面６１ａから第１方向Ｄ１に向かって延出し、胴部６１よりも小径に形成されている。また、係合部６２の外周面６２ａは第１方向Ｄ１に向かうに従い径方向外方に向かって傾斜している。脚部６３は胴部６１の第２面６１ｂから第１方向Ｄ１とは反対の第２方向Ｄ２に向かって延出し、胴部６１よりも小径に形成されている。

【0027】

第２金属部７はキャップ状であり、基部７１と、基部７１の外周縁から第２方向Ｄ２に向かって延出する環状の被係合部７２と、を有する。被係合部７２の内周面７２ａは第２方向Ｄ２に向かうに従い径方向内方に向かって傾斜し、係合部６２の外周面６２ａと面接触している。また、被係合部７２の第２方向Ｄ２先端部は第１金属部６の胴部６１の第１面６１ａと当接している。更に、基部７１の内面７１ｂと係合部６２の先端面６２ｂとは面接触している。

【0028】

そして、第１金属部６の胴部６１及び係合部６２と第２金属部７により、負極端子５の大径部５１が構成され、第１金属部６の脚部６３により負極端子５の小径部５２が構成されている。

【0029】

かかる構成において、第１金属部６は電極体２２の負極側に電気的に接続され、バスバー３は第２金属部７の表面７１ａにレーザ溶接により接合される。

【0030】

次に、このような負極端子５の製造方法について説明する。図５を参照して、第１金属部６を構成するための第１の部品１６と、第２金属部を構成するための第２の部品１７を、プレス加工により成形する（成形工程）。第１の部品１６は、例えば次のようにしてプレス成形される。

【0031】

まず、図６（ａ）に示す第１金属からなる棒状の素材１６Ａに対して据え込み加工を施すことにより、脚部６３と頭部１６０を有する中間部品１６Ｂ（図６（ｂ））を成形する。次に、中間部品１６Ｂに後方押出し加工を施すことにより、胴部１６０が胴部６１と突部１６１へ変形された中間部品１６Ｃ（図６（ｃ））を成形する。更に、ダイＢ１，Ｂ１及びパンチＰ１を用いて中間部品１６Ｃに側方押出し加工を施すことにより、突部１６１の外周面１６１ａをダイＢ１の傾斜面Ｂ１１に沿って斜めに塑性変形させて窪みＲ１を形成する。これにより係合部６２が成形され、第１の部品１６（図６（ｄ））が完成する。

【0032】

なお、中間部品１６Ｃに側方押出し加工を施す際に用いるパンチＰ１は、その先端部が円錐状のものを用いるのが好ましく、このように先端部が円錐状のパンチＰ１を用いることより、先端部が平坦なパンチを用いる場合と比較して、少ない荷重で加工することができる。また、このように、パンチＰ１を用いることにより、係合部６２の表面には円錐状の窪みが形成されることになる。

【0033】

一方、第２の部品１７（図５）は、第２金属からなる厚肉シート状の素材（図示せず）に後方押出し加工を施すことにより、基部７１と被係合部７２’とが一体的に成形される。なお、基部７１の内面は、第１の部品１６の係合部６２の表面に対応して、円錐状に形成されるのが好ましい。

【0034】

次に、図７（ａ）に示す様に、第１の部品１６をダイＢ２にセットし、係合部６２に第２の部品１７を被せて第２の部品１７の被係合部７２’の先端を第１の部品１６の胴部６１ａの表面６１ａに突き当てる。この状態でパンチＰ２にて両者をプレスすると、第２の部品１７の被係合部７２’はダイＢ２とパンチＰ２の間で押しつぶされるようになり、第１の部品１６の係合部６２の外周面６２ａに沿って塑性変形し、窪みＲ１に入り込む。これにより、第１の部品１６が第２の部品１７にカシメ接合され、図７（ｂ）に示す様に負極端子５が成形される（接合工程）。

【0035】

ここで、図４を参照して、胴部６１の第１面６１ａと係合部６２の外周面６２ａの成す角度α１は、４５°～７０°であるのが好ましい。７０°を超えると第１金属部６から第２金属部７が抜けやすくなり、また４５°よりも小さくなると、図７（ａ）に示すプレス加工において、第２の部品１７の被係合部７２’を塑性変形させた際に、被係合部７２’（第２金属）が窪みＲ１に入り込みにくくなる。また、第１方向Ｄ１における係合部６２の高さ寸法Ｌ１は、１．５ｍｍ以上あればよい。このように係合部６２の高さ寸法Ｌ１が僅かであっても、第１金属部６はその全周にわたって第２金属部７とカシメ接合されているため、十分な接合強度を達成できる。

【0036】

このように、本実施形態の負極端子５は、アルミニウムからなる第２金属部７を有するので、同様にアルミニウムからなるバスバー３を負極端子５の第２金属部７へレーザ溶接によって強固に接合させることができる。

【0037】

また、負極端子５の第１金属部６と第２金属部７とはカシメ構造により接合されているので、第１金属部６と第２金属部７とを溶接により接合する場合と比較して、接合の際に要する電力量を軽減でき、環境負荷を軽減できる。また、カシメ構造による接合でも、溶接による接合以上の強度で第１金属部６と第２金属部７を接合させることができる。

【0038】

更に、第１金属部６と第２金属部７とを摩擦撹拌接合により接合すると、第１金属部６又は第２金属部７に凹部や孔が形成されてしまうが、プレス可能による接合では、このような凹部や孔が形成されてしまうこともない。

【0039】

以上、本発明の実施形態について添付の図面を参照して説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されず、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形、修正が可能である。

【0040】

例えば、上記実施形態の負極端子５の小径部５２は中実筒状に形成されているが、本発明は係る構成に限定されず、例えば、小径部５２を中空筒状としてもよく、或いは小径部５２の外周面にねじ溝を形成し、小径部５２を雄ネジ部としても良い。また、負極端子５の外観形状も図示したものに限定されない。

【0041】

また、上記実施形態においては、第１金属部６と第２金属部７からなる電池用端子を負極端子５として説明したが、上記電池用端子の用途はこれに限定されない。

【0042】

更に、上記実施形態では、棒状の素材から中間部品１６Ｂを成形し、中間部材１６Ｂから中間部品１６Ｃを成形し、中間部品１６Ｃから第１の部品１６を成形したが、第１の部品１６の成形方法はこれに限定されない。

【0043】

上記実施形態では、第１金属の例として銅を挙げ、第２金属の例としてアルミニウムを挙げたが、第１及び第２金属はこれらの金属に限定されず、電池用端子の用途により適宜選択される。例えば、バスバー３としてはアルミニウム製のものに限定されず、銅製や真鍮製のものであってもよく、このような場合にはバスバーの材質に対応させて第２金属を銅や真鍮とすれば良い。このように、バスバーと電池用端子の第２金属部７の材質を合わせることにより、同種金属での溶接が可能となることから、バスバーと電池用端子とを強固に接合させることができる。

【符号の説明】

【0044】

１ 組電池
２ 電池
３ バスバー
４ 正極端子
５ 負極端子（電池用端子）
６ 第１金属部
７ 第２金属部
１６ 第１の部品
１７ 第２の部品
６１ 胴部
６２ 係合部
７１ 基部
７２ 被係合部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】