7402202 端子部品および端子部品の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-12-12

(45)【発行日】2023-12-20

(54)【発明の名称】端子部品および端子部品の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01M 50/566 20210101AFI20231213BHJP

   H01M 50/55 20210101ALI20231213BHJP

   H01M 50/567 20210101ALI20231213BHJP

   H01M 50/557 20210101ALI20231213BHJP

   H01G 11/74 20130101ALI20231213BHJP

【ＦＩ】

H01M50/566

H01M50/55 101

H01M50/567

H01M50/557

H01G11/74

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2021117092

(22)【出願日】2021-07-15

(65)【公開番号】P2023013136

(43)【公開日】2023-01-26

【審査請求日】2022-08-08

(73)【特許権者】

【識別番号】520184767

【氏名又は名称】プライムプラネットエナジー＆ソリューションズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100117606

【弁理士】

【氏名又は名称】安部 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100136423

【弁理士】

【氏名又は名称】大井 道子

(74)【代理人】

【識別番号】100121186

【弁理士】

【氏名又は名称】山根 広昭

(74)【代理人】

【識別番号】100130605

【弁理士】

【氏名又は名称】天野 浩治

(72)【発明者】

【氏名】櫻井 貴宏

【審査官】小森 重樹

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２０－１０７４７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１２／１０５３７１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１３－０７３７４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－２２８４１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１４／１０３８７４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０２０－０８７７０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２２－１３９３７１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ ５０／５６６

Ｈ０１Ｍ ５０／５５

Ｈ０１Ｍ ５０／５６４

Ｈ０１Ｇ １１／７４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

二次電池用端子に用いられる端子部品であって、
第１金属と、
凹部を有する第２金属と
を備え、
前記第１金属は、
一対の平坦面を備える軸部と、
前記軸部の長軸方向の一端に形成された嵌入部と
を有し、
前記第１金属および前記第２金属は、互いに異なる種類の金属であり、
前記第１金属と前記第２金属との境界には、
超音波接合によって接合された接合部と、
前記第１金属の前記嵌入部が前記第２金属の前記凹部に入り込んだカシメ部と
が形成されており、
ここで、前記凹部と前記嵌入部の間には、平面視において、前記平坦面と対向する対向方向に隙間が形成されており、
前記第２金属には、前記対向方向に沿って前記超音波接合の振動が付与された接合痕が形成されている、端子部品。

【請求項2】

前記隙間は、前記対向方向の両側に形成されている、請求項１に記載の端子部品。

【請求項3】

前記嵌入部は、前記軸部の長軸方向の一端から外径方向に延びている、請求項１または２に記載の端子部品。

【請求項4】

正極および負極を含む電極体と、
前記電極体を内部に収容した電池ケースと、
前記電極体における前記正極および前記負極それぞれと電気的に接続された正極端子および負極端子とを備えた二次電池であって、
前記正極端子および前記負極端子の少なくとも一方は、請求項１～３のいずれか一項に記載の端子部品を含む、二次電池。

【請求項5】

二次電池に用いられる端子部品の製造方法であって、
第１金属および第２金属を用意する用意工程、ここで、前記第１金属および前記第２金属は、互いに異なる種類の金属であり、前記第２金属は、開口よりも内部が広い凹部を有し、前記第１金属は、一対の平坦面を備える軸部と、前記軸部の長軸方向の一端に形成され前記第２金属の前記凹部に嵌入する嵌入部とを有する；
前記第２金属の前記凹部に前記第１金属の前記嵌入部を圧入することによって前記第１金属と前記第２金属とをかしめるカシメ工程、ここで、前記凹部と前記嵌入部の間に、平面視において、前記平坦面と対向する対向方向に隙間が形成されるようにかしめる；および
前記第１金属と前記第２金属とを超音波接合によって接合する接合工程、ここで、前記超音波接合の振動を前記対向方向に沿って付与する、
を包含する、端子部品の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、端子部品および端子部品の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

二次電池を構成する端子として、異種金属からなる端子に関する技術が提案されている。
特開２０１１－１２４０２４号公報には、複数の単電池をバスバで接続してなる組電池が開示されている。かかる組電池に用いられる正極端子を作製する方法として、銅の正極外部端子をアルミニウムの基部に超音波接合し、超音波接合で発生した異物を洗浄し、さらにかしめ成型を行うことが開示されている。ここでのかしめ成型は、凸型のパンチ工具と凹型のダイ工具とによって押圧することによって行われる。同公報によると、かかる正極端子は、銅製のバスバとの溶接性が良好であり、また、基部と外部端子の接合強度が十分に確保されるとされている。
特許第６２１６３６８号には、電極体と、電極体を収容するケースと、ケースの隔壁に固定され、一端に挿通部を備えるリベット部材と、被挿通部を備え、リベット部材と電気的に接続される導電性部材とを備える蓄電素子が開示されている。リベットの挿通部のビッカース硬さは、導電性部材における被挿通部の周辺領域のビッカース硬さよりも大きい。挿通部は、導電性部材に挿通された状態でかしめられる。それによって、被挿通部の周辺領域の厚みが減り、導電性部材の厚みの増加が抑えられるとされている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１１－１２４０２４号公報

【文献】特許第６２１６３６８号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、外部端子を構成する異種金属間を、超音波接合等の方法で接合することによって、異種金属間の導通性を向上させることができる。また、異種金属間をかしめ等の方法で機械的に締結させることによって、異種金属間の接合強度を向上させることができる。本発明者は、これらの方法を組み合わせた端子を二次電池に用いることを検討している。しかしながら、異種金属をかしめた状態で超音波振動を行う場合、かしめ構造が超音波接合時に与えられる超音波振動を阻害する懸念がある。

【課題を解決するための手段】

【0005】

ここで開示される端子部品は、二次電池用端子に用いられる端子部品である。端子部品は、第１金属と、凹部を有する第２金属とを備えている。第１金属は、一対の平坦面を備える軸部と、軸部の長軸方向の一端に形成された嵌入部とを有している。第１金属と第２金属との境界には、超音波接合によって接合された接合部と、第１金属の嵌入部が第２金属の凹部に入り込んだカシメ部とが形成されている。ここで、凹部と嵌入部の間には、平面視において、平坦面と対向する対向方向に隙間が形成されている。
かかる構成を備える端子部品は、超音波接合によって接合された接合部の接合強度が向上されている。

【0006】

隙間は、対向方向の両側に形成されていてもよい。かかる構成によって、接合部の接合強度がより向上されうる。
第２金属には、対向方向に沿って超音波接合の振動が付与された接合痕が形成されうる。嵌入部は、軸部の長軸方向の一端から外径方向に延びていてもよい。

【0007】

ここに開示される技術の他の側面として、正極および負極を含む電極体と、電極体を内部に収容した電池ケースと、電極体における正極および負極それぞれと電気的に接続された正極端子および負極端子とを備えた二次電池が提供される。二次電池の正極端子および負極端子の少なくとも一方は、ここで開示される端子部品を含んでいるとよい。

【0008】

ここに開示される技術の他の側面として、二次電池に用いられる端子部品の製造方法が提供される。端子部品の製造方法は、第１金属および第２金属を用意する用意工程、ここで、第２金属は、開口よりも内部が広い凹部を有し、第１金属は、一対の平坦面を備える軸部と、軸部の長軸方向の一端に形成され第２金属の凹部に嵌入する嵌入部とを有する；第２金属の凹部に第１金属の嵌入部を圧入することによって第１金属と第２金属とをかしめるカシメ工程、ここで、凹部と嵌入部の間に、平面視において、平坦面と対向する対向方向に隙間が形成されるようにかしめる；および第１金属と第２金属とを超音波接合によって接合する接合工程、ここで、超音波接合の振動を対向方向に沿って付与する、を包含する。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、リチウムイオン二次電池１０の部分断面図である。

【図2】図２は、図１のＩＩ－ＩＩ断面を示す断面図である。

【図3】図３は、図２のＩＩＩ－ＩＩＩ断面図である。

【図4】図４は、端子部品２００を模式的に示す断面図である。

【図5】図５は、端子部品２００を模式的に示す断面図である。

【図6】図６は、凹部２０２ａと嵌入部２０１ｂの形状を模式的に示す模式図である。

【図7】図７は、他の実施形態にかかる端子部品２００の凹部２０２ａと嵌入部２０１ｂの形状を模式的に示す模式図である。

【図8】図８は、他の実施形態にかかる端子部品２００の凹部２０２ａと嵌入部２０１ｂの形状を模式的に示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、ここで開示される端子部品および二次電池の一実施形態を説明する。ここで説明される実施形態は、当然ながら特に本発明を限定することを意図したものではない。各図面は模式的に描かれており、必ずしも実物を反映していない。また、数値範囲を示す「Ａ～Ｂ」などの表記は、特に言及されない限りにおいて「Ａ以上Ｂ以下」を意味する。なお、以下に説明する図面において、同じ作用を奏する部材、部位には同じ符号を付し、重複する説明は省略または簡略化することがある。また、本明細書において参照する各図における符号Ｘは「幅方向」を示し、符号Ｙは「長さ方向」を示し、符号Ｚは「高さ方向」を示し、符号Ｕは「超音波振動の振動方向」を示す。

【0011】

本明細書において「二次電池」とは、電解質を介して一対の電極（正極と負極）の間で電荷担体が移動することによって充放電反応が生じる蓄電デバイス一般をいう。かかる二次電池は、リチウムイオン二次電池、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池等のいわゆる蓄電池の他に、電気二重層キャパシタ等のキャパシタなども包含する。以下では、上述した二次電池のうち、リチウムイオン二次電池を対象とした場合の実施形態について説明する。

【0012】

〈リチウムイオン二次電池１０〉
図１は、リチウムイオン二次電池１０の部分断面図である。図１では、略直方体の電池ケース４１の片側の幅広面に沿って、内部を露出させた状態が描かれている。図１に示されたリチウムイオン二次電池１０は、いわゆる密閉型電池である。図２は、図１のＩＩ－ＩＩ断面を示す断面図である。図２では、略直方体の電池ケース４１の片側の幅狭面に沿って内部を露出させた状態の部分断面図が模式的に描かれている。

【0013】

リチウムイオン二次電池１０は、図１に示されているように、電極体２０と、電池ケース４１と、正極端子４２，負極端子４３とを備えている。

【0014】

〈電極体２０〉
電極体２０は、絶縁フィルム（図示は省略）などで覆われた状態で、電池ケース４１に収容されている。電極体２０は、正極要素としての正極シート２１と、負極要素としての負極シート２２と、セパレータとしてのセパレータシート３１，３２とを備えている。正極シート２１と、第１のセパレータシート３１と、負極シート２２と、第２のセパレータシート３２とは、それぞれ長尺の帯状の部材である。

【0015】

正極シート２１は、予め定められた幅および厚さの正極集電箔２１ａ（例えば、アルミニウム箔）に、幅方向の片側の端部に一定の幅で設定された未形成部２１ａ１を除いて、正極活物質を含む正極活物質層２１ｂが両面に形成されている。正極活物質は、例えば、リチウムイオン二次電池では、リチウム遷移金属複合材料のように、充電時にリチウムイオンを放出し、放電時にリチウムイオンを吸収しうる材料である。正極活物質は、一般的にリチウム遷移金属複合材料以外にも種々提案されており、特に限定されない。

【0016】

負極シート２２は、予め定められた幅および厚さの負極集電箔２２ａ（ここでは、銅箔）に、幅方向の片側の縁に一定の幅で設定された未形成部２２ａ１を除いて、負極活物質を含む負極活物質層２２ｂが両面に形成されている。負極活物質は、例えば、リチウムイオン二次電池では、天然黒鉛のように、充電時にリチウムイオンを吸蔵し、充電時に吸蔵したリチウムイオンを放電時に放出しうる材料である。負極活物質は、一般的に天然黒鉛以外にも種々提案されており、特に限定されない。

【0017】

セパレータシート３１，３２には、例えば、所要の耐熱性を有する電解質が通過しうる多孔質の樹脂シートが用いられる。セパレータシート３１，３２についても種々提案されており、特に限定されない。

【0018】

ここで、負極活物質層２２ｂの幅は、例えば、正極活物質層２１ｂよりも広く形成されている。セパレータシート３１，３２の幅は、負極活物質層２２ｂよりも広い。正極集電箔２１ａの未形成部２１ａ１と、負極集電箔２２ａの未形成部２２ａ１とは、幅方向において互いに反対側に向けられている。また、正極シート２１と、第１のセパレータシート３１と、負極シート２２と、第２のセパレータシート３２とは、それぞれ長さ方向に向きを揃え、順に重ねられて捲回されている。負極活物質層２２ｂは、セパレータシート３１，３２を介在させた状態で正極活物質層２１ｂを覆っている。負極活物質層２２ｂは、セパレータシート３１，３２に覆われている。正極集電箔２１ａの未形成部２１ａ１は、セパレータシート３１，３２の幅方向の片側からはみ出ている。負極集電箔２２ａの未形成部２２ａ１は、幅方向の反対側においてセパレータシート３１，３２からはみ出ている。

【0019】

上述した電極体２０は、図１に示されているように、電池ケース４１のケース本体４１ａに収容されうるように、捲回軸を含む一平面に沿った扁平な状態とされる。そして、電極体２０の捲回軸に沿って、片側に正極集電箔２１ａの未形成部２１ａ１が配置され、反対側に負極集電箔２２ａの未形成部２２ａ１が配置されている。

【0020】

〈電池ケース４１〉
電池ケース４１は、図１に示されているように、電極体２０を収容している。電池ケース４１は、一側面が開口した略直方体の角形形状を有するケース本体４１ａと、開口に装着された蓋４１ｂとを有している。この実施形態では、ケース本体４１ａと蓋４１ｂは、軽量化と所要の剛性を確保するとの観点で、それぞれアルミニウムまたはアルミニウムを主とするアルミニウム合金で形成されている。

【0021】

〈ケース本体４１ａ〉
ケース本体４１ａは、一側面が開口した略直方体の角形形状を有している。ケース本体４１ａは、略矩形の底面部６１と、一対の幅広面部６２，６３（図２参照）と、一対の幅狭面部６４，６５とを有している。一対の幅広面部６２，６３は、それぞれ底面部６１のうち長辺から立ち上がっている。一対の幅狭面部６４，６５は、それぞれ底面部６１のうち短辺から立ち上がっている。ケース本体４１ａの一側面には、一対の幅広面部６２，６３と一対の幅狭面部６４，６５で囲まれた開口４１ａ１が形成されている。

【0022】

〈蓋４１ｂ〉
蓋４１ｂは、一対の幅広面部６２，６３（図２参照）の長辺と、一対の幅狭面部６４，６５の短辺とで囲まれたケース本体４１ａの開口４１ａ１に装着される。そして、蓋４１ｂの周縁部が、ケース本体４１ａの開口４１ａ１の縁に接合される。かかる接合は、例えば、隙間がない連続した溶接によるとよい。かかる溶接は、例えば、レーザ溶接によって実現されうる。

【0023】

この実施形態では、蓋４１ｂには、正極端子４２と、負極端子４３とが取り付けられている。正極端子４２は、内部端子４２ａと、外部端子４２ｂとを備えている。負極端子４３は、内部端子４３ａと、外部端子４３ｂとを備えている。内部端子４２ａ，４３ａは、それぞれインシュレータ７２を介して蓋４１ｂの内側に取り付けられている。外部端子４２ｂ，４３ｂは、それぞれガスケット７１を介して蓋４１ｂの外側に取り付けられている。内部端子４２ａ，４３ａは、それぞれケース本体４１ａの内部に延びている。正極の内部端子４２ａは、正極集電箔２１ａの未形成部２１ａ１に接続されている。負極の内部端子４３ａは、負極集電箔２２ａの未形成部２２ａ１に接続されている。

【0024】

電極体２０の正極集電箔２１ａの未形成部２１ａ１と、負極集電箔２２ａの未形成部２２ａ１とは、図１に示されているように、蓋４１ｂの長手方向の両側部にそれぞれ取り付けられた内部端子４２ａ，４３ａに取り付けられている。電極体２０は、蓋４１ｂに取り付けられた内部端子４２ａ，４３ａに取付けられた状態で、電池ケース４１に収容される。なお、ここでは、捲回型の電極体２０が例示されている。電極体２０の構造はかかる形態に限定されない。電極体２０の構造は、例えば、正極シートと負極シートとが、セパレータシートとを介在させて交互に積層された積層構造でもよい。また、電池ケース４１内には、複数の電極体２０が収容されていてもよい。

【0025】

また、電池ケース４１は、電極体２０と一緒に、図示しない電解液を収容していてもよい。電解液としては、非水系溶媒に支持塩を溶解させた非水電解液を使用できる。非水系溶媒の一例として、エチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート等のカーボネート系溶媒が挙げられる。支持塩の一例として、ＬｉＰＦ_６等のフッ素含有リチウム塩が挙げられる。

【0026】

図３は、図２のＩＩＩ－ＩＩＩ断面図である。図３では、負極端子４３が蓋４１ｂに取り付けられた部位の断面が示されている。この実施形態では、負極の外部端子４３ｂには、異種金属を接合した部材が用いられている。図３では、外部端子４３ｂを構成する異種金属の構造や異種金属の界面などは図示されず、外部端子４３ｂの断面形状が模式的に示されている。

【0027】

蓋４１ｂは、図３に示されているように、負極の外部端子４３ｂを取り付けるための取付孔４１ｂ１を有している。取付孔４１ｂ１は、蓋４１ｂの予め定められた位置において蓋４１ｂを貫通している。蓋４１ｂの取付孔４１ｂ１には、ガスケット７１とインシュレータ７２を介在させて、負極の内部端子４３ａと外部端子４３ｂとが取り付けられる。取付孔４１ｂ１の外側には、取付孔４１ｂ１の周りにガスケット７１が装着される段差４１ｂ２が設けられている。段差４１ｂ２には、ガスケット７１が配置される座面４１ｂ３が設けられている。座面４１ｂ３には、ガスケット７１を位置決めするための突起４１ｂ４が設けられている。

【0028】

ここで、負極の外部端子４３ｂは、図３に示されているように、頭部４３ｂ１と、軸部４３ｂ２と、カシメ片４３ｂ３とを備えている。頭部４３ｂ１は、蓋４１ｂの外側に配置される部位である。頭部４３ｂ１は、取付孔４１ｂ１よりも大きな略平板状の部位である。軸部４３ｂ２は、ガスケット７１を介して取付孔４１ｂ１に装着される部位である。軸部４３ｂ２は、頭部４３ｂ１の略中央部から下方に突出している。カシメ片４３ｂ３は、図３に示されているように、蓋４１ｂの内部において、負極の内部端子４３ａにかしめられる部位である。カシメ片４３ｂ３は、軸部４３ｂ２から延びており、蓋４１ｂに挿通された後で折曲げられて負極の内部端子４３にかしめられる。

【0029】

〈ガスケット７１〉
ガスケット７１は、図３に示されているように、蓋４１ｂの取付孔４１ｂ１および座面４１ｂ３に取り付けられる部材である。この実施形態では、ガスケット７１は、座部７１ａと、ボス部７１ｂと、側壁７１ｃとを備えている。座部７１ａは、蓋４１ｂの取付孔４１ｂ１周りの外側面に設けられた座面４１ｂ３に装着される部位である。座部７１ａは、座面４１ｂ３に合わせて略平坦な面を有する。座部７１ａは、座面４１ｂ３の突起４１ｂ４に応じた凹みを備えている。ボス部７１ｂは、座部７１ａの底面から突出している。ボス部７１ｂは、蓋４１ｂの取付孔４１ｂ１に装着されるように取付孔４１ｂ１の内側面に沿った外形形状を有している。ボス部７１ｂの内側面は、外部端子４３ｂの軸部４３ｂ２が装着される装着孔となる。側壁７１ｃは、座部７１ａの周縁から上方に立ち上がっている。外部端子４３ｂの頭部４３ｂ１は、ガスケット７１の側壁７１ｃで囲まれた部位に装着される。

【0030】

ガスケット７１は、蓋４１ｂと外部端子４３ｂとの間に配置され、蓋４１ｂと外部端子４３ｂとの絶縁を確保している。また、ガスケット７１は、蓋４１ｂの取付孔４１ｂ１の気密性を確保している。かかる観点で、耐薬品性や耐候性に優れた材料が用いられるとよい。この実施形態では、ガスケット７１には、ＰＦＡが用いられている。ＰＦＡは、四フッ化エチレンとパーフルオロアルコキシエチレンとの共重合体（Tetrafluoroethylene-Perfluoroalkylvinylether Copolymer）である。なお、ガスケット７１に用いられる材料は、ＰＦＡに限定されない。

【0031】

〈インシュレータ７２〉
インシュレータ７２は、蓋４１ｂの取付孔４１ｂ１の周りにおいて、蓋４１ｂの内側に装着される部材である。インシュレータ７２は、ベース部７２ａと、孔７２ｂと、側壁７２ｃとを備えている。ベース部７２ａは、蓋４１ｂの内側面に沿って配置される部位である。この実施形態では、ベース部７２ａは、略平板状の部位である。ベース部７２ａは、蓋４１ｂの内側面に沿って配置され、ケース本体４１ａに収められるように、蓋４１ｂからはみ出ない程度の大きさを有している。孔７２ｂは、ガスケット７１のボス部７１ｂ内側面に対応して設けられた穴である。この実施形態では、孔７２ｂは、ベース部７２ａの略中央部に設けられている。蓋４１ｂの内側面に対向する側面において、孔７２ｂの周りには凹んだ段差７２ｂ１が設けられている。段差７２ｂ１には、取付孔４１ｂ１に装着されたガスケット７１のボス部７１ｂの先端が干渉しないように収められている。側壁７２ｃは、ベース部７２ａの周縁部から下方に立ち上がっている。ベース部７２ａには、負極の内部端子４３ａの一端に設けられる基部４３ａ１が収められる。インシュレータ７２には、電池ケース４１の内部に配置されるため、所要の耐薬品性を備えているとよい。この実施形態では、インシュレータ７２には、ＰＰＳが用いられている。ＰＰＳは、ポリフェニレンサルファイド樹脂（Poly Phenylene Sulfide Resin）である。なお、インシュレータ７２に用いられる材料は、ＰＰＳに限定されない。

【0032】

負極の内部端子４３ａは、基部４３ａ１と、接続片４３ａ２（図１および図２参照）とを備えている。基部４３ａ１は、インシュレータ７２のベース部７２ａに装着される部位である。この実施形態では、基部４３ａ１は、インシュレータ７２のベース部７２ａの周りの側壁７２ｃの内側に応じた形状を有している。接続片４３ａ２は、基部４３ａ１の一端から延びており、ケース本体４１ａ内に延びて電極体２０の負極の未形成部２２ａ１に接続されている（図１および図２参照）。

【0033】

この実施形態では、取付孔４１ｂ１にボス部７１ｂを装着しつつ、蓋４１ｂの外側にガスケット７１を取付ける。外部端子４３ｂがガスケット７１に装着される。この際、外部端子４３ｂの軸部４３ｂ２がガスケット７１のボス部７１ｂに挿通され、かつ、ガスケット７１の座部７１ａに外部端子４３ｂの頭部４３ｂ１が配置される。蓋４１ｂの内側は、インシュレータ７２と負極端子４３が取り付けられる。そして、図３に示されているように、外部端子４３ｂのカシメ片４３ｂ３が折曲げられて、負極端子４３の基部４３ａ１にかしめられる。外部端子４３ｂのカシメ片４３ｂ３と負極端子４３の基部４３ａ１とは、導通性を向上させるために部分的に溶接や金属接合により接合されているとよい。

【0034】

ところで、リチウムイオン二次電池１０の正極の内部端子４２ａ（図１参照）では、耐酸化還元性の要求レベルが負極に比べて高くない。そして、要求される耐酸化還元性と、軽量化の観点で、正極の内部端子４２ａにはアルミニウムが用いられうる。これに対して、負極の内部端子４３ａでは、耐酸化還元性の要求レベルが正極よりも高い。かかる観点で、負極の内部端子４３ａには、銅が用いられうる。他方で、外部端子４３ｂが接続されるバスバでは、軽量化および低コスト化の観点で、アルミニウムまたはアルミニウム合金が用いられうる。

【0035】

本発明者は、内部端子４３ａに接続される部位とバスバと接続される部位とで異なる種類の金属を用いることを検討している。すなわち、外部端子４３ｂのうち、バスバと接続される部位と、内部端子４３ａと接続される部位とで、それぞれに対して溶接性の高い金属を用いることを検討している。しかしながら、本発明者の知見では、異種金属接合は、導通性や接合強度への課題がある。本発明者は、金属間の導通を確保するために冶金的に接合すること、金属間の接合強度を向上させるために、金属間をかしめることを検討している。以下、ここで開示される端子部品２００について、端子部品２００の製造方法と併せて説明する。

【0036】

〈端子部品２００〉
図４および図５は、端子部品２００を模式的に示す模式図である。図６は、凹部２０２ａと嵌入部２０１ｂの形状を模式的に示す模式図である。端子部品２００は、図３に示された負極の外部端子４３ｂとして用いられうる。図４および図５では、端子部品２００を構成する第１金属２０１と第２金属２０２とが超音波接合によって接合される工程が模式的に示されている。図４では、Ｙ方向（すなわち、第２金属２０２の長さ方向）から見た端子部品２００が示されている。図５では、Ｘ方向（すなわち、第２金属２０２の幅方向）から見た端子部品２００が示されている。図４および図５では、第２金属２０２は、断面が図示されている。図４では、固定治具３２０の図示は省略されている。

【0037】

端子部品２００は、図４に示されているように、第１金属２０１と、凹部２０２ａを有する第２金属２０２とを備えている。第１金属２０１と第２金属２０２との境界には、超音波接合によって接合された接合部２０４と、第１金属２０１の嵌入部２０１ｂが第２金属２０２の凹部２０２ａに入り込んだカシメ部２０３とが形成されている。凹部２０２ａと嵌入部２０１ｂの間には、平面視において、後述する平坦面２０１ａ１と対向する対向方向に隙間２０５が形成されている（図５参照）。第１金属２０１は、端子部品２００のうち電池ケース４１（図１および図２参照）の内部に向けて配置され、負極の内部端子４３ａ（図３参照）に接続される部位を構成する。第２金属２０２は、端子部品２００のうち電池ケース４１（図１参照）の外部に露出し、バスバ等の外部の接続部品と接続される部位を構成する。この実施形態では、第１金属２０１は、銅から構成されており、第２金属は、アルミニウムから構成されている。

【0038】

ここで開示される端子部品２００を製造する方法は、以下の工程（ａ）～（ｃ）：
（ａ）第１金属２０１および第２金属２０２を用意する用意工程；
（ｂ）第２金属２０２の凹部２０２ａに第１金属２０１の嵌入部２０１ｂを圧入することによって第１金属２０１と第２金属２０２とをかしめるカシメ工程；
（ｃ）第１金属２０１と第２金属２０２とを超音波接合によって接合する接合工程
を含んでいる。

【0039】

＜工程（ａ）：用意工程＞
工程（ａ）では、第１金属２０１および第２金属２０２を用意する。ここで用意される第２金属２０２は、開口２０２ａ１よりも内部が広い凹部２０２ａを有する。ここで用意される第１金属２０１は、一対の平坦面２０１ａ１を備える軸部２０１ａと、軸部２０１ａの長軸方向の一端に形成された嵌入部２０１ｂとを有する。嵌入部２０１ｂは、第２金属２０２の凹部２０２ａに嵌入する部位である。

【0040】

この実施形態では、第１金属２０１の軸部２０１ａは、一部に一対の平坦面２０１ａ１が形成された略円柱形状である。一対の平坦面２０１ａ１は、超音波接合の際に固定治具３２０（図５参照）によってＹ方向の両側から押さえられる面である。嵌入部２０１ｂは、軸部２０１ａの長軸方向の一端から外径方向に延びており、いわゆるフランジ形状である。嵌入部２０１ｂは、軸部２０１ａの周方向に連続して形成されている。嵌入部２０１ｂの端部２０１ｂ１は、楕円形状であり、Ｘ方向が長軸方向であり、Ｙ方向が短軸方向である（図６参照）。嵌入部２０１ｂの外縁２０１ｂ２は、端部２０１ｂ１から軸方向内側に向かって外径が徐々に小さくなるテーパ面である。また、第１金属２０１は、嵌入部２０１ｂが設けられた側とは反対側に、さらに内部端子４３ａにかしめられるカシメ片４３ｂ３（図３参照）となる部位２０１ｃを備えている。

【0041】

第２金属２０２は、この実施形態では、平面視において角部にＲ加工が施された略矩形の板状である（図６参照）。第２金属２０２の一方の面２０２ｆ１の中央部には、第１金属２０１の嵌入部２０１ｂが収められる凹部２０２ａが設けられている。第２金属２０２の凹部２０２ａは、上述したように、開口２０２ａ１よりも内部が広くなっている。換言すると、凹部２０２ａの内部には、開口２０２ａ１から拡径した空間が形成されている。この実施形態では、凹部２０２ａの開口２０２ａ１および底部２０２ａ２は円形状である。つまり、凹部２０２ａは、円錐台形状に形成された空間である。凹部２０２ａの側周面２０２ａ３は、底部２０２ａ２から開口２０２ａ１からに向かって徐々に狭くなるテーパ面である。

【0042】

後の接合工程では、第２金属２０２の凹部２０２ａが設けられた面２０２ｆ１の反対側の面２０２ｆ２に、超音波接合を実施するためのホーン３００が当てられる。面２０２ｆ２には、ホーン３００が当てられる部分を位置決めするための凹部が設けられていてもよい。

【0043】

第１金属２０１の嵌入部２０１ｂと第２金属２０２の凹部２０２ａの寸法関係は、後の工程で第１金属２０１と第２金属２０２とがかしめられて固定されるような寸法に設定されているとよい。この実施形態では、嵌入部２０１ｂの端部２０１ｂ１の長径方向（すなわち、Ｘ方向）の両端にカシメ部２０３が形成されるよう、端部２０１ｂ１の長径は、底部２０２ａ２の直径よりも少し長くなっている。このような形状を有する第１金属２０１および第２金属２０２は、それぞれの部材の材料となる金属（この実施形態では、銅およびアルミニウム）に対し、例えば、鍛造加工や切削加工等の公知の金属加工を行うことによって用意することができる。

【0044】

＜工程（ｂ）：カシメ工程＞
工程（ｂ）では、第２金属２０２の凹部２０２ａに第１金属２０１の嵌入部２０１ｂを圧入することによって第１金属２０１と第２金属２０２とをかしめる。ここでは、凹部２０２ａと嵌入部２０１ｂの間に、平面視において、平坦面２０１ａ１と対向する対向方向に隙間２０５が形成されるようにかしめる。

【0045】

まず、第１金属２０１の嵌入部２０１ｂの端部２０１ｂ１と、第２金属２０２の凹部２０２ａの底部２０２ａ２とを対向させ、第１金属２０１と第２金属２０２を重ねる。この実施形態では、第１金属２０１の軸部２０１ａの平坦面２０１ａ１の対向方向と、第２金属２０２の長さ方向Ｙとが一致した状態で重ねる（図６参照）。次に、プレス機等を用いて、所要のプレス圧で第１金属２０１と第２金属２０２とを相互に加圧する。それによって、第１金属２０１と第２金属２０２は、一方が他方に対して塑性変形する。第１金属２０１の嵌入部２０１ｂは凹部２０２ａに入り込み、カシメ部２０３が形成される。カシメ部２０３では、嵌入部２０１ｂの外縁２０１ｂ２と凹部２０２ａの側周面２０２ａ３とは、圧入された状態になっている。このようなカシメ部２０３が形成されるよう、第１金属２０１と第２金属２０２の寸法は適宜調整されるとよい。プレス圧は、第１金属２０１と第２金属２０２の形状や金属種によって適宜設定されうる。

【0046】

この実施形態では、上述したように、第２金属２０２の凹部２０２ａの底部２０２ａ２は円形状であり、第１金属２０１の嵌入部２０１ｂの端部２０１ｂ１は楕円形状である。そのため、カシメ部２０３は、端部２０１ｂ１の長径方向の両側に形成される。第１金属２０１と第２金属２０２は、カシメ部２０３によって相互に固定されている。この実施形態では、アルミニウム製の第２金属２０２が銅製の第１金属２０１に対して塑性変形し、カシメ部２０３が形成されている。このように、第１金属２０１と第２金属２０２とがかしめられ、機械的に締結されていることにより、第１金属２０１と第２金属２０２との間の接合強度が確保されている。

【0047】

また、図５に示されているように、第２金属２０２の凹部２０２ａの直径に対して第１金属２０１の嵌入部２０１ｂの径が短い部分には、隙間２０５が形成される。この実施形態では、隙間２０５は、嵌入部２０１ｂの端部２０１ｂ１の短径方向（すなわち、平面視において、平坦面２０１ａ１と対向する対向方向）の両側に形成されている。

【0048】

＜工程（ｃ）：接合工程＞
工程（ｃ）では、第１金属２０１と第２金属２０２とを超音波接合によって接合する。ここでは、超音波接合の振動を上記対向方向に沿って付与する。これによって、接合部２０４が形成される。なお、超音波接合の接合条件は、第１金属２０１と第２金属２０２の金属種、寸法等に応じて適宜設定される。これに限定されないが、例えば、振幅２０μｍ～８０μｍ程度、周波数１５ｋＨｚ～１５０ｋＨｚ程度、被接合物に与えられるエネルギー量は５０Ｊ～５００Ｊ程度に設定されうる。

【0049】

超音波接合は、ホーン３００と、アンビル３１０と、固定治具３２０とを用いて行う。まず、第２金属２０２が重ねられた第１金属２０１をアンビル３１０に配置する。次に、図５に示されているように、固定治具３２０を用いて、第１金属２０１を一対の平坦面２０１ａ１の両側から挟んで固定する。第１金属２０１を固定した状態で、ホーン３００を第２金属２０２に当て、加圧しながら超音波振動を付与する。この実施形態では、ホーン３００は、第２金属２０２の中心部２０６（図６参照）に当てられる。超音波振動の振動方向Ｕは、一対の平坦面２０１ａ１が固定治具３２０によって固定される方向（Ｙ方向）と平行である。これによって、超音波振動を付与する際のエネルギーの損失を低減することができる。

【0050】

図６に示されているように、振動方向Ｕは、平面視において、平坦面２０１ａ１と隙間２０５とが対向した方向と一致している。つまり、振動方向Ｕは、中心部２０６から見て隙間２０５が形成されている方向と一致している。ところで、本発明者の知見では、超音波接合によって２つの部材を接合する際には、ホーンが当てられる接合界面に付与される超音波振動に合わせて、接合される部材全体にも振動が伝わる。２つの部材が隙間なく締結されている場合は、部材全体として振動が伝わりにくくなりうる。その結果、接合界面の振動が阻害され、超音波接合による接合界面の接合強度が低下する懸念がある。この実施形態では、上述したように、振動方向Ｕと隙間２０５が形成されている方向が一致している。それによって、振動が阻害されにくくなり、接合強度の高い接合部２０４が形成される。また、隙間２０５が形成されていることによって、超音波接合時に第１金属２０１と第２金属２０２に大きなエネルギーが与えられる場合にも、変形が隙間２０５内に抑えられうる。それによって、第１金属２０１と第２金属２０２の外形の変形を低減することができる。

【0051】

接合部２０４は、ホーン１００が当てられる中心部２０６と対応する位置に形成される。また、第２金属２０２には、中心部２０６に接合痕が形成されうる。接合痕は、上記対向方向に沿って超音波接合の振動が付与される際に形成されうる。そのため、接合痕は、振動方向Ｕと垂直な方向と比較して、振動方向Ｕの両側に大きなバリが形成されうる。

【0052】

以上のようにして、端子部品２００を製造することができる。端子部品２００は、第１金属２０１と第２金属２０２との境界に、カシメ部２０３と、超音波接合によって接合された接合部２０４が形成されている。カシメ部２０３では、第１金属２０１と第２金属２０２の接合強度が確保されている。接合部２０４では、超音波接合によって固相接合されており、低い電気抵抗による導通性が確保されている。端子部品２００は、二次電池の正極端子や負極端子として利用可能である。

【0053】

上述した端子部品２００は、凹部２０２ａと嵌入部２０１ｂの間に、平面視において、平坦面２０１ａ１と対向する対向方向に隙間２０５が形成されている。それによって、超音波接合によって接合された接合部２０４の接合強度が向上されている。接合部２０４の接合強度が向上することによって、第１金属２０１と第２金属２０２の導通性が長期にわたって維持される。また、超音波接合でエネルギーが与えられたことによる変形も低減される。

【0054】

上述した実施形態では、隙間２０５は、上記対向方向の両側に形成されている。かかる構成によって、第１金属２０１と第２金属２０２の相対的な振動がより阻害されにくくなる。それによって、接合部２０４の接合強度が向上しうる。

【0055】

上述した実施形態では、第２金属２０２の凹部２０２ａの底部２０２ａ２が円形状であり、第１金属２０１の嵌入部２０１ｂの端部２０１ｂ１が楕円形状であったが、かかる形態に限定されない。例えば、嵌入部２０１ｂの端部２０１ｂ１が、部分的にカットされた円形状であってもよい。

【0056】

図７は、他の実施形態にかかる端子部品２００の凹部２０２ａと嵌入部２０１ｂの形状を模式的に示す模式図である。図７に示されている実施形態では、凹部２０２ａは、円錐台形状に形成された空間である。嵌入部２０１ｂは、Ｙ方向の両端を除いて凹部２０２ａの形状と一致している。嵌入部２０１ｂは、Ｙ方向の両端が直線状にカット（いわゆる、Ｄカット）されたような形状である。

【0057】

図８は、他の実施形態にかかる端子部品２００の凹部２０２ａと嵌入部２０１ｂの形状を模式的に示す模式図である。図８に示されている実施形態では、凹部２０２ａは、円錐台形状に形成された空間である。嵌入部２０１ｂは、Ｙ方向の両端を除いて凹部２０２ａの形状と一致している。嵌入部２０１ｂは、Ｙ方向の両端が円弧状にカットされたような形状である。

【0058】

図７および図８に示されている実施形態では、周方向において、カットされた部分には隙間２０５が形成されており、カットされた部分を除いた部分においてはカシメ部２０３が形成されている。隙間２０５が形成されている方向と振動方向Ｕを合わせることによって、超音波接合によって接合される接合部の接合強度を向上させることができる。

【0059】

図６～図８に示された実施形態では、Ｙ方向の両端に隙間２０５が形成されていたが、かかる形態に限定されない。例えば、隙間２０５は、平坦面２０１ａ１の上記対向方向のうち一方のみに形成されていてもよい。また、平坦面２０１ａ１の上記対向方向以外の部分にも隙間が形成されていてもよい。
図６～図８に示された実施形態では、第２金属２０２の凹部２０２ａが円錐台形状に形成された空間であり、その円錐台形状の内側に、凹部２０２ａと嵌入部２０１ｂの間に隙間２０５が形成されていたが、かかる形態に限定されない。例えば、嵌入部が円錐台形状であり、その円錐台形状の外側に隙間が形成されるよう、凹部の一部に当該嵌入部に対して広がった部分が設けられていてもよい。

【0060】

以上、ここで開示される端子部品、二次電池および端子部品の製造方法について、種々説明した。特に言及されない限りにおいて、ここで挙げられた端子部品および電池の実施形態などは本発明を限定しない。また、ここで開示される電池は、種々変更でき、特段の問題が生じない限りにおいて、各構成要素やここで言及された各処理は適宜に省略され、または、適宜に組み合わされうる。

【符号の説明】

【0061】

１０ リチウムイオン二次電池
２０ 電極体
２１ 正極シート
２２ 負極シート
３１，３２ セパレータシート
４１ 電池ケース
４１ａ ケース本体
４１ｂ 蓋
４２ 正極端子
４２ａ 正極の内部端子
４２ｂ 正極の外部端子
４３ 負極端子
４３ａ 負極の内部端子
４３ａ１ 基部
４３ａ２ 接続片
４３ｂ 負極の外部端子
４３ｂ１ 頭部
４３ｂ２ 軸部
４３ｂ３ カシメ片
７１ ガスケット
７２ インシュレータ
２００ 端子部品
２０１ 第１金属
２０１ａ 軸部
２０１ａ１ 平坦面
２０１ｂ 嵌入部
２０１ｂ１ 端部
２０１ｂ２ 外縁
２０１ｃ カシメ片となる部位
２０２ 第２金属
２０２ａ 凹部
２０２ａ１ 開口
２０２ａ２ 底部
２０２ａ３ 側周面
２０２ｆ１，２０２ｆ２ 面
２０３ カシメ部
２０４ 接合部
２０５ 隙間
２０６ 中心部
３００ ホーン
３１０ アンビル
３２０ 固定治具

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】