JP7522700B2 - 端子、二次電池および端子の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、端子、二次電池および端子の製造方法に関する。

二次電池用端子を構成する金属部材の溶接性の向上等を目的として、端子部材の一部にめっきを施す技術が開示されている。
特開２０１４－１７０８１号公報には、金属メッキ層が形成された負極外部端子板と、負極接続端子を有する負極端子部材が開示されている。負極外部端子板は、電池蓋上に配置され、バスバと接続される部品である。負極外部端子板は、貫通孔を備えている。負極接続端子は、貫通孔を貫通し、金属メッキ層を介してカシメられている。かかる構成によると、負極端子板と負極接続端子の密着性を向上させることができ、接続抵抗の低減を図ることができるとされている。

特開２０１４－１７０８１号公報

ところで、本発明者は、異種金属からなる端子部品を、二次電池用の外部端子として用いることを検討している。二次電池が車両に用いられる場合、車両の走行振動がバスバを通じて二次電池の外部端子にも伝わる。外部端子が複数の金属から構成されている場合には、金属間の接合界面にも振動が伝わる。本発明者は、振動等の外力が伝わっても、金属間の接合界面の接合状態が維持されるような、耐久性の高い端子部品を提案したいと考えている。

ここで開示される端子部品は、第１金属と、第１金属が重ねられた第２金属とを備えている。第１金属と第２金属の境界面には、金属の拡散によって接合された接合部が形成されている。第２金属は、接合部を除く部分に、絶縁処理が施されている絶縁部を有する。
かかる端子部品には、接合強度の高い接合部が形成されており、端子部品の耐久性が向上されている。

接合部は、境界面の中心位置を含んで形成されていてもよい。
絶縁部は、アルマイト処理、ニッケルめっき、樹脂塗工のうちいずれかの方法により形成された層であってもよい。
第２金属は、第１金属に重ねられた部位に開口よりも内部が広い凹部を有し、第１金属は、凹部に入り込んだ部位を有していてもよい。
電池ケースと、電池ケースに取り付けられた電極端子とを備えた二次電池において、電極端子は、上述した端子部品で構成された部位を含んでいてもよい。

ここで開示される端子部品の製造方法は、第１金属を用意する工程と、第２金属を用意する工程と、第１金属と第２金属とを通電し、第１金属と第２金属の境界の一部を接合する工程とを含む。第２金属は、第１金属との境界面に、第１金属と接合される接合予定部が設定されており、かつ、接合予定部を除く部分に、絶縁処理が施された絶縁部を有する。
かかる製造方法によると、金属の拡散によって接合された接合部の接合強度を向上させることができる。

接合予定部は、境界面の中心位置を含んで設定されていてもよい。
絶縁部は、アルマイト処理、ニッケルめっき、樹脂塗工のうちいずれかの方法により形成された層であってもよい。
第２金属を用意する工程は、絶縁処理が施された第２金属の表面に対し、超音波加工、研削加工、レーザアブレーション法のうちいずれかの方法で絶縁部を除去することによって接合予定部を設けることを含んでいてもよい。

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は、図１のＩＩ－ＩＩ断面を示す断面図である。 図３は、図２のＩＩＩ－ＩＩＩ断面図である。 図４は、端子部品２００を模式的に示す断面図である。

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。本発明は、特に言及されない限りにおいて、ここで説明される実施形態に限定されない。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、同一の作用を奏する部材・部位には、適宜に同一の符号を付し、重複する説明を省略する。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、図における寸法関係（長さ、幅、厚さ等）は実際の寸法関係を反映するものではない。

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。

〈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。

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。

〈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。

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。

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。

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。

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。

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。

〈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。

〈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。

〈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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

〈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。

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。

〈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。

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）。

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。

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（図１参照）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。

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、金属間を機械的に締結することと、金属間の導通を確保するために冶金的に接合す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。ここでは、端子部品２００は、銅とアルミニウムから構成されている。なお、外部端子４３ｂを構成する金属は、銅とアルミニウムに限定されない。

〈端子部品２００〉
図４は、端子部品２００を模式的に示す断面図である。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では、端子部品２００について、異種金属の構造や異種金属の界面が模式的に示されている。また、図４では、端子部品２００を構成する第１金属２０１と第２金属２０２とが接合される工程が模式的に示されている。

端子部品２００は、図４に示されているように、第１金属２０１と、第１金属２０１に重ねられた第２金属２０２とを備えている。第１金属２０１と第２金属２０２の凹部２０２ａの境界面２０２ａ２，２０２ａ３の一部には、金属の拡散によって接合された接合部２０３が形成されている。第２金属２０２は、凹部２０２ａの表面のうち、接合部２０３を除く部分に、絶縁処理が施されている絶縁部２０２ｂを有している。この実施形態では、第２金属２０２は、第１金属２０１に重ねられた部位に、凹部２０２ａを有している。凹部２０２ａは、開口２０２ａ１よりも内部が広くなっている。第１金属２０１は、凹部２０２ａに入り込んだ部位を有している。接合部２０３は、第１金属２０１と第２金属２０２の凹部２０２ａの底部２０２ａ２との境界の一部に形成されている。第２金属２０２は、凹部２０２ａの表面のうち、接合部２０３を除く部分に、絶縁処理が施されている絶縁部２０２ｂを有している。

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を用意する工程；
（ｂ）第２金属２０２を用意する工程；
（ｃ）第１金属２０１と第２金属２０２とを通電し、第１金属２０１と第２金属２０２の境界の一部を接合する工程；
を含んでいる。ここで、第２金属２０２の凹部２０２ａには、第１金属２０１と接合される接合予定部２０２ｃが設定されている。第２金属２０２は、接合予定部２０２ｃを除く部分に、絶縁処理が施された絶縁部２０２ｂを有している。

＜工程（ａ）：第１金属２０１を用意する工程＞
工程（ａ）では、第１金属２０１を用意する。
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。この実施形態では、第１金属２０１は、銅から構成されている。第１金属２０１は、例えば、第１金属２０１の材料（この実施形態では、銅）に対して公知の金属加工方法によって、所定の形状に加工することにより、用意することができる。金属加工は、例えば、鍛造加工や切削加工等によって行うことができる。

この実施形態では、第１金属２０１は、軸部２０１ａと、軸部２０１ａの一端から外径方向に延びたフランジ部２０１ｂとを有している。第１金属２０１の、フランジ部２０１ｂが設けられた端部２０１ａ１は、略円形状である。フランジ部２０１ｂは、軸部２０１ａの周方向に連続して形成されている。フランジ部２０１ｂの外縁２０１ｂ１は、フランジ部２０１ｂを含む第１金属２０１の端面側から他方の側面側に向けて徐々に外径が小さくなるように傾斜したテーパ面で構成されている。また、軸部２０１ａには、フランジ部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となる部位２０１ｃが設けられている。

＜工程（ｂ）：第２金属２０２を用意する工程＞
工程（ｂ）では、第２金属２０２を用意する。この工程は、第２金属２０２の一部に絶縁処理を施すことを含んでいてもよい。
第２金属２０２は、端子部品２００のうち電池ケース４１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２金属２０２は、開口２０２ａ１よりも内部が広い凹部２０２ａを備えている。

この実施形態では、第２金属２０２は、展延性を有し、第１金属２０１よりも剛性が低いアルミニウムから構成されている。第２金属２０２は、板状であり、一方の面２０２ｆ１は、外部の接続部品と接続される面である。第２金属２０２は、他方の面２０２ｆ２に、凹部２０２ａを有している。凹部２０２ａは、フランジ部２０１ｂを含む第１金属２０１の端部２０１ａ１を覆うことができる形状を有している。この実施形態では、凹部２０２ａの側周面２０２ａ３は、開口２０２ａ１から底部２０２ａ２に向かって徐々に広がるように傾斜したテーパ面である。第２金属２０２の凹部２０２ａの底部２０２ａ２は、第１金属２０１のフランジ部２０１ｂの外径（端部２０１ａ１）に対応する大きさを有している。また、上述したように、凹部２０２ａは、開口２０２ａ１から底部２０２ａ２に向かって傾斜している。そのため、凹部２０２ａの開口２０２ａ１は、第１金属２０１のフランジ部２０１ｂの外径よりも狭い開口面積を有している。
第２金属２０２の材料（この実施形態では、アルミニウム）に対して、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、第２金属２０２を上述した形状に加工することができる。

第２金属２０２には、第１金属２０１と接合される接合予定部２０２ｃが設定されている。接合予定部２０２ｃは、第１金属２０１の端部２０１ａ１と対向する面（すなわち、凹部２０２ａの底部２０２ａ２）の一部に設定されている。この実施形態では、接合予定部２０２ｃは、凹部２０２ａの底部２０２ａ２の中心位置（すなわち、第１金属２０１と第２金属２０２の境界面２０２ａ２の中心位置）を含んで設定されている。

絶縁部２０２ｂは、接合予定部２０２ｃよりも電気抵抗率が高くなるように、第２金属２０２の表面に絶縁処理が施された部位である。第２金属２０２の表面には、絶縁部２０２ｂと、絶縁部２０２ｂよりも電気抵抗率が低い非絶縁部２０２ｄが形成されている。絶縁部２０２ｂは、少なくとも凹部２０２ａの表面に設けられている。非絶縁部２０２ｄは、少なくとも接合予定部２０２ｃに設けられている。

上述したように、この実施形態では、接合予定部２０２ｃは、凹部２０２ａの底部２０２ａ２の中心位置を含んで設定されている。絶縁部２０２ｂは、凹部２０２ａの表面において、接合予定部２０２ｃ以外の部分に設けられている。つまり、絶縁部２０２ｂは、凹部２０２ａの表面において、底部２０２ａ２の中心位置を含んだ一部を除いた部分と、側周面２０２ａ３に設けられている。この実施形態では、絶縁部２０２ｂは、凹部２０２ａが形成されている面２０２ｆ２にも設けられている。それによって、外部端子４３ｂの頭部４３ｂ１と蓋４１ｂとの絶縁性が向上されている（図３参照）。非絶縁部２０２ｄは、接合予定部２０２ｃ、面２０２ｆ１、側面２０２ｆ３に設けられている。

絶縁部２０２ｂは、第２金属２０２の表面に選択的に絶縁処理を施すことにより形成された層でありうる。絶縁部２０２ｂの構成は特に限定されないが、例えば、アルマイト処理、ニッケルめっき、樹脂塗工等によって形成された層（以下、絶縁層ともいう。）が例示される。絶縁層の厚みは特に限定されないが、３０μｍ以下であってもよく、例えば、２０μｍ以下や１０μｍ以下であってもよい。非絶縁部２０２ｄには、このような絶縁層が形成されていなくてもよい。また、非絶縁部２０２ｄには、絶縁部の電気抵抗よりも低い電気抵抗となるように、絶縁部２０２ｂよりも薄い絶縁層が形成されていてもよい。この実施形態では、接合予定部２０２ｃを含む非絶縁部２０２ｄには、絶縁層が形成されていない。すなわち、接合予定部２０２ｃでは、アルミニウムが露出している。

アルマイト処理は、アルミニウム表面に酸化被膜を形成する処理である。第２金属２０２がアルミニウム製である場合には、第２金属２０２の表面にアルマイト処理を施すことにより、強度、耐腐食性、絶縁性に優れる絶縁層を形成することができる。ニッケルめっきは、アルミニウムや銅等と比較して電気抵抗率の高いニッケルを第２金属２０２の表面にめっきする処理である。ニッケルめっきは、電解めっきや無電解めっきによって施すことができる。ニッケルめっきによって絶縁層を形成する場合には、融点の高く反応性の低い絶縁層（ニッケルめっき層）を形成する観点から、電解めっきによってニッケルめっきを施すことが好ましい。

アルマイト処理やニッケルめっきによって絶縁処理を施す場合は、例えば、第２金属２０２の表面にこれらの処理を施して絶縁層を形成させた後に、部分的に絶縁層を除去することによって、絶縁部２０２ｂと非絶縁部２０２ｄとを形成してもよい。絶縁層を除去する方法は特に限定されないが、例えば、超音波加工や研削加工等によって絶縁部を除去することができる。研削加工では、被膜よりも硬度の高いエンドミルによって被覆された部分に対して超音波振動を加え、被覆された部分を除去することができる。超音波加工では、被膜よりも硬度の高い超音波ツールによって被覆された部分に対して超音波振動を加え、被覆された部分を除去することができる。このような方法で絶縁層の厚みの調整を行った場合には、エンドミルや超音波ツールを押し当てたことによる痕跡が残りうる。なお、超音波加工によって絶縁部を除去する際には、超音波振動が加えられた部分の表面の油分や汚れ等も一緒に除去されうる。そのため、後の工程で接合される面（すなわち、底部２０２ａ２）が良好な状態に保たれうる。

接合予定部２０２ｃが絶縁層によって被覆されている場合は、接合予定部２０２ｃを被覆する絶縁層を除去することによって、接合予定部２０２ｃの電気抵抗率を低くするとよい。なお、接合予定部２０２ｃを被覆している絶縁層を完全に除去する必要はない。つまり、後の工程で第１金属２０１と第２金属２０２とを通電する際に、周囲と比較して接合予定部２０２ｃに電流が集中する程度に絶縁層が除去されていればよい。かかる観点から、接合予定部２０２ｃの絶縁層の厚みは、アルマイト処理やニッケルめっきによって形成された絶縁部２０２ｂの絶縁層の厚み以下である。接合予定部２０２ｃの絶縁層の厚みは、アルマイト処理やニッケルめっきによって形成された絶縁部２０２ｂの絶縁層の厚みの０．５倍以下であることが好ましく、０．２倍以下であってもよい。

なお、アルマイト処理やニッケルめっきによって絶縁処理を施す方法は、上述の方法に限られない。例えば、第２金属２０２の表面の非絶縁部２０２ｄとなる部分をマスキングした状態でアルマイト処理やニッケルめっきを施してもよい。また、絶縁処理後に非絶縁部２０２ｄの絶縁層を除去する方法と、絶縁処理前に非絶縁部２０２ｄをマスキングする方法を組み合わせてもよい。

樹脂塗工は、電気抵抗率の高い樹脂を第２金属２０２の表面に塗工する処理である。例えば、液体または半固体状態の樹脂を第２金属２０２の表面に塗工し、乾燥させ硬化させることで絶縁部２０２ｂを形成してもよい。塗工する樹脂の種類は特に限定されないが、二次電池の使用温度に耐えうる耐熱性、電解液、酸、アルカリ等に対する耐腐食性、良好な機械特性等を有することが好ましい。塗工する樹脂としては、例えば、ポリベンゾイミダゾール（ＰＢＩ）樹脂、ポリイミド（ＰＩ）樹脂等が例示される。塗工する樹脂の厚みは特に限定されないが、後の工程で第１金属２０１と、いわゆるかしめ構造が形成される観点から、２０μｍ以下であるとよく、１０μｍ以下であることが好ましく、５μｍ以下であってもよい。

樹脂塗工によって絶縁処理を施す場合は、例えば、第２金属２０２の表面に樹脂（絶縁）を塗工した後に、部分的に樹脂を除去することによって、絶縁部２０２ｂと非絶縁部２０２ｄとを形成してもよい。第２金属２０２の表面に塗工された樹脂は、例えば、レーザアブレーション等によって除去することができる。また、第２金属２０２の表面に樹脂を塗工する際に、非絶縁部２０２ｄとなる部分に塗工は行わず、絶縁部２０２ｂとなる部分にのみ塗工することによって、絶縁部２０２ｂと非絶縁部２０２ｄとを形成してもよい。樹脂の塗工後に部分的に除去する方法と、樹脂を部分的に塗工する方法とを組み合わせてもよい。樹脂塗工では、部分的に樹脂を塗工したり、樹脂を除去したりする際の操作を比較的容易に行うことができる。つまり、煩雑な処理を要することなく、絶縁部２０２ｂと非絶縁部２０２ｄを形成することができる。

樹脂塗工によって絶縁処理を施す場合は、後の工程で第１金属２０１と第２金属２０２の通電を行う際の発熱によって樹脂が損傷されないような範囲に塗工することが好ましい。通電時の発熱によって、樹脂がガラス転移温度を上回らないようにすることが好ましい。例えば、接合予定部２０２ｃよりも広めに非絶縁部２０２ｄを設定することによって、通電時に電流が集中することを緩和することができる。

＜工程（ｃ）：第１金属２０１と第２金属２０２とを通電し、接合する工程＞
工程（ｃ）では、第１金属２０１と第２金属２０２とを通電し、第１金属２０１と第２金属２０２の境界面２０２ａ２，２０２ａ３の一部を金属の拡散によって接合する。
この実施形態では、第１金属２０１の一部を第２金属２０２の凹部２０２ａに入り込ませることによって、第１金属２０１と第２金属２０２を機械的に接合し、その後に、第１金属２０１と第２金属２０２を金属の拡散によって接合する。

まず、第１金属２０１と第２金属２０２を相互に加圧することによって第１金属２０１を凹部２０２ａに入り込ませる。例えば、第１金属２０１の端部２０１ａ１に第２金属２０２を重ねた状態で、プレス機等を用いて所要のプレス圧をかける。それによって、第２金属２０２は塑性変形し、第１金属２０１のフランジ部２０１ｂを含んだ部分は凹部２０２ａに入り込む。図４に示されているように、第１金属２０１のフランジ部２０１ｂを含む端部２０１ａ１は、第２金属２０２の凹部２０２ａに収められる。第１金属２０１と第２金属２０２には、いわゆるかしめ構造が形成される。第１金属２０１と第２金属２０２とがこのように機械的に締結されることによって、第１金属２０１と第２金属２０２との高い接合強度が実現される。

次いで、この実施形態では、いわゆる抵抗溶接によって第１金属２０１と第２金属２０２を接合する。工程（ｃ）で機械的に締結された第１金属２０１と第２金属２０２を、電極３０１，３０２で挟み込み、通電を行う。通電条件は特に限定されないが、例えば、電流値は９ｋＡ～１２ｋＡ、圧力は５０Ｎ～５００Ｎ、通電時間は２０ｍｓ～３００ｍｓ程度に設定されうる。

上述したように、第２金属２０２の接合予定部２０２ｃは、絶縁層が形成されていないか、形成されていても、絶縁部２０２ｂと比較して薄くなっている。そのため、第１金属２０１と第２金属２０２の境界において、接合予定部２０２ｃの電気抵抗率は低く抑えられている。電極３０１，３０２で挟み込んだ第１金属２０１と第２金属２０２とを通電すると、接合予定部２０２ｃに電流が集中する。接合予定部２０２ｃに電流が集中すると、電流が集中した部位での発熱量が多くなる。発熱量が多くなった接合予定部位２０２ｃでは、第１金属２０１および第２金属２０２を構成する金属の拡散が起こる。その結果、接合部２０３が形成される。この実施形態では、第１金属２０１を構成する銅が第２金属２０２を構成するアルミニウムに対して拡散すると同時に、第２金属２０２を構成するアルミニウムが第１金属を構成する銅に拡散し、接合部２０３が形成される。
このようにして、端子部品２００を製造することができる。

端子部品２００の接合部２０３は、いわゆる冶金的接合によって接合されている。それによって、第１金属２０１と第２金属２０２の間の導通抵抗が低く抑えられている。
通電条件や絶縁部２０２ｂの構成等によっても異なるが、接合部２０３では、一方の金属が他方の金属に対してそれぞれ拡散した接合構造が実現されうる。例えば、接合部２０３では、銅製の第１金属２０１側からアルミニウム製の第２金属２０２側に、銅が１５μｍ～５０μｍ程度拡散しうる。また、接合部２０３では、アルミニウム製の第２金属２０２側から銅製の第１金属２０１側にアルミニウムが１μｍ～１０μｍ程度拡散しうる。銅がアルミニウムに拡散している領域では、主にＣｕＡｌ_２とアルミニウムのデンドライト共晶とからなる拡散層が形成されうる。アルミニウムが銅に拡散している領域では、主にＣｕ_９Ａｌ_４からなる拡散層が形成されうる。このような接合状態は、例えば、接合部２０３の断面を、ＳＥＭによって観察することによって確認することができる。

上述した端子部品２００は、図４に示されているように、第１金属２０１と第２金属２０２の境界面２０２ａには、金属の拡散によって接合された接合部２０３が形成されている。この接合部２０３では、金属の拡散によって接合された部位を有することによって、異種金属が用いられているにも関わらず、低い導通抵抗が実現されている。また、第１金属２０１と第２金属２０２の境界面２０２ａには、一部を除いて絶縁部２０２ｂが形成されている。そのため、抵抗溶接時に、電流集中により狭い範囲での接合が行われ、接合部２０３の接合強度が高くなっている。端子部品２００に振動等による外力が伝わっても、接合部２０３の接合状態が維持されやすい。すなわち、端子部品２００の耐久性が向上されている。

上述した実施形態では、端子部品２００の接合部２０３は、境界面２０２ａ２の中心位置を含んで形成されている。かかる構成の端子部品２００を二次電池１０の外部端子４３ｂとして用いることによって、第１金属２０１と第２金属２０２の界面に電解液が侵入しにくく、接合部２０３が腐食されにくい構成とすることができる。また、外部端子４３ｂとして用いられる端子部品２００にバスバが取り付けられ、バスバを通して振動が伝わる際にも、接合部２０３が凹部２０２ａの中心位置を含んで形成されていることによって、接合部２０３に大きな力がかかりにくい。

電池ケース４１と、電池ケース４１に取り付けられた電極端子４２，４３とを備えた二次電池１００において、電極端子４２，４３は、端子部品２００で構成された部位を含んでいてもよい。

以上、ここで開示される端子部品および二次電池について、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。

例えば、上述した実施形態では、軸部２０１ａと、軸部２０１ａの一端から外径方向に延びたフランジ部２０１ｂとを有する第１金属２０１に、開口２０２ａ１よりも内部が広い第２金属２０２が重ねられていた。しかしながら、第１金属は、フランジ部を有する形態に限定されない。例えば、軸部から突出する部位を有し、当該突出する部位が第２金属の凹部に入り込むような構成であってもよい。また、第１金属が第２金属の凹部に入り込む部位は、連続的に形成されていなくてもよく、間欠的に形成されていてもよい。
上述した実施形態では、第２金属２０２の凹部２０２ａは、開口２０２ａ１から底部２０２ａ２に向かって傾斜しているテーパ面であった。第１金属２０１のフランジ部２０１ｂは、凹部２０２ａに対応する形状を有していた。かかる形態に限定されず、例えば、凹部は、側面の中央部が広くなるような形状であってもよい。
また、上述した実施形態では、接合部２０３は、第２金属２０２の凹部２０２ａの中心位置を含んで一箇所に形成されていたが、接合部の数や位置は特に限定されない。接合部は複数個所設けられてもよい。接合部は、第２金属の凹部の側面にも設けられていてもよい。接合部の数や位置等は、第１金属と第２金属の形状等に応じて、適宜設定するとよい。

１０ リチウムイオン二次電池
２０ 電極体
２１ 正極シート
２１ａ 正極集電箔
２１ａ１ 未形成部
２１ｂ 正極活物質層
２２ 負極シート
２２ａ 負極集電箔
２２ａ１ 未形成部
２２ｂ 負極活物質層
３１，３２ セパレータシート
４１ 電池ケース
４１ａ ケース本体
４１ａ１ 開口
４１ｂ 蓋
４１ｂ１ 取付孔
４１ｂ２ 段差
４１ｂ３ 座面
４１ｂ４ 突起
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
６１ 底面部
６２，６３ 幅広面部
６４，６５ 幅狭面部
７１ ガスケット
７１ａ 座部
７１ｂ ボス部
７１ｃ 側壁
７２ インシュレータ
７２ａ ベース部
７２ｂ 孔
７２ｂ１ 段差
７２ｃ 側壁
２００ 端子部品
２０１ 第１金属
２０１ａ 軸部
２０１ａ１ 端部
２０１ｂ フランジ部
２０１ｂ１ 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（境界面）
２０２ａ３ 側周面（境界面）
２０２ｂ 絶縁部
２０２ｃ 接合予定部
２０２ｄ 非絶縁部
２０２ｆ１，２０２ｆ２ 面
２０２ｆ３ 側面
２０３ 接合部
３０１，３０２ 電極

Claims (9)

1. 第１金属と、
   前記第１金属が重ねられた第２金属と
   を備え、
   前記第１金属と前記第２金属は、異なる種類の金属であり、
   前記第２金属は、前記第１金属との境界面において、
   非絶縁部と、
   前記非絶縁部を囲っており、かつ、前記非絶縁部よりも電気抵抗率が高くなる処理が施された高電気抵抗処理部と
   を有し、
   前記非絶縁部には、前記境界面を中心として、前記第１金属および前記第２金属が溶融して接合された接合部が形成されている、二次電池用の外部端子。
2. 前記接合部は、前記境界面の中心位置を含んで形成されている、請求項１に記載された二次電池用の外部端子。
3. 前記高電気抵抗処理部は、アルマイト処理、ニッケルめっき、樹脂塗工のうちいずれかの方法により形成された層である、請求項１または２に記載された二次電池用の外部端子。
4. 前記第２金属は、前記第１金属に重ねられた部位に開口よりも内部が広い凹部を有し、
   前記第１金属は、前記凹部に入り込んだ部位を有している、請求項１から３のいずれか一項に記載された二次電池用の外部端子。
5. 電池ケースと、
   前記電池ケースに取り付けられた電極端子と
   を備え、
   前記電極端子は、請求項１から４のいずれか一項に記載された二次電池用の外部端子である、二次電池。
6. 第１金属を用意する工程と、
   第２金属を用意する工程と、
   前記第１金属と前記第２金属の境界の一部を接合する工程と
   を含み、
   前記第２金属を用意する工程では、前記第１金属と異なる種類の金属であり、前記第１金属との境界面に、前記第１金属と接合される接合予定部が設定された第２金属を用意することと、前記接合予定部を除いた部分に電気抵抗率が高くなる処理を施し高電気抵抗処理部を形成することとを含み、
   前記接合予定部は、前記高電気抵抗処理部に囲われる領域に設定されており、
   前記第１金属と前記第２金属の境界の一部を接合する工程では、前記第１金属と前記第２金属を通電することによって、前記接合予定部において、前記境界面を中心として、前記第１金属および前記第２金属が溶融して接合された接合部を形成する、二次電池用の外部端子の製造方法。
7. 前記接合予定部は、前記境界面の中心位置を含んで設定されている、請求項６に記載された二次電池用の外部端子の製造方法。
8. 前記高電気抵抗処理部は、アルマイト処理、ニッケルめっき、樹脂塗工のうちいずれかの方法により形成された層である、請求項６または７に記載された二次電池用の外部端子の製造方法。
9. 前記第２金属を用意する工程は、電気抵抗率が高くなる処理が施された前記第２金属の表面に対し、超音波加工、研削加工、レーザアブレーション法のうちいずれかの方法で前記高電気抵抗処理部を除去することによって前記接合予定部を設けることを含む、請求項６～８のいずれか一項に記載された二次電池用の外部端子の製造方法。

Images