JP6363893B2

JP6363893B2 - 二次電池

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Publication number: JP6363893B2
Application number: JP2014140828A
Authority: JP
Inventors: 松本　洋; 洋松本; 勇人小口
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2014-07-08
Filing date: 2014-07-08
Publication date: 2018-07-25
Anticipated expiration: 2034-07-08
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Description

本発明は、二次電池に係り、例えば車両等に搭載される角形二次電池に関する。

従来から、例えばハイブリッド方式の電気自動車や純粋な電気自動車等の動力源として、容量の大きな二次電池の開発が進められている。このような二次電池のうち、特に角形のリチウムイオン二次電池は、エネルギー密度の高い二次電池として注目されている。

角形のリチウムイオン二次電池は、例えば、以下のように製作されている。まず、正極箔に正極活物質を塗布した正電極、負極箔に負極活物質を塗布した負電極、及びこれらを絶縁するセパレータを重ね合わせて捲回し、扁平形状の蓄電要素を製作する。次に、蓄電要素を、電池蓋に設けられた正極外部端子及び負極外部端子に電気的に接続し、電池缶に収容して、電池缶の開口部を電池蓋で溶接封止する。そして、電池蓋に設けられた注液孔から電解液を注液し、注液孔に注液栓を挿入してレーザ溶接で溶接封止する。

前記した角形のリチウムイオン二次電池を複数配列し、各二次電池の外部端子にバスバーを溶接して複数の二次電池を直列又は並列に接続することで、組電池が製作される。ここで、二次電池の正極外部端子の材料と負極外部端子の材料が異なる場合、一方の外部端子とバスバーの溶接が困難になることがある。例えば、正極外部端子の材料がアルミニウムであり、負極外部端子の材料が銅である場合に、アルミニウム製のバスバーを使用すると、負極外部端子との溶接が困難になり、銅製のバスバーを使用すると、正極外部端子との溶接が困難になる。

このような問題に対し、蓄電要素の正極に接続される正極接続端子と、蓄電要素の負極に接続される負極接続端子とが異種金属からなる二次電池であって、正極接続端子と負極接続端子のいずれか一方の接続端子に溶接接合される中間部材と、正極接続端子と負極接続端子のいずれか他方の接続端子と同種金属からなり中間部材に拡散接合される外部端子を有することを特徴とする二次電池が知られている（例えば、下記特許文献1を参照）。

特許文献１では、例えば、アルミニウムの金属板である外部端子と、ニッケルの金属板である中間部材とを重ねて圧延して拡散接合させた圧延クラッド材を用いている。そして、圧延クラッド材のニッケル製の中間部材と、銅製の負極接続端子とを重ねて、中間部材の側端面と負極接続端子の側端面との境界部分にレーザ光を照射して溶接接合している。このような二次電池によれば、ろう付け及びかしめによる接続と比べてバスバーの接続抵抗を小さくし、かつ、剛性の高い端子構造とすることができる。

国際公開第２０１２／１６９０５５号

前記した異なる材料からなる正極及び負極の外部端子を備えた複数の二次電池を直列に接続する際には、バスバーの溶接を容易にするだけでなく、バスバーに接合される部材と外部端子との間の接合強度及び電気的特性を向上させることが求められる。しかし、特許文献１に記載された二次電池では、比較的体積の少ない圧延クラッド材の中間部材の側端面と、負極接続端子の側端面との境界部分の溶接部によって、接合強度及び電気的特性が左右される。そのため、圧延クラッド材と負極接続端子との間の接合強度及び電気的特性を向上させることは困難である。

本発明は、前記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、異なる材料からなる正極及び負極の外部端子を備え、該正極及び負極の外部端子のうち一方の外部端子と同種の材料からなるバスバーによって直列に接続される二次電池において、バスバーの溶接を容易にしつつ、バスバーが接合される金属部材と外部端子との間の接合強度及び電気的特性を従来よりも向上させることができる二次電池を提供することにある。

前記目的を達成すべく、本発明の二次電池は、異なる材料からなる正極及び負極の外部端子を備え、該正極及び負極の外部端子のうち一方の外部端子と同種の材料からなるバスバーによって直列に接続される二次電池であって、前記一方の外部端子の材料に対する溶接性に優れた材料からなり、前記正極及び負極の外部端子のうち他方の外部端子に超音波圧接されると共に、前記バスバーが溶接されるバスバー接合面を有する金属部材を備えることを特徴とする。

本発明の二次電池によれば、複数の二次電池をバスバーによって直列に接続する際に、正極及び負極の外部端子のうち一方の外部端子の材料と同種の材料からなるバスバーの一端を、当該一方の外部端子に対して容易かつ良好に溶接することができる。また、当該バスバーの他端を、当該一方の外部端子の材料と同種の材料に対する溶接性に優れた材料からなり、正極及び負極の外部端子のうち他方の外部端子に超音波圧接された金属部材のバスバー接合面に対して、容易かつ良好に溶接することができる。また、当該他方の外部端子と金属部材とは、超音波圧接によって相互の接合面の酸化被膜等が除去され、拡散による金属原子の移動が生じて拡散接合され、固層接合によって強固に接合されることで、相互間の接合強度及び電気的特性が向上する。

したがって、本発明の二次電池によれば、異なる材料からなる正極及び負極の外部端子を備えた二次電池を直列に接続する際に、バスバーの溶接を容易にしつつ、バスバーが接合される金属部材と外部端子との間の接合強度及び電気的特性を従来よりも向上させることができる。前記した以外の課題、構成及び効果は、以下の発明を実施するための形態における説明によって明らかにされる。

本発明の実施形態１に係る二つの二次電池を示す外観斜視図。図１に示す二次電池の内部構造を示す分解斜視図。図２に示す捲回体の一部を展開した分解斜視図。外部端子に対して金属部材を接合する工程を示す工程図。外部端子に対して金属部材を接合する工程を示す工程図。外部端子に対して金属部材を接合する工程を示す工程図。金属部材にバスバー接合面を形成する工程を示す工程図。金属部材にバスバーを溶接する工程を示す工程図。金属部材にバスバーが溶接された状態を示す断面図。本発明の実施形態２に係る二次電池の外部端子及び金属部材を示す断面図。図７Ａに示す金属部材にバスバーが溶接された状態を示す断面図。実施形態３に係る二次電池を示す外観斜視図。

（実施形態１）
以下、図面を参照して本発明の二次電池の実施形態１について説明する。

図１は、本発明の実施形態１に係る二つの二次電池１００を示す外観斜視図である。

二次電池１００は、例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金等の金属材料によって製作された矩形箱形の電池容器１０を備える角形二次電池である。電池容器１０は、上部に開口を有する扁平な有底角筒状の電池缶１１と、電池缶１１の開口を封止する長方形の板状の電池蓋１２とを有している。電池缶１１は、例えば、前記の金属材料に深絞り加工を施すことによって扁平な有底角筒状に形成されている。

電池容器１０の幅方向すなわち電池蓋１２の長手方向の両端には、電池容器１０の外側で電池蓋１２の上面に、異なる材料からなる正極及び負極の外部端子２０Ａ，２０Ｂが設けられている。外部端子２０Ａ，２０Ｂと電池蓋１２との間には、絶縁部材としてのガスケット１３が配置され、外部端子２０Ａ，２０Ｂが電池蓋１２に対して電気的に絶縁されている。

正極の外部端子２０Ａは、例えばアルミニウム又はアルミニウム合金によって製作され、負極の外部端子２０Ｂは、例えば銅又は銅合金によって製作されている。正極及び負極の外部端子２０Ａ，２０Ｂは、それぞれ、概ね円柱状に形成されている。なお、正極及び負極の外部端子２０Ａ，２０Ｂの形状は、円柱状に限られず、例えば、概ね直方体形状のブロック状、又は矩形の板状に形成してもよい。

二次電池１００は、正極及び負極の２０Ａ，２０Ｂのうち、一方の外部端子２０Ａの材料に対する溶接性に優れた材料からなり、他方の外部端子２０Ｂに超音波圧接された金属部材２１を備えている。本実施形態において、金属部材２１は、例えば、厚さが数ｍｍ程度の金属製の板状の部材であり、正極の外部端子２０Ａの材料に対する溶接性に優れた材料からなり、負極の外部端子２０Ｂの上面に超音波圧接されている。

ここで、一方の材料に対する他方の材料の溶接性とは、一方の材料と他方の材料とを適切な溶接方法によって溶接する際に、良好な溶接を行うことができる材料の能力を表すものである。本実施形態では、正極の外部端子２０Ａの材料、例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金に溶接した時に、要求する接合強度及び電気的特性が得られる材料、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、ニッケル、ニッケル合金等が、正極の外部端子２０Ａの材料に対する溶接性に優れた材料である。

すなわち、金属部材２１の材料として、正極の外部端子２０Ａの材料に対する溶接性に優れた同種の金属、例えばアルミニウム又はアルミニウム合金、或いは異種の金属、例えばニッケル又はニッケル合金等を用いることができる。なお、ニッケル又はニッケル合金は、負極の外部端子２０Ｂの材料である銅又は銅合金に対する溶接性にも優れている。本実施形態の二次電池１００において、金属部材２１は、正極及び負極の外部端子２０Ａ，２０Ｂのうち、一方の正極の外部端子２０Ａの材料と同種の金属、すなわちアルミニウム又はアルミニウム合金によって製作されている。

また、超音波圧接によって、金属部材２１と外部端子２０Ｂとが、それらの接触界面で拡散接合され、接合界面に金属部材２１及び外部端子２０Ｂの材料とは組成が異なる接合層ＣＬ（図４Ｄ参照）が形成される。接合層ＣＬにおいては、接合される各部材の材料が、例えば、塑性流動によって相互に入り込んだ状態になる。また、超音波圧接によって形成される接合層ＣＬの厚さは、例えば、０．１μｍ〜数μｍ、又は、数μｍ〜数十μｍ程度である。これに対し、例えば抵抗溶接等、その他の溶接方法によって接合界面に形成される接合層の厚さは、例えば、０．１ｍｍ〜数ｍｍ程度である。したがって、金属部材２１と外部端子２０Ｂとが超音波圧接されたか否かは、例えば、両者の接合界面近傍の断面を走査型電子顕微鏡等によって撮影し、形成された接合層ＣＬの形態、組成、厚さ等を測定することで判別することができる。

金属部材２１は、隣接する二次電池１００の外部端子２０Ａ，２０Ｂを接続するバスバーＢを溶接可能に平滑化されたバスバー接合面２１ａを有している。電池蓋１２の上面からバスバー接合面２１ａまでの高さは、電池蓋１２の上面から正極の外部端子２０Ａの上面までの高さと等しくなっている。すなわち、電池蓋１２の上面に垂直な高さ方向において、電池蓋１２の上面から負極の外部端子２０Ｂの上面までの高さは、電池蓋１２の上面から正極の外部端子２０Ａの上面までの高さよりも、金属部材２１の厚さの分だけ低くなっている。

詳細は後述するが、板状の金属部材２１の下面を外部端子２０Ｂの上面に超音波圧接すると、外部端子２０Ｂに接合される金属部材２１の下面と反対側の上面には、例えば、数百μｍ程度の凹凸が形成される。その後、金属部材２１の上面に、例えば、切削加工処理、研磨加工処理、又は溶融加工処理等、凹凸を平滑化して表面粗さを低減する表面処理を施すことで、バスバー接合面２１ａが設けられている。バスバーＢの溶接を良好に行う観点から、バスバー接合面２１ａの表面粗さは、例えば、算術平均粗さＲａで、好ましくは６．３μｍ以下、より好ましくは３．５μｍ以下、さらに好ましくは１．０μｍ以下である。

また、一方の外部端子２０Ａの上面と金属部材２１のバスバー接合面２１ａとに溶接されるバスバーＢは、一方の外部端子２０Ａの材料と同種の材料によって製作されている。すなわち、本実施形態において、バスバーＢは、正極の外部端子２０Ａの材料と同種の材料、例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金によって製作され、金属部材２１と同等の厚さを有する長方形の板状の部材である。

電池蓋１２の正極及び負極の外部端子２０Ａ，２０Ｂの間には、ガス排出弁１４と注液口１５とが設けられている。ガス排出弁１４は、例えばプレス加工によって電池蓋１２を薄肉化することによって設けられ、さらに開裂溝１４ａが形成されている。ガス排出弁１４は、例えば過充電によって電池容器１０の内圧が所定値を超えて上昇すると、開裂溝１４ａが開裂して開放され、電池容器１０の内部のガス等を放出して内圧を低下させる。注液口１５は、電池容器１０の内部に電解液を注入するのに用いられ、例えばレーザ溶接によって注液栓１６ｂが溶接されて封止されている。

例えば、組電池を構成するために、複数の二次電池１００をバスバーによって直列に接続する際には、二次電池１００を厚さ方向に積層させ、互いに隣接する二次電池１００の正極及び負極の外部端子２０Ａ，２０Ｂの位置を交互に１８０°反転させて配置する。そして、隣接する一方の二次電池１００の正極の外部端子２０Ａと、他方の二次電池１００の負極の外部端子２０Ｂとを、バスバーＢによって接続する。これを二次電池１００の積層方向に繰り返すことで、厚さ方向に積層された複数の二次電池１００が直列に接続される。ここで、バスバーＢは、一端が正極の外部端子２０Ａの上面に溶接によって接合され、他端が負極の外部端子２０Ｂの上面に超音波圧接された金属部材２１に溶接によって接合される。

図２は、図１に示す二次電池１００の内部構造を示す分解斜視図である。

電池缶１１は、高さ方向の上端が開放され、上部に開口部１１ａを有する有底角筒状の略直方体形状の容器である。電池缶１１は、高さ方向の下端を閉塞する底面１１ｂと、厚さ方向に対向する面積の大きい一対の広側面１１ｃと、幅方向に対向する面積の小さい一対の狭側面１１ｄとを有している。

電池蓋１２の長手方向の両端で、電池容器１０の内側となる電池蓋１２の下面には、絶縁部材１７を介して正極及び負極の集電板３０Ａ、３０Ｂが固定されている。正極の集電板３０Ａは、例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金によって製作され、負極の集電板３０Ｂは、例えば、銅又は銅合金によって製作されている。集電板３０Ａ、３０Ｂは、それぞれ、電池蓋１２に概ね平行な板状の基部３１と、基部３１から電池缶１１の底面１１ｂに向けて延びる板状の端子部３２と、を有している。

外部端子２０Ａ，２０Ｂは、概ね円柱形状に形成された部分の下面から電池蓋１２の上面に対して垂直に延びる柱状の接続部２２を有している。外部端子２０Ａ，２０Ｂのそれぞれの接続部２２は、例えば円柱状に形成され、電池蓋１２と、その上下に配置されたガスケット１３及び絶縁部材１７と、集電板３０Ａ，３０Ｂのそれぞれの基部３１に形成された貫通孔を貫通している。ガスケット１３及び絶縁部材１７は、例えば、ポリブチレンテレフタレート、ポリフェニレンサルファイド、ペルフルオロアルコキシフッ素樹脂等の絶縁性を有する樹脂材料によって製作されている。

前記各部材の貫通孔を貫通した接続部２２は、基部３１の下面で先端部が塑性変形させられて拡径され、かしめ部が形成される。これにより、正負の外部端子２０Ａ，２０Ｂのそれぞれが正負の集電板３０Ａ，３０Ｂのそれぞれに電気的に導通し、これらの各部材がガスケット１３及び絶縁部材１７によって電池蓋１２から電気的に絶縁された状態で、電池蓋１２に一体的に固定される。

正負の集電板３０Ａ、３０Ｂのそれぞれの端子部３２は、電池容器１０の厚さ方向における基部３１の一側から、電池缶１１の最大面積の広側面１１ｃに沿って電池缶１１の底面１１ｂに向けて延びる板状に形成されている。正負の集電板３０Ａ、３０Ｂのそれぞれの端子部３２は、後述する捲回体４０の捲回軸Ａ方向において、基部３１の外側の端部から下方に延びて、捲回体４０の端部の集電板接合部４１ｄ、４２ｄにそれぞれ接合されている。これにより、正極の集電板３０Ａが、捲回体４０の捲回軸Ａ方向の一方の端部で正電極４１（図３参照）に電気的に接続され、負極の集電板３０Ｂが、捲回体４０の捲回軸Ａ方向の他方の端部で負電極４２（図３参照）に電気的に接続されている。

捲回体４０は、正負の集電板３０Ａ、３０Ｂのそれぞれの端子部３２に接合されることで、正負の集電板３０Ａ、３０Ｂ及び絶縁部材１７，１７を介して電池蓋１２に固定されている。また、正負の外部端子２０Ａ，２０Ｂ、ガスケット１３、絶縁部材１７、集電板３０Ａ、３０Ｂ、及び捲回体４０が電池蓋１２に組み付けられることで、蓋組立体５０が製作される。

電池缶１１と捲回体４０との間には、捲回体４０を覆う絶縁ケース６０が配置される。絶縁ケース６０は、例えば、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン（ＰＦＡ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）等の絶縁性を有する樹脂材料によって製作されている。

二次電池１００の製造時には、蓋組立体５０を構成する捲回体４０及び集電板３０Ａ，３０Ｂの周囲を覆うように絶縁ケース６０が配置される。そして、蓋組立体５０は、捲回体４０及び集電板３０Ａ，３０Ｂの周囲が絶縁ケース６０によって覆われた状態で、捲回体４０の下方側の湾曲部４０ｂから、電池缶１１の開口部１１ａに挿入される。これにより、捲回体４０及び集電板３０Ａ，３０Ｂは、電池缶１１との間に絶縁ケース６０が配置され、電池缶１１と電気的に絶縁された状態で、電池容器１０に収容される。

捲回体４０は、捲回軸Ａ方向の両側に電池缶１１の狭側面１１ｄが位置し、捲回軸Ａ方向が電池缶１１の底面１１ｂ及び広側面１１ｃに略平行に沿うように、電池缶１１内に収容される。これにより、蓄電要素である捲回体４０は、一方の湾曲部４０ｂが電池蓋１２に対向し、他方の湾曲部４０ｂが電池缶１１の底面１１ｂに対向し、平坦部４０ａが広側面１１ｃに対向した状態になる。

そして、電池蓋１２によって電池缶１１の開口部１１ａを閉塞した状態で、例えば、レーザ溶接によって電池蓋１２の全周を電池缶１１の開口部１１ａに接合する。これにより、電池缶１１の開口部１１ａが電池蓋１２によって密閉封止され、電池缶１１と電池蓋１２からなる電池容器１０が形成される。

その後、電池蓋１２の注液口１５を介して電池容器１０の内部に非水電解液を注入し、注液口１５にシール材１６ａを挿入して圧入し、例えば、レーザ溶接によって注液栓１６ｂを注液口１５に接合して封止することで、電池容器１０が密閉されている。電池容器１０の内部に注入する非水電解液としては、例えば、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートとを体積比で１：２の割合で混合した混合溶液中に、６フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ_６）を１モル／リットルの濃度で溶解したものを用いることができる。

図３は、図２に示す捲回体４０の一部を展開した分解斜視図である。なお、図３では、図２に示す集電板接合部４１ｄ，４２ｄを捲回体４０に形成する前の状態を示している。

捲回体４０は、セパレータ４３，４４を介在させて積層させた正負の電極４１，４２を捲回軸Ａに平行な軸心の周りに捲回して扁平形状に成形した捲回電極群である。捲回体４０は、電池缶１１の広側面１１ｃに対向する平坦部４０ａと、電池蓋１２及び電池缶１１の底面１１ｂに対向する湾曲部４０ｂとを有する扁平形状に成形されている。平坦部４０ａは、電極４１、４２とセパレータ４３、４４が平坦に積層された部分であり、湾曲部４０ｂは、電極４１、４２とセパレータ４３、４４が半円筒状に湾曲して積層された部分である。

セパレータ４３、４４は、正電極４１と負電極４２との間を絶縁すると共に、捲回体４０の最外周に捲回された負電極４２の外周にもセパレータ４４が捲回されている。セパレータ４３，４４は、例えば多孔質のポリエチレン樹脂によって製作されている。

正電極４１は、正極集電体である正極金属箔４１ａと、正極金属箔４１ａの両面に塗布された正極活物質合剤からなる正極合剤層４１ｂとを有している。長尺帯状の正電極４１の幅方向の一側は、正極合剤層４１ｂが形成されず、正極金属箔４１ａが露出した箔露出部４１ｃとされている。正電極４１は、箔露出部４１ｃが負電極４２の箔露出部４２ｃと捲回軸Ａ方向の反対側に配置されて、捲回軸Ａの周りに捲回されている。

正電極４１を製作するには、例えば、正極活物質に導電材、結着剤及び分散溶媒を添加して混練した正極活物質合剤を、幅方向の一側を除く正極金属箔４１ａの両面に塗布し、乾燥、プレス、裁断する。正極金属箔４１ａとしては、例えば、厚さ約２０μｍ〜３０μｍ程度のアルミニウム箔を用いることができる。正極金属箔４１ａの厚みを含まない正極合剤層４１ｂの厚さは、例えば、約９０μｍである。

正極活物質合剤の材料としては、例えば、正極活物質として１００重量部のマンガン酸リチウム（化学式ＬｉＭｎ_２Ｏ_４）を、導電材として１０重量部の鱗片状黒鉛を、結着剤として１０重量部のポリフッ化ビニリデン（以下、ＰＶＤＦという。）を、分散溶媒としてＮ−メチルピロリドン（以下、ＮＭＰという。）を、それぞれ用いることができる。

正極活物質は、前記したマンガン酸リチウムに限定されず、例えば、スピネル結晶構造を有する他のマンガン酸リチウム、一部を金属元素で置換又はドープしたリチウムマンガン複合酸化物を用いてもよい。また、正極活物質として、層状結晶構造を有するコバルト酸リチウムやチタン酸リチウム、及びこれらの一部を金属元素で置換又はドープしたリチウム−金属複合酸化物を用いてもよい。

負電極４２は、負極集電体である負極金属箔４２ａと、負極金属箔４２ａの両面に塗布された負極活物質合剤からなる負極合剤層４２ｂとを有している。長尺帯状の負電極４２の幅方向の一側は、負極合剤層４２ｂが形成されず、負極金属箔４２ａが露出した箔露出部４２ｃとされている。負電極４２は、その箔露出部４２ｃが正電極４１の箔露出部４１ｃと捲回軸Ａ方向の反対側に配置されて、捲回軸Ａ周りに捲回されている。

負電極４２を製作するには、例えば、負極活物質に結着剤及び分散溶媒を添加して混練した負極活物質合剤を、幅方向の一側を除く負極金属箔４２ａの両面に塗布し、乾燥、プレス、裁断する。負極金属箔４２ａとしては、例えば、厚さ約１０μｍ〜２０μｍ程度の銅箔を用いることができる。負極金属箔４２ａの厚みを含まない負極合剤層４２ｂの厚さは、例えば、約７０μｍである。

負極活物質合剤の材料としては、例えば、負極活物質として１００重量部の非晶質炭素粉末を、結着剤として１０重量部のＰＶＤＦを、分散溶媒としてＮＭＰをそれぞれ用いることができる。負極活物質は、前記した非晶質炭素に限定されず、リチウムイオンを挿入、脱離可能な天然黒鉛や、人造の各種黒鉛材、コークスなどの炭素質材料やＳｉやＳｎなどの化合物（例えば、ＳｉＯ、ＴｉＳｉ_２等）、又はそれらの複合材料を用いてもよい。負極活物質の粒子形状についても特に限定されず、鱗片状、球状、繊維状又は塊状等の粒子形状を適宜選択することができる。

なお、前記した正極及び負極の合剤層４１ｂ，４２ｂに用いる結着材は、ＰＶＤＦに限定されない。前記した結着材として、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリブタジエン、ブチルゴム、ニトリルゴム、スチレンブタジエンゴム、多硫化ゴム、ニトロセルロース、シアノエチルセルロース、各種ラテックス、アクリロニトリル、フッ化ビニル、フッ化ビニリデン、フッ化プロピレン、フッ化クロロプレン、アクリル系樹脂などの重合体及びこれらの混合体などを用いてもよい。

捲回体４０は、捲回軸Ａ方向の両端で積層した正負の電極４１，４２の箔露出部４１ｃ，４２ｃがそれぞれ束ねられ、図２に示すように、正負の集電板接合部４１ｄ，４２ｄが形成される。そして、例えば、超音波圧接によって、正負の集電板接合部４１ｄ，４２ｄに、それぞれ正負の集電板３０Ａ，３０Ｂが接合されることで、正負の電極４１，４２が、それぞれ正負の集電板３０Ａ，３０Ｂを介して、それぞれ正負の外部端子２０Ａ，２０Ｂに接続される。

以上の構成に基づき、本実施形態の二次電池１００は、例えば、外部の発電装置等から供給された電力を、外部端子２０Ａ，２０Ｂ及び集電板３０Ａ，３０Ｂを介して捲回体４０の正負の電極４１，４２の合剤層４１ｂ，４２ｂ間に蓄積することで充電される。また、二次電池１００は、捲回体４０の正負の電極４１，４２の合剤層４１ｂ，４２ｂ間に充電した電力を、集電板３０Ａ，３０Ｂ及び外部端子２０Ａ，２０Ｂを介して、モータ等、電力を消費する外部負荷に電力を供給する。

以下、前記した本実施形態の二次電池１００が備える正極及び負極の外部端子２０Ａ，２０Ｂのうち、一方の負極の外部端子２０Ｂに対して金属部材２１を接合する工程について説明する。

図４Ａから図４Ｃは、超音波圧接によって負極の外部端子２０Ｂに対して金属部材２１を接合する工程を示す工程図である。図４Ｄは、負極の外部端子２０Ｂに超音波圧接によって接合された金属部材２１にバスバー接合面２１ａを形成する工程を示す工程図である。金属部材２１を負極の外部端子２０Ｂに接合する工程、及び、金属部材２１にバスバー接合面２１ａを形成する工程は、例えば、前記した電池蓋１２に負極の外部端子２０Ｂを固定する工程の前に行われる。

超音波圧接によって負極の外部端子２０Ｂに対して金属部材２１を接合する際には、まず、図４Ａに示すように、外部端子２０Ｂの側方からアンビルＡｎを当接させて、外部端子２０Ｂを固定する。アンビルＡｎは、外部端子２０Ｂの側面に当接する面が平坦であってもよいが、円筒状の外部端子２０Ｂの側面に適合する半円筒状の曲面を有する一対のアンビルＡｎを用いてもよい。外部端子２０Ｂは、一対のアンビルＡｎでホーンＨを振動させる方向の両側から挟み込んで固定することができる。なお、外部端子２０Ｂが略直方体のブロック形状である場合には、外部端子２０Ｂの互いに垂直な二つの側面にそれぞれ垂直な二方向から、二対のアンビルＡｎで外部端子２０Ｂを挟み込んで固定してもよい。

次に、アンビルＡｎによって固定された外部端子２０Ｂの上面に金属部材２１を載置する。そして、金属部材２１の上面にホーンＨの凹凸Ｈａを押し当て、ホーンＨによって金属部材２１を外部端子２０Ｂに向けて加圧した状態で、金属部材２１の下面と外部端子２０Ｂの上面とを接触させる。これにより、金属部材２１の上面が塑性変形してホーンＨの凹凸Ｈａが食い込んだ状態になる。

次に、図４Ｂに示すように、ホーンＨを超音波振動させて金属部材２１と外部端子２０Ｂとの超音波圧接を行う。具体的には、ホーンＨによって金属部材２１を外部端子２０Ｂに向けて加圧して、金属部材２１の下面と外部端子２０Ｂの上面とを所定の面圧で接触させた状態で、両部材の接触界面に沿ってホーンＨを超音波振動させる。ここで、ホーンＨの超音波振動の周波数は、例えば約２０ｋＨｚ又はそれ以上である。

超音波圧接では、例えば、接触界面である金属部材２１の下面と外部端子２０Ｂの上面との摩擦によって、両部材の酸化被膜や汚れが除去され、両部材の材料間で金属原子の拡散が生じ、拡散接合によって両部材が固相接合される。なお、超音波圧接において、負極の外部端子２０Ｂの材料の焼きなまし温度以上になる接合条件とし、負極の外部端子２０Ｂの残留応力を除去するようにしてもよい。

超音波圧接によって、図４Ｃに示すように、金属部材２１と外部端子２０Ｂとの接触界面の全体に亘って接合層ＣＬが形成され、金属部材２１と外部端子２０Ｂとが強固かつ緻密に接合される。一方、接合層ＣＬと反対側の金属部材２１の上面には、ホーンＨの凹凸Ｈａに対応する凹凸２１ｂが形成される。この凹凸２１ｂによる金属部材２１の上面の算術平均粗さＲａは、例えば、数百μｍ程度である。このような凹凸２１ｂを有する金属部材２１の上面にバスバーＢを良好に溶接するのは困難であり、金属部材２１とバスバーとの間の十分な接合強度及び電気的特性を確保するのは困難である。

そのため、本実施形態では、図４Ｄに示すように、例えば、金属部材２１の上面全体に、表面粗さを低減するための表面加工処理を施して、バスバー接合面２１ａを形成する。ここで、表面粗さを低減するための表面加工処理としては、例えば、切削加工処理、研磨加工処理、溶融加工処理等を行うことができる。なお、バスバーＢが溶接されない金属部材２１の側面には、表面加工処理を施さなくてもよい。

以下、本実施形態の二次電池１００の作用について説明する。

図５は、二次電池１００の正極の外部端子２０Ａと、負極の外部端子２０Ｂに超音波圧接された金属部材２１とに、それぞれバスバーＢ，Ｂを溶接する工程を示す工程図である。図６は、金属部材２１にバスバーＢが溶接された状態を示す外部端子２０Ｂ、金属部材２１、及びバスバーＢの断面図である。

例えば、複数の二次電池１００を直列に接続して組電池を構成する際には、図１及び図５に示すように、厚さ方向に互いに隣接する一方の二次電池１００の正極の外部端子２０Ａと、他方の二次電池１００の負極の外部端子２０Ｂとを、バスバーＢによって接続する。ここで、本実施形態の二次電池１００では、正極及び負極の外部端子２０Ａ，２０Ｂは、異なる材料からなり、バスバーＢは、正極の外部端子２０Ａと同種の材料からなっている。具体的には、正極の外部端子２０Ａ及びバスバーＢの材料は、アルミニウム又はアルミニウム合金であり、負極の外部端子２０Ｂの材料は、銅又は銅合金である。

そのため、バスバーＢを正極及び負極の外部端子２０Ａ，２０Ｂに溶接した場合、正極の外部端子２０ＡとバスバーＢとの溶接は、溶接性に優れ、良好な溶接が可能な同種の金属の溶接となり、十分な接合強度及び電気的特性を得ることができる。しかし、負極の外部端子２０ＢとバスバーＢとの溶接は、溶接性に劣り、良好な溶接が困難な異種の金属、ここでは、銅又は銅合金と、アルミニウム又はアルミニウム合金との溶接となり、十分な接合強度及び電気的特性を得ることが困難である。

これに対し、本実施形態の二次電池１００は、一方の外部端子２０Ａの材料に対する溶接性に優れた材料からなり、他方の外部端子２０Ｂに超音波圧接されると共に、バスバーＢが溶接されるバスバー接合面２１ａを有する金属部材２１を備えている。

そのため、バスバーＢの一端を、一方の二次電池１００の正極の外部端子２０Ａに溶接し、バスバーＢの他端を、他方の二次電池１００の金属部材２１に溶接することで、バスバーＢの両端を、バスバーＢの材料との溶接性に優れた材料に対して溶接することができる。したがって、バスバーＢの溶接を容易かつ良好に行うことができ、バスバーＢと一方の二次電池１００の正極の外部端子２０Ａとの間、及び、バスバーＢと他方の二次電池１００の金属部材２１との間で、良好な接合強度及び電気的特性が得られる。

バスバーＢを金属部材２１に溶接することで、バスバーＢが金属部材２１を介して他方の二次電池１００の負極の外部端子２０Ｂに接続される。そして、バスバーＢ及び金属部材２１を介して、一方の二次電池１００の正極の外部端子２０Ａと、他方の二次電池１００の負極の外部端子２０Ｂとが接続される。バスバーＢと金属部材２１との溶接方法としては、例えば、レーザ溶接、電子ビーム溶接、抵抗溶接、アーク溶接等を適用することができる。バスバーＢと金属部材２１との溶接方式としては、例えば、重ね合わせ溶接、突き合せ溶接、すみ肉溶接等を適用することができる。

ここで、金属部材２１は、負極の外部端子２０Ｂに対して超音波圧接され、接触界面の全体に亘って拡散接合によって強固に接合されている。そのため、前記した特許文献１に記載された圧延クラッド材の中間部材の側端面と、負極接続端子の側端面との境界部分の溶接と比較して、金属部材２１と負極の外部端子２０Ｂとを、より広い面積で強固に接合することができる。したがって、金属部材２１と負極の外部端子２０Ｂとの間の接合強度及び電気的特性を向上させることができる。

図６に示すように、例えば、レーザ溶接を適用し、重ね合わせ溶接によってバスバーＢを金属部材２１に溶接する際には、溶接金属Ｗの下端が負極の外部端子２０Ｂの上面又は接合層ＣＬに達しないようにすることが好ましい。すなわち、金属部材２１の溶込み深さｄが金属部材の厚さＴよりも浅くなるように、溶接条件を設定することが好ましい。これにより、銅又は銅合金からなる負極の外部端子２０Ｂの溶接時の溶融を防止し、金属部材２１と負極の外部端子２０Ｂとの間の拡散接合による接合層ＣＬの損傷を防止することができる。したがって、金属部材２１と負極の外部端子２０Ｂとの接合強度の低下が防止され、金属部材２１と負極の外部端子２０Ｂとの間で、良好な接合強度及び電気的特性が得られる。

また、金属部材２１は、バスバーＢが溶接されるバスバー接合面２１ａを有している。そのため、超音波圧接のホーンＨによって金属部材２１に形成された凹凸２１ｂにバスバーＢを溶接する場合と異なり、バスバーＢの下面をバスバー接合面２１ａに密着させ、バスバーＢと金属部材２１との良好な溶接を行うことができる。これにより、超音波圧接によって凹凸２１ｂが形成される金属部材２１と、バスバーＢとの間の接合強度及び電気的特性を向上させることができる。

また、金属部材２１は、一方の外部端子２０Ａの材料と同種の材料からなっている。そのため、金属部材２１の材料として、一方の外部端子２０Ａの材料との溶接性に優れた異種の材料、例えば、ニッケル又はニッケル合金を用いる場合と比較して、一方の外部端子２０Ａの材料に対する金属部材２１の溶接性をさらに向上させることができる。したがって、一方の外部端子２０Ａの材料と同種の金属からなるバスバーＢに対する金属部材２１の溶接性をさらに向上させ、金属部材２１とバスバーＢとの間の接合強度及び電気的特性をさらに向上させることができる。

また、本実施形態において、一方の外部端子２０Ａの材料は、アルミニウム又はアルミニウム合金であり、金属部材２１が超音波圧接される他方の外部端子２０Ｂの材料は、銅又は銅合金である。したがって、一方の外部端子２０Ａの材料と同種のアルミニウム又はアルミニウム合金からなるバスバーＢと、銅又は銅合金からなる他方の外部端子２０Ｂとの溶接を回避し、バスバーＢと同種のアルミニウム又はアルミニウム合金からなる金属部材２１に対してバスバーＢを溶接することができる。よって、金属部材２１とバスバーＢとの間で、容易かつ良好に溶接を行うことができ、接合強度及び電気的特性を向上させることができる。

また、金属部材２１のバスバー接合面２１ａの算術平均粗さＲａは、６．３μｍ以下とされている。これにより、バスバー接合面２１ａとバスバーＢとをより確実に密着させ、バスバー接合面２１ａとバスバーＢとの間の溶接の信頼性を向上させることができる。なお、バスバー接合面２１ａの算術平均粗さＲａが、例えば３．５μｍ以下であれば、より溶接の信頼性を向上させることができ、例えば１．０μｍ以下であれば、さらに溶接の信頼性を向上させることができる。また、バスバー接合面２１ａに対向するバスバーＢの下面の表面粗さは、バスバー接合面２１ａと同等であることが好ましい。

以上説明したように、本実施形態によれば、異なる材料からなる正極及び負極の外部端子２０Ａ，２０Ｂを備え、バスバーＢによって直列に接続される二次電池１００において、バスバーＢの溶接を容易にしつつ、バスバーＢが接合される金属部材２１と外部端子２０Ｂとの間の接合強度及び電気的特性を従来よりも向上させることができる。

（実施形態２）
以下、本発明の二次電池の実施形態２について、図１から図４Ｃまでを援用し、図７Ａ及び図７Ｂを用いて説明する。

図７Ａは、本実施形態の二次電池の負極の外部端子２０Ｂ、金属部材２１Ａを示す拡大断面図である。図７Ｂは、図７Ａに示す金属部材２１ＡにバスバーＢ１を溶接した状態を示す拡大断面図である。

本実施形態の二次電池は、金属部材２１Ａの上面の一部にバスバー接合面２１ａが形成されている点で、前述の実施形態１で説明した二次電池１００と異なっている。本実施形態の二次電池のその他の点は、実施形態１の二次電池１００と同一であるので、同一の部分には、同一の符号を付して、説明は省略する。

本実施形態では、図４Ｃに示すように、金属部材２１Ａを負極の外部端子２０Ｂに超音波圧接によって接合した後、凹凸２１ｂが形成された金属部材２１Ａの上面の一部に、前記した表面粗さを低減する表面加工処理を施す。これにより、図７Ａに示すように、金属部材２１Ａの上面の一部に、バスバー接合面２１ａが形成されている。すなわち、本実施形態において、バスバー接合面２１ａは、超音波圧接によって凹凸が形成された金属部材２１Ａの表面の一部に形成された平滑面である。バスバー接合面２１ａは、例えば、金属部材２１Ａの上面の中央部に形成することができる。

このように、凹凸２１ｂが形成された金属部材２１Ａの上面の一部に、バスバー接合面２１ａを形成する場合には、金属部材２１Ａの上面に対向するバスバーＢ１の下面に、金属部材２１Ａの上面に向けて突出する凸部Ｂａを設ける。凸部Ｂａは、金属部材２１のバスバー接合面２１ａの形成位置に対応する位置、例えば、バスバーＢ１の端部の幅方向中央部に設けられる。凸部Ｂａの下面は、バスバーＢを金属部材２１Ａに溶接する際に、バスバー接合面２１ａに接合される溶接面である。ここで、バスバーＢ１の下面からの凸部Ｂａ下面までの高さｈ１、すなわち凸部Ｂａの突出量は、金属部材２１のバスバー接合面２１ａから凹凸２１ｂの凸部の頂点までの最大高さｈ２よりも大きくする。

これにより、図７Ｂに示すように、金属部材２１Ａのバスバー接合面２１ａに、バスバーＢ１の凸部Ｂａを接触させて、バスバーＢ１を金属部材２１Ａに溶接するときに、金属部材２１Ａの上面の凹凸２１ｂがバスバーＢ１の下面に干渉することを確実に回避することができる。したがって、金属部材２１Ａの上面に形成するバスバー接合面２１ａの範囲を最小限にしつつ、バスバーＢ１を金属部材２１Ａに良好に溶接することができる。よって、本実施形態の二次電池によれば、前述の実施形態１の二次電池１００と同様の効果が得られるだけでなく、バスバー接合面２１ａの形成を容易にして生産性を向上させることができる。

（実施形態３）
以下、本発明の二次電池の実施形態３について、図１から図６までを援用し、図８を用いて説明する。図８は、本実施形態の二次電池１００Ａを示す斜視図である。

本実施形態の二次電池１００Ａは、金属部材２１Ｂが、正極及び負極の外部端子２０Ａ，２０Ｂのうち、一方の負極の外部端子２０Ｂの材料に対する溶接性に優れた材料からなり、他方の正極の外部端子２０Ａに超音波圧接されている点で、前述の実施形態１の二次電池１００と異なっている。また、バスバーＢ２は、一方の負極の外部端子２０Ｂの材料に対する溶接性に優れた材料からなっている。本実施形態の二次電池１００Ａのその他の点は、前述の実施形態１の二次電池１００と同一であるので、同一の部分には同一の符号を付して、説明は省略する。

本実施形態の二次電池１００Ａは、一方の負極の外部端子２０Ｂの材料が、銅又は銅合金であり、他方の正極の外部端子２０Ａの材料が、アルミニウム又はアルミニウム合金である。そして、金属部材２１Ｂ及びバスバーＢ２は、一方の負極の外部端子２０Ｂの材料と同種の銅又は銅合金からなっている。

これにより、複数の二次電池１００Ａを直列に接続して組電池を構成する際に、バスバーＢ２の一端を、一方の二次電池１００Ａの負極の外部端子２０Ｂに溶接し、バスバーＢ２の他端を、他方の二次電池１００Ａの金属部材２１Ｂに溶接することで、バスバーＢ２の両端を、バスバーＢ２の材料との溶接性に優れた材料に対して溶接することができる。

また、前述の実施形態１の二次電池１００と同様に、積層方向に隣接する一方の二次電池１００Ａの負極の外部端子２０ＢにバスバーＢ２の一端を溶接し、他方の二次電池１００Ａの金属部材２１ＢにバスバーＢ２を溶接することで、バスバーＢ２が金属部材２１Ｂを介して他方の二次電池１００Ａの正極の外部端子２０Ａに接続される。そして、バスバーＢ２及び金属部材２１Ｂを介して、一方の二次電池１００Ａの負極の外部端子２０Ｂと、他方の二次電池１００Ａの正極の外部端子２０Ａとが接続される。

また、前述の実施形態１の二次電池１００と同様に、金属部材２１Ｂは、正極の外部端子２０Ａに対して超音波圧接され、接触界面の全体に亘って拡散接合によって強固に接合されている。また、前述の実施形態１の二次電池１００と同様に、金属部材２１Ｂは、バスバー接合面２１ａを有している。

したがって、本実施形態の二次電池１００Ａによれば、前述の実施形態１の二次電池１００と同様に、異なる材料からなる正極及び負極の外部端子２０Ａ，２０Ｂを備え、バスバーＢ２によって直列に接続される二次電池１００Ａにおいて、バスバーＢ２の溶接を容易にしつつ、バスバーＢ２が接合される金属部材２１Ｂと外部端子２０Ａとの間の接合強度及び電気的特性を従来よりも向上させることができる。また、銅又は銅合金製のバスバーを用いることで、複数の二次電池１００Ａ間の電気抵抗をより低減することができる。

以上、図面を用いて本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。

例えば、金属部材の材料は、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、ニッケル、ニッケル合金に限定されず、正極及び負極の外部端子の材料に合わせて適宜変更することができる。また、バスバーの材料も、同様に、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、に限定されず、正極及び負極の外部端子の材料および金属部材の材料に合わせて適宜変更することができる。

２０Ａ正極の外部端子、２０Ｂ負極の外部端子、２１金属部材、２１ａバスバー接合面、２１ｂ凹凸、１００，１００Ａ二次電池、Ｂ，Ｂ１，Ｂ２バスバー、

Claims

異なる材料からなる正極及び負極の外部端子を備え、該正極及び負極の外部端子のうち一方の外部端子と同種の材料からなるバスバーによって直列に接続される二次電池であって、
前記一方の外部端子の材料に対する溶接性に優れた材料からなり、前記正極及び負極の外部端子のうち他方の外部端子に超音波圧接されると共に、前記バスバーが溶接されるバスバー接合面を有する金属部材を備え、
前記バスバー接合面の算術平均粗さＲａは、６．３μｍ以下であることを特徴とする二次電池。
異なる材料からなる正極及び負極の外部端子を備え、該正極及び負極の外部端子のうち一方の外部端子と同種の材料からなるバスバーによって直列に接続される二次電池であって、
前記一方の外部端子の材料に対する溶接性に優れた材料からなり、前記正極及び負極の外部端子のうち他方の外部端子に超音波圧接されると共に、前記バスバーが溶接されるバスバー接合面を有する金属部材を備え、
前記バスバー接合面は、前記超音波圧接によって凹凸が形成された前記金属部材の表面の一部に形成された平滑面であることを特徴とする二次電池。
前記金属部材は、前記一方の外部端子の材料と同種の材料からなることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の二次電池。
前記一方の外部端子の材料は、アルミニウム又はアルミニウム合金であり、
前記他方の外部端子の材料は、銅又は銅合金であることを特徴とする請求項３に記載の二次電池。
前記一方の外部端子の材料は、銅又は銅合金であり、
前記他方の外部端子の材料は、アルミニウム又はアルミニウム合金であることを特徴とする請求項３に記載の二次電池。