(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の出力端が互いに異種金属で形成されるバッテリに対して用いる電力出力用の電極端子であって、
一方の出力端に連結すると共に一方の出力端と同一金属で形成された第１接続部と、前記第１接続部に連接すると共に他方の出力端と同一金属で形成された第２接続部とを有し、
前記第１接続部は、中実円柱状の心棒部であり、前記第２接続部は、前記心棒部に外嵌する円筒形状の外筒部となっており、前記心棒部は下方側に向けて、外筒部の長さを超えるように延長形成されていて、
前記第１接続部と第２接続部とが金属的結合により一体化されていることを特徴とする電極端子。
【請求項２】
前記外筒部の外周面に雄ねじ部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電極端子。
【請求項３】
前記外筒部は、前記心棒部の突出側とは逆方向へ向けて当該心棒部の長さを超えて延長形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電極端子。
【請求項４】
前記心棒部は、アルミニウム又はアルミニウム合金で形成され、
前記外筒部は、銅又は銅合金で形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電極端子。
【請求項５】
前記心棒部は、銅又は銅合金で形成され、
前記外筒部は、アルミニウム又はアルミニウム合金で形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電極端子。
【請求項６】
前記心棒部を形成する金属元材を取り囲むように、前記外筒部を形成する金属元材が巻き付けられた状態となっている対面元材を用意し、
高圧の静水圧環境下にて、前記対面元材をダイにより押出加工又は引抜加工することで、請求項１〜５のいずれかに記載された電極端子を製造することを特徴とする電極端子の
製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラス出力端とマイナス出力端とが互いに異種金属で形成されたバッテリに対し、好適に使用することのできる電極端子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車やハイブリッドカーなどに搭載するバッテリとして、複数のバッテリセルを、互いの正・負極間が直列接続となるようにバスバーで繋いで組電池に構成したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。このような組電池は高出力、高エネルギー密度であることが特徴とされ、バッテリセルには殆どの場合、リチウムイオン電池が用いられている。リチウムイオン電池は、プラス出力端がアルミニウム（Ａｌ）を素材として形成されており、マイナス出力端が銅（Ｃｕ）を素材として形成されている。
【０００３】
このようなバッテリセルの端子同士を繋ぐための部品として、バスバー(busbar、電気エネルギーの分配に使用される部品であり、ブスバーとも呼ぶ)がある。係るバスバーの製造方法としては、例えば、特許文献２の「発明が解決しようとする課題」に開示されているように、バスバーを構成する部材同士をレーザ溶接するものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３７３６３８号公報
【特許文献２】特開２００３−１６３０３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述の如く、バッテリセル同士を直列で接続する場合、プラス出力端（アルミニウム）と、マイナス出力端（銅）をバスバーで繋ぐことになる。そのため、バスバーをアルミニウムによって形成することにしても、又は銅によって形成することにしても、必ず、バスバーと一方の端子との間は異種金属による接続をすることになる。
一般に、異種の金属同士を接続したときに空気中の水分による電気腐食（電気化学的腐食）が起こることは周知である。従って、この電気腐食の進行に伴い、バスバーと端子との間が通電しなくなったりバスバー自体又は端子自体が損壊したりすることが起こり、最終的には、電気自動車を始動できないといった重大問題に至る。
【０００６】
なお、この問題の対策として、特許文献２のように、アルミニウム片と銅片とをレーザ溶接などにより接合してバスバーを製作することが提案されているものの、この方法で試作されたバスバーでは、レーザ溶接部分で二種の金属による共晶が発生し、これが原因で電気抵抗が過大となったり機械的強度（殊に脆性や引張強度）が著しく低下したりする欠点があって、とても実用に耐えるものとはならなかった。
【０００７】
すなわち、上記問題を根本的に解決するためには、バスバーの改良に留まらず、他部材、例えばバッテリセルに備えられた電極端子の改良・開発が不可欠である。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、プラス出力端とマイナス出力端とが互いに異種金属で形成されたバッテリに対して用いる電極端子であって、電気腐食を防止しつつ電気抵抗を抑えることができ且つ機械的強度にも優れた高性能・高信頼性を有する電極端子と、この電極端子の製造方法とを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成するために、本発明は次の手段を講じた。
即ち、本発明に係る電極端子は、一対の出力端が互いに異種金属で形成されるバッテリに対して用いる電力出力用の電極端子であって、一方の出力端に連結すると共に一方の出力端と同一金属で形成された第１接続部と、前記第１接続部に連接すると共に他方の出力端と同一金属で形成された第２接続部とを有し、前記第１接続部と第２接続部とが金属的結合により一体化されていることを特徴とする。
【０００９】
好ましくは、前記第１接続部は、中実円柱状の心棒部であり、前記第２接続部は、心棒部に外嵌する円筒形状の外筒部となっているとよい。
この電極端子を用いることで、外観視で、バッテリのプラス出力端とマイナス出力端とは同金属となり、端子と同じ金属の配線やブスバーを用いた接続を行うことで、端子接合部での電気腐食、それに伴う電気抵抗の増加が抑えられ、組電池としての信頼性の向上を図れる。加えて、電極端子の心棒部と外筒部とは金属的結合により一体化されているため、この結合部分においても電気腐食、それに伴う電気抵抗の増加が発生することは無い。
【００１０】
なお、「金属的結合」は、結合しようとする異種金属間が金属組織レベルで密着した結合界面を形成させ、その結果として導電性及び機械的結合強度を「電極端子として実用に適する値」にまで高めた状態を言うものとする。
また好ましくは、前記外筒部の外周面に雄ねじ部が形成されているとよい。
前記外筒部は、前記心棒部の突出側とは逆方向へ向けて当該心棒部の長さを超えて延長形成されていてもよい。
【００１１】
上記電極端子をリチウムイオン電池のプラス出力端に採用するに際しては、前記心棒部は、アルミニウム又はアルミニウム合金で形成され、前記外筒部は、銅又は銅合金で形成されるようにするとよい。
上記電極端子をリチウムイオン電池のマイナス出力端に採用するに際しては、前記心棒部は、銅又は銅合金で形成され、前記外筒部は、アルミニウム又はアルミニウム合金で形成されるようにするとよい。
【００１２】
一方、上述した電極端子を製造する際には、前記心棒部を形成する金属元材を取り囲むように、前記外筒部を形成する金属元材が巻き付けられた状態となっている対面元材を用意し、高圧の静水圧環境下にて、前記対面元材をダイにより押出加工又は引抜加工する製造方法を採用することが不可欠である。
この製造方法を採用することで、心棒部を形成する金属材と外筒部を形成する金属材とが金属的結合して一体化し、電気腐食等が起こらない電極端子を製造することができる。
なお、本発明に係る電極端子の最も好ましい形態は、一対の出力端が互いに異種金属で形成されるバッテリに対して用いる電力出力用の電極端子であって、一方の出力端に連結すると共に一方の出力端と同一金属で形成された第１接続部と、前記第１接続部に連接すると共に他方の出力端と同一金属で形成された第２接続部とを有し、前記第１接続部は、中実円柱状の心棒部であり、前記第２接続部は、前記心棒部に外嵌する円筒形状の外筒部となっており、前記心棒部は下方側に向けて、外筒部の長さを超えるように延長形成されていて、前記第１接続部と第２接続部とが金属的結合により一体化されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、プラス出力端とマイナス出力端とが互いに異種金属で形成されたバッテリに対して好適で、電気腐食を防止しつつ電気抵抗を抑えることができ且つ機械的強度にも優れた高性能・高信頼性を有する電極端子を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１実施形態の電極端子の使用態様を示した斜視図である。
【図２】第１実施形態の電極端子を示したものであって（Ａ）は平面図であり（Ｂ）は正面図である。
【図３】第１実施形態の電極端子とブスバーとの接続状況を示した図である。
【図４】本発明に係る電極端子を製造する過程を説明した斜視図である。
【図５】第２実施形態の電極端子を示したものであって（Ａ）は平面図であり（Ｂ）は正面図である。
【図６】第２実施形態の電極端子とブスバーとの接続状況を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を、図面に基づき説明する。
［第１実施形態］
図１〜図３は、本発明に係る電極端子１の第１実施形態を示している。
図１に示すように、この電極端子１は、複数のバッテリセル２をバスバー３によって直列接続することで構成される組電池４等において、例えば各バッテリセル２のマイナス出力端（マイナス出力側）として使用することができる。
【００１６】
なお、図３に示すように、バッテリセル２はリチウムイオン電池であって、マイナス出力端は銅又は銅合金により形成されている。これは、マイナス出力端に電池内部で繋がる負極側担体７（電子やイオンを固定するベース体）が銅又は銅合金で構成されているためである。正極側担体との関係で、プラス出力端（プラス出力側）はアルミニウム又はアルミニウム合金により形成されている。
【００１７】
図２（ａ），（ｂ）に示すように、マイナス出力端に採用される本発明の電極端子１は、心棒部１０（第１接続部）と、この心棒部１０を外嵌被覆する外筒部１１（第２接続部）とによって内外二重軸に形成されている。
心棒部１０の下端側は外筒部１１から軸方向に突出している。心棒部１０の上端側と外筒部１１の上端部とは、同じ高さ位置に揃えられている。心棒部１０は丸棒とされ、外筒部１１は円筒形に形成されている。すなわち、これら心棒部１０と外筒部１１との軸方向に直交する断面形状は同心の二重円形を呈しており、心棒部１０を取り囲む外筒部１１の肉厚は略一定である。
【００１８】
外筒部１１の下端側には土台部１２が形成されており、この土台部１２を貫通するように心棒部１０が下方に突出している。また外筒部１１の外周面には、土台部１２を除いて雄ねじ部１３が形成されている。
この土台部１２は、この電極端子１をバッテリセル２へ取り付ける際に、バッテリセル２から雄ねじ部１３が突出する長さを一定とする役目や、この雄ねじ部１３にバスバー３を接続する際に、バスバー３をバッテリセル２から浮き上げた状態に保持させるスペーサーの役目を有している。土台部１２は、必ずしも外筒部１１に対して一体に設ける必要はなく、別部材としてもよい。
【００１９】
第１実施形態では、電極端子１の最大径（土台部１２の外径に相当）を５〜２５ｍｍ、最大長さ（心棒部１０としての全長に相当）を１０〜１００ｍｍとしている。また外筒部１１に設ける雄ねじ部１３の外径は、呼び径４〜１２ｍｍとしている。
心棒部１０と外筒部１１とは、互いに形成素材が異なる金属により形成されている。心棒部１０は、バッテリセル２の負極側担体７と同一金属、すなわち銅又は銅合金を元材として形成されている。また外筒部１１は、バッテリセル２の正極側担体やプラス出力端と同一金属、すなわちアルミニウム又はアルミニウム合金を元材として形成されている。
【００２０】
心棒部１０の外周面と外筒部１１の内周面との間は、心棒部１０の金属（Ｃｕ）と外筒部１１の金属（Ａｌ）とを超高圧下（例えば１０００ＭＰａ程度）で且つ変形を付与するようにして、互いが金属組織レベルで密着した結合界面を形成させ、その結果として導電性及び機械的結合強度を「電極端子として実用に適する値」にまで高めた状態とされている。
【００２１】
このような電極端子１は、バッテリセル２に取り付ける際に、心棒部１０において外筒部１１から突出している部分を内部接続部１５として使用する。すなわち、この内部接続部１５をバッテリセル２の負極側担体７と電気的に接続させる。また、外筒部１１において雄ねじ部１３が設けられた部分を外部接続部１６として使用する。すなわち、この外部接続部１６へ、外筒部１１と同金属であるアルミニウム製のバスバー３の一端部を接続させる。
【００２２】
具体的には、図１，図３に示したように、バスバー３の両端部には接続孔２０が設けられており、この接続孔２０を電極端子１の外部接続部１６（外筒部１１の雄ねじ部１３）へ差し込んで、突き抜けた雄ねじ部１３へ、外筒部１１と同金属から形成されたアルミニウム製のナット２１を螺合させる。
このとき、外部接続部１５とブスバー３ならびにナット２１とは、同一金属による接続となり、電気腐食が起こることはない。加えて、内部接続部１５と外部接続部１６との間（心棒部１０と外筒部１１との間）は異種金属であるものの、金属的結合されているために電気腐食は起こらず、且つ電気抵抗が抑えられた状態に保持されている。
【００２３】
一方、プラス出力端は、形成素材の全てをアルミニウム又はアルミニウム合金とされた電極端子を用いるとよい。その形状は、電極端子１とほぼ同じであり、土台部２３や雄ねじ部２４を有したものとされている。そのため、バスバー３における他端側の接続孔２０をプラス側の電極端子の雄ねじ部２４へ差し込んで、突き抜けた雄ねじ部２４へナット２１を螺合させるようにする。言うまでもなく、プラス出力端とバスバー３との接続部分も同一金属による接続であるので、電気腐食が起こることはない。
【００２４】
これらの結果として、複数のバッテリセル２をバスバー３によって直列接続することで構成される組電池４において、いずれの接続部分でも電気腐食は起こらず、高効率の導電性が確保されるものである。また、電極端子１としての機械的強度も優れているので、通常の使用状況下において電極端子１が曲がったり折れたりすることもない。
なお、第１実施形態では、バスバー３がアルミニウム又はアルミニウム合金によって形成されているため、軽量であり、組電池４を軽量に抑えることが可能となる。そのため、この組電池４をバッテリとして搭載する電気自動車の軽量化にとっても有益となる利点がある。
【００２５】
図４に示す如く、このような構成の電極端子１を製造するには、超高圧の静水圧下における押出加工を行う。この加工に用いる押出装置３０は、得ようとする電極端子１の最大径（土台部１２の外径に相当）に対応した単一開口のダイ３１（ダイス）を具備したもので、超高圧（〜１０００ＭＰａ程度）の等方圧環境下での押出成形が可能となっている。
電極端子１の製造手順としては、まずバッテリセル２のプラス出力端と同一金属からなる正極用元材１１Ａ（金属元材）と、バッテリセル２のマイナス出力端と同一金属の負極用元材１０Ａ（金属元材）とを準備する。すなわち、正極用元材１１Ａはアルミニウム又はアルミニウム合金製であり、負極用元材１０Ａは銅又は銅合金製であるものとする。そして、棒状の負極用元材１０Ａを中心にして、その周りを正極用元材１１Ａで取り囲んだ構造の丸棒状のビレット（対面元材）を形成する。
【００２６】
例えば、負極用元材１０Ａを丸棒材とすると共に、正極用元材１１Ａを中空パイプ材として、負極用元材１０Ａに正極用元材１１Ａを外嵌挿通させることでビレットを形成すればよい。或いは、負極用元材１０Ａを丸棒材とすると共に、正極用元材１１Ａを帯板状材として、負極用元材１０Ａに正極用元材１１Ａを巻き付けることでビレットを形成することもできる。
【００２７】
次に、このビレットを押出装置３０へ装填して、この押出装置３０を超高圧（〜１０００ＭＰａ）の等方圧環境下にて作動させる。前記したように、ビレットは、負極用元材１０Ａを中心にしてそのまわりを正極用元材１１Ａで取り囲んだ構造であるから、正極用元材１１Ａと負極用元材１０Ａとが互いに並行して押し出されるようになる。
図４（ａ）に示す如く、押出装置３０のダイ３１の開口面積はビレットの断面積より小さいため、ダイ３１を通すことで、ビレットが全周的な圧縮を受けて塑性変形する。両元材１０Ａ，１１Ａの合わせ面は、ダイ３１を出た後に「心棒部１０の外周面と外筒部１１の内周面との界面（金属的結合部）」を形成することになる。
【００２８】
係る押出加工により、正極用元材１１Ａと負極用元材１０Ａとが金属的結合によって一体結合された内外二重軸の成形体１Ａを成形する。
このようにして得られた成形体１Ａを、押出方向で所定間隔をおいて切り出す。第１実施形態では、押出装置３０のダイ３１が電極端子１の断面形状に対応した開口形状に形成されているため、成形体１Ａの切り出し間隔は、電極端子１としての長さ寸法に合わせるようにした。
【００２９】
切り出し後において、正極用元材１１Ａに旋盤加工や雄ねじ切り加工を施し、雄ねじ部１３の形成や土台部１２の形成、及び心棒部１０による突出部の形成を行い、電極端子１を完成させる。必要に応じて表面研磨や表面処理などを行ってもよい。
［第２実施形態］
図５、図６は、本発明に係る電極端子１の第２実施形態を示している。
【００３０】
第２実施形態の電極端子１もバッテリセル２のマイナス出力端に採用するものである。
図５（ａ）,（ｂ）に示す如く、電極端子１の外筒部１１は上方側に向けて、心棒部１０の長さを超えるように延長形成されている。すなわち、外筒部１１が延長された部分の内部には心棒部１０が存在せず、中空とされている。一方で、電極端子１の心棒部１０は下方側に向けて、外筒部１１の長さを超えるように延長形成されている。加えて、外筒部１１には土台部１２や雄ねじ部１３は設けられておらず、ストレートの円筒形に形成されている。
【００３１】
なお、心棒部１０がバッテリセル２の負極側担体７と同一金属（銅又は銅合金）製であり、外筒部１１がバッテリセル２の正極側担体やプラス出力端と同一金属（アルミニウム又はアルミニウム合金）製である点は、第１実施形態と同じである。また、心棒部１０の外周面と外筒部１１の内周面との間が超高圧等方圧下によるダイ加工で金属的結合されている点も、第１実施形態と同じである。
【００３２】
第２実施形態の電極端子１では、心棒部１０が外筒部１１から突出している部分を内部接続部１５としてバッテリセル２へ取り付けた後、外筒部１１において中空とされた部分を外部接続部１６として使用する。すなわち、この外部接続部１６へバスバー３の一端部を溶接によって接続させる。
具体的には、図６に示したように、バスバー３の接続孔２０を電極端子１の外部接続部１６（中空部分に対応）へ差し込んで、突き抜けた外部接続部１６まわりを溶接などにより溶接すればよい。溶接部分は、バスバー３も外部接続部１６も、共にアルミニウム又はアルミニウム合金であって、同一金属であるから共晶は生じず、両者間の電気抵抗が過大となることもない。
【００３３】
図４に示すように、第２実施形態の電極端子１を製造するには、第１実施形態の場合と同様に、押出装置３０を超高圧等方圧下で作動させて成形体１Ａを形成させ、その後、中グリ加工を施して、外筒部１１の中空化（心棒部１０を所定深さ削除）を行うようにすればよい。
第２実施形態においてその他の構成及び作用効果、製造方法は第１実施形態とほぼ同じであり、ここでの詳説は省略する。
【００３４】
ところで、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
例えば、第１実施形態及び第２実施形態においては、マイナス出力端として使用する電極端子１を例示したが、電極端子をプラス出力端に採用してもよい。その場合、心棒部１０をバッテリセル２の正極側担体と同一金属（アルミニウム又はアルミニウム合金）製とし、外筒部１１をバッテリセル２の負極側担体７と同一金属（銅又は銅合金）製とするとよい。バスバー３は銅又は銅合金製とする。
【００３５】
また、本発明に係るバスバー１は、自動車搭載用のリチウムイオン電池を接続するに際し非常に好適であるが、他用途におけるリチウムイオン電池（バッテリ）の接続に用いても何ら問題はない。
【符号の説明】
【００３６】
１      電極端子
１Ａ    成形体
２      バッテリセル
３      バスバー
４      組電池
７      負極側担体
１０    心棒部
１０Ａ  負極用元材
１１    外筒部
１１Ａ  正極用元材
１２    土台部
１３    雄ねじ部
１５    内部接続部
１６    外部接続部
２０    接続孔
２１    ナット
２３    土台部
２４    雄ねじ部
３０    押出装置
３１    ダイ
【図３】
0005523164.tif 000002
【図６】
0005523164.tif 000003
【図１】
0005523164.tif 000004
【図２】
0005523164.tif 000005
【図４】
0005523164.tif 000006
【図５】
0005523164.tif 000007