(57)【要約】【課題】超音波溶着で簡単に電極端子と電極構造部材との接合を行う方法の提供。【解決手段】電極端子５、６の端部５ｂ、６ｂとバスバー７とを超音波溶着により接合する方法であり、接合面に平面部を設けなくても電極端子と電極構造部材とを充分に接合するために、電極端子に係止部を設け、荷重受け係止手段を係止することで、超音波ホーンの荷重を支える事に想到した。すなわち、電極端子５、６に透孔５ａ、６ａを設け、荷重受け係止手段を係止しながら、電極端子５、６の端部５ｂ、６ｂに超音波ホーンを当接・加圧して両者の間の接合を行う工程を有することを特徴とする。つまり、超音波ホーンにより加えられる荷重を荷重受け係止手段により受けることで電池などに与える影響を少なくでき、安定した高い品質を確保することが可能になった。また、予め平面部を形成しなくても充分な接合強度を確保できるので低コスト化が実現できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池ケース内外を電気的に接続し該電池に固定された電極端子と、該電池外に突出する該電極端子の端部に接合されて使用される電極構造部材とを超音波溶着により接合する方法であって、
前記電極端子は側面に荷重受け係止手段が係止できる係止部をもち、
該係止部に該荷重受け係止手段を係止しながら、該電極端子及び／又は前記電極構造部材に超音波ホーンを当接・加圧して両者の間の接合を行う工程を有することを特徴とする電極の接合方法。
【請求項２】
前記電極構造部材は、前記電極端子の前記端部の一部乃至全部が挿入できる透孔である端部挿入孔を有し、
前記超音波ホーンは、該端部挿入孔内で該端部の一部乃至全部を潰しながら該端部挿入孔内壁に密着させることで、該電極構造部材及び該電極端子間を接合する請求項１に記載の電極の接合方法。
【請求項３】
前記係止部は前記電極端子の側面に設けられた透孔であり、
前記荷重受け係止手段は該係止部に挿入・係止される部材である請求項１又は２に記載の電極の接合方法。
【請求項４】
前記電極構造部材は組電池において単電池間を電気的に接続する部材である請求項１〜３のいずれかに記載の電極の接合方法。
【請求項５】
電池内外を電気的に接続し該電池に固定された電極端子と、該電池外に突出する該電極端子の端部に接合された電極構造部材とを有する電極接合体であって、
前記電極端子は側面に荷重受け係止手段が係止できる係止部をもち、
該係止部に該荷重受け係止手段を係止しながら、該電極端子及び／又は前記電極構造部材に超音波ホーンを当接・加圧して両者の間の接合を行う工程により製造されたことを特徴とする電極接合体。
【請求項６】
前記電極構造部材は、前記電極端子の前記端部の一部乃至全部が挿入できる透孔である端部挿入孔を有し、
前記超音波ホーンは、該端部挿入孔内で該端部の一部乃至全部を潰しながら該端部挿入孔内壁に密着させることで、該電極構造部材及び該電極端子間を接合している請求項５に記載の電極接合体。
【請求項７】
前記係止部は前記電極端子の側面に設けられた透孔である請求項５又は６に記載の電極接合体。
【請求項８】
前記電極構造部材は組電池において単電池間を電気的に接続する部材である請求項５〜７のいずれかに記載の電極接合体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池から突出する電極端子に電極構造部材を超音波溶着により接合する方法に関し、詳しくは電池に悪影響を与えるおそれが少ない電極の接合方法に関する。更に、この電極の接合方法を採用して接合した高品質且つ低コストな電極接合体に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の電気製品の軽量化、小型化に伴い高いエネルギー密度を有する非水系二次電池（特にリチウム二次電池）が注目され様々な研究・開発が進められている。また、環境問題から電気自動車や動力の一部に電力を利用したハイブリッド自動車の実用化が盛んに行われており、電力の貯蔵のために高性能な二次電池が求められている。
【０００３】
二次電池を車両に搭載するために、複数の単電池（セル）をバスバー等で直列に接続して組電池化することが行われている（例えば、特許文献１参照）。電極端子は電池内部にまで到達し電解液に接触するので適正な材料から構成されることが望まれる（例、正極：アルミニウム、負極：銅など）。従って、電極端子及びバスバーの接合は異種金属間での接合となり、従来、組電池化には、単電池からエネルギーを取り出す電極端子とバスバーとをねじ等で締結接続する方法が主流である。しかしながら、組電池を構成するセル数の増加に伴い、締結部が増加して接続部分での電気抵抗が大きくなるので、組電池全体における性能の低下が問題になる。また、ねじによる締結は生産性の面において効率を低下させる状況となっている。
【０００４】
現状、複数の単電池間を接続する手段として、昨今では超音波溶着を用いた接合方法がある。一般的な超音波溶着は接合する部材間で突き合わせる平面部分を形成し、それぞれの平面部分を加圧しながら当接させて接合を行う。この場合に、接合面である平面部分を形成するために、製品形状の制約が生じることがある。又、電極端子等に対して加工を施す必要がある事から、部品コストが高くなる。
【特許文献１】特開２００３−１１５２８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は上記実情に鑑みなされたものであり、超音波溶着により電極端子と電極構造部材との接合を簡単に行うことができる電極の接合方法を提供することを解決すべき課題とする。また、安定した品質、低コストで得ることができる電極接合体を提供することを解決すべき課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の電極の接合方法は、電池ケース内外を電気的に接続し該電池に固定された電極端子と、該電池外に突出する該電極端子の端部に接合されて使用される電極構造部材とを超音波溶着により接合する方法である。
【０００７】
上記課題を解決する目的で本発明者らは鋭意検討を行った。その結果、接合面に平面部を設けなくても電極端子と電極構造部材とを充分に接合するためには両者の間に充分な荷重を印加することが必要であることが判った。しかし、あまりに大きな荷重を電極端子に加えると、電池内部の重要な構成要素（電極体など）に悪い影響を及ぼすおそれがある。
【０００８】
そこで、電極端子に係止部を設け、その係止部に荷重受け係止手段を係止することで、超音波ホーンの荷重を支える事に想到し、以下の発明を完成した。すなわち、前記電極端子は側面に荷重受け係止手段が係止できる係止部をもち、
該係止部に該荷重受け係止手段を係止しながら、該電極端子及び／又は前記電極構造部材に超音波ホーンを当接・加圧して両者の間の接合を行う工程を有することを特徴とする。
【０００９】
つまり、超音波ホーンにより加えられる荷重を荷重受け係止手段により受けることで電池などに与える影響を少なくでき、安定した高い品質を確保することが可能になった。また、予め平面部を形成しなくても充分な接合強度を確保できるので低コスト化が実現できる。
【００１０】
そして、前記電極構造部材は、前記電極端子の前記端部の一部乃至全部が挿入できる透孔である端部挿入孔を有し、
前記超音波ホーンは、該端部挿入孔内で該端部の一部乃至全部を潰しながら該端部挿入孔内壁に密着させることで、該電極構造部材及び該電極端子間を接合することで、電極端子と電極構造部材とが異種金属から構成されても高品質に接合を行うことができる。
【００１１】
ここで、前記係止部としては前記電極端子の側面に設けられた透孔を挙げることができ、前記荷重受け係止手段は該係止部に挿入・係止される部材を挙げることができる。また、前記電極構造部材は組電池において単電池間を電気的に接続する部材が例示できる。
【００１２】
更に上記課題を解決する本発明の電極接合体は、電池内外を電気的に接続し該電池に固定された電極端子と、該電池外に突出する該電極端子の端部に接合された電極構造部材とを有する電極接合体であって、
前記電極端子は側面に荷重受け係止手段が係止できる係止部をもち、
該係止部に該荷重受け係止手段を係止しながら、該電極端子及び／又は前記電極構造部材に超音波ホーンを当接・加圧して両者の間の接合を行う工程により製造されたことを特徴とする。
【００１３】
そして、前記電極構造部材は、前記電極端子の前記端部の一部乃至全部が挿入できる透孔である端部挿入孔を有し、
前記超音波ホーンは、該端部挿入孔内で該端部の一部乃至全部を潰しながら該端部挿入孔内壁に密着させることで、該電極構造部材及び該電極端子間を接合していることが好ましい。
【００１４】
また、前記係止部としては前記電極端子の側面に設けられた透孔が挙げられる。そして、前記電極構造部材は組電池において単電池間を電気的に接続する部材が例示できる。
【発明の効果】
【００１５】
電極端子と電極構造部材との間は超音波溶着により接合されるので、信頼性良く確実に接合することができる。電極端子に設けた係止部に荷重受け係止手段を係止した状態で超音波溶着を行うので超音波溶着時に加わる荷重による電池への影響を極力抑えることができる。電極端子に設ける係止部はプレス加工などによって簡単に形成することができるので、コスト削減も可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
〔電極の接合方法〕
本発明の電極の接合方法は、電極端子と電極構造部材との接合を超音波溶着にて行う方法である。電極端子は電池ケース内外を電気的に接続する部材である。電極端子は電池に固定された状態で接合される。電極端子が電池の発電要素に固定されている状態で電極構造部材を接合する場合に本方法を好適に適用できる。電極構造部材は電極端子の電池外に突出する端部に接合されている。電極構造部材としては複数の単電池からなる組電池において単電池の電極端子間を電気的に接続するバスバーのような部材が例示できる。バスバーは組電池の製造手順上単電池の製造後に電極端子に接合されることが多いものと推察される。
【００１７】
電極端子は側面に係止部をもつ。係止部は荷重受け係止手段が係止できる構造をもつ。係止部は電極端子を貫通する孔又は切り欠きである透孔、電極端子の一部を凹ませた凹部、電極端子の一部を突出させた凸部などが例示できる。電極端子はプレス加工などにより形成することが好ましく、係止部についてもプレス加工にて同時に形成することが好ましい。
【００１８】
荷重受け係止手段は電極端子の係止部に係止することで電極端子に加えられる荷重を受けて、電池に対する荷重の影響を抑える作用を発揮する部材である。荷重受け係止手段を係止部に係止した状態で超音波溶着を行う。超音波溶着は、超音波ホーンを当接・加圧して両者の間の接合を行う工程である。電極端子と電極構造部材とを接触させた状態で接合を行う場合には電極構造部材に超音波ホーンを当接させることが好ましい。
【００１９】
電極構造部材に、電極端子の端部の一部乃至全部が挿入できる透孔である端部挿入孔を設け、その端部挿入孔に電極端子の端部を挿入した状態で接合を行うこともできる。異種材料からなる電極端子及び電極構造部材の間を接合する場合にこのような構成を採用することが好ましい。その場合には、電極端子の端部に超音波ホーンを当接させることで電極端子の端部を潰し、端部挿入孔の内壁に密着接合させることが好ましい。電極端子の端部を加圧して単純に潰す方法も想定できるが、超音波溶着を行う方がより確実に接合を行うことができる。
【００２０】
〔電極接合体〕
本発明の電極接合体は電極端子と電極構造部材とから構成される。両者の間は超音波溶着により接合されている。電極端子は電池内外を電気的に接続する部材であり、電池に固定されている。電極構造部材は電極端子の電池外部に突出した端部に接合された部材である。例えば、複数の単電池から構成される組電池において、単電池の電極端子間を電気的に接続するバスバーなどの部材が該当する。
【００２１】
電極端子は側面に係止部をもち、係止部に荷重受け係止手段を係止した状態で、電極端子と電極構造部材との接合が行われている。係止部は係止部は荷重受け係止手段が係止できる構造をもつ。係止部は透孔、電極端子の一部を凹ませた凹部、電極端子の一部を突出させた凸部などが例示できる。電極端子はプレス加工などにより形成することが好ましい。電極端子と電極構造部材との接合は超音波ホーンを当接・加圧して行う工程で行われる。電極端子と電極構造部材とを接触させた状態で接合を行う場合には電極構造部材に超音波ホーンを当接させることが好ましい。
【００２２】
電極構造部材に、電極端子の端部の一部乃至全部が挿入できる透孔である端部挿入孔を設け、その端部挿入孔に電極端子の端部を挿入した状態で接合を行うこともできる。その場合には、電極端子の端部に超音波ホーンを当接させることで電極端子の端部を潰し、端部挿入孔の内壁に密着接合させている。
【実施例１】
【００２３】
本発明の電極の接合方法及び電極接合体について実施例に基づき以下詳細に説明する。以下の説明では、図１に示すように、６個の単電池Ａ〜Ｆから構成される組電池において単電池Ａ〜Ｆの電極端子５及び６間を電気的に接続する電極構造部材としてのバスバー７を電極端子５及び６に接合する方法として、本実施例の電極の接合方法を採用する。接合後の電極端子５及び６とバスバー７とにより、本実施例の電極接合体が構成される。本実施例の電極接合体は電極端子５及び６とバスバー７とから構成される。
【００２４】
バスバー７はアルミニウム材より構成され、隣接する単電池Ａ〜Ｆ間におけるアルミニウム材から構成される正極の電極端子５と銅材から構成される負極の電極端子６との間を電気的に接続している。バスバー７に各電極端子５及び６の端部が超音波溶着により接合されている。
【００２５】
図２に示すように、電極端子５及び６には係止部の端部挿入孔としての透孔５ａ及び６ａが形成されている。この透孔５ａに係止する突起部１１をもつ荷重受け係止手段としてのクランプ治具１０を透孔５ａに係止する。電極端子５をクランプ治具１０の反対側からクランプ治具１１にて狭持した状態で、電極端子５の端部５ｂにバスバー７を当接させ、端部５ｂに対して反対側から超音波ホーン１３にて超音波溶着を行う。クランプ治具１０及び１２が電極端子５に当接する面にはローレット加工を施して滑り難くしてある。バスバー７はクランプ治具１０及び１２に設けられたガイド１０ｂ及び１２ｂ内に保持されている。クランプ治具１０及び１１の上面とバスバー７との間には隙間Ｈが設けられ、この隙間Ｈに対応する長さだけ電極端子５の端部５ｂが融けてバスバー７に溶着する（図３）。
【００２６】
超音波ホーン１３により加えられる荷重は透孔５ａの上側の面５ｃを介してクランプ治具１０の突起部１１が受けることになり、単電池Ａ〜Ｆに対する影響を抑制できる。電極端子６についても電極端子５と同様に透孔６ａにクランプ治具１０の突起部１１を係止した状態で超音波溶着を行うことで接合を完了する（図４）。端部５ｂとバスバー７との接合部分の断面写真を図５に示す。図５から明らかなように、端部５ｂとバスバー７との接合面も判らない程度に極めて良好な接合が実現できた。
【実施例２】
【００２７】
本実施例の電極の接合方法は、図６に示すように、バスバー７に端部挿入孔７ａが設けられ、電極端子５の端部５ｂが挿入していること以外は、実施例１の方法とほぼ同様である。端部５ｂはバスバー７の端部挿入孔７ａを貫通しＨだけ突出している。クランプ治具１０及び１２とバスバー７との間には実施例１で設けていたような隙間はなく、密着している。
【００２８】
電極端子５をクランプ治具１０及び１１にて狭持した状態で、超音波ホーン１３を端部５ｂに当接・加圧することにより、端部５ｂは潰れていく。端部挿入孔７ａ内で端部５ｂが潰れることで電極端子５の端部５ｂ近傍は端部挿入孔７ａの内壁に密着することになる（図７）。
【００２９】
超音波ホーン１３により加えられる荷重は透孔５ａの上側の面５ｃを介してクランプ治具１０の突起部１１が受けることになり、単電池Ａ〜Ｆに対する影響を抑制できる。電極端子６についても電極端子５と同様に透孔６ａにクランプ治具１０の突起部１１を係止した状態で超音波溶着を行うことで接合が完了する（図８）。
【００３０】
電極端子の端部の形状は、図９〜１１に示すように、端部の一部分（図１０）としたり、先細り形状（図１１）にすることができる。このような端部の形状にすることで、挿入された部分が潰れやすくなり、接合が容易にできる。端部６ｂとバスバー７との接合部分の断面写真を図１２に示す。端部６ｂは銅製であり、バスバー７はアルミニウム製である。図１２から明らかなように、端部６ｂとバスバー７との接合面は判るが、その接合面は隙間なく密着しており、極めて良好な接合が実現できた。
【００３１】
上述した実施例１及び２共に、電極端子とバスバーとの間を原子レベルのオーダーで接合することができるので、接合部における電気抵抗が少なくなるほか、信頼性の高い確実な接合が実現できる。ここで、超音波溶着時に加わる圧力をクランプ治具（荷重受け係止手段）にて受けることができるので、電池への影響を考慮することなく超音波ホーンで加圧することができる。その結果、より確実な接合が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】実施例の組電池の外観を示す斜視図である。
【図２】実施例１における電極端子とバスバーとの間の接合の様子を示す概略図である。
【図３】実施例１における電極端子とバスバーとの間の接合の様子を示す概略図である。
【図４】実施例１における電極端子とバスバーとの間の接合の様子を示す概略図である。
【図５】実施例１の方法により接合した電極端子とバスバーとの間の断面写真である。
【図６】実施例２における電極端子とバスバーとの間の接合の様子を示す概略図である。
【図７】実施例２における電極端子とバスバーとの間の接合の様子を示す概略図である。
【図８】実施例２における電極端子とバスバーとの間の接合の様子を示す概略図である。
【図９】実施例２において採用できる電極端子の端部の形状を示した概略斜視図である。
【図１０】実施例２において採用できる電極端子の端部の形状を示した概略斜視図である。
【図１１】実施例２において採用できる電極端子の端部の形状を示した概略斜視図である。
【図１２】実施例２の方法により接合した電極端子とバスバーとの間の断面写真である。
【符号の説明】
【００３３】
１…ケース
２…蓋
３…排煙口
４…電解液注入口
５…正極端子    ５ａ…透孔（係止部）    ５ｂ…端部    ５ｃ…上面
６…負極端子    ６ａ…透孔（係止部）    ６ｂ…端部    ６ｃ…上面
７…バスバー    ７ａ…接合部分    ７ｂ…接合部分
８、９…バスバー（電流取り出し用）
Ａ〜Ｆ…単電池
１０…クランプ治具（荷重受け係止手段）    １０ｂ…ガイド    １１…突起部
１２…クランプ治具    １２ｂ…ガイド
１３…超音波ホーン
１４、１５…接合部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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