电池的焊接结构、其形成方法、二次单电池和二次电池组件的制作方法

电池的焊接结构、其形成方法、二次单电池和二次电池组件的制作方法
【专利摘要】在电池盖(3)的表面形成有镀层(4)，在镀层(4)的上表面配置有盖套(37)的周缘部(37b)。在周缘部(37b)的前端部形成有焊接部(40)。焊接部(40)具有周缘部(37b)的前端熔融而形成的熔融部(41)、和从前端起在镀层(4)上流动而形成的熔出部(42)，熔融部(41)与熔出部(42)在镀层(4)的上表面被焊接在镀层(4)。
【专利说明】电池的焊接结构、其形成方法、二次单电池和二次电池组件
【技术领域】
[0001]本发明涉及在以锂离子二次电池等为代表的二次单电池和由多个二次单电池构成的二次电池组件等中，通过将形成电流通路的导电性金属部件相互焊接而构成的电池的焊接结构、其形成方法、二次单电池和二次电池组件。
【背景技术】
[0002]近年来，作为电动车等的动力源，能量密度高的二次电池组件的开发正在不断推进。特别是在车载用途等中预想有来自各个方向的负载，从这方面看，流过大电流，所以作为电流通路的金属部件之间的接合需要强度并且需要降低电阻。
[0003]例如，圆筒形二次电池在有底筒状的电池罐中收纳发电元件并且注入电解液，用电池盖将电池罐的开口密封从而形成密闭结构。发电元件具有正?负极的电极，例如，正极电极与电池盖电连接。在正极电极与电池盖之间，设置有通过铆接(々L.A )等与电池盖一体化的安全阀装置。电池盖与安全阀装置隔着衬垫被铆接在设置于电池罐的一端的开口部的周缘部。
[0004]电池盖例如由不锈 钢形成，安全阀装置例如由铝形成。
[0005]为了增大电池盖与安全阀装置的接合强度并且降低电阻，已知有对安全阀装置的前端照射激光，使安全阀装置焊接到电池盖的方法(例如参考专利文献I)。该现有文献中，记载了通过激光照射使安全阀装置熔融，流动的铝系金属和铁系金属融合而牢固地接合的技术。
[0006]现有技术文献
[0007]专利文献
[0008]专利文献1:日本国专利公开2003-187773号公报
【发明内容】

[0009]发明想要解决的技术问题
[0010]上述现有文献中记载了铝系金属与铁系金属融合而牢固地接合的技术。但是，在将材质不同的金属部件焊接的情况下，因两个部件的熔点不同，所以不能充分确保接合强度和不能充分降低电阻。此外，在焊接部可能会发生断裂。
[0011]用于解决问题的技术方案
[0012]本发明的第一方式的电池的焊接结构是这样一种电池的焊接结构，包括:第一导电性金属部件；设置于第一导电性金属部件的金属层；和由与第一导电性金属部件不同的材料形成的第二导电性金属部件，第一导电性金属部件与第二导电性金属部件经由金属层接合，流过充放电电流，电池的焊接结构的特征在于:在第二导电性金属部件的前端部的至少一部分，形成有前端熔融而形成的熔融部、和从前端起在金属层上流动而形成的熔出部，熔融部和熔出部在金属层的表面被焊接在金属层。
[0013]本发明的第二方式的电池的焊接结构中，优选金属层由对第一导电性金属部件的焊接的接合力大于第二导电性金属部件的材料形成。
[0014]本发明的第三方式的电池的焊接结构，在第一方式或第二方式所述的电池的焊接结构中，优选第一导电性金属部件由铁、铜、铁合金、和铜合金之任一者形成，第二导电性金属部件由铝、铜、锡、铝合金、铜合金和锡合金之任一者形成。
[0015]本发明的第四方式的电池的焊接结构，在第一方式至第三方式中任一项所述的电池的焊接结构中，优选金属层是设置于第一导电性金属部件的镀层。
[0016]本发明的第五方式的电池的焊接结构，在第一方式至第四方式中任一项所述的电池的焊接结构中，能够设成:电池是二次单电池，该二次单电池包括:具有正.负极的电极的发电单元、在一端侧形成有开口并在内部收纳有发电单元和电解液的电池罐、与发电单元的正.负极的电极的一方连接的在内表面形成有镀层的盖套、和与盖套一体化并在表面形成有镀层的电池盖，第一导电性金属部件是电池盖，金属层是镀层，第二导电性金属部件是盖套。
[0017]本发明的第六方式的电池的焊接结构，在第五方式所述的电池的焊接结构中，能够设成:电池盖和盖套在俯视时呈圆形形状，熔融部和熔出部沿着盖套的周围断续地设置有多处。
[0018]本发明的第七方式的电池的焊接结构，在第五方式或第六方式所述的电池的焊接结构中，可以在盖套，设置有开裂阀。
[0019]本发明的第八方式的电池的焊接结构，在第六方式或第七方式所述的电池的焊接结构中，可以设成:电池盖呈具有周缘部和从周缘部立起的圆筒部的帽形形状，盖套配置在电池盖的周缘部的内表面侧，在电池盖的周缘部的内表面侧，盖套的前端被焊接在镀层。
[0020]本发明的第九方式的电池的焊接结构，在第六方式或第七方式所述的电池的焊接结构中，可以设成:电池盖呈具有周缘部和从周缘部立起的圆筒部的帽形形状，盖套配置在电池盖的周缘部的内表面侧，盖套的周缘部从电池盖的周缘部的内表面侧向外表面侧折叠并铆接，在电池盖的周缘部的外表面侧，盖套的前端被焊接在镀层。
[0021 ] 本发明的第十方式的电池的焊接结构，在第八方式或第九方式所述的电池的焊接结构中，优选电池盖在圆筒部的头部具有沿着圆周方向设置的多个开口，盖套的熔融部和熔出部的圆周方向上的一端和另一端设置在不与开口对应的位置。
[0022]本发明的第十一方式的电池的焊接结构，在第七方式至第十方式中任一项所述的电池的焊接结构中，还可以具有衬垫，电池盖与盖套隔着衬垫被铆接在电池罐的开口的周缘部。
[0023]本发明的第十二方式的二次单电池具备第五方式至第十一方式中任一项所述的电池的焊接结构。
[0024]本发明的第十三方式的电池的焊接结构，在第一方式至第四方式中任一项所述的电池的焊接结构中，能够设成:电池是二次电池组件，二次电池组件包括多个二次单电池，和汇流条，二次单电池包括:在一端侧具有开口并收纳有电池单元和电解液的电池罐、安装在电池罐的开口的周缘部的电池盖、和至少在外表面形成有镀层且隔着绝缘部件设置于电池盖的电极端子部件，汇流条将相邻的二次单电池的电极端子部件彼此连接，第一导电性金属部件是电极端子部件，金属层是镀层，第二导电性金属部件是汇流条。
[0025]本发明的第十四方式的电池的焊接结构，在第十三方式所述的电池的焊接结构中，优选汇流条形成为具有前端面、后端面和一对侧面的矩形的板状，熔融部和熔出部设置在汇流条的前端面、后端面和一对侧面。
[0026]本发明的第十五方式的电池的焊接结构，在第十三方式或第十四方式所述的电池的焊接结构中，优选汇流条通过紧固部件与电极端子部件一起安装在电池盖。
[0027]本发明的第十六方式的二次电池组件具备第十三方式至第十五方式中任一项所述的电池的焊接结构。
[0028]本发明的第十七方式的电池的焊接结构的形成方法包括:第一工序:在设置于第一导电性金属部件上的金属层的一面上，配置由与第一导电性金属部件不同的材料形成的第二导电性部件的前端；和第二工序:使第二导电性金属部件的前端熔融，形成熔融部和从前端起在金属层的一面上流 动而形成的熔出部，将熔融部和熔出部在金属层的表面焊接在金属层。
[0029]本发明的第十八方式的电池的焊接结构的形成方法，在第十七方式所述的电池的焊接结构的形成方法中，优选金属层由对第一导电性金属部件的焊接的接合力大于第二导电性金属部件的材料形成。
[0030]本发明的第十九方式的电池的焊接结构的形成方法，在第十八方式所述的电池的焊接结构的形成方法中，优选第一工序包括:在第一导电性金属部件通过镀敷形成金属层的工序。
[0031]本发明的第二十方式的电池的焊接结构的形成方法，在第十八方式或第十九方式所述的电池的焊接结构的形成方法中，优选第二工序包括:对第二导电性金属部件的前端照射激光而设置熔融部和熔出部的激光照射工序，在激光照射工序中，使激光的光斑的中心照射到比第二导电性金属部件的前端靠内侧的位置。
[0032]本发明的第二十一方式的电池的焊接结构的形成方法，在第二十方式所述的电池的焊接结构的形成方法中，优选激光照射工序是通过照射激光在第二导电性金属部件的前端设置熔融部和熔出部并且使金属层退火的工序。
[0033]本发明的第二十二方式的电池的焊接结构的形成方法，在第二十方式或第二十一方式所述的电池的焊接结构的形成方法中，优选对第二导电性部件照射的激光的照射角度相对于第二导电性部件的前端面平行的面在比前端面靠外侧的方向倾斜，从与前端面平行的面起在20度以内。
[0034]发明效果
[0035]在第二导电性金属部件的前端侧，形成有前端熔融而形成的熔融部、和从前端起在金属层上流动而形成的熔出部，熔融部和熔出部在设置于第一导电性金属部件的金属层的表面被焊接在金属层。
[0036]因此，能够得到电阻小、接合力大、可靠性高的焊接结构。
【专利附图】

【附图说明】
[0037]图1是本发明的电池的焊接结构的一实施方式的二次单电池的外观立体图。
[0038]图2是图1所示的二次单电池的分解立体图。
[0039]图3是图2所示的电池盖单元的放大截面图。
[0040]图4是图3所示的电池盖单元的平面图。[0041]图5的(a)是图3的区域V的放大图，(b)是从上面观察(a)中的焊接部的图。
[0042]图6是本发明的电池的焊接结构的实施方式2的电池盖单元的平面图。
[0043]图7是本发明的电池的焊接结构的实施方式3的电池盖单元的截面图。
[0044]图8是将图7所示的电池盖单元被铆接在电池罐后的状态的主要部分放大截面图。
[0045]图9是本发明的电池的焊接结构的实施方式4的二次电池组件的外观立体图。
[0046]图10是图9所示的二次电池组件的X-X线截面图。
[0047]图11是图9所示的二次电池组件的X1-XI线放大截面图。
【具体实施方式】
[0048]-实施方式1-
[0049]以下，参考图1?图5，说明本发明的电池的焊接结构的一实施方式。
[0050]图1是本发明的电池的焊接结构的一实施方式的锂离子二次单电池的外观立体图，图2是图1所示的二次单电池的分解立体图。
[0051]〈整体结构〉
[0052]图1所示的二次单电池(电池)I具有适用于混合动力电动车的结构、性能，例如，具有外形40mm Φ、高度90mm的尺寸的圆筒形状，额定容量是5Ah。
[0053]二次单电池I具备由收纳有图2所示的圆柱状的发电单元20且注入有非水电解液(未图不)的电池罐2和电池盖单兀30构成的电池容器。电池罐2形成为在上部(一端)侧具有开口的有底无头的圆筒形状，由在内、外的表面实施有镍的镀层的厚度0.5_的碳钢构成。电池盖单元30由电池盖3和盖套(case) 37 一体化构成，封闭电池罐2的开口，被铆接在电池罐2，由此形成与外部密封的电池容器。
[0054]〈发电单元〉
[0055]卷绕组10例如在由聚丙烯形成的中空圆筒形状的轴芯15的外周隔着隔离件卷绕长尺寸的正极电极和负极电极而构成。卷绕组10的正极电极在沿着长度方向的一侧缘等间隔地排列有正极端子片(tab)的铝系金属箔的两面涂装正极合剂而构成。负极电极在沿着长度方向的一侧缘等间隔地排列有负极端子片的铜系金属箔的两面涂装负极合剂而构成。正极电极与负极电极在正极端子片与负极端子片配置在彼此相对侧的状态下卷绕。
[0056]在卷绕组10的上侧，配置有用于对正极电位集电的正极集电部件31。正极集电部件31由铝系金属形成，经由正极端子片与正极电极连接。正极端子片与正极集电部件31的接合例如使用超声波焊接进行。在正极集电部件31的上表面，设置有多个铝系金属箔叠层而构成的柔性(flexible)的正极导电引线(lead) 33。正极导电引线33的一端部通过电阻焊、超声波焊接等被接合到正极集电部件31。正极导电引线33的另一端部通过激光焊接等被接合到正极连接板35。
[0057]正极连接板35由铝系金属形成，其外周由聚丙烯制的绝缘环38保持。
[0058]在卷绕组10的下方，配置有用于对负极电位集电的负极集电部件21。负极集电部件21由铜系金属形成，经由负极端子片与负极电极连接。负极端子片与负极集电部件21的接合例如使用超声波焊接进行。在负极电极的下方，设置有由镍形成的负极导电引线23。负极导电引线23具有中央部被弯曲并从两端部向电池罐2的罐底侧突出的形状，两端部例如通过超声波焊接或点焊(spot welding)被接合到负极集电部件21的下表面。
[0059]发电单元20是卷绕组10、正极集电部件31、正极导电引线33、正极连接板35、绝缘环38、负极集电部件21和负极导电引线23结合为一体而构成的。
[0060]发电单元20被收纳在电池罐2内，并且在将负极导电引线23的中央部按压在电池罐2的罐底的状态下通过电阻焊等被接合到电池罐2。为了将负极导电引线23通过电阻焊接接合到电池罐2的罐底，例如在轴芯15的中空部插入电极棒，用电极棒的前端将负极导电引线23压接到电池罐2的罐底而进行。
[0061]经由负极导电引线23、负极集电部件21与卷绕组10的负极电极连接的电池罐2被用作负极的输出端。
[0062]在电池罐2内收纳发电单元20后，在电池罐2内注入规定量的非水电解液。
[0063]作为非水电解液的一例,能够使用在碳酸酯(carbonate)类溶剂中溶解了锂盐的溶液。作为锂盐的例子，能够列举六氟磷酸锂(LiPF6)、四氟硼酸锂(LiBF4)等。此外，作为碳酸酯类溶剂的例子，能够列举碳酸乙烯酯(EC:ethylene carbonate)、碳酸二甲酯(DMC:dimethyl carbonate)、碳酸二乙酯(DEC:diethyl carbonate)、碳酸丙烯酯(PC:propylenecarbonate)、碳酸甲乙酯(MEC:methyl ethyl carbonate)、或将从上述溶剂中选出的溶剂混合得到的溶剂。本例中，作为非水电解液，使用在EC、DMC和DEC的混合溶剂中溶解I摩尔/升的作为电解质的六氟磷酸锂而得到的溶液。卷绕组10浸润在非水电解液中。
[0064]<电池盖单元>
[0065]电池盖单元30，在电池罐2内收纳有发电单元20，并注入有规定量的非水电解液的状态下，隔着衬垫39通过铆接而被固定在电池罐2的上部侧的开口部的周缘部。衬垫39由氟树脂形成，作为优选的材料的例子，能够列举PFA (polytetraf Iuoroethylene:聚四氟乙烯)、ETFE (ethylenetetraf Iuoroethylene:乙烯-四氟乙烯共聚物)。
[0066]图3是图2所示的电池盖单元30的放大截面图，图4是图3所示的电池盖单元30的从上方观察的平面图。
[0067]电池盖单元30构成为:电池盖(第一导电性金属部件)3与盖套(第二导电性金属部件)37通过铆接而被一体化，并相互导通。此处虽未图示，但在盖套37中，在其中心部，例如通过电阻焊或摩擦扩散接合而接合有正极连接板35。
[0068]与盖套37导通的电池盖3经由正极连接板35、正极导电引线33、正极集电部件31与卷绕组10的正极电极连接，用作二次单电池I的另一方的输出端。通过上述电池罐2的底面的负极输出端子和电池3的上表面的正极输出端子，能够取出卷绕组10中蓄积的电力。
[0069]电池盖3由碳钢等铁系金属形成，在表面整体，设置有镍的镀层(金属层)4(参考图5)。铁系金属包括铁和铁合金。镀层4的厚度例如在0.0lmm以下。电池盖3形成为具备在俯视时呈圆形形状的周缘部3a、和具有从该周缘部3a立起的立起部3b与形成在立起部3b上端的头部3c的圆筒部的形状。在圆筒部的头部3c的中心形成有排气口 3dl。此夕卜，在圆筒部的周围，形成有从头部3c的周缘部至立起部3b(跨头部3c的周缘部和立起部3b)的多个排气口 3d2。
[0070]盖套37由铝系金属形成，在俯视时为圆形形状。铝系金属包括铝和铝合金。盖套37配置在电池盖3的内表面侧，换言之，配置在电池罐2侧，其周缘部37b从电池盖3的周缘部3a的内表面侧起在外周侧面3al弯曲并向外表面侧折叠，并被铆接在电池盖3。与周缘部37b相比，盖套37的中央区域37a向电池罐2侧弯曲。在中央区域37a，在电池盖3的圆筒部侧的表面，形成有截面形成为V字状的槽形状的开裂阀37c (参考图2)。开裂阀37c具有如下作为安全机构的功能:在因过充电等导致电解液分解而产生气体的情况下，为了确保对于电池内压上升的安全性，开裂并放出气体。
[0071]形成于电池盖3的排气口 3dl和3d2，是为了在开裂阀37c开裂时，排出从二次单电池I内部放出的雾状的气体而形成的。
[0072](焊接结构)
[0073]图5(a)是图3的区域V的放大图，图5(b)是从上面观察图5(a)中的焊接部40的图。
[0074]被铆接在电池盖3的盖套37，在向电池盖3的外表面侧折叠的周缘部37b的前端部的焊接部40被焊接在镀层4。镀层4由对铁系金属的焊接的接合力大于铝系金属的镍形成。
[0075]图5 (a)中，虚线是将盖套37焊接在镀层4前的盖套37的周缘部37b前端的形状。焊接部40包括形成在焊接前的前端37d的周缘部的熔融部41、和从焊接前的前端37d向外方流动而形成的熔出部42。熔融部41、熔出部42和焊接前的前端37d如图5(b)所示形成为圆弧形状。
[0076]熔融部41整体比焊接前的盖套37的厚度薄，具有向焊接前的前端37d侧逐渐变薄地倾斜的形状。此外，熔出部42在焊接前的前端37d与熔融部41平缓连续地形成，具有向焊接后的前端部依旧逐渐变薄地倾斜的形状。
[0077]熔融部41和熔出部42在与镀层4接触的下表面，作为盖套37的基材的铝系金属扩散到镀层4的表面层，进行金属接合。熔融部41和熔出部42与镀层4接合的深度仅为镀层4的表面层，而不是遍布镀层4整体，没有到达电池盖3的表面。
[0078]镀层4如后所述，在焊接部40的周边被退火。
[0079]熔融部41和熔出部42整体在形成于电池盖3的镀层4的表面被焊接在镀层4，由此作为铁系金属部件的电池盖3与作为铝系金属部件的盖套37，通过电阻小、接合力大、可靠性高的焊接结构而被一体化。
[0080]因为熔融部41和熔出部42在镀层4的表面层进行金属接合，所以能够维持电池盖3的耐蚀性等镀层4对电池盖3的保护功能。此外，关于熔出部42，因为在镀层4上流动的距离增大，接合面积增大，所以能够进一步增大接合力。另外，镀层4被退火，由此电池盖3与镀层4的密合度提高。
[0081]如图4所示，焊接部40沿着盖套37的周缘部，圆弧状地形成有两处。各焊接部40以一端与一个排气口 3d2的位置对应，另一端与相邻的排气口 3d2的位置对应的方式，从一端到另一端连续地形成。各焊接部40形成为能使相邻的一对排气口 3d2的整体包括在该区域内的位置关系。此外，两处焊接部40相对于盖套37的中心，线对称地形成一对。
[0082](焊接结构的形成方法)
[0083]对形成上述焊接结构的方法进行说明。
[0084]图5中，如双点划线所示，对焊接前的盖套37的前端37d的角部37e附近照射激光。优选激光的照射位置例如是比前端37d靠内侧0.1mm左右。当激光的照射位置设为距前端37d0.1mm，距前端37d的距离的公差为±0.1mm时，激光光斑的中心不会处于盖套37的角部37e的外侧。
[0085]激光的照射设定为使激光照射到盖套37的前端部和镀层4而成为盖套37的焊接部40和镀层4在镀层4的表面焊接的状态的输出条件。激光的输出功率过大时，镀层4的层厚的整体熔融，镀层4对电池盖3的耐蚀性等保护功能受损。在这样的过量照射的情况下，目视时，镀层4变色，看起来发黑。
[0086]与此相对，只有镀层4的表面层熔融，焊接部40在镀层4的表面被焊接在镀层4的情况下，能够维持镀层4对电池盖3的耐蚀性等保护功能。这样，焊接部40在镀层4的表面被焊接的情况下，在目视时，几乎看不到镀层4的变色。
[0087]为了正确地评价焊接状态，优选通过分析进行评价，但通过目视观察镀层4的变色也有助于提高评价的效率。
[0088]通过对盖套37的前端部和镀层4照射激光，镀层4升温，进行减少晶体中的缺陷(乱Λ )和应力的退火处理。因此，电池盖3与镀层4的密合力提高。
[0089]表示焊接条件的一例时，在盖套37的周缘部37b的厚度设为0.4mm的情况下，激光的光斑直径设为0.75mmΦ。激光的照射角度Θ在比与盖套37的前端37d的面平行的面靠前端37d的外侧的方向倾斜，优选为从前端37d的面起20度以内，进而优选为10度左右。
[0090]激光照射的倾斜角度Θ大于20度时，来自电池盖3的反射引起的能量损失增大，难以使熔融部41向前端侧流动。激光照射的倾斜角度从O度变为负值时，形成由激光直接照射到镀层4的区域、和成为周缘部37b的阴影而不照射到镀层4的区域，照射的能量密度的偏差增大，所以接合力减小。
[0091]为了使激光的倾斜激光焊接部40圆弧状地连续形成，一边使电池盖单元30旋转一边扫描激光的方法效率较好。
[0092]-实施方式2-
[0093]图6是本发明的电池的焊接结构的实施方式2的电池盖单元的平面图。
[0094]实施方式2的电池盖单元30与图4所示的实施方式I的不同点在于排气口 3d2与焊接部40的位置关系。
[0095]在实施方式2中的电池盖单元30中，焊接部40也沿着盖套37的周缘部，圆弧状地在两处相对于盖套37的中心线对称地形成为一对。实施方式I中，各焊接部40形成为一端与一个排气口 3d2的位置对应，另一端与相邻的排气口 3d2的位置对应，能使相邻的一对排气口 3d2的整体包括在该区域内的位置关系。
[0096]与此相对，在实施方式2中，各焊接部40的一端和另一端这两端定位在与排气口3d2的中间对应的位置，一个排气口 3d2与各焊接部40的中央部对应地配置。因此，不与排气口 3d2对应的区域的焊接部40的面积增大，整体的电流通路缩短，能够进一步减小电池盖3和盖套37的电阻。
[0097]其中，在实施方式I和2中，例示了排气口 3d2以90度间隔形成有4个的结构，但排气口 3d2的数量和位置能够适当变更。
[0098]此外，在实施方式I和2中，焊接部40的长度和个数只是一例，焊接部40的长度和个数能够适当地设定。例如，焊接部40可以沿着盖套37的周缘部37b的全周缘设置，或者也可以点状地设置多个。
[0099]-实施方式3-
[0100]图7是本发明的电池的焊接结构的实施方式3的电池盖单元的截面图。图8是图7所示的电池盖单元被铆接在电池罐后的状态的主要部分放大截面图。
[0101]实施方式5的电池盖单元30与图3所示的实施方式I的不同点在于盖套37A与电池盖3没有被铆接这一点。
[0102]盖套37A在俯视时形成为比电池盖3的直径小的直径，周缘部37b的焊接部40的前端部位于电池盖3的周缘部3a的电池罐2的内侧。
[0103]S卩，如图8所示，盖套37A在电池盖3的周缘部3a的内表面侧，焊接部40被焊接在形成于电池盖3的镀层4。实施方式3中，焊接部40也具有熔融部41和熔出部42，与镀层4在表面上焊接。
[0104]在焊接部40被一体化的电池盖3和盖套37，隔着衬垫39被铆接在设置于电池罐2的上端部的开口部周缘。图8中，衬垫39覆盖设置在盖套37的周缘部的焊接部40、电池盖3的周缘部3a的内表面、外周侧面3al、周缘部3a的外表面，被电池盖3和盖套37压缩。
[0105]其他结构与实施方式I相同，对对应的结构标注相同的符号并省略其说明。
[0106]-实施方式4-
[0107]图9至图11表示本发明的电池的焊接结构的实施方式4。
[0108]图9是二次电池组件的外观立体图。
[0109]二次电池组件(电池)100是将多个方形的二次单电池110组装而形成的，例如，具有适用于混合动力车的结构。各二次单电池Iio例如是锂离子二次电池，以相对于相邻的二次单电池110，外部正极端子61与外部负极端子71相对的方式，交替地反向配置。
[0110]其中，本说明书中，电池被用作包括二次单电池I和二次电池组件100的广义的用语。
[0111]相邻的二次单电池110的外部正极端子61与外部负极端子71通过汇流条(busbar) 150电连接，二次单电池110整体被串联连接。汇流条150被插通在外部正极端子61和外部负极端子71，通过螺母57紧固而被安装在电池盖(第一导电性金属部件)103。配置在一端侧的二次单电池110的外部正极端子61和配置在另一端侧的二次单电池110的外部负极端子71通过未图示的连接部件与外部装置连接，从二次电池组件100对外部装置供给放电电流。在各二次单电池110的上部的外部正极端子61与外部负极端子71之间，形成有开裂阀103a。
[0112]图10是图9所示的二次电池组件的X-X线截面图。
[0113]二次单电池110包括:作为发电体的卷绕组210、收纳卷绕组210的电池罐104、将电池罐104的开放端密封的电池盖103、设置于电池盖103的正极端子结构、和将正极端子结构与卷绕组210的正极电连接的正极集电板121。此外，二次单电池110还具有图10中未表示的设置于电池盖103的负极端子结构、和将负极端子结构与卷绕组210的负极电连接的负极集电体。
[0114]制作二次单电池110时，与电池盖103 —体化而形成的正极端子结构的正极连接端子62被铆接固定在正极集电体121，制作出盖组装体，盖组装体经由正极集电体121焊接到卷绕组210，制作出发电单元组装体。[0115]在电池罐104中收纳发电单元组装体，将电池盖103激光焊接在电池罐104的开放端部而将电池罐内部密闭，从电池盖103的注液口对电池罐内部填充非水电解液，用盖将注液口密封，由此制作出二次单电池110。
[0116]电池盖103的周缘部103b设为薄壁，该周缘部103b在嵌合在电池罐104的上部开口部的周缘部的状态下，例如通过激光焊接而被接合到电池罐104，形成有相对于外部呈密封结构的电池容器。电池盖103由铁系金属等形成。
[0117]在正极侧，构成有在电池盖103安装有外部正极端子61、正极连接端子62、正极端子板(电极端子部件)63、绝缘板64、衬垫65和正极集电板121的正极端子结构。
[0118]外部正极端子61、正极连接端子62、正极端子板63和正极集电板121由招系金属等导电性金属部件形成。
[0119]其中，图10中，汇流条(第二导电性金属部件)150和螺母57用双点划线图示。
[0120]在正极端子板63,形成有开口部63a和63b。外部正极端子61具有具备端子部61a和基(base)部61b的螺栓结构,在端子部61a的外周形成有阳螺纹。外部正极端子61的端子部61a被插通在绝缘板64的开口部64a和正极端子板63的开口部63a。外部正极端子61的基部61b被插通在绝缘板64的开口部64a,被夹持在正极端子板63与电池盖103的台阶部103d之间。
[0121]衬垫65形成为具有开口部65a的带阶环状。衬垫65被插通在电池盖103的开口部103c。正极连接端子62形成为具有直径大的下部筒部62a和直径小的上部筒部62b的带阶圆柱形状。正极连接端子62中，上部筒部62b被插通在衬垫65的开口部65a和正极端子板63的开口部63b。正极端子板63被正极连接端子62的上部筒部62b铆接,与正极端子板63 —起固定在电池盖103。
[0122]如上所述，与电池盖103 —体化形成的正极端子结构的正极连接端子62被铆接固定在正极集电体121，由此制作出盖组装体。以下，对正极端子结构详细说明。本说明书的正极端子结构是从盖组装体除去正极集电体121后的结构物，将正极集电板121与正极外部端子61连接。
[0123]如下那样制作这种正极端子结构。
[0124]在正极集电板121的开口 121c中插入正极连接端子62的下端。在正极连接端子62的下部筒部62a，经由开口部65a安装衬垫65，在衬垫65，经由开口部103c安装电池盖103，在电池盖103，盖上绝缘板64。此时，绝缘板64被嵌入电池盖103的台阶部103d的凹部，且绝缘板64的开口部64b被嵌入衬垫65。
[0125]在绝缘板64的凹部，嵌入正极外部端子61的基部61b，将正极端子板63经由其开口部63a嵌入到正极外部端子61。此时，正极端子板63经由其开口部63b安装在正极连接端子62的上部筒部62b。通过使正极连接端子62从上下端面铆接变形，在下端使正极集电板121铆接在下部筒部62a，在上端使正极端子板63铆接固定在上部筒部62b，由此，制作出正极端子结构物。
[0126]此处虽未图示，但在负极侧，在电池盖103安装有负极端子结构。
[0127]负极端子结构基本上具有与正极端子结构相同的结构。但是，负极端子结构中的外部负极端子、负极连接端子、负极端子板(电极端子部件)和负极集电板由铜系金属形成。以上描述中，外部负极端子、负极连接端子、负极端子板和负极集电板分别是与正极端子结构中的外部正极端子61、正极连接端子62、正极端子板63和正极集电板121对应的部件。
[0128]关于负极侧的端子结构，除了上述以外的内容均与正极端子结构相同，此外，安装方法也相同，因此省略说明。
[0129]各汇流条150由铝系金属或铜系金属形成为矩形的平板形状。各汇流条10中，与其长度方向平行的一对侧面和与该侧面垂直的一端面(前端面)和另一端面(后端面)，被焊接在二次单电池110的电池盖103上设置的正极端子板63的镀层(金属层)4。铝系金属包括铝和铝合金。铜系金属包括铜和铜合金。
[0130]图11是图9所示的二次电池组件的X1-XI线放大截面图。
[0131]在正极端子板63的上表面，形成有镍的镀层4。在镀层4上，配置有汇流条150。如上所述，汇流条150被插通在外部正极端子61和外部负极端子71，用螺母57紧固，固定在电池盖103。
[0132]其中，图11中的虚线与图5同样，是将汇流条150焊接到镀层4前的汇流条150的前端的形状，150d是焊接前的汇流条150的前端，150e是焊接前的汇流条150的前端角部。
[0133]在汇流条150的前端侧形成有焊接部40，焊接部40被焊接在镀层4。焊接部40具有熔融部41和熔出部42，在镀层4的表面与镀层4金属接合。即，在外部正极端子61侦牝熔融部41和熔出部42在下表面，铝系金属扩散到镀层4的表面，在镀层4的表面上进行金属接合。此外，在外部负极端子71侧，熔融部41和熔出部42在下表面，铜系金属扩散到镀层4的表面，在镀层4的表面进行金属接合。金属接合的深度无论是在外部正极端子61侧还是在外部负极端子71侧，都仅限于镀层4的表面层，不遍布镀层4整体，没有到达正极端子板63的表面。此外，镀层4通过形成焊接部40时的激光照射进行退火处理。
[0134]在负极侧，虽未图示，但设置于汇流条150的前端侧的焊接部40被焊接在形成于负极端子板的表面的镀层4。负极端子板的焊接部40在镀层4的表面被焊接在镀层4，负极端子板由铜系金属形成，除此以外均与正极端子板63和镀层4的焊接结构相同。
[0135]如以上所说明的，根据本发明的各实施方式，能获得以下效果。
[0136](I)构成为包括:构成实施方式中例示的电池盖3或正极端子板63、负极端子板的第一导电性金属部件，设置于第一导电性金属部件的由镀层4形成的金属层、和构成实施方式中例示的盖套37或汇流条150的第二导电性金属部件，在第二导电性金属部件的前端侦牝形成有前端熔融而形成的熔融部41、和从前端起在金属层上流动而形成的熔出部42，熔融部41和熔出部42在金属层的表面被焊接在金属层。
[0137]因此，能够得到电阻小、接合力大、可靠性高的焊接结构。
[0138](2)因为熔融部41和熔出部42在镀层4的表面层进行金属接合，所以焊接后，能够维持电池盖3的耐蚀性等镀层4对电池盖3的保护功能。
[0139](3)因为熔融部41和熔出部42在镀层4的表面层进行金属接合，所以熔出部42在镀层4上流动的距离增大，接合面积增大，因此能够进一步增大接合力。
[0140](4)通过在焊接的同时镀层4被退火，电池盖3与镀层4的密合度提高。
[0141]另外，在上述实施方式中，作为第一导电性金属部件的材料，例示了铁系金属。
[0142]但是，作为第一导电性金属部件的材料，除铁系金属以外，也能够使用铜或铜合金等其他金属。
[0143]作为第二导电性金属部件的材料，例示了铝系金属或铜系金属。但是，第一导电性金属部件的材料不限于此，例如能够使用锡或锡合金等其他材料。
[0144]上述各实施方式中，作为形成镀层4的金属层的材料例示了镍。但是，作为金属层的材料，除镍以外，还能够使用锡或锡合金等其他金属。
[0145]上述各实施方式中，作为金属层例示了通过镀敷形成的镀层4。
[0146]但是，金属层也可以是例如使镍、锡等金属与铁系金属或铜系金属扩散接合而成的包覆(clad)材料。
[0147]上述实施方式中，例示了电池盖3与盖套37的接合、或汇流条150与正极端子板63或负极端子板的接合。但是，本发明也能够适用于其他导电性金属部件之间的接合，能够广泛适用于形成电池的电流通路的导电性金属部件的焊接结构。
[0148]上述实施方式中，二次电池组件正极侧和负极侧的端子结构例示了由外部正.负极端子、正.负极连接端子、正.负极端子板、正.负极集电板、绝缘板64和衬垫65构成的结构。但是，正极侧和负极侧的端子结构不限于该结构，只要是在电池盖103经由绝缘部件安装有正?负极的电极端子部件的结构即可。汇流条150不限于通过螺栓结构固定的结构，也可以是通过嵌合或电弧焊等固定在正.负极的电极端子部件上的结构。
[0149]本实施方式中，例示了混合动力电动车用的二次单电池和二次电池组件，但本发明不限于此，也能够适用于便携式的小型民用的锂离子二次单电池。
[0150]此外，不限于锂离子二次单电池，也能够适用于镍氢电池或镍镉电池、铅蓄电池这样使用水溶性电解液的二次电池。
[0151]此外，本发明在发明的主旨的范围内，能够进行各种变形应用，要点在于，在由不同材料形成的第一、第二导电性金属部件中一方的金属部件，设置金属层，使在另一方的金属部件的前端部的至少一部分形成的熔融部和熔出部在金属层的表面焊接在金属层即可。
【权利要求】
1.一种电池的焊接结构，所述电池包括: 第一导电性金属部件； 设置于所述第一导电性金属部件的金属层；和 由与所述第一导电性金属部件不同的材料形成的第二导电性金属部件， 所述第一导电性金属部件与第二导电性金属部件经由所述金属层接合，流过充放电电流，所述电池的焊接结构的特征在于: 在所述第二导电性金属部件的前端部的至少一部分，形成有所述前端熔融而形成的熔融部、和从所述前端起在所述金属层上流动而形成的熔出部，所述熔融部和所述熔出部在所述金属层的表面被焊接在所述金属层。
2.如权利要求1所述的电池的焊接结构，其特征在于: 所述金属层由对所述第一导电性金属部件的焊接的接合力大于所述第二导电性金属部件的材料形成。
3.如权利要求1或2所述的电池的焊接结构，其特征在于: 所述第一导电性金属部件由铁、铜、铁合金、和铜合金之任一者形成，所述第二导电性金属部件由铝、铜、锡、铝合金、铜合金和锡合金之任一者形成。
4.如权利要求1~3中任一项所述的电池的焊接结构，其特征在于: 所述金属层是设置于所述第一导电性金属部件的镀层。
5.如权利要求1~4中任一项所述的电池的焊接结构，其特征在于: 所述电池是二次单电池，该二次单电池包括:具有正.负极的电极的发电单元、在一端侧形成有开口并在内部收纳有所述发电单元和电解液的电池罐、与所述发电单元的所述正.负极的电极的一方连接的在内表面形成有镀层的盖套、和与所述盖套一体化并在表面形成有镀层的电池盖， 所述第一导电性金属部件是所述电池盖，所述金属层是所述镀层，所述第二导电性金属部件是所述盖套。
6.如权利要求5所述的电池的焊接结构，其特征在于: 所述电池盖和所述盖套在俯视时呈圆形形状，所述熔融部和所述熔出部沿着所述盖套的周围断续地设置有多处。
7.如权利要求5或6所述的电池的焊接结构，其特征在于: 在所述盖套，设置有开裂阀。
8.如权利要求6或7所述的电池的焊接结构，其特征在于: 所述电池盖呈具有周缘部和从所述周缘部立起的圆筒部的帽形形状，所述盖套配置在所述电池盖的周缘部的内表面侧，在所述电池盖的周缘部的内表面侧，所述盖套的前端被焊接在所述镀层。
9.如权利要求6或7所述的电池的焊接结构，其特征在于: 所述电池盖呈具有周缘部和从所述周缘部立起的圆筒部的帽形形状，所述盖套配置在所述电池盖的周缘部的内表面侧，所述盖套的周缘部从所述电池盖的周缘部的内表面侧向外表面侧折叠并铆接，在所述电池盖的周缘部的外表面侧，所述盖套的前端被焊接在所述镀层。
10.如权利要求8或9所述的电池的焊接结构，其特征在于:所述电池盖在所述圆筒部的头部具有沿着圆周方向设置的多个开口，所述盖套的熔融部和熔出部的圆周方向上的一端和另一端设置在不与所述开口对应的位置。
11.如权利要求7~10中任一项所述的电池的焊接结构，其特征在于: 还具有衬垫，所述电池盖与所述盖套隔着所述衬垫被铆接在所述电池罐的所述开口的周缘部。
12.—种二次单电池，其特征在于: 具备权利要求5~11中任一项所述的电池的焊接结构。
13.如权利要求1~4中任一项所述的电池的焊接结构，其特征在于: 所述电池是二次电池组件，所述二次电池组件包括多个二次单电池，和汇流条，所述二次单电池包括:在一端侧具有开口并收纳有电池单元和电解液的电池罐、安装在所述电池罐的所述开口的周缘部的电池盖、和至少在外表面形成有镀层且隔着绝缘部件设置于所述电池盖的电极端子部件，所述汇流条将相邻的所述二次单电池的所述电极端子部件彼此连接， 所述第一导电性金属部件是所述电极端子部件，所述金属层是所述镀层，所述第二导电性金属部件是所述汇流条。
14.如权利要求13所述的电池的焊接结构，其特征在于: 所述汇流条形成为具有前 端面、后端面和一对侧面的矩形的板状，所述熔融部和所述熔出部设置在所述汇流条的所述前端面、所述后端面和所述一对侧面。
15.如权利要求13或14所述的电池的焊接结构，其特征在于: 所述汇流条通过紧固部件与所述电极端子部件一起安装在所述电池盖。
16.一种二次电池组件，其特征在于: 具备权利要求13~15中任一项所述的电池的焊接结构。
17.—种电池的焊接结构的形成方法，其特征在于，包括: 第一工序:在设置于第一导电性金属部件上的金属层的一面上，配置由与第一导电性金属部件不同的材料形成的第二导电性部件的前端；和 第二工序:使所述第二导电性金属部件的前端熔融，形成熔融部和从所述前端起在所述金属层的所述一面上流动而形成的熔出部，将所述熔融部和所述熔出部在所述金属层的表面焊接在所述金属层。
18.如权利要求17所述的电池的焊接结构的形成方法，其特征在于: 所述金属层由对所述第一导电性金属部件的焊接的接合力大于所述第二导电性金属部件的材料形成。
19.如权利要求18所述的电池的焊接结构的形成方法，其特征在于: 所述第一工序包括:在所述第一导电性金属部件通过镀敷形成所述金属层的工序。
20.如权利要求18或19所述的电池的焊接结构的形成方法，其特征在于: 所述第二工序包括:对所述第二导电性金属部件的前端照射激光而设置所述熔融部和所述熔出部的激光照射工序， 在所述激光照射工序中，使所述激光的光斑的中心照射到比所述第二导电性金属部件的前端靠内侧的位置。
21.如权利要求20所述的电池的焊接结构的形成方法，其特征在于:所述激光照射工序是通过照射所述激光在所述第二导电性金属部件的所述前端设置所述熔融部和所述熔出部并且使所述金属层退火的工序。
22.如权利要求20或21所述的电池的焊接结构的形成方法，其特征在于: 对所述第二导电性部件照射的激光的照射角度，相对于与所述第二导电性部件的前端面平行的面在比所述前 端面靠外侧的方向倾斜，从与所述前端面平行的面起在20度以内。
【文档编号】H01M2/20GK104025337SQ201180075644
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2011年12月19日 优先权日:2011年12月19日
【发明者】池田幸太郎, 矶野荣一, 小野瀬伸, 小口勇人 申请人:日立汽车系统株式会社