电池模块及其制造方法与流程

本公开涉及电池模块及其制造方法。

背景技术：

以往，已知有通过引线板将多个电池单元电连接而构成的电池模块。电池单元优选使用例如锂离子电池、镍氢电池等二次电池。此外，引线板使用镍薄板、铜薄板，但除此之外，例如还存在考虑到重量、通电引起的发热、成本等而使用铝薄板的情况。

在引线板与各电池单元对应地形成有多个引线部。引线部例如通过对平板状的铝薄板进行冲裁加工，能够形成为以悬臂状态与引线板的基板部连接的片状。通过这样形成的引线部分别与各电池单元的端子接合，各电池单元经由引线板而电连接。

在电池单元的端子由铝或者铝合金制的板材构成的情况下，例如能够通过点焊来对由同种的铝薄板构成的引线板的引线部进行冶金接合。但是，在电池单元的端子由铝以外的例如铜或者铜合金、铁系金属形成的情况下，铝不与铜、铁形成合金层，因此无法进行冶金接合。此外，若通过点焊等冶金接合将引线板接合于电池单元，则焊接时的热量经由端子向电池单元内部的电极传递，其结果是，担心电极材料(例如活性物质等)由于热影响发生劣化而导致电池性能降低。

近年来，作为用于将异种金属彼此接合的技术，固相接合正在盛行。例如，在下述专利文献1中，记载了将金属线连接于相邻的多个单电池的金属端子而利用金属线将单电池串联或者并联连接而构成的电池组，将金属线超声波焊接于单电池的金属端子的接合面来进行连结。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第5078282号公报

技术实现要素：

发明要解决的课题

在上述专利文献1中记载了如下内容，即，在单电池的金属端子上层叠由金属体构成的金属线，在将金属线按压于金属端子的状态下，使金属线进行超声波振动，对金属端子进行超声波焊接。而且，通过具体的数值例示了此时的对金属线进行按压以及激振的超声波振子的按压力、振动频率、输出。

但是，如上所述，在通过固相接合将引线板固相接合于电池单元的端子的情况下，优选通过对超声波焊接机的焊接工艺条件以外的参数下工夫，实现引线板的接合强度提高带来的电池模块的可靠性提高和缩短接合时间带来的生产率提高。

本公开的目的在于，通过超声波焊接的工艺条件以外的参数调整，将由铝薄板构成的引线板与电池单元的端子牢固地接合而提高电池模块的可靠性，并且通过缩短接合时间来提高电池模块的生产率。

用于解决课题的手段

本公开所涉及的电池模块具备：多个电池单元，分别具有端子；以及引线板，引线部分别接合于所述多个电池单元的各端子，从而将所述电池单元彼此电连接，所述引线部由铝纯度为99.0％以上的铝薄板构成，所述引线部的相对于所述端子的接合面的表面粗糙度ra为10μm以下，所述引线部通过超声波接合而与所述端子固相接合。

此外，在本公开所涉及的电池模块的制造方法中，所述电池模块具备：多个电池单元，分别具有端子；以及引线板，引线部分别接合于所述多个电池单元的各端子，从而将所述电池单元彼此电连接，所述引线部通过超声波接合而与所述端子固相接合，所述电池模块的制造方法包括：准备工序，准备所述多个电池单元、以及所述引线部由铝纯度为99.0％以上的铝薄板构成且所述引线部的相对于所述端子的接合面的表面粗糙度ra为10μm以下的引线板；按压工序，通过超声波振子将所述引线部的接合面按压于所述电池单元的端子；激振工序，使用所述超声波振子激振所述引线部；以及加热工序，在所述引线板中至少加热所述引线部。在此，也可以同时执行按压工序、激振工序以及加热工序。

发明效果

根据本公开所涉及的电池模块及其制造方法，即使是异种金属彼此也能够将由铝薄板构成的引线板牢固地固相接合于电池单元的端子，电池模块的可靠性提高，并且接合时间的缩短带来电池模块的生产率提高。

附图说明

图1是一实施方式的电池模块的分解立体图。

图2(a)是与电池单元的端子固相接合的引线板的引线部的放大俯视图，图2(b)是图2(a)中的a-a剖视图。

图3(a)～(c)是表示引线部的形状的变形例的与图2(a)同样的图。

图4是表示将引线板的引线部超声波接合于电池单元的端子时的情形的图。

图5是表示将引线板的引线部超声波接合于电池单元的端子来制造电池模块的工序的流程图。

具体实施方式

以下，参照附图，对本发明所涉及的实施方式进行详细地说明。在该说明中，具体的形状、材料、数值、方向等是为了容易理解本发明的例示，能够根据用途、目的、规格等适当变更。此外，在以下包含多个实施方式、变形例等的情况下，从最初就设想了适当地组合使用这些特征部分。

以下，对电池单元为圆筒型电池的情况进行说明，但本公开也可以应用于将多个呈方形的电池单元连接而构成的电池模块。此外，以下，为了明确地与点焊等冶金接合相区分，代替一般用语“超声波焊接”而适当地使用“超声波接合”这一用语。

图1是作为本公开的一实施方式的电池模块10的分解立体图。首先，使用图1对电池模块10的大致结构进行说明。如图1所示，电池模块10具备多个圆筒型的电池单元11和设置有多个收纳各电池单元11的筒状的收纳部的电池保持架20。

电池单元11具备金属制的单元壳体12、收纳于单元壳体12内的电池要素(未图示)、正极端子14以及负极端子15。电池要素包括一对电极体和允许电荷的移动的非水电解质等。单元壳体12由收纳电池要素的有底圆筒形状的单元壳体主体13和堵塞单元壳体主体13的开口部的封口体构成。该封口体在电池单元11的一端部构成例如呈扁平圆柱状突出的正极端子14。在单元壳体主体13与正极端子14之间设置有树脂制的垫片(未图示)。

正极端子14例如具有包括阀体、盖等的层叠结构，与电池要素的正极电极体电连接。在本实施方式中，正极端子14可以由铝板或者铝合金板形成，或者也可以由铜、铜合金、铁系金属等的金属板形成。此外，单元壳体主体13与电池要素的负极电极体电连接而作为电池单元11的负极发挥功能，但通常单元壳体主体13的外周侧面被绝缘树脂膜覆盖，单元壳体主体13的圆形状的平坦的底面成为负极端子15。在本实施方式中，构成负极端子15的单元壳体主体13可以由铝板或者铝合金板形成，或者，也可以由铜、铜合金、铁系金属等的金属板形成。

电池单元11被收纳并排列配置于电池保持架20的筒状的收纳部的孔21中。电池模块10具备安装于电池保持架20的一对立板30。各立板30是覆盖电池保持架20的横向两侧面的板状部件，在一个面设置有凸部31。各立板30配置为使各凸部31朝向电池保持架20侧，夹着电池保持架20而相互对置。凸部31与电池保持架20的凹部25嵌合。

在电池保持架20的上方，正极引线板(引线板)41以经由正极绝缘板42与多个电池单元11的各正极端子14电连接的状态设置，在其上方，以与正极引线板41电连接的状态设置正极集电板40。正极引线板41和正极集电板40例如通过焊接等而一体化。

另一方面，在电池保持架20的下方，负极引线板(引线板)46以经由负极绝缘板53与多个电池单元11的各负极端子15电连接的状态设置，在其下方，以与负极引线板46电连接的状态设置负极集电板45。负极引线板46和负极集电板45例如通过焊接等而一体化。

多个电池单元11通过正极引线板41以及负极引线板46并联连接。正极引线板41包括正极基板部(基板部)43和正极引线部(引线部)47。正极引线部47以与电池模块10所包含的多个电池单元11对应的数量形成。正极基板部43经由正极引线部47与电池单元11的正极端子14电连接。

此外，负极引线板46包括负极基板部(基板部)48和负极引线部(引线部)50。负极引线部50以与电池模块10所包含的多个电池单元11对应的数量形成。负极基板部48经由负极引线部50与电池单元11的负极端子15电连接。

在电池保持架20与正极以及负极引线板41、46之间设置有正极绝缘板42以及负极绝缘板53，该正极绝缘板42以及负极绝缘板53形成有使多个电池单元11的各端子14、15露出的圆形的孔49、54。正极绝缘板42以及负极绝缘板53例如由树脂的板材构成。此外，圆形的孔49、54形成为直径比正极端子14大且比圆筒状的单元壳体主体13小。

正极集电板40以及正极绝缘板42等例如使用未图示的螺钉固定于一对立板30。负极集电板45以及负极绝缘板53也使用例如未图示的螺钉固定于一对立板30。由此，电池模块10被组装为一体。这样一体化的电池模块例如使用正极集电板40以及负极集电板45，与相邻配置的其它电池模块10串联连接。

图2(a)是与电池单元11的正极端子14固相接合的正极引线板的引线部的放大俯视图，图2(b)是(a)中的a-a剖视图。

如图2(a)、(b)所示，在正极引线板41中，正极引线部47例如在铝薄板上通过例如冲裁加工形成大致u字状的贯通孔44，从而形成为以悬臂状与基板部43连接的片状。正极引线部47例如包括呈大致圆状的引线前端部47a、和对引线前端部47a与基板部43进行连接的引线颈部47b。在本实施方式中，引线颈部47b弯曲为在靠近基板部43的基端侧斜向地倾斜，在引线前端部47a的附近，引线前端部47a弯曲为成为沿着基板部43的姿态。

引线前端部47a的最大宽度w1优选形成为引线颈部47b的宽度w2(例如，0.15～2mm)的1.0～10倍的程度，更优选形成为2～5倍的程度。换言之，引线颈部47b的宽度w2形成为与引线前端部47a的最大宽度w1相同的值～1/10的程度，更优选形成为1/2～1/5的程度。这样，通过将引线颈部47b的宽度w2形成得较窄，在如后所述将正极引线部47超声波接合于正极端子14的情况下，引线前端部47a容易振动，能够良好地且在短时间内进行超声波接合。

此外，一体地具有引线前端部47a的正极引线板41的板厚t例如优选为0.05mm～0.5mm，更优选为0.3mm以下。进而，优选引线前端部47a形成为比引线颈部47b宽度宽，特别是，优选引线前端部47a相对于引线颈部47b的宽度方向中心线c形成为对称形状。通过这样将引线前端部47a形成为对称形状，也能够使引线前端部47a容易振动，有利于良好地且在短时间内进行超声波接合。

另外，引线前端部47a的形状并不限定于上述半圆形状。引线前端部47a例如可以如图3(a)所示形成为大致圆形状，也可以如图3(b)所示形成为大致长方形，或者，也可以如图3(c)所示形成为大致梯形状。

此外，正极引线部47的引线颈部47b例如可以是以宽度w2形成为引线前端部47a的宽度w1的1/10的程度的窄幅来作为熔断器发挥功能。在该情况下，在因电池单元11的内部短路等而流过过电流时，引线颈部47b熔断，从而能够将该电池单元11电切断，能够抑制对其他的电池单元11的影响。

如图2(a)所示，正极引线部47在引线前端部47a的中央部通过超声波接合而与正极端子14的表面接合。该接合部60用双点划线的圆形区域表示。接下来，参照图4，对正极引线部47相对于电池单元11的正极端子14的超声波接合进行说明。

图4是表示将正极引线板41的正极引线部47超声波接合于电池单元11的正极端子14时的情形的图。图5是表示将正极引线板41的正极引线部47超声波接合于电池单元11的正极端子14来制造电池模块10的工序的流程图。

如图4所示，在本实施方式中，正极引线部47例如使用具有圆柱状的超声波振子72的超声波焊接机70与正极端子14接合。在本实施方式中，表示电池单元11的单元壳体主体13由铁系金属板构成的情况的一例，电池单元11的正极端子14由铁系金属板构成。正极引线部47由铝纯度为99.0％以上的铝薄板构成，更优选为铝纯度为99.5％(jis规格：相当于a1050)以上的铝薄板构成。此外，与正极端子14的表面接合的正极引线部47的接合面的表面粗糙度ra为101μm以下，更优选ra为1μm以下。

这样的正极引线部47的纯度以及表面粗糙度，通过使用具有上述那样的纯度以及表面粗糙度的铝薄板作为正极引线板41来实现。这样，通过使用高纯度且添加剂、杂质少的铝薄板，有利于缩短构成正极端子14的金属材料的原子与正极引线部47的铝原子的原子间距离，能够实现牢固的固相接合(共晶状态)。

在将正极引线板41超声波接合于电池单元11的情况下，首先，准备多个电池单元11和正极引线板41(图5的步骤s10)。此外，在本实施方式中，也一并准备正极绝缘板42。在本实施方式中，例示了正极引线板41通过焊接等预先与正极集电板40一体化的情况，但也可以在将正极引线板41超声波接合于电池单元11之后，将正极引线板41与正极集电板40焊接而一体化。

接下来，将电池单元11放置在超声波焊接机70的支承台(未图示)上。然后，将正极绝缘板42、正极引线板41以及正极集电板40以重叠的状态设置在电池单元11上。此时，电池单元11的正极端子14经由正极绝缘板42以及正极集电板40的各孔49、51露出，成为正极引线部47的引线前端部47a对置或载置于正极端子14的表面上的状态。

在该状态下，利用超声波振子72以例如1～50n、更优选10～35n的按压力f将引线前端部47a按压到正极端子14(图5的步骤s12)。

接下来，在本实施方式中，对被超声波振子72按压的引线前端部47a照射激光lb，不是对正极引线板41的整体进行加热，而是对引线前端部47a进行局部加热(图5的步骤s14)。此时的激光lb的激光波长例如为300～1100nm(更优选为800～1100nm)，激光输出例如能够设为100～5000w。通过这样局部加热，在常温环境下对引线前端部47a进行超声波接合时，引线前端部47a与正极端子14的边界面处的温度上升变快，有利于在更短时间内实现固相状态。

在此，通过实验确认了：利用激光lb进行局部加热，例如以能够得到20℃～50℃的程度的温度上升量的程度，引线前端部47a的接合强度变高5％～10％的程度。这样，采用通过激光lb进行局部加热的结构，能够实现电池模块10的制造设备的小型化以及低成本化。为了从外部对引线前端部47a进行加热，也可考虑利用喷嘴将热风进行点状喷出，或者在高温槽内进行超声波接合，但在这些情况下，与固相接合无关的引线前端部47a以外的电池模块结构部件(例如，电池单元11)等也被加热而受到热影响(例如电极材料、树脂制密封件的劣化等)，因此优选使用基于激光照射的局部加热。

接下来，在该按压状态及局部加热状态下使超声波振子72以例如60～100khz、更优选以70～90khz的振动频率f振动，对引线前端部47a进行激振(步骤s16)。此时的超声波焊接机70的输出例如能够设为5～300w，更优选设为40～80w。

由此，引线前端部47a由于与正极端子14的摩擦热而温度上升，从而软化。此时的引线前端部47a的接合面(即与正极端子14的接触面)的温度成为比构成引线前端部47a的铝薄板的熔点(约660℃)低的温度(例如，约150～300℃)。此外，此时，引线前端部47a以按压状态与正极端子14的表面摩擦，由此形成于引线前端部47a的接合面的氧化铝层被破坏，成为铝原子露出到接合面的状态，因此不会妨碍固相接合。

通过这样的由温度上升引起的软化，露出于引线前端部47a的接合面的高纯度的铝原子肥大化，由此，与构成正极端子14的金属材料的原子之间的距离缩小而成为共晶状态，其结果是，在短时间内成为固相接合状态而被牢固地接合。在该情况下，通过使引线前端部47a与正极端子14的接合面的面积例如为0.1～3.0mm²，优选为0.3mm²以上，能够以充分的强度接合引线前端部47a和正极端子14。

另外，在本实施方式中，作为从正极引线部47的外部进行加热的加热单元，对照射激光的例子进行了说明，但并不限定于此，例如也可以对led等的光进行聚光来照射。此外，例如在引线前端部与端子容易以同种金属进行固相接合等的情况下，也可以省略基于激光的局部加热。

如上所述，在通过超声波接合将正极引线板41的正极引线部47连结于各电池单元11的正极端子14之后，对于电池单元11的负极端子15也同样能够通过超声波接合将负极引线板46的负极引线部50进行固相接合。

如上所述，根据本实施方式的电池模块10及其制造方法，在同种金属彼此之间自不必说，即使在异种金属彼此之间，也能够将由铝薄板构成的引线板41、46与电池单元11的正极以及负极端子14、15牢固地固相接合，电池模块10的可靠性提高，并且能够实现缩短接合时间带来的电池模块10的生产率提高。

另外，本公开所涉及的电池模块及其制造方法并不限定于上述的实施方式及其变形例，当然能够在本申请的权利要求书所记载的事项及其等同的范围内进行各种变更、改良。

符号说明

10：电池模块，11：电池单元，12：单元壳体，13：单元壳体主体，14：正极端子，15：负极端子，20：电池保持架，30：立板，31：凸部，40：正极集电板，41：正极引线板，42：正极绝缘板，43：正极基板部，45：负极集电板，46：负极引线板，47：正极引线部，47a：引线前端部，47b：引线颈部，48：负极基板部，50：负极引线部，53：负极绝缘板，60：接合部，70：超声波焊接机，72：超声波振子，lb：激光。