JP6601161B2 - Manufacturing method of welded structure - Google Patents
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Description
本発明は、溶接構造体の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a welded structure.
特許文献1には、次のような溶接構造体の製造方法が開示されている。具体的には、金属箔からなる複数の金属箔部が積層方向に積層された金属箔積層部(集電部)と、金属板(集電板)と、が溶接された溶接構造体(集電部に集電板が溶接された集電板付き電極体)の製造方法が開示されている。より具体的には、まず、加圧工程において、金属箔積層部(集電部)と金属板(集電板)とを積層方向に積層して(重ね合わせて)積層体とし、この積層体を一対の電極チップにより積層方向に挟み、一対の電極チップを通じて積層体に対し前記積層方向に一定の圧縮荷重をかけた加圧状態とする。その後、通電工程において、この加圧状態で、一対の電極チップ間に一定の大きさの電流を一定時間流して、金属箔積層部と金属板とを溶接する。 Patent Document 1 discloses a manufacturing method of a welded structure as follows. Specifically, a welded structure (current collector) in which a metal foil laminated portion (current collector) in which a plurality of metal foil portions made of metal foil are laminated in the lamination direction and a metal plate (current collector) are welded. A manufacturing method of an electrode body with a current collecting plate in which a current collecting plate is welded to an electric part is disclosed. More specifically, first, in the pressurizing step, a metal foil laminate (current collector) and a metal plate (current collector) are laminated in the laminating direction to form a laminate, and this laminate Is sandwiched between a pair of electrode chips in a stacking direction, and a pressure state is applied by applying a constant compressive load to the stack through the pair of electrode chips in the stacking direction. Thereafter, in the energization process, a current of a constant magnitude is passed between the pair of electrode chips in this pressurized state for a certain period of time to weld the metal foil laminated portion and the metal plate.
ところで、通電工程では、当該通電工程を開始する(積層体への通電を開始する)と、通電により発生する抵抗熱(ジュール熱)により、積層体(金属箔積層部及び金属板)が形状変化(積層体の軟化及び溶融による形状変化)してゆく。この積層体の形状変化に伴って、一対の電極チップの少なくとも一方が加圧方向(積層方向)に移動してゆき、一対の電極チップ間の距離(積層方向の距離)は減少してゆく。すなわち、加圧工程において積層体を一定の圧縮荷重で積層方向に加圧した状態としたときの電極チップ間距離が、通電工程において減少してゆく。 By the way, in the energization process, when the energization process is started (energization to the laminate is started), the shape of the laminate (metal foil laminate and metal plate) changes due to resistance heat (Joule heat) generated by energization. (Shape change due to softening and melting of the laminate). With the change in the shape of the stacked body, at least one of the pair of electrode chips moves in the pressurizing direction (stacking direction), and the distance between the pair of electrode chips (distance in the stacking direction) decreases. That is, the distance between the electrode tips when the laminated body is pressed in the laminating direction with a constant compressive load in the pressurizing step decreases in the energizing step.
ところが、多数の溶接構造体を順次製造してゆく(すなわち、通電工程を順次行ってゆく)と、電極チップ表面の状態(例えば、酸化状態、表面の形状)は変化してゆく。また、金属箔積層部及び金属板の電気抵抗値も、一定とは限らない。このため、多数の溶接構造体を順次製造してゆく(すなわち、通電工程を順次行ってゆく)と、通電工程において発生する抵抗熱(ジュール熱)が変動し、これに伴う積層体の形状変化(積層体の軟化及び溶融による形状変化)が、積層体の間で大きく異なることがあった。このため、通電工程を順次行ってゆくと、通電工程における積層体の形状変化に伴って減少する一対の電極チップ間の距離の減少量が、大きく変動することがあった。換言すれば、通電工程間で、通電工程における積層体の形状変化に伴って減少する一対の電極チップ間の距離の減少量が大きく異なることがあった。これにより、金属箔積層部と金属板との溶接強度に大きなバラツキが生じることがあった。 However, when a large number of welded structures are sequentially manufactured (that is, the energization process is sequentially performed), the state of the electrode tip surface (for example, the oxidized state and the shape of the surface) changes. Moreover, the electrical resistance values of the metal foil laminate and the metal plate are not always constant. For this reason, when a large number of welded structures are manufactured sequentially (that is, the energization process is performed sequentially), the resistance heat (Joule heat) generated in the energization process fluctuates, resulting in a change in the shape of the laminate. (Shape change due to softening and melting of the laminated body) may differ greatly between the laminated bodies. For this reason, when the energization process is sequentially performed, the amount of decrease in the distance between the pair of electrode chips, which decreases with the shape change of the stacked body in the energization process, may fluctuate greatly. In other words, the amount of reduction in the distance between the pair of electrode chips that decreases with the change in the shape of the laminate in the energization process may differ greatly between the energization processes. Thereby, a big variation may arise in the welding strength of a metal foil laminated part and a metal plate.
本発明は、かかる現状に鑑みてなされたものであって、金属箔積層部と金属板との溶接強度のバラツキを小さくすることができる溶接構造体の製造方法を提供することを目的とする。 This invention is made | formed in view of this present condition, Comprising: It aims at providing the manufacturing method of the welded structure which can reduce the dispersion | variation in the welding strength of a metal foil laminated part and a metal plate.
本発明の一態様は、金属箔からなる複数の金属箔部が積層方向に積層された金属箔積層部と、金属板と、が溶接された溶接構造体の製造方法であって、前記金属箔積層部と前記金属板とを前記積層方向に積層した積層体を、抵抗溶接機の一対の電極チップにより前記積層方向に挟み、前記一対の電極チップを通じて前記積層体に対し前記積層方向に一定の圧縮荷重をかけた加圧状態とする加圧工程と、前記加圧状態で前記一対の電極チップ間に電流を流して、前記金属箔積層部と前記金属板とを溶接する通電工程と、を備え、前記通電工程では、当該通電工程を開始してからの(前記積層体の形状変化に伴って減少する)前記一対の電極チップ間の距離の減少量を、予め設定した一定値にする溶接構造体の製造方法において、前記一対の電極チップは、前記積層方向に移動する第1電極チップと、不動の第2電極チップと、であり、前記抵抗溶接機は、前記第1電極チップに連結されて前記第1電極チップと共に前記積層方向に移動する第1ストッパーと、前記第1ストッパーに対して前記積層方向に向かい合って配置された不動の第2ストッパーと、を備え、前記加圧工程では、前記加圧状態で、前記第1ストッパーと前記第2ストッパーとの間の前記積層方向にかかる距離が、前記一定値であるか否かを確認し、前記一定値でない場合は、前記第1ストッパーと前記第2ストッパーとの間の前記積層方向にかかる距離を前記一定値に調整し、前記通電工程では、前記第1電極チップと共に前記積層方向に移動してゆく前記第1ストッパーが前記第2ストッパーに当接して停止することで、前記第1電極チップの前記積層方向への移動を停止させて、これによって、当該通電工程を開始してからの前記第1電極チップと前記第2電極チップとの間の距離の減少量を、前記一定値にする溶接構造体の製造方法である。 One aspect of the present invention is a method for producing a welded structure in which a metal foil laminated portion in which a plurality of metal foil portions made of metal foil are laminated in a laminating direction and a metal plate are welded, and the metal foil the the the laminated portion and the metal plate laminated body obtained by laminating the laminating direction, sandwiching the stacking direction by a pair of electrode tips of the resistance welding machine, the constant in the stacking direction with respect to the laminated body through the pair of electrode tips A pressurizing step for applying a compressive load, and an energizing step for welding the metal foil laminate and the metal plate by passing a current between the pair of electrode tips in the pressurizing state. In the energization step, welding is performed so that the amount of decrease in the distance between the pair of electrode tips (decreasing with a change in the shape of the laminate) after the energization step is started is set to a predetermined constant value. the method of manufacturing a structure, the pair of electrodes Is a first electrode tip that moves in the stacking direction and a second electrode tip that does not move, and the resistance welder is connected to the first electrode tip and is stacked together with the first electrode tip. A first stopper that moves in a direction, and a stationary second stopper that is disposed to face the first stopper in the stacking direction. In the pressurizing step, the first stopper Check whether the distance in the stacking direction between the stopper and the second stopper is the constant value, and if not, the distance between the first stopper and the second stopper The distance applied in the stacking direction is adjusted to the constant value, and in the energization step, the first stopper moving in the stacking direction together with the first electrode chip comes into contact with the second stopper and stops. Thus, the movement of the first electrode chip in the stacking direction is stopped, and thereby the distance between the first electrode chip and the second electrode chip after the energization process is started is reduced. It is a manufacturing method of the welded structure which makes quantity the said constant value .
上述の製造方法では、加圧工程において、金属箔積層部と金属板とを積層方向に積層した(重ね合わせた)積層体を、一対の電極チップ(金属箔積層部に接触してこれを金属板側に押圧する第1電極チップと、金属板に接触してこれを金属箔積層部側に押圧する第2電極チップ)により積層方向に挟み、一対の電極チップを通じて、積層体(金属箔積層部と金属板)に対し積層方向に一定の圧縮荷重をかけた加圧状態(圧接状態)とする。すなわち、一対の電極チップにより、積層体(金属箔積層部と金属板)を一定の圧縮荷重で積層方向に加圧(圧接)した状態とする。その後、通電工程において、前記の加圧状態(積層体を一定の圧縮荷重で積層方向に加圧した状態)で一対の電極チップ間に電流を流して(通電して)、金属箔積層部と金属板とを溶接する(すなわち、積層体を溶接する)。 In the manufacturing method described above, in the pressurizing step, the metal foil laminated portion and the metal plate are laminated (superposed) in the laminating direction, and a pair of electrode chips (metal foil laminated portion is brought into contact with the metal foil. A laminated body (metal foil laminate) is sandwiched in the laminating direction by a first electrode chip that presses against the plate side and a second electrode chip that contacts the metal plate and presses the metal plate toward the metal foil laminate portion side, and passes through the pair of electrode chips. Part and the metal plate) are in a pressurized state (pressure contact state) in which a certain compressive load is applied in the stacking direction. That is, the laminated body (metal foil laminated portion and metal plate) is pressed (pressed) in the lamination direction with a certain compressive load by the pair of electrode chips. Thereafter, in the energization process, a current is passed between the pair of electrode chips in the above-described pressurization state (a state where the laminate is pressed in the laminating direction with a constant compressive load), and the metal foil laminate portion and A metal plate is welded (that is, a laminated body is welded).
ところで、前述のように、従来の製造方法では、多数の溶接構造体を順次製造してゆく(すなわち、通電工程を順次行ってゆく)と、通電工程における積層体の形状変化に伴って減少する一対の電極チップ間の距離の減少量が、大きく変動することがあった。換言すれば、通電工程間で、通電工程における積層体の形状変化に伴って減少する一対の電極チップ間の距離の減少量が大きく異なることがあった。これにより、金属箔積層部と金属板との溶接強度に大きなバラツキが生じることがあった。 As described above, in the conventional manufacturing method, when a large number of welded structures are sequentially manufactured (that is, the energization process is sequentially performed), the number decreases with a change in the shape of the laminate in the energization process. The amount of decrease in the distance between the pair of electrode tips sometimes fluctuated greatly. In other words, the amount of reduction in the distance between the pair of electrode chips that decreases with the change in the shape of the laminate in the energization process may differ greatly between the energization processes. Thereby, a big variation may arise in the welding strength of a metal foil laminated part and a metal plate.
これに対し、上述の製造方法では、通電工程において、当該通電工程を開始してからの(前記積層体の形状変化に伴って減少する)一対の電極チップ間の距離の減少量を、予め設定した一定値にする(一定値に制限する)。すなわち、通電工程を開始してからの一対の電極チップ間の距離の減少量が予め設定した一定値となるように制御する。換言すれば、通電工程において、当該通電工程を開始してからの一対の電極チップ間の距離の減少量が、予め設定した一定値に達したとき、前記一対の電極チップの移動を停止させる(一対の電極チップの位置を固定する)。これにより、金属箔積層部と金属板とを安定して溶接することができ、金属箔積層部と金属板との間の溶接強度のバラツキを小さくすることができる。 On the other hand, in the above-described manufacturing method, in the energization process, the amount of decrease in the distance between the pair of electrode chips (which decreases with the shape change of the laminate) after the energization process is started is set in advance. To a certain value (restricted to a certain value). That is, control is performed so that the amount of decrease in the distance between the pair of electrode chips after the start of the energization step becomes a predetermined constant value. In other words, in the energization process, when the amount of decrease in the distance between the pair of electrode chips after the energization process starts reaches a predetermined constant value, the movement of the pair of electrode chips is stopped ( Fix the position of the pair of electrode tips). Thereby, a metal foil laminated part and a metal plate can be welded stably, and the variation in the welding strength between a metal foil laminated part and a metal plate can be made small.
なお、金属箔積層部としては、複数の金属箔(あるいは、その一部)が積層方向に積層されたものが挙げられる。具体的には、例えば、二次電池の積層型電極体を構成する電極の集電箔(正極集電箔または負極集電箔)の端部(金属箔のみからなる活物質層未塗工部、これが金属箔部に相当する)が、複数、積層方向に積層されたものが挙げられる。この場合、金属板としては、例えば、板状の集電端子が挙げられる。なお、積層型電極体とは、複数のシート状の正極と複数のシート状の負極とが、正極と負極との間にセパレータが介在するようにして積層された電極体をいう。 In addition, as a metal foil laminated part, what laminated | stacked several metal foil (or one part) in the lamination direction is mentioned. Specifically, for example, the active material layer uncoated portion consisting only of metal foil of the current collector foil (positive electrode current collector foil or negative electrode current collector foil) of the electrode constituting the laminated electrode body of the secondary battery , Which corresponds to the metal foil portion), a plurality of layers laminated in the stacking direction. In this case, as the metal plate, for example, a plate-like current collecting terminal can be mentioned. The laminated electrode body refers to an electrode body in which a plurality of sheet-like positive electrodes and a plurality of sheet-like negative electrodes are laminated with a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode.
また、金属箔積層部は、1枚の金属箔の一部(金属箔部)が、複数、積層方向に積層されたものであっても良い。具体的には、例えば、二次電池の扁平捲回型電極体を構成する電極の集電箔(正極集電箔または負極集電箔)の端部(金属箔のみからなる活物質層未塗工部)のうち、積層方向(電極体の厚み方向)に並ぶ矩形状の部位(これが金属箔部に相当する)が、複数、積層方向に積層されたものが挙げられる。なお、扁平捲回型電極体とは、帯状の正極と帯状の負極とが、正極と負極との間にセパレータが介在するようにして扁平形状に捲回された電極体をいう。 Further, the metal foil laminate portion may be a laminate of a plurality of metal foil portions (metal foil portions) in the lamination direction. Specifically, for example, the end of the current collector foil (positive electrode current collector foil or negative electrode current collector foil) of the electrode constituting the flat wound electrode body of the secondary battery (uncoated active material layer made only of metal foil) Among the engineering parts), a plurality of rectangular portions (which correspond to metal foil portions) arranged in the stacking direction (thickness direction of the electrode body) are stacked in the stacking direction. The flat wound electrode body refers to an electrode body in which a belt-like positive electrode and a belt-like negative electrode are wound into a flat shape with a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode.
まず、本実施形態にかかる二次電池100について説明する。
二次電池100は、図1に示すように、直方体形状の電池ケース110と、正極外部端子121と、負極外部端子131とを備える、角形密閉式のリチウムイオン二次電池である。このうち、電池ケース110は、直方体形状の収容空間をなす金属製の角形収容部111と金属製の蓋部112とを有するハードケースである。電池ケース110(角形収容部111)の内部には、電極体150などが収容されている。
First, the
As shown in FIG. 1, the
電極体150は、帯状の正極155と帯状の負極156とを、正極155と負極156との間にセパレータ157が介在するようにして扁平形状に捲回した扁平捲回型電極体である(図2参照)。
The
正極155は、図3に示すように、長手方向DAに延びる帯状で、アルミニウム箔からなる正極集電箔151と、この正極集電箔151の表面の一部に塗工された正極活物質層152とを有している。正極活物質層152は、正極活物質153と、アセチレンブラックからなる導電材と、バインダーとを含んでいる。
As shown in FIG. 3, the
正極155のうち、正極活物質層152が塗工されている部位を、正極活物質層塗工部155cという。一方、正極活物質層152が塗工されていない部位(すなわち、正極集電箔151のみからなる部位)を、正極活物質層未塗工部155bという。正極活物質層未塗工部155bは、正極集電箔151(正極155)の幅方向DB(図3において左右方向)の端部(図3において左端部)に位置し、正極集電箔151(正極155)の一方長辺に沿って、正極集電箔151(正極155)の長手方向DAに帯状に延びている。
A portion of the
正極活物質層未塗工部155bは、電極体150の幅方向DBの一方端部(図1及び図2において右端部)において、扁平形状に捲回されている。この正極活物質層未塗工部155bは、矩形状をなす複数の金属箔部155b1と、弧状をなす複数の上側弧状部155b2と、弧状をなす複数の下側弧状部155b3とにより構成されている(図2参照)。矩形状をなす複数の金属箔部155b1は、電極体150の厚み方向(積層方向DC)に並んで、金属箔積層部155dを構成している。従って、電極体150は、電極体150の幅方向DBの一方端部(図1及び図2において右端部)に、正極集電箔151の一部である矩形状をなす金属箔部155b1が、複数、積層方向DC(電極体150の厚み方向)に積層された金属箔積層部155dを有している。
The positive electrode active material layer
また、負極156は、図4に示すように、長手方向DAに延びる帯状で銅箔からなる負極集電箔158と、この負極集電箔158の表面の一部に塗工された負極活物質層159とを有している。負極活物質層159は、負極活物質154とSBR(バインダー)とCMC(増粘剤)とを含んでいる。
Further, as shown in FIG. 4, the
負極156のうち、負極活物質層159が塗工されている部位を、負極活物質層塗工部156cという。一方、負極156のうち、負極活物質層159が塗工されていない部位(すなわち、負極集電箔158のみからなる部位)を、負極活物質層未塗工部156bという。負極活物質層未塗工部156bは、負極集電箔158(負極156)の一方長辺に沿って、負極集電箔158(負極156)の長手方向DA(図4において上下方向)に帯状に延びている。
A portion of the
負極活物質層未塗工部156bは、電極体150の幅方向DBの他方端部(図1及び図2において左端部)において、扁平形状に捲回されている。この負極活物質層未塗工部156bは、矩形状をなす複数の金属箔部156b1と、弧状をなす複数の上側弧状部156b2と、弧状をなす複数の下側弧状部156b3とにより構成されている(図2参照)。矩形状をなす複数の金属箔部156b1は、電極体150の厚み方向(積層方向DC)に並んで、金属箔積層部156dを構成している。従って、電極体150は、電極体150の幅方向DBの他方端部(図1及び図2において左端部)に、負極集電箔158の一部である矩形状をなす金属箔部156b1が、複数、積層方向DC(電極体150の厚み方向)に積層された金属箔積層部156dを有している。
The negative electrode active material layer
また、正極活物質層未塗工部155bの金属箔積層部155dには、アルミニウム製の板状の正極集電端子122(金属板)が、超音波溶接により接合されている。これにより、正極活物質層未塗工部155b(正極155)は、正極集電端子122を通じて、正極外部端子121に電気的に接続されている(図1参照)。
Further, an aluminum plate-like positive electrode current collecting terminal 122 (metal plate) is joined to the metal foil laminated
また、負極活物質層未塗工部156bの金属箔積層部156dには、銅製の板状の負極集電端子132(金属板)が、抵抗溶接により接合されている。これにより、負極活物質層未塗工部156b(負極156)は、負極集電端子132を通じて、負極外部端子131に電気的に接続されている(図1参照)。
A copper plate-like negative electrode current collector terminal 132 (metal plate) is joined to the metal foil laminated
なお、本実施形態では、正極外部端子121と正極集電端子122とは一体に形成され、正極端子部材120を構成している。また、負極外部端子131と負極集電端子132とは一体に形成され、負極端子部材130を構成している。
In the present embodiment, the positive
セパレータ157は、電気絶縁性を有する樹脂フィルムからなるセパレータである。このセパレータ157は、正極155と負極156との間に介在して、これらを離間させている。セパレータ157には、リチウムイオンを有する非水電解液140が含浸している。
The
次に、本実施形態にかかる溶接構造体(端子付き電極体)及び二次電池の製造方法について説明する。図6は、実施形態にかかる溶接構造体(端子付き電極体)及び二次電池の製造方法の流れを示すフローチャートである。
図6に示すように、ステップS1において、端子付き蓋部材160(図7参照)を作製する。具体的には、蓋部112と、正極端子部材120と、負極端子部材130とを用意して、これらを組み付けて一体にする。これにより、図7に示すような、蓋部112と正極端子部材120と負極端子部材130とを有する端子付き蓋部材160を得る。
Next, the manufacturing method of the welding structure (electrode body with a terminal) and secondary battery concerning this embodiment is demonstrated. FIG. 6 is a flowchart illustrating a flow of a manufacturing method of the welded structure (electrode body with terminal) and the secondary battery according to the embodiment.
As shown in FIG. 6, in step S1, a terminal-attached lid member 160 (see FIG. 7) is produced. Specifically, the
また、ステップS2において、電極体150を作製する。具体的には、図5に示すように、負極156、セパレータ157、正極155、及びセパレータ157を、この順に重ねるようにして捲回する。詳細には、正極155の正極活物質層未塗工部155bと負極156の負極活物質層未塗工部156bとが、幅方向DB(図5において左右方向)について互いに反対側に位置するようにして、負極156、セパレータ157、正極155、及びセパレータ157を扁平形状に捲回して、電極体150を形成する(図2参照)。
In step S2, the
この電極体150は、電極体150の幅方向DBの一方端部(図1及び図2において右端部)に、正極集電箔151の一部である矩形状をなす金属箔部155b1が、複数、積層方向DC(電極体150の厚み方向)に積層された金属箔積層部155dを有し、且つ、電極体150の幅方向DBの他方端部(図1及び図2において左端部)に、負極集電箔158の一部である矩形状をなす金属箔部156b1が、複数、積層方向DC(電極体150の厚み方向)に積層された金属箔積層部156dを有している。
The
次に、電極体150のうち負極活物質層未塗工部156bの金属箔積層部156dに、端子付き蓋部材160に含まれる板状の負極集電端子132(金属板)を、抵抗溶接により接合する。
まず、本実施形態で用いる抵抗溶接機10について説明する。抵抗溶接機10は、図8に示すように、第1電極チップ30と、第2電極チップ40と、金属箔押さえ部50と、第1ストッパーボルト60と、第2ストッパーボルト70とを有する。
Next, a plate-like negative electrode current collector terminal 132 (metal plate) included in the terminal-equipped
First, the
第1電極チップ30と第2電極チップ40は、一対の電極チップであり、両者の間に金属箔積層部156dと負極集電端子132(金属板)とを積層方向DCに積層した(重ね合わせた)積層体181を挟んで加圧した状態とし、積層体181に溶接電流を流すための部材である。なお、第1電極チップ30は、積層方向DC(図8において上下方向)に移動可能とされている。一方、第2電極チップ40は固定されており、不動である。ここで、積層方向DCのうち金属箔積層部156d側から負極集電端子132側に向かう方向(図8において下方)を第1積層方向DC1、その反対方向(図8において上方)を第2積層方向DC2とする。
The
本実施形態では、第1電極チップ30と第2電極チップ40との間に積層体181を配置した状態で、第1電極チップ30によって、金属箔積層部156dに対し、第1積層方向DC1(図8において下方)に一定(規定)の圧縮荷重F1をかけることで、第1電極チップ30と第2電極チップ40とにより、積層体181(金属箔積層部156dと負極集電端子132)を一定の圧縮荷重F1で積層方向DCに加圧(圧接)した状態とすることができる(図9参照)。
In the present embodiment, in the state in which the
金属箔押さえ部50は、複数の金属箔部156b1が積層方向DCに隙間を空けて積層されている金属箔積層部156dを、複数の金属箔部156b1を隙間無く積層方向DCに重ね合わせるようにして、負極集電端子132(金属板)に対し積層方向DCに押圧する部材である。従って、金属箔押さえ部50により金属箔積層部156dを押圧することで、金属箔押さえ部50と負極集電端子132(金属板)との間に、複数の金属箔部156b1が隙間無く積層方向DCに積層された(重ね合わされた)金属箔積層部156dが配置される。なお、金属箔押さえ部50は、積層方向DC(図8において上下方向)に移動可能とされている。また、金属箔押さえ部50は、貫通孔51を有する円筒形状であり、貫通孔51内に第1電極チップ30を挿通可能としている。
The metal
第1ストッパーボルト60と第2ストッパーボルト70とは、一対のストッパーである。第1ストッパーボルト60は、図示しない部材を介して第1電極チップ30に連結されており(第1電極チップ30と一体になっており)、第1電極チップ30と共に積層方向DCに移動する。従って、第1電極チップ30が積層方向DCへ移動すると、同一の距離だけ、第1ストッパーボルト60も積層方向DCへ移動する。但し、第1ストッパーボルト60は、図示しないサーボモータの駆動により、独立して(第1電極チップ30とは別で)、積層方向DCに移動可能にもされている。一方、第2ストッパーボルト70は固定されており、不動である。第1ストッパーボルト60と第2ストッパーボルト70とは同軸で、積層方向DCに向かい合って配置されている(図8参照)。第1ストッパーボルト60が、第2ストッパーボルト70よりも上方(第2積層方向DC2)に配置されている。
The
従って、後述する通電工程において、第1電極チップ30と共に第1積層方向DC1(下方)に移動してゆく第1ストッパーボルト60を、第2ストッパーボルト70に当接させて停止させることで、第1電極チップ30の第1積層方向DC1(下方)への移動を停止させることができる。
より具体的には、後述する加圧工程において、第1電極チップ30と第2電極チップ40とにより、積層体181(金属箔積層部156dと負極集電端子132)を一定の圧縮荷重F1で積層方向DCに加圧(圧接)した状態で、第1ストッパーボルト60と第2ストッパーボルト70との距離(積層方向DCにかかる距離)を一定値L1に設定すれば、通電工程において、当該通電工程を開始してから積層体181の形状変化(積層体181の軟化及び溶融による形状変化)に伴って第1積層方向DC1(図8において下方)に移動する第1電極チップ30の移動量を、一定値L1にすることができる。
Therefore, in the energization process described later, the
More specifically, in the pressurizing step described later, the laminated body 181 (the metal foil laminated
すなわち、通電工程を開始してからの一対の電極チップ間の距離(第1電極チップ30と第2電極チップ40との間の距離)の減少量を、予め設定した一定値L1にすることができる。換言すれば、通電工程において、第1電極チップ30と第2電極チップ40との間の距離の減少量が、一定値L1に達したとき、第1電極チップ30の移動を停止させて、それ以降、第1電極チップ30と第2電極チップ40との間の距離を一定にすることができる。これにより、金属箔積層部156dと負極集電端子132とを安定して溶接することができ、金属箔積層部156dと負極集電端子132の間の溶接強度のバラツキを小さくすることができる。
That is, the amount of decrease in the distance between the pair of electrode chips (distance between the
引き続いて、電極体150のうち負極活物質層未塗工部156bの金属箔積層部156dに、板状の負極集電端子132(金属板)を、抵抗溶接により接合する方法について説明する。図8に示すように、第1電極チップ30と第2電極チップ40との間に、金属箔積層部156dと負極集電端子132(金属板)とを積層方向DCに積層した(重ね合わせた)積層体181を配置した状態で、金属箔押さえ部50によって金属箔積層部156dを第1積層方向DC1(下方)に押圧する。これにより、金属箔押さえ部50と負極集電端子132(金属板)との間に、複数の金属箔部156b1が隙間無く積層方向DCに積層された(重ね合わされた)金属箔積層部156dが配置される。なお、このとき、負極集電端子132の下面は、第2電極チップ40に当接した状態とされている。
Subsequently, a method of joining the plate-like negative electrode current collector terminal 132 (metal plate) to the metal foil laminated
次いで、ステップS3(加圧工程)に進み、第1電極チップ30と第2電極チップ40(一対の電極チップ)により、積層体181を積層方向DCに挟み、第1電極チップ30と第2電極チップ40を通じて積層体181に対し積層方向DCに一定(規定値)の圧縮荷重F1をかけた加圧状態とする。具体的には、図9に示すように、第1電極チップ30を第1積層方向DC1(下方)に移動させ、金属箔押さえ部50の貫通孔51内を挿通させる。そして、第1電極チップ30によって、金属箔積層部156dに対し、第1積層方向DC1(図9において下方)に一定の圧縮荷重F1をかける。これにより、第1電極チップ30と第2電極チップ40とにより、積層体181(金属箔積層部156dと負極集電端子132)を一定の圧縮荷重F1で積層方向DCに加圧(圧接)した状態とする。
Next, the process proceeds to step S3 (pressurizing step), and the
この状態で、第1ストッパーボルト60と第2ストッパーボルト70との間の積層方向DCにかかる距離が、一定値L1であるか否かを確認する。一定値L1でない場合は、図示しないサーボモータの駆動により、第1ストッパーボルト60を積層方向DCに移動させて、第1ストッパーボルト60と第2ストッパーボルト70との間の積層方向DCにかかる離間距離を、一定値L1に調整する。なお、本実施形態では、一定値L1=0.5mmとしている。
In this state, it is confirmed whether or not the distance in the stacking direction DC between the
次いで、ステップS4(通電工程)に進み、第1電極チップ30と第2電極チップ40とにより、積層体181を圧縮荷重F1で積層方向DCに加圧した状態で、第1電極チップ30と第2電極チップ40との間に、一定時間(例えば、20ms)、一定の大きさの電流を流して、金属箔積層部156dと負極集電端子132(積層体181)を抵抗溶接する(図10参照)。
Next, the process proceeds to step S4 (energization step), and the
ところで、通電工程では、当該通電工程を開始する(積層体181への通電を開始する)と、通電により発生する抵抗熱(ジュール熱)により、積層体181(金属箔積層部156dと負極集電端子132)が変形(軟化及び溶融)してゆく。この積層体181の変形に伴って、第1電極チップ30が第1積層方向DC1(下方)に移動してゆき、第1電極チップ30と第2電極チップ40との間の距離(積層方向DCの距離)は減少してゆく。
By the way, in the energization process, when the energization process is started (the energization to the
ところが、多数の溶接構造体(端子付き電極体)を順次製造してゆく(すなわち、通電工程を順次行ってゆく)と、第1電極チップ30及び第2電極チップ40の表面の状態(例えば、酸化状態、表面の形状)が変化してゆく。また、金属箔積層部156d及び負極集電端子132の電気抵抗値も、一定とは限らない。このため、多数の溶接構造体(端子付き電極体)を順次製造してゆく(すなわち、通電工程を順次行ってゆく)と、通電工程において発生する抵抗熱(ジュール熱)が変動し、これに伴う積層体181の形状変化が、複数の積層体181の間で大きく異なることがあった。
However, when a large number of welded structures (electrode bodies with terminals) are sequentially manufactured (that is, the energization process is sequentially performed), the surface states of the
このため、従来(例えば、特許文献1)の製造方法では、通電工程を順次行ってゆくと、通電工程における積層体の形状変化に伴って減少する第1電極チップと第2電極チップとの間の距離の減少量が、大きく変動することがあった。換言すれば、複数の通電工程の間で、通電工程における積層体の形状変化に伴って減少する一対の電極チップ間の距離の減少量が大きく異なることがあった。これにより、金属箔積層部と金属板との溶接強度に大きなバラツキが生じることがあった。 For this reason, in the conventional manufacturing method (for example, patent document 1), if an energization process is performed sequentially, it will be between the 1st electrode chip and 2nd electrode chip which reduce with the shape change of the laminated body in an energization process. The amount of decrease in the distance sometimes fluctuated greatly. In other words, the amount of reduction in the distance between the pair of electrode chips that decreases with the change in the shape of the stacked body in the energization process may vary greatly between the plurality of energization processes. Thereby, a big variation may arise in the welding strength of a metal foil laminated part and a metal plate.
これに対し、本実施形態では、図10に示すように、第1電極チップ30と共に第1積層方向DC1(下方)に移動する第1ストッパーボルト60を、第2ストッパーボルト70に当接させることで、第1電極チップ30の第1積層方向DC1(下方)への移動を制止している。より具体的には、先の加圧工程(ステップS3)において、第1電極チップ30と第2電極チップ40とにより、積層体181を圧縮荷重F1で積層方向DCに加圧した状態で、第1ストッパーボルト60と第2ストッパーボルト70との距離(積層方向DCにかかる距離)を一定値L1に設定している。
In contrast, in the present embodiment, as shown in FIG. 10, the
これにより、通電工程を開始してから積層体181の形状変化(積層体181の軟化及び溶融)に伴って第1積層方向DC1(図8〜図10において下方)に移動する第1電極チップ30の移動量を、一定値L1にすることができる。なお、図10では、先の加圧工程(ステップS3)において、第1電極チップ30と第2電極チップ40とにより積層体181を圧縮荷重F1で積層方向DCに加圧した状態における、第1電極チップ30と第1ストッパーボルト60を、二点鎖線で示している。
Thus, the
換言すれば、通電工程において、第1電極チップ30と第2電極チップ40との間の距離の減少量が、一定値L1に達したとき、第1電極チップ30の移動を停止させて、それ以降、第1電極チップ30と第2電極チップ40との間の距離を一定にすることができる。このときの状態を、図10に示している。これにより、複数の積層体181を順次溶接していく(通電工程を順次繰り返し行う)場合でも、金属箔積層部156dと負極集電端子132とを安定して溶接することができ、金属箔積層部156dと負極集電端子132の間の溶接強度のバラツキを小さくすることができる。このことは、後述する溶接試験の結果より明らかである。
In other words, in the energization process, when the amount of decrease in the distance between the
なお、通電工程では、第1電極チップ30と第2電極チップ40との間に流す電流値の大きさ、及び、通電時間を、「仮に、第1ストッパーボルト60と第2ストッパーボルト70とにより第1電極チップ30の移動を制限しないとしたならば、通電による第1電極チップ30と第2電極チップ40との間の距離の減少量が一定値L1以上となる」値に設定している。
In the energization process, the magnitude of the current value passed between the
また、通電工程において、第1電極チップ30と第2電極チップ40との間の距離の減少量が、一定値L1に達したとき、第1電極チップ30の移動を停止させて、それ以降、第1電極チップ30と第2電極チップ40との間の距離を一定にすることで、第1電極チップ30及び第2電極チップ40に過度な荷重がかかるのを抑制することができる。これにより、第1電極チップ30及び第2電極チップ40の劣化の進行を遅らせることができ、第1電極チップ30及び第2電極チップ40の寿命を長くすることができる。
Further, in the energization process, when the amount of decrease in the distance between the
次に、電極体150の正極活物質層未塗工部155bの金属箔積層部155dに、端子付き蓋部材160に含まれる板状の正極集電端子122を、超音波溶接により接合する。具体的には、図示しない超音波アンビルと超音波ホーンとにより、金属箔積層部155dと正極集電端子122を挟んで圧接する。この状態で、超音波ホーンを超音波振動させて、正極集電端子122を金属箔積層部155dに接合する。
Next, the plate-like positive electrode current collecting terminal 122 included in the terminal-attached
これにより、図11に示すように、正極端子部材120と正極155とが電気的に接続され、且つ、負極端子部材130と負極156とが電気的に接続されると共に、端子付き蓋部材160と電極体150とが一体にされた端子付き電極体170(溶接構造体)が完成する。この端子付き電極体170は、端子付き蓋部材160と電極体150とが溶接された溶接構造体であって、電極体150の金属箔積層部156dと端子付き蓋部材160の負極集電端子132(金属板)とが抵抗溶接により接合された溶接構造体である。
Accordingly, as shown in FIG. 11, the positive
その後、ステップS5に進み、端子付き電極体170(溶接構造体)の電極体150を、角形収容部111内に収容すると共に、蓋部112で角形収容部111の開口を閉塞する。次いで、蓋部112と角形収容部111とを溶接する。なお、蓋部112の中央には、蓋部112を貫通する注液孔112bが形成されている(図1参照)。
Thereafter, the process proceeds to step S5, in which the
次に、ステップS6に進み、電池ケース110の注液孔112bを通じて、非水電解液140を電池ケース110内に注入して、非水電解液140を電極体150内に含浸させる。その後、注液孔112bを注液蓋114で封止することで、本実施形態の二次電池100が完成する(図1参照)。
Next, the process proceeds to step S <b> 6, the
(溶接試験)
次に、電極体150と負極端子部材130を、それぞれ複数個(具体的には、3000個)ずつ用意し、前述の抵抗溶接機10を用いて、順次、ステップS3(加圧工程)及びステップS4(通電工程)を行い、電極体150の金属箔積層部156dと負極端子部材130の負極集電端子132(積層体181)を抵抗溶接した(図8〜図10参照)。但し、本試験では、第1電極チップ30及び第2電極チップ40の交換は行うことなく、3000個のサンプルの溶接を同一の第1電極チップ30及び第2電極チップ40で行っている。
(Welding test)
Next, a plurality (specifically, 3000) of
また、本試験では、いずれの抵抗溶接においても、一定値L1=0.5mmとしている。すなわち、3000回の加圧工程において、第1電極チップ30と第2電極チップ40とにより、積層体181(金属箔積層部156dと負極集電端子132)を一定の圧縮荷重F1で積層方向DCに加圧(圧接)した状態で、第1ストッパーボルト60と第2ストッパーボルト70との間の積層方向DCにかかる離間距離を、一定値L1=0.5mmに統一している。これにより、3000回の通電工程において、積層体181の形状変化(軟化及び溶融)に伴って第1積層方向DC1(図8〜図10において下方)に移動する第1電極チップ30の移動量を、一定値L1=0.5mmに統一した。
In this test, the constant value L1 is set to 0.5 mm in any resistance welding. That is, in the pressurizing process of 3000 times, the
その後、上述のようにして、電極体150の金属箔積層部156dに負極端子部材130の負極集電端子132を抵抗溶接した3000個のサンプルについて、金属箔積層部156dと負極集電端子132との溶接強度を把握するため、引張強度試験を行った。具体的には、各々のサンプルを、公知の引張強度試験機にセットし、負極集電端子132を金属箔積層部156d(負極活物質層未塗工部156b)から引き離す方向(第1積層方向DC1)に引っ張り、負極集電端子132が金属箔積層部156d(負極活物質層未塗工部156b)から剥がれるまでの間の引張応力の最大値(N)を測定した。この試験結果を、図12に示す。なお、図12では、引張応力の最大値を、引張強度(N)として記載している。
Thereafter, as described above, for the 3000 samples in which the negative electrode
図12に示すように、3000個のサンプルでは、いずれも引張強度が220〜240Nの範囲内の値となった。この結果より、本実施形態の製造方法によれば、金属箔積層部156dと負極集電端子132(金属板)とを安定して溶接することができ、金属箔積層部156dと負極集電端子132の間の溶接強度のバラツキを小さくすることができるといえる。すなわち、通電工程において、積層体181の形状変化(軟化及び溶融)に伴って第1積層方向DC1(図8〜図10において下方)に移動する第1電極チップ30の移動量を、一定値L1にすることで、金属箔積層部156dと負極集電端子132(金属板)の間の溶接強度のバラツキを小さくすることができるといえる。
As shown in FIG. 12, all of the 3000 samples had a tensile strength in the range of 220 to 240N. As a result, according to the manufacturing method of the present embodiment, the metal foil laminated
(一定値L1の好ましい範囲)
次に、一定値L1の好ましい範囲を調査した。具体的には、複数のサンプルを用意し、一定値L1の値を0.2mm〜1.2mmの範囲内で異ならせて、実施形態と同様にして、各々のサンプルについて金属箔積層部156dと負極集電端子132とを抵抗溶接した。その後、これらのサンプルについて、前述の溶接試験と同様に、金属箔積層部156dと負極集電端子132との溶接強度を把握するため、引張強度試験を行った。この結果を図13に示す。
(Preferable range of constant value L1)
Next, a preferable range of the constant value L1 was investigated. Specifically, a plurality of samples are prepared, and the value of the constant value L1 is varied within the range of 0.2 mm to 1.2 mm, and in the same manner as in the embodiment, for each sample, the metal foil laminated
図13に示すように、一定値L1の値を0.4mm以上として溶接することで、金属箔積層部156dと負極集電端子132との溶接強度を高めることができた。しかしながら、一定値L1の値を0.7mmよりも大きくして溶接した場合には、負極集電端子132(金属板)の変形が大きくなった。溶接強度(引張強度)は高いほうが好ましく、負極集電端子132(金属板)の変形は小さいほうが好ましい。従って、一定値L1の値は、0.4mm以上0.7mm以下とするのが好ましいといえる。
As shown in FIG. 13, the welding strength between the metal foil laminated
以上において、本発明を実施形態に即して説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることはいうまでもない。 In the above, the present invention has been described with reference to the embodiments. However, the present invention is not limited to the above embodiments, and it is needless to say that the present invention can be appropriately modified and applied without departing from the gist thereof.
例えば、実施形態では、金属箔積層部として、扁平捲回型の電極体150を構成する負極集電箔の端部(負極活物質層未塗工部156b)のうち、積層方向DCに並ぶ矩形状の部位(これが金属箔部に相当する)が、複数、積層方向DCに積層されたものを例示した。しかしながら、金属箔積層部は、これに限定されるものではない。例えば、金属箔積層部は、積層型電極体を構成する電極の集電箔(正極集電箔または負極集電箔)の端部(金属箔のみからなる活物質層未塗工部、これが金属箔部に相当する)が、複数、積層方向に積層されたものであっても良い。
For example, in the embodiment, among the end portions of the negative electrode current collector foil (the negative electrode active material layer
また、金属箔積層部は、電極体の一部に限定されるものではなく、「金属箔からなる複数の金属箔部が積層方向に積層されたもの」であれば、いずれのものであっても良い。
また、実施形態では、金属板として、集電端子(負極集電端子132)を例示したが、金属板はこれに限定されるものではない。金属板は、板状の金属部材であれば、いずれのものであっても良い。
In addition, the metal foil laminated portion is not limited to a part of the electrode body, and may be any one as long as “a plurality of metal foil portions made of metal foil are laminated in the laminating direction”. Also good.
In the embodiment, the current collecting terminal (negative current collecting terminal 132) is exemplified as the metal plate, but the metal plate is not limited to this. The metal plate may be any plate-shaped metal member.
10 抵抗溶接機
30 第1電極チップ
40 第2電極チップ
60 第1ストッパーボルト
70 第2ストッパーボルト
100 二次電池
130 負極端子部材
132 負極集電端子(金属板)
156b 負極活物質層未塗工部
156b1 金属箔部
156c 負極活物質層塗工部
156d 金属箔積層部
158 負極集電箔(金属箔)
159 負極活物質層
110 電池ケース
112 蓋部
150 電極体
155 正極
156 負極
157 セパレータ
160 端子付き蓋部材
170 端子付き電極体(溶接構造体)
181 積層体
DB 幅方向
DC 積層方向
L1 一定値
S3 加圧工程
S4 通電工程
DESCRIPTION OF
156b Negative electrode active material layer uncoated portion 156b1
159 Negative electrode
181 Laminated body DB Width direction DC Laminating direction L1 Constant value S3 Pressurizing step S4 Energizing step
Claims (1)
前記金属箔積層部と前記金属板とを前記積層方向に積層した積層体を、抵抗溶接機の一対の電極チップにより前記積層方向に挟み、前記一対の電極チップを通じて前記積層体に対し前記積層方向に一定の圧縮荷重をかけた加圧状態とする加圧工程と、
前記加圧状態で前記一対の電極チップ間に電流を流して、前記金属箔積層部と前記金属板とを溶接する通電工程と、を備え、
前記通電工程では、当該通電工程を開始してからの前記一対の電極チップ間の距離の減少量を、予め設定した一定値にする
溶接構造体の製造方法において、
前記一対の電極チップは、前記積層方向に移動する第1電極チップと、不動の第2電極チップと、であり、
前記抵抗溶接機は、前記第1電極チップに連結されて前記第1電極チップと共に前記積層方向に移動する第1ストッパーと、前記第1ストッパーに対して前記積層方向に向かい合って配置された不動の第2ストッパーと、を備え、
前記加圧工程では、前記加圧状態で、前記第1ストッパーと前記第2ストッパーとの間の前記積層方向にかかる距離が、前記一定値であるか否かを確認し、前記一定値でない場合は、前記第1ストッパーと前記第2ストッパーとの間の前記積層方向にかかる距離を前記一定値に調整し、
前記通電工程では、前記第1電極チップと共に前記積層方向に移動してゆく前記第1ストッパーが前記第2ストッパーに当接して停止することで、前記第1電極チップの前記積層方向への移動を停止させて、これによって、当該通電工程を開始してからの前記第1電極チップと前記第2電極チップとの間の距離の減少量を、前記一定値にする
溶接構造体の製造方法。 A metal foil laminated portion in which a plurality of metal foil portions made of metal foil are laminated in a laminating direction, and a method for producing a welded structure in which a metal plate is welded,
A laminated body obtained by laminating the metal foil laminated portion and the metal plate in the laminating direction is sandwiched in the laminating direction by a pair of electrode chips of a resistance welder, and the laminating direction with respect to the laminated body through the pair of electrode chips A pressurizing step for applying a certain compression load to the pressurizing state;
An electric current process in which a current is passed between the pair of electrode chips in the pressurized state to weld the metal foil laminate and the metal plate,
In the energization process, in the method for manufacturing a welded structure, the amount of decrease in the distance between the pair of electrode tips after the energization process is started is set to a predetermined constant value .
The pair of electrode tips are a first electrode tip that moves in the stacking direction and a stationary second electrode tip,
The resistance welder is connected to the first electrode tip and moves in the stacking direction together with the first electrode tip, and the stationary welder is disposed facing the first stopper in the stacking direction. A second stopper,
In the pressurizing step, in the pressurized state, it is confirmed whether the distance applied in the stacking direction between the first stopper and the second stopper is the constant value, and is not the constant value Adjusts the distance in the stacking direction between the first stopper and the second stopper to the constant value,
In the energization step, the first electrode chip moving in the laminating direction together with the first electrode chip is brought into contact with the second stopper and stopped, thereby moving the first electrode chip in the laminating direction. By stopping, the amount of decrease in the distance between the first electrode chip and the second electrode chip after starting the energization step is set to the constant value.
Method for producing a welded structure.
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