CN104584271A - 蓄电元件以及蓄电元件的制造方法 - Google Patents

蓄电元件以及蓄电元件的制造方法 Download PDF

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Abstract

集电构件中的至少熔敷于电极体的极板的连接部由轧制材料构成，集电构件与电极体通过振动焊接而接合。

Description

蓄电元件以及蓄电元件的制造方法
关联申请的相互参照
本申请主张日本特愿2012-200309号的优先权。日本特愿2012-200309号的内容通过引用而引入本申请说明书的记载。
技术领域
本发明涉及具备极板层叠而成的电极体和与该电极体接合的集电构件的蓄电元件、以及该蓄电元件的制造方法。
背景技术
近年来，电池(锂离子电池、镍氢电池等)、电容器(双电层电容器等)等可充放电的蓄电元件用作车辆(机动车、两轮摩托车等)、各种设备(移动终端、笔记本电脑等)等的电源。
蓄电元件通常具备与缆线、母线等导电体连接的外部端子、层叠多重极板而成的电极体、以及使外部端子与电极体电连接的集电构件。
电极体具备正极用的极板与负极用的极板。正极用的极板以及负极用的极板以相互绝缘的状态层叠。正极用的极板以及负极用的极板以在宽度方向上位置偏移的状态配置。由此，仅正极用的极板层叠而成的突出部形成于电极体的宽度方向的一端部，仅负极用的极板层叠而成的突出部形成于电极体的宽度方向的另一端部。
蓄电元件具备与正极用的极板(突出部)接合的正极用的集电构件、以及与负极用的极板(突出部)接合的负极用的集电构件。这些集电构件的基本结构共通。集电构件具有熔敷于极板(正极用的极板或者负极用的极板)的连接部。
更具体地进行说明。集电构件是沿着电极体的极板(正极用的极板或者负极用的极板)配置的集电体，具备与外部端子电连接的集电体。并且，这种集电构件在集电体的基础上还具备抵接构件或者夹紧构件。抵接构件沿着电极体的极板(正极用的极板或者负极用的极板)配置。夹紧构件具有以将电极体的极板(正极用的极板或者负极用的极板)夹在中间的方式相互对置的一对对置片。集电体与所述一对对置片中的任一个对置片重叠。
在具备抵接构件的集电构件中，集电体的沿着极板的部分以及抵接构件作为连接部而以能够对极板通电的方式接合(熔敷)。另外，在具备夹紧构件的集电构件中，集电体的沿着极板的部分以及一对对置片作为连接部而以能够对极板通电的方式接合(熔敷)。
在这种蓄电元件中，电极体以及集电构件通过振动焊接而熔敷。振动焊接是在使焊接对象物重叠的状态下向该对象物施加振动而使两者熔融(熔敷)的焊接方法。超声波振动焊接作为振动焊接之一而普及。所述超声波振动焊接使用施加超声波振动的焊头、以及与该焊头一起夹入焊接对象物的砧座。在所述结构的蓄电元件中，电极体的极板(突出部)以及集电构件的连接部被焊头与砧座夹持，在该状态下，超声波振动施加于焊头。由此，对电极体(极板)与集电构件(连接部)进行熔敷。
振动焊接通过对焊接对象物施加振动而在重合的焊接对象物之间产生摩擦，以使两者熔融。因此，如果振动能量没有有效地向焊接对象物传递，则焊接对象物彼此不会恰当地融合。因此，在蓄电元件的制造过程中，即使对电极体(极板)与集电构件(连接部)进行振动焊接，有时也无法充分融合(熔化)。其结果是，在这种蓄电元件中，担心产生电极体与集电构件的接合不良。另外，也担心因接合不良而导致电极体的极板损伤。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2005-216825号公报
发明内容
对此，本发明的目的在于提供蓄电元件以及该蓄电元件的制造方法，该蓄电元件能够消除电极体与集电构件的振动焊接中的接合不良情况，能够确保电极体与集电构件的电连接以及机械连接。
解决方案
本发明的蓄电元件具备：
外部端子；
电极体，其通过层叠极板而成；以及
集电构件，其使外部端子与电极体电连接，且具有通过振动焊接而熔敷于极板的连接部，
集电构件中的至少连接部由轧制材料构成。
本发明的蓄电元件的一个方式也可以构成为，
连接部的轧制方向与进行振动焊接时施加的振动的振幅方向对应。
需要说明的是，这里的“连接部的轧制方向与进行振动焊接时施加的振动的振幅方向对应”的概念不仅包括连接部的轧制方向与振动的振幅方向一致的状态，还包括在连接部的延伸不使振动大幅衰减的范围内、连接部的轧制方向相对于振动的振幅方向倾斜的状态。
本发明的蓄电元件的其他方式也可以构成为，
振动焊接是超声波振动焊接，通过对将极板以及连接部夹入的焊头以及砧座中的焊头施加超声波振动，从而使极板以及连接部熔敷，
连接部是进行超声波振动焊接时与焊头对置的部位。
在这样的情况下，也可以构成为，集电构件具备：
集电体，其沿着电极体的极板配置，且与外部端子电连接；以及
夹紧构件，其具有以将极板夹在中间的方式对置的一对对置片，在一对对置片中的任一个对置片上重叠集电体，
连接部是集电体的沿着极板的部分，或者是一对对置片中的任一个对置片。
另外，也可以构成为，集电构件具备：
集电体，其沿着电极体的极板配置，且与外部端子电连接；以及
抵接构件，其沿着电极体的极板配置，
连接部是集电体或者抵接构件中的任一者的沿着极板的部分。
本发明涉及一种蓄电元件的制造方法，该蓄电元件具备：
外部端子；
电极体，其通过层叠极板而成；以及
集电构件，其具有通过振动焊接而熔敷于极板的连接部，且使外部端子与电极体电连接，
其中，
由轧制材料构成集电构件中的至少连接部。
本发明的蓄电元件的制造方法的一个方式也可以构成为，
在使连接部的轧制方向与振动焊接中的振动的振幅方向对应的状态下，将连接部振动焊接于极板。
需要说明的是，这里的“连接部的轧制方向与进行振动焊接时施加的振动的振幅方向对应”的概念不仅包括连接部的轧制方向与振动的振幅方向一致的状态，还包括在连接部的延伸不使振动大幅衰减的范围内、连接部的轧制方向相对于振动的振幅方向倾斜的状态。
本发明的蓄电元件的制造方法的其他方式也可以构成为，
振动焊接是超声波振动焊接，通过对将极板以及连接部夹入的焊头以及砧座中的焊头施加超声波振动，从而使极板以及连接部熔敷，
在进行超声波振动焊接时，使焊头与连接部对置。
在这样的情况下，也可以构成为，集电构件具备：
集电体，其沿着电极体的极板配置，且与外部端子电连接；以及
夹紧构件，其具有以将极板夹在中间的方式对置的一对对置片，在一对对置片中的任一个对置片上重叠集电体，
连接部是集电体的沿着极板的部分，或者是一对对置片中的任一个对置片。
另外，也可以构成为，集电构件具备：
集电体，其沿着电极体的极板配置，且与外部端子电连接；以及
抵接构件，其沿着电极体的极板配置，
连接部是集电体或者抵接构件中的任一者的沿着极板的部分。
附图说明
图1示出本发明的一实施方式的电池的局部剖视主视图。
图2示出所述电池的外壳内的结构体的立体图。
图3是所述电池的电极体的说明图，且示出简易表示极板以及隔离件的简要剖视图。
图4示出所述电池的集电构件的分解立体图。
图5示出图1的A-A线剖视图。
图6是所述电池的制造方法(电极体与集电构件的焊接方法)的图，且示出包括集电构件的一部分以及电极体的一部分的局部横向剖视图。
图7是所述电池的制造方法(电极体与集电构件的焊接方法)的图，且示出包括集电构件的一部分以及电极体的一部分的局部主视图。
图8是本发明的其他实施方式的电池(电池的制造方法)的图，且示出如下电池的局部简要横向剖视图，该电池的电极体的层叠部被夹紧构件夹持，并且集电体的连接片与夹紧构件的一对对置片中的位于电极体的内侧的对置片重叠，通过对连接片施加微小振动而进行振动焊接。
图9是本发明的另一实施方式的电池(电池的制造方法)的图，且示出如下电池的局部简要横向剖视图，该电池的电极体的层叠部被夹紧构件夹持，并且集电体的连接片与夹紧构件的一对对置片中的位于电极体的外侧的对置片重叠，通过对连接片施加微小振动而进行振动焊接。
图10是所述电池(所述电池的制造方法)的图，且示出如下电池的局部简要横向剖视图，该电池的电极体的层叠部被夹紧构件夹持，并且集电体的连接片与夹紧构件的一对对置片中的位于电极体的外侧的对置片重叠，通过对位于电极体的内侧(卷绕中心侧)的对置片施加微小振动而进行振动焊接。
图11是本发明的又一实施方式的电池(电池的制造方法)的图，且示出如下电池的局部简要横向剖视图，该电池的电极体的层叠部与重叠在该层叠部的外侧的集电体的连接片被夹紧构件夹持，通过对该夹紧构件的一对对置片中的位于电极体的外侧的对置片施加微小振动而进行振动焊接。
图12是所述电池(所述电池的制造方法)的图，且示出如下电池的局部简要横向剖视图，该电池的电极体的层叠部与重叠在该层叠部的外侧的集电体的连接片被夹紧构件夹持，通过对该夹紧构件的一对对置片中的位于电极体的内侧(卷绕中心侧)的对置片施加微小振动而进行振动焊接。
图13是本发明的又一实施方式的电池(电池的制造方法)的图，且示出如下电池的局部简要横向剖视图，该电池的电极体的层叠部与层叠在该层叠部的内侧的集电体的连接片被夹紧构件夹持，通过对该夹紧构件的一对对置片中的位于电极体的外侧的对置片施加微小振动而进行振动焊接。
图14是所述电池(所述电池的制造方法)的图，且示出如下电池的局部简要横向剖视图，该电池的电极体的层叠部与重叠在该层叠部的内侧的集电体的连接片被夹紧构件夹持，通过对该夹紧构件的一对对置片中的位于电极体的内侧(卷绕中心侧)的对置片施加微小振动而进行振动焊接。
图15是本发明的又一实施方式的电池(电池的制造方法)的图，且示出如下电池的局部简要横向剖视图，该电池的集电体的连接片与电极体的层叠部的内侧重叠，并且板状的抵接构件与该层叠部的外侧重叠，通过对抵接构件施加微小振动而进行振动焊接。
图16是所述电池(所述电池的制造方法)的图，且示出如下电池的局部简要横向剖视图，该电池的集电体的连接片与电极体的层叠部的内侧重叠，并且板状的抵接构件与层叠部的外侧重叠，通过对连接片施加微小振动而进行振动焊接。
图17是本发明的又一实施方式的电池(电池的制造方法)的图，且示出如下电池的局部简要横向剖视图，该电池的集电体的连接片与电极体的层叠部的外侧重叠，并且板状的抵接构件与该层叠部的内侧重叠，通过对连接片施加微小振动而进行振动焊接。
图18是所述电池(所述电池的制造方法)的图，且示出如下电池的局部简要横向剖视图，该电池的集电体的连接片与电极体的层叠部的外侧重叠，并且板状的抵接构件与该层叠部的内侧重叠，通过对抵接构件施加微小振动而进行振动焊接。
具体实施方式
本发明的蓄电元件具备外部端子、层叠极板而成的电极体、以及集电构件，该集电构件使外部端子与电极体电连接，且具有通过振动焊接而熔敷于极板的连接部，集电构件中的至少连接部由轧制材料构成。
在所述结构的蓄电元件中，由于通过振动焊接而与电极体熔敷的连接部由容易传递振动的轧制材料构成，因此充分确保了电极体与集电构件的电连接以及机械连接。具体如下。
通过轧制加工而形成的轧制材料与通过锻造而形成的锻造材料、通过切断加工而形成的切断材等等向性的材料相比，具有容易在指定的方向上延伸且容易传递所施加的振动的特性。因此，通过由轧制材料构成集电构件中的至少连接部，由此，在制造过程中通过振动焊接对集电构件与极板进行熔敷时，振动通过连接部高效地传递至极板。其结果是，在蓄电元件中，能够充分且可靠地获得电极体与集电构件的电连接以及机械连接。
在这种情况下，优选连接部的轧制方向与进行振动焊接时施加的振动的振幅方向对应。需要说明的是，这里所说的“连接部的轧制方向与进行振动焊接时施加的振动的振幅方向对应”的概念不仅包括连接部的轧制方向与振动的振幅方向一致的状态，还包括在连接部的延伸不使振动大幅衰减的范围内、连接部的轧制方向相对于振动的振幅方向倾斜的状态。
根据所述结构的蓄电元件，在进行制造过程中的振动焊接时，连接部在与振动焊接的振动的振幅方向对应的方向上延伸。即，连接部由轧制材料构成，从而该连接部具有容易在轧制方向上延伸的特性。因此，在进行振动焊接时，利用使用于成为使极板与连接部压接的状态的压接力作用的加压，使连接部在轧制方向上延伸。此时，连接部在与振动的振幅方向对应的方向上延伸，振动焊接时的振动能量不会大幅降低，而是传递至连接部以及极板。
具体进行说明。若连接部在不与振动的振幅方向对应的方向上延伸，则因连接部的延伸方向与振动的振幅方向的不一致，连接部的延伸使振动衰减。因此，振动能量不会高效地传递至连接部以及极板。与此相对，若连接部在与振动的振幅方向对应的方向上延伸，则因连接部的延伸方向与振动的振幅方向的一致，连接部的延伸维持振动或者使振动增幅。因此，振动能量高效地传递至连接部以及极板。其结果是，连接部以及极板高效地融合，并可靠地接合。
作为本发明的蓄电元件的一个方式，
振动焊接是通过对将极板和连接部夹入的焊头以及砧座中的焊头施加超声波振动而使极板以及连接部熔敷的超声波振动焊接，
连接部是进行超声波振动焊接时与焊头对置的部位。
由此，极板以及连接部被焊头与砧座夹入，连接部被加压。伴随于此，在进行超声波振动焊接时，在极板与连接部压接的状态下，连接部在与超声波振动的振幅方向对应的方向上延伸，并且极板与连接部承受来自焊头的振动。因此，基于连接部的延伸方向与振动的振幅方向的一致，连接部的延伸维持振动或者使振动增幅，振动能量高效地传递至连接部以及极板。其结果是，连接部以及极板高效地融合，并可靠地接合。
在上述情况下，集电构件具备：
集电体，其沿着电极体的极板配置，且与外部端子电连接；以及
夹紧构件，其具有以将极板夹在中间的方式对置的一对对置片，且在所述一对对置片中的任一个对置片上重叠集电体，
连接部是集电体的沿着极板的部分，或者是一对对置片中的任一个对置片。
由此，在进行振动焊接时，不会直接向极板施加振动。因此，即便是极板由薄金属箔构成的情况，也能够防止极板因振动的影响而损伤(破损)。另外，夹紧构件包围电极体的极板。因此，还能够保护电极体的极板。
另外，集电构件具备：
集电体，其沿着电极体的极板配置，且与外部端子电连接；以及
抵接构件，其沿着电极体的极板配置，
连接部是集电体或者抵接构件中的任一者的沿着极板的部分。
由此，在进行振动焊接时，不会直接向极板施加振动。因此，即便是极板由薄金属箔构成的情况，也能够防止因振动的影响而导致极板损伤(破损)。
本发明的蓄电元件的制造方法中，蓄电元件具备：
外部端子；
电极体，其由极板层叠而成；以及
集电构件，其具有通过振动焊接而熔敷于极板的连接部，且使外部端子与所述电极体电连接，
其中，
由轧制材料构成集电构件中的至少连接部。
在所述结构的蓄电元件的制造方法中，由于通过振动焊接而与电极体熔敷的连接部由容易传递振动的轧制材料构成，因此，能够通过振动焊接充分确保电极体与集电构件的电连接以及机械连接。具体如下。
轧制材料与通过锻造而形成的锻造材料、通过切断加工而形成的切断材等的等向性的材料相比，具有容易在指定的方向上延伸且容易传递所施加的振动的特性。因此，通过利用轧制材料构成集电构件中的至少连接部，由此，在通过振动焊接对集电构件与极板进行熔敷时，振动通过连接部高效地传递至极板。其结果是，在制造出的蓄电元件中，充分且可靠地获得电极体与集电构件的电连接以及机械连接。
在这种情况下，优选在使连接部的轧制方向与振动焊接中的振动的振幅方向对应的状态下，将连接部振动焊接于极板。需要说明的是，这里的“使连接部的轧制方向与振动焊接中的振动的振幅方向对应的状态”的概念不仅包括连接部的轧制方向与振动的振幅方向一致的状态，还包括在连接部的延伸不使振动大幅衰减的范围内、连接部的轧制方向相对于振动的振幅方向倾斜的状态。
根据所述结构的蓄电元件的制造方法，在进行振动焊接时，连接部在与该振动的振幅方向对应的方向上延伸。即，通过由轧制材料构成连接部，从而该连接部具有容易在轧制方向上延伸的特性。伴随于此，在进行振动焊接时，利用使用于形成使极板与连接部压接的状态的压接力作用的加压，使连接部在轧制方向上延伸。因此，连接部在与振动的振幅方向对应的方向上延伸，振动焊接时的振动能量不会降低，而是传递至连接部以及极板。
具体进行说明。若连接部在不与振动的振幅方向对应的方向上延伸，则因连接部的延伸方向与振动的振幅方向的不一致，连接部的延伸使振动衰减。因此，振动能量不会高效地传递至连接部以及极板。与此相对，若连接部在与振动的振幅方向对应的方向上延伸，则因连接部的延伸方向与振动的振幅方向的一致，连接部的延伸维持振动或者使振动增幅。因此，振动能量高效地传递至连接部以及极板。其结果是，连接部以及极板高效地融合，并可靠地接合。
作为本发明的蓄电元件的制造方法的一个方式，
振动焊接是通过对将极板和连接部夹入的焊头以及砧座中的焊头施加超声波振动而对极板以及连接部进行熔敷的超声波振动焊接，
在进行超声波振动焊接时，使焊头与连接部对置。
由此，在进行超声波振动焊接时，极板以及连接部被焊头与砧座夹入，连接部被加压。伴随于此，在进行超声波振动焊接时，在极板与连接部压接的状态下，连接部在与超声波振动的振幅方向对应的方向上延伸，并且承受来自焊头的振动。因此，基于连接部的延伸方向与振动的振幅方向的一致，连接部的延伸维持振动或者使振动增幅。因此，振动能量高效地传递至连接部以及极板。其结果是，连接部以及极板高效地融合，不发生破损地可靠接合。
在上述情况下，集电构件具备：
集电体，其沿着电极体的极板配置，且与外部端子电连接；以及
夹紧构件，其具有以将极板夹在中间的方式对置的一对对置片，且在一对对置片中的任一个对置片上重叠集电体，
连接部是集电体的沿着极板的部分，或者是一对对置片中的任一个对置片。
由此，在进行振动焊接时，不会直接向极板施加振动。因此，即便是极板由薄金属箔构成的情况，也能够防止极板因振动的影响而损伤(破损)。另外，夹紧构件包围电极体的极板。因此，还能够保护电极体的极板。
另外，集电构件具备：
集电体，其沿着电极体的极板配置，且与外部端子电连接；以及
抵接构件，其沿着电极体的极板配置，
连接部是集电体或者抵接构件中的任一者的沿着极板的部分。
由此，在进行振动焊接时，不会直接向极板施加振动。因此，即便是极板由薄金属箔构成的情况，也能够防止因振动的影响而导致极板损伤(破损)。
以下，参照附图对本发明的一实施方式的蓄电元件进行说明。需要说明的是，在本实施方式中，作为蓄电元件的一例，对应用于车辆(机动车、两轮摩托车等)、各种设备(移动终端、笔记本电脑等)等的电源中的可充放电的充电电池(以下，简称为“电池”。)进行说明。
本实施方式的电池是锂离子充电电池。如图1以及图2所示，电池具备金属制的外壳10、收容在外壳10的内部的电极体20、配置在外壳10的外侧的外部端子30、30、以及使外部端子30、30与电极体20电连接的集电构件40、40。
外壳10具备具有开口部的有底方筒状的外壳主体11、以及封堵外壳主体11的开口部的盖体12。外壳主体11以及盖体12通过在相互组合的状态下对周缘部彼此进行焊接而形成为一体。由此，气密且液密地构成外壳10。
外部端子30、30是供缆线、母线等导电体(未图示)连接的部位。在本实施方式的电池上设置有正极用的外部端子30以及负极用的外部端子30。正极用的外部端子30以及负极用的外部端子30具有共用的结构。正极用的外部端子30以及负极用的外部端子30以与外壳10绝缘的状态固定于外壳10，并与电极体20电连接。本实施方式的外部端子30、30经由贯通外壳10(盖体12)的铆钉13而固定于外壳10。铆钉13将外部端子30、30固定于外壳10上。另外，铆钉13具有将集电构件40、40固定于外壳10并且将集电构件40、40与外部端子30、30连接为能够导通的功能。
电极体20由极板层叠而成。具体地，如图3所示，电极体20具备正极用的极板21与负极用的极板22。更具体而言，电极体20具备正极用的极板21、负极用的极板22以及隔离件23。正极用的极板21以及负极用的极板22以将隔离件23夹在中间的方式层叠。本实施方式的正极用的极板21以及负极用的极板22分别形成为带状。并且，正极用的极板21以及负极用的极板22在以将隔离件23夹在中间的状态层叠的基础上卷绕成扁平状。
正极用的极板21以及负极用的极板22配置为在宽度方向(与长边方向正交的方向)上彼此位置偏移。由此，电极体20具有仅正极用的极板21在宽度方向的一端部突出而构成的突出部24、以及仅负极用的极板22在宽度方向的另一端部突出而构成的突出部25。即，在本实施方式的电极体20中，仅正极用的极板21层叠而成的突出部24形成于宽度方向的一端部，仅负极用的极板22层叠而成的突出部25形成于宽度方向的另一端部。并且，如图1所示，电极体20以卷绕中心CL与外壳10的供铆钉13穿过的面(盖体12的内表面)平行的方式收容在外壳10内。
电池具备正极用的集电构件40与负极用的集电构件40。正极用的集电构件40将正极用的极板21与正极用的外部端子30连接起来。负极用的集电构件40将负极用的极板22与负极用的外部端子30连接起来。正极用的集电构件40以及负极用的集电构件40形成为相同形状。这些集电构件40、40具有通过振动焊接而熔敷于极板21、22的连接部41。在集电构件40、40中，至少连接部41由轧制材料构成。连接部41的轧制方向与进行振动焊接时施加的振动的振幅方向对应。
更具体地进行说明。如图4所示，集电构件40、40具备集电体42与夹紧构件43、43。
集电体42沿着电极体20的极板21、22配置，且与外部端子30、30电连接。该集电体42具备：与外部端子30、30连接的内部连接部420；与电极体20的突出部24、25直接或者间接接合的电极添设部421；以及将内部连接部420与电极添设部421连接起来的中间部422。集电体42通过对剪裁成规定形状的板状的金属材料进行弯曲加工而成形为主视呈变形L字状。需要说明的是，正极用的集电体42的金属材料一般采用例如铝或者铝合金等。另外，负极用的集电体42的金属材料采用例如铜或者铜合金等。
集电体42在中间部422处折弯。由此，内部连接部420相对于电极添设部421朝向直角方向(主视呈L字形)。内部连接部420以与外壳10的内表面绝缘的状态沿着外壳10的内表面配置。供将外部端子30、30连接起来的铆钉13(参照图1以及图2)穿过的贯通孔423设置在内部连接部420的前端部。
电极添设部421配置在电极体20的突出部24、25与外壳10的内表面之间(参照图1)。电极添设部421具备开口部424。与内部连接部420沿着相同方向延伸的两个连接片425、425设置在开口部424的两侧。
如图2所示，本实施方式的电极体20通过将正极用的极板21以及负极用的极板22卷绕成扁平状而形成。因此，电极体20在从卷绕中心CL观察时具有短径与长径。并且，如图3所示，电极体20的突出部24、25在短径方向上具有以将电极体20的卷绕中心CL夹在中间的方式形成的两个层叠部26、26。伴随于此，如图4以及图5所示，电极添设部421具备与两个层叠部26、26中的一个层叠部26接合的连接片425、以及与两个层叠部26、26中的另一个层叠部26接合的连接片425。两个连接片425、425分别沿着电极体20的长径方向延伸，并在电极体20的卷绕中心CL的延伸方向上延伸。本实施方式的两个连接片425、425在插入到电极体20的突出部24、25的中心部的状态下分别与对应的层叠部26、26重叠。开口部424以及连接片425、425例如通过在成形出电极添设部421之前的带板的状态下设置长度方向上的切口，并将该切口的两侧扭合而形成。
夹紧构件43夹入电极体20的极板21、22，并将集电体42与电极体20连接起来。该夹紧构件43具有以将电极体20的极板21、22(突出部24、25)夹在中间的方式对置的一对对置片430、430。更具体地进行说明。夹紧构件43具有以彼此隔开间隔的方式对置的一对对置片430、430、以及将一对对置片430、430的对应的端部连结起来的连结部431。在本实施方式中，一对对置片430、430是与电极体20的极板21、22接合的连接部41。
在本实施方式中，伴随着电极体20的突出部24、25由两个层叠部26、26构成，集电体42具备分别与两个层叠部26、26对应的两个连接片425、425。因此，正极用的集电构件40以及负极用的集电构件40分别与连接片425、425以及层叠部26、26对应地具备两个夹紧构件43、43，以便能够将一个层叠部26以及与该层叠部26对应的一个连接片425电连接。
本实施方式的夹紧构件43通过对板状的金属材料进行弯折加工而形成为U字形状剖面。形成夹紧构件43的金属材料是在一个方向上轧制并伸长的轧制材料。
在本实施方式中，如图5所示，集电构件40(夹紧构件43以及集电体42的连接片425)振动焊接于电极体20的极板21、22(突出部24、25)。伴随于此，夹紧构件43、43通过以金属材料的轧制方向与振动焊接时的振动的振幅方向对应的方式对金属材料进行弯曲加工而形成。本实施方式的夹紧构件43、43形成为金属材料的轧制方向与振动的振幅方向一致的状态。
本实施方式的一对对置片430、430分别形成为在电极体20的长径方向构成长边。并且，如图1以及图2所示，对置片430、430以形成沿着电极体20的长径方向(对置片430、430的长边方向)延伸的焊接区域的方式，振动焊接于极板21、22以及连接片425、425。
在本实施方式中，在进行振动焊接时，以使振动的振幅方向与对置片430、430的长边方向对应的方式向对置片430施加振动。伴随于此，夹紧构件43、43以对置片430、430的轧制方向与所述振动焊接的振幅方向对应的方式被弯曲加工。即，夹紧构件43、43(一对对置片430、430以及连结部431)通过在与轧制方向正交的方向上对呈板状或者片状的轧制材料进行弯曲加工而形成。由此，对置片430与连结部431的分界线(假想线)与轧制材料的轧制方向一致。
如上所述，本实施方式的夹紧构件43、43通过对一件轧制材料进行弯折加工而形成。因此，在夹紧构件43、43中，一对对置片430、430以及连结部431的轧制方向均一致。即，一对对置片430、430以及连结部431的轧制方向与相对于金属材料的弯曲方向正交或者大致正交的方向一致或者大致一致。需要说明的是，正极用的夹紧构件43与正极的集电体42相同地由例如铝或者铝合金等构成，负极用的夹紧构件43与负极的集电体42相同地由例如铜或者铜合金等构成。
本实施方式的电池如上所述。接下来，对该电池的制造方法进行说明。需要说明的是，集电体42、外部端子30、30相对于外壳10的连结、外壳10的组装基于一般的方法。以下，仅对集电构件40、40与电极体20的接合进行说明。如图6所示，首先，在夹紧构件43、43装配于电极体20的突出部24、25的基础上，将集电体42的连接片425焊接于夹紧构件43。
更具体地进行说明。夹紧构件43、43分别装配于构成突出部24、25的一对层叠部26、26。此时，各夹紧构件43、43的对置片430、430成为将对应的层叠部26、26(极板21、22)夹在中间的状态。在此基础上，集电体42的一对连接片425、425插入到电极体20的突出部24、25的中央部(一对层叠部26、26之间)。由此，一方的连接片425沿着一方的夹紧构件43中的一方的对置片430，另一方的连接片425沿着另一方的夹紧构件43中的一方的对置片430。
在该状态下，在与轧制方向对应的方向上具有振幅的微小振动施加于夹紧构件43的另一方的对置片430。由此，对集电构件40(夹紧构件43的对置片430以及集电体42的连接片425)与极板21、22进行振动焊接。此时，如图7所示，夹紧构件43的对置片430(连接部41)沿着与振动的振幅方向对应的方向延伸。即，由于作为连接部41的夹紧构件43的对置片430由轧制材料构成，因此该对置片430容易在轧制方向上延伸。因此，在振动焊接中，通过作用用于成为使极板21、22与夹紧构件43的对置片430、430(连接部41)压接的状态的压接力的加压，由此夹紧构件43的对置片430、430(连接部41)在轧制方向上延伸。如此，由于夹紧构件43的对置片430、430(连接部41)在与振动的振幅方向对应的方向上延伸，因此振动焊接时的振动能量不会降低，而是传递至连接部41以及极板21、22。
具体进行说明。若夹紧构件43的对置片430(连接部41)在不与振动的振幅方向对应的方向上延伸，因夹紧构件43的对置片430(连接部41)的延伸方向与振动的振幅方向的不一致，夹紧构件43的对置片430(连接部41)的延伸使振动衰减。由此，振动能量变得不高效地传递至夹紧构件43的对置片430(连接部41)以及极板21、22。与此相对，若夹紧构件43的对置片430(连接部41)在与振动的振幅方向对应的方向上延伸，因夹紧构件43的对置片430(连接部41)的延伸方向与振动的振幅方向的一致，连接部41的延伸维持振动或者使振动增幅。由此，振动能量高效地传递至夹紧构件43的对置片430(连接部41)以及极板21、22。其结果是，夹紧构件43的对置片430(连接部41)与极板21、22高效地融合并可靠地接合。另外，在进行振动焊接时，不会对极板21、22直接作用较大的应力。因此，也防止了极板21、22的损伤。
在本实施方式中，如图6所示，作为振动焊接，采用通过使用焊头P1以及砧座P2并对焊头P1施加超声波振动而使对象物熔敷的超声波振动焊接。伴随于此，在进行超声波振动焊接时，使焊头P1与作为连接部41的夹紧构件43的对置片430对置。更具体地进行说明，砧座P2被按压于连接片425，焊头P1(超声波振子)按压于与该连接片425所重叠的对置片430相反一侧的对置片430。
由此，连接片425、一对对置片430、430以及突出部24、25的极板21、22形成被焊头P1与砧座P2夹入的状态。并且，在该状态下，通过超声波振动施加于焊头P1而产生摩擦热。由此，连接片425、425、夹紧构件43(对置片430、430)以及极板21、22被一体地熔敷。如此，在本实施方式中，由于对夹紧构件43施加振动，因此，即便极板21、22由薄金属箔构成，也能够防止极板21、22因振动的附加影响而损伤(破损)。另外，由于夹紧构件43包围电极体20的突出部24、25(极板21、22)，因此也能够保护电极体20的极板21、22。
需要说明的是，本发明不限定于所述实施方式，能够在不脱离本发明的主旨的范围内进行各种变更。
在所述实施方式中，采用对正极用的极板21、负极用的极板22以及隔离件23进行卷绕而成的卷绕型的电极体20，但不限定于此。例如，电极体20也可以通过将分别形成为单张状的正极用的极板21、负极用的极板22以及隔离件23层叠而成。
在所述实施方式中，构成集电构件40的夹紧构件43整体由轧制材料构成，但不限定于此。例如，对于与电极体20接合的连接部41，仅进行振动焊接时施加振动的部位(对置片430、430)由轧制材料构成，其他部位也可以由未轧制的材料构成。即，也可以仅是通过在振动焊接时施加振动而熔敷于电极体20(极板21、22)的连接部41由轧制材料构成。在这种情况下，也优选以连接部41的轧制方向与振动焊接时的振动的振幅方向对应的方式配置集电构件40。
另外，在所述实施方式中，利用轧制材料仅构成集电构件40的夹紧构件43，但不限定于此。例如，对于高效地运用振动焊接中的振动能量，也可以采用以下结构。重叠的焊接对象物(集电构件40的连接部41、极板21、22)全部由轧制材料构成，并且这些焊接对象物全部配置为使轧制方向对应的状态。并且，使这些焊接对象物的轧制方向与振动焊接时的振动的振幅方向对应。由此，通过进行振动焊接时的加紧，使连接部41以及极板21、22在与振动的振幅方向对应的方向上延伸。其结果是，振动能量传递至连接部以及极板21、22(层叠部26)整体，能够进行高效的焊接(熔敷)。
在所述实施方式中，作为振动焊接的一例而采用超声波振动焊接，但不限定于此。例如，也可以采用如下方式：通过对重叠的多个焊接对象物中的位于最外侧的焊接对象物机械式地施加微小振动，由此在重叠的焊接对象物之间产生摩擦而进行焊接。在这种情况下，通过施加振动而焊接于电极体20的突出部24、25的连接部41由轧制材料构成，通过使其轧制方向与振动的振幅的方向对应而获得与所述实施方式相同的作用以及效果。
在所述实施方式中，使集电体42的连接片425与将突出部24、25(层叠部26、26)夹在中间的状态的夹紧构件43的一方的对置片430重叠。并且，向作为连接部41的夹紧构件43的另一方的对置片430(位于外侧的对置片430)施加振动(通过焊头P1施加超声波振动)。但是，并不限定于该结构。例如，如图8所示，也可以不更换连接片425以及夹紧构件43的配置，而是将连接片425作为连接部41向该连接片425施加振动(将直接焊头P1按压于连接片425，将砧座P2按压于另一方的对置片430而施加振动)。
另外，如图9以及图10所示，以与所述实施方式共用集电体42的主要结构为前提，集电体42的连接片425与夹紧构件43的另一方的对置片430(外侧的对置片430)重叠。并且，也可以对作为连接部41的位于外侧的连接片425以及位于内侧的一方的对置片430(连接部41)中的任一者施加振动。即，也可以将焊头P1按压于外侧的连接片425以及内侧的对置片430的任一者，将砧座P2按压于外侧的连接片425以及内侧的对置片430的任意另一者而施加振动。
在这种情况下，振动施加于作为连接部41的连接片425或者一方的对置片430。因此，通过由轧制材料构成连接部41(连接片425或者一方的对置片430)，并且以连接部41的轧制方向与进行振动焊接时的振动的振幅方向对应的方式配置材料，由此形成集电构件40(集电体42、夹紧构件43)。由此，熔敷于电极体20的极板21、22的集电构件40、40的连接部41通过在进行振动焊接时被施加振动而在与所述振动的振幅对应的方向上延伸。如此，若被施加振动的连接部41由轧制材料构成，并且轧制构件的轧制方向与振动焊接中的振动的振幅对应，则连接部41在进行焊接时沿着轧制方向(振动的振幅方向)延伸。其结果是，能够抑制振动能量的减少，能够发挥与所述实施方式相同的作用以及效果。
另外，以与所述实施方式共用集电体42的主要结构为前提，如图11～图14所示，也可以配置为集电体42的连接片425与电极体20的层叠部26的外表面或者内表面重叠，且该连接片425以及电极体20的突出部24、25被夹紧构件43夹入。在这种情况下，夹紧构件43的一对对置片430、430位于最外侧。因此，也可以将任一者的对置片430作为连接部41，对该对置片430施加振动。即，也可以将焊头P1按压于任一者的对置片430，将砧座P2按压于任意另一者的对置片430，对焊头P1施加振动。
在所述实施方式中，集电构件40具备集电体42与夹紧构件43，但不限定于此。例如，如图15以及图16所示，集电构件40也可以具备：集电体42，其沿着电极体20的极板21、22配置，且与外部端子30电连接；以及抵接构件44，其沿着电极体20的极板21、22配置。
在这种情况下，集电体42也可以与所述实施方式相同。另外，也可以是集电体与所述实施方式的集电体42共用基本结构，将连接片425重叠于电极体20的突出部24、25(层叠部26)的外表面。并且，也可以将抵接构件44配置为与集电体42的连接片425一起夹入突出部24、25的极板21、22。在这种情况下，抵接构件44只要能够沿着电极体20的突出部24、25(层叠部26、26)配置即可。例如，抵接构件44也可以形成为板状，或者冲压成形为与电极体20的突出部24、25的形态相适的形状。
并且，当对集电构件40与电极体20进行振动焊接时，对作为连接部41的连接片425或者抵接构件44施加振动。伴随于此，由轧制材料构成作为连接部41的连接片425、425或者抵接构件44，以其轧制方向与振动焊接时的振动的振幅方向对应的方式配置连接片425或者抵接构件44。因此，与所述实施方式相同，在对集电构件40与电极体20进行超声波振动焊接的情况下，与被施加超声波振动的焊头P1接触的连接片425或者抵接构件44由轧制材料构成，并以轧制材料的轧制方向与振动焊接时的超声波振动的振幅方向对应的方式配置材料而形成。
在所述实施方式中，集电构件40具备集电体42与夹紧构件43，但不限定于此。例如，集电构件40也可以仅由与外部端子30连接的集电体42构成。在这种情况下，也可以是，以进行振动焊接时向集电体42的连接片425施加振动为前提，由轧制材料构成作为连接部41的连接片425，以该轧制材料的轧制方向与振动焊接时的振动的振幅方向对应的方式配置集电体42(集电构件40)(也可以配置材料)。
在所述实施方式中，以电极体20的突出部24、25具有两个层叠部26、26为前提，集电体42的连接片425、425与各层叠部26、26接合，但不限定于此。例如，电极体20的突出部24、25也可以在整体捆扎的状态下振动焊接于集电体42(集电构件40)。
另外，所述实施方式的集电体42构成为在电极添设部421设有开口部424，在开口部424的两侧设有两端相互连结的一对连接片425、425，但不限定于此。例如，集电体42的电极添设部421也可以具备从中间部422分成两支(仅彼此的一端相互连结)的一对连接片425、425。另外，集电体42(电极添设部421)也可以利用其自身构成一个连接片425。即，集电体42(电极添设部421)只要具备能够与电极体20的突出部24、25重叠配置的电极添设部421即可。
在所述实施方式中，连接部41的轧制方向与振动焊接中的振动的振幅方向完全一致，但不限定于此。连接部41的轧制方向也可以与振动焊接时的振动的振幅方向对应。即，在进行振动焊接的情况下，不仅仅是连接部41的轧制方向与振动焊接中的振动的振幅方向完全一致的状态。例如，也可以是在连接部41的延伸不使振动的振幅大幅衰减的范围内、连接部41的轧制方向相对于振动的振幅方向倾斜的状态。具体而言，集电构件40(连接部41)也可以形成为，连接部41的轧制方向与振动焊接中的振动的振幅方向例如形成为在0°～45°的范围内相互倾斜的状态。在这种情况下，优选集电构件40(连接部41)形成为，连接部41的轧制方向与振动焊接中的振动的振幅方向大致一致(例如，形成为在0°～10°的范围内相互倾斜的状态)。
另外，在所述实施方式中，说明了可充放电的充电电池(锂离子充电电池)，但电池的种类、大小(容量)是任意的。另外，在所述实施方式中，作为蓄电元件的一例而说明了锂离子充电电池，但不限定于此。例如，本发明除了各种充电电池之外，也能够应用于一次性电池、双电层电容器等电容器的蓄电元件。
实施例1
在此，为了评价本发明的电池(蓄电元件)中的集电构件与极板的接合强度，进行了以下实验。
实验条件：
重叠30张厚度为15μm的集电箔(相当于所述实施方式的极板)，利用厚度为0.1mm的夹紧构件夹入重叠的该集电箔。之后，将厚度为1.5mm的集电体从外侧重叠于所述夹紧构件。对于重叠状态的该夹紧构件与集电体，在集电体侧配置砧座，在夹紧构件侧配置滚花形状(详细说是正四边锥形状的多个凸部排列而成的形状)的焊头并夹入，进行超声波焊接。在此，集电箔、夹紧构件、集电体的材料均是铝合金。
实验例1：夹紧构件的轧制方向以及超声波的振动方向均设为图7的上下方向。
实验例2：夹紧构件的轧制方向设为与图7的上下方向正交的方向(左右方向)，超声波的振动方向设为图7的上下方向。
结果：
在实验例1中，超声波焊接时的最大输出功率是760W，焊接后的夹紧构件与集电箔之间的抗拉强度是1259N。
在实验例2中，超声波焊接时的最大输出功率是640W，焊接后的夹紧构件与集电箔之间的抗拉强度是700N。
以上，通过使构成夹紧构件的轧制材料的轧制方向与超声波焊接的振动方向一致，由此高效地传递振动能量，能够确认到夹紧构件与集电箔更稳固地接合。
附图标记说明如下：
10…外壳；11…外壳主体；12…盖体；13…铆钉；20…电极体；21…极板(正极用的极板)；22…极板(负极用的极板)；23…隔离件；24、25…突出部；26…层叠部；30…外部端子；40…集电构件；41…连接部；42…集电体；43…夹紧构件；44…抵接构件；420…内部连接部；421…电极添设部；422…中间部；423…贯通孔；424…开口部；425…连接片；430…对置片；431…连结部；P1…焊头；P2…砧座；WA…焊接区域

Claims (10)

1.一种蓄电元件，其中，
所述蓄电元件具备：
外部端子；
电极体，其通过层叠极板而成；以及
集电构件，其使所述外部端子与所述电极体电连接，且具有通过振动焊接而熔敷于所述极板的连接部，
所述集电构件中的至少所述连接部由轧制材料构成。
2.根据权利要求1所述的蓄电元件，其中，
所述连接部的轧制方向与进行所述振动焊接时施加的振动的振幅方向对应。
3.根据权利要求1或2所述的蓄电元件，其中，
所述振动焊接是超声波振动焊接，通过对将所述极板以及所述连接部夹入的焊头以及砧座中的所述焊头施加超声波振动，从而使所述极板以及所述连接部熔敷，
所述连接部是进行超声波振动焊接时与所述焊头对置的部位。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的蓄电元件，其中，
所述集电构件具备：
集电体，其沿着所述电极体的极板配置，且与所述外部端子电连接；以及
夹紧构件，其具有以将所述极板夹在中间的方式对置的一对对置片，在所述一对对置片中的任一个对置片上重叠集电体，
所述连接部是所述集电体的沿着所述极板的部分，或者是所述一对对置片中的任一个对置片。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的蓄电元件，其中，
所述集电构件具备：
集电体，其沿着所述电极体的极板配置，且与所述外部端子电连接；以及
抵接构件，其沿着所述电极体的极板配置，
所述连接部是所述集电体或者所述抵接构件中的任一者的沿着所述极板的部分。
6.一种蓄电元件的制造方法，该蓄电元件具备：
外部端子；
电极体，其通过层叠极板而成；以及
集电构件，其具有通过振动焊接而熔敷于所述极板的连接部，且使所述外部端子与所述电极体电连接，
其中，
由轧制材料构成所述集电构件中的至少所述连接部。
7.根据权利要求6所述的蓄电元件的制造方法，其中，
在使所述连接部的轧制方向与所述振动焊接中的振动的振幅方向对应的状态下，将所述连接部振动焊接于所述极板。
8.根据权利要求6或7所述的蓄电元件的制造方法，其中，
所述振动焊接是超声波振动焊接，通过对将所述极板以及所述连接部夹入的焊头以及砧座中的所述焊头施加超声波振动，从而使所述极板以及所述连接部熔敷，
在进行超声波振动焊接时，使所述焊头与所述连接部对置。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的蓄电元件的制造方法，其中，
所述集电构件具备：
集电体，其沿着所述电极体的极板配置，且与所述外部端子电连接；以及
夹紧构件，其具有以将所述极板夹在中间的方式对置的一对对置片，在所述一对对置片中的任一个对置片上重叠集电体，
所述连接部是所述集电体的沿着所述极板的部分，或者是所述一对对置片中的任一个对置片。
10.根据权利要求6至8中任一项所述的蓄电元件的制造方法，其中，
所述集电构件具备：
集电体，其沿着所述电极体的极板配置，且与所述外部端子电连接；以及
抵接构件，其沿着所述电极体的极板配置，
所述连接部是所述集电体或者所述抵接构件中的任一者的沿着所述极板的部分。
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