CN109689273B - 层叠金属箔的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的层叠金属箔的制造方法包括：第1工序(S1)，使用纵截面形状为大致V字状的刀具，在层叠金属箔(1)的焊接部位(A)切出沿着层叠方向(S)贯通的俯视时呈线状的切缝(3)，使金属箔彼此在线状的切缝的端部在层叠方向(S)上紧密接触；和第2工序(S3)，将焊接电极(E)压接于焊接部位，然后经由该焊接电极(E)对焊接部位(A)通电而对层叠金属箔(1)进行电阻焊，所述层叠金属箔的制造方法还在第1工序与第2工序之间包括成形工序(S2)，在该成形工序(S2)中，对在第1工序中形成的切缝(3)和切缝周围的隆起部(52)进行挤压而形成凹部(55)，从而使切缝(3)和隆起部(52)在层叠方向(S)上压缩。

Description

层叠金属箔的制造方法
相关申请
本申请主张2016年9月5日在日本申请的日本特愿2016-173079的优先权，通过参照而将其整体引用为本申请的一部分。
技术领域
本发明涉及通过电阻焊而将层叠的金属箔接合起来的层叠金属箔的制造方法。
背景技术
以往，公知这样的电阻焊：使焊接电极抵靠金属的焊接材料，一边加压一边流过大电流，利用金属的电阻发热来制作熔核(合金层)从而进行熔融接合。在利用该电阻焊来制造锂离子电池这样的电池时，例如制造如下的层叠金属箔的电极体：其是将涂敷有正极活性物质的铝箔和涂敷有负极活性物质的铜箔这些金属箔、以及隔膜卷绕多圈而得到的。
在该情况下，由于在铝表面存在坚固的绝缘性的氧化皮膜(氧化铝)，因此公知以下方法：使用穿孔针在构成正极箔的层叠的铝箔上设置小孔，然后进行电阻焊(例如，专利文献1)。通过设置小孔来去除铝箔的氧化皮膜，制作了电流的通道，提高了电阻焊的通电性。
另一方面，在构成负极箔的层叠的铜箔中，为了提高和铜箔连接的其他导电体与铜箔的紧密接触性，对电解铜箔的表面实施粗化处理(轻度的蚀刻处理)，但是会在因粗化处理而在铜箔表面上形成的微小凹部内残留些许作为绝缘体的蚀刻液。在将表面上残留有这样的绝缘体的电解铜箔层叠而得到的层叠体中，电流难以沿着该层叠方向通过，电阻焊变得更困难，因此在该情况下，设置所述小孔对提高通电性也有效。
在专利文献1中，通过电阻焊的电阻发热而在层叠铝箔的焊接部位形成以基于穿孔针的小孔为中心的圆形的熔核(合金层)，但是，在增加金属箔的层叠张数以增大电池容量的情况下，要想可靠地进行电阻焊，需要充分地确保熔核面积。为了增加熔核面积，设想了使用多个穿孔针来形成多个小孔而进行电阻焊的方法，但存在以下情况：在将多个穿孔针刺穿层叠的金属箔而形成了贯通的小孔之后，即使想要拔出该穿孔针，但由于在重叠的各金属箔上形成有小孔，因此难以拔出，从而阻碍电阻焊的生产速度提高。
因此，公知有一种层叠金属箔的制造方法(例如，专利文献2)，其包含以下工序：第1工序，在层叠的金属箔的焊接部位，使用纵截面形状呈大致V字状的刀具来切出沿层叠方向贯通的、俯视时呈线状的切缝，使金属箔彼此在线状的切缝端部在层叠方向上紧密接触；以及第2工序，在将焊接电极压接于焊接部位后，经由该电极对焊接部位通电而对层叠金属箔进行电阻焊。由此，由于刀具呈大致V字状，因此能够容易地从切缝拔出刀具，能够实现生产效率的提高。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2006-326622号
专利文献2：国际公开2014/112141号
发明内容
发明要解决的课题
但是，在上述现有的制造方法中，当在层叠的金属箔上切出所述切缝时，会形成切缝的外侧周围呈环状隆起的隆起部，如果在该状态下进行电阻焊，则存在以下情况：基于焊接电极与电极端子之间的切缝的间隙内部被加热，切缝内壁的层叠金属熔出并飞散，从而附着于焊接电极上。这样，焊接电极的寿命变短，其结果为，存在以下问题：更换焊接电极的频率加快，并且每次都花费更换时间，提高电阻焊的生产效率变得困难。因此，期望一种能够容易地提高生产效率的层叠金属箔的制造方法。
本发明的目的在于，解决上述课题，提供能够抑制电阻焊中熔融金属飞散从而能够提高生产效率的层叠金属箔的制造方法。
用于解决课题的手段
本发明的层叠金属箔的制造方法包括：第1工序，使用纵截面形状为大致V字状的刀具，在层叠金属箔的焊接部位切出沿着层叠方向贯通的俯视时呈线状的切缝，使所述金属箔彼此在所述线状的切缝的端部在层叠方向上紧密接触；和第2工序，将焊接电极压接于所述焊接部位，然后经由该焊接电极对所述焊接部位通电而对层叠金属箔进行电阻焊。所述层叠金属箔的制造方法还在所述第1工序与所述第2工序之间包括成形工序，在该成形工序中，对在所述第1工序中形成的所述切缝和切缝周围的隆起部进行挤压而形成凹部，从而使所述切缝和隆起部在层叠方向上压缩。
根据该结构，通过成形工序，层叠的金属箔的切缝和隆起部在层叠方向上被压缩，因此，在第2工序中，熔融金属从切缝内壁溅起的情况由于切缝的压缩而变少，其飞散被抑制，由此对焊接电极的附着减少，降低了该焊接电极的更换频率，由此能够容易地提高生产效率。
优选为，在所述第2工序中，在所述切缝通过所述成形工序而在层叠方向上被压缩的状态下，在进一步将电极端子层叠于所述层叠金属箔的焊接部位的状态下使所述焊接电极压接于所述电极端子，在该状态下经由所述焊接电极对所述焊接部位和所述电极端子通电，从而对所述层叠金属箔和所述电极端子进行电阻焊，使得形成沿着所述线状的切缝在所述电极端子的长度方向上延伸的椭圆形状的熔核。在该情况下，即使焊接部位的宽度方向的大小较小，也能够确保沿着线状的切缝在电极端子的长度方向上延伸的椭圆形状的熔核面积。
优选为，在所述成形工序中形成凹部的加压体的加压面积被设定得比第2工序中的所述焊接电极的末端面积大。在该情况下，能够在形成了凹部而使切缝被压缩的状态下将焊接电极可靠地抵靠，因此能够进一步减少熔融金属的附着。
在权利要求书和/或说明书和/或附图中公开的至少两个结构的任意组合也包含于本发明中。尤其是，权利要求书的两个以上的权利要求的任意组合也包含于本发明中。
附图说明
根据以下的参照了附图的优选实施方式的说明，能够更加清楚地理解本发明。但是，实施方式及附图只是用于图示和说明，并不用于限定本发明的范围。本发明的范围由附加的权利要求书限定。在附图中，多个附图中的相同的部件标号表示相同的部分。
图1A是示出本发明的一个实施方式的层叠金属箔的制造方法的主视剖视图。
图1B是示出刀具的立体图。
图2是示出层叠金属箔的制造方法的主视剖视图。
图3是示出第1工序的俯视图。
图4是示出第2工序的主视剖视图。
图5是示出第2工序的主视剖视图。
图6是示出使用了层叠金属箔的制造方法的电池的结构的立体图。
图7是示出第2工序的放大图。
图8是示出层叠金属箔与电极端子的接合部的放大图。
图9是示出在第1工序中可能产生的状态的主视剖视图。
图10是示出图9中的、层叠金属箔与电极端子的接合部的放大图。
图11是示出在第2工序中可能产生的状态的主视剖视图。
图12是示出本发明的层叠金属箔的制造工序的流程图。
图13是示出成形工序的主视剖视图。
图14是示出图13中的、层叠金属箔与电极端子的接合部的放大图。
具体实施方式
以下，根据附图对本发明的实施方式进行说明。本发明的一个实施方式的层叠金属箔的制造方法是对重叠多张金属箔而成的层叠金属箔进行电阻焊而进行制造的方法。图1A示出多张金属箔2的层叠状态，对该层叠金属箔1进行电阻焊而得到的产品用于例如锂离子电池那样的电池的电极体中。作为金属箔2，例如正极箔使用铝箔，负极箔使用铜箔，作为电极端子，例如正极端子的材料使用铝，负极端子的材料使用铜。本制造方法除了第1工序和第2工序之外还包含成形工序。
第1工序
首先，如图1A所示，使刀具C沿层叠方向S贯通层叠金属箔1的焊接部位A。图1B示出了纵截面形状呈大致V字状的刀具C。刃尖角度α为10°以上，优选为15°以上。刃长β为3mm以上，优选为5mm以上。
接着，通过像图2那样使用刀具C沿层叠的金属箔2的层叠方向S贯通该金属箔2而形成了俯视时呈线状的切缝3(图3)，该切缝3在与层叠金属箔1的宽度方向W垂直的长度方向L上延伸，在切缝端部3a，使上下相邻的金属箔2彼此牢固地紧密接触。
像图3那样，在第1工序中，线状的切缝3形成为在金属箔2的宽度方向W的两端部(在图中为左右)的位置处、在与宽度方向W垂直的方向L上延伸。由此，不会减小除了焊接部位A以外的金属箔的宽度方向W中央部的宽度方向尺寸，从而能够充分地确保作为焊接部位A的主要部分的切缝3的面积。
第2工序
在第2工序中，如图4所示，在以切缝3为中心的焊接部位A，利用电阻焊机(省略图示)的焊接电极E、E呈三明治状按压层叠金属箔1而使其压接，然后经由电极E对焊接部位A通电，从而进行层叠金属箔1的电阻焊。在进行该电阻焊时，例如将电极端子4层叠于层叠金属箔1并且进行通电，从而将层叠金属箔1和电极端子4焊接在一起。像图5那样，通过该电阻发热，在切缝3处形成了熔核(合金层)5，层叠金属箔1和电极端子4被熔融接合在一起。像图4那样，电流沿层叠方向S(Z方向)在上述导通部R中流通。
像图6那样，例如在制造锂离子电池7时，将作为发电要素的电极体20收容于外部封装10内。作为与电极体20连接的电极端子的正极端子31、负极端子32被设置成在宽度方向W的两端分别向外部封装10的外侧(在图中为上方向)L突出。电极体20是通过将正极箔21和负极箔22隔着隔膜23层叠并卷绕而得到的卷绕体。
正极箔21的未涂敷部(集电部)与正极端子31通过熔核(合金层)5而接合，该熔核5是通过电阻焊的电阻发热而形成的。像图7那样，熔核5形成为这样的椭圆形状：该椭圆形状在正极箔21的与正极端子31焊接的焊接部位A(熔核形成容许区域)的长度方向L上延伸。由此，即使焊接部位A在宽度方向W上的大小变小，也能够确保沿着线状的切缝3在正极端子31(电极端子)的长度方向L上延伸的、椭圆形状的熔核面积，在该例中，能够使锂离子电池7小型化。
在该图中，例示了铝的正极箔21与铝的正极端子31的接合，但是，对于铜的负极箔22与铜的负极端子32的接合，也大致同样。
像图8那样，在第1工序中，将正极箔21与正极端子31重叠，将抵板51配置在正极箔21侧的外侧面上，然后，将切割俯视时呈线状的切缝3的、纵截面形状呈大致V字状的刀具C抵靠，从而在抵板51和正极箔21上设置切缝3。切缝3在未涂敷部的宽度方向W的中央呈直线地配置。通过形成切缝3，能够去除存在于正极箔21的表面上的氧化铝的表面皮膜。氧化皮膜被去除的部位的电阻比其他部位的电阻低，因此在第2工序时能够用作电流容易流通的导通部R(图4)。在铜的负极箔22上也同样地形成有导通部R。
这里，在图2的第1工序中，当使用刀具C来切割沿层叠方向S贯通层叠金属箔1的俯视时呈线状的切缝3时，实际上，有时会像图9那样形成切缝3的外侧周围呈环状隆起的隆起部52。图10示出了在电池的正极箔21上设置有切缝3的情况下的、切缝3周边的隆起部52。
在该情况下，像图11那样，如果在第2工序中直接将焊接电极E抵靠而进行电阻焊，则存在以下情况：在焊接电极E的末端与电极端子4之间形成的、基于切缝3的大致三角形的间隙53的内部被加热，在切缝3内壁露出的层叠金属箔的金属(例如铝)熔化、溅起并且飞散，从而附着于焊接电极E的末端周围。这样，焊接电极E消耗而导致寿命变短，其结果为，更换焊接电极E的频率加快，并且每次都花费更换时间，因此提高生产效率变得困难。
因此，在本发明中，像图12那样，在第1工序(S1)与第2工序(S3)之间设置了成形工序(S2)，在该成形工序(S2)中，对切缝3和切缝周围的隆起部52进行挤压而形成凹部55，使切缝3和隆起部52沿层叠方向S压缩。像图13那样，在第1工序(S1)中切出了沿层叠方向S贯通层叠金属箔1的、俯视时呈线状的切缝3之后、且在第2工序(S3)中通过电阻焊进行接合之前，通过成形工序(S2)对该切缝3和切缝3周围的隆起部52进行挤压而形成凹部55。
像图13那样，利用加压体54对切缝3和切缝3周围的隆起部52进行挤压而形成了凹部55，使得切缝3和隆起部52在层叠方向S上被压缩，其结果为，基于切缝3的间隙53被压缩为间隙56，其中，该加压体54具有面积比焊接电极E的末端面积稍大的加压面。
由此，焊接电极E与电极端子4之间的距离变短，熔融金属从压缩后的间隙56的内壁溅起的情况变少，其飞散被抑制，因此附着于焊接电极E的附着量变少。此外，在形成了凹部55而压缩了切缝3的状态下，能够使焊接电极E可靠地抵靠，因此能够进一步减少熔融金属的附着。图14示出了以下状态：在与正极端子(电极端子)接合的正极箔21上设置有线状的切缝3的情况下的切缝3和切缝周围的隆起部被挤压，从而形成了凹部55和间隙56，其中，该间隙56在层叠方向S上被压缩，且沿着线状的切缝3在电极端子的长度方向L上延伸。
在该状态下对焊接电极E通电，通过电阻焊的电阻发热而在间隙56处形成熔核(合金层)5。由此，即使层叠金属箔的焊接部位A的宽度方向W大小变小，但由于熔核5形成为沿着切缝3在电极端子的长度方向L上延伸的椭圆形状，因此能够得到足够的熔核面积。
这样，本发明通过成形工序而使层叠的金属箔的焊接部位在层叠方向上压缩，因此抑制了熔融金属飞散，减少了对焊接电极的附着，因此能够降低焊接电极的更换频率，由此能够提高生产效率。此外，即使层叠金属箔的焊接部位的宽度方向大小较小，也能够确保沿着线状的切缝在电极端子的长度方向上延伸的椭圆形状的熔核面积。
如上所述，参照附图对优选的实施方式进行了说明，但是对于本领域技术人员而言，看到本申请说明书就应该会在显而易见的范围内容易地想到各种变更和修正。因此，这样的变更和修正应该被解释为包含在由附加的权利要求书确定的本发明的范围内。
标号说明
1：层叠金属箔；2：金属箔；3：切缝；3a：切缝端部；4：电极端子；5：熔核；20：电极体；52：隆起部；53：间隙；54：加压体；55：凹部；56：间隙；a：焊接部位；E：焊接电极；S：金属箔的层叠方向。

Claims (3)

1.一种层叠金属箔的制造方法，其包括：
第1工序，使用纵截面形状为V字状的刀具，在层叠金属箔的焊接部位切出沿着层叠方向贯通的俯视时呈线状的切缝，使所述层叠金属箔的金属箔彼此在所述线状的切缝的端部在层叠方向上紧密接触；和
第2工序，将焊接电极压接于所述焊接部位，然后经由该焊接电极对所述焊接部位通电而对层叠金属箔进行电阻焊，
所述层叠金属箔的制造方法还在所述第1工序与所述第2工序之间包括成形工序，在该成形工序中，对在所述第1工序中形成的所述切缝和切缝周围的隆起部进行挤压而形成凹部，从而使所述切缝和隆起部在层叠方向上压缩。
2.根据权利要求1所述的层叠金属箔的制造方法，其中，
在所述第2工序中，在所述切缝通过所述成形工序而在层叠方向上被压缩的状态下，在进一步将电极端子层叠于所述层叠金属箔的焊接部位的状态下使所述焊接电极压接于所述电极端子，在该状态下经由所述焊接电极对所述焊接部位和所述电极端子通电，从而对所述层叠金属箔和所述电极端子进行电阻焊，使得形成沿着所述线状的切缝在所述电极端子的长度方向上延伸的椭圆形状的熔核。
3.根据权利要求1或2所述的层叠金属箔的制造方法，其中，
在所述成形工序中形成凹部的加压体的加压面积被设定得比第2工序中的所述焊接电极的末端面积大。
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