CN112952302B - 二次电池的制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种二次电池的制造方法，包括电极体形成工序和电阻焊工序。电极体形成工序中，通过将片状的正极和负极隔着隔膜重叠卷绕，来形成扁平状的卷绕电极体。电阻焊工序中，通过电阻焊将集电端子接合到位于卷绕电极体的卷绕轴方向两端部的未涂布电极合剂的一对未涂布部中的至少一者。电阻焊工序在使金属构件与未涂布部接触的状态下实行。

Description

二次电池的制造方法
技术领域
本公开涉及二次电池的制造方法。
背景技术
二次电池被广泛用作个人计算机、便携终端等的便携电源、或者EV(电动汽车)、HV(混合动力汽车)、PHV(插电式混合动力汽车)等的车辆驱动用电源。作为二次电池的一例，有具备卷绕电极体的二次电池。卷绕电极体通过将片状的正极和负极隔着隔膜卷绕而形成为扁平状。在卷绕电极体的卷绕轴方向的两端部分别形成未涂布电极合剂的未涂布部。为了将卷绕电极体与外部端子电连接，使用集电端子。集电端子与卷绕电极体的未涂布部接合，并且与外部端子电连接。
例如日本特开2014-26927记载的二次电池的制造方法中，在通过一对电极夹住卷绕电极体的未涂布部与集电端子的状态下，向一对电极通电，由此使集电端子通过电阻焊与未涂布部接合。
发明内容
在通过电阻焊将集电端子与未涂布部接合时，焊接部的温度可能过度上升。焊接部的温度过度上升可能导致例如卷绕电极体内的隔膜的热收缩等不良情况。
本发明的典型目的是提供一种二次电池的制造方法，其能够在通过电阻焊将集电端子与未涂布部接合时合适地抑制焊接部的温度过度上升的影响。
在此公开的一方案的二次电池的制造方法，包括电极体形成工序和电阻焊工序，所述电极体形成工序中，通过将片状的正极和负极隔着隔膜重叠卷绕，来形成扁平状的卷绕电极体，所述电阻焊工序中，通过电阻焊将集电端子接合到位于所述卷绕电极体的卷绕轴方向两端部的未涂布电极合剂的一对未涂布部中的至少一者，所述电阻焊工序在使金属构件与所述未涂布部接触的状态下实行。
通过在使金属构件与未涂布部接触的状态下实行电阻焊工序，由电阻焊产生的热容易向金属构件散发。结果，焊接部的温度过度上升被适当地抑制，因此隔膜热收缩的可能性等降低。
电阻焊工序可以在对未涂布部从厚度方向两侧夹持一对金属构件使其接触的状态下实行。该情况下，与使金属构件单独接触于未涂布部表面的情况相比，在未涂布部中层叠的多个集电体之间的间隙减少。因此，在焊接部产生的热更容易导向金属构件。因而，焊接部的温度过度上升被更有效地抑制。不过，即使在使金属构件单独接触于未涂布部而没有用一对金属构件夹持未涂布部的情况下，也能够抑制焊接部的温度过度上升。
在此公开的二次电池的制造方法的一个有效方案中，电阻焊工序在使金属构件与未涂布部中的、集电端子被电阻焊的焊接部所相邻的部位接触的状态下实行。该情况下，在焊接件中产生的热更容易向与焊接部所相邻的部位接触的金属构件散发。因此，焊接部的温度过度上升得到更有效地抑制。
再者，在电阻焊工序的实行中，焊接部和与焊接部所相邻的部位接触的金属构件可以分离。该情况下，与金属构件和焊接部接触的情况相比，在电阻焊时施加的电流不易向金属构件泄漏。因此，在抑制了由电流泄漏引起的电阻焊效率下降的状态下，抑制焊接部的温度过度上升。
当焊接部与金属构件离开的情况下，焊接部与金属构件之间的离开距离可以为3mm以上且12mm以下。通过将焊接部与金属构件之间的离开距离设为3mm以上，电阻焊时的电流难以向金属构件泄漏。另外，通过将焊接部与金属构件之间的距离设为12mm以下，在焊接部产生的热容易向金属构件散发。因而，通过将离开距离设为3mm以上且12mm以下时，集电端子被更合适地接合到未涂布部。
在此公开的二次电池的制造方法的一个有效方案中，在未涂布部中的从连接于集电端子的外部端子侧的端部起算12mm以内的位置形成焊接部。另外，电阻焊工序在使金属构件与未涂布部中的、焊接部的外部端子侧的相反侧所相邻的部位接触的状态下实行。
该情况下，从未涂布部的外部端子侧的端部到焊接部的距离变短，所以容易缩短集电端子的长度。因而，能够容易地削减集电端子的材料量。另一方面，以往的二次电池的制造方法中，如果缩短从未涂布部的外部端子侧的端部到焊接部的距离，则焊接部周围的热容量降低，在焊接部产生的热难以向周围散发。与此相对，本公开的二次电池的制造方法的一方案中，在金属构件与焊接部的外部端子侧的相反侧接触的状态下，实行电阻焊工序。因此，可在缩短从未涂布部的外部端子侧的端部到焊接部的距离的同时，适当地抑制焊接部的温度过度上升。
不过，未涂布部的从外部端子侧的端部到焊接部的距离可以大于12mm。该情况下，通过在使金属构件与未涂布部接触的状态下实行电阻焊工序，可适当地抑制焊接部的温度过度上升。
在此公开的二次电池的制造方法的一个有效方案中，在金属构件中的与未涂布部接触的部位形成凹凸。该情况下，与金属构件未形成凹凸的情况相比，金属构件与未涂布部的接触面积增加。因此，在焊接部产生的热更容易向金属构件散发。
附图说明
以下，参照附图说明本发明的示例性实施例的特征、优点以及技术和工业意义，相同的数字表示相同的元件。
图1是示意地表示本实施方式的二次电池1的内部结构的截面图。
图2是表示本实施方式的二次电池1的电极体20的结构的示意图。
图3是从未涂布部62A侧观察电阻焊工序实行中的卷绕电极体20的局部截面图。
图4是表示使用了比较例和实施例的评价试验的结果的坐标图。
具体实施方式
以下，参照附图对本公开的典型实施方式之一进行详细说明。本说明书中特别提到的事项以外的、实施所需的事项，可以基于该领域的现有技术作为本领域技术人员的设计事项来掌握。本发明可以基于本说明书所公开的内容和该领域中的技术常识来实施。再者，以下附图中，对发挥相同作用的构件和部位赋予相同标记加以说明。另外，各图中的尺寸关系(长度、宽度、厚度等)并没有反映实际的尺寸关系。
在本说明书中，“电池”是指能够取出电能的所有蓄电装置的术语，是包括一次电池和二次电池的概念。“二次电池”是指能够反复充放电的所有蓄电装置，除锂离子二次电池、镍氢电池、镍镉电池等所谓的蓄电池(即化学电池)外，还包括双电层电容器等电容器(即物理电池)。以下，例示作为二次电池一种的扁平方形的锂离子二次电池的制造方法，详细地说明本公开的二次电池的制造方法。不过，不意图将本公开的二次电池的制造方法限定于以下实施方式所记载的方法。
<二次电池的结构>
图1所示二次电池1是具备卷绕电极体20、非水电解液10和电池壳体30的密闭型锂离子二次电池。电池壳体30以将卷绕电极体20和非水电解液10在其内部密闭的状态对其进行收纳。本实施方式中的电池壳体30的形状为扁平方形。电池壳体30具备箱型主体31和板状盖体32，箱型主体31在其一端具有开口部，板状盖体32堵塞该主体的开口部。在电池壳体30(详细而言，是电池壳体30的盖体32)设有外部连接用的正极外部端子42和负极外部端子44、以及安全阀36。当电池壳体30的内压上升到预定水平以上的情况下，安全阀36开放该内压。另外，在电池壳体30设有用于向内部注入非水电解液10的注入口(未图示)。作为电池壳体30的材质，例如使用铝等重量轻且导热性好的金属材料。不过，也可以变更电池壳体的构成。例如，作为电池壳体，也可以使用具有可挠性的层压体。
如图2所示，本实施方式的卷绕电极体(以下简称为“电极体”)20中，长条状正极(正极片)50、长条状第1隔膜71、长条状负极(负极片)60以及长条状第2隔膜72被重叠卷绕。详细而言，正极50中，电极合剂(正极活性物质层)54沿着长度方向涂布到长条状正极集电体52的单面或双面(本实施方式中为双面)。负极60中，电极合剂(负极活性物质层)64沿着长度方向涂布到长条状负极集电体62的单面或双面(本实施方式中为双面)。未涂布部52A、62A分别位于卷绕电极体20的卷绕轴W的方向(正交于上述长度方向的片宽度方向)的两端部。未涂布部52A是未涂布电极合剂54从而正极集电体52露出的部分。正极集电端子43(参照图1)在焊接部43A被接合于未涂布部52A。正极外部端子42(参照图1)电连接于正极集电端子43。另外，未涂布部62A是未涂布电极合剂64从而负极集电体62露出的部分。负极集电端子45(参照图1)在焊接部45A接合于未涂布部62A。负极外部端子44(参照图1)电连接于负极集电端子45。
构成电极体20的正负极的材料、构件可以无限制地使用与用于以往一般的二次电池相同的材料和构件。例如，正极集电体52可以无特别限制地使用用作这种二次电池的正极集电体的集电体。典型地，优选具有良好导电性的金属制正极集电体。例如，可以采用铝、镍、钛、不锈钢等金属材料作为正极集电体52。本实施方式的正极集电体52使用了铝箔。作为正极活性物质层54的正极活性物质，可举例如层状结构或尖晶石结构等的锂复合金属氧化物(例如LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2、LiNiO2、LiCoO2、LiFeO2、LiMn2O4、LiNi0.5Mn1.5O4、LiCrMnO4、LiFePO4等)。正极活性物质层54可以通过将正极活性物质和根据需要使用的材料(导电材料、粘合剂等)分散到适当的溶剂(例如N-甲基-2-吡咯烷酮：NMP)中，调制糊状(或浆料状)的组合物，将适当量的该组合物涂布到正极集电体52的表面并干燥来形成。本实施方式中，三元系正极活性物质、作为导电材料的乙炔黑(AB)和作为粘合剂的聚偏二氟乙烯(PVDF)包含在正极活性物质层中。
负极集电体62可以无特别限制地使用用作这种二次电池的负极集电体的集电体。典型地，优选具有良好导电性的金属制的负极集电体，可以使用例如铜(例如铜箔)或以铜为主体的合金。本实施方式的负极集电体62使用了铜箔。作为负极活性物质层64的负极活性物质，可举例如至少一部分包含石墨结构(层状结构)的粒子状(或球状、鳞片状)碳材料、锂过渡金属复合氧化物(例如Li4Ti5O12等锂钛复合氧化物)、锂过渡金属复合氮化物等。负极活性物质层64可以通过将负极活性物质和根据需要使用的材料(粘合剂等)分散到适当的溶剂(例如离子交换水)中，调制糊状(或浆料状)的组合物，在负极集电体62的表面涂布适当量的该组合物并干燥来形成。本实施方式中，石墨系负极活性物质、作为粘合剂的苯乙烯丁二烯橡胶(SBR)和作为增稠剂的羧甲基纤维素(CMC)包含在负极活性物质层64中。
作为第1隔膜71和第2隔膜72，可以不特别限制地使用由以往公知的多孔质片构成的隔膜。可举例如聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)等聚烯烃树脂构成的多孔质片(膜、无纺布等)。这种多孔质片可以是单层结构，也可以是两层以上的多层结构(例如PP层层叠在PE层的两面而成的三层结构)。另外，可以是在多孔质片的单面或双面具备多孔质耐热层的结构。例如，该耐热层可以是包含无机填料和粘合剂的层(也称为填料层)。作为无机填料，可优选地采用例如氧化铝、勃姆石、二氧化硅等。
与电极体20一同收纳到电池壳体30中的非水电解液10是在适当的非水溶剂中含有支持盐的电解液，可以不特别限制地采用以往公知的非水电解液。例如，作为非水溶剂，可以使用碳酸亚乙酯(EC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸甲乙酯(EMC)等。另外，作为支持盐，例如能够优选地使用锂盐(例如LiBOB、LiPF6等)。本实施方式中，采用了LiBOB。
<制造方法的概要>
接着，对本实施方式的二次电池1的制造方法的概要进行说明。本实施方式的二次电池1的制造方法包括电极体形成工序和电阻焊工序。电极体形成工序中，形成卷绕电极体20。另外，本实施方式的电阻焊工序中，采用电阻焊在一对未涂布部52A、62A的至少一者接合集电端子。
如上所述，本实施方式的卷绕电极体20的负极集电体62使用了铜箔。在此，当负极集电端子45采用超声波焊接等接合于未涂布部62A时，构成负极集电体62的铜箔的一部分有时会作为异物在超声波焊接中飞散。当铜箔的一部分作为异物残留在二次电池1的内部时，可能会发生短路等不良情况。因此，本实施方式中的电阻焊工序中，采用铜箔难以作为异物飞散的电阻焊，使负极集电端子45接合于未涂布部62A。
另外，本实施方式的二次电池1的制造方法在电极体形成工序和电阻焊工序以外，还包括超声波焊接工序。超声波焊接工序中，采用超声波焊接使正极集电端子43接合于未涂布部52A。再者，电阻焊工序和超声波焊接工序中的任一者都可以先实行。
＜电极体形成工序＞
本实施方式的电极体形成工序中，如图2所示，通过长条状正极50、长条状第1隔膜71、长条状负极60和长条状第2隔膜72重叠卷绕，来形成扁平状的卷绕电极体20。卷绕电极体20可以通过例如与卷绕轴W正交的截面在扁平的卷绕芯周围，使正极50、第1隔膜71、负极60和第2隔膜72卷绕来形成为扁平状。另外，卷绕电极体20可以通过例如在将正极50、第1隔膜71、负极60和第2隔膜72卷绕成圆筒状之后，从侧面方向挤压来形成为扁平状。
＜电阻焊工序＞
参照图3，对本实施方式中的电阻焊工序进行说明。电阻焊使用一对电极棒81A、81B。卷绕电极体20的未涂布部62A中，层叠有未涂布电极合剂64从而露出的多个负极集电体62。当实行电阻焊的情况下，在大致板状的负极集电端子45的板面与未涂布部62A的表面发生面接触的状态下，通过一对电极棒81A、81B夹持负极集电端子45和未涂布部62A并进行压缩。作为一例，本实施方式中，由一对电极棒81A、82B压缩时的压力约为1.1kN。接着，对一对电极棒81A、81B进行预定时间(本实施方式中为20ms)的通电(作为一例，本实施方式中为7.5kA的通电)，由此在由一对电极棒81A、81B夹住的部位，形成由通电引起的发热而熔融了的焊接部45A。结果，负极集电端子45被接合于未涂布部62A。
本实施方式的电阻焊工序中，以使金属构件91A、91B接触未涂布部62A的状态，通过一对电极棒81A、81B进行电阻焊。当金属构件91A、91B没有接触于未涂布部62A而进行电阻焊的情况下，在焊接部45A中产生的热难以向周围散发，焊接部45A的温度可能过度上升。如果焊接部45A的温度过度上升，则导致第1隔膜71和第2隔膜72的热收缩等不良情况。与此相对，本实施方式的电阻焊工序中，通过电阻焊而在焊接部45A产生的热容易向接触于未涂布部62A的金属构件91A、91B散发。结果，可适当地抑制焊接部45A的温度过度上升。
本实施方式的电阻焊工序中，在使一对金属构件91A、91B对于未涂布部62A从厚度方向两侧夹持(压缩)接触的状态下，通过电极棒81A、81B进行电阻焊。因此，在未涂布部62A中层叠的多个负极集电体62之间的间隙减少的状态下实行电阻焊。因而，在焊接部45A产生的热容易导向一对金属构件91A、91B。
本实施方式的电阻焊工序中，在使金属构件91A、91B接触于未涂布部62A中的焊接部45A所相邻的部位的状态下，通过一对电极棒81A、81B实行电阻焊。因此，与焊接部45A和金属构件91A、91B不相邻而是大幅分离的情况相比，在焊接部45A中产生的热更容易向金属构件91A、91B散发。
本实施方式的电阻焊工序中，焊接部45A(也就是由一对电极棒81A、81B夹住的部位)和配置在与焊接部45A相邻的部位的金属构件91A、91B没有接触而离开。因此，电阻焊时施加到一对电极棒81A、81B上的电流难以泄漏到金属构件91A、91B。因而，在抑制了因电流泄漏引起的电阻焊效率降低的状态下，抑制焊接部45A的温度过度上升。
本实施方式中，焊接部45A与金属构件91A、91B的离开距离D1被设定为3mm以上且12mm以下。通过使离开距离D1为3mm以上，电阻焊时的电流难以泄漏到金属构件91A、91B。另外，通过使离开距离D1为12mm以下，在焊接部45A产生的热容易向金属构件91A、91B散发。因而，负极集电端子45被更适当地接合于未涂布部62A。
本实施方式中，在从卷绕电极体20的未涂布部62A中的连接于负极集电端子45的负极外部端子44(参照图1)侧的端部E(图3的右侧的端部)起算的距离D2为12mm以内的范围形成焊接部45A。该情况下，变得容易缩短负极集电端子45的长度(图3中的左右方向的长度)，所以容易削减负极集电端子45的材料。再者，本实施方式中，从未涂布部62A的端部E到焊接部45A的中心为止的距离被设定为约4mm。另外，本实施方式中，正极集电端子43的焊接部43A(参照图1)也与负极集电端子45的焊接部45A同样，形成在从未涂布部52A中的正极外部端子42侧的端部起算12mm以内的范围。因而，也容易削减正极集电端子43的材料。
在此，如果缩短从负极外部端子44侧的未涂布部62A的端部E到焊接部45A为止的距离，则负极外部端子44侧的未涂布部62A的体积与焊接部45A相比减小。结果，焊接部45A周围的热容量降低，在焊接部45A产生的热难以向周围散发。与此相对，本实施方式的电阻焊工序中，金属构件91A、91B接触于未涂布部62A中的焊接部45A的负极外部端子44(参照图1)侧的相反侧所相邻的部位。因此，本实施方式中，可缩短从负极外部端子44侧的未涂布部62A的端部E到焊接部45A为止的距离，同时适当地抑制焊接部45A的温度过度上升。
再者，本实施方式中，与卷绕轴W(参照图2)正交的高度方向上的卷绕电极体20的宽度(图2中的上下方向的宽度、图3中的左右方向的宽度)被设定为40mm以上且90mm以下(例如约50mm)。本实施方式中，金属构件91A、91B对于未涂布部62A的负极外部端子44侧的接触位置C被设定为与未涂布部62A的反向的中心相比靠负极外部端子44侧(端部E侧)。因此，从负极外部端子44侧的未涂布部62A的端部E到焊接部45A为止的距离变短，并且焊接部45A与金属构件91A、91B的离开距离D1也变短。因而，变得容易削减负极集电端子45的材料，并且在焊接部45A产生的热容易向金属构件91A、91B散发。
本实施方式中，在金属构件91A、91B中的接触于未涂布部62A的部位形成有凹凸92。因此，与在金属构件91A、91B未形成凹凸92的情况相比，金属构件91A、91B与未涂布部62A的接触面积增加。因而，在焊接部45A产生的热更容易向金属构件91A、91B散发。
＜实施例＞
参照图4，对使用实施例和比较例的评价试验的结果进行说明。实施例的二次电池和比较例的二次电池的材质、尺寸等都与上述实施方式中说明过的二次电池1相同。实施例的二次电池的制造过程中，按照上述实施例的电阻焊工序，在使金属构件91A、91B与未涂布部62A接触的状态下实行了电阻焊。另一方面，比较例的二次电池制造过程中，电阻焊时没有使用金属构件91A、91B。也就是说，实施例的二次电池和比较例的二次电池仅在制造过程中有没有使用金属构件91A、91B这点不同，其它制造条件、材质和尺寸等都相同。对于各个实施例和比较例，测定了电阻焊时的焊接部45A的温度和电阻焊前后的隔膜71、72的收缩量。将测定结果示于图4。图4中，用棒图表示焊接部温度，用黑色标记表示隔膜收缩量。
如图4所示，比较例的二次电池中，由于焊接部温度上升至约145℃的影响，隔膜收缩量也变为大的值(约3.5mm)。另一方面，实施例的二次电池中，焊接部温度变为合适的温度(约79℃)，隔膜收缩量也变为0mm。由以上结果可知，通过在使金属构件接触于未涂布部的状态下实行电阻焊工序，可合适地抑制焊接部的温度过度上升，隔膜变得难以热收缩。
上述实施方式中公开的技术不过是一例。因此，也可以变更上述实施方式中例示的技术。例如，上述实施方式中，在将负极集电端子45电阻焊到未涂布部62A时，使用金属构件91A、91B。另外，正极集电端子43是采用超声波接合与未涂布部52A接合的。但是，在采用电阻焊使正极集电端子43接合于未涂布部62A时，也可以与上述实施方式同样地使用金属构件91A、91B。
以上，举出具体实施方式进行了详细说明，但它们不过是例示，没有限定请求保护的范围。请求保护的范围中记载的技术包括对以上记载的实施方式进行了各种变形、变更的技术。

Claims (4)

1.一种二次电池的制造方法，包括电极体形成工序和电阻焊工序，
所述电极体形成工序中，通过将片状的正极和负极隔着隔膜重叠卷绕，来形成扁平状的卷绕电极体，
所述电阻焊工序中，通过电阻焊将集电端子接合到位于所述卷绕电极体的卷绕轴方向两端部的未涂布电极合剂的一对未涂布部中的至少一者，
在所述电阻焊工序中，在使金属构件与所述未涂布部接触的状态下，由一对电极棒不经由所述金属构件地夹持所述集电端子和所述未涂布部，由此进行电阻焊。
2.根据权利要求1所述的二次电池的制造方法，
所述电阻焊工序在使所述金属构件与所述未涂布部中的、所述集电端子被电阻焊的焊接部所相邻的部位接触的状态下实行。
3.根据权利要求2所述的二次电池的制造方法，
在所述未涂布部中的从连接于所述集电端子的外部端子侧的端部起算12mm以内的位置形成所述焊接部，
所述电阻焊工序在使所述金属构件与所述未涂布部中的、所述焊接部的所述外部端子侧的相反侧所相邻的部位接触的状态下实行。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的二次电池的制造方法，
在所述金属构件中的与所述未涂布部接触的部位形成凹凸。
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