DE112018003907T5

DE112018003907T5 - Verfahren zur herstellung einer energiespeichereinrichtung

Info

Publication number: DE112018003907T5
Application number: DE112018003907.2T
Authority: DE
Inventors: Yukio Enomoto; Hayato Usui
Original assignee: Robert Bosch GmbH; GS Yuasa International Ltd
Current assignee: GS Yuasa International Ltd
Priority date: 2017-07-31
Filing date: 2018-07-24
Publication date: 2020-04-16
Also published as: US11462788B2; CN110998896A; CN110998896B; WO2019025237A1; JP6947575B2; JP2019029226A; US20200161603A1

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung einer Energiespeichereinrichtung bereitgestellt. Bei dem Verfahren zur Herstellung einer Energiespeichereinrichtung wird eine Deckelbaugruppe ausgebildet durch Integrieren einer Deckelplatte, die eine Öffnung eines Gehäuses bedeckt, das eine Platte aufnimmt, eines Außenanschlusses, der zur Außenseite der Deckelplatte exponiert ist, und eines leitfähigen Plattenabschnitts, der innerhalb der Deckelplatte auf überlappende Weise angeordnet ist. Die Deckelbaugruppe wird zwischen einer schwingenden Aufspannvorrichtung und einer aufnehmenden Aufspannvorrichtung angeordnet, eine Fahne der Platte wird zwischen dem leitfähigen Plattenabschnitt und der schwingenden Aufspannvorrichtung angeordnet und Ultraschallschweißen wird auf die Fahne und den leitfähigen Plattenabschnitt angewendet.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Energ iespeichereinrichtung.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Eine ladbare und entladbare Energiespeichereinrichtung wird in verschiedenen Geräten wie etwa einem Mobiltelefon und einem Kraftfahrzeug verwendet. Ein Fahrzeug, das elektrische Energie als eine Energiequelle verwendet, wie etwa ein Elektrofahrzeug (EV) oder ein Plug-In-Hybrid-Elektrofahrzeug (PHEV) erfordert viel Energie. Dementsprechend ist ein Energiespeichermodul mit großer Kapazität, das mehrere Energiespeichereinrichtungen enthält, an einem derartigen Fahrzeug montiert.
Eine Energiespeichereinrichtung enthält: ein Gehäuse mit einer Öffnung: mehrere Positivelektrodenplatten und mehrere Negativelektrodenplatten, die in dem Gehäuse untergebracht und aneinander gestapelt sind, wobei zwischen der Positivelektrodenplatte und der Negativelektrodenplatte ein Separator angeordnet ist; und eine Deckelplatte, die die Öffnung des Gehäuses bedeckt. Fahnen sind an den Positivelektrodenplatten bzw. den Negativelektrodenplatten ausgebildet. Zwei Außenanschlüsse entsprechend den Positivelektrodenplatten und den Negativelektrodenplatten sind an der Deckelplatte montiert. Der Außenanschluss und die Fahnen sind über ein leitfähiges Glied miteinander verbunden (siehe beispielsweise Patentdokument 1).
DOKUMENT NACH DEM STAND DER TECHNIK
PATENTDOKUMENT
Patentdokument 1: JP-A-2016-91659
KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSENDE PROBLEME
Zur Reduzierung der Herstellungskosten einer Energiespeichereinrichtung ist eine Produktivitätssteigerung der Energiespeichereinrichtung erwünscht.
Die vorliegende Erfindung wurde angesichts solcher Umstände vorgenommen, und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Verfahrens zum Herstellen einer Energiespeichereinrichtung, die die Produktivität der Energiespeichereinrichtung steigern kann.
MITTEL ZUM LÖSEN DER PROBLEME
In einem Verfahren zum Herstellen einer Energiespeichereinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Deckelbaugruppe ausgebildet durch Integrieren einer Deckelplatte, die eine Öffnung eines Gehäuses bedeckt, das eine Platte aufnimmt, eines Außenanschlusses, der zur Außenseite der Deckelplatte exponiert ist, und eines leitfähigen Plattenabschnitts, der innerhalb der Deckelplatte auf überlappende Weise angeordnet ist, Anordnen der Deckelbaugruppe zwischen einer schwingenden Aufspannvorrichtung und einer aufnehmenden Aufspannvorrichtung, Anordnen einer Fahne der Platte zwischen dem leitfähigen Plattenabschnitt und der schwingenden Aufspannvorrichtung und Anwenden eines Ultraschallschweißens auf die Fahne und den leitfähigen Plattenabschnitt.
VORTEILE DER ERFINDUNG
Herkömmlicherweise wird ein Ultraschallschweißen des innerhalb einer Deckelplatte angeordneten leitfähigen Plattenabschnitts und einer Fahne einer Platte derart durchgeführt, dass der leitfähige Plattenabschnitt und die Fahne zwischen einer schwingenden Aufspannvorrichtung und einer aufnehmenden Aufspannvorrichtung geschichtet sind. In der vorliegenden Erfindung wird die Deckelbaugruppe, die die Deckelplatte, den Außenanschluss und den leitfähigen Plattenabschnitt enthält, zuerst ausgebildet, und die Deckelbaugruppe wird zwischen der schwingenden Aufspannvorrichtung und der aufnehmenden Aufspannvorrichtung angeordnet und die Fahne und der leitfähige Plattenabschnitt werden durch Ultraschallschweißen in einem Zustand zusammengefügt, wo die Fahne zwischen dem leitfähigen Plattenabschnitt der Deckelbaugruppe und der schwingenden Aufspannvorrichtung angeordnet ist. Es nicht immer notwendig, die Deckelbaugruppe in einem Trockenraum auszubilden. Wenn ein Herstellungsfehler in einem Stadium des Ausbildens der Deckelbaugruppe auftritt, kann, da die Fahne noch nicht angeschweißt ist, nur die Deckelbaugruppe im Verlauf der Herstellung verworfen werden. Das heißt, es ist unnötig, die ganze Platte zu verwerfen. Dementsprechend kann die Produktivität der Energiespeichereinrichtung gesteigert werden.
Figurenliste

1 ist eine schematische Perspektivansicht einer Energiespeichereinrichtung.
2 ist eine schematische Vorderansicht der Energiespeichereinrichtung.
3 ist eine schematische Querschnittsansicht der Energiespeichereinrichtung entlang der Linie III-III in 2.
4 ist eine teilweise vergrößerte Querschnittsansicht einer Deckelplatte und eines Bereichs in der Nähe der Deckelplatte entlang der Linie IV-IV in 2.
5 ist eine teilweise vergrößerte Querschnittsansicht, die die Deckelplatte und den Bereich in der Nähe der Deckelplatte zeigt, um das Verfahren zur Herstellung einer Energiespeichereinrichtung zu erläutern.
6 ist eine teilweise vergrößerte Querschnittsansicht, die die Deckelplatte und den Bereich in der Nähe der Deckelplatte zeigt, um das Verfahren zur Herstellung einer Energiespeichereinrichtung zu erläutern.
7 ist eine teilweise vergrößerte Querschnittsansicht, die die Deckelplatte und den Bereich in der Nähe der Deckelplatte zeigt, um das Verfahren zur Herstellung einer Energiespeichereinrichtung zu erläutern.
8 ist eine teilweise vergrößerte Querschnittsansicht, die die Deckelplatte und den Bereich in der Nähe der Deckelplatte zeigt, um das Verfahren zur Herstellung einer Energiespeichereinrichtung zu erläutern.

MODUS ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
Im Folgenden wird ein Verfahren zur Herstellung einer Energiespeichereinrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf Zeichnungen beschrieben. 1 ist eine schematische Perspektivansicht der Energiespeichereinrichtung, und 2 ist eine schematische Vorderansicht der Energiespeichereinrichtung. Die Energiespeichereinrichtung 1 kann auch eine Lithiumionen-Sekundärbatterie sein.
Die Energiespeichereinrichtung 1 enthält ein Gehäuse 2 mit einer rechteckigen Parallelflächner Form und sich in einer longitudinalen Richtung erstreckend. Eine später beschriebene gestapelte Elektrodenbaugruppe 3 ist in dem Gehäuse 2 zusammen mit einer Elektrolytlösung untergebracht, In dieser Ausführungsform ist das Gehäuse 2 aus einem Metallgehäuse ausgebildet. Ein Material zum Ausbilden des Metallgehäuses kann Aluminium, eine Aluminiumlegierung oder rostfreier Stahl sein, als Beispiel. Das Gehäuse 2 besitzt: eine rechteckige Bodenwand 7 und eine rechteckige Deckenwand 8, die einander gegenüber angeordnet sind und im Wesentlichen die gleiche Größe aufweisen; eine rechteckige Rückwand 10, die kurze Seiten der Bodenwand 7 und kurze Seiten der Deckenwand 8 jeweils miteinander verbindet und eine Fläche aufweist, die kleiner ist als eine Fläche der Bodenwand 7 und der Deckenwand 8; und zwei rechteckige Seitenwände 11, 11, die lange Seiten der Bodenwand 7 und lange Seiten der Deckenwand 8 jeweils miteinander verbinden und eine Fläche größer als die Fläche der Bodenwand 7 und der Deckenwand 8 aufweisen. Eine Öffnung 2a (siehe 3, 4) ist auf einer Vorderseite des Gehäuses 2 ausgebildet, und eine Deckelplatte 9 bedeckt die Öffnung 2a. In dieser Ausführungsform erstreckt sich die Deckelplatte 9 senkrecht zu der Bodenwand 7 die an einer in der Zeichnung nicht gezeigten Montageoberfläche der Energiespeichereinrichtung 1 montiert ist, und die Deckelplatte 9 bildet einen Teil der Seitenoberfläche der Energiespeichereinrichtung 1. Alternativ kann die Deckelplatte an einer Position der Deckenwand 8 auf einer Seite gegenüber der Bodenwand 7 der Energiespeichereinrichtung 1 angeordnet sein.
Wie in 2 gezeigt, ist ein Positivelektroden-Außenanschluss 4 an einen Endabschnitt einer Außenoberfläche der Deckelplatte 9 über eine Außendichtung 19 montiert, und ein Negativelektroden-Außenanschluss 5 ist an dem anderen Endabschnitt der Außenoberfläche der Deckelplatte 9 über eine Außendichtung 19 montiert. Der Positivelektroden-Außenanschluss 4 und der Negativelektroden-Außenanschluss 5 exponieren jeweilige flache Außenoberflächen, und ein leitfähiges Glied wie etwa eine in der Zeichnung nicht gezeigte Sammelschiene ist an den Positivelektroden-Außenanschluss 4 und den Negativelektroden-Außenanschluss 5 geschweißt. Ein Bruchventil 6 ist auf der Deckelplatte 9 zwischen dem Positivelektroden-Außenanschluss 4 und dem Negativelektroden-Außenanschluss 5 ausgebildet.
In 3 ist eine schematische Querschnittsansicht der Energiespeichereinrichtung 1 entlang der Linie III-III in 2. Wie in 3 gezeigt, enthält die gestapelte Elektrodenbaugruppe 3 mehrere Positivelektrodenplatten 12, mehrere Negativelektrodenplatten 13 und mehrere Separatoren 14. Die Positivelektrodenplatte 12, die Negativelektrodenplatte 13 und der Separator 14 besitzen jeweils eine Rechteckform bei Betrachtung in einer Richtung, die die Seitenwände 11, 11 in 3 durchdringt. Die mehreren Positivelektrodenplatten 12 und die mehreren Negativelektrodenplatten 13 sind abwechselnd aneinander gestapelt, wobei der Separator 14 zwischen der Positivelektrodenplatte 12 und der Negativelektrodenplatte 13 geschichtet ist. In 3 sind später beschriebene Negativelektrodenfahnen 16, die sich von den jeweiligen Negativelektrodenplatten 13 erstrecken, auf einer distalen Endseite dieser Negativelektrodenfahnen 16 gebündelt, und die Negativelektrodenfahnen 16 sind mit einem leitfähigen Plattenabschnitt 18a gefügt. Zur Erhöhung der Energiedichte der Energiespeichereinrichtung 1 (um einen Raum zu reduzieren, der von einem Strompfad zwischen dem Negativelektrodenaußenanschluss 5 und den Negativelektrodenplatten 13 angenommen wird), sind die Negativelektrodenfahnen 16 in der Innenseite des Gehäuses 2 in einem gebogenen Zustand aufgenommen. Obwohl in der Zeichnung nicht gezeigt, besitzen auch die später beschriebenen Positivelektrodenfahnen 15, die sich von den Positivelektrodenplatten 12 erstrecken, im Wesentlichen die gleiche Ausbildung wie die Negativelektrodenfahnen 16.
Die Positivelektrodenplatte 12 weist auf: ein folienartiges oder blattartiges Positivelektrodensubstrat mit einer Leitfähigkeit; und eine Positivaktivmaterialschicht, die auf beide Oberflächen des Positivelektrodensubstrats gestapelt ist. Die Negativelektrodenplatte 13 weist auf: ein folienartiges oder blattartiges Negativelektrodensubstrat mit einer Leitfähigkeit; und eine Negativaktivmaterialschicht, die auf beide Oberflächen des Negativelektroden-Stromsammlers gestapelt ist.
Der Separator 14 besteht aus einem blattartigen oder filmartigen Material, das das Eindringen einer Elektrolytlösung in den Separator 14 gestattet. Als ein Material zum Ausbilden des Separators 14 werden ein Gewebe, ein Vliesstoff oder ein poröses oder blattartiges oder filmartiges Harz benannt, als Beispiel. Der Separator 14 macht die Positivelektrodenplatte 12 und die Negativelektrodenplatte 13 voneinander separat und behält gleichzeitig eine Elektrolytlösung zwischen der Positivelektrodenplatte 12 und der Negativelektrodenplatte 13 zurück.
4 ist eine teilweise vergrößerte Querschnittsansicht der Deckelplatte 9 und eines Bereichs in der Nähe der Deckelplatte 9 entlang der Linie IV-IV in 2. Zwei Durchgangslöcher 9a, 9b sind in der Deckelplatte 9 auf eine beabstandete Weise voneinander in einer longitudinalen Richtung der Deckelplatte 9 ausgebildet. Das Bruchventil 6 ist zwischen zwei Durchgangslöchern 9a, 9b angeordnet. Alternativ kann das Bruchventil 6 an der Rückwand 10 (siehe 3) angeordnet sein, die gegenüber der Deckelplatte 9 angeordnet ist.
Wie in 4 gezeigt, ist eine Innendichtung 20 (zweites Isolierglied) mit einer elektrisch isolierenden Eigenschaft in der Innenseite der Deckelplatte 9 an einer Position in der Nähe des Durchgangslochs 9a angeordnet. Die Innendichtung 20 besitzt einen Rechteckplatten-förmigen Dichtungskörper mit langen Seiten parallel zu einer longitudinalen Richtung der Deckelplatte 9, und der Dichtungskörper erstreckt sich entlang und in Kontakt mit einer Innenoberfläche der Deckelplatte 9. Ein Durchgangsloch ist in dem Dichtungskörper der Innendichtung 20 ausgebildet, und ein zylindrischer Vorsprung 20b ist so an dem Dichtungskörper ausgebildet, dass er das Durchgangsloch umgibt. Auf einer Oberfläche des Dichtungskörpers der Innendichtung 20, die der gestapelten Elektrodenbaugruppe 3 gegenüber zugewandt ist, ist ein sich in der longitudinalen Richtung der Deckelplatte 9 erstreckender ausgenommener Abschnitt 20a ausgebildet. Die Innendichtung 20 besitzt einen zu komprimierenden ringförmigen vorstehenden Abschnitt jeweils auf beiden Oberflächen des Dichtungskörpers auf einer Außenperipherieseite des Vorsprungs 20b. Der zu komprimierende vorstehende Abschnitt ist nicht auf eine Ringform beschränkt, und mehrere zu komprimierende vorstehende Abschnitte können auf eine beabstandete Weise in einer peripheren Richtung ausgebildet sein. Der zu komprimierende vorstehende Abschnitt ist möglicherweise nur auf einer Seitenoberfläche (Außenoberfläche oder Innenoberfläche) des Dichtungskörpers ausgebildet. Die Gasdichtheit des Gehäuses 2 kann durch Kollabieren des zu komprimierenden vorstehenden Abschnitts durch Pressen sichergestellt werden.
Eine Außendichtung 19 (erstes Isolierglied) mit einer elektrisch isolierenden Eigenschaft ist in der Nähe des Durchgangslochs 9a auf der Außenoberfläche der Deckelplatte 9 angeordnet. Die Außendichtung 19 besitzt im Wesentlichen die gleiche Rechteckplatten-Form wie die Innendichtung 20, und ein Durchgangsloch 19a ist in einem Mittelabschnitt der Außendichtung 19 ausgebildet. Ein Durchmesser des Durchgangslochs 19a ist größer als ein Außendurchmesser des Vorsprungs 20b der Innendichtung 20. Ein ausgenommener Abschnitt 19b ist auf einer Oberfläche der Außendichtung 19 ausgebildet. Die andere Oberfläche der Außendichtung 19 ist gegenüber der Außenoberfläche der Deckelplatte 9 angeordnet. Der Vorsprung 20b der Innendichtung 20 ist in das in der Deckelplatte 9 ausgebildete Durchgangsloch 9a und das in der Außendichtung 19 ausgebildete Durchgangsloch 19a eingesetzt. Eine distale Endoberfläche des Vorsprungs 20b erstreckt sich etwa koplanar mit einer unteren Oberfläche des ausgenommenen Abschnitts 19b.
Der Positivelektroden-Außenanschluss 4 besitzt eine Plattenform, und ein Durchgangsloch 4a ist in dem Positivelektroden-Außenanschluss 4 in der Nähe einer Mitte des Positivelektroden-Außenanschlusses 4 ausgebildet. Ein Innendurchmesser des Durchgangslochs 4a ist etwa gleich einem Innendurchmesser des Vorsprungs 20b. Eine Senkung 4b ist auf einer Oberfläche des Positivelektroden-Außenanschlusses 4 um das Durchgangsloch 4a herum ausgebildet. Der Positivelektroden-Außenanschluss 4 ist in der Innenseite des ausgenommenen Abschnitts 19b derart angeordnet, dass die andere Oberfläche des Positivelektroden-Außenanschlusses 4 und eine untere Oberfläche des ausgenommenen Abschnitts 19b einander entgegengesetzt gegenüberliegen. Das Durchgangsloch 4a und der Vorsprung 20b sind koaxial angeordnet, und die Senkung 4b ist zur Außenseite exponiert.
Der Positivelektroden-Außenanschluss 4 und die Außendichtung 19 sind auf der Außenoberfläche der Deckelplatte 9 angeordnet, und die Innendichtung 20 und der Positivelektroden-Stromsammler 17 sind auf der Innenoberfläche der Deckelplatte 9 angeordnet. Zum Zeitpunkt des Schweißens einer Sammelschiene oder dergleichen an den Positivelektroden-Außenanschluss 4 wird wahrscheinlich durch das Schweißen generierte Wärme leicht zu der Außendichtung 19 übertragen. Der zu komprimierende vorstehende Abschnitt, der vorgesehen ist, um eine Gasdichtheit des Gehäuses 2 sicherzustellen, ist auf der Innendichtung 20 angeordnet, wie zuvor beschrieben, und somit wird Wärme minimal zu dem zu komprimierenden vorstehenden Abschnitt transferiert, wodurch die Gasdichtheit des Gehäuses 2 durch den zu komprimierenden vorstehenden Abschnitt aufrechterhalten werden kann.
Der Positivelektroden-Stromsammler 17 ist an dem Positivelektroden-Außenanschluss 4 montiert. Der Positivelektroden-Stromsammler 17 enthält: einen rechteckigen leitfähigen Positivelektroden-Plattenabschnitt 17a mit langen Seiten parallel zu der longitudinalen Richtung der Deckelplatte 9; und einen zylindrischen leitfähigen Positivelektroden-Schaftabschnitt 17b, der von einer Oberfläche des leitfähigen Positivelektroden-Plattenabschnitts 17a vorsteht. Ein Außendurchmesser des leitfähigen Positivelektroden-Schaftabschnitts 17b ist kleiner als ein Durchmesser des Durchgangslochs 4a des Positivelektroden-Außenanschlusses 4 und ein Innendurchmesser des Vorsprungs 20b der Innendichtung 20 eingestellt. Obwohl in dieser Ausführungsform der leitfähige Positivelektroden-Schaftabschnitt 17b hohl ist (Hohlniet), kann der leitfähige Positivelektroden-Schaftabschnitt als ein alternativer Fall massiv sein (massiver Niet). Die andere Oberfläche des leitfähigen Positivelektroden-Plattenabschnitts 17a ist flach ausgebildet. Obwohl bevorzugt wird, dass die andere Oberfläche des leitfähigen Positivelektroden-Plattenabschnitts 17a eine flache Oberfläche ist, ist das Vorliegen einer Ausnehmung in einem gewissen Ausmaß zulässig, solange eine fügende Eigenschaft der Fahnen nicht verloren geht. Der leitfähige Positivelektroden-Plattenabschnitt 17a und der leitfähige Positivelektroden-Schaftabschnitt 17b sind miteinander integral ausgebildet. In dieser Ausführungsform sind der leitfähige Positivelektroden-Plattenabschnitt 17a und der leitfähige Positivelektroden-Schaftabschnitt 17b als ein aus dem gleichen Material hergestellter integraler Teil ausgebildet.
Eine Größe des leitfähigen Positivelektroden-Plattenabschnitts 17a ist größer als eine Größe des Positivelektroden-Außenanschlusses 4 in der longitudinalen Richtung der Deckelplatte 9, d.h. in einer planaren Richtung der Deckelplatte 9. Wie in 4 gezeigt, stehen bei Betrachtung im Querschnitt ein Ende 17d beziehungsweise das andere Ende 17e des leitfähigen Positivelektroden-Plattenabschnitts 17a von einem Seitenende 4c und dem anderen Seitenende 4d des Positivelektroden-Außenanschlusses 4 in der planaren Richtung der Deckelplatte 9 vor.
Der leitfähige Positivelektroden-Schaftabschnitt 17b ist in den Vorsprung 20b von dem ausgenommenen Abschnitt 20a der Innendichtung 20 eingesetzt, und ein distaler Endabschnitt 17c des leitfähigen Positivelektroden-Schaftabschnitts 17b ist außerhalb des Durchgangslochs 4a des Positivelektroden-Außenanschlusses 4 angeordnet und ist gestaucht. Der gestauchte distale Endabschnitt 17c ist in der Innenseite der Senkung 4b angeordnet. Der leitfähige Positivelektroden-Plattenabschnitt 17a ist in der Innenseite des ausgenommenen Abschnitts 20a angeordnet. Durch Stauchen des distalen Endabschnitts 17c werden der Positivelektroden-Außenanschluss 4, die Außendichtung 19, die Deckelplatte 9 und die Innendichtung 20 zwischen dem distalen Endabschnitt 17c und dem leitfähigen Positivelektrodenplattenabschnitt 17a festgeklemmt.
Wie in 4 gezeigt, besitzen die mehreren Positivelektrodenplatten 12 jeweils die streifenförmige Positivelektrodenfahne 15. Eine Größe der Positivelektrodenfahne 15 ist größer als eine Größe des Positivelektroden-Außenanschlusses 4 in der longitudinalen Richtung der Deckelplatte 9, das heißt in der planaren Richtung der Deckelplatte 9. Die Positivelektrodenfahne 15 ist mit der anderen Oberfläche des leitfähigen Positivelektroden-Plattenabschnitts 17a verbunden, das heißt eine Oberfläche des leitfähigen Positivelektroden-Plattenabschnitts 17a auf einer Seite gegenüber einer Oberfläche des leitfähigen Positivelektrodenplattenabschnitts 17a, von dem der leitfähige Positivelektroden-Schaftabschnitt 17b durch Ultraschallschweißen vorsteht. Die Positivelektrodenfahne 15 ist mit dem leitfähigen Positivelektroden-Plattenabschnitt 17a im Bereich von einem Abschnitt des leitfähigen Positivelektroden-Plattenabschnitts 17a, der von einem Seitende 4c des Positivelektroden-Außenanschlusses 4 vorsteht, zu einem Abschnitt des leitfähigen Positivelektroden-Plattenabschnitts 17a verbunden, der von dem anderen Seitenende 4d des Positivelektroden-Außenanschlusses 4 vorsteht. Die Positivelektrodenfahne 15 ist mit mindestens einem Abschnitt der anderen Oberfläche des leitfähigen Positivelektroden-Plattenabschnitts 17a verbunden, der gegenüber dem leitfähigen Positivelektroden-Schaftabschnitt 17b angeordnet ist.
In der Nähe des Durchgangslochs 9b der Deckelplatte 9 sind die Innendichtung 20, die Außendichtung 19, der Negativelektroden-Außenanschluss 5 und der Negativelektroden-Stromsammler 18 angeordnet. Diese Innendichtung 20, die Außendichtung 19, der Negativelektroden-Außenanschluss 5 und der Negativelektroden-Stromsammler 18 besitzen im Wesentlichen die gleichen Ausbildungen wie die zuvor erwähnte Innendichtung 20, die Außendichtung 19, der Positivelektroden-Außenanschluss 4 und der Positivelektroden-Stromsammler 17, die in der Nähe des Durchgangslochs 9a angeordnet sind, und deshalb entfällt, wo angebracht, die detaillierte Beschreibung dieser Teile.
Der Negativelektroden-Außenanschluss 5 enthält ein Durchgangsloch 5a und eine Senkung 5b. Der Negativelektroden-Stromsammler 18 enthält: einen leitfähigen Negativelektroden-Plattenabschnitt 18a; und einen leitfähigen Negativelektroden-Schaftabschnitt 18b, der von einer Oberfläche des leitfähigen Negativelektroden-Plattenabschnitts 18a vorsteht. Ein distaler Endabschnitt 18c des leitfähigen Negativelektroden-Schaftabschnitts 18b ist gestaucht. Eine Größe des leitfähigen Negativelektroden-Plattenabschnitts 18a ist größer als eine Größe des Negativelektroden-Außenanschlusses 5 in der longitudinalen Richtung der Deckelplatte 9, das heißt in der planaren Richtung der Deckelplatte 9.
Die mehreren Negativelektrodenplatten 13 weisen jeweils die streifenförmige Negativelektrodenfahne 16 auf. Eine Größe der Negativelektrodenfahne 16 ist größer als eine Größe des Negativelektroden-Außenanschlusses 5 in der longitudinalen Richtung der Deckelplatte 9, das heißt in der planaren Richtung der Deckelplatte 9. Ein Ende 18d beziehungsweise das andere Ende 18e des leitfähigen Negativelektroden-Plattenabschnitts 18a stehen von einem Seitenden 5c und dem anderen Seitenende 5d des Negativelektroden-Außenanschlusses 5 in der planaren Richtung der Deckelplatte 9 vor. Die Negativelektrodenfahne 16 ist mit der anderen Oberfläche des leitfähigen Negativelektroden-Plattenabschnitts 18a im Bereich von einem Abschnitt des leitfähigen Negativelektroden-Plattenabschnitts 18a, der von einem Seitenende 5c des Negativelektroden-Außenanschlusses 5 vorsteht, zu einem Abschnitt des leitfähigen Negativelektrodenplattenabschnitts 18a, der von dem anderen Seitenende 5d des Negativelektroden-Außenanschlusses 5 vorsteht, durch Ultraschallschweißen verbunden.
In der oben erwähnten Energiespeichereinrichtung 1 wird die gestapelte Elektrodenbaugruppe, die durch Stapeln der mehreren Positivelektrodenplatten 12 und der mehreren Negativelektrodenplatten 13 ausgebildet wird, verwendet. Jedoch kann alternativ eine Wicklungselektrodenbaugruppe verwendet werden, die durch Wickeln einer Positivelektrodenplatte und einer Negativelektrodenplatte mit einem dazwischen angeordneten Separator ausgebildet wird. Obwohl der Positivelektroden-Außenanschluss 4 und der Negativelektroden-Außenanschluss 5 auf der Deckelplatte 9 angeordnet sind, können der Positivelektroden-Außenanschluss 4 und der Negativelektroden-Außenanschluss 5 jeweils auf zwei Oberflächen des Gehäuses 2 angeordnet sein.
Als Nächstes wird das Verfahren für die Herstellung der Energiespeichereinrichtung 1 beschrieben. 5 bis 8 sind teilweise vergrößerte Querschnittsansichten, die die Deckelplatte 9 und einen Bereich in der Nähe der Deckelplatte 9 zeigen, um das Verfahren zur Herstellung der Energiespeichereinrichtung 1 zu beschreiben.
Wie in 5 gezeigt, wird zuerst die Innendichtung 20 innerhalb der Deckelplatte 9 angeordnet und der Vorsprung 20b wird in das Durchgangsloch 9a eingesetzt. Die Außendichtung 19 wird außerhalb der Deckelplatte 9 angeordnet und ein distales Ende des Vorsprungs 20b wird in das Durchgangsloch 19a eingesetzt. Der Positivelektroden-Außenanschluss 4 wird in der Innenseite des ausgenommenen Abschnitts 19b angeordnet, und das Durchgangsloch 4a und der Vorsprung 20b werden koaxial angeordnet.
Als Nächstes wird, wie in 6 gezeigt, der Positivelektroden-Stromsammler 17 innerhalb der Innendichtung 20 angeordnet. Der leitfähige Positivelektroden-Schaftabschnitt 17b wird in den Vorsprung 20b eingesetzt, und der distale Endabschnitt 17c des leitfähigen Positivelektroden-Schaftabschnitts 17b steht von dem Durchgangsloch 4a zur Außenseite vor. Der leitfähige Positivelektroden-Plattenabschnitt 17a wird in der Innenseite des ausgenommenen Abschnitts 20a angeordnet.
Als Nächstes wird, wie in 7 gezeigt, der distale Endabschnitt 17c durch Pressen gestaucht (indem er durch Pressen aufgeweitet wird). Der gestauchte distale Endabschnitt 17c erweitert sich in der Innenseite der Senkung 4b, und der Positivelektroden-Außenanschluss 4 wird an der Außendichtung 19 fixiert. Eine Außenoberfläche des gestauchten distalen Endabschnitts 17c und eine Außenoberfläche des Positivelektroden-Außenanschlusses 4 können ungefähr koplanar miteinander gemacht werden. Alternativ kann die Ausbildung verwendet werden, wo die später beschriebene aufnehmende Aufspannvorrichtung 32 die Außenoberfläche des gestauchten distalen Endabschnitts 17c stützt. Aufgrund des Stauchens des distalen Endabschnitts 17c des leitfähigen Positivelektroden-Schaftabschnitts 17b werden die jeweiligen Glieder einschließlich des leitfähigen Positivelektroden-Plattenabschnitts 17a, der Innendichtung 20, der Deckelplatte 9, der Außendichtung 19 und des Positivelektroden-Außenanschlusses 4 so aneinander gepresst, dass ein Spalt zwischen den jeweiligen Gliedern fast eliminiert werden kann.
Wie in 5 bis 7 gezeigt, wird auch bezüglich des Negativelektroden-Außenanschlusses 5 auf die gleiche Weise wie bei dem Positivelektroden-Außenanschluss 4 der Vorsprung 20b von der Innenseite der Deckelplatte 9 in das Durchgangsloch 9b eingesetzt, die Außendichtung 19 wird außerhalb der Deckelplatte 9 angeordnet und ein distales Ende des Vorsprungs 20b wird in das Durchgangsloch 19a eingesetzt. Der leitfähige Negativelektroden-Schaftabschnitt 18b wird von der Innenseite der Deckelplatte 9 in den Vorsprung 20b eingesetzt, der distale Endabschnitt 18c des leitfähigen Negativelektroden-Schaftabschnitts 18b steht von dem Durchgangsloch 4a zur Außenseite vor und der leitfähige Negativelektroden-Plattenabschnitt 18a wird in der Innenseite des ausgenommenen Abschnitts 20a angeordnet. Der distale Endabschnitt 18c wird so gestaucht, dass der Negativelektroden-Außenanschluss 5 an der Außendichtung 19 fixiert wird. Eine Außenoberfläche des gestauchten distalen Endabschnitts 18c und eine Außenoberfläche des Negativelektroden-Außenanschlusses 5 können etwa koplanar miteinander gemacht werden. Alternativ kann die Ausbildung verwendet werden, wo die Außenoberfläche des gestauchten distalen Endabschnitts 18c durch die später beschriebene aufnehmende Aufspannvorrichtung 32 gestützt wird. Aufgrund des Stauchens des distalen Endabschnitts 18c des leitfähigen Negativelektroden-Schaftabschnitts 18b werden die jeweiligen Glieder einschließlich des leitfähigen Negativelektroden-Plattenabschnitts 18a, der Innendichtung 20, der Deckelplatte 9, der Außendichtung 19 und des Negativelektroden-Außenanschlusses 5 so aneinander gepresst, dass ein Spalt zwischen den jeweiligen Gliedern fast eliminiert werden kann.
Aufgrund des Stauchens der distalen Endabschnitte 17c, 18c werden die Deckelplatte 9, der Positivelektroden-Außenanschluss 4 und der Negativelektroden-Außenanschluss 5 und der leitfähige Positivelektroden-Plattenabschnitt 17a und der leitfähige Negativelektroden-Plattenabschnitt 18a miteinander integriert, wodurch die Deckelbaugruppe 25 ausgebildet wird.
Als Nächstes wird, wie in 8 gezeigt, die schwingende Aufspannvorrichtung 31 innerhalb des leitfähigen Positivelektroden-Plattenabschnitts 17a angeordnet, und die aufnehmende Aufspannvorrichtung 32 wird außerhalb des Positivelektroden-Außenanschlusses 4 angeordnet. Weiterhin werden die Positivelektrodenfahnen 15 zwischen der schwingenden Aufspannvorrichtung 31 und dem leitfähigen Positivelektroden-Plattenabschnitt 17a angeordnet. Aufgrund der Schwingung der schwingenden Aufspannvorrichtung 31 werden der leitfähige Positivelektroden-Plattenabschnitt 17a und die Positivelektrodenfahnen 15 durch Ultraschallschweißen aneinander gefügt.
Auf gleiche Weise wird die schwingende Aufspannvorrichtung 31 innerhalb des leitfähigen Negativelektroden-Plattenabschnitts 18a angeordnet, und die aufnehmende Aufspannvorrichtung 32 wird außerhalb des Negativelektroden-Außenanschlusses 5 angeordnet. Weiterhin werden die Negativelektrodenfahnen 16 zwischen der schwingenden Aufspannvorrichtung 31 und dem leitfähigen Negativelektroden-Plattenabschnitt 18a angeordnet. Aufgrund der Schwingung der schwingenden Aufspannvorrichtung 31 werden der leitfähige Negativelektroden-Plattenabschnitt 18a und die Negativelektrodenfahnen 16 durch Ultraschallschweißen aneinander gefügt.
Nachdem das Ultraschallschweißen abgeschlossen ist, wird die gestapelte Elektrodenbaugruppe 3 in dem Gehäuse 2 untergebracht, und die Deckelplatte 9 schließt die Öffnung 2a des Gehäuses 2, wodurch die Energiespeichereinrichtung 1 hergestellt wird (siehe 4).
Wie oben beschrieben kann durch Stauchen der distalen Endabschnitte 17c, 18c ein Spalt zwischen den jeweiligen Gliedern fast eliminiert werden und somit wird die Deckelbaugruppe 25, wo die jeweiligen Glieder integral miteinander gefügt sind, ausgebildet. Infolgedessen wird Ultraschallschwingungsenergie nicht durch unerwünschte Spalte verbraucht und somit ist es möglich, Schwingungsenergie auf konzentrierte Weise auf die Positivelektrodenfahnen 15 und die Negativelektrodenfahnen 16 anzuwenden. Dementsprechend kann Schweißen zwischen dem leitfähigen Positivelektroden-Plattenabschnitt 17a und den Positivelektrodenfahnen 15 und Schweißen zwischen dem leitfähigen Negativelektroden-Plattenabschnitt 18a und den Negativelektrodenfahnen 16 effektiv durchgeführt werden.
Eine Ungleichmäßigkeit entsteht auf einer Oberfläche der schwingenden Aufspannvorrichtung 31 und einer Oberfläche der aufnehmenden Aufspannvorrichtung 32. Nachdem das Ultraschallschweißen durchgeführt ist, werden Spuren, die durch die Unebenheit bewirkt werden, beispielsweise Nuten oder Unebenheit, auf den Positivelektrodenfahnen 15 und den Negativelektrodenfahnen 16 und dem Positivelektroden-Außenanschluss 4 und dem Negativelektroden-Außenanschluss 5 ausgebildet.
Die Positivelektrodenfahnen 15 und die Negativelektrodenfahnen 16 werden zusammen mit der gestapelten Elektrodenbaugruppe 3 in dem Gehäuse 2 untergebracht, und die Deckelbaugruppe 25 schließt die Öffnung 2a, wodurch die Energiespeichereinrichtung 1 hergestellt wird.
Bei dem Verfahren zum Herstellen der Energiespeichereinrichtung 1 gemäß der Ausführungsform wird die Deckelbaugruppe 25, die die Deckelplatte 9, den Außenanschluss 4, 5 und die leitfähigen Plattenabschnitte 17a, 18a enthält, zuerst ausgebildet, und die Deckelbaugruppe 25 wird zwischen der schwingenden Aufspannvorrichtung 31 und der aufnehmenden Aufspannvorrichtung 32 angeordnet und die Fahnen 15, 16 und die leitfähigen Plattenabschnitte 17a, 18a werden durch Ultraschallschweißen in einem Zustand aneinander gefügt, wo die Fahnen 15, 16 zwischen dem leitfähigen Plattenabschnitt 17a der Deckelbaugruppe 25 und der schwingenden Aufspannvorrichtung 31 angeordnet sind. Es ist nicht immer notwendig, die Deckelbaugruppe 25 in einem Trockenraum auszubilden. Wenn ein Herstellungsfehler in einem Stadium des Ausbildens der Deckelbaugruppe 25 auftritt, kann, da die Fahnen 15, 16 immer noch nicht angeschweißt sind, nur die Deckelbaugruppe im Verlauf der Herstellung verworfen werden. Das heißt, es ist unnötig, die gesamte gestapelte Elektrodenbaugruppe 3 zu verwerfen. Dementsprechend kann die Produktivität der Energiespeichereinrichtung 1 gesteigert werden.
Die leitfähigen Schaftabschnitte 17b, 18b der leitfähigen Plattenabschnitte 17a, 18a, die von Oberflächen auf einer Seite gegenüber einer Oberfläche vorstehen, an die die Fahnen, 15, 16 angeschweißt sind, werden in die Durchgangslöcher 9a, 9b, 4a, 5a eingesetzt, die in der Deckelplatte 9 und den Außenanschlüssen 4, 5 ausgebildet sind, und die distalen Enden der leitfähigen Schaftabschnitte 17b, 18b werden an den Außenanschlüssen 4, 5 fixiert, wodurch die Deckelbaugruppe 25 ausgebildet wird. Dementsprechend können die Fahnen 15, 16 nur unterhalb der leitfähigen Schaftabschnitte 17b, 18b angeschweißt werden und somit können Strompfade zwischen den Fahnen 15, 16 und den Außenanschlüssen 4, 5 verkürzt werden, wodurch Widerstandsverluste der Strompfade gesenkt werden können.
Die Außendichtung 19 mit isolierenden Eigenschaften wird zwischen der Deckelplatte 9 und den Außenanschlüssen 4, 5 angeordnet, und die Innendichtung 20 mit einer isolierenden Eigenschaft wird zwischen der Deckelplatte 9 und den leitfähigen Plattenabschnitten 17a, 18a angeordnet. Die Fahnen 15, 16 werden zwischen den leitenden Plattenabschnitten 17a, 18a und der schwingenden Aufspannvorrichtung 31 in einem Zustand angeordnet, wo die Außenanschlüsse 4, 5 und die Fahnen 15, 16 einander in einer Richtung überlappen, die von der schwingenden Aufspannvorrichtung 31 zu der aufnehmenden Aufspannvorrichtung 32 gerichtet ist.
Herkömmlicherweise ist Ultraschallschweißen zwischen den leitfähigen Plattenabschnitten 17a, 18a, die innerhalb der Deckelplatte 9 angeordnet sind, und den Fahnen 15, 16 der Platten in einem Zustand durchgeführt worden, wo nur die leitfähigen Plattenabschnitte 17a, 18a und die Fahnen 15, 16 zwischen der schwingenden Aufspannvorrichtung 31 und der aufnehmenden Aufspannvorrichtung 32 geschichtet sind. Es ist jedoch kein Versuch angestellt worden zum Durchführen eines Ultraschallschweißens durch Schichten einer Dichtung, die aus einem synthetischen Harz wie etwa Polyphenylensulfid (PPS), Polypropylen (PP) oder dergleichen hergestellt ist, als Beispiel, zwischen der schwingenden Aufspannvorrichtung 31 und der aufnehmenden Aufspannvorrichtung 32 zusammen mit den leitfähigen Plattenabschnitten 17a, 18a und den Fahnen 15, 16.
Die leitfähigen Plattenabschnitte 17a, 18a dieser Ausführungsform weisen große flache Oberflächen auf, die mit den Fahnen 15, 16 gefügt werden sollen. Die leitfähigen Plattenabschnitte 17a, 18a werden durch die Deckelplatte 9 über einen plattenförmigen Dichtungskörper gestützt. Die Deckelplatte 9 stützt die leitfähigen Plattenabschnitte 17a, 18a über eine große Fläche. Die leitfähigen Schaftabschnitte 17b, 18b sind integral mit den leitfähigen Plattenabschnitten 17a, 18a ausgebildet. Aufgrund des Stauchens der distalen Endabschnitte 17c, 18c der leitfähigen Schaftabschnitte 17b, 18b werden die jeweiligen Glieder einschließlich der leitfähigen Plattenabschnitte 17a, 18a, der Innendichtung 20, der Deckelplatte 9, der Außendichtung 19 und den Außenanschlüssen 4, 5 so gepresst, dass ein Spalt zwischen den jeweiligen Gliedern fast eliminiert wird. Bei einer derartigen Ausbildung können durch Durchführen von Ultraschallschweißen in einem Zustand, wo die Dichtung zwischen die schwingende Aufspannvorrichtung 31 und die aufnehmende Aufspannvorrichtung 32 zusammen mit den leitenden Plattenabschnitten 17a, 18a und den Fahnen 15, 16 geschichtet ist, die Fahnen 15, 16 günstig an die leitfähigen Plattenabschnitte 17a, 18a geschweißt werden.
Es sei so dargelegt, dass die in dieser Patentschrift offenbarte Ausführungsform für einen exemplifizierenden Zweck in allen Aspekten bereitgestellt wird und nicht beschränkend ist. Die in den jeweiligen Ausführungsformen beschriebenen technischen Merkmale können miteinander kombiniert werden, und der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung soll alle Modifikationen beinhalten, die innerhalb Ansprüche und Ansprüchen äquivalente Schutzbereiche fallen.
Die Größen der Fahnen 15, 16 können gleich oder geringfügig kleiner als die Größen der Außenanschlüsse 4, 5 eingestellt werden, vorausgesetzt dass Widerstände der Strompfade ausreichend unterdrückt werden können. Durch Fügen der Fahnen 15, 16 an Abschnitte der leitfähigen Plattenabschnitte 17a, 18a, die gegenüber den leitfähigen Schaftabschnitten 17b, 18b angeordnet sind, und Abschnitten, die auf beiden Seiten solcher Abschnitte angeordnet sind, können Kontaktbereiche zwischen den Fahnen 15, 16 und den leitfähigen Plattenabschnitten 17a, 18a sichergestellt werden.
Obwohl die Beschreibung bezüglich des Falls angefertigt worden ist, wo die Energiespeichereinrichtung 1 die Lithiumionen-Sekundärbatterie ist, ist die Energiespeichereinrichtung 1 nicht auf eine Lithiumionen-Sekundärbatterie beschränkt. Die Energiespeichereinrichtung 1 kann eine von anderen Sekundärbatterien sein, wie etwa eine Nickelwasserstoffbatterie. Weiterhin kann die Energiespeichereinrichtung 1 eine Primärbatterie oder eine elektrochemische Zelle wie etwa ein Kondensator sein.
Bezugszeichenliste

1:: Energiespeichereinrichtung
2:: Gehäuse
2a:: Öffnung
4:: Positivelektroden-Außenanschluss
4a:: Durchgangsloch
5:: Negativelektroden-Außenanschluss
5a:: Durchgangsloch
9:: Deckelplatte
12:: Positivelektrodenplatte
13:: Negativelektrodenplatte
17:: Positivelektroden-Stromsammler
17a:: leitfähiger Positivelektroden-Plattenabschnitt
17b:: leitfähiger Positivelektroden-Schaftabschnitt
18:: Negativelektroden-Stromsammler
18a:: leitfähiger Negativelektroden-Plattenabschnitt
18b:: leitfähiger Negativelektroden-Schaftabschnitt
19:: Außendichtung (erstes Isolierglied)
20:: Innendichtung (zweites Isolierglied)
25:: Deckelbaugruppe

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2016091659 A [0004]

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Energiespeichereinrichtung, wobei eine Deckelbaugruppe ausgebildet wird durch Integrieren einer Deckelplatte, die eine Öffnung eines Gehäuses bedeckt, das eine Platte aufnimmt, eines Außenanschlusses, der zur Außenseite der Deckelplatte exponiert ist, und eines leitfähigen Plattenabschnitts, der innerhalb der Deckelplatte auf überlappende Weise angeordnet ist, Anordnen der Deckelbaugruppe zwischen einer schwingenden Aufspannvorrichtung und einer aufnehmenden Aufspannvorrichtung, Anordnen einer Fahne der Platte zwischen dem leitfähigen Plattenabschnitt und der schwingenden Aufspannvorrichtung und Anwenden eines Ultraschallschweißens auf die Fahne und den leitfähigen Plattenabschnitt.
Verfahren zur Herstellung einer Energiespeichereinrichtung nach Anspruch 1, wobei der leitfähige Schaftabschnitt des leitfähigen Plattenabschnitts, der von einer Oberfläche auf einer Seite gegenüber einer Oberfläche vorsteht, an die die Fahne geschweißt ist, in Durchgangslöcher eingesetzt wird, die in der Deckelplatte und einem Außenanschluss ausgebildet sind, und ein distales Ende des leitfähigen Schaftabschnitts an dem Außenanschluss fixiert wird, wodurch die Deckelbaugruppe ausgebildet wird.
Verfahren zum Herstellen einer Energiespeichereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein erstes Isolierglied zwischen der Deckelplatte und dem Außenanschluss angeordnet wird, wodurch die Deckelplatte ausgebildet wird.
Verfahren zum Herstellen einer Energiespeichereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei ein zweites Isolierglied zwischen der Deckelplatte und dem leitfähigen Plattenabschnitt angeordnet wird.
Verfahren zum Herstellen einer Energiespeichereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Fahne der Platte zwischen dem leitfähigen Plattenabschnitt und der schwingenden Aufspannvorrichtung in einem Zustand angeordnet wird, wo der Außenanschluss und die Fahne einander in einer Richtung überlappen, die von der schwingenden Aufspannvorrichtung zu der aufnehmenden Aufspannvorrichtung gerichtet ist.