JP2014212012A - Method of manufacturing secondary battery and secondary battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は,二次電池の製造方法および二次電池に関する。詳しくは,集電体積層部に集電端子を良好に接合し得る二次電池の製造方法および二次電池に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a secondary battery and a secondary battery. Specifically, the present invention relates to a secondary battery manufacturing method and a secondary battery that can satisfactorily join a current collector terminal to a current collector laminate.
近年,リチウムイオン二次電池などの二次電池は,携帯電話やパーソナルコンピュータ等の電子機器,ハイブリッド自動車や電気自動車等の車両等,多岐にわたる分野で利用されている。特にリチウムイオン二次電池は,エネルギー密度が高いため,各種の機器に搭載する上で好適である。 In recent years, secondary batteries such as lithium ion secondary batteries have been used in various fields such as electronic devices such as mobile phones and personal computers, vehicles such as hybrid cars and electric cars. In particular, a lithium ion secondary battery has a high energy density and is suitable for mounting in various devices.
このような二次電池として従来から,角型の電池ケースに,電極体を収容した構成の二次電池が知られている。電極体としては例えば,箔状の正極集電体の表面に正極活物質層が塗工された正極板,箔状の負極集電体の表面に負極活物質層が塗工された負極板,および,正極板と負極板とを絶縁するセパレータを重ねて捲回した捲回電極体がある。この捲回電極体は,正極活物質層の形成されていない正極活物質層非塗工部が巻き重ねられてなる正極集電体積層部を,捲回軸方向に沿う一端側に有するとともに,負極活物質層の形成されていない負極活物質層非塗工部が巻き重ねられてなる負極集電体積層部を,捲回軸方向に沿う他端側に有している。この正極集電体積層部には,正極集電端子が接合されており,負極集電体積層部には,負極集電端子が接合されている。 Conventionally, a secondary battery having a configuration in which an electrode body is accommodated in a rectangular battery case is known as such a secondary battery. Examples of the electrode body include a positive electrode plate coated with a positive electrode active material layer on the surface of a foil-shaped positive electrode current collector, a negative electrode plate coated with a negative electrode active material layer on the surface of a foil-shaped negative electrode current collector, In addition, there is a wound electrode body in which separators that insulate a positive electrode plate and a negative electrode plate are overlapped and wound. This wound electrode body has a positive electrode current collector laminated portion formed by winding a positive electrode active material layer non-coated portion on which a positive electrode active material layer is not formed on one end side along the winding axis direction, A negative electrode current collector laminated portion formed by winding a negative electrode active material layer non-coated portion on which a negative electrode active material layer is not formed is provided on the other end side along the winding axis direction. A positive electrode current collector terminal is joined to the positive electrode current collector laminated portion, and a negative electrode current collector terminal is joined to the negative electrode current collector laminated portion.
ここで,集電体積層部に対する集電端子の接合方法として,従来から下記特許文献1に示す方法が知れられている。下記特許文献1では,その図1に示されるように,積層された複数の「アルミニウム箔1a,1a…」を端子用の「アルミ製ベース板B」とともに「超音波ヘッドH,H」間に挟んで押圧するとともに,超音波振動により振動させている。これにより,アルミニウム箔1a,1a…の「酸化被膜2a,2a…」を破壊するとともに,積層された複数のアルミニウム箔1a,1a…を仮付けしている。そして,同文献の図2に示されるように,アルミニウム箔1a,1a…の仮付けされた箇所をアルミ製ベース板Bとともに一対の「電極E,E」で挟み込んで電極E,E間に電流を流すことにより,積層されたアルミニウム箔1a,1a…とアルミ製ベース板Bとを抵抗溶接にて接合している。この接合方法によれば,積層された複数のアルミニウム箔1a,1a…を常に安定した溶接強度で抵抗溶接にて接合できるとされている。 Here, as a method of joining the current collector terminal to the current collector laminated portion, a method shown in Patent Document 1 below has been conventionally known. In Patent Document 1 below, as shown in FIG. 1, a plurality of laminated “aluminum foils 1 a, 1 a...” Are placed between “ultrasonic heads H, H” together with “aluminum base plate B” for terminals. While being sandwiched and pressed, it is vibrated by ultrasonic vibration. As a result, the “oxide films 2a, 2a...” Of the aluminum foils 1a, 1a... Are destroyed and a plurality of laminated aluminum foils 1a, 1a. Then, as shown in FIG. 2 of the same document, the temporarily attached portions of the aluminum foils 1a, 1a... Are sandwiched between a pair of “electrodes E, E” together with the aluminum base plate B, and a current is passed between the electrodes E, E. , And the laminated aluminum foils 1a, 1a... And the aluminum base plate B are joined by resistance welding. According to this joining method, it is supposed that a plurality of laminated aluminum foils 1a, 1a... Can always be joined by resistance welding with stable welding strength.
しかしながら,上記特許文献1に記載の接合方法には次のような問題点があった。すなわち上記した接合方法では,超音波ヘッド間に,積層されたアルミニウム箔とアルミ製ベース板を挟み込む。そのため,超音波ヘッドは,アルミニウム箔におけるアルミ製ベース板側の面に接しない。しかも,超音波ヘッドにおけるアルミニウム箔への接触面やアルミ製ベース板への接触面は,凸部のない平坦面である。従って,超音波溶接後のアルミニウム箔に,凹部のある溶接痕が形成されない。 However, the joining method described in Patent Document 1 has the following problems. That is, in the above joining method, the laminated aluminum foil and the aluminum base plate are sandwiched between the ultrasonic heads. For this reason, the ultrasonic head does not contact the aluminum base plate side surface of the aluminum foil. In addition, the contact surface to the aluminum foil and the contact surface to the aluminum base plate in the ultrasonic head are flat surfaces having no projections. Therefore, a weld mark having a recess is not formed on the aluminum foil after ultrasonic welding.
そのため超音波溶接後の抵抗溶接において,アルミニウム箔の仮付された箇所を一対の電極間に位置させても,電極間への通電の初期に電流の流れる箇所が安定しない。例えば,積層されたアルミニウム箔における酸化被膜の破壊された一つの箇所に,集中して電流が流れたり,積層されたアルミニウム箔における酸化被膜の破壊された複数の箇所に,大きさの異なる電流が分散して流れたりする。 For this reason, in resistance welding after ultrasonic welding, even if the location where the aluminum foil is temporarily attached is positioned between a pair of electrodes, the location where the current flows is not stable at the initial stage of energization between the electrodes. For example, current flows in a concentrated manner at one location where the oxide film in the laminated aluminum foil is destroyed, or currents of different sizes are present at multiple locations where the oxide film is destroyed in the laminated aluminum foil. It flows in a distributed manner.
酸化被膜の破壊された一つの箇所に集中して電流が流れた場合には,集中して電流が流れた箇所のみが非常に高温となる。その結果,アルミニウムが噴き出すほど溶融し,図23に示すように,肉のない欠肉部200のある1つの大きなナゲット201が瞬時に形成されてしまうことがある。欠肉部200が形成されてしまうと,アルミニウム箔202とアルミ製ベース板203との溶接強度が著しく低下する。また,噴き出した溶融状態のアルミニウムが抵抗溶接装置の電極に付着し,図24に示すように,アルミニウム箔202が抵抗溶接装置の電極205に接合されてしまうことがある。図24において一点鎖線は,アルミニウム箔202と電極205との接合箇所を示している。アルミニウム箔202が抵抗溶接装置の電極205に接合されてしまうと,電池の生産性が低下する。
When the current flows concentrated on one location where the oxide film is broken, only the location where the concentrated current flows becomes very hot. As a result, the aluminum melts as it is ejected, and as shown in FIG. 23, one
また,酸化被膜の破壊された複数の箇所に大きさの異なる電流が分散して流れた場合には,大きな電流が流れた箇所は小さな電流が流れた箇所に比して高温になる。その結果,アルミニウムの溶融状態に差が生じ,図25に示すように,サイズの異なる複数のナゲット210が形成されてしまう。このような不均一のナゲット210の形成は,製品毎の溶接強度のばらつきの原因となる。なお,上記特許文献1に記載の接合方法では,超音波仮付工程で仮付された部分(図25中のクロスハッチング部分211参照)の表面積よりも,抵抗溶接工程で電流の流れる部分(図25中の破線で示される部分212)の表面積の方が小さい。このことも抵抗溶接時に電流の流れる箇所が安定しないことの原因の一つとなっている。
In addition, when currents of different sizes flow in a plurality of locations where the oxide film is broken, the location where a large current flows becomes higher than the location where a small current flows. As a result, a difference occurs in the molten state of aluminum, and a plurality of
本発明は上記した問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは,集電体積層部と集電端子とを高い接合強度で良好に接合することが可能な二次電池の製造方法及び二次電池を提供することにある。 The present invention has been made to solve the above-described problems. That is, an object of the present invention is to provide a secondary battery manufacturing method and a secondary battery that can satisfactorily bond the current collector laminated portion and the current collector terminal with high bonding strength.
この課題の解決を目的としてなされた本発明の一態様における二次電池の製造方法は,正極集電体に正極活物質層が塗工された正極塗工部と正極集電体に正極活物質層が塗工されていない正極非塗工部とを含む正極板,負極集電体に負極活物質層が塗工された負極塗工部と負極集電体に負極活物質層が塗工されていない負極非塗工部とを含む負極板,及び,正極塗工部と負極塗工部との間に介在するセパレータを含み,正極非塗工部が負極板からはみ出た状態で積層された正極集電体積層部を一端に有するとともに,負極非塗工部が正極板からはみ出た状態で積層された負極集電体積層部を他端に有する電極体を用意する準備工程と,アンビルと複数の凸部を有するホーンとを備える超音波溶接装置を用いて,ホーンが有する複数の凸部を押し当てるようにアンビルとホーンとの間に正極集電体積層部又は負極集電体積層部のうち一方の極の集電体積層部を挟み込みつつ,ホーンを振動させることにより,集電体積層部におけるアンビルとの接触面に第1溶接痕領域を形成するとともに,集電体積層部におけるホーンとの接触面に凹部のある第2溶接痕領域を形成する凹部形成工程と,集電体積層部における少なくとも第2溶接痕領域を含む領域にその集電体積層部に対応する極の集電端子を当接させつつ,第1電極と第2電極からなる一対の電極を備える抵抗溶接装置を用いて第1溶接痕領域及び第2溶接痕領域が一対の電極の間に位置するように集電体積層部と集電端子とを一対の電極で挟み込んで抵抗溶接を行う抵抗溶接工程と,をこの順に含み,凹部形成工程では,次の式(1)及び(2)が満たされるように,第1溶接痕領域及び第2溶接痕領域を形成する。
S1≧S2 …(1)
1<S2/S3<6…(2)
S1:形成予定の第1溶接痕領域の面積
S2:形成予定の第1溶接痕領域と,その第1溶接痕領域が抵抗溶接工程で当接する予定の第1電極との抵抗溶接工程における接触面積
S3:形成予定の第2溶接痕領域と,その第2溶接痕領域が抵抗溶接工程で当接する予定の集電端子との抵抗溶接工程における接触面積
In order to solve this problem, a method for manufacturing a secondary battery according to an embodiment of the present invention includes a positive electrode coated portion in which a positive electrode active material layer is coated on a positive electrode current collector and a positive electrode active material on the positive electrode current collector. A negative electrode active material layer is applied to a negative electrode coated portion and a negative electrode current collector in which a negative electrode active material layer is coated on a positive electrode plate, a negative electrode current collector, and a negative electrode non-coated portion. A negative electrode plate including a negative electrode non-coated portion and a separator interposed between the positive electrode coated portion and the negative electrode coated portion, and the positive electrode non-coated portion is laminated in a state of protruding from the negative electrode plate. A preparatory step of preparing an electrode body having a positive electrode current collector laminated portion at one end and a negative electrode current collector laminated portion laminated at the other end with the negative electrode non-coated portion protruding from the positive electrode plate; Using an ultrasonic welding apparatus equipped with a horn having a plurality of convex portions, the plurality of convex portions possessed by the horn are pressed. The current collector laminated portion is obtained by vibrating the horn while sandwiching the current collector laminated portion of one of the positive electrode current collector laminated portion or the negative electrode current collector laminated portion between the anvil and the horn so as to be applied. Forming a first weld trace region on the contact surface with the anvil in the step, and forming a second weld trace region having a concave portion on the contact surface with the horn in the current collector laminated portion; A resistance welding apparatus comprising a pair of electrodes composed of a first electrode and a second electrode while contacting a current collecting terminal of a pole corresponding to the current collector laminated portion in a region including at least the second welding mark region A resistance welding process in which resistance welding is performed by sandwiching the current collector laminated portion and the current collector terminal between the pair of electrodes so that the first welding trace region and the second welding trace region are positioned between the pair of electrodes. In this order, in the recess formation process, As 1) and (2) are satisfied, to form the first welding mark area and a second welded mark regions.
S1 ≧ S2 (1)
1 <S2 / S3 <6 (2)
S1: Area of the first welding trace area to be formed S2: Contact area in the resistance welding process between the first welding trace area to be formed and the first electrode to which the first welding trace area is abutted in the resistance welding process S3: Contact area in the resistance welding process between the second welding mark area to be formed and the current collector terminal where the second welding mark area is scheduled to abut in the resistance welding process
上記した二次電池の製造方法では,抵抗溶接前に,超音波溶接にて集電体積層部に凹部のある第2溶接痕領域を形成している。そして抵抗溶接工程では,一対の電極の間に第2溶接痕領域を位置させている。この第2溶接痕領域と集電端子との接触面積S3は,第1溶接痕領域と第1電極との接触面積S2よりも小さい。そのため,抵抗溶接を行うにあたり,集電体積層部における集電端子との接触面の接触抵抗(接触面における電気抵抗)が,集電体積層部における第1電極との接触面の接触抵抗よりも大きくなる。よって,集電体積層部と集電端子との接触面に十分なジュール熱を発生させることができる。従って,集電体積層部と集電端子とを十分に溶融することができる。その結果,適切なサイズのナゲットを形成することができ,集電体積層部と集電端子とを強固に接合することができる(十分な溶接強度で接合することができる)。 In the secondary battery manufacturing method described above, the second welding trace region having a recess in the current collector laminated portion is formed by ultrasonic welding before resistance welding. In the resistance welding process, the second welding mark region is positioned between the pair of electrodes. The contact area S3 between the second welding trace area and the current collecting terminal is smaller than the contact area S2 between the first welding trace area and the first electrode. Therefore, when performing resistance welding, the contact resistance of the contact surface with the current collector terminal (electrical resistance at the contact surface) in the current collector laminated portion is determined by the contact resistance of the contact surface with the first electrode in the current collector laminated portion. Also grows. Therefore, sufficient Joule heat can be generated on the contact surface between the current collector stack and the current collector terminal. Therefore, the current collector laminated portion and the current collector terminal can be sufficiently melted. As a result, a nugget of an appropriate size can be formed, and the current collector laminated portion and the current collector terminal can be firmly bonded (bonding can be performed with sufficient welding strength).
しかも,1≧S2/S3とした場合には集電体積層部と第1電極との接触面の接触抵抗が高くなり過ぎて,その接触面の温度が高くなり過ぎることにより,集電体積層部が過剰に溶融して第1電極と接合してしまうおそれがある。しかしながら,本構成では1<S2/S3としているため,このような不具合が生じない。 Moreover, when 1 ≧ S2 / S3, the contact resistance of the contact surface between the current collector stack and the first electrode becomes too high, and the temperature of the contact surface becomes too high. There is a possibility that the portion melts excessively and is joined to the first electrode. However, since 1 <S2 / S3 in this configuration, such a problem does not occur.
また,S2/S3≧6とした場合には集電体積層部と集電端子との接触面の接触抵抗が高くなり過ぎて,その接触面の温度が高くなり過ぎることにより集電体積層部が過剰に溶融し,溶融した集電体積層部が噴き出して第1電極と接合したり欠肉部のあるナゲットが形成されたりするおそれがある。しかしながら,本構成ではS2/S3<6としているため,このような不具合が生じない。 Further, when S2 / S3 ≧ 6, the contact resistance of the contact surface between the current collector stack and the current collector terminal becomes too high, and the temperature of the contact surface becomes too high. May melt excessively, and the melted current collector laminated portion may be ejected and bonded to the first electrode or a nugget with a lacking portion may be formed. However, in this configuration, since S2 / S3 <6, such a problem does not occur.
ここで上記した二次電池の製造方法における凹部形成工程では,ホーンが有する複数の凸部のピッチを大きくすることにより接触面積S3を小さくし,ホーンが有する複数の凸部のピッチを小さくすることにより接触面積S3を大きくすることが望ましい。 Here, in the recess forming step in the manufacturing method of the secondary battery described above, the contact area S3 is reduced by increasing the pitch of the plurality of protrusions included in the horn, and the pitch of the plurality of protrusions included in the horn is decreased. Therefore, it is desirable to increase the contact area S3.
このようにすれば,他のパラメータ(超音波溶接におけるホーンの押圧力,振動周波数,及び溶接時間等)を変更するのに比して,上記した式(2)を満たす第2溶接痕領域を確実に形成することができるからである。 In this way, the second welding mark region satisfying the above-described expression (2) is compared with changing other parameters (such as the pressing force of the horn in ultrasonic welding, the vibration frequency, and the welding time). It is because it can form reliably.
また上記した二次電池の製造方法における凹部形成工程では,アンビルとして複数の凸部を有するものを用い,アンビルが有する複数の凸部を押し当てるようにアンビルとホーンとの間に集電体積層部を挟み込み,凹部のある第1溶接痕領域を形成することが望ましい。 In the recess forming step in the method for manufacturing a secondary battery described above, the anvil having a plurality of projections is used, and the current collector is laminated between the anvil and the horn so as to press the plurality of projections of the anvil. It is desirable to form a first weld mark region having a concave portion by sandwiching the portion.
このようにすれば,抵抗溶接時における第1溶接痕領域と第1電極との接触面積S2を,第1溶接痕領域の面積S1よりも小さくすることができる(S1>S2)。そのため,S1=S2とした場合に比して,集電体積層部と第1電極との接触面の接触抵抗を大きくすることができる。その結果,集電体積層部の発熱を促進して良好な溶接を行うことができる。なお,上記式(2)が満たされている限り,集電体積層部と第1電極とが接合してしまうほど,集電体積層部が溶融することはない。 If it does in this way, the contact area S2 of the 1st welding trace area | region and 1st electrode at the time of resistance welding can be made smaller than the area S1 of a 1st welding trace area | region (S1> S2). Therefore, compared with the case where S1 = S2, the contact resistance of the contact surface between the current collector stack and the first electrode can be increased. As a result, heat generation in the current collector laminated portion can be promoted and good welding can be performed. In addition, as long as the said Formula (2) is satisfy | filled, a collector laminated part is not melted so that a collector laminated part and a 1st electrode may join.
また上記した二次電池の製造方法における凹部形成工程では,アンビルが有する複数の凸部のピッチを大きくすることにより接触面積S2を小さくし,アンビルが有する複数の凸部のピッチを小さくすることにより接触面積S2を大きくすることが望ましい。 Further, in the recess forming step in the method for manufacturing a secondary battery described above, the contact area S2 is reduced by increasing the pitch of the plurality of protrusions included in the anvil, and the pitch of the plurality of protrusions included in the anvil is decreased. It is desirable to increase the contact area S2.
このようにすれば,他のパラメータ(超音波溶接におけるホーンの押圧力,振動周波数,及び,溶接時間等)を変更するのに比して,上記した式(1)及び式(2)を満たす第1溶接痕領域を確実に形成することができるからである。 In this way, the above formulas (1) and (2) are satisfied as compared to changing other parameters (such as horn pressing force, vibration frequency, and welding time in ultrasonic welding). This is because the first welding mark region can be formed reliably.
また上記した二次電池の製造方法における凹部形成工程では,次の式(3)がさらに満たされるように,第1溶接痕領域を形成することが望ましい。
A>S1…(3)
A:前記抵抗溶接工程で用いる予定の前記第1電極における接合対象に接触する端面の面積
Moreover, in the recessed part formation process in the manufacturing method of an above-described secondary battery, it is desirable to form a 1st welding trace area | region so that following Formula (3) may be satisfy | filled further.
A> S1 (3)
A: The area of the end surface in contact with the joining target in the first electrode scheduled to be used in the resistance welding process
A≦S1とした場合には,第1溶接痕領域に流れる電流の電流密度が低下する。そのため,集電体積層部を十分に溶融することができなくなる。その結果,形成されるナゲットが小さくなる。また,第1溶接痕領域における第1電極の周縁との接触部位では,第1溶接痕領域の凹部のために第1電極の周縁が第1溶接痕領域と接しない箇所が生じる。そのため,第1電極が集電体積層部を十分に押圧することができず,その箇所に形成されるナゲットは他のナゲットよりも著しく小さいものとなってしまう。これらの原因によりA≦S1とした場合には,集電体積層部と集電端子との接合強度が低下する。しかしながら上記の製造方法ではA>S1としているため,このような不具合は生じない。 In the case of A ≦ S1, the current density of the current flowing in the first welding mark region is reduced. For this reason, the current collector laminated portion cannot be sufficiently melted. As a result, a smaller nugget is formed. Moreover, in the contact part with the periphery of the 1st electrode in a 1st welding trace area | region, the location where the periphery of a 1st electrode does not contact | connect a 1st welding trace area | region arises because of the recessed part of a 1st welding trace area | region. For this reason, the first electrode cannot sufficiently press the current collector laminated portion, and the nugget formed at that location is significantly smaller than the other nuggets. For these reasons, when A ≦ S1, the bonding strength between the current collector stack and the current collector terminal decreases. However, since A> S1 in the above manufacturing method, such a problem does not occur.
また上記した二次電池の製造方法における準備工程では,正極集電体としてアルミニウム箔を用い,凹部形成工程では,正極集電体積層部に第1溶接痕領域及び第2溶接痕領域を形成し,抵抗溶接工程では,正極集電体積層部にアルミニウム製の正極集電端子を接合することとしてもよい。 Further, in the preparation step in the method for manufacturing a secondary battery described above, an aluminum foil is used as the positive electrode current collector, and in the recess forming step, the first welding mark region and the second welding mark region are formed in the positive electrode current collector laminated portion. In the resistance welding process, a positive electrode current collector terminal made of aluminum may be joined to the positive electrode current collector laminated portion.
アルミニウムは例えば銅などの他の金属よりも熱伝導率が低いため,銅と比べると抵抗溶接には不向きである。またアルミニウムは表面に電気抵抗の高い酸化被膜が存在するため,そのまま抵抗溶接を行うと集電体積層部と抵抗溶接装置の第1電極とが溶着するおそれがある。しかしながら上記した二次電池の製造方法では,超音波溶接によりアルミニウム箔に凹部を施すことにより集電体積層部と集電端子との接触面の接触抵抗を大きくしているため,抵抗溶接であっても十分に集電体積層部を発熱させて溶融することができる。また超音波溶接によりアルミニウム箔の酸化被膜が破壊されるため,集電体積層部と第1電極の溶着を防ぐことができる。その結果,集電体積層部と第1電極の溶着を防ぎつつ,十分な強度で集電体積層部と集電端子とを接合することができる。なお,銅に比して抵抗溶接に不向きなアルミニウム製の正極集電体積層部と正極集電端子との接合に抵抗溶接を用いるのは,次のようなメリットがあるからである。すなわち,近年の正極集電端子には,異常時に電流を遮断するための電流遮断機構を組み込んだ構成のものがある。このような正極集電端子を超音波溶接により正極集電体積層部と接合すると,溶接時に超音波により電流遮断機構に力が加わり,電流遮断機構に不具合が生じるおそれがある。しかし超音波溶接ではなく抵抗溶接を用いれば,このような不具合を生じることなく,電流遮断機構を有した正極集電端子と正極集電体積層部とを接合することができる。 Aluminum has a lower thermal conductivity than other metals such as copper, so it is not suitable for resistance welding compared to copper. In addition, since aluminum has an oxide film with a high electric resistance on the surface, there is a possibility that the current collector laminated portion and the first electrode of the resistance welding apparatus are welded if resistance welding is performed as it is. However, in the above-described secondary battery manufacturing method, since the contact resistance of the contact surface between the current collector laminated portion and the current collector terminal is increased by forming a recess in the aluminum foil by ultrasonic welding, resistance welding is not used. However, the current collector laminated portion can be sufficiently heated and melted. Moreover, since the oxide film of the aluminum foil is destroyed by ultrasonic welding, it is possible to prevent welding of the current collector laminated portion and the first electrode. As a result, it is possible to join the current collector laminate portion and the current collector terminal with sufficient strength while preventing the current collector laminate portion and the first electrode from being welded. The reason why resistance welding is used for joining the positive electrode current collector laminated portion made of aluminum, which is not suitable for resistance welding compared to copper, and the positive electrode current collector terminal is as follows. That is, some recent positive electrode current collecting terminals have a structure incorporating a current interrupting mechanism for interrupting current in the event of an abnormality. When such a positive electrode current collector terminal is joined to the positive electrode current collector laminated portion by ultrasonic welding, a force is applied to the current interruption mechanism by ultrasonic waves during welding, and there is a risk that the current interruption mechanism may be defective. However, if resistance welding is used instead of ultrasonic welding, the positive electrode current collector terminal having the current interruption mechanism and the positive electrode current collector laminated portion can be joined without causing such a problem.
また本発明は,正極集電体に正極活物質層が塗工された正極塗工部と正極集電体に正極活物質層が塗工されていない正極非塗工部とを含む正極板,負極集電体に負極活物質層が塗工された負極塗工部と負極集電体に負極活物質層が塗工されていない負極非塗工部とを含む負極板,及び,正極塗工部と負極塗工部との間に介在するセパレータを含み,正極非塗工部が負極板からはみ出た状態で積層された正極集電体積層部を一端に有するとともに,負極非塗工部が正極板からはみ出た状態で積層された負極集電体積層部を他端に有する電極体と,正極集電体積層部に接合された正極集電端子と,負極集電体積層部に接合された負極集電端子と,を備え,正極集電体積層部又は負極集電体積層部のうち少なくともいずれか一方の極の集電体積層部は,正極集電端子又は負極集電端子のうち当該集電体積層部に対応する極の集電端子との接合面の裏側の面に,凹部のある又は凹部のない第1溶接痕領域を有するとともに,接合面に,ナゲットの形成された第2溶接痕領域を有するものであり,第1溶接痕領域及び第2溶接痕領域は,次の式(4)及び(5)を満たしているものであることを特徴とする二次電池にも及ぶ。
S1≧S4 …(4)
1<S4/S5<2…(5)
S1:第1溶接痕領域の面積
S4:第1溶接痕領域における凹んでいない箇所の面積
S5:第2溶接痕領域におけるナゲットでない箇所の面積
The present invention also includes a positive electrode plate including a positive electrode coated portion in which a positive electrode active material layer is coated on a positive electrode current collector and a positive electrode non-coated portion in which the positive electrode current collector is not coated with a positive electrode active material layer, A negative electrode plate including a negative electrode coated portion in which a negative electrode active material layer is coated on a negative electrode current collector, and a negative electrode non-coated portion in which the negative electrode current collector is not coated with a negative electrode active material layer, and positive electrode coating Including a separator interposed between the negative electrode coating portion and the negative electrode coating portion, the positive electrode non-coating portion being laminated in a state protruding from the negative electrode plate at one end, An electrode body having a negative electrode current collector laminated part laminated in a state protruding from the positive electrode plate at the other end, a positive electrode current collector terminal joined to the positive electrode current collector laminated part, and a negative electrode current collector laminated part And a negative electrode current collector terminal, and a current collector laminate portion of at least one of the positive electrode current collector laminate portion and the negative electrode current collector laminate portion , Of the positive electrode current collector terminal or the negative electrode current collector terminal, a first welding mark region having a concave portion or no concave portion is provided on the back surface of the joint surface with the current collector terminal of the electrode corresponding to the current collector laminated portion. In addition, the joint surface has a second weld trace region where a nugget is formed, and the first weld trace region and the second weld trace region satisfy the following expressions (4) and (5): It extends to the secondary battery characterized by being.
S1 ≧ S4 (4)
1 <S4 / S5 <2 (5)
S1: Area of the first welding trace area S4: Area of the non-dented area in the first welding trace area S5: Area of the non-nugget area in the second welding trace area
この二次電池は,上記した製造方法により製造した二次電池である。従ってこの電池では,上記したように集電体積層部と集電端子とが高い接合強度で良好に接合されている。 This secondary battery is a secondary battery manufactured by the above-described manufacturing method. Therefore, in this battery, as described above, the current collector laminated portion and the current collector terminal are well bonded with high bonding strength.
本発明によれば,集電体積層部と集電端子とを高い接合強度で良好に接合することが可能な二次電池の製造方法及び二次電池が提供されている。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing method and secondary battery of a secondary battery which can favorably join a collector lamination part and a current collection terminal with high joining strength are provided.
以下,本発明の二次電池を具体化した実施形態について,添付図面を参照しつつ詳細に説明する。図1は,実施形態に係る二次電池100の断面図である。実施形態に係る二次電池100(以下単に「電池100」ともいう)は,図1に示すように,角型の電池ケース180と,電池ケース180の内部に収容された扁平形状の捲回電極体110とを備える角型のリチウムイオン二次電池である。この電池100は,ハイブリッドカーや電気自動車等の車両や,ハンマードリル等の電池使用機器に動力源として搭載されるものである。なお,本明細書において,特に断りのない限りは,上下左右は,図1を基準にいうものとし,また,図1中紙面手前側を前方,紙面奥側を後方というものとする。
Hereinafter, embodiments of the secondary battery of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view of a
電池ケース180は,アルミニウムからなり,電池ケース本体181及び封口蓋182を有する。より詳細には電池ケース180は,封口蓋182以外の面のうちの2面が他の面よりも大面積の扁平面をなす扁平角型のものである。封口蓋182は,矩形板状であり,電池ケース本体181の上部開口を閉塞して,この電池ケース本体181に溶接されている。この封口蓋182には,矩形板状の安全弁197が封着されている。
The
電池ケース本体181は,上部を開口させた有底矩形箱形状をなしており,内部に扁平形状の捲回電極体110を収容している。より詳細には,電池ケース本体181は,封口蓋182に対向する矩形板状のケース底壁部181bと,ケース底壁部181bの周縁から上方へ立設する4つのケース側壁部181cとを備えている。
The
捲回電極体110は,帯状の正極板130及び負極板120が帯状のセパレータ150を介して扁平形状に捲回されてなる捲回型の電極体である。この捲回電極体110は,捲回軸方向AXを水平方向に沿わせた状態で,電池ケース180内に収容されている。正極板130には,クランク状に屈曲した板状の正極集電端子191が接合されている。正極集電端子191の正極板130に対する接合方法については後述する。また,負極板120には,クランク状に屈曲した板状の負極集電端子192が抵抗溶接により接合されている。なお,正極集電端子191は,後述する正極集電体131と同様の材料(本形態では,アルミニウム)からなる。また,負極集電端子192は,後述する負極集電体121と同様の材料(本形態では,銅)からなる。
The
正極集電端子191及び負極集電端子192のうち,それぞれの先端(上端)に位置する正極外部端子部191a及び負極外部端子部192aは,電池ケース180の封口蓋182を貫通して蓋表面182Aから突出している。正極外部端子部191aと封口蓋182との間,及び,負極外部端子部192aと封口蓋182との間には,それぞれ,電気絶縁性の樹脂からなる絶縁部材195が介在している。
Of the positive electrode current collecting
図2は,捲回電極体110の構造を示す図である。図2に示すように,正極板130は,長手方向DA(図2において上下方向)に沿って延びるアルミニウム箔からなる帯状の正極集電体(正極集電板)131と,この正極集電体131の表面の一部に塗工された正極活物質層132とを含むものである。正極活物質層132は,例えば,コバルト酸リチウム(LiCoO2)からなる正極活物質133と,アセチレンブラックからなる導電材と,ポリフッ化ビニリデン(PVDF)からなる結着材とを含んでいる。
FIG. 2 is a view showing the structure of the
正極集電体131のうち,正極活物質層132が塗工されている部位を,正極塗工部(正極活物質層形成部)131aという。一方,正極活物質層132が塗工されていない部位を,正極非塗工部(正極活物質層非形成部)131bという。正極非塗工部131bは,正極集電体131(正極板130)の幅方向DB(図2において左右方向)の端部(図2において左端部)に位置し,正極集電体131(正極板130)の長手方向DAに沿って帯状に延びている。
A portion of the positive electrode
また負極板120は,長手方向DAに沿って延びる銅箔からなる帯状の負極集電体(負極集電板)121と,この負極集電体121の表面の一部に塗工された負極活物質層122とを含むものである。負極活物質層122は,例えば,黒鉛(グラファイト)からなる負極活物質123と,SBRからなる結着剤と,CMCからなる増粘剤とを含んでいる。
The
負極集電体121のうち,負極活物質層122が塗工されている部位を,負極塗工部(負極活物質層形成部)121aという。一方,負極集電体121のうち,負極活物質層122が塗工されていない部位を,負極非塗工部(負極活物質層非形成部)121bという。負極非塗工部121bは,負極集電体121(負極板120)の幅方向DBの端部(図2において右端部)に位置し,負極集電体121(負極板120)の長手方向DAに沿って帯状に延びている。
A portion of the negative electrode
またセパレータ150は,例えばポリエチレンからなり,正極板130と負極板120との間に介在して,これらを離間させるものである。なお,このセパレータ150には,図1に示すように,リチウムイオンを有する電解液160が含浸されている。電解液160は,例えば,エチレンカーボネート(EC)とエチルメチルカーボネート(EMC)とを,体積比でEC:EMC=3:7に調整した混合有機溶媒に,溶質として六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)を添加し,リチウムイオン濃度を1mol/Lとした非水電解液である。
The
このように構成された捲回電極体110は,図1に示すように,正極非塗工部131bが負極板120からはみ出た状態で巻き重ねられてなる正極集電体積層部136を,捲回軸方向AXに沿う一端部(左端部)に有している。正極集電体積層部136は,正極集電端子191の下端部が後述する溶接方法により接合されている部分である。図1において符号137で示す箇所は,その溶接痕を示している。この溶接により,正極集電端子191と捲回電極体110とが電気的かつ機械的に接続されている。
As shown in FIG. 1, the
また,捲回電極体110は,負極非塗工部121bが正極板130からはみ出た状態で巻き重ねられてなる負極集電体積層部126を,捲回軸方向AXに沿う他端部(右端部)に有している。負極集電体積層部126は,負極集電端子192の下端部が抵抗溶接により溶接されている部分である。図1において符号127で示す箇所は,その溶接痕を示している。この溶接により,負極集電端子192と捲回電極体110とが電気的かつ機械的に接続されている。
In addition, the
なお,捲回電極体110において,正極集電体積層部136と負極集電体積層部126との間に位置しているのは,発電部116である。発電部116は,正極塗工部131a(正極板130の正極活物質層132が形成されている部分,図2参照)と,負極塗工部121a(負極板120の負極活物質層122が形成されている部分,図2参照)と,セパレータ150とが巻き重ねられている部分である。
In the
次に,本形態の電池100の製造工程について簡単に説明する。まず,上述のように構成した捲回電極体110,電池ケース本体181,及び,封口蓋182を用意する。封口蓋182には,予め集電端子191,192を組み付けておく。
Next, the manufacturing process of the
次に,図1に示すように,正極集電端子191を,捲回電極体110の正極集電体積層部136に後述の溶接方法により接合する。さらに,負極集電端子192を,捲回電極体110の負極集電体積層部126に抵抗溶接により接合する。
Next, as shown in FIG. 1, the positive electrode
続いて,電池ケース本体181の内部に捲回電極体110を収容すると共に,封口蓋182により電池ケース本体181を閉塞する。そして,封口蓋182と電池ケース本体181を,レーザー溶接により接合する。
Subsequently, the
レーザー溶接により封口蓋182と電池ケース本体181を接合した後は,図示しない注液口を通じて,電解液160を電池ケース本体181の内部に注入して,捲回電極体110に含侵させる。そして,注液口を注液栓で封止する。その後,所定の処理を行うことで,本形態の電池100(図1参照)が完成する。
After the sealing
次に,正極集電端子191の正極集電体積層部136への接合方法について詳述する。正極集電端子191の正極集電体積層部136への接合は,まず正極集電体積層部136のみに超音波溶接を行い(図3〜7),その後正極集電体積層部136及び正極集電端子191に抵抗溶接を行う(図6〜12)ことによりなされる。まず超音波溶接について具体的に説明する。
Next, a method for joining the positive
(超音波溶接)
実施形態では,正極集電体積層部136に正極集電端子191を接合する前に,正極集電体積層部136を構成する各層を超音波溶接により接合することとしている。これは,正極集電体積層部136の表裏の表面(前面136a及び後面136b,図3参照)に,散点状に凹部を形成するためである。すなわち,図6,7に示すように,超音波溶接後の正極集電体積層部136の前面136a及び後面136bには,溶接痕としての凹部12,22が形成されている。正極集電体積層部136の前面136aにおける凹部12の形成されている領域を,第1溶接痕領域10という(図6参照)。また,正極集電体積層部136の後面136bにおける凹部22の形成されている領域を,第2溶接痕領域20という(図7参照)。
(Ultrasonic welding)
In the embodiment, before the positive electrode
超音波溶接をするにあたり,まず,超音波溶接装置を用意する。図3に示すように,超音波溶接装置40は,振動体であるホーン41とそれに協働するアンビル45とを備えるものである。この超音波溶接装置40を用いた超音波溶接では,ホーン41とアンビル45とで接合対象であるワーク(正極集電体積層部136)を挟み込む。このときホーン41に設けられた複数の凸部42,及びアンビル45に設けられた複数の凸部46は,高加圧でワーク(正極集電体積層部136)に押し当てられる。そしてホーン41をワークの面方向に沿って(正極集電体積層部136の後面136bの面方向に沿って左右に)振動させる。すなわち,図中矢印V方向に振動させる。
First, prepare an ultrasonic welding device for ultrasonic welding. As shown in FIG. 3, the
これにより,正極集電体積層部136を構成する各層138が溶接されるとともに,正極集電体積層部136の前面136aには図6に示すように,アンビル45の凸部46に対応する凹部12のある第1溶接痕領域10が形成され,後面136bには図7に示すように,ホーン41の凸部42に対応する凹部22のある第2溶接痕領域20が形成される。なお実施形態では,ホーン41の振動方向Vを捲回軸方向AXと同じ方向に設定している。これにより,ホーン41の振動により正極集電体積層部136に亀裂や破断が生じるのを防いでいる。
As a result, the
ここで,ホーン41の先端面(ワークに対する接触端面)41aに形成されている複数の凸部42,及びアンビル45の先端面(ワークに対する接触端面)45aに形成されている複数の凸部46について詳しく述べる。図4は,ホーン41の先端面41aに形成されている複数の凸部42(以下「第1凸部42」ともいう)を示している。図5は,アンビル45の先端面45aに形成されている複数の凸部46(以下「第2凸部46」ともいう)を示している。第1凸部42及び第2凸部46は,ともに四角錐形状の突起である。図4,5に示すように,第2凸部46のピッチP2は第1凸部42のピッチP1よりも小さい。但し,ホーン41の先端面41a(ホーン41における凸部42が設けられている領域)と,アンビル45の先端面45a(アンビル45における凸部46が設けられている領域)とは同じ大きさである。また,アンビル45に設けられている凸部46の数は,ホーン41に設けられている凸部42の数よりも多い。また,アンビル45に設けられている凸部46は,ホーン41に設けられている凸部42よりも高さ(鉛直方向に沿う長さ)が短い。
Here, the plurality of
実施形態では,このような第1凸部42を備えるホーン41及び第2凸部46を備えるアンビル45を用いて正極集電体積層部136を溶接する。そのため,アンビル45が押し当てられていた正極集電体積層部136の前面136aには,図6に示すような溶接痕(第1溶接痕領域10)が形成される。一方,ホーン41が押し当てられていた正極集電体積層部136の後面136bには,図7に示すような溶接痕(第2溶接痕領域20)が形成される。第2溶接痕領域20の凹部22の陥没は,第1溶接痕領域10の凹部12の陥没よりも深い。また,第2溶接痕領域20の凹部22の開口面の面積は,第1溶接痕領域10の凹部12の開口面の面積よりも大きい。すなわち,正極集電体積層部136の前面136aに形成された第1溶接痕領域10における凹んでいない箇所(第1溶接痕領域10における凹部12を除いた箇所)の面積S2(図10参照)は,正極集電体積層部136の後面136bに形成された第2溶接痕領域20における凹んでいない箇所(第2溶接痕領域20における凹部22を除いた箇所)の面積S3(図11参照)よりも大きい。
In the embodiment, the positive electrode current collector laminated
なお本実施形態では,凸部42,46の形状として特に好ましい四角錐(ピラミッド型)を採用しているが,ホーン41およびアンビル45におけるそれぞれの凸部42,46の突出形状としては,ワーク(正極集電体積層部136)に押し付けることができるような突起状のものである限り,特に限定するものではない。例えば,四角錐以外の多角錐や円錐,または先端部が切り落とされた多角錐や円錐,あるいは円筒や半球などの形状とすることができる。
In the present embodiment, a particularly preferable quadrangular pyramid (pyramid type) is adopted as the shape of the
また本実施形態では,ホーン41およびアンビル45におけるそれぞれの凸部42,46は,いずれも複数個設けられており,アンビル45に設けられた凸部42の数よりも,ホーン41に設けられた凸部46の数の方が少ない。ただし,それぞれの凸部42,46の数は限定されるものではなく,溶接面積に応じて適宜調整することができる。また本形態では,ホーン41として,凸部42(12個)が図4に示すように配置されたものを用い,アンビル45として,ホーン41の凸部42より小さな凸部46が図5に示すように配置されたものを用いているが,凸部42,46の配列についても特に制限されるものではない。例えば,凸部が単列に配置されていてもよいし,複列に配置されていてもよい。複列である場合には,千鳥模様,市松模様などのパターン性を有する配置であってもよいし,規則性なしに配置されていてもよい。
In the present embodiment, the
上記したように実施形態の超音波溶接では,このようなホーン41の凸部42及びアンビル45の凸部46を正極集電体積層部136に押し当てることにより,箔状の正極集電体131が積層されてなる正極集電体積層部136に対してホーン41の凸部42及びアンビル45の凸部46をしっかりと食い込ませる。ところで,アルミニウム製の正極集電体および正極集電端子が超音波溶接された従来の二次電池では,アルミニウムの表面に形成された酸化被膜のため,超音波による振動が正極集電体積層部における正極集電端子側の内層部分まで伝播されず,強固な接合となっていないことがあった。しかしながら,本実施形態の製造方法によると,ホーン41の凸部42及びアンビル45の凸部46がアルミニウムの表面の酸化被膜を壊すため,正極集電体積層部136の全層が良好に固相接合する。すなわち,正極集電体積層部136の隣り合う各層138同士を強固に接合することができる。その結果,安定して高出力を発揮し得る信頼性の高い二次電池とすることができる。
As described above, in the ultrasonic welding according to the embodiment, the
(抵抗溶接)
続いて,上記のように第1溶接痕領域10および第2溶接痕領域20を形成した正極集電体積層部136に,正極集電端子191を抵抗溶接(スポット溶接)にて接合する。抵抗溶接をするにあたり,まず,抵抗溶接装置を用意する。図8に示すように,抵抗溶接装置50は,正極集電体積層部136に当接する第1電極52および正極集電端子191に当接する第2電極55からなる一対の電極51を備えるものである。
(Resistance welding)
Subsequently, the positive electrode
この抵抗溶接装置50を用いた抵抗溶接では,図8に示すように一対の電極51(第1電極52及び第2電極55)で接合対象(正極集電端子191と正極集電体積層部136)を挟み込む。この挟み込みは,正極集電体積層部136の第1溶接痕領域10及び第2溶接痕領域20が一対の電極51間に位置するように行う。また,正極集電体積層部136の第2溶接痕領域20と正極集電端子191の接合箇所が接するように行う。
In resistance welding using this
すなわち図8に示す状態では,正極集電体積層部136の前面136a(接合面の裏側の面)における第1溶接痕領域10を含む領域に,第1電極52の先端面(接合対象との接触端面)52aが当接している。また正極集電体積層部136の後面136b(接合面に相当)における第2溶接痕領域20を含む領域に,正極集電端子191が当接している。さらに正極集電端子191における第2溶接痕領域20と接している領域の裏側の領域に,第2電極55の先端面(接合対象との接触端面)55aが当接している。
That is, in the state shown in FIG. 8, the front end surface of the first electrode 52 (with the object to be joined) is located in the region including the first
本実施形態では,上記した状態となるように一対の電極51間に正極集電体積層部136及び正極集電端子191を挟み込んで,正極集電体積層部136及び正極集電端子191を加圧する(正極集電体積層部136及び正極集電端子191に押圧力を印加する)。そしてこれに伴い,両電極52,55間を通電する。これにより,接合対象(正極集電体積層部136及び正極集電端子191)にジュール熱を発生させて接合対象を溶融させることにより,正極集電体積層部136と正極集電端子191とを接合する。
In the present embodiment, the positive electrode current collector laminated
図12は,接合後の正極集電体積層部136と正極集電端子191を示している。図12に示すように,接合後の正極集電体積層部136の図中上面(前面136a)は,第1電極52が押し付けられていたため凹んでいる。また正極集電体積層部136と正極集電端子191との境界部分には,ナゲット70が形成されている。ナゲット70は,抵抗溶接により溶融した接合対象(正極集電体積層部136及び正極集電端子191)が凝固したものである。実施形態では,図12に示すような良好なサイズのナゲット70がバラツキなく複数形成されている。これは以下の理由による。
FIG. 12 shows the positive electrode current collector laminated
すなわち実施形態では,図9に示すように,第1溶接痕領域10および第2溶接痕領域20の直径d1は,第1電極52の接触端面52a及び第2電極55の接触端面55aの直径d2よりも小さい。すなわち図10に示すように,第1溶接痕領域10全体の面積S1は,第1電極52の接触端面52aの面積Aに比して小さい(A>S1)。しかも図10に示すように,第1溶接痕領域10は,その周縁10aが第1電極52の周縁52bの内側に位置するように,第1電極52と接している。そのため抵抗溶接時には電流が凹部12のある第1溶接痕領域10全体に均等に流れる。なお図11に示すように,第2溶接痕領域20の面積(第1溶接痕領域10の面積S1と等しい)も,第2電極55の接触端面55aの面積(第1電極52の接触端面52aの面積Aと等しい)に比して小さく,第2溶接痕領域20は,その周縁20aが第2電極55の周縁55bの内側に位置するように,第2電極55と接している。
That is, in the embodiment, as shown in FIG. 9, the diameter d1 of the first
加えて,抵抗溶接時における正極集電体積層部136と第1電極52との接触面積(当接面積)S2(図10のハッチング箇所参照)は,正極集電体積層部136と正極集電端子191との接触面積(当接面積)S3(図11のハッチング箇所参照)よりも大きい(S2>S3)。より詳細には,S2とS3との比(S2/S3)は,1<S2/S3<6の範囲にある。従って,抵抗溶接時には,正極集電体積層部136と第1電極52との接触抵抗に比して,正極集電体積層部136と正極集電端子191との接触抵抗の方が適度に大きくなる。接触抵抗とは,接触面における電気抵抗である。なお第1溶接痕領域10には凹部12が形成されている分,S2は,S1よりも小さくなっている(S2<S1)。
In addition, the contact area (contact area) S2 between the positive electrode
その結果,正極集電体積層部136と正極集電端子191との接触部分が適度に高い温度に発熱して溶融する。そのため図12に示すように,良好なサイズのナゲット70がバラツキなく複数形成され,正極集電体積層部136と正極集電端子191とが高い接合強度で良好に接合されるのである。一方,正極集電体積層部136と第1電極52との接触部分の発熱は抑えられる。そのため,正極集電端子191が第1電極52に付着してしまうことがないのである。
As a result, the contact portion between the positive electrode current collector laminated
次に,本形態の電池100の製造方法(特に正極集電体積層部136と正極集電端子191との接合方法)の効果を確認するために行った試験の結果について,下記表1に基づいて説明する。
Next, the results of tests conducted to confirm the effects of the method for manufacturing the
この実験では,厚さ15μmのアルミニウム箔を40枚積層したものを用意し,これを40mm×30mmのサイズにカットして,正極集電体積層部136のテストピースとした。また,正極集電端子191のテストピースとして,厚さ1.5mmのアルミニウム板を用意した。
In this experiment, 40 aluminum foils having a thickness of 15 μm were laminated, and the aluminum foil was cut into a size of 40 mm × 30 mm to obtain a test piece for the positive electrode current
用意したアルミニウム箔の積層体に対して,次のように超音波溶接を行った。すなわち,上記した超音波溶接装置40を用いて,ホーン41の振幅を80μm,振動エネルギーを100J(ジュール),加圧力を1000N(ニュートン)として超音波溶接を行った。
The prepared aluminum foil laminate was subjected to ultrasonic welding as follows. That is, ultrasonic welding was performed using the
表1に示す各実施例及び各比較例では,超音波溶接におけるアンビル45の凸部46のピッチP2(図5参照)及びホーン41の凸部42のピッチP1(図4参照)を変えている。アンビル45のピッチP2を変えると,面積S2(図10参照)が変わる。また,ホーン41のピッチP1を変えると,面積S3(図11参照)が変わる。アンビルピッチP2と面積S2との関係は,下記表2の通りである。またホーンピッチP1と面積S3との関係は,下記表3の通りである。
In each example and each comparative example shown in Table 1, the pitch P2 (see FIG. 5) of the
具体的には表1に示す各実施例及び各比較例では,アンビルピッチP2及びホーンピッチP1を次のように設定した。
実施例1:
アンビルピッチP2:0.9mm(S2:3.4mm2)
ホーンピッチ P1:1.0mm(S3:3.1mm2)
実施例2
アンビルピッチP2:0.7mm(S2:5.1mm2)
ホーンピッチ P1:1.2mm(S3:1.8mm2)
実施例3
アンビルピッチP2:0.4mm(S2:7.0mm2)
ホーンピッチ P1:1.3mm(S3:1.2mm2)
実施例4
アンビルピッチP2:0mm即ち凸部46なしの平坦面(S2:9.6mm2)
ホーンピッチ P1:1.2mm(S3:1.8mm2)
実施例5
アンビルピッチP2:0.7mm(S2:5.1mm2)
ホーンピッチ P1:1.2mm(S3:1.8mm2)
比較例1
アンビルピッチP2:1.0mm(S2:3.1mm2)
ホーンピッチ P1:0.9mm(S3:3.4mm2)
比較例2
アンビルピッチP2:0.1mm(S2:8.5mm2)
ホーンピッチ P1:1.3mm(S3:1.4mm2)
Specifically, in each example and each comparative example shown in Table 1, the anvil pitch P2 and the horn pitch P1 were set as follows.
Example 1:
Anvil pitch P2: 0.9 mm (S2: 3.4 mm 2 )
Horn pitch P1: 1.0 mm (S3: 3.1 mm 2 )
Example 2
Anvil pitch P2: 0.7 mm (S2: 5.1 mm 2 )
Horn pitch P1: 1.2 mm (S3: 1.8 mm 2 )
Example 3
Anvil pitch P2: 0.4 mm (S2: 7.0 mm 2 )
Horn pitch P1: 1.3 mm (S3: 1.2 mm 2 )
Example 4
Anvil pitch P2: 0 mm, that is, a flat surface without the convex portion 46 (S2: 9.6 mm 2 )
Horn pitch P1: 1.2 mm (S3: 1.8 mm 2 )
Example 5
Anvil pitch P2: 0.7 mm (S2: 5.1 mm 2 )
Horn pitch P1: 1.2 mm (S3: 1.8 mm 2 )
Comparative Example 1
Anvil pitch P2: 1.0 mm (S2: 3.1 mm 2 )
Horn pitch P1: 0.9 mm (S3: 3.4 mm 2 )
Comparative Example 2
Anvil pitch P2: 0.1 mm (S2: 8.5 mm 2 )
Horn pitch P1: 1.3 mm (S3: 1.4 mm 2 )
このような超音波溶接により,正極集電体積層部136のテストピースであるアルミニウム箔の積層体の表裏の表面に,第1溶接痕領域10(図10参照)を形成するとともに第2溶接痕領域20(図11参照)を形成した。
By such ultrasonic welding, the first weld mark region 10 (see FIG. 10) is formed on the front and back surfaces of the aluminum foil laminate, which is a test piece of the positive electrode
そしてこの超音波溶接後,アルミニウム箔の積層体に対して,正極集電端子191のテストピースであるアルミニウム板を抵抗溶接にて接合した。この抵抗溶接は,次のように行った。すなわち,上記した抵抗溶接装置50を用いて,第1電極52の加圧力を2.5kN(キロニュートン)に固定し,アルミニウム箔の積層体からアルミニウム板へ向かって電流が流れるように通電して,抵抗溶接を行った。
And after this ultrasonic welding, the aluminum plate which is a test piece of the positive electrode
その後,この抵抗溶接について評価した。評価項目は,上記表1に示すように,「溶接強度」,「電極への付着」,及び「スパッタの飛散」である。各評価項目の評価結果を示す上記表1中の「◎」,「○」,及び「×」の意味は,次の通りである。なお,この実験では,各実施例及び各比較例に示す条件での接合を10回ずつ行っている。
溶接強度
◎:10回中全てが200N(ニュートン)以上の溶接強度を示した
○:10回中全てが150N以上の溶接強度を示した
×:10回中5回以上が100N未満の溶接強度を示した
電極への付着
○:10回中全てがアルミニウム箔の積層体と第1電極52との付着なし
×:10回中5回以上がアルミニウム箔の積層体と第1電極52との付着あり
スパッタの飛散
○:10回中全てがスパッタの飛散なし
×:10回中5回以上がスパッタの飛散あり
Then, this resistance welding was evaluated. The evaluation items are “welding strength”, “adhesion to electrode”, and “spatter scattering” as shown in Table 1 above. The meanings of “◎”, “◯”, and “×” in the above Table 1 showing the evaluation results of each evaluation item are as follows. In this experiment, bonding was performed 10 times under the conditions shown in each example and each comparative example.
Weld strength ◎: All 10 times showed a weld strength of 200 N (Newton) or more ○: All 10 times showed a weld strength of 150 N or more ×: 5 times or more of 10 times showed a weld strength of less than 100 N Adhesion to the indicated electrode ○: No adhesion between the aluminum foil laminate and the
上記表1に示す実施例1〜5は,S2とS3の比(S2/S3)が1より大きく6未満,すなわち1<S2/S3<6のケースである。これらの各実施例では,「溶接強度」,「電極への付着」,及び「スパッタの飛散」の全ての項目について良好な結果が得られた。但し,実施例5では,形成されたナゲットのサイズが実施例1〜4に比して小さかった(すなわち小径であった)。そのため実施例5は,実施例1〜4に比して溶接強度が低かった。 Examples 1 to 5 shown in Table 1 above are cases where the ratio of S2 to S3 (S2 / S3) is greater than 1 and less than 6, that is, 1 <S2 / S3 <6. In each of these examples, good results were obtained for all items of “welding strength”, “adhesion to electrodes”, and “spatter scattering”. However, in Example 5, the size of the formed nugget was smaller than that of Examples 1 to 4 (that is, it had a small diameter). Therefore, the weld strength of Example 5 was lower than that of Examples 1 to 4.
この実施例5は,第1電極52の接触端面52aの面積Aに比して,第1溶接痕領域の面積S1が大きい,すなわちA<S1のケースである。他の実施例(実施例1〜4)は,A>S1である。具体的には図13に示すように,第1電極52の接触端面52aの直径d2よりも,アルミニウム箔の積層体136A(正極集電体積層部136のテストピース)に形成された第1溶接痕領域10Aの直径d11の方が大きい。そのため図14に示すように,第1電極52の接触端面52aの面積Aよりも,第1溶接痕領域10Aの面積S1の方が大きい。またこのケースでは図15に示すように,第2電極55の接触端面55aの面積(Aと同じ)よりも,第2溶接痕領域20Aの面積(S1と同じ)の方が大きい。
The fifth embodiment is a case where the area S1 of the first welding mark region is larger than the area A of the
このような条件で溶接すると,図16に示すように積層体136Aとアルミニウム板191A(正極集電端子191のテストピース)との境界部分に形成されるナゲット70Aが,図12に示すナゲット70と比べて小さくなる。これは,第1溶接痕領域10Aが第1電極52の接触端面52aよりも大きくなったことにより,第1電極52の接触端面52aの全域が第1溶接痕領域10Aと当接するようになったため,第1溶接痕領域10Aを流れる電流の電流密度が図8に示すケースよりも低下して,積層体136A及びアルミニウム板191Aが発熱し難くなり,その溶融が不十分になったためである。特にこのケースでは,第1電極52の接触端面52aの周縁52b(図14参照)と第1溶接痕領域10Aとの接触箇所に形成されるナゲット70B(図16参照)が,著しく小さくなる。これは,接触端面52aの周縁52bと第1溶接痕領域10Aの凹部12Aが鉛直方向に沿って重なることで,その箇所を十分に押さえ込むことができなくなるからである。実施例5ではこのようなことが起こるため,実施例1〜4に比して溶接強度が小さくなるのである。
When welding is performed under such conditions, as shown in FIG. 16, the
また上記表1に示す比較例1は,S2/S3が1以下(S2/S3≦1)のケースである。すなわち,S2≦S3のケースである。具体的には図17に示すように,図8に示すものとは逆で,アルミニウム箔の積層体136B(正極集電体積層部136のテストピース)に形成された第1溶接痕領域10Bの凹部12Bよりも,第2溶接痕領域20Bの凹部22Bの方が小さくその数が多くなっている。
Further, Comparative Example 1 shown in Table 1 is a case where S2 / S3 is 1 or less (S2 / S3 ≦ 1). That is, this is a case of S2 ≦ S3. Specifically, as shown in FIG. 17, the reverse of what is shown in FIG. 8, the first
このような条件で溶接すると,図18に示すように抵抗溶接により形成されたナゲット70Cが,図12に示すものと比べて小さくなるとともに,その位置が第1電極52の方に偏る。これは,積層体136Bとアルミニウム板191B(正極集電端子191のテストピース)との接触抵抗が積層体136Bと第1電極52との接触抵抗に比して小さくなるため,積層体136Bとアルミニウム板191Bの境界で発熱し難くなり,その溶融が不十分になったためである。一方,積層体136Bと第1電極52の境界では発熱し易くなる。そのため,積層体136Bにおける第1電極52側が溶融して,積層体136Bと第1電極52とが接合する不具合も生じてしまう。なお図18中の一点鎖線は,接合されてしまった箇所を示している。従って比較例1では,表1に示すように,溶接強度が「×」,電極への付着が「×」となるのである。なお比較例1では,スパッタの飛散はない。
When welding is performed under such conditions, the
また上記表1に示す比較例2は,S2/S3が6以上(S2/S3≧6)のケースである。すなわち,S2に比してS3が過度に小さいケースである。具体的には図19に示すように,図8に示すものに比して,アルミニウム箔の積層体136C(正極集電体積層部136のテストピース)に形成された第2溶接痕領域20Cの凹部22Cが大きくなりその数が少なくなっている。
Moreover, the comparative example 2 shown in the said Table 1 is a case where S2 / S3 is 6 or more (S2 / S3> = 6). That is, S3 is excessively small compared to S2. Specifically, as shown in FIG. 19, compared with the one shown in FIG. 8, the second
このような条件で溶接すると,図20に示すように抵抗溶接により形成されたナゲット70Dが,図12に示すものと比べて大きくなる。これは,積層体136Cとアルミニウム板191C(正極集電端子191のテストピース)との接触抵抗が図8に示すものに比して大きくなり過ぎ,積層体136Cとアルミニウム板191Cの境界で過度に発熱し,その溶融が過度なものとなったためである。その結果,溶融したアルミニウムが噴き出し(スパッタが飛散し),ナゲット70Dに肉の欠けた欠肉部71が生じている。また噴出したアルミニウムが第1電極52に付着して凝固することにより,積層体136Cが第1電極52に接合される不具合が生じている。図20中の一点鎖線は接合されてしまった箇所を示している。従って比較例2では,表1に示すように,電極への付着が「×」,スパッタの飛散が「×」となるのである。なお比較例第2では,溶接強度は「○」である。これは,欠肉部71が生じることで溶接強度が下がり,「◎」の溶接強度を確保できなかったためである。
When welding is performed under such conditions, the
なお表1中の最下段に先行技術として示す例は,正極集電体積層部の表裏の表面に凹部がないケース(S2/S3=1のケース)である。このようなケースでは,溶接強度,電極への付着,及びスパッタの飛散の全ての項目が「×」となる。 The example shown as the prior art at the bottom in Table 1 is a case where there are no recesses on the front and back surfaces of the positive electrode current collector stack (S2 / S3 = 1 case). In such a case, all items of welding strength, adhesion to electrodes, and spatter scattering are “x”.
上記のような実験結果から次のことがわかる。すなわち実施例1〜5のように,S2/S3が1より大きく6未満(1<S2/S3<6)となるように第1溶接痕領域10及び第2溶接痕領域20を形成すれば,良好な接合を行うことができることがわかる。詳細には,溶接強度が強く,電極へ正極集電体積層部136が付着することもなく,スパッタが飛散することもないことがわかる。そして特にA>S1としたときには(実施例1〜4参照),抵抗溶接により形成されるナゲット70が適切なサイズでバラツキのないものとなり,溶接強度が高くなることがわかる。
The following can be understood from the experimental results as described above. That is, as in Examples 1 to 5, if the first
ここで,1<S2/S3<6となるよう第1溶接痕領域10及び第2溶接痕領域20を形成して抵抗溶接を行うと,抵抗溶接後の第1溶接痕領域10における凹んでいない箇所の面積(凹部12を除く面積)S4(図21のハッチング箇所参照)と,溶接後の第2溶接痕領域20におけるナゲット70でない箇所の面積(ナゲット70を除く面積)S5(図22のハッチング箇所参照)との比(S4/S5)は,表1に示すように,1<S4/S5<2の関係となる。従って抵抗溶接後の電池100において「1<S4/S5<2」の関係が成立していれば,上述したような良好な接合がなされた接合強度の高い電池であるといえる。なお,抵抗溶接前には「1<S2/S3<6」の範囲にあったものが,抵抗溶接後には「1<S4/S5<2」の範囲に変わるのは,次のような理由による。
Here, when resistance welding is performed by forming the first
すなわち抵抗溶接を行うと,第1溶接痕領域10は抵抗溶接による発熱で軟化する。そのため,抵抗溶接後の第1溶接痕領域10における凹んでいない箇所の面積S4(図21参照)は,抵抗溶接前の第1溶接痕領域10における凹んでいない箇所の面積(凹部12を除く面積)S2(図10参照)に比して増加する(表1参照)。また抵抗溶接を行うと,第2溶接痕領域20では凹部22(図11参照)を中心にナゲット70(図12,図22参照)が形成される。そのため,抵抗溶接後の第2溶接痕領域20におけるナゲット70でない箇所の面積S5(図22参照)は,抵抗溶接前の第2溶接痕領域20における凹んでいない箇所の面積(凹部22を除く面積)S3に比して増加する(表1参照)。なお図22は,抵抗溶接後の第2溶接痕領域20の状態を示す図であり,第2溶接痕領域20を図12のA−A断面で見た図である。
That is, when resistance welding is performed, the first
これらの結果,抵抗溶接前の「1<S2/S3<6」という関係は,表1に示すように抵抗溶接後には「1<S4/S5<2」という関係へ変わるのである。従って,抵抗溶接後に「1<S4/S5<2」の関係が成り立っている電池は,抵抗溶接時には「1<S2/S3<6」という関係が成り立っていたということであり,正極集電体積層部136と正極集電端子191とが良好に接合された電池ということである。ちなみにS4は,第1溶接痕領域10に凹部12が形成されている場合にはS1未満(S1>S4)となり,第1溶接痕領域10に凹部12が形成されていない場合にはS1と等しく(S1=S4)なる。
As a result, the relationship “1 <S2 / S3 <6” before resistance welding changes to the relationship “1 <S4 / S5 <2” after resistance welding as shown in Table 1. Therefore, a battery in which the relationship of “1 <S4 / S5 <2” is established after resistance welding is that the relationship of “1 <S2 / S3 <6” is established at the time of resistance welding. This is a battery in which the
なお表1に示す比較例1では,抵抗溶接後のS4/S5は1以下(S4/S5≦1)となっている。従って,S4/S5≦1の電池は,図18に示すような接合状態にあり,良好な接合がなされていない電池ということである。また比較例2では,抵抗溶接後のS4/S5は2以上(S4/S5≧2)となっている。従って,S4/S5≧2の電池は,図20に示すような接合状態にあり,良好な接合がなされていない電池ということである。 In Comparative Example 1 shown in Table 1, S4 / S5 after resistance welding is 1 or less (S4 / S5 ≦ 1). Therefore, the battery of S4 / S5 ≦ 1 is in a joined state as shown in FIG. 18, and is not a good joined battery. In Comparative Example 2, S4 / S5 after resistance welding is 2 or more (S4 / S5 ≧ 2). Therefore, a battery with S4 / S5 ≧ 2 is in a joined state as shown in FIG. 20, and is not a good joined battery.
以上詳細に説明したように,実施形態の二次電池100の製造方法は,次の1〜3に示す工程を含んでいる。
[1.準備工程]正極集電体131に正極活物質層132が塗工された正極塗工部131aと正極集電体131に正極活物質層132が塗工されていない正極非塗工部131bとを含む正極板130,負極集電体121に負極活物質層122が塗工された負極塗工部121aと負極集電体121に負極活物質層122が塗工されていない負極非塗工部121bとを含む負極板120,及び,正極塗工部131aと負極塗工部121aとの間に介在するセパレータ150を含み,正極非塗工部131bが負極板120からはみ出た状態で積層された正極集電体積層部136を一端に有するとともに,負極非塗工部121bが正極板130からはみ出た状態で積層された負極集電体積層部126を他端に有する捲回電極体110を用意する工程。
[2.凹部形成工程]アンビル45と複数の凸部42を有するホーン41とを備える超音波溶接装置40を用いて,ホーン41が有する複数の凸部42を押し当てるようにアンビル45とホーン41との間に正極集電体積層部136を挟み込みつつ,ホーン41を振動させることにより,正極集電体積層部136におけるアンビル45との接触面(前面136a)に第1溶接痕領域10を形成するとともに,正極集電体積層部136におけるホーン41との接触面(後面136b)に凹部22のある第2溶接痕領域20を形成する工程。
[3.抵抗溶接工程]正極集電体積層部136における少なくとも第2溶接痕領域20を含む領域に正極集電端子191を当接させつつ,第1電極52と第2電極55からなる一対の電極51を備える抵抗溶接装置50を用いて第1溶接痕領域10及び第2溶接痕領域20が一対の電極51の間に位置するように正極集電体積層部136と正極集電端子191とを一対の電極51で挟み込んで抵抗溶接を行う工程。
As described above in detail, the method for manufacturing the
[1. Preparation Step] A positive electrode coated
[2. Concave forming step] Using an
[3. Resistance Welding Step] A pair of
そして上記の凹部形成工程では,次の式(1)及び(2)が満たされるように,第1溶接痕領域10及び第2溶接痕領域20を形成している。
S1≧S2 …(1)
1<S2/S3<6…(2)
S1:形成予定の第1溶接痕領域10の面積(図10参照)
S2:形成予定の第1溶接痕領域10と,その第1溶接痕領域10が抵抗溶接工程で当接する予定の第1電極52との抵抗溶接工程における接触面積(図10参照)
S3:形成予定の第2溶接痕領域20と,その第2溶接痕領域20が抵抗溶接工程で当接する予定の正極集電端子191との抵抗溶接工程における接触面積(図11参照)
In the recess forming step, the first
S1 ≧ S2 (1)
1 <S2 / S3 <6 (2)
S1: Area of the first
S2: Contact area in the resistance welding process between the first
S3: Contact area in the resistance welding process between the second
このような実施形態の二次電池100の製造方法では,抵抗溶接前に,超音波溶接にて正極集電体積層部136に凹部22のある第2溶接痕領域20を形成している。そして抵抗溶接工程では,一対の電極51の間に第2溶接痕領域20を位置させている。この第2溶接痕領域20と正極集電端子191との接触面積S3は,第1溶接痕領域10と第1電極52との接触面積S2よりも小さい。そのため,抵抗溶接を行うにあたり,正極集電体積層部136における正極集電端子191との接触面の接触抵抗が,正極集電体積層部136における第1電極52との接触面の接触抵抗よりも大きくなる。よって,正極集電体積層部136と正極集電端子191との接触面に十分なジュール熱を発生させることができる。従って,正極集電体積層部136と正極集電端子191とを十分に溶融することができる。その結果,適切なサイズのナゲット70を形成することができ,正極集電体積層部136と正極集電端子191とを強固に接合することができる(十分な溶接強度で接合することができる)。
In the manufacturing method of the
しかも,1≧S2/S3とした場合には正極集電体積層部136と第1電極52との接触面の接触抵抗が高くなり過ぎて,その接触面の温度が高くなり過ぎることにより,正極集電体積層部136が過剰に溶融して第1電極52と接合してしまうおそれがある(図18参照)。しかしながら,実施形態の製造方法では1<S2/S3としているため,このような不具合が生じない。
In addition, when 1 ≧ S2 / S3, the contact resistance of the contact surface between the positive electrode
また,S2/S3≧6とした場合には正極集電体積層部136と正極集電端子191との接触面の接触抵抗が高くなり過ぎて,その接触面の温度が高くなり過ぎることにより正極集電体積層部136が過剰に溶融し,図20に示すように,溶融した正極集電体積層部136が噴き出して第1電極52と接合したり欠肉部71のあるナゲット70Dが形成されたりするおそれがある。しかしながら,実施形態の製造方法ではS2/S3<6としているため,このような不具合が生じない。
In addition, when S2 / S3 ≧ 6, the contact resistance of the contact surface between the positive electrode
また上記した二次電池100の製造方法における凹部形成工程では,アンビル45として複数の凸部46を有するものを用い,アンビル45が有する複数の凸部46を押し当てるようにアンビル45とホーン41との間に正極集電体積層部136を挟み込み,凹部12のある第1溶接痕領域10を形成している。
Moreover, in the recessed part formation process in the manufacturing method of the above-mentioned
よって,抵抗溶接時における第1溶接痕領域10と第1電極52との接触面積S2を,第1溶接痕領域10の面積S1よりも小さくすることができる(S1>S2)。そのため,S1=S2とした場合に比して,正極集電体積層部136と第1電極52との接触面の接触抵抗を大きくすることができる。その結果,正極集電体積層部136の発熱を促進して良好な溶接を行うことができる。なお,上記式(2)が満たされている限り,正極集電体積層部136と第1電極52とが接合してしまうほど,正極集電体積層部136が溶融することはない。
Therefore, the contact area S2 between the first
ここで上記した二次電池100の製造方法における凹部形成工程では,ホーン41が有する複数の凸部42のピッチP1(図4参照)を大きくすることにより接触面積S3を小さくすることができ,ホーン41が有する複数の凸部42のピッチP1を小さくすることにより接触面積S3を大きくすることができる(上記表3参照)。このようにして接触面積S3の大きさを調整すれば,他のパラメータ(超音波溶接におけるホーン41の押圧力,振動周波数,及び溶接時間等)を変更するのに比して,上記した式(2)を満たす第2溶接痕領域20を確実に形成することができる。
In the recess forming step in the method for manufacturing the
また上記した二次電池100の製造方法における凹部形成工程では,アンビル45が有する複数の凸部46のピッチP2(図5参照)を大きくすることにより接触面積S2を小さくすることができ,アンビル45が有する複数の凸部46のピッチP2を小さくすることにより接触面積S2を大きくすることができる(上記表2参照)。このようにして接触面積S2の大きさを調整すれば,他のパラメータ(超音波溶接におけるホーン41の押圧力,振動周波数,及び,溶接時間等)を変更するのに比して,上記した式(1)及び式(2)を満たす第1溶接痕領域10を確実に形成することができる。
Moreover, in the recessed part formation process in the manufacturing method of the above-mentioned
また上記した二次電池100の製造方法における凹部形成工程では,次の式(3)が満たされるように第1溶接痕領域10を形成している。
A>S1…(3)
A:抵抗溶接工程で用いる予定の第1電極52における接合対象(正極集電体積層部136)に接触する端面52aの面積
Moreover, in the recessed part formation process in the manufacturing method of the above-mentioned
A> S1 (3)
A: Area of the
A≦S1とした場合には,第1溶接痕領域10に流れる電流の電流密度が低下する。そのため,正極集電体積層部136を十分に溶融することができなくなる。その結果,図12に示すナゲット70よりも小さなナゲット70A(図16参照)が形成される。また,第1溶接痕領域10における第1電極52の周縁52bとの接触部位では,第1溶接痕領域10の凹部12のために第1電極52の周縁52bが第1溶接痕領域10と接しない箇所が生じる。そのため,第1電極52が正極集電体積層部136を十分に押圧することができず,その箇所に形成されるナゲット70Bは他のナゲット70Aよりもさらに小さいものとなってしまう。これらの原因によりA≦S1とした場合には,正極集電体積層部136と正極集電端子191との接合強度が低下する。しかしながら上記の製造方法ではA>S1としているため,このような不具合は生じない。
In the case of A ≦ S1, the current density of the current flowing through the first
また上記した二次電池100の製造方法における準備工程では,正極集電体131としてアルミニウム箔を用い,凹部形成工程では,正極集電体積層部136に第1溶接痕領域10及び第2溶接痕領域20を形成し,抵抗溶接工程では,正極集電体積層部136にアルミニウム製の正極集電端子191を接合している。アルミニウムは例えば銅などの他の金属よりも熱伝導率が低いため,銅と比べると抵抗溶接には不向きである。またアルミニウムは表面に電気抵抗の高い酸化被膜が存在するため,そのまま抵抗溶接を行うと正極集電体積層部136と抵抗溶接装置50の第1電極52とが溶着するおそれがある。しかしながら上記した二次電池100の製造方法では,超音波溶接によりアルミニウム箔である正極集電体積層部136に凹部22を施すことにより正極集電体積層部136と正極集電端子191との接触面の接触抵抗を大きくしている。そのため,抵抗溶接であっても十分に正極集電体積層部136を発熱させて溶融させることができる。また超音波溶接によりアルミニウム箔の酸化被膜が破壊されるため,正極集電体積層部136と第1電極52の溶着を防ぐことができる。その結果,正極集電体積層部136と第1電極52の溶着を防ぎつつ,十分な強度で正極集電体積層部136と正極集電端子191とを接合することができる。
In the preparation step in the manufacturing method of the
なお,銅に比して抵抗溶接に不向きなアルミニウム製の正極集電体積層部136と正極集電端子191との接合に抵抗溶接を用いるのは,次のようなメリットがあるからである。すなわち,近年の正極集電端子には,異常時に電流を遮断するための電流遮断機構を組み込んだ構成のものがある。このような正極集電端子を超音波溶接により正極集電体積層部136と接合すると,溶接時に超音波により電流遮断機構に力が加わり,電流遮断機構に不具合が生じるおそれがある。しかし超音波溶接ではなく抵抗溶接を用いれば,このような不具合が生じることなく,電流遮断機構を有した正極集電端子と正極集電体積層部136とを接合することができるのである。
The reason why the resistance welding is used for joining the positive electrode current collector laminated
以上,本発明を実施形態に即して説明したが,本発明は上述の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言うまでもない。例えば,上記実施形態では,二次電池として,リチウムイオン二次電池を例示したが,例えばニッケル水素二次電池等の他の種類の二次電池などにも,本発明の技術的思想を適用できる。 As mentioned above, although this invention was demonstrated according to embodiment, it cannot be overemphasized that this invention is not limited to the above-mentioned embodiment, It can change suitably and apply in the range which does not deviate from the summary. For example, in the above embodiment, a lithium ion secondary battery is exemplified as the secondary battery. However, the technical idea of the present invention can be applied to other types of secondary batteries such as a nickel hydride secondary battery. .
また実施形態では,集電端子191,192は,外部端子部191a,192aを含むものであったが,含んでいないものであってもよい。すなわち,電池ケース180の外部に露出する外部端子部と別体で,電池ケース180の内部に配置する集電端子を設けて,電池ケースの内部又は外部にて,外部端子部と集電端子とを電気的に接合するものでもよい。
In the embodiment, the
また実施形態では,負極集電体積層部126には超音波溶接を行わず,負極集電体積層部126と負極集電端子192とを抵抗溶接で接合した。しかしながら,正極集電体積層部136にしたのと同様の超音波溶接を負極集電体積層部126に対しても行い,正極集電体積層部136と正極集電端子191とを接合したのと同様の抵抗溶接にて,負極集電体積層部126と負極集電端子192とを接合してもよい。
In the embodiment, the negative electrode current collector laminated
また実施形態では,アンビル45の先端面45aに凸部46を設け,凹部12のある第1溶接痕領域10を形成したが,アンビル45の先端面45aを凸部46のないフラットな面(平坦面)とし,凹部12のない第1溶接痕領域10(S1=S2の第1溶接痕領域10)を形成してもよい。第1溶接痕領域10に凹部12が形成されていなくても,上記式(1)及び式(2)が満たされている限り,良好な接合を行うことができるからである(表1の実施例4参照)。なおこの場合,抵抗溶接後の第1溶接痕領域10はS1=S4となっている。
In the embodiment, the
また実施形態では,前記第1溶接痕領域10全体の大きさと前記第2溶接痕領域20全体の大きさは同じであるが,異なっていてもよい。また実施形態では,角形の電池100としたが,円筒型の電池としてもよい。また実施形態では,電極体として,正極板130と負極板120とセパレータ150とが巻き重ねられた捲回型の捲回電極体110を用いたが,正極板と負極板とセパレータとが積み重ねられた積層型の電極体を用いてもよい。
In the embodiment, the overall size of the first
10…第1溶接痕領域
20…第2溶接痕領域
40…超音波溶接装置
41…アンビル
42…凸部
45…ホーン
46…凸部
50…抵抗溶接装置
51…一対の電極
52…第1電極
55…第2電極
100…電池
110…捲回電極体
120…負極板
121…負極集電体
121a…負極塗工部
121b…負極非塗工部
122…負極活物質層
126…負極集電体積層部
130…正極板
131…正極集電体
131a…正極塗工部
131b…正極非塗工部
132…正極活物質層
136…正極集電体積層部
136a…前面
136b…後面
150…セパレータ
191…正極集電端子
192…負極集電端子
DESCRIPTION OF
Claims (7)
アンビルと複数の凸部を有するホーンとを備える超音波溶接装置を用いて,前記ホーンが有する複数の凸部を押し当てるように前記アンビルと前記ホーンとの間に前記正極集電体積層部又は前記負極集電体積層部のうち一方の極の集電体積層部を挟み込みつつ,前記ホーンを振動させることにより,前記集電体積層部におけるアンビルとの接触面に第1溶接痕領域を形成するとともに,前記集電体積層部におけるホーンとの接触面に凹部のある第2溶接痕領域を形成する凹部形成工程と,
前記集電体積層部における少なくとも前記第2溶接痕領域を含む領域にその集電体積層部に対応する極の集電端子を当接させつつ,第1電極と第2電極からなる一対の電極を備える抵抗溶接装置を用いて前記第1溶接痕領域及び前記第2溶接痕領域が前記一対の電極の間に位置するように前記集電体積層部と前記集電端子とを前記一対の電極で挟み込んで抵抗溶接を行う抵抗溶接工程と,をこの順に含み,
前記凹部形成工程では,次の式(1)及び(2)が満たされるように,前記第1溶接痕領域及び前記第2溶接痕領域を形成することを特徴とする二次電池の製造方法。
S1≧S2 …(1)
1<S2/S3<6…(2)
S1:形成予定の前記第1溶接痕領域の面積
S2:形成予定の前記第1溶接痕領域と,その第1溶接痕領域が前記抵抗溶接工程で当接する予定の前記第1電極との前記抵抗溶接工程における接触面積
S3:形成予定の前記第2溶接痕領域と,その第2溶接痕領域が前記抵抗溶接工程で当接する予定の前記集電端子との前記抵抗溶接工程における接触面積 A positive electrode plate, a negative electrode current collector, comprising a positive electrode coated portion in which a positive electrode active material layer is coated on a positive electrode current collector and a positive electrode non-coated portion in which the positive electrode current collector is not coated with the positive electrode active material layer A negative electrode plate comprising: a negative electrode coated portion coated with a negative electrode active material layer; and a negative electrode non-coated portion where the negative electrode current collector is not coated with the negative electrode active material layer; and the positive electrode coated Including a separator interposed between the negative electrode coating portion and the negative electrode coating portion, the positive electrode non-coating portion being laminated in a state protruding from the negative electrode plate at one end, and the negative electrode non-coating portion A preparation step of preparing an electrode body having, at the other end, a negative electrode current collector laminated portion laminated in a state where the coating portion protrudes from the positive electrode plate;
Using an ultrasonic welding apparatus including an anvil and a horn having a plurality of convex portions, the positive electrode current collector laminated portion or the positive electrode current collector stack portion between the anvil and the horn so as to press the plurality of convex portions of the horn Forming a first weld mark region on the contact surface with the anvil in the current collector laminate portion by vibrating the horn while sandwiching the current collector laminate portion of one of the negative electrode current collector laminate portions And forming a second weld trace region having a recess on the contact surface with the horn in the current collector laminate,
A pair of electrodes composed of a first electrode and a second electrode while contacting a current collector terminal of a pole corresponding to the current collector laminate portion in a region including at least the second welding mark region in the current collector laminate portion The pair of electrodes is connected to the current collector laminated portion and the current collector terminal so that the first welding mark area and the second welding mark area are positioned between the pair of electrodes using a resistance welding apparatus comprising: A resistance welding process in which resistance welding is performed by sandwiching between
In the recess forming step, the first welding trace region and the second welding trace region are formed so that the following expressions (1) and (2) are satisfied.
S1 ≧ S2 (1)
1 <S2 / S3 <6 (2)
S1: Area of the first welding trace area to be formed S2: Resistance of the first welding trace area to be formed and the first electrode to which the first welding trace area is abutted in the resistance welding process Contact area in the welding process S3: Contact area in the resistance welding process between the second welding trace region to be formed and the current collector terminal with which the second welding trace region is scheduled to abut in the resistance welding process
前記凹部形成工程では,前記ホーンが有する複数の凸部のピッチを大きくすることにより前記接触面積S3を小さくし,前記ホーンが有する複数の凸部のピッチを小さくすることにより前記接触面積S3を大きくすることを特徴とする二次電池の製造方法。 A method of manufacturing a secondary battery according to claim 1,
In the recess forming step, the contact area S3 is reduced by increasing the pitch of the plurality of protrusions included in the horn, and the contact area S3 is increased by decreasing the pitch of the plurality of protrusions included in the horn. A method for manufacturing a secondary battery.
前記凹部形成工程では,前記アンビルとして複数の凸部を有するものを用い,前記アンビルが有する複数の凸部を押し当てるように前記アンビルと前記ホーンとの間に前記集電体積層部を挟み込み,凹部のある前記第1溶接痕領域を形成することを特徴とする二次電池の製造方法。 A method of manufacturing a secondary battery according to claim 1 or claim 2,
In the concave portion forming step, the anvil having a plurality of convex portions, the current collector laminated portion is sandwiched between the anvil and the horn so as to press the plural convex portions of the anvil, A method for manufacturing a secondary battery, comprising forming the first welding mark region having a recess.
前記凹部形成工程では,前記アンビルが有する複数の凸部のピッチを大きくすることにより前記接触面積S2を小さくし,前記アンビルが有する複数の凸部のピッチを小さくすることにより前記接触面積S2を大きくすることを特徴とする二次電池の製造方法。 A method of manufacturing a secondary battery according to claim 3,
In the recess forming step, the contact area S2 is reduced by increasing the pitch of the plurality of protrusions included in the anvil, and the contact area S2 is increased by decreasing the pitch of the plurality of protrusions included in the anvil. A method for manufacturing a secondary battery.
前記凹部形成工程では,次の式(3)がさらに満たされるように,前記第1溶接痕領域を形成することを特徴とする二次電池の製造方法。
A>S1…(3)
A:前記抵抗溶接工程で用いる予定の前記第1電極における接合対象に接触する端面の面積 In the manufacturing method of the secondary battery as described in any one of Claim 1- Claim 4,
In the recess forming step, the first welding mark region is formed so that the following expression (3) is further satisfied.
A> S1 (3)
A: The area of the end surface in contact with the joining target in the first electrode scheduled to be used in the resistance welding process
前記準備工程では,前記正極集電体としてアルミニウム箔を用い,
前記凹部形成工程では,前記正極集電体積層部に前記第1溶接痕領域及び前記第2溶接痕領域を形成し,
前記抵抗溶接工程では,前記正極集電体積層部にアルミニウム製の正極集電端子を接合する
ことを特徴とする二次電池の製造方法。 A method for manufacturing a secondary battery according to any one of claims 1 to 5,
In the preparation step, an aluminum foil is used as the positive electrode current collector,
In the recess forming step, the first welding trace region and the second welding trace region are formed in the positive electrode current collector laminated portion,
In the resistance welding step, a positive electrode current collector terminal made of aluminum is joined to the positive electrode current collector laminated portion.
前記正極集電体積層部に接合された正極集電端子と,
前記負極集電体積層部に接合された負極集電端子と,を備え,
前記正極集電体積層部又は前記負極集電体積層部のうち少なくともいずれか一方の極の集電体積層部は,前記正極集電端子又は前記負極集電端子のうち当該集電体積層部に対応する極の集電端子との接合面の裏側の面に,凹部のある又は前記凹部のない第1溶接痕領域を有するとともに,前記接合面に,ナゲットの形成された第2溶接痕領域を有するものであり,
前記第1溶接痕領域及び前記第2溶接痕領域は,次の式(4)及び(5)を満たしているものであることを特徴とする二次電池。
S1≧S4 …(4)
1<S4/S5<2…(5)
S1:前記第1溶接痕領域の面積
S4:前記第1溶接痕領域における凹んでいない箇所の面積
S5:前記第2溶接痕領域における前記ナゲットでない箇所の面積
A positive electrode plate, a negative electrode current collector, comprising a positive electrode coated portion in which a positive electrode active material layer is coated on a positive electrode current collector and a positive electrode non-coated portion in which the positive electrode current collector is not coated with the positive electrode active material layer A negative electrode plate comprising: a negative electrode coated portion coated with a negative electrode active material layer; and a negative electrode non-coated portion where the negative electrode current collector is not coated with the negative electrode active material layer; and the positive electrode coated Including a separator interposed between the negative electrode coating portion and the negative electrode coating portion, the positive electrode non-coating portion being laminated in a state protruding from the negative electrode plate at one end, and the negative electrode non-coating portion An electrode body having, on the other end, a negative electrode current collector laminated portion laminated in a state where the coating portion protrudes from the positive electrode plate;
A positive current collector terminal joined to the positive current collector laminated portion;
A negative electrode current collector terminal joined to the negative electrode current collector laminate,
The current collector laminate portion of at least one of the positive electrode current collector laminate portion and the negative electrode current collector laminate portion is the current collector laminate portion of the positive electrode current collector terminal or the negative electrode current collector terminal. And a second welding trace region where a nugget is formed on the joint surface, the first welding trace region having a recess or not having the recess on the back surface of the joint surface with the current collector terminal of the electrode corresponding to Having
The secondary battery, wherein the first welding mark area and the second welding mark area satisfy the following expressions (4) and (5).
S1 ≧ S4 (4)
1 <S4 / S5 <2 (5)
S1: Area of the first welding mark area S4: Area of a non-dented area in the first welding mark area S5: Area of a non-nugget area in the second welding mark area
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