JP2015050151A

JP2015050151A - 電池の製造方法、及び、電池

Info

Publication number: JP2015050151A
Application number: JP2013183117A
Authority: JP
Inventors: 瑞穂松本; Mizuho Matsumoto
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2013-09-04
Filing date: 2013-09-04
Publication date: 2015-03-16
Anticipated expiration: 2033-09-04
Also published as: JP6107551B2

Abstract

【課題】集電端子と電極体の芯体露出部の間の接合強度を向上させる技術を提供する。【解決手段】電池の製造方法であって、電極体１２の芯体露出部１２ａと集電端子１４とを固層接合により接合する工程を有する。集電端子１４は、周囲よりも厚みが薄い薄肉部１４ａを有している。前記接合する工程では、薄肉部１４ａが芯体露出部１２ａに接合される。薄肉部１４ａの厚みＺが、芯体露出部１２ａの厚みＹと略等しい。【選択図】図１

Description

本明細書が開示する技術は、電池の電極に関する。

特許文献１には、巻回電極体の負極または陽極の芯体露出部を、集電端子に抵抗溶接する技術が開示されている。集電端子には、凹部が形成されている。この技術では、凹部を芯体露出部に抵抗溶接する。

国際公開ＷＯ２０１２／０５７３３５

集電端子と電極体の芯体露出部には、より高い接合強度が求められる。したがって、当該接合強度をより向上させる技術を提供する。

本明細書が開示する電池の製造方法は、電極体の芯体露出部と集電端子とを固層接合により接合する工程を有する。集電端子は、周囲よりも厚みが薄い薄肉部を有する。前記接合する工程では、薄肉部が芯体露出部に接合される。薄肉部の厚みが、芯体露出部の厚みと略等しい。

なお、上記「薄肉部の厚みが、芯体露出部の厚みと略等しい」とは、芯体露出部の厚みＴ１と薄肉部の厚みＴ２とが、Ｔ２×９０％＜Ｔ１＜Ｔ２×１１０％の関係を満たすことを意味する。

このような構成によれば、集電端子の薄肉部の厚みが電極体の芯体露出部の厚みと略等しいので、薄肉部の熱容量を芯体露出部の熱容量と略等しい値とすることが可能であり、適切な条件下で接合を実施することが可能である。また、薄肉部の周囲では集電端子の厚みが厚いので、固層接合時に薄肉部の変形が抑制される。このため、固層接合時に芯体露出部が溶接界面に沿って進展し易くなり、芯体露出部の表面に新生面が露出し易くなる。このため、芯体露出部を薄肉部に対して強固に接合することができる。すなわち、この製造方法によれば、より高い接合強度を得ることができる。

二次電池１０のカバーの内部の構造を示す側面図。図１のＩＩ−ＩＩ線における断面図。集電端子と芯体露出部を接合する工程の説明図。図４の接合部の拡大断面図。接合強度を示すグラフ。変形例の二次電池の図２に対応する拡大図。変形例の二次電池の図２に対応する拡大図。

図１に示す二次電池１０は、電極体１２、負極集電端子１４、陽極集電端子１６、カバー１８、及び、ケース２０を有している。ケース２０はカバー１８に溶接されており、これによってケース２０内に密閉した空間が形成されている。ケース２０内には、電極体１２、負極集電端子１４、及び、陽極集電端子１６が収容されている。電極体１２は、多数の陽極極板と負極極板を互いに絶縁した状態で積層し、その積層体を巻回することにより形成されたものである。電極体１２の一方の端部（図１の左側）には、各負極極板が束ねられることによって構成されている芯体露出部１２ａが形成されている。電極体１２の他方の端部（図１の右側）には、各陽極極板が束ねられることによって構成されている芯体露出部１２ｂが形成されている。負極集電端子１４は、その下端近傍において、芯体露出部１２ａに接合されている。負極集電端子１４の上端は、カバー１８に設けられた外部端子１８ａに接続されている。これによって、芯体露出部１２ａの電位が外部端子１８ａに出力されるようになっている。陽極集電端子１６は、その下端近傍において、芯体露出部１２ｂに接合されている。陽極集電端子１６の上端は、カバー１８に設けられた外部端子１８ｂに接続されている。これによって、芯体露出部１２ｂの電位が外部端子１８ｂに出力されるようになっている。また、ケース２０内は、電解液で満たされている。

図１、２に示すように、負極集電端子１４の下端近傍には凹部１４ａが形成されている。凹部１４ａにおける負極集電端子１４の厚みＸ（以下、凹部１４ａの厚みＸという）は、その周囲の負極集電端子１４の厚みＺよりも薄い。厚みＸは、厚みＺの２０〜７５％であることが好ましい。また、凹部１４ａの厚みＸは、芯体露出部１２ａの厚みＹと略等しい。負極集電端子１４は、凹部１４ａにおいて、芯体露出部１２ａに対して接合されている。

次に、二次電池１０の製造方法について説明する。なお、本明細書が開示する二次電池１０の製造方法は、負極集電端子１４と芯体露出部１２ａとの接合工程に特徴を有する。したがって、その他の工程については、説明を簡略なものとする。

最初に、負極集電端子１４及び陽極集電端子１６をカバー１８に接続する。次に、負極集電端子１４と芯体露出部１２ａとの接合工程を実施する。最初に、凹部１４ａの裏面が芯体露出部１２ａと接触するように、負極集電端子１４と芯体露出部１２ａを配置する。次に、図３に示すように、負極集電端子１４と芯体露出部１２ａを、一対の溶接電極３０ａ、３０ｂで挟み込み、加圧する。ここでは、凹部１４ａ内に溶接電極３０ａを接触させ、凹部１４ａの下側の芯体露出部１２ａに溶接電極３０ｂを接触させる。次に、一対の溶接電極３０ａ、３０ｂ間に通電することで、負極集電端子１４と芯体露出部１２ａを接合（溶接）する。ここでは、母材の溶融を伴わない固層接合領域で接合を行う。このとき、凹部１４ａの厚みＸが芯体露出部１２ａの厚みＹと略等しいため、これらの熱容量が略等しい。このため、適切な条件で固層接合を行うことができる。また、凹部１４ａの厚みＸは薄いものの、その周囲の負極集電端子１４の厚みＺは厚い。このため、固層接合時に凹部１４ａが変形することが抑制される。このように凹部１４ａが変形し難いため、固層接合時に芯体露出部１２ａの変形が促進される。ここでは、図４の矢印に示すように、芯体露出部１２ａを構成する各負極極板（薄膜）が、接合界面に沿って進展するように変形する。その結果、芯体露出部１２ａの新たに生成された表面（新生面）が接合界面に接触するようになり、芯体露出部１２ａが負極集電端子１４に強固に接合される。また、このような構成によれば、芯体露出部１２ａを構成する負極極板同士の間でも新生面同士で接合されるため、これらの間でも高い接合強度が得られる。特に、各負極極板の表面に防錆処理等が施されている場合には負極極板同士の接合が困難となるが、この方法によれば負極極板同士が新生面により接合さるため、防錆処理がある場合でも好適な接合が可能である。また、この方法によれば、負極集電端子１４の変形が生じ難いので、接合部以外における想定外の負極集電端子１４と芯体露出部１２ａ（または、電極体１２）との干渉を防止することができる。また、負極集電端子１４の変形が抑制されることで、溶接電極３０ａの寿命も向上させることができる。

負極集電端子１４と芯体露出部１２ａとの接合工程を実施したら、陽極集電端子１６と芯体露出部１２ｂの接合を行う。この接合は、負極集電端子１４の接合と同様に行ってもよいし、他の方法により行ってもよい。次に、ケース２０をカバー１８に溶接する。次に、ケース２０内に電解液を注入し、その後、ケース２０を密閉する。その後、充電工程等を経て、図１に示す二次電池１０が完成する。

図５は、本実施例の方法により接合した接合部ａと、他の方法により接合した接合部ｂ、ｃの接合強度を比較している。接合部ａは、Ｘ＝０．６ｍｍ、Ｙ＝０．６ｍｍ、Ｚ＝１．０ｍｍの条件で接合されたものである。接合部ｂは、Ｘ＝０．６ｍｍ、Ｙ＝０．６ｍｍ、Ｚ＝０．６ｍｍの条件で接合されたものである。接合部ｃは、Ｘ＝１．０ｍｍ、Ｙ＝０．６ｍｍ、Ｚ＝１．０ｍｍの条件で接合されたものである。図６から明らかなように、本実施例の方法によって接合した接合部ａは他の接合部ｂ、ｃよりも高い接合強度を有する。また、本実施例の方法によって接合した接合部ａは他の接合部ｂ、ｃに比べて、接合強度のばらつきが小さい。すなわち、本実施例の方法によれば、より安定した接合強度を得ることができる。また、接合部ｂでは、負極集電端子の変形が見られたが、接合部ａではそのような変形は見られなかった。

以上に説明したように、本実施例の製造方法によれば、負極集電端子１４と芯体露出部１２ａとを強固に、かつ、安定した品質で接続することができる。若しくは、本実施例の製造方法によれば、溶接電極間の加圧力や溶接電流を低く設定しても、従来と同等の接合強度を安定して得ることができる。また、本実施例のように凹部１４ａの厚みＸが薄くなっていることで、溶接時の導通抵抗を低く抑えることができる。

なお、上述した実施例では、凹部１４ａが円形の外周形状を有していた。しかしながら、凹部１４ａは、溶接電極３０ａを挿入可能な形状であれば、どのような形状であってもよい。例えば、図６に示すように、凹部１４ａが楕円形の外周形状を有していてもよい。また、図７に示すように、凹部１４ａが矩形の外周形状を有していてもよい。なお、凹部１４ａの面積は、できる限り小さいことが好ましいが、溶接電極３０ａの位置ずれが生じた場合でも溶接電極３０ａが収まる最低限の面積を確保する必要がある。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例をさまざまに変形、変更したものが含まれる。
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

１０：二次電池
１２：電極体
１２ａ：芯体露出部
１２ｂ：芯体露出部
１４：負極集電端子
１４ａ：凹部
１６：陽極集電端子
１８：カバー
１８ａ：外部端子
１８ｂ：外部端子
２０：ケース
３０ａ：溶接電極
３０ｂ：溶接電極

Claims

電池の製造方法であって、
電極体の芯体露出部と集電端子とを固層接合により接合する工程を有しており、
集電端子は、周囲よりも厚みが薄い薄肉部を有しており、
前記接合する工程では、薄肉部が芯体露出部に接合され、
薄肉部の厚みが、芯体露出部の厚みと略等しい、
製造方法。