JP2016029627A - 蓄電装置及び蓄電装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザ溶接部の形成に要する時間を短縮できる蓄電装置の製造方法及び蓄電装置を提供する。【解決手段】この蓄電装置の製造方法は、電極組立体におけるタブ１１の積層部分１４に導電部材２を接合する接合工程を備えている。接合工程は、タブ１１の積層部分１４における積層方向の一方側に導電部材２を配置すると共に、タブ１１の積層部分１４における積層方向の他方側に少なくとも一つの開口２１が形成された保護部材２０を配置する配置工程を有している。接合工程は、開口２１の縁２２を含む位置に沿ってレーザＬを照射し、保護部材２０、タブ１１の積層部分１４、及び導電部材２を互いに接合するレーザ溶接部３０を形成するレーザ照射工程を有している。【選択図】図７

Description

本発明は、蓄電装置及び蓄電装置の製造方法に関する。

蓄電装置には、矩形に形成された正極及び負極が交互に積層された積層型の蓄電装置がある。積層型の蓄電装置の製造工程には、例えば正極及び負極といった電極を積層した後、各電極から延びるタブの積層部分に、外部端子に連なる導電部材を接合する接合工程が含まれている。このような接合工程では、極薄い金属箔よりなるタブの接合時及び接合後の破損防止を目的として保護部材が用いられる場合がある。例えば特許文献１に記載の保護材は、正極外部端子に接続された正極集電部材（導電部材に相当）、正極集電タブ積層部、保護材（保護部材に相当）の順に積層した後、溶接を行うことが記載されている。

特開２００３−２８２０４４号公報 特開平１０−２５５７５３号公報

タブの接合工程に用いられる溶接手段としては、例えば特許文献２に記載されている如く、レーザ接合も知られている。レーザ接合を、特許文献１の保護部材を用いる蓄電装置に適用した場合、タブの積層部分に、タブよりも肉厚の保護部材を重ねるので、導電部材及び保護部材のいずれか一方の部材からレーザを照射しても、裏側にある導電部材及び保護部材のいずれか他方の部材を含め、広範囲にレーザ溶接部を形成することとなるため、レーザ照射の時間を十分に確保する必要がある。

本発明は、上記課題の解決のためになされたものであり、レーザ溶接部の形成に要する時間を短縮できる蓄電装置の製造方法及び蓄電装置を提供することを目的とする。

上記課題の解決のため、本発明の一側面に係る蓄電装置の製造方法は、電極及び当該電極から延びるタブを有するタブ付き電極を積層してなる電極組立体を備えた蓄電装置の製造方法であって、電極組立体におけるタブの積層部分に導電部材を接合する接合工程を備え、接合工程は、タブの積層部分における積層方向の一方側に導電部材を配置すると共に、タブの積層部分における積層方向の他方側に少なくとも一つの開口が形成された保護部材を配置する配置工程と、開口の縁を含む位置に沿ってレーザを照射し、保護部材、タブの積層部分、及び導電部材を互いに接合するレーザ溶接部を形成するレーザ照射工程と、を有する。

この蓄電装置の製造方法では、配置工程において少なくとも１つ以上の開口が形成された保護部材を用い、レーザ照射工程において開口の縁を含む位置に沿ってレーザ溶接部を形成する。これにより、タブには、レーザの一部が保護部材を介することなく直接照射されるため、タブ及び導電部材の溶融に必要な入熱量を軽減することが可能となり、レーザ溶接部の形成に要する時間を短縮できる。

また、配置工程と照射工程との間に、保護部材をタブの積層部分に仮止めする仮止め工程を更に有してもよい。この場合、仮止め工程によって、レーザ照射工程においてタブの積層部分と保護部材とを密着させることができる。したがって、レーザ溶接部の形成を好適に実施できる。

また、配置工程において、開口が形成された切取可能な余白部分を有する保護部材を用い、余白部分に形成されたレーザ溶接部の溶接状態を検査する検査工程を更に有してもよい。この場合、余白部分の開口の縁に沿って形成したレーザ溶接部の溶接状態に基づいて、レーザ照射工程でのレーザ溶接部の溶接状態を確認できる。

本発明の一側面に係る蓄電装置は、電極及び当該電極から延びるタブを有するタブ付き電極を積層してなる電極組立体を備えた蓄電装置であって、タブの積層部分における積層方向の一方側に導電部材が配置されると共に、タブの積層部分における積層方向の他方側に少なくとも一つの開口が形成された保護部材が配置され、保護部材、タブの積層部分、及び導電部材を互いに接合するレーザ溶接部が開口の縁を含む位置に沿って形成されている。

この蓄電装置では、少なくとも１つ以上の開口が形成された保護部材が配置され、レーザ照射によって、開口の縁を含む位置に沿ってレーザ溶接部が形成されている。これにより、タブには、レーザの一部が保護部材を介することなく直接照射されるため、タブ及び導電部材の溶融に必要な入熱量を軽減することが可能となり、レーザ溶接部の形成に要する時間を短縮できる。

本発明によれば、レーザ溶接部の形成に要する時間を短縮できる。

本発明に係る蓄電装置の製造方法を適用する蓄電装置の内部構成の一例を示す断面図である。 図１に示した蓄電装置のタブ及び導電部材の接合構造を示す斜視図である。 図２に示した接合構造の平面図である。 図２におけるＩＶ−ＩＶ線断面図である。 タブの積層部分に導電部材を接合する接合工程に含まれる配置工程を示す断面図である。 図５の後続の仮止め工程を示す平面図である。 図６の後続の照射工程を示す平面図である。 照射工程の前後に実施される検査工程を示す平面図である。 保護部材の変形例を示す平面図である。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、本発明に係る蓄電装置の製造方法を適用する蓄電装置の内部構成の一例を示す断面図である。また、図２は、図１に示した蓄電装置のタブ及び導電部材の接合構造を示す斜視図である。一例である図１及び図２に示す蓄電装置１は、リチウムイオン二次電池として構成されている。

この蓄電装置１は、図１に示すように、例えば略直方体形状をなす中空のケース５と、ケース５内に収容された電極組立体１０とを備えている。ケース５は、例えばアルミニウム等の金属によって形成され、ケース５の内部には、例えば有機溶媒系の電解液が収容されている。ケース５の頂面には、正極端子３と負極端子４とが互いに離間して配置されている。正極端子３は、絶縁リング６を介してケース５の頂面に固定され、負極端子４は、絶縁リング７を介してケース５の頂面に固定されている。

電極組立体１０は、図２に示すように、正極１２と、負極１３と、正極１２と負極１３との間に配置された袋状のセパレータ１５とによって構成されている。電極組立体１０では、セパレータ１５に正極１２が収容されており、この状態で正極１２と負極１３とがセパレータ１５を介して交互に配置された状態となっている。

正極１２は、アルミニウム箔からなる金属箔と、金属箔の両面に形成された正極活物質層とを有している。正極活物質層は、正極活物質とバインダとを含んで形成されている。正極活物質としては、例えば複合酸化物、金属リチウム、硫黄等が挙げられる。複合酸化物には、例えばマンガン、ニッケル、コバルト及びアルミニウムの少なくとも１つと、リチウムとが含まれる。また、正極１２の上縁部には、正極端子３の位置に対応してタブ１１（正極タブ１１ａ）が形成されている。正極タブ１１ａは、正極１２の上縁部から上方に延び、導電部材２（正極用導電部材２ａ）を介して正極端子３に接続されている。

一方、負極１３は、銅箔からなる金属箔と、金属箔の両面に形成された負極活物質層とを有している。負極活物質層は、負極活物質とバインダとを含んで形成されている。負極活物質としては、例えば黒鉛、高配向性グラファイト、メソカーボンマイクロビーズ、ハードカーボン、ソフトカーボン等のカーボン、リチウム、ナトリウム等のアルカリ金属、金属化合物、ＳｉＯｘ（０．５≦ｘ≦１．５）等の金属酸化物、ホウ素添加炭素等が挙げられる。また、負極１３の上縁部には、負極端子４の位置に対応してタブ１１（負極タブ１１ｂ）が形成されている。負極タブ１１ｂは、負極１３の上縁部から上方に延び、導電部材２（負極用導電部材２ｂ）を介して負極端子４に接続されている。

セパレータ１５は、袋状に形成され、内部に正極１２のみを収容している。セパレータ１５の形成材料としては、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）等のポリオレフィン系樹脂からなる多孔質フィルム、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、メチルセルロース等からなる織布又は不織布等が例示される。なお、セパレータ１５は、袋状に限られず、シート状のものを用い、正極と負極との間に、個々に配置してもよい。

次に、上述した蓄電装置１におけるタブ１１（１１ａ，１１ｂ）と導電部材２（２ａ，２ｂ）との接合構造について詳細に説明する。

同図に示すように、接合構造１６は、タブ付き電極である正極１２と負極１３とが、タブを積層方向の一方側に寄せて積層されることによって形成されたタブ１１の積層部分１４と、積層部分１４におけるタブ１１の積層方向の一方側に配置された導電部材２と、積層部分１４におけるタブ１１の積層方向の他方側に配置された保護部材２０とによって構成されている。

導電部材２は、接合される電極と同一の材料の金属によって板状に形成されており、正極端子３又は負極端子４に接続された基端より、電極組立体に向かって延設されている。正極１２側のタブ１１の積層部分１４に接合される導電部材２は、アルミニウム板によって形成され、負極１３側のタブ１１の積層部分１４に接合される導電部材２は、銅板によって形成されている。導電部材２は、積層部分１４におけるタブ１１の積層方向の一方側にて、タブ１１の先端側と導電部材２の基端側とが重なるように配置されている。

保護部材２０は、接合される電極及び導電部材２と同一の材料の金属によって矩形の板状に形成されている。正極１２側のタブ１１の積層部分１４に接合される保護部材２０は、アルミニウム板によって形成され、負極１３側のタブ１１の積層部分１４に接合される導電部材２は、銅板によって形成されている。保護部材２０の厚さは、タブ１１の厚さに対して数倍の厚みを持つが、導電部材２よりは薄く設定されている。これは、保護部材２０は、導電経路としての作用を必要としないため、導電部材２ほどの断面積は必要としないことによる。

この保護部材２０には、図３に示すように、複数（ここでは４つ）の開口２１が形成されている。開口２１は、帯状に形成され、一対の長縁部２２ａと、一対の短縁部２２ｂとを有している。開口２１は、開口２１の幅と同程度の間隔をもって互いに略平行に形成されている。保護部材２０は、開口２１の長さ方向がタブ１１の長さ方向と略直交する向きで、積層部分１４におけるタブ１１の積層方向の他方側にて、タブ１１の先端側と導電部材２の基端側とが重なる領域に配置されている。

タブ１１の積層部分１４、導電部材２、及び保護部材２０は、図３及び図４に示すように、レーザ溶接部３０によって互いに強固に接合されている。レーザ溶接部３０は、平面視において、図３に示すように、各開口２１の縁２２を含む位置に沿って形成されている。本実施形態では、電極組立体１０側の３つの開口２１については、電極組立体１０側の長縁部２２ａの全体にわたって連続的な直線状のレーザ溶接部３０が形成され、タブ１１の先端側の開口２１については、電極組立体１０と反対側の長縁部２２ａの全体にわたって連続的な直線状のレーザ溶接部３０が形成されている。

また、レーザ溶接部３０は、深さ方向において、図４に示すように、保護部材２０、タブ１１の積層部分１４、及び導電部材２の内部にまで延びている。なお、保護部材２０の各角部には、接合工程において形成された仮止め溶接部２３が存在する。

続いて、タブ１１の積層部分１４に導電部材２を接合する接合工程について詳細に説明する。

接合工程の実施にあたっては、まず、タブ１１の積層部分１４に対して導電部材２と保護部材２０とを配置する配置工程を実施する。配置工程では、図５に示すように、積層部分１４におけるタブ１１の積層方向の一方側にて、タブ１１の先端側と導電部材２の基端側とが重なるように、導電部材２が配置される。一方で、開口２１の長さ方向がタブ１１の長さ方向と略直交する向きで、積層部分１４におけるタブ１１の積層方向の他方側にて、タブ１１の先端側と導電部材２の基端側とが重なる領域に保護部材２０が配置される。

配置工程の後、保護部材２０をタブ１１の積層部分１４に仮止めする仮止め工程を実施する。仮止め工程では、図６に示すように、例えば保護部材２０の各角部に対してレーザＬを照射する。レーザＬの光源としては、例えばＹＡＧレーザ、ディスクレーザ、又はファイバーレーザ等が用いられる。この仮止め工程によって、保護部材２０の各角部に仮止め溶接部２３が形成され、保護部材２０をタブ１１の積層部分１４に密着させることができる。

仮止め工程の後、図７に示されるように、レーザ溶接部３０を形成するレーザ照射工程を実施する。レーザ照射工程では、開口２１の縁２２の長縁部２２ａを含む位置に沿ってレーザＬを走査し、レーザ溶接部３０を形成する。このとき、レーザＬは、保護部材２０の長縁部２２ａに照射される。また、レーザＬの一部は、タブ１１に直接照射される。これにより、保護部材２０、タブ１１の積層部分１４、及び導電部材２が互いに強固に接合される。レーザＬの光源としては、仮止め工程で用いた光源と同様に、例えばＹＡＧレーザ、ディスクレーザ、又はファイバーレーザ等が用いられる。

以上のように、本実施形態における蓄電装置１及びその製造方法では、配置工程において複数の開口２１が形成された保護部材２０を用い、レーザ照射工程において開口２１の縁２２の長縁部２２ａを含む位置に沿ってレーザ溶接部３０を形成する。タブ１１には、レーザＬの一部が保護部材２０を介することなく直接照射されるため、タブ１１及び導電部材２の溶融に必要な入熱量を軽減することが可能となり、レーザ溶接部３０の形成に要する時間を短縮できる。また、開口２１の縁２２の長縁部２２ａを含む位置に沿ってレーザ溶接部３０を形成することで接合領域を十分に確保でき、タブ１１の積層部分１４と、導電部材２との導電性及び機械的強度を十分に確保できる。

また、本実施形態においては、導電部材２より薄く且つ熱容量の小さい保護部材２０に、複数の開口２１を設け、レーザ照射を行う。これにより、導電部材２側よりレーザ照射を行う場合と比較して、効率良く加熱することができ、レーザ溶接部３０を形成することができる。また、保護部材２０は、導電経路である導電部材２と異なり、導電経路を構成しないため、複数の開口２１を形成しても、電池の内部抵抗の上昇に対する影響が少ない。

また、本実施形態における蓄電装置１の製造方法では、配置工程と照射工程との間に、保護部材２０をタブ１１の積層部分１４に仮止めする仮止め工程を有している。仮止め工程によって、レーザ照射工程においてタブ１１の積層部分１４と保護部材２０とを密着させることができる。したがって、レーザ溶接部３０の形成を好適に実施できる。

本発明は、上記実施形態に限られるものではない。例えば上述した実施形態では、開口２１の対向する長縁部２２ａ，２２ａの一方にレーザ溶接部３０を形成したが、レーザ溶接部３０は、対向する長縁部２２ａ，２２ａの双方に形成されていてもよく、各長縁部２２ａ及び各短縁部２２ｂの全体にわたって形成されてもよい。レーザ溶接部３０は、連続した直線状に限られず、例えば間欠的に（破線状に）形成されてもよい。この場合、対向する長縁部２２ａ，２２ａにおいて、千鳥状にレーザ溶接部３０を形成してもよい。

また、上記実施形態では、保護部材２０と導電部材２とを別々の部材としているが、保護部材２０と導電部材２とを一体化した部材を用いてもよい。この場合、例えば保護部材２０の幅方向（開口２１の長さ方向）の縁部と導電部材２の幅方向の縁部とを連結し、一体化部材でタブ１１の積層部分１４を挟持する構成を採り得る。

また、図８（ａ）に示されるように、切取可能な余白部分５０ａを有する保護部材５０を用いてもよい。同図に示す例では、開口２１の長さ方向の一方側に本体部５０ｂの延在部分を設け、当該延在部分を余白部分５０ａとしている。余白部分５０ａには、開口２１と略直交する向きに延びる帯状の試験用開口５１が形成されている。

保護部材２０に代えて保護部材５０を用いる場合、レーザ照射工程の前後でレーザ溶接部５３の溶接状態を検査する検査工程を実施する。検査工程では、試験用開口５１の縁５２を含む位置に沿ってレーザＬの照射を行い、保護部材５０、タブ１１の積層部分１４、及び導電部材２を接合するレーザ溶接部５３を形成する。レーザ溶接部５３の形成後、余白部分５０ａと、余白部分５０ａに重なるタブ１１の積層部分１４の一部及び導電部材２の一部を切り取り、レーザ溶接部５３の溶接状態を検査する。このような検査工程を実施することにより、レーザ溶接工程での溶接不良を抑制することができる。

また、上述した実施形態では、４つの帯状の開口２１を形成した保護部材２０を例示したが、保護部材２０に形成される開口２１の数は任意とすることができる。また、開口２１の形状は、帯状に限られるものではなく、例えば円形状・楕円状・三角形状といった形状としてもよい。その他、例えば図９に示されるように、複数の折返部６１ａを有する開口６１が形成された保護部材６０を用いてもよい。この保護部材６０では、例えば保護部材６０の幅方向に延在する複数の開口部分６１ｂの一端部同士及び他端部同士が折返部６１ａによって交互に連結され、一つの連続した開口となっている。この開口６１の縁６２を含む位置に沿ってレーザ溶接部３０ｂを形成することにより、レーザ溶接部３０ｂの面積を十分に確保でき、タブ１１の積層部分１４と導電部材２との導電性及び機械的強度を向上できる。また、レーザＬを連続的に走査することで、レーザ照射工程に要する時間の短縮も可能となる。

なお、上記実施形態においては、本発明をリチウムイオン電池に適用する一例を示したが、蓄電装置の種類について特に限定されるものではなく、複数のタブをレーザ溶接により接合する蓄電装置であれば、本発明を適用することができる。また、正極の金属箔をアルミニウム箔とし、正極の導電部材をアルミニウム板としたが、これは純アルミに限定されるものではなく、アルミニウム合金でもよい。同様に、負極の金属箔及び導電部材は、純銅に限定されるものではなく、銅合金でもよい。また、溶接及び使用に耐えうる限り、異なる金属材料の組合せであってもよい。

１…蓄電装置、２…導電部材、１０…電極組立体、１１…タブ、１２…正極（電極）、１３…負極（電極）、１４…積層部分、２０…保護部材、２１…開口、２２…縁、３０…レーザ溶接部、５０ａ…余白部分、Ｌ…レーザ。

Claims (4)

1. 電極及び当該電極から延びるタブを有するタブ付き電極を積層してなる電極組立体を備えた蓄電装置の製造方法であって、
   前記電極組立体における前記タブの積層部分に導電部材を接合する接合工程を備え、
   前記接合工程は、
   前記タブの積層部分における積層方向の一方側に前記導電部材を配置すると共に、前記タブの積層部分における積層方向の他方側に少なくとも一つの開口が形成された保護部材を配置する配置工程と、
   前記開口の縁を含む位置に沿ってレーザを照射し、前記保護部材、前記タブの積層部分、及び前記導電部材を互いに接合するレーザ溶接部を形成するレーザ照射工程と、を有する蓄電装置の製造方法。
2. 前記配置工程と前記レーザ照射工程との間に、前記保護部材を前記タブの積層部分に仮止めする仮止め工程を更に有する請求項１記載の蓄電装置の製造方法。
3. 前記配置工程において、前記開口が形成された切取可能な余白部分を有する前記保護部材を用い、
   前記余白部分に形成された前記レーザ溶接部の溶接状態を検査する検査工程を更に有する請求項１又は２記載の蓄電装置の製造方法。
4. 電極及び当該電極から延びるタブを有するタブ付き電極を積層してなる電極組立体を備えた蓄電装置であって、
   前記タブの積層部分における積層方向の一方側に導電部材が配置されると共に、前記タブの積層部分における積層方向の他方側に少なくとも一つの開口が形成された保護部材が配置され、
   前記保護部材、前記タブの積層部分、及び前記導電部材を互いに接合するレーザ溶接部が前記開口の縁を含む位置に沿って形成されている蓄電装置。

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