JP2016219274A - 電極組立体の製造方法及び電極積層体 - Google Patents

Abstract

【課題】溶接の成否を外観によって検査することができる電極組立体の製造方法及び電極積層体を提供する。【解決手段】電極組立体３の製造方法は、本体１４ａ，１７ａと、本体１４ａ，１７ａの一端から突出するタブ１４ｂ，１７ｂとを含む複数の電極（正極１１及び負極１２）を積層することにより、互いに積層された複数のタブ１４ｂ，１７ｂからなるタブ積層部２１，２５を構成する積層工程と、タブ１４ｂ，１７ｂの積層方向に沿った複数の貫通孔２２，２６をタブ積層部２１，２５に形成する孔形成工程と、孔形成工程の後に、複数のタブ１４ｂ，１７ｂを互いに溶接する溶接工程と、を備える。孔形成工程においては、積層方向からみてタブ１４ｂ，１７ｂの溶接予定領域Ｗの外縁に重複するように複数の貫通孔２２，２６を形成する。【選択図】図４

Description

本発明は、電極組立体の製造方法及び電極積層体に関する。

特許文献１には、アルミニウム箔の溶接方法が記載されている。この方法では、積層したアルミニウム箔に予め小孔を設ける。続いて、アルミニウム箔の酸化被膜を小孔内面に沿って除去する。そして、小孔を中心とする被圧着域に抵抗溶接機の電極を押圧しつつ電極に通電し、抵抗溶接を行なう。

特開２００６−３２６６２２号公報

ところで、例えば二次電池等に用いられる電極を積層して複数のタブを互いに溶接する場合には、次のような要求がある。すなわち、通電時に溶接箇所の抵抗が大きいと、電池品質が保証できなくなるので、溶接箇所の抵抗は、十分に低い必要がある。この溶接箇所の抵抗に大きく影響するのが溶接面積である。溶接箇所の抵抗が十分に低いとは、すなわち、溶接面積が足りていることを意味する。したがって、タブ溶接の成否を確認する手段として、溶接面積を判定基準とすることが考えられる。しかしながら、特許文献１に記載の方法においては、溶接によって一定の面積が十分に溶融されたか否か（溶接の成否）を、外観によって判定することが困難である。

そこで、本発明は、溶接の成否を外観によって判定することを可能とする電極組立体の製造方法及び電極積層体を提供することを目的とする。

本発明に係る電極組立体の製造方法は、本体と本体の一端から突出するタブとを含む複数の電極を積層することにより、互いに積層された複数のタブからなるタブ積層部を構成する積層工程と、タブの積層方向に沿った複数の貫通孔をタブ積層部に形成する孔形成工程と、孔形成工程の後に、複数のタブを互いに溶接する溶接工程と、を備え、孔形成工程においては、積層方向からみてタブの溶接予定領域の外縁に重複するように複数の貫通孔を形成する。

この製造方法においては、タブの溶接工程の前に、タブの積層部分（タブ積層部）に複数の貫通孔を形成する。複数の貫通孔は、一定の面積を有する溶着予定領域の外縁に重複するように設けられる。したがって、タブの溶接工程の後には、貫通孔の閉塞状況を外観から観察することにより、溶着予定領域においてタブが十分に溶融されたか否かを判定することが可能である。一例として、溶接予定領域の全体にわたってタブが十分に溶融されていない場合、貫通孔が閉塞されず貫通したままである。この場合には、溶接が不十分であると判定することができる。一方、溶接予定領域の全体にわたってタブが十分に溶融されている場合、貫通孔の少なくとも一部が溶融したタブによって閉塞される。この場合には、溶接が十分であると判定することができる。以上のように、この製造方法によれば、溶接の成否を外観によって判定することが可能である。

本発明に係る電極組立体の製造方法においては、孔形成工程において、積層方向からみて、溶接予定領域を通る第１の基準線と、溶接予定領域を通ると共に第１の基準線に交差する第２の基準線と、のそれぞれの上に貫通孔を形成する。この場合、タブの積層方向からみて貫通孔が二次元的に配置されることになる。よって、貫通孔の閉塞状況から溶接された領域の面積を確実に把握できるため、溶接の成否を外観によって確実に判定することが可能となる。

本発明に係る電極積層体は、互いに積層された複数の電極を含む電極積層体であって、電極は、本体と、本体の一端から突出し、溶接予定領域が設定されたタブと、を含み、複数のタブは、互いに積層されてタブ積層部を構成しており、タブ積層部には、タブの積層方向に沿った複数の貫通孔が形成されており、貫通孔は、積層方向からみてタブの溶接予定領域の外縁に重複するように、タブ積層部に形成されている。

この電極積層体においては、タブの積層部分（タブ積層部）に複数の貫通孔が形成されている。複数の貫通孔は、一定の面積を有する溶着予定領域の外縁に重複するように設けられている。したがって、タブを溶接した後には、貫通孔の閉塞状況を外観から観察することにより、溶着予定領域においてタブが十分に溶融されたか否かを判定することが可能である。つまり、この電極積層体によれば、溶接の成否を外観によって判定することが可能である。

本発明によれば、溶接の成否を外観によって判定することが可能な電極組立体の製造方法及び電極積層体を提供することができる。

本実施形態に係る蓄電装置の断面図である。 図１のII-II線に沿った断面図である。 電極組立体の製造方法の主要な工程を示す斜視図である。 電極組立体の製造方法の主要な工程を示す斜視図である。 （ａ）は、電極組立体の製造方法の主要な工程を示す模式的な断面図である。（ｂ）は、電極組立体の製造方法の主要な工程を示す模式的な断面図である。 （ａ）は、電極組立体の製造方法の主要な工程を示す模式的な断面図である。（ｂ）は、電極組立体の製造方法の主要な工程を示す模式的な断面図である。 （ａ）は、貫通孔の一例を示す平面図である。（ｂ）は、貫通孔の他の例を示す平面図である。（ｃ）は、貫通孔の他の例を示す平面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態について詳細に説明する。なお、図面において同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する場合がある。

図１は、本実施形態に係る蓄電装置の断面図である。図２は、図１のII-II線に沿った断面図である。図１及び図２に示される蓄電装置１は、例えばリチウムイオン二次電池といった非水電解質二次電池として構成されている。

図１及び図２に示されるように、蓄電装置１は、例えば略直方体形状をなす中空のケース２と、ケース２内に収容された電極組立体３とを備えている。ケース２は、例えばアルミニウム等の金属によって形成されている。ケース２の内壁面上には、絶縁フィルム（図示せず）が設けられる。ケース２の内部には、例えば非水系有機溶媒系の電解液が注液されている。電極組立体３では、後述する正極１１の正極活物質層１５、負極１２の負極活物質層１８、及びセパレータ１３が多孔質をなしており、その空孔内に、電解液が含浸されている。ケース２の上面部には、正極端子５と負極端子６とが互いに離間して配置されている。正極端子５は、絶縁リング７を介してケース２に固定され、負極端子６は、絶縁リング８を介してケース２に固定されている。

電極組立体３は、正極（電極）１１と、負極（電極）１２と、正極１１と負極１２との間に配置された袋状のセパレータ１３とによって構成されている。セパレータ１３内には、例えば正極１１が収容されている。セパレータ１３内に正極１１が収容された状態で、正極１１と負極１２とが（複数の電極が）セパレータ１３を介して交互に積層されている。

正極１１は、例えばアルミニウム箔からなる金属箔１４と、金属箔１４の両面に形成された正極活物質層１５と、を有している。正極１１の金属箔１４は、矩形状の本体１４ａと、正極端子５の位置に対応するように本体１４ａの一端から突出する矩形状のタブ１４ｂと、を含む。正極活物質層１５は、正極活物質とバインダとを含んで形成されている多孔質の層である。正極活物質層１５は、本体１４ａの両面において、少なくとも本体１４ａの中央部分に正極活物質が担持されて形成されている。

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。ここでは、一例として、タブ１４ｂには、正極活物質が担持されていない。ただし、タブ１４ｂにおける本体１４ａ側の基端部分には、活物質が担持されている場合もある。タブ１４ｂは、本体１４ａの一端から上方に延び、導電部材１６を介して正極端子５に接続されている。導電部材１６は、例えば、正極１１の金属箔と同一の材料から矩形平板状に構成される。

負極１２は、例えば銅箔からなる金属箔１７と、金属箔１７の両面に形成された負極活物質層１８と、を有している。負極１２の金属箔１７は、正極１１の金属箔１４と同様に、矩形状の本体１７ａと、負極端子６の位置に対応するように本体１７ａの一端部から突出する矩形状のタブ１７ｂと、を含む。負極活物質層１８は、本体１７ａの両面において、少なくとも本体１７ａの中央部分に負極活物質が担持されて形成されている。負極活物質層１８は、負極活物質とバインダとを含んで形成されている多孔質の層である。

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。ここでは、一例として、タブ１７ｂには、負極活物質が担持されていない。ただし、タブ１７ｂにおける本体１７ａ側の基端部分には、活物質が担持されている場合もある。タブ１７ｂは、本体１７ａの上縁部から上方に延び、導電部材１９を介して負極端子６に接続されている。導電部材１９は、例えば、負極１２の金属箔と同一の材料から矩形平板状に構成される。

セパレータ１３は、正極１１を収容している。セパレータ１３は、正極１１及び負極１２の積層方向からみて矩形状である。セパレータ１３は、例えば、一対の長尺シート状のセパレータ部材を互いに溶着して袋状に形成される。セパレータ１３の材料としては、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。

引き続いて、電極組立体３の製造方法について説明する。図３及び図５の（ａ）に示されるように、この製造方法においては、まず、電極積層体２０Ａを用意する（積層工程）。電極積層体２０Ａは、互いに積層された複数の正極１１及び負極１２を含む。正極１１及び負極１２は、タブ１４ｂ同士が互いに積層されるように、且つ、タブ１７ｂ同士が互いに積層されるように積層されている。複数のタブ１４ｂは、互いに積層されてタブ積層部２１を構成している。また、複数のタブ１７ｂは、互いに積層されてタブ積層部２５を構成している。つまり、この工程では、複数の電極（正極１１及び負極１２）を積層することにより、互いに積層された複数のタブ１４ｂ，１７ｂからなるタブ積層部２１，２５を構成する。タブ積層部２１は、導電部材１６上に配置される。タブ積層部２５は、導電部材１９上に配置される。

タブ積層部２１には、溶接予定領域Ｗが設定されている。溶接予定領域Ｗは、例えば仮想的な領域である。溶接予定領域Ｗは、例えば、複数のタブ１４ｂを互いに溶接する場合にタブ１４ｂの溶融を必要とする最低限の領域である。溶接予定領域Ｗは、タブ１４ｂの積層方向からみて一定の面積を占める。ここでは、一例として、溶接予定領域Ｗは、タブ１４ｂの積層方向からみて円形状である。溶接予定領域Ｗは、円形状に限定されず、種々の形状とすることができる。タブ積層部２５には、タブ積層部２１側と同様にして、溶接予定領域Ｗが設定されている。

続く工程では、図４に示されるように、タブ積層部２１における導電部材１６と接する面とは反対側の面に保護板２３を配置する。保護板２３は、タブ１４ｂの積層方向からみて、タブ積層部２１と導電部材１６とが互いに重複する範囲内において、タブ１４ｂの溶接予定領域Ｗを覆う位置に配置される。保護板２３は、例えば、正極１１の金属箔１４及び導電部材１６と同一の材料から構成される。

また、タブ積層部２５における導電部材１９と接する面とは反対側の面に保護板２７を配置する。保護板２７は、タブ１７ｂの積層方向からみて、タブ積層部２５と導電部材１９とが互いに重複する範囲内において、タブ１７ｂの溶接予定領域Ｗを覆う位置に配置される。保護板２７は、例えば、負極１２の金属箔１７及び導電部材１９と同一の材料から構成される。これらの保護板２３，２７は、タブ１４ｂ，１７ｂと共に、導電部材１６，１９に溶接される。保護板２３，２７は、例えば、溶接後において、箔状のタブ１４ｂ，１７ｂが剥離したり損傷したりすることを抑制する。

続いて、図４、図５の（ｂ）、及び図７の（ａ）に示されるように、タブ１４ｂの積層方向に沿った複数の貫通孔２２をタブ積層部２１に形成する（孔形成工程）。貫通孔２２は、タブ１４ｂの積層方向からみて溶接予定領域Ｗの外縁に重複するように、タブ積層部２１に形成される。また、貫通孔２２は、タブ１４ｂの積層方向からみて、溶接予定領域Ｗを通る第１の基準線Ｌ１と、溶接予定領域Ｗを通ると共に第１の基準線Ｌ１に交差（一例として直交）する第２の基準線Ｌ２と、のそれぞれの上に形成される。ここでは、一例として、第１の基準線Ｌ１と溶接予定領域Ｗの外縁との２箇所の交点、及び、第２の基準線Ｌ２と溶接予定領域Ｗの外縁との２箇所の交点のそれぞれに貫通孔２２を形成する。

同様に、この工程では、タブ１７ｂの積層方向に沿った複数の貫通孔２６をタブ積層部２５に形成する。貫通孔２６は、タブ１７ｂの積層方向からみて溶接予定領域Ｗの外縁に重複するように、タブ積層部２５に形成されている。また、貫通孔２６は、タブ１７ｂの積層方向からみて、溶接予定領域Ｗを通る第１の基準線と、溶接予定領域Ｗを通ると共に第１の基準線に交差（一例として直交）する第２の基準線と、のそれぞれの上に形成される。ここでは、一例として、第１の基準線と溶接予定領域Ｗの外縁との２箇所の交点、及び、第２の基準線と溶接予定領域Ｗの外縁との２箇所の交点のそれぞれに貫通孔２２を形成する。

貫通孔２２，２６は、タブ１４ｂ，１７ｂの積層方向からみて、その外縁が溶接予定領域Ｗの外縁に内接するようにタブ積層部２１，２５に形成されていてもよいし、その外縁が溶接予定領域Ｗの外縁と交差するようにタブ積層部２１，２５に形成されていてもよい。貫通孔２２，２６は、例えばポンチ等の針をタブ積層部２１，２５に対してタブ１４ｂ，１７ｂの積層方向に沿って突き刺すことで形成することができる。貫通孔２２，２６は、一例として円筒状である。なお、この工程では、貫通孔２２は、タブ積層部２１上に保護板２３を配置した状態で形成される。また、貫通孔２６は、タブ積層部２５上に保護板２７を配置した状態で形成される。したがって、貫通孔２２は、保護板２３及び導電部材１６を貫通している。また、貫通孔２６は、保護板２７及び導電部材１９を貫通している。

この工程により、電極積層体２０Ａに貫通孔２２，２６が形成され、電極積層体２０が構成される。電極積層体２０は、互いに積層された複数の電極（正極１１及び負極１２）を含む電極積層体である。電極は、本体１４ａ，１７ａと、本体１４ａ，１７ａの一端から突出し、溶接予定領域Ｗが設定されたタブ１４ｂ，１７ｂと、を含む。タブ１４ｂ，１７ｂは、互いに積層されてタブ積層部２１，２５を構成している。タブ積層部２１，２５には、タブ１４ｂ，１７ｂの積層方向に沿った複数の貫通孔２２，２６が形成されている。貫通孔２２，２６は、タブ１４ｂ，１７ｂの積層方向からみて溶接予定領域Ｗの外縁に重複するように、タブ積層部２１，２５に形成されている。

続く工程では、図６に示されるように、複数のタブ１４ｂ，１７ｂを互いに溶接する（溶接工程）。一例として、まず、図６の（ａ）に示されるように、一対の溶接電極３０によって、タブ積層部２１、導電部材１６、及び保護板２３を挟み込む。その後、図６の（ｂ）に示されるように、一対の溶接電極３０を用いた抵抗溶接によって、複数のタブ１４ｂ、導電部材１６、及び保護板２３を互いに溶接する。ここでは、溶融部分（溶融後に再固化した部分）をハッチングにより示している。これにより、複数の正極１１と導電部材１６とが各タブ１４ｂを介して電気的に接続される。

同様に、一対の溶接電極によって、タブ積層部２５、導電部材１９、及び保護板２７を挟み込む。その後、一対の溶接電極を用いた抵抗溶接によって、複数のタブ１７ｂ、導電部材１９、及び保護板２７を互いに溶接する。これにより、複数の負極１２と導電部材１９とが各タブ１７ｂを介して電気的に接続される。以上の工程により、電極組立体３が製造される。

以上説明したように、本実施形態に係る電極組立体３の製造方法においては、タブ１４ｂ，１７ｂの溶接工程の前に、タブ１４ｂ，１７ｂの積層部分（タブ積層部２１，２５）に複数の貫通孔２２，２６を形成する。複数の貫通孔２２，２６は、一定の面積を有する溶接予定領域Ｗの外縁に重複するように設けられる。したがって、タブ１４ｂ，１７ｂの溶接工程の後には、貫通孔２２，２６の閉塞状況を外観から観察することにより、溶接予定領域Ｗにおいてタブ１４ｂ，１７ｂが十分に溶融されたか否かを判定することが可能である。

一例として、溶接予定領域Ｗの全体にわたってタブ１４ｂ，１７ｂが十分に溶融されていない場合、貫通孔２２，２６が閉塞されず貫通したままである。この場合には、溶接が不十分であると判定することができる。一方、溶接予定領域Ｗの全体にわたってタブ１４ｂ，１７ｂが十分に溶融されている場合、貫通孔２２，２６の少なくとも一部が溶融したタブ１４ｂ，１７ｂによって閉塞される。この場合には、溶接が十分であると判定することができる。以上のように、この製造方法によれば、溶接の成否を外観によって判定することが可能である。なお、溶接の成否の外観検査は、例えば、カメラ等を用いて複数の貫通孔２２を撮像し、撮像した画像を画像処理することによって行うことができる。

本実施形態に係る電極組立体３の製造方法においては、孔形成工程において、タブ１４ｂの積層方向からみて、溶接予定領域Ｗを通る第１の基準線Ｌ１と、溶接予定領域Ｗを通ると共に第１の基準線Ｌ１に交差する第２の基準線Ｌ２と、のそれぞれの上に貫通孔２２を形成する。また、孔形成工程においては、タブ１７ｂの積層方向からみて、溶接予定領域Ｗを通る第１の基準線と、溶接予定領域Ｗを通ると共に第１の基準線に交差する第２の基準線と、のそれぞれの上に貫通孔２６を形成する。この場合、タブ１４ｂ，１７ｂの積層方向からみて貫通孔２２，２６が二次元的に配置されることになる。よって、貫通孔２２，２６の閉塞状況から溶接された領域の面積を確実に把握できるので、溶接の成否を外観によって確実に判定することが可能となる。

本実施形態に係る電極積層体２０においては、タブ１４ｂ，１７ｂの積層部分（タブ積層部２１，２５）に複数の貫通孔２２，２６が形成されている。複数の貫通孔２２，２６は、一定の面積を有する溶接予定領域Ｗの外縁に重複するように設けられている。したがって、タブ１４ｂ，１７ｂを溶接した後には、貫通孔２２，２６の閉塞状況を外観から観察することにより、溶接予定領域Ｗにおいてタブ１４ｂ，１７ｂが十分に溶融されたか否かを判定することが可能である。つまり、この電極積層体２０によれば、溶接の成否を外観によって判定することが可能である。

以上の実施形態は、本発明に係る電極組立体の製造方法及び電極積層体の一実施形態を説明したものである。したがって、本発明に係る電極組立体の製造方法及び電極積層体は、上述した形態に限定されない。本発明に係る電極組立体の製造方法及び電極積層体は、各請求項の要旨を変更しない範囲において、上述した形態を任意に変更したものとすることができる。

例えば、上記実施形態においては、タブ１４ｂの積層方向からみて、溶接予定領域Ｗの外縁と第１の基準線Ｌ１との交点と、溶接予定領域Ｗの外縁と第２の基準線Ｌ２との交点と、において貫通孔２２を形成した。また、タブ１７ｂの積層方向からみて、溶接予定領域Ｗの外縁と第１の基準線との交点と、溶接予定領域Ｗの外縁と第２の基準線との交点と、において貫通孔２６を形成した。しかしながら、貫通孔２２，２６の数及び位置は、この例に限定されない。

例えば、図７の（ｂ）に示されるように、第１の基準線Ｌ１及び第２の基準線Ｌ２上において、溶接予定領域Ｗの中心から放射状に複数の貫通孔２２を形成してもよい。より具体的には、ここでは、第１の基準線Ｌ１上において、溶接予定領域Ｗの外縁に重複する箇所に２つの貫通孔２２を形成し、溶接予定領域Ｗの内側に２つの貫通孔２２を形成し、溶接予定領域Ｗの外側に２つの貫通孔２２を形成している。また、第２の基準線Ｌ２上において、溶接予定領域Ｗの外縁に重複する箇所に２つの貫通孔２２を形成し、溶接予定領域Ｗの内側に２つの貫通孔２２を形成し、溶接予定領域Ｗの外側に２つの貫通孔２２を形成している。貫通孔２６についても同様とすることができる。この場合、溶接予定領域Ｗの中心からの距離が異なる複数の貫通孔２２のうちのどの貫通孔２２が閉塞されているかを確認することにより、実際に溶接された領域の面積を更に精度よく把握することが可能となる。

また、図７の（ｃ）に示されるように、タブ１４ｂの積層方向からみて、第１の基準線Ｌ１に沿って延びる長孔状の貫通孔２２を形成すると共に、第２の基準線Ｌ２に沿って延びる長孔状の貫通孔２２を形成してもよい。このとき、それぞれの貫通孔２２は、溶接予定領域Ｗの外縁を越えて溶接予定領域Ｗの内側から外側にわたって延在する。貫通孔２６についても、同様とすることができる。この場合には、複数の貫通孔２２のそれぞれがどこまで閉塞されているかを確認することにより、実際に溶接された領域の面積を精度よく把握することが可能となる。

また、上記実施形態においては、タブ積層部２１における導電部材１６と接する面とは反対側の面に保護板２３が配置され、タブ積層部２５における導電部材１９と接する面とは反対側の面に保護板２７が配置されていたが、これら保護板２３，２７が設けられていなくてもよい。

１１…正極（電極）、１２…負極（電極）、１４ａ，１７ａ…本体、１４ｂ，１７ｂ…タブ、２０…電極積層体、２１，２５…タブ積層部、２２，２６…貫通孔、Ｌ１…第１の基準線、Ｌ２…第２の基準線、Ｗ…溶接予定領域。

Claims (3)

1. 本体と前記本体の一端から突出するタブとを含む複数の電極を積層することにより、互いに積層された複数の前記タブからなるタブ積層部を構成する積層工程と、
   前記タブの積層方向に沿った複数の貫通孔を前記タブ積層部に形成する孔形成工程と、
   前記孔形成工程の後に、複数の前記タブを互いに溶接する溶接工程と、
   を備え、
   前記孔形成工程においては、前記積層方向からみて前記タブの溶接予定領域の外縁に重複するように複数の前記貫通孔を形成する、
   電極組立体の製造方法。
2. 前記孔形成工程においては、前記積層方向からみて、前記溶接予定領域を通る第１の基準線と、前記溶接予定領域を通ると共に前記第１の基準線に交差する第２の基準線と、のそれぞれの上に前記貫通孔を形成する、
   請求項１に記載の電極組立体の製造方法。
3. 互いに積層された複数の電極を含む電極積層体であって、
   前記電極は、本体と、前記本体の一端から突出し、溶接予定領域が設定されたタブと、を含み、
   複数の前記タブは、互いに積層されてタブ積層部を構成しており、
   前記タブ積層部には、前記タブの積層方向に沿った複数の貫通孔が形成されており、
   前記貫通孔は、前記積層方向からみて前記タブの前記溶接予定領域の外縁に重複するように、前記タブ積層部に形成されている、
   電極積層体。

Images