JP2022073690A - 超音波接合方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ホーンと集電箔との溶着及びアンビルと集電端子との溶着を発生させることなく集電箔の剥離を低減することができる複数積層された集電箔と集電端子との4超音波接合方法を提供する。【解決手段】複数枚積層された集電箔２１と集電端子２２との超音波接合方法であって、集電箔２１と対向する表面に複数の凸部２２Ａを形成した集電端子２２を用い、複数枚積層された集電箔２１と集電端子２２とを超音波接合によって溶着接合する。【選択図】図１

Description

本発明は、例えば電池の複数枚積層された集電箔と集電端子との超音波接合方法に関する。

従来、超音波による振動を接合対象に印加して溶着接合する超音波接合が公知である。電池の複数枚積層された集電箔と集電端子との超音波接合では、ホーン（加振源）側に複数枚積層された集電箔が配置され、アンビル（固定端）側に集電端子が配置されて振動が印加される。

例えば、特許文献１には、複数枚積層された集電箔と集電端子との超音波接合方法として、集電端子を平面に加工することによって集電端子と集電箔との接合面を安定させて、接合強度を向上させる超音波接合方法が開示されている。

特開２０１５－２１３９４５号公報

しかし、特許文献１に開示される超音波接合方法において、集電箔の枚数が多い、又は集電箔材質の硬度が高い場合には、集電端子と集電箔との接合は強固となるものの、集電箔同士の接合強度が低くなり、集電箔の剥離が生じることがある。

上述した集電箔の剥離を回避するため、加圧力又は振動振幅を大きくすることが考えられる。しかし、加圧力又は振動振幅を大きくした場合には、ホーンと集電箔との摩擦熱が大きくなりホーンと集電箔との間で溶着が発生する。このとき、ホーンと集電箔との摩擦熱が集電端子からアンビルに伝達し、アンビルと集電端子との間でも溶着が発生する。

そこで、本発明は、ホーンと集電箔との溶着及びアンビルと集電端子との溶着を発生させることなく集電箔の剥離を低減することができる超音波接合方法を提供することを目的とする。

本発明に係る超音波接合方法は、複数枚積層された集電箔と集電端子との超音波接合方法であって、集電箔と対向する表面に複数の凸部を形成した集電端子を用意し、複数枚積層された集電箔と集電端子とを超音波接合によって溶着接合することを特徴とする。

本発明は、ホーンと集電箔との溶着及びアンビルと集電端子との溶着を発生させることなく集電箔の剥離を低減することができる。

実施形態に係る超音波接合装置を示す模式図である。 集電端子の集電箔と対向する面を示す斜視図である。 実施形態の一例である超音波接合工程の流れを示すフローである。 （Ａ）実施形態の一例である超音波接合工程による複数積層された集電箔及び集電端子の断面の温度分布を示す図、（Ｂ）従来の超音波接合工程による複数積層された集電箔及び集電端子の断面の温度分布を示す図である。

以下、本発明の実施形態の一例について詳細に説明する。以下の説明において、具体的な形状、材料、方向、数値等は、本開示の理解を容易にするための例示であって、用途、目的、仕様等に合わせて適宜変更することができる。

図１を用いて、実施形態に係る超音波接合装置１０について説明する。図１は、超音波接合装置１０を示す模式図である。

超音波接合装置１０は、超音波による振動を複数積層された集電箔２１と集電端子２２とに印加して複数積層された集電箔２１と集電端子２２とを溶着接合する装置である。複数積層された集電箔２１及び集電端子２２は、例えば二次電池の複数積層された正極タブ及び正極集電端子、或いは複数積層された負極タブ及び負極集電端子であってもよい。

図１に示すように、超音波接合装置１０は、集電端子２２を載置する台座であって、表面に複数の凸部が形成されるアンビル１１と、アンビル１１と対向して設けられ、表面に複数の凸部が形成され、複数積層された集電箔２１に超音波振動を印加するホーン１２とを備える。

超音波接合装置１０によって複数積層された集電箔２１と集電端子２２とを溶着接合する際には、アンビル１１とホーン１２とで複数積層された集電箔２１と集電端子２２とを所定圧力で加圧しながらホーン１２を超音波振動させる。

図１及び図２を用いて、実施形態に係る集電端子２２について説明する。図２は、集電端子２２を示す斜視図である。

図２に示すように、集電端子２２の集電箔２１と対向する表面には、複数の凸部２２Ａが設けられる。凸部２２Ａは、四角錘に形成されるが、三角錐又は円錐に形成されてもよい。複数の凸部２２Ａは、規則的に整列して形成されることが好ましい。凸部２２Ａは、塑性加工によって形成されることが好ましいが、例えばプレス加工又は鍛造加工によって形成されてもよい。

図３を用いて、実施形態の一例である超音波接合工程Ｓ１０の流れについて説明する。図３は、超音波接合方法の流れを示すフロー図である。

超音波接合方法としての超音波接合工程Ｓ１０は、上述した超音波接合装置１０を用いて、超音波による振動を複数積層された集電箔２１と集電端子２２とに印加して複数積層された集電箔２１と集電端子２２とを溶着接合する装置である。超音波接合方法によれば、詳細は後述するが、ホーン１２と集電箔２１との溶着及びアンビル１１と集電端子２２との溶着を発生させることなく、複数積層された集電箔２１同士及び集電箔２１と集電端子２２との溶着接合を行うことができる。また、集電箔２１の剥離を低減することができる。

超音波接合方法は、表面に複数の凸部２２Ａを形成した集電端子２２をアンビル１１に設置する工程Ｓ１１と、アンビル１１とホーン１２とで複数積層された集電箔２１と集電端子２２とを所定圧力で加圧しながらホーン１２を超音波振動させる超音波振動工程Ｓ１２とを含む。

工程Ｓ１１で設置された集電端子２２の集電箔２１と対向する表面には、複数の凸部２２Ａが形成されている。表面加工は、例えばプレス加工又は鍛造加工によって複数の凸部２２Ａを形成してもよい。

超音波振動工程Ｓ１２では、上述したようにアンビル１１とホーン１２とで複数積層された集電箔２１と集電端子２２とを所定圧力で加圧しながらホーン１２を超音波振動させて複数積層された集電箔２１と集電端子２２とを溶着接合する。

図４を用いて、超音波接合工程Ｓ１０による効果について説明する。図４（Ａ）は、超音波接合工程Ｓ１０による複数積層された集電箔２１及び集電端子２２の断面の接合時における温度分布図である。図４（Ｂ）は、従来の超音波接合工程による複数積層された集電箔２１及び集電端子２２の断面の接合時における温度分布図である。

図４（Ａ）及び図４（Ｂ）は、複数積層された集電箔２１をニッケル（１５μｍ厚、３０枚）、集電端子２２をニッケル（０．４ｍｍ厚）、アンビル１１を鋼製、ホーン１２を鋼製として、５００～３０００Ｎの加圧力によって加圧し、２０～４０ｋＨｚの振動を印加した超音波接合を模擬した試験のＣＡＥ解析結果による複数積層された集電箔２１と集電端子２２の断面の温度分布図である。

図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示すように、同じ超音波接合条件においても本開示の集電端子２２を用いた超音波接合工程Ｓ１０の方が、集電箔２１間の接合部の温度を向上させることが確認できた。

この理由としては、集電端子２２に凸部２２Ａが形成されたことによって、加圧時に集電端子２２及び複数積層された集電箔２１の塑性変形による塑性熱が発生したことが考えられる。また、集電端子２２に凸部２２Ａが形成されたことによって、接合界面が増加し、超音波振動時の接合界面の摩擦熱が増加したことが考えられる。さらに、局所的に集電箔２１の厚さが薄くなることによって集電箔２１と集電端子２２との界面に生じる熱移動経路が短くなったことが考えられる。

これにより、集電端子２２に凸部２２Ａが形成されたことで、加圧力又は振幅数を過度に大きくすることなく、集電箔２１とホーン１２又は集電端子２２とアンビル１１と間の溶着を防ぐことができ、かつ集電箔２１間の剥離を防ぐことができる。

また、集電端子２２に近い集電箔２１では、集電端子２２の凸部２２Ａに型取り成形される塑性変形が生じることによって、集電端子２２の凸部２２Ａ周辺の集電箔２１の接触界面に新生面が多く形成される。これにより、集電箔２１の接触界面中の酸素濃度が低減でき、集電箔２１同士の接合強度が向上される。

なお、本発明は上述した実施形態及びその変形例に限定されるものではなく、本願の特許請求の範囲に記載された事項の範囲内において種々の変更又は改良が可能であることは勿論である。

１０ 超音波接合装置、１１ アンビル、１２ ホーン、２１ 集電箔、２２ 集電端子、２２Ａ 凸部、Ｓ１０ 超音波接合工程、Ｓ１１ 表面加工工程、Ｓ１２ 超音波振動工程

Claims (1)

1. 複数積層された集電箔と集電端子との超音波接合方法であって、
   前記集電箔と対向する表面に複数の凸部を形成した前記集電端子を用い、
   複数積層された前記集電箔と前記集電端子とを超音波接合によって溶着接合する、
   超音波接合方法。
   

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