JP4375690B2 - 蓄電素子の電極接合方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は蓄電素子の電極接合方法の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】
図9は従来の蓄電素子の断面図であり、蓄電素子の一例を示す。
蓄電素子100は、それぞれ両面に活物質を塗布した正電極板101及び負電極板102と、これらの正・負電極板101,102との間に設けたセパレータ103,103と、正電極板101の上部に当てた正極端子である集電板104と、負電極板102の下部に当てた負極端子である集電板105と、正・負電極板101,102、セパレータ103,103及び集電板104,105を収納する導電性のあるケース106と、このケース106の底部に正・負電極板101,102、セパレータ103,103及び集電板104,105を押し付ける導電板107と、ケース106の開口部に導電板107とともにガスケット108を介してかしめた蓋109と、ケース106内に注入した電解液111とからなる。
すなわち、正・負極板の未塗装部分に正・負極端子を当てた構造の蓄電素子である。
上記技術は、集電板105に負電極板102を押当て、正電極板101に集電板104を押当てることで電力を外部へ取出すものである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
近年、ハイブリッド車、電気自動車、電動自転車等の需要により、蓄電素子に対する更なる小型化、軽量化並びに大容量化が求められ、より効率的に電力を取出すために、例えば蓄電素子の内部抵抗の低減が望まれる。また、前述の車両では、複数個の蓄電素子を使用するために、それぞれの蓄電素子の安定した品質も要求される。
蓄電素子の内部抵抗を低減するためには、集電板105に負電極板102を押当て、正電極板101に集電板104を押当てる構造を、何等かの手段で一体的に接合する方法が考えられる。
しかし、後述の図7(a)で詳しく説明するが、集電体及び電極にレーザー又は電子ビームを投射し、集電体及び電極の接触面を溶着させる試みがあるものの、レーザー又は電子ビームの溶接熱が拡散し、所定の接触面のみを溶着させることが困難であった。
【0004】
そこで、本発明の目的は、集電体及び電極の接触面を良好に溶接することのできる蓄電素子の電極接合方法を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項1の蓄電素子の電極接合方法は、集電板にほぼ直角にシート状の電極のエッジを突き当て、突き当て部分を集電板側からレーザー又は電子ビームで溶接するときに、集電板と電極との交わる2つのコーナ部にレーザー又は電子ビームの遮蔽材を詰め、溶接熱が突き当て部分の他には到達しないように遮蔽したことを特徴とする。
【0006】
集電板にほぼ直角にシート状の電極のエッジを突き当て、集電板と電極との交わる2つのコーナ部にレーザー又は電子ビームからの溶接熱を遮蔽する遮蔽材を詰め、突き当て部分を集電板側からレーザー又は電子ビームで溶接する。
すなわち、集電板と電極との交わる2つのコーナ部に遮蔽材を詰めることで、溶接熱が突き当て部分の他には到達しないように遮蔽する。
【0007】
請求項2は、遮蔽材をセラミックスラリーであることを特徴とする。
遮蔽材にセラミックスラリーを使用することで作業性の改善を図る。
【0008】
請求項3は、セラミックスラリーがアルミナスラリーであることを特徴とする。
アルミナスラリーは、一般的なセラミックスラリーなので入手が容易である。従って、アルミナスラリーの在庫を減らし、在庫管理の簡素化を図るようにする。
【0009】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。
図1は本発明に係る蓄電素子の断面図である。
蓄電素子としてのバッテリセル50は、電極としての正電極板51と、電極としての負電極板52と、これらの正・負電極板51,52との間に設けたセパレータ53,53と、正電極板51の上部にレーザ溶接した正極端子である集電板54と、負電極板52の下部にレーザ溶接した負極端子である集電板55と、正・負電極板51,52、セパレータ53,53及び集電板54,55を収納する導電性のあるケース56と、このケース56の底部56a側に正・負電極板51,52、セパレータ53,53及び集電板54,55を押し付けるために配置した弾性部材である導電板57と、ケース56の上部の開口部56bに導電板57とともにガスケット58を介してかしめた蓋59と、ケース56内に注入した電解液61とからなる。なお、レーザ溶接は、電子ビーム又はレーザーを用いて溶接する一例である。
【0010】
シート状の正電極板51は、正電極箔51aと、この正電極箔51aの両面に塗布した活物質51b,51bとからなる。なお、51c・・・(・・・は複数個を示す。以下同じ)は集電板54にほぼ直角に突き当て、正電極箔51aを集電板54に溶接するエッジとしての突き当て部分である。
シート状の負電極板52は、負電極箔52aと、この負電極箔52aの両面に塗布した活物質52b,52bとからなる。なお、52c・・・は集電板55にほぼ直角に突き当て、負電極箔52aを集電板55に溶接するエッジとしての突き当て部分である。
【0011】
なお、64は集電板54と正電極板51との交わる2つのコーナ部51e,51eに詰めた遮蔽材であり、後述するように、集電板54にほぼ直角にシート状の正電極板51を突き当て、突き当て部分51cを集電板54側から溶接するときに、溶接熱が突き当て部分51cの他には到達しないように遮蔽するものである。
65は、遮蔽材64と同様の機能を果たす集電板55と負電極板52との交わる2つのコーナ部52e,52eに詰めた溶接熱を遮蔽するための遮蔽材である。
また、遮蔽材64,65としては、セラミックスラリーが好適であり、セラミックスラリーの中には、例えば、アルミナ(Al2O3)スラリー、シリカ(SiO2)スラリーなどがあるが、実施例ではアルミナ(Al2O3)スラリーを用いた。
【0012】
遮蔽材64,65にセラミックスラリーを使用することで作業性の改善を図ることができる。また、セラミックスラリーをアルミナスラリーにすることで、例えば、アルミナスラリーは一般的なセラミックスラリーなので入手が容易なので、在庫を減らし、在庫管理の簡素化を図ることができる。
以下、「遮蔽材64,65」を「アルミナスラリー64,65」と記載する。
【0013】
セパレータ53は、正電極板51と負電極板52とを絶縁するものである。
集電板54,55は、同一のもので、それぞれ上下逆に組込んだものであるが、説明の都合上符号を変えた。
【0014】
このように、正極側と負極側とで共通の集電板54,55を用いることで、部品の種類を減らすことができ、製造コストを抑えることができる。
導電板57は、組付時にたわませることで押圧力を発生させる押圧部57aを有する。
ここで、負極側の集電板55を用いずに、ケース56に負電極板52をレーザ溶接してもよい。
【0015】
図2は本発明に係る蓄電素子の分解斜視図である。
ケース56に、円板状の集電板55と、正電極板51の外側にセパレータ53、セパレータ53の外側に負電極板52、負電極板52の外側にセパレータ53を重ねて巻いたロール状電極板としての電極アセンブリ62と、円板状の集電板54とをこの順に挿入し、ケース56の上端の開口部56bにガスケット58に設けた小径部58aを挿入し、ガスケット58に設けた大径部58bの内面に導電板57及び蓋59を挿入することを示す。
【0016】
すなわち、バッテリセル50は、ケース56の開口部56bに導電板57及び蓋59を挿入した後、図1に示したように、ケース56を径内方へ絞り、ケース56の上部を密閉したものである。
集電板54,55は、中央に凸部54a,55aを形成したものである。
【0017】
凸部54aは、導電板57の押圧部57aに接触する部分である。
凸部55aは、ケース56の底部56a(図1参照)にレーザ溶接する部分である。(図1に示した55bが溶接部である。)なお、凸部55aと底部56aとの結合は、他の溶接方法で行ってもよい。
ケース56は、底部56a(図1参照)を除いて外面を電気的に絶縁処理したものである。
【0018】
図3は本発明に係る蓄電素子の電極板の説明図である。
正電極板51は、正電極箔51aの一辺を除いて、活物質51bを塗布したものであり、未塗装部分51d,51d(裏側の51dは不図示)は、正電極板51の上部一辺に一定の幅に確保したものである。
【0019】
負電極板52は、負電極箔52aの一辺を除いて、活物質52bを塗布したものであり、未塗装部分52d,52d(裏側の52dは不図示)は、負電極板52の下部一辺に一定の幅に確保したものである。
これらの未塗装部分51d,51d,52d,52dは、活物質51b,52bを塗布した部分に比べて導電性がよい。
【0020】
これらの正電極板51及び負電極板52を、セパレータ53を介して活物質51b,52b部分が重なるように巻き、未塗装部分51d,52dをロール状の電極アセンブリ62の端部から突出させ、ケース56(図2参照)に収納する。
【0021】
上記したように、正・負電極板51,52を重ねてロール状の電極アセンブリ62にしたことで、電極アセンブリ62の端部に集電板54,55(図1参照)を均等に接触させてからレーザ溶接ができるため、レーザ溶接による結合をより確実にすることができ、正・負電極板51,52と集電板54,55との結合部の電気抵抗をより小さくすることができる。従って、バッテリセル50(図1参照)の内部抵抗をより小さくすることができる。
【0022】
以上に述べたバッテリセル50の電極接合方法を次に説明する。
図4(a)〜(d)は本発明に係る蓄電素子の集電板の平面図であり、集電板と正・負電極板とのレーザ溶接の形態を複数の例で示したものである。
(a)は、集電板54の凸部54a(又は集電板55の凸部55a)を除いて一直線状にレーザ溶接したものである。
(b)は、凸部54a(又は凸部55a)を除いて十字状にレーザ溶接したものである。
【0023】
(c)は、凸部54a(又は凸部55a)を除いて60°等間隔にレーザ溶接したものである。
(d)は、凸部54a(又は凸部55a)を除いて45゜等間隔にレーザ溶接したものである。
【0024】
図5は本発明に係る蓄電素子の正・負電極板と集電板とのレーザ溶接の方法を説明する断面図である。
正電極板51に集電板54をレーザ溶接するには、まず、集電板54にほぼ直角にシート状の正電極板51を突き当て、集電板54と正電極板51との交わる2つのコーナ部51e,51eにアルミナスラリー64を詰め、突き当て部分51cを集電板54側からレーザ溶接するときに、溶接熱が突き当て部分51cの他には到達しないように遮蔽する。
次に、集電板54側から、正電極板51と集電板54との突き当て部分51cの高さ位置Pにレーザ溶接装置LのレーザビームBの焦点を合せ、集電板54の外周側から内周側へレーザ溶接装置Lを移動しながら溶接を行う。
【0025】
レーザ溶接装置Lが集電板54の凸部54a部に差掛かったら、一端レーザビームBの照射を止め、凸部54a部を通り過ぎたら再びレーザビームBの照射を始めて、集電板54の内周側から外周側へレーザ溶接装置Lを移動しながら溶接を行う。負電極板52に集電板55をレーザ溶接する場合も同様に行う。
【0026】
図6は本発明に係る蓄電素子の製造工程のフロー図である。なお、ST××はステップ番号を示す(符号は図1及び図3参照)。
ST01:正・負電極板51,52用の活物質51b,52bを混練する。
ST02:ST01で混練した活物質51b,52bをスラリー状にし、正・負電極箔51a,52aに塗布する。ただし、前述の未塗装部分51d,52dを設ける。
【0027】
ST03:正・負電極板51,52を正規寸法にカットする。
ST04:正・負電極板51,52をプレスして、活物質51b,52bを含めた厚さを一定にする。
ST05:正・負電極板51,52を巻き取り、電極アセンブリ62を作製する。
ST06:集電板55と負電極板52との交わる2つのコーナ部52e,52eにアルミナスラリー65を詰める。
ST07:負電極板52に集電板55をレーザ溶接する。
ST08:電極アセンブリ62及び集電板55をケース56に挿入する。
【0028】
ST09:ケース56に集電板55をレーザ溶接する。
ST10:集電板54と正電極板51との交わる2つのコーナ部51e,51eにアルミナスラリー64を詰める。
ST11:正電極板51に集電板54をレーザ溶接する。
ST12:ケース56内に電解液61を注入する。
ST13:ケース56内にガスケット58を介して導電板57及び蓋59を挿入する。
ST14:ケース56に導電板57及び蓋59を加締める。
【0029】
図7(a),(b)は本発明に係る蓄電素子の接合方法を示す第1作用説明図である。(a)は比較例を示し、(b)は実施例を示す。
(a)において、集電板104にほぼ直角にシート状の正電極板101を突き当て、突き当て部分101cを集電板104側からレーザで溶接する。
レーザ溶接の熱Q1・・・が矢印の如く所定部分以外にも加わるので、溶接の効率が悪化するばかりでなく、負電極板102を溶かす虞れがある。
【0030】
(b)において、集電板54にほぼ直角にシート状の正電極板51を突き当て、集電板54と正電極板51との交わる2つのコーナ部51e,51eにアルミナスラリー64を詰め、突き当て部分51cを集電板54側からレーザ溶接する。
集電板54と正電極板51との交わる2つのコーナ部51e,51eに溶接熱を遮蔽するアルミナスラリー64を詰めたので、溶接熱が突き当て部分51cの他には到達しないように遮蔽する。すなわち、レーザ溶接の熱Q2・・・をアルミナスラリー64で阻止する。従って、集電板54に正電極板51を良好に溶接することができ、バッテリセル50(図1参照)の信頼性を向上させることができる。
【0031】
図8(a),(b)は本発明に係る蓄電素子の接合方法を示す第2作用説明図である。(a)は比較例を示し、(b)は実施例を示す。
(a)において、レーザ溶接装置Lを矢印▲1▼の如く移動すると、レーザ溶接装置Lは負電極板102の上方に位置するようになり、レーザ溶接の熱Q3・・・が矢印の如く加わり負電極板102を溶かす虞れがある。
(b)において、レーザ溶接装置Lを矢印▲2▼の如く移動すると、レーザ溶接装置Lは負電極板62の上方に位置するようになる。しかし、レーザ溶接の熱Q4・・・をアルミナスラリー64で阻止する。従って、バッテリセル50(図1参照)の信頼性を向上させることができる。
【0032】
尚、図1に示すように、実施例では集電板51と正電極板54とをレザー溶接したが、これに限るものではなく、電子ビーム又はレーザーを用いて溶接するものであればよい。集電板55と負電極板52についても同様である。
【0033】
【発明の効果】
本発明は上記構成により次の効果を発揮する。
請求項1は、集電板にほぼ直角にシート状の電極のエッジを突き当て、集電板と電極との交わる2つのコーナ部にレーザー又は電子ビームの遮蔽材を詰め、突き当て部分を集電板側からレーザー又は電子ビームで溶接するようにした。この時に、集電板と電極との交わる2つのコーナ部にレーザー又は電子ビームからの溶接熱を遮蔽する遮蔽材を詰めることで、溶接熱が突き当て部分の他には到達しないように遮蔽したので、集電板に電極を良好に溶接することができ、蓄電素子の信頼性を向上させることができる。
【0034】
請求項2は、遮蔽材にセラミックスラリーを使用したので、蓄電素子の組立性の向上を図ることができ、作業性も良好になる。
【0035】
請求項3は、セラミックスラリーをアルミナスラリーを用いることで、例えば、アルミナスラリーは一般的なセラミックスラリーなので入手が容易である。従って、アルミナスラリーの在庫を減らし、在庫管理の簡素化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る蓄電素子の断面図
【図2】本発明に係る蓄電素子の分解斜視図
【図3】本発明に係る蓄電素子の電極板の説明図
【図4】本発明に係る蓄電素子の集電板の平面図
【図5】本発明に係る蓄電素子の正・負電極板と集電板とのレーザ溶接の方法を説明する断面図
【図6】本発明に係る蓄電素子の製造工程のフロー図
【図7】本発明に係る蓄電素子の接合方法を示す第1作用説明図
【図8】本発明に係る蓄電素子の接合方法を示す第2作用説明図
【図9】従来の蓄電素子の断面図
【符号の説明】
50…蓄電素子(バッテリセル)、51,52…電極(正・負電極板)、54,55…集電板、51c,52c…突き当て部分、51e,52e…コーナ部、62,63…遮蔽材としてのセラミックスラリー(アルミナスラリー)。
Claims (3)
- 集電板にほぼ直角にシート状の電極のエッジを突き当て、突き当て部分を集電板側からレーザー又は電子ビームで溶接するときに、前記集電板と電極との交わる2つのコーナ部にレーザー又は電子ビームの遮蔽材を詰め、溶接熱が突き当て部分の他には到達しないように遮蔽したことを特徴とする蓄電素子の電極接合方法。
- 前記遮蔽材は、セラミックスラリーであることを特徴とする請求項1記載の蓄電素子の電極接合方法。
- 前記セラミックスラリーは、アルミナスラリーであることを特徴とする請求項1又は請求項2記載の蓄電素子の電極接合方法。
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