JP4995297B2

JP4995297B2 - 電池、及びこの電池の製造に用いられる超音波溶接システム

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Publication number: JP4995297B2
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Inventors: 博章四元
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Description

本発明は、複数の電極板が積層された電極積層体を備えている電池（例えば、積層式二次電池）、及びこの電池の製造に用いられる超音波溶接システムに関する。

例えば、リチウムイオン二次電池に代表される積層式二次電池は、複数の正極板と複数の負極板とが、セパレータを介して交互に積層された電極積層体を備えている。

該積層式二次電池の該電極積層体のうち該複数の正極板および該複数の負極板のそれぞれは、タブを備えており、正極板および負極板のタブはそれぞれ束ねられてタブ束となる。そして、タブ束の一端はリードの一端と接続され、リードの他端はそれぞれ正極端子又は負極端子に接続されている。

以上で説明した二次電池の製造では、タブ束とリードとを接合する必要がある。従来、タブ束とリードとを接合する方法としては、以下の特許文献１に記載されている方法がある。

特開２００３−２２３８８０号公報

この特許文献１に記載の接合方法では、タブ束とリードの端部とを重ね合わせ、両者が重なっている一部に超音波を印加して超音波溶接により両者を接合している。
しかしながら、特許文献１に記載の方法では、本願の図７に示すように、タブ束１とリード２の端側の一部２ｂとを接合しているものの、例えば、超音波溶接装置の駆動精度が高くない場合、リード２の電極板側の端縁２ａが接合されずに、タブ束１とリード２とが接合されてしまう。この場合、リード２の電極板側の端縁２ａが接合されていないため、この端縁２ａがタブ１に対して跳ね上がった状態になってしまう。
ここで、タブ束にリードが接合された電極積層体は、タブ束１とリード２が折り曲げられて電池缶に収容される。すると、図８に示すように、このリード２を曲げる過程等で、この端縁２ａによりタブ束１の基部１ａを傷つけ、その結果として電極板と電極端子との接続不良を起こすことがある、という問題点がある。

本発明は、以上のような従来技術の問題点に着目し、電極板と電極端子との接続不良を回避し得る電池、及びこの電池の製造に用いられる超音波溶接システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため本発明の電池は、複数の電極板が積層された電極積層体と、前記複数の電極板からそれぞれ伸びるタブを束ねたタブ束と一端が接合されるリードと、を備えた電池であって、前記リードの一端と前記タブ束とは、少なくとも前記リードの前記電極板側の端縁を含んで超音波溶接されることにより接合されてなることを特徴とする。
また、上記課題を解決するため本発明の超音波溶接システムは、複数の電極板が積層された電極積層体と、前記複数の電極板からそれぞれ伸びるタブを束ねたタブ束とを備えた電池における前記タブ束とリードとを接合する超音波溶接システムであって、前記タブ束と前記リードとの溶接部に対して超音波を印加して、前記溶接部を溶接するホーンを有する超音波溶接機と、前記タブ束、前記リード及び前記ホーンの相対位置を変える移動機と、前記ホーンが前記超音波を印加する領域を撮像する撮像機と、前記撮像機が撮像する前記領域において、前記タブ束、前記リードの前記電極板側の端縁および前記ホーンの超音波印加面が前記ホーンの移動方向に対して並ぶように、前記移動機により前記タブ束、前記リード及び前記ホーンの少なくとも２つを相対移動させる制御を行う制御手段と、前記ホーンの前記超音波印加面を前記リードの前記端縁を含む領域に向けて移動させ、少なくとも前記リードの前記端縁を含む領域と前記タブ束とを、前記超音波溶接機により接合させる制御を行う第二制御手段と、を備えていることを特徴とする。

本発明では、リードの端縁を含む部分が溶融されてタブ束に接合されているので、リードの端縁がタブ束に対して滑らかになるため、リードの端縁が跳ね上がってタブ束の基部を傷つけることがなく、電極板と電極端子との接触不良を回避することができる。

本発明では、リードの端縁を含む部分が溶融されて、タブ束に接合されているので、リードの端縁がタブ束に対して跳ね上がった状態とならない。このため、本発明によれば、電池缶に収容するためにリードを折り曲げた際にもリードの端縁でタブ束の基部が傷付くことはなく、電極板と電極端子との接続不良を回避することができる。

本発明に係る一実施形態における二次電池の要部切欠き斜視図である。本発明に係る一実施形態における超音波溶接システムの構成図である。本発明に係る一実施形態における溶接中の超音波溶接装置の要部構成図である。本発明に係る一実施形態におけるタブ束及びリードを示す図であり、同図（ａ）はタブ及びリードの平面図、同図（ｂ）はタブ束及びリードの側面図である。本発明に係る一実施形態の変形例におけるタブ束及びリードを示す図であり、同図（ａ）はタブ束及びリードの平面図、同図（ｂ）はタブ束及びリードの側面図である。本発明に係る一実施形態の変形例における超音波溶接装置の構成図である。従来のタブ束とリードとの接合部分を示す説明図である。リードを曲げる過程での、従来のタブ束とリードとの接合部分を示す説明図である。

以下、本発明に係る電池、及びこの電池の製造に用いられる超音波溶接システムの一実施形態について説明する。

本実施形態の電池は、積層式二次電池であり、例えばリチウムイオン二次電池が例示される。なお、本発明はリチウムイオン二次電池に限られず、電池を構成する複数の電極のタブ束とリードとを接合する必要のある電池に適用が可能である。
この二次電池は、図１に示すように、複数の正極板１１と、複数の負極板１２と、正極板１１と負極板１２との間に配置されている絶縁性のセパレータ１３と、これらを収納するセルケース（電池缶）２０と、セルケース２０の一面内で樹脂等を介して固定されている正極端子２１及び負極端子２２と、各正極板１１から伸びるタブの束である正極タブ束１５と正極端子２１とを接続する正極リード１７と、各負極板１２からの伸びるタブの束である負極タブ束１６と負極端子２２とを接続する負極リード１８（図４（ａ）に示す）と、を備えている。正極板１１は、集電体（例えばアルミニウム）上に正極用の活物質が塗工されており、一方で負極板１２も、集電体（例えば銅）上に負極用の活物質が塗工されている。正極板１１および負極板１２からそれぞれ伸びるタブは集電体と同一の材料により形成されており、例えば母材から集電体を打ち抜き加工によって形成する際に同時に形成される。
なお、以下の説明では、正極タブ束１５と負極タブ束１６を総称して「タブ束」と記載することがあり、正極リード１７と負極リード１８を総称して「リード」と記載することがある。

複数の正極板１１は、それぞれ、ポリプロピレンやポリエチレン等の絶端縁性のセパレータ１３で覆われている。なお、図１に示されるように、本実施形態では正極板１１をセパレータ１３で包装したが、これに換えて負極板１２をセパレータ１３で包装してもよい。セパレータ１３で覆われている複数の正極板１１と複数の負極板１２は、交互に積層され、積層体１０を構成している。なお、積層体１０は、セルケース２０に収容される際には、１つのブロックとして纏められ、例えばこのブロックが３つセルケース２０に収容される。１つのブロックを構成する積層体１０は、図示略の絶縁テープ等で固縛されて積層ズレが防止されており、さらにプラスチック等で形成された図示略の保護プレートで積層体１０の周囲を保護している。

上述のとおり、二次電池の製造工程では、タブ束１５，１６とリード１７，１８とを接合する必要があり、この接合を超音波溶接システムで行っている。そこで、本実施形態では、その超音波溶接システムの構成について以下で説明する。なお、以下の説明においては、複数の正極板１１のタブ束１５と正極リード１７とを超音波溶接により接合する例を中心に説明するが、複数の負極板１２のタブ束１６と負極リード１８とを超音波溶接により接合する場合も同様となる。

超音波溶接システムは、図２に示すように、超音波溶接装置３０と、積層体１０を把持してこれを移動させる積層体移動装置４０と、リード１７を把持してこれを移動させるリード移動装置５０と、積層体１０から伸びる正極タブ束１５を押し付けるタブ押付け装置６０と、超音波溶接装置３０が超音波を印加する部分を含む領域を撮像するカメラ７０と、これらを制御する統合制御装置８０と、を備えている。

超音波溶接装置３０は、超音波溶接機３１と、この超音波溶接機３１を制御する制御回路３９と、を備えている。

超音波溶接機３１は、Ｘ方向においてリード移動機５１と積層体移動機４１との間に配置され、振動子３２と、振動子３２の振動で振動して正極タブ束１５と正極リード１７との溶接部に超音波を印加するホーン３３と、この溶接部を介してホーン３３からの超音波を受けるアンビル３４と、アンビル３４等を支えるテーブル３５と、ホーン３３を前記溶接部に押し付ける加圧機構３６と、振動子３２を振動させる発振器を有する振動子駆動回路３７と、加圧機構３６を駆動させる加圧駆動回路３８と、を備えている。なお、以下では、加圧機構３６によりホーン３３を前記溶接部に押し付ける方向を＋Ｚ方向、Ｚ方向に垂直な一方向をＸ方向、Ｚ方向及びＸ方向に垂直な方向をＹ方向とする。また、図２において、Ｘ方向についてはリード移動装置５０から積層体移動装置４０に向かう方向を＋Ｘ方向とし、Ｙ方向については紙面から向かって上方を＋Ｙ方向と称する。

ホーン３３には、前記溶接部に接して、この溶接部に超音波を印加する超音波印加面３３ａが形成されている。また、アンビル３４には、前記溶接部に接して、この溶接部を介してホーン３３からの超音波を受ける超音波受け面３４ａが形成されている。

積層体移動装置４０は、積層体１０から伸びる正極タブ束１５を超音波溶接装置３０のホーン３３とアンビル３４との間に移動させる積層体移動機４１と、この積層体移動機４１を制御する制御回路４９と、を備えている。積層体移動機４１は、積層体１０を把持する把持機構４２と、この把持機構４２をＸ，Ｙ方向に移動させる移動機構４３と、把持機構４２及び移動機構４３を駆動する駆動回路４８と、を備えている。

リード移動装置５０は、正極リード１７の端部１７ｃを超音波溶接装置３０のホーン３３とアンビル３４との間に移動させるリード移動機５１と、このリード移動機５１を制御する制御回路５９と、を備えている。リード移動機５１は、正極リード１７を把持する把持機構５２と、この把持機構５２をＸ，Ｙ方向に移動させる移動機構５３と、把持機構５２及び移動機構５３を駆動する駆動回路５８と、を備えている。

タブ押付け装置６０は、正極タブ束１５に接する押付け部材６２と、この押付け部材６２をＺ方向に移動させる移動機構６３と、この移動機構６３を駆動する駆動回路６８と、該タブ押付け装置６０を制御する制御回路６９と、を備えている。

カメラ７０は、アンビル３４の超音波受け面３４ａ上であって、ホーン３３の超音波印加面３３ａに対向する超音波印加領域Ｈを含む領域が撮像できるように、その向きが設定されて固定されている。

統合制御装置８０は、制御部８１と、制御部８１に対して指示等を与える入力部８４と、制御部８１での処理内容等を出力する出力部８５と、を有している。制御部８１は、カメラ７０で撮像された画像を解析する画像解析部８２と、各装置３０〜６０を制御する装置制御部８３と、を有している。

なお、以上の超音波溶接システムにおいて、正極リード１７と超音波溶接機３１のホーン３３とのＸ方向における相対位置を変える第一移動機は、リード移動機５１を有して構成され、積層体１０から伸びる正極タブ束１５と正極リード１７とのＸ方向における相対位置を変える第二移動機は、積層体移動機４１及びリード移動機５１を有して構成される。本明細書では、第一移動機および第二移動機を備えた構成を「移動機」と称する。また、撮像機（カメラ７０）からの画像に基づいて、第一移動機により、正極リード１７とホーン３３との相対位置を変えさせる第一制御手段は、統合制御装置８０及びリード移動装置５０の制御回路５９を有して構成される。また、超音波溶接機３１により、正極タブ束１５と正極リード１７とを接合させる第二制御手段は、統合制御装置８０と超音波溶接装置３０の制御回路３９とを有して構成される。さらに、第二移動機により、正極タブ束１５と正極リード１７の端部１７ｃとを重ね合わせる第三制御手段は、統合制御装置８０、積層体移動装置４０の制御回路４９及びリード移動装置５０の制御回路５９を有して構成される。本明細書では、第一制御手段および第三制御手段を備えた構成を「制御手段」と称する。

次に、本実施形態の超音波溶接システムの動作について以下で説明する。

統合制御装置８０の装置制御部８３は、まず、積層体移動装置４０の把持機構４２を動作させて、この把持機構４２に積層体１０を把持させる。なお、上述のとおり本実施形態では、積層体１０の周囲は図示略の保護プレートが備わっており、把持機構４２はこの保護プレートを介して積層体１０を把持する。続いて、統合制御装置８０の装置制御部８３は、予め設定されている超音波溶接装置３０の超音波印加領域Ｈの位置情報に基づいて、積層体移動装置４０の移動機構４３を動作させる。この動作により積層体１０を把持する把持機構４２は−Ｘ方向へ移動し、把持機構４２が把持している積層体１０から伸びる正極タブ束１５の一部が超音波溶接装置３０の超音波印加領域Ｈ内の中央に位置することにより、この正極タブ束１５の位置決めが完了する。
正極タブ束１５の一部とは、正極タブ束１５が伸びている方向（図２ではＸ方向）において、この正極タブ束１５の中間部１５ａである。なお、中間部１５ａは正極タブ束１５の中間位置（Ｘ方向における正極タブ束１５の中央）に設置されることに限定されず、上述した正極リード１７の折り曲げの際に正極タブ１５の基部と正極リード１７の端部とが干渉せず、かつ超音波溶接システムにより溶接が行える位置であればよい。

正極タブ束１５の中間部１５ａが超音波溶接装置３０の超音波印加領域Ｈ内の中央に位置すると、図３に示すように、統合制御装置８０の装置制御部８３は、正極タブ束１５の中間部１５ａと積層体１０との間を、タブ押付け装置６０に押え付けさせる。すなわち、タブ押付け装置６０の押付け部材６２を＋Ｚ方向に移動させて、押付け部材６２を正極タブ束１５に押し付ける。

次に、統合制御装置８０の装置制御部８３は、リード移動装置５０の把持機構５２を動作させて、把持機構５２に正極リード１７を把持させる。

続いて、統合制御装置８０の装置制御部８３は、把持機構５２が把持している正極リード１７の端部１７ｃ中であって、積層体１０側の端縁１７ａが、正極タブ束１５の中間部１５ａと重なり合うよう、リード移動装置５０の移動機構５３を動作させる。これにより、正極リード１７を把持している把持機構５２が＋Ｘ方向に移動して、端縁１７ａが中間部１５ａと重なり合う。この際、統合制御装置８０の画像解析部８２は、カメラ７０からの画像を解析して、正極リード１７の端縁１７ａを認識すると、この正極リード１７の端縁１７ａの位置を装置制御部８３に逐次通知する。装置制御部８３は、予め設定されている超音波印加領域Ｈ内の中央の位置情報が示す位置と正極リード１７の端縁１７ａの位置との差に応じて、この差をゼロとするようにリード移動装置５０の移動機構５３を動作させる。

このリード移動装置５０の動作で、正極リード１７の端縁１７ａは、超音波印加領域Ｈ内に位置している正極タブ束１５の中間部１５ａと正確に重なる。

正極リード１７の端縁１７ａが超音波印加領域Ｈ内に位置している正極タブ束１５の中間部１５ａに重なると、装置制御部８３は、超音波溶接装置３０に対して溶接開始を指示する。

超音波溶接装置３０は、この指示を受けると、この超音波溶接装置３０のホーン３３から超音波が出力されると共に、超音波溶接装置３０の加圧機構３６が駆動して、ホーン３３が＋Ｚ方向に移動する。この過程で、ホーン３３の超音波印加面３３ａは、超音波印加領域Ｈ内の正極リード１７の端縁１７ａを含む部分に接触し、超音波印加面３３ａと正極リード１７の端縁１７ａを含む部分との間に作用する接触圧が目的の接触圧になるように加圧し、これにより正極タブ束１５と正極リード１７とを接合させる。なお、図４においても説明するとおり、Ｙ方向についても正極リード１７を超音波印加面３３ａが覆うように、この超音波印加面３３ａが正極リードの端縁１７ａを含む部分と接触している。

この結果、正極リード１７の端縁１７ａを含む正極リード１７の端部１７ｃ、及び正極タブ束１５の中間部１５ａが溶融して、図４（ａ）（ｂ）に示すように、端縁１７ａを含む正極リード１７の端部１７ｃと正極タブ束１５の中間部１５ａとが接合される領域である接合部Ｍにより、正極リード１７の端縁１７ａと正極タブ束１５との明確な境目がほとんど無くなるため、リードの端縁が跳ね上がってタブ束の基部を傷つけることがなく、電極板と電極端子との接触不良を回避することができる。また、図１では、正極リード１７の端縁１７ａが明瞭に描かれているが、これは、正極リード１７の端縁１７ａの存在を明示するためであり、実際には、先に説明したように、この端縁１７ａは溶融して、正極リード１７の端縁１７ａと正極タブ束１５との明確な境目はほとんど無い。
図４（ｂ）に示すように、ここで注目すべきは、ホーン３３と端縁１７ａおよび中間部１５ａの位置関係である。すなわち、ホーン３３の超音波印加面３３ａの中央が端部１７ａと重なる位置にあり、超音波印加面３３ａの中央より半分は正極リード１７の端部１７ａよりも＋Ｘ方向に位置している。
なお、本実施形態では、超音波印加面３３ａの中央と端部１７ａとを重ねる（Ｘ方向において同じ位置となる）ようにしたが、超音波溶接システムの駆動精度を考慮しつつ少なくとも超音波印加面３３ａの一部が正極リード１７の端部１７ａよりも＋Ｘ方向に位置していればよい。具体的には、正極リード１７をＸ方向に移動させる移動機構５３の当該Ｘ方向における位置決め精度の誤差を±ΔＸとし、超音波印加面３３ａのＸ方向における幅をＸ１とした場合、Ｘ１＞（２×ΔＸ）の関係を満たすＸ１を超音波印加面３３ａのＸ方向における幅とすればよい。
これにより、例えば超音波溶接システムの駆動精度が低い場合においても、確実に正極リード１７の端部１７ａを含む部分を超音波溶接できる。

超音波溶接装置３０による正極リード１７と正極タブ束１５との接合が終了すると、統合制御装置８０の装置制御部８３は、タブ押付け装置６０による正極タブ束１５の押え付けを解除させる。すなわち、タブ押付け装置６０の押付け部材６２を−Ｚ方向に移動させて、押付け部材６２を正極タブ束１５から離す。

続いて、統合制御装置８０の装置制御部８３は、リード移動装置５０の把持機構５２による正極リード１７の把持を解除させ、以上により正極タブ束１５と正極リード１７とが超音波溶接システムにより接合される。
なお、正極タブ束１５と正極リード１７との接合が完了した後は、積層体１０を移動させて負極タブ束１６を超音波印加領域Ｈ内に位置させ、正極タブ束１５と同様の手順にて負極タブ束１６と負極リード１８との接合が開始される。

以上のように、本実施形態では、正極リード１７の端縁１７ａを含む部分を正極タブ束１５に接合しているので、従来技術のように、正極リード１７の端縁が正極タブ束１５に対して跳ね上がった状態になることはない。しかも、正極リード１７の端縁１７ａが溶融することで、正極リード１７の端縁１７ａとタブ束１５との明確な境目がほとんど無くなる。上記の点は、負極タブ束１６とリード１８とを接合する場合についても同様である。
この結果、本実施形態では、リード１７、１８がそれぞれタブ束１５、１６と接合された積層体１０をセルケース２０に収容するためにリード１７、１８を折り曲げたとしても、リード１７、１８の端縁によりタブ束１５、１６の基部が傷付いて電極板と電極端子との接続不良を起こすこと回避することができる。

なお、以上の実施形態において、統合制御装置８０は、予め設定されている超音波印加領域Ｈの位置情報に基づいて、正極タブ束１５を超音波印加領域Ｈ内に位置させているが、正極タブ束１５の中間部１５ａにマークを施しておき、統合制御装置８０は、カメラ７０からの画像からこのマークを認識し、このマークの位置と予め設定されている超音波印加領域Ｈの位置情報が示す位置との差に基づいて、正極タブ束１５を超音波印加領域Ｈ内に位置させるようにしてもよい。

また、以上の実施形態では、正極タブ束１５と正極リード１７とを接合した後、積層体１０を移動させて、負極タブ束１６を超音波印加領域Ｈ内に位置させ、この位置で負極タブ束１６と負極リード１８とを接合している。しかしながら、タブ束１５，１６毎に、押付け装置６０及び超音波溶接装置３０を設け、一旦、積層体１０を所定の位置（正極タブ束１５に関しては正極リード１７の端縁１７ａが中間部１５ａと重なり、同時に負極タブ束１６に関しては負極リード１８の端縁１８ａが中間部１６ａと重なる位置）に配置したら、その位置で、正極タブ束１５と正極リード１７とを接合し、さらに負極タブ束１６と負極リード１８とを接合するようにしてもよい。

次に、本実施形態のタブ束１５、１６に対してそれぞれリード１７、１８を接合する変形例について、図２及び図５を用いて以下に説明する。

以上の実施形態では、正極タブ束１５に対する正極リード１７の接合部分は、正極リード１７の端縁１７ａを含む部分の一箇所のみであったが、本変形例では、正極リード１７の端縁１７ａを含む部分と、この部分から−Ｘ方向に所定の間隔を隔てた部分の二箇所に接合を行う。なお、本変形例においても正極タブ束１５と正極リード１７との接合を例にして説明し、負極タブ束１６と負極リード１８との接合についての説明は簡略化する。

統合制御装置８０の装置制御部８３は、図２及び図５に示すように、予め設定されている超音波溶接装置３０の超音波印加領域Ｈの位置情報に基づいて、積層体移動装置４０の把持機構４２が把持している積層体１０から伸びる正極タブ束１５の一部が超音波溶接装置３０の超音波印加領域Ｈ内に位置するよう、積層体移動装置４０の移動機構４３を動作させる。ここでの正極タブ束１５の一部は、正極タブ束１５が伸びている方向（Ｘ方向）において、この正極タブ束１５の中間部１５ａよりも、正極タブ束１５の先端側（−Ｘ方向）に所定の間隔を隔てた先端側部１５ｂであり、最初に、正極リード１７と接合される部分である。なお、所定の間隔は特に限定されず、電池の設計事情に応じて適宜設定してもよい。

正極タブ束１５の先端側部１５ｂが超音波印加領域Ｈ内に位置すると、統合制御装置８０は、正極タブ束１５をタブ押付け装置６０に押え付けさせる。続いて、統合制御装置８０は、リード移動装置５０に正極リード１７を把持させて、この正極リード１７の端部１７ｃが正極タブ束１５の中間部１５ａ及び先端側部１５ｂと重なり合うよう、リード移動装置５０の移動機構５３を動作させる。この際、統合制御装置３０は、超音波印加領域Ｈの位置情報に基づいて、正極リード１７の端部１７ｃが正極タブ束１５の中間部１５ａ及び先端側部１５ｂと重なるよう、リード移動機５１の動作を制御する。なお、この場合、統合制御装置８０は、カメラ７０からの画像からこの正極リード１７の端縁１７ａを認識し、この正極リード１７の端縁１７ａの位置と予め設定されている超音波印加領域Ｈの位置情報とに基づいて、正極リード１７の端部１７ｃが正極タブ束１５の中間部１５ａ及び先端側部１５ｂと重なるよう、リード移動機５１の動作を制御してもよい。

この動作により、正極リード１７の端縁１７ａが正極タブ束１５の中間部１５ａに重なり、正極リード１７のうち正極リード１７の端縁１７ａから−Ｘ方向に所定の間隔を隔てた部分が正極タブ束１５の先端側部１５ｂに重なる。なお、以下では、超音波印加領域Ｈ内の正極タブ束１５の先端側部１５ｂに重なる正極リード１７の部分を第一溶接部Ｍ１とする。

正極タブ束１５の先端側部１５ｂが超音波印加領域Ｈ内に位置し、且つ正極リード１７の端縁１７ａが正極タブ束１５の中間部１５ａに重なり、正極リード１７の第一溶接部Ｍ１が正極タブ束１５の先端側部１５ｂに重なると、統合制御装置８０の装置制御部８３は、超音波溶接装置３０に対して溶接開始の指示を与え、この超音波溶接装置３０により、正極リード１７の第一溶接部Ｍ１と正極タブ束１５の先端側部１５ｂとを接合させる。

正極リード１７の第一溶接部Ｍ１と正極タブ束１５の先端側部１５ｂとが接合されると、統合制御装置８０の装置制御部８３は、タブ押付け装置６０による正極タブ束１５の押さえ付けを解除させた後、積層体移動装置４０及びリード移動装置５０を制御し、正極タブ束１５の中間部１５ａを超音波印加領域Ｈ内に位置させると共に、正極リード１７の端縁１７ａを含む部分を超音波印加領域Ｈ内に位置させる。

この際、統合制御装置８０の画像解析部８２は、カメラ７０からの画像を処理して、正極リード１７の端縁１７ａを認識すると、この正極リード１７の端縁１７ａの位置を装置制御部８３に逐次通知する。装置制御部８３は、予め設定されている超音波印加領域Ｈ内の中央の位置情報が示す位置と正極リード１７の端縁１７ａの位置との差を必要移動量として、この移動量を積層体移動装置４０及びリード移動装置５０に逐次与える。積層体移動装置４０は、この移動量に応じて、積層体１０を移動させ、正極タブ束１５の中間部１５ａを超音波印加領域Ｈ内の中央に位置させる。また、リード移動装置５０は、この移動量に応じて、正極リード１７を移動させ、正極リード１７の端縁１７ａを含む第二溶接部Ｍ２を超音波印加領域Ｈ内に位置させる。すなわち、この際、積層体１０と正極リード１７とは、−Ｘ方向に同量移動し、積層体１０から伸びる正極タブ束１５の中間部１５ａ及び正極リード１７の端縁１７ａを含む第二溶接部Ｍ２は、いずれも超音波印加領域Ｈ内に位置する。

積層体１０から伸びる正極タブ束１５の中間部１５ａ及び正極リード１７の端縁１７ａを含む第二溶接部Ｍ２が、いずれも超音波印加領域Ｈ内に位置すると、統合制御装置８０は、正極タブ束１５をタブ押付け装置６０に押え付けさせた後、超音波溶接装置３０に対して溶接開始の指示を与え、この超音波溶接装置３０により、正極リード１７の端縁１７ａを含む第二溶接部Ｍ２と正極タブ束１５の中間部１５ａとを接合させる。なお、第二溶接部Ｍ２を溶接する際におけるホーン３３の超音波印加面３３ａと正極リード１７の端縁１７ａとの位置関係は、上記した実施形態と同様となる。

なお、統合制御装置８０は、正極タブ束１５と正極リード１７との接合が終了すると、以下、正極タブ束１５に対して各装置に実行させた動作と同じ動作を、各装置に実行させて、負極タブ束１６と負極リード１８とを接合させる。

なお、本変形例において、Ｘ方向における第一溶接部Ｍ１の幅、第二溶接部Ｍ２の幅、第一溶接部Ｍ１と第二溶接部Ｍ２の幅は、いずれも、約２〜３ｍｍ程度である。

以上、本変形例でも、前述の実施形態と同様、リード１７，１８の端縁１７ａ,１８ａがそれぞれタブ束１５，１６に対して跳ね上がった状態にならない上に、リード１７，１８の端縁１７ａ,１８ａとタブ束１５，１６との明確な境目がほとんど無くなり、電極板と電極端子との接続不良を起こすことを回避することができる。

また、本変形例では、タブ束１５，１６とリード１７，１８とを二箇所で接合しているため、一箇所のみで接合している前述の実施形態よりも、各箇所での接合強度を小さくすることができる。このため、ホーン３３の超音波印加面３３ａの面積を小さくすることができ、ホーン３３からの超音波の定格出力を抑えることができ、結果として、超音波溶接装置３０の小型化及び超音波溶接装置３０のイニシャルコストの低減を図ることができる。

また、本変形例では、正極リード１７の第一溶接部Ｍ１と正極タブ束１５の先端側部１５ｂとを接合した後、正極リード１７の端縁１７ａを含む第二溶接部Ｍ２と正極タブ束１５の中間部１５ａとを接合しているので、正極リード１７の端縁１７ａを接合する際、正極リード１７の端縁１７ａを含む端部側の部分と正極タブ束１５との相対位置が確実に定まっている。このため、正極リード１７の端縁１７ａを含む第二溶接部Ｍ２と正極タブ束１５の中間部１５ａとを比較的容易に接合することができる。
なお、本変形例においては、Ｘ方向における第一溶接部Ｍ１の幅と第二溶接部Ｍ２の幅とを同じ幅としているが、これらの幅を異ならせてもよい。例えば、第二溶接部Ｍ２の幅を第一溶接部Ｍ１の幅よりも大とすれば、各箇所での接合強度を抑えつつ、第二溶接部Ｍ２において確実に正極リード１７の端縁１７ａを含んで超音波溶接が行えるとともに、第一溶接部Ｍ１ではホーン３３からの超音波の定格出力を抑えることができる。

次に、本実施形態の超音波溶接システムの変形例について、図６を用いて説明する。
本変形例の超音波溶接システムは、超音波溶接装置３０ａと、積層体１０を所定の位置に固定する積層体固定治具９０と、リード１７，１８を所定に位置に固定するリード固定治具９５と、前述の実施形態と同様のカメラ７０及び統合制御装置８０と、を備えている。

本変形例の超音波溶接装置３０ａは、前述の実施形態と同様の超音波溶接機３１及びその制御回路３９と、超音波溶接機３１をＸ方向及びＹ方向に移動させる溶接機移動機構１０１と、その駆動回路１０８と、この駆動回路１０８を制御する制御回路１０９と、を備えている。

積層体固定治具９０は、超音波溶接機３１のテーブル３５近傍に固定されている積層体載置テーブル９１と、積層体１０を挟み込んで、この積層体１０を積層体載置テーブル９１上に固定する積層体挟持治具９２と、を有している。また、リード固定治具９５は、超音波溶接機３１のテーブル３５近傍に固定されているリード載置テーブル９６と、リード１７，１８を挟み込んで、このリード１７，１８をリード載置テーブル９６上に固定するリード挟持治具９７と、を有している。

なお、本変形例の超音波溶接システムにおいて、リード１７，１８と超音波溶接機３１のホーン３３との相対位置を変える第一移動機は、溶接機移動機構１０１と、その駆動回路１０８とを有して構成される。すなわち、本発明において、第一移動機は、前述の実施形態のように、リード１７，１８を移動させるものであっても、本変形例のように、超音波溶接機３１を移動させるものであってもよい。また、本変形例において、撮像機（カメラ７０）からの画像に基づいて、第一移動機により、リード１７，１８とホーン３３との相対位置を変えさせる第一制御手段は、溶接機移動機構１０１に対する制御回路１０９及び統合制御装置８０を有して構成される。また、超音波溶接機３１により、正極タブ束１５，負極タブ束１６とリード１７，１８とを接合させる第二制御手段は、前述の実施形態と同様、統合制御装置８０と超音波溶接機３１の制御回路３９とを有して構成される。

次に、以上で説明した超音波溶接システムの動作、及び作業員の動作について説明する。本説明においては、正極タブ束１５と正極リード１７との接合を例にして説明し、負極タブ束１６と負極リード１８との接合についての説明は、正極タブ束１５と正極リード１７との接合と同様なので割愛する。
まず、作業員は、正極タブ束１５の中間部１５ａが超音波溶接機３１のテーブル３５上であって、カメラ７０の撮像範囲内に位置するよう、この積層体１０を積層体固定治具９０で固定する。次に、作業員は、超音波溶接機３１のテーブル３５上に位置している正極タブ束１５の中間部１５ａ上に、正極リード１７の端縁１７ａが重なるよう、この正極リード１７をリード固定治具９５で固定する。

作業員は、積層体１０を積層体固定治具９０で固定し、正極リード１７をリード固定治具９５で固定すると、統合制御装置８０に対して、溶接開始を指示する。

統合制御装置８０は、この指示を受け付けると、統合制御装置８０の画像解析部８２は、カメラ７０からの画像により、正極タブ束１５の中間部１５ａに重なっている正極リード１７の端縁１７ａを認識し、この正極リード１７の端縁１７ａの位置を装置制御部８３に通知する。装置制御部８３は、正極リード１７の端縁１７ａの位置とホーン３３の超音波印加面３３ａの位置とのＸＹ方向の差に応じて、溶接機移動機構１０１を動作させる。

この溶接機移動機構１０１の動作で、ホーン３３の超音波印加面３３ａは、ＸＹ方向において、正極タブ束１５の中間部１５ａ及び正極リード１７の端縁１７ａと重なる。

ホーン３３の超音波印加面３３ａが正極タブ束１５の中間部１５ａ及び正極リード１７の端縁１７ａと重なると、統合制御装置８０の装置制御部８３は、溶接開始の指示を超音波溶接装置３０に与える。

超音波溶接装置３０ａは、この指示を受けると、この超音波溶接装置３０ａのホーン３３から超音波が出力されると共に、超音波溶接装置３０ａの加圧機構３６が駆動して、ホーン３３を＋Ｚ方向に移動させる。そして、正極リード１７の端縁１７ａを含む部分にホーン３３の超音波印加面３３ａを接触させ、さらに、両者間に作用する接触圧が目的の接触圧になるように加圧し、これにより正極リード１７と正極タブ束１５とを接合させる。

この結果、端縁１７ａを含む正極リード１７の端部、及び正極タブ束１５の中間部１５ａが溶融して、前述の実施形態と同様、端縁１７ａを含む正極リード１７の端部と正極タブ束１５の中間部１５ａとが接合すると共に、正極リード１７の端縁１７ａと正極タブ束１５との明確な境目がほとんど無くなる。

以上のように、前述の実施形態よりも遥かに簡単なシステム構成の本変形例でも、端縁１７ａを含む正極リード１７の端部が溶融して、正極タブ束１５に接合しているので、前述の実施形態と同様に、電極板と電極端子との接続不良を起こすこと回避することができる。

なお、以上の実施形態及び本変形例では、各装置毎の制御回路と、統合制御装置８０とで、各装置の各機構を制御しているが、各装置毎の制御回路の機能を統合制御装置８０内に組み込んでもよい。

１０：積層体、１１：正極板、１２：負極板、１３：セパレータ、１５：タブ束（正極タブ束）、１６：タブ束（負極タブ束）、１７：リード（正極リード）、１８：リード（負極リード）、１７ａ，１８ａ：リードの端縁、２０：セルケース、２１：正極端子、２２：負極端子、３０，３０ａ：超音波溶接装置、３１：超音波溶接機、４０：積層体移動装置、４１：積層体移動機、５０：リード移動装置、５１：リード移動機、６０：タブ押付け装置、７０：カメラ、８０：統合制御装置、８１：制御部、８２：画像解析部、８３：装置制御部、１０１：溶接機移動機構

Claims

複数の電極板が積層された電極積層体と、前記複数の電極板からそれぞれ伸びるタブを束ねたタブ束に一端が接合されるリードと、を備えた電池であって、
前記リードの一端と前記タブ束とは、少なくとも前記リードの前記電極板側の端縁を含んで超音波溶接されることにより接合されてなることを特徴とする電池。
前記リードの他端は電極端子と接合されてなり、
前記リードは、前記リードの端縁と前記電極端子との間であって、前記リードの端縁から所定の間隔を隔てた部分が前記タブ束とさらに超音波溶接されていることを特徴とする請求項１に記載の電池。
複数の電極板が積層された電極積層体と、前記複数の電極板からそれぞれ伸びるタブを束ねたタブ束とを備えた電池における前記タブ束とリードとを接合する超音波溶接システムであって、
前記タブ束と前記リードとの溶接部に対して超音波を印加して、前記溶接部を溶接するホーンを有する超音波溶接機と、
前記タブ束、前記リード及び前記ホーンの相対位置を変える移動機と、
前記ホーンが前記超音波を印加する領域を撮像する撮像機と、
前記撮像機が撮像する前記領域において、前記タブ束、前記リードの前記電極板側の端縁および前記ホーンの超音波印加面が前記ホーンの移動方向に対して並ぶように、前記移動機により前記タブ束、前記リード及び前記ホーンの少なくとも２つを相対移動させる制御を行う制御手段と、
前記ホーンの前記超音波印加面を前記リードの前記端縁を含む領域に向けて移動させ、少なくとも前記リードの前記端縁を含む領域と前記タブ束とを、前記超音波溶接機により接合させる制御を行う第二制御手段と、
を備えていることを特徴とする超音波溶接システム。