JP5080199B2 - 二次電池および二次電池の製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、エネルギビームで集電部材と電極箔を接合した二次電池およびこの二次電池の製造方法に関する。
二次電池において、正極板または負極板をなす金属箔と、外部に電荷を取り出す集電部材とを接合するにあたっては、抵抗溶接等の溶接による接合がなされてきた。しかし、ハイブリッド車等に搭載する大型電池の場合、使用する金属箔および集電部材も大型となるため、従来と同様の抵抗溶接による接合では、相対的に溶接面積が小さく接続抵抗が大きくなる。このため、接続抵抗が大きいことによる電池内部抵抗が大きくなる問題のほか、この電池に大電流の充放電を行わせると、溶接部分で局部発熱を生じる虞がある。また、抵抗溶接では、溶接部位が1点となるので、溶接部位が破断(離間)すると電池の機能を失うなど、接続信頼性を高くできない。
そのほかの溶接方法として、超音波溶接も考えられるが、超音波振動による活物質の脱落、微粉塵発生の虞がある。
そこで、これらに代えて、抵抗溶接よりも広い溶接面積で接合可能な手法が提案されている(特許文献1参照)。具体的には、複数の集電体(正極板あるいは負極板)のリード部(金属箔)を重ね、さらにこれらと電極リード体(集電部材)を重ね、これら複数の集電体のリード部と電極リード体とを電子ビーム溶接した二次電池が提案されている。
特開平9−82305号公報
しかしながら、特許文献1では、電子ビームを、重ねられた集電体のリード部と電極リード体の重ね方向に対して直交する方向から、リード部の側面(端面)と電極リード体に向けて照射している。これにより、リード部の端面付近と電極リード体とを溶接することはできるが、電子ビームをリード部の端面より奥深くまで届かせることは難しい。重ねられたリード部のうち、端面からその奥深くまで溶融させて溶接する面積を広げるべく、例えば、電子ビームのエネルギを高くすれば、逆に、リード部の端面付近が高温となり、昇華(蒸発)したりブローホールが生じて欠損してしまう不具合を生じる虞がある。従って、溶接面積は、溶接をおこなうリード部の端部の長さなどに制限される。このように特許文献1に記載の技術では、リード部と電極リード体との溶接面積を大きくすることには、限界があった。従って、このような二次電池においては、リード部と電極リード体との接続部分に生じる接続抵抗を十分に低下させられない。このように、溶接面積の大きさを適切な大きさにすることが難しかった。
本発明は、かかる現状に鑑みてなされたものであって、エネルギビームを用いた溶接によって金属箔と集電端子とが溶接され、しかもその溶接面積の大きさを適切に選択した二次電池を提供することを目的とする。さらには、このような二次電池の製造方法を提供することを目的とする。
そして、その解決手段は、正極金属箔を含む正極板および負極金属箔を含む負極板を有する発電要素と、上記正極金属箔と溶接されてなる正極集電端子部材、および、上記負極金属箔と溶接されてなる負極集電端子部材の少なくともいずれかと、を備える二次電池であって、上記正極金属箔または上記負極金属箔である金属箔は、上記金属箔同士が、または、上記金属箔の一部と他の一部とが、互いに密着して積層状に重ねられた箔密着積層部を有し、上記正極集電端子部材または上記負極集電端子部材である集電端子部材は、上記箔密着積層部の積層方向、側に位置して、上記箔密着積層部にそれぞれ密着してなる2つの積層部密着部を有し、上記正極金属箔と上記正極集電端子部材との、または、上記負極金属箔と上記負極集電端子部材との溶接部位は、上記箔密着積層部における金属箔同士および上記箔密着積層部と上記2つの積層部密着部とを、上記積層方向、一方側の上記積層部密着部から上記箔密着積層部側に進み、さらに他方側の上記積層部密着部に進むエネルギビームを、その照射部位を移動させつつ照射して、溶接してなる部位であり、上記他方側の積層部密着部は、上記一方側の積層部密着部よりも上記エネルギビームの進行方向の厚みが小さくされてなる二次電池である。
本発明の二次電池において、金属箔は、金属箔同士が、または、金属箔の一部と他の一部とが、互いに密着して積層状に重ねられた箔密着積層部を有する。一方、集電端子部材は、この箔密着積層部に対し、その積層方向の少なくとも一方側に位置し、箔密着積層部と密着してなる積層部密着部を有する。そして、この箔密着積層部における金属箔同士、および箔密着積層部と積層部密着部とは、箔密着積層部の積層方向、積層部密着部側から箔密着積層部側に進み、照射部位を移動させつつ照射するエネルギビームにより、溶接されている。
しかも、本発明の二次電池では、前述の従来技術のように、溶接部位が金属箔の端部付近に限定されない。このため、溶接部位の位置や溶接面積の選択の自由度が高い。
かくして、箔密着積層部における金属箔同士を確実に溶接しつつ、箔密着積層部と積層部密着部とを広い面積に亘って溶接させるなど、金属箔と集電端子部材との溶接面積の大きさを、適切に選択した二次電池とすることができる。
またこれにより、正極金属箔と正極集電端子部材、あるいは、負極金属箔と負極集電端子部材とが、それぞれ適切な大きさの溶接面積で溶接されて、両者の接続抵抗を低減した二次電池とすることができる。
なお、エネルギビームは高いエネルギ密度を有し、狭い領域を高温に加熱できる。このため、エネルギビームを個々の金属箔に向けてその厚さ方向から直接照射すると、エネルギが厚さの薄い金属箔の各1枚分の領域に集中するので、金属箔が溶融するのではなく、昇華(蒸発)して貫通孔が次々に空いてしまい、溶接困難となりがちである。
これに対し、本発明の二次電池では、積層部密着部側から箔密着積層部側に進むエネルギビームを用いる。つまり、箔密着積層部(金属箔)よりも先に集電端子部材に当たるエネルギビームを用いることで、先に集電端子部材を溶融させ、またこれにエネルギビームのエネルギを吸収させ分散させた状態で、このエネルギビームを、箔密着積層部(金属箔)に間接的にその厚さ方向(積層方向)に向けて照射する。これにより、箔密着積層部における金属箔の昇華(蒸発)による欠損等の不具合を抑制しつつ、箔密着積層部と積層部密着部とを溶接した二次電池とすることができる。
しかも、エネルギビームは、その照射部位を移動させつつ照射するため、エネルギビームのエネルギが一ヶ所に集中して、その部位で、金属箔や積層部密着部が高温となり、昇華したりブローホールとなって欠損を生じる虞を低減している。
しかし、エネルギビームは、そのエネルギが、深くまで届く特性を有している。このため、集電端子部材の積層部密着部を、箔密着積層部の一方側(電子ビームの進行方向と逆側)にのみ設けた場合、即ち、箔密着積層部よりもエネルギビームの進行方向側に積層部密着部が存在しない場合には、箔密着積層部の金属箔のうち、積層方向エネルギビームの進行方向に位置する金属箔では、エネルギビームのエネルギが個々の金属箔に集中しがちとなり、この部位が高温となって昇華して、貫通孔が空くなど欠損を生じる虞がある。
これに対し、本発明の二次電池では、集電端子部材は、箔密着積層部の積層方向両側に積層部密着部を有している。これにより、2つの積層部密着部のうち、箔密着積層部よりもエネルギビームの進行方向側にある積層方向他方側の積層部密着部でも、エネルギビームのエネルギを受け取ることになる。かくして、上述のように、箔密着積層部の金属箔のうち、エネルギビームの進行方向に位置する金属箔に、エネルギビームのエネルギが集中することを防止できるから、金属箔の昇華(蒸発)等による金属箔が欠損する不具合を抑制し、確実に箔密着積層部(金属箔)と集電端子部材とを溶接した二次電池とすることができる。
なお、二次電池としては、繰り返し充放電を行うことができるものであれば良く、リチウムイオン二次電池、ニッケル水素二次電池、ニッケルカドミウム二次電池等が挙げられる。
また、発電要素としては、正極板、負極板のほか、正極板と負極板の間に介在するセパレータを備えていても良い。従って、発電要素として、例えば、複数の正極板と複数の負極板とを、セパレータを介して交互に積層した積層型の発電要素が挙げられる。また、帯状の正極板と帯状の負極板とを、帯状のセパレータを介して捲回した、捲回型の発電要素も挙げられる。
また、正極板は、正極金属箔のほか、この正極金属箔に担持された正極活物質層を含んでいても良い。同様に、負極板は、負極金属箔のほか、この負極金属箔に担持された負極活物質層を含んでいても良い。
前述のように、発電要素として積層型発電要素を用いる場合には、例えば、複数の正極金属箔同士または複数の負極金属箔同士の一辺同士が、互いに密着して積層状に重ねられて、箔密着積層部をなす。一方、発電要素として捲回型発電要素を用いる場合には、例えば、帯状の正極金属箔または帯状の負極金属箔のうちの一部と他の一部とが、互いに密着して積層状に重ねられて、箔密着積層部をなす。
また、集電端子部材は、箔密着積層部の積層方向、少なくとも一方側に位置して、箔密着積層部に密着してなる積層部密着部を有する。従って、この集電端子部材としては、例えば、箔密着積層部にその積層方向の一方側からのみ密着する積層部密着部を有する形態の集電端子部材が挙げられる。また、箔密着積層部にその積層方向一方側および他方側から密着する積層部密着部をそれぞれ有する2部材からなる集電端子部材も挙げられる。さらには、箔密着積層部にその積層方向両側から密着する2つの積層部密着部を有する、例えば、積層部密着部同士の端部を結んでコの字型、あるいはU字型形態とした集電端子部材が挙げられる。
なお、挟持により箔密着積層部において金属箔同士を密着させるため、およびこの箔密着積層部と積層部密着部とを容易に密着させるため、集電端子部材としては、箔密着積層部の積層方向両側にそれぞれ積層部密着部を密着させ、これを挟持する形態とするのがより好ましい。
また、エネルギビームとしては、例えば、電子ビームやレーザビームが挙げられる。
さらに、エネルギビームの移動としては、エネルギビームと発電要素等とを相対的に移動させれば良く、例えば、XYテーブル等に載置したワーク(発電要素と集電端子部材)を移動させる、エネルギビームの放射源(電子銃やレーザ光源など)を移動させる、あるいは、エネルギビームを偏向させるなどが挙げられる。エネルギビームの照射パターンとしては、エネルギビームの進行方向に直交する方向(箔密着積層部における金属箔の平面に沿う方向)のうち、1方向に繰り返し往復させると共に、これに直交する方向に徐々に移動させる照射パターンが挙げられる。また、照射方向に直交し互いに直交する2方向に、適宜移動させて、円板状、矩形板状などに照射するパターンも挙げられる。
さらに、上述の二次電池であって、前記溶接部位は、前記エネルギビームとして、電子ビームを照射して溶接してなる二次電池とすると良い。
本発明にかかる二次電池は、電子ビームを照射して溶接部位を溶接してなる。電子ビームによる溶接は真空中で行うため、溶接部位に空気中の成分の混入や酸化が生じにくい。従って、本発明の二次電池は、溶接部位において、酸化を防止して高品位の溶接を行ったものとすることができる。
なお、電子ビームは上述の通り、真空中で溶接を行う必要があり、水分が各部材に付着していると、これが蒸発して真空度が上がりにくくなる。本発明の二次電池を、水分を排除して製造する、非水電解質系のリチウムイオン二次電池とするのがより好ましい。
さらに、他の解決手段は、正極金属箔を含む正極板および負極金属箔を含む負極板を有する発電要素と、上記正極金属箔と溶接してなる正極集電端子部材、および、上記負極金属箔と溶接されてなる負極集電端子部材の少なくともいずれかと、を備える二次電池の製造方法であって、上記正極金属箔または上記負極金属箔である金属箔のうち、上記金属箔同士が、または、上記金属箔の一部と他の一部とが、互いに密着して積層状に重ねられた箔密着積層部の、その積層方向側に、上記正極集電端子部材または上記負極集電端子部材である集電端子部材の2つの積層部密着部をそれぞれ密着させる密着工程と、上記積層方向、一方側の上記積層部密着部から上記箔密着積層部側に進み、さらに他方側の上記積層部密着部に進むエネルギビームを、上記積層部密着部および上記箔密着積層部に、その照射部位を移動させつつ照射して、上記箔密着積層部における金属箔同士および上記箔密着積層部と上記2つの積層部密着部とを、溶接する溶接工程と、を備え、上記他方側の積層部密着部は、上記一方側の積層部密着部よりも上記エネルギビームの進行方向の厚みが小さくされてなる二次電池の製造方法である。
本発明の二次電池の製造方法では、密着工程と溶接工程とを備える。まず密着工程で、箔密着積層部の積層方向少なくとも一方側に積層部密着部を密着させる。さらに溶接工程で、この箔密着積層部における金属箔同士および箔密着積層部と積層部密着部とを、箔密着積層部の積層方向、積層部密着部側から箔密着積層部側に進むエネルギビームを、照射部位を移動させつつ照射して、溶接する。これにより、前述した従来技術と異なり、金属箔の端部の長さに制限されることもなく、溶接部位が金属箔の端部付近に限定されない。このため、溶接部位の位置や溶接面積の選択の自由度が高い。従って、箔密着積層部における金属箔同士を確実に溶接しつつ、箔密着積層部と積層部密着部とを広い面積に亘って溶接させるなど、金属箔と集電端子部材との溶接面積の大きさを、適切に選択した二次電池を製造することができる。また、正極金属箔と正極集電端子部材、あるいは、負極金属箔と負極集電端子部材とを、それぞれ適切な大きさの溶接面積で溶接して、両者の接続抵抗を低減した二次電池を製造することができる。
また、積層部密着部側から箔密着積層部側に進むエネルギビームを用いることで、集電端子部材がエネルギビームのエネルギを吸収し分散させて、箔密着積層部における金属箔の昇華(蒸発)による欠損等の不具合を抑制した二次電池を製造できる。
なお、前述したように、エネルギビームは高いエネルギ密度を有し、狭い領域を高温に加熱できる。このため、エネルギビームを個々の金属箔に向けてその厚さ方向から直接照射すると、エネルギが厚さの薄い金属箔の各1枚分の領域に集中するので、金属箔が溶融するのではなく、昇華(蒸発)して貫通孔が次々に空いてしまい、溶接困難となりがちである。
これに対し、本発明の二次電池の製造方法では、積層部密着部側から箔密着積層部側に進むエネルギビームを用いて溶接をする。つまり、箔密着積層部(金属箔)よりも先に積層部密着部に当たるエネルギビームを用いることで、先に積層部密着部を溶融させ、またエネルギビームのエネルギを吸収し分散させた状態で、このエネルギビームを、箔密着積層部(金属箔)に間接的にその厚さ方向(積層方向)に向けて照射する。しかも、箔密着積層部において金属箔同士は密着している。これにより、箔密着積層部における金属箔の昇華(蒸発)による欠損等の不具合を抑制しつつ、箔密着積層部と積層部密着部とを溶接した二次電池を製造することができる。
しかも、エネルギビームを、その照射部位を移動させつつ照射して、溶接するため、エネルギビームのエネルギが一ヶ所に集中して、その部位で、金属箔や集電端子部材が高温となり、昇華したりブローホールとなって欠損を生じる虞を低減することができる。
しかしながら、この集電端子部材の積層部密着部を箔密着積層部の一方側(エネルギビームの進行方向と逆側)にのみ設けた場合、即ち、箔密着積層部よりもエネルギビームの進行方向側に積層部密着部が存在しない場合を考える。この場合、箔密着積層部の金属箔には、エネルギビームが積層部密着部を介して間接的に照射されるとはいえ、エネルギビームのエネルギが個々の金属箔に集中しがちとなり、金属が昇華して、貫通孔が空き、これが次々と金属箔に生じてうまく溶接できない虞がある。
これに対し、本発明の二次電池の製造方法では、箔密着積層部の積層方向両側に集電端子部材を密着させる。従って、溶接工程では、2つの積層部密着部のうち、箔密着積層部よりもエネルギビームの進行方向側にある積層方向他方側の積層部密着部でも、エネルギビームのエネルギを受け取る。これにより、上述のように、箔密着積層部の金属箔のうち、エネルギビームの進行方向に位置する部位の各々の金属箔に、エネルギビームのエネルギが集中することを防止できるから、金属箔の昇華(蒸発)等による金属箔が欠損する不具合を抑制し、確実に箔密着積層部(金属箔)と集電端子部材とを溶接した二次電池を製造することができる。
なお、箔密着積層部は、密着工程において、積層部密着部と密着させるときに、箔密着積層部を構成する金属箔同士、あるいは、金属箔の一部と他の一部とが、互いに密着していれば良い。従って、例えば、箔密着積層部と積層部密着部とを密着させるとともに、箔密着積層部をなす金属箔同士を、あるいは、金属箔の一部と他の一部とを密着させるようにしても良い。一方、密着工程に先立って、予め金属箔同士を、あるいは、金属箔の一部と他の一部とを密着させて、箔密着積層部を形成しておいても良い。
また、密着工程において、箔密着積層部と積層部密着部とを密着させる手法としては、例えば、箔密着積層部と積層部密着部とを、バイスやプレスなどこれらとは別の部材や治具を用いて密着させる手法が挙げられる。また、超音波溶接や抵抗溶接により、箔密着積層部と積層部密着部とを、それらの一部で仮溶接して密着させる手法も挙げられる。また、積層部密着部を2つ有する集電端子部材自身をカシメ等によって変形させ、この2つの積層部密着部で箔密着積層部を挟み、箔密着積層部と積層部密着部とを密着した状態とする手法も挙げられる。
さらに、上述の二次電池の製造方法であって、前記ビームは、電子ビームである二次電池の製造方法とすると良い。
本発明の二次電池の製造方法では、溶接工程で、電子ビームを照射して溶接する。これにより、溶接部位に空気中の成分の混入や酸化が生じにくい。かくして、溶接部位において、酸化を防止して高品位の溶接を行った二次電池を製造できる。
さらに、上述の二次電池の製造方法であって、前記密着工程では、前記箔密着積層部と前記積層部密着部との密着と共に、前記金属箔同士を、または、上記金属箔の一部と他の一部とを、互いに密着して積層状に重ねて上記箔密着積層部とする二次電池の製造方法とすると良い。
本発明の二次電池の製造方法では、密着工程において、金属箔同士または金属箔の一部と他の一部とを密着させて箔密着積層部とすると共に、この箔密着積層部と積層部密着部とを密着させる。これにより、金属箔同士または金属箔の一部と他の一部とを予め密着させておく必要が無くなり、より簡易に二次電池を製造することができる。
あるいは、前述の二次電池の製造方法であって、前記密着工程に先立って、前記発電要素の前記金属箔同士を、または、上記金属箔の一部と他の一部とを、互いに密着して積層状に重ねて前記箔密着積層部とする箔密着工程を備える二次電池の製造方法とすると良い。
本発明の二次電池の製造方法では、密着工程に先立つ箔密着工程を備える。つまり、密着工程に先立つ箔密着工程で、金属箔同士または金属箔の一部と他の一部とを密着させて
箔密着積層部を形成する。従って、確実に箔密着積層部を作り上げてから、その後に密着工程に進むことができる。
なお、箔密着工程としては、例えば、超音波溶接や抵抗溶接を用いて、1または複数箇所で金属箔同士を密着させて箔密着積層部を形成する工程や、複数の金属箔を、機械的に折り曲げて互いに密着させる工程が挙げられる。
さらに、上述のいずれかに記載の二次電池の製造方法であって、前記集電端子部材は、前記箔密着積層部の積層方向一方側に位置させる第1積層部密着部と、上記積層方向他方側に位置させる第2積層部密着部と、を有する二次電池の製造方法とすると良い。
本発明の二次電池の製造方法では、第1積層部密着部と第2積層部密着部とを有する集電端子部材を用いる。この集電端子部材を用いることで、箔密着積層部は、単一の集電端子部材を用いながらも、第1積層部密着部および第2積層部密着部に、積層方向両側から挟まれた形態で密着する。従って、容易に、箔密着積層部を2つの積層部密着部で挟んだ形態を実現することができ、二次電池をより容易に製造できる。
なお、集電端子部材をカシメ等によって変形させて、この集電端子部材自身が、その第1積層部密着部と第2積層部密着部との間で箔密着積層部に密着しつつこれを挟持するのが好ましい。
カシメ等を行った後に、治具や他部材を用いることなく、箔密着積層部と第1積層部密着部および第2積層部密着部との密着を維持できるため、溶接工程など、その後の工程における取り扱いが容易になるからである。
(実施形態1)
次に、本発明の実施形態1について、図面を参照しつつ説明する。
本実施形態1にかかる二次電池1は、図1(a)に示すように、発電要素10、正極集電端子部材20、負極集電端子部材30、および電池ケース40からなるリチウムイオン二次電池である。
このうち、電池ケース40は、電池ケース本体41、封口蓋42、安全弁43、および絶縁部位44を含む。
電池ケース本体41は、金属製で上部が開口した有底矩形状の容器である。また、封口蓋42は、その上面に安全弁43を備え、電池ケース本体41の開口を閉塞して配置されている。かくして、電池ケース本体41と封口蓋42により、発電要素10、正極集電端子部材20、負極集電端子部材30、および、図示しない電解液を液密に包囲している。
さらに、金属からなる正極集電端子部材20は、正極集電端子本体部材21と正極補助集電端子部材22の二部材からなる。正極集電端子本体部材21はクランク状に屈曲する板状であり、正極補助集電端子部材22は矩形板状である。正極集電端子本体部材21のうち、一方の先端に位置する正極端子部21pは、封口蓋42を貫通しこれから突出している。但し、この正極端子部21pと封口蓋42との間には絶縁部位44が介在して、互いに絶縁されている。
また、負極集電端子部材30は、負極集電端子本体部材31と負極補助集電端子部材32の二部材からなる。負極集電端子本体部材31はクランク状に屈曲する板状であり、負極補助集電端子部材32は矩形板状である。負極集電端子本体部材31のうち、一方の先端に位置する負極端子部31pも、封口蓋42との間に絶縁部材44が介在した状態で、封口蓋42を貫通して外方に突出している。
また、発電要素10は、帯状の正極板11、帯状の負極板12、および帯状のセパレータ13を含む。この発電要素10は、帯状の正極金属箔11aの両主面に正極活物質層11bを担持させた帯状の正極板11、および、帯状の負極金属箔12aに負極活物質層12bを担持させた帯状の負極板12が、同じく帯状のセパレータ13を介して捲回してなる捲回型の発電要素である。そして、この発電要素10は、図2(b)を見れば理解できるように、積層構造になっている。
帯状の正極金属箔11aのうち、長手方向に延びる2つの長辺のうち一方の長辺11aaに沿う長辺部11aは、前述の正極活物質層11bを担持しておらず、セパレータ13の第1端面13a側から外部(図1中、右方向)に向けて延出している。従って、この長辺部11a1について見ると、捲回により、金属箔11a(長辺部11a1)の一部と他の一部とが互いに積層された状態となっている。この延出している正極金属箔11aの長辺部11a1のうち、その一部は、正極集電端子本体部材21の正極積層部密着部21A、および、この正極集電端子本体部材21と同じ金属からなる矩形板状の正極補助集電端子部材22に挟持されて、その一部と他の一部とが互いに密着して積層されている正極箔密着積層部11Lとされている。さらに、この正極箔密着積層部11Lの一部、正極集電端子本体部材21の一部、および、正極補助集電端子部材22の一部は、後述する電子ビーム溶接で溶接されて、正極溶接部位M1とされている(図2(a)参照)。
一方、セパレータ13から延出した正極金属箔11aの長辺部11a1のうち、正極溶接部位M1を含めた正極箔密着積層部11L以外の部位は、一部と他の一部とが密着せず間隙を介して配置される。このため、図示しない電解液は、この間隙から発電要素10の内側にある正極活物質層11b、負極活物質層12b、セパレータ13の各部まで行き渡る。また、二次電池1の充放電中、発電要素10の内側で発生するガスは、間隙を通じて発電要素10の外部(電池ケース40内)へ放出される。
なお、正極集電端子本体部材21の正極積層部密着部21Aおよび正極補助集電端子部材22の正極補助積層部密着部22Aは、互いに対向して配置され、しかも、正極金属箔11aの長辺部11a1の積層方向DLに見て、正極箔密着積層部11Lの両側に位置し、それぞれ正極箔密着積層部11Lに密着して配置されている。
また、帯状の負極金属箔12aも、上述の正極金属箔11aと同様である。即ち、帯状の負極金属箔12aのうち、長手方向に延びる2つの長辺のうち一方の長辺12aaに沿う長辺部12aは、前述の負極活物質層12bを担持しておらず、セパレータ13の第2端面13b側から外部(図1中、左方向)に向けて延出している。従って、この長辺部12a1について見ると、捲回により、金属箔12a(長辺部12a1)の一部と他の一部とが互いに積層された状態となっている。この延出している負極金属箔12aの長辺部12a1のうち、その一部は、負極集電端子本体部材31の負極積層部密着部31A、および、この負極集電端子本体部材31と同じ金属からなる矩形板状の負極補助集電端子部材32に挟持されて、その一部と他の一部とが互いに密着して積層されている負極箔密着積層部12Lとされている。さらに、この負極箔密着積層部12Lの一部、負極集電端子本体部材31の一部、および、負極補助集電端子部材32の一部は、後述する電子ビーム溶接で溶接されて、負極溶接部位M2とされている(図2(a)参照)。
一方、セパレータ13から延出した負極金属箔12aの長辺部12a1のうち、負極溶接部位M2を含めた負極箔密着積層部12L以外の部位は、一部と他の一部とが密着せず間隙を介して配置される。このため、図示しない電解液は、この間隙からも、発電要素10の内側にある正極活物質層11b、負極活物質層12b、セパレータ13の各部まで行き渡る。
なお、負極集電端子本体部材31の負極積層部密着部31Aおよび負極補助集電端子部材32の負極補助積層部密着部32Aは、互いに対向して配置され、しかも、負極金属箔12aの長辺部12a1の積層方向DLに見て、負極箔密着積層部12Lの両側に位置し、それぞれ負極箔密着積層部12Lに密着して配置されている。
上述したように、本実施形態1にかかる二次電池1では、正極金属箔11aの長辺部11a1は、その一部と他の一部とが、互いに密着して積層状に重ねられて正極箔密着積層部11Lをなしている。一方、正極集電端子本体部材21の正極積層部密着部21Aは、この正極箔密着積層部11Lに対し、その積層方向DLの一方側(図2中、右側)に位置し、正極箔密着積層部11Lと密着している。また、正極補助集電端子部材22は、正極箔密着積層部11Lに対し、その積層方向DLのうち、正極積層部密着部21Aとは反対側に位置し、そのほぼ全体が、正極箔密着積層部11Lと密着して正極補助積層部密着部22Aをなしている。そして、この正極箔密着積層部11L、正極積層部密着部21A、および正極補助積層部密着部22Aの三者は、後述するように、正極箔密着積層部11Lの積層方向DL、正極積層部密着部21A側から正極箔密着積層部11L側に向かって進む電子ビームEBによって、正極溶接部位M1において溶接されている(図4参照)。
なお、電子ビームEBを、その正極側照射部位L1を移動させつつ照射する。具体的には、発電要素10等を載置したXYテーブル51(図4参照)をX方向およびY方向に移動させることにより、正極側照射部位L1を移動させつつ照射する。これにより、正極箔密着積層部11Lと正極積層部密着部21Aとの、および、正極箔密着積層部11Lと正極補助積層部密着部22Aとの溶接位置および溶接面積を、高い自由度で選択することができる。従って、溶接面積を適切な大きさとし、正極集電部材21と正極金属箔11aとの接続抵抗を低減することができる。
また、本実施形態1にかかる二次電池1は、電子ビームEBを照射して溶接してなるので、正極溶接部位M1に空気中の成分の混入や酸化が生じにくい。従って、二次電池1は
、正極溶接部位M1において、酸化を防止して高品位の溶接を行ったものとなる。
また、本実施形態1にかかる二次電池1では、負極側も同様に、負極金属箔12aの長辺部12a1は、その一部と他の一部とが、互いに密着して積層状に重ねられて負極箔密着積層部12Lをなしている。一方、負極集電端子本体部材31の負極積層部密着部31Aは、負極箔密着積層部12Lに対し、その積層方向DLの一方側(図2中、右側)に位置し、負極箔密着積層部12Lと密着している。また、負極補助集電端子部材32は、負極箔密着積層部12Lに対し、その積層方向DLのうち、負極積層部密着部31Aとは反対側に位置し、そのほぼ全体が、負極箔密着積層部12Lと密着して負極補助積層部密着部32Aをなしている。そして、この負極箔密着積層部12L、負極積層部密着部31A、および負極補助積層部密着部32Aの三者は、後述するように、負極箔密着積層部12Lの積層方向DL、負極積層部密着部31A側から負極箔密着積層部12L側に向かって進む電子ビームEBによって、負極溶接部位M2において溶接されている(図4参照)。
なお、電子ビームEBを、その負極側照射部位L2を移動させつつ照射する。具体的には、発電要素10を載置したXYテーブル51(図4参照)をX方向およびY方向に移動させることにより、負極側照射部位L2を移動させつつ照射する。これにより、負極箔密着積層部12Lと負極積層部密着部31Aとの、および、負極箔密着積層部12Lと負極補助積層部密着部32Aとの溶接位置および溶接面積を、高い自由度で選択することができる。従って、溶接面積を適切な大きさとし、負極集電部材22と負極金属箔12aとの接続抵抗を低減することができる。
また、本実施形態1にかかる二次電池1は、電子ビームEBを照射して溶接してなるので、負極溶接部位M2に空気中の成分の混入や酸化が生じにくい。従って、この二次電池1は、負極溶接部位M2において、酸化を防止して高品位の溶接を行ったものとなる。
なお、本実施形態1にかかる二次電池1では、正極箔密着積層部11Lの積層方向DLの一方側に、これに密着してなる正極積層部密着部21Aを配置している。そのほか、正極箔密着積層部11Lに、積層方向DL上述の正極積層部密着部21Aとは反対側から密着してなる正極補助積層部密着部22Aを配置している。負極側についても、負極箔密着積層部12Lの積層方向DLの両側から、負極集電端子本体部材31の負極積層部密着部31Aと負極補助集電端子部材32の負極補助積層部密着部32Aがそれぞれ密着している。
ところで、正極補助積層部密着部22A、および負極補助積層部密着部32Aを設けなかったとすると、正極箔密着積層部11L、あるいは、負極箔密着積層部12Lをなす金属箔11a,12aのうち、積層方向DLの電子ビームEBの進行方向EBDに位置する金属箔11a,12aでは、電子ビームEBのエネルギが個々の金属箔に集中しがちとなり、この部位が高温となって昇華して、貫通孔が空くなど欠損を生じる虞がある。
これに対し、本実施形態1の二次電池1では、上述のように補助集電端子部材22,32を用いて、正極補助積層部密着部22Aおよび負極補助積層部密着部32Aを、正極箔密着積層部11Lおよび負極箔密着積層部12Lに、それぞれ密着させている。これにより、正極箔密着積層部11Lあるいは負極箔密着積層部12Lよりも、電子ビームEBの進行方向EBD側にある、正極補助積層部密着部22Aおよび負極補助積層部密着部32Aでも、電子ビームEBのエネルギを受け取ることになる。かくして、一部の金属箔11a,12aに、電子ビームのエネルギが集中することを防止し、金属箔11a,12aの欠損等の不具合を抑制し、確実に正極箔密着積層部11Lと正極集電端子本体部材21および正極補助集電端子部材22とを溶接した二次電池1とすることができる。同様に、確実に負極箔密着積層部12Lと負極集電端子部材31および負極補助集電端子部材32とを溶接した二次電池1とすることができる。
次いで、本実施形態1にかかる二次電池1の製造方法について、図3および図4を参照しつつ説明する。
まず、帯状の正極板11および負極板12を、セパレータ13を介して捲回して、図3(a)に示す扁平形状に形成した発電要素10を用意する。セパレータ13のうち、長手方向に延びる2つの端面のうち一方の第1端面13a側からは、正極金属箔11aの長辺部11a1が延出している。この逆に、セパレータ13の他方の第2端面13b側からは、負極金属箔12aの長辺部12a1が延出している。この時点では、正極金属箔11aの長辺部11a1は、その一部と他の一部とは隙間を持って隣り合い、密着していない。負極金属箔12aの長辺部12a1についても同様であり、その一部と他の一部とが密着していない状態にされている。
次に密着工程では、上述の正極金属箔11aの長辺部11a1の一部を、正極集電端子本体部材21の正極積層部密着部21Aと正極補助集電端子部材22とで挟む。具体的には、図示しないバイス等の挟持治具を用いて、セパレータ13の第1端面13aから延出する正極金属箔11aの長辺部11a1のうち、約半分(図3(b)中、上側半分)を、正極集電端子本体部材21および正極補助集電端子部材22で挟み込む。これにより、正極金属箔11aの長辺部11a1の一部と他の一部とが密着して、正極箔密着積層部11Lが形成される。これと共に、この正極箔密着積層部11Lと正極集電端子本体部材21、および、正極箔密着積層部11Lと正極補助集電端子部材22とが、それぞれ密着する。かくして、正極箔密着積層部11Lは、この積層方向DLの両側で、積層部密着部21A,22Aと密着する。即ち、一方側で正極集電端子本体部材21の正極積層部密着部21Aと、そして、もう一方側で正極補助集電端子部材22の正極補助積層部密着部22Aと、それぞれ密着する(図3(c)参照)。
また、本実施形態1では、この密着工程において上述したように、正極金属箔11aの長辺部11a1の一部と他の一部とを密着させて正極箔密着積層部11Lとすると共に、この正極箔密着積層部11Lと正極積層部密着部21Aおよび正極補助積層部密着部22Aとを密着させる。これにより、正極金属箔11aの長辺部11a1の一部と他の一部とを予め密着させて正極箔密着積層部11Lを形成しておく必要が無くなり、より簡易に二次電池1を製造できる。
同様にして、負極金属箔12aの長辺部12a1の一部を、負極集電端子本体部材31の負極積層部密着部31Aと負極補助集電端子部材32とで挟み込む。具体的には、図示しないバイス等の挟持治具を用いて、セパレータ13の第2端面13bから延出する負極金属箔12aの長辺部12a1のうち、約半分(図3(b)中、上側半分)を、負極集電端子本体部材31および負極補助集電端子部材32で挟み込む。これにより、負極金属箔12aの一部と他の一部とが密着して、負極箔密着積層部12Lが形成される。これと共に、この負極箔密着積層部12Lと負極集電端子本体部材31、ならびに、負極箔密着積層部12Lと負極補助集電端子部材32とが、それぞれ密着する。かくして、負極箔密着積層部12Lは、この積層方向DLの両側で、積層部密着部31A,32Aと密着する。即ち、一方側で負極集電端子本体部材31の負極積層部密着部31Aと、そして、もう一方側で負極補助集電端子部材32の負極補助積層部密着部32Aと、それぞれ密着する(図3(c)参照)。
また、本実施形態1では、この密着工程において負極側についても、負極箔密着積層部12Lを形成すると共に、この負極箔密着積層部12Lと負極積層部密着部31Aおよび負極補助積層部密着部32Aとを密着させる。これにより、負極箔密着積層部12Lを予め形成しておく必要が無くなり、より簡易に二次電池1を製造できる。
次に、溶接工程について、図4を参照して説明する。
本実施形態1では、電子ビームEBを用いて、正極積層部密着部21A、正極箔密着積
層部11L、および正極補助積層部密着部22Aを溶接する。また、同様に、電子ビームEBを用いて、負極積層部密着部31A、負極箔密着積層部12L、および負極補助積層部密着部32Aを溶接する。
上述のようにして、正極箔密着積層部11Lおよび負極箔密着積層部12Lが形成された発電要素10のほか、正極集電端子本体部材21、正極補助集電端子部材22、負極集電端子本体部材31、および、負極補助集電端子部材32を、二次元方向(X方向、Y方向)に移動可能なXYテーブル51上に載置する。
一方、電子銃50は、電子ビームEBを進行方向EBDに連続照射する。この電子銃50は、電子ビームEBの進行方向EBDが、X方向およびY方向に直交するように配置されている。従って、このXYテーブル51の移動によって、電子ビームEBが照射される位置を変更することができる。
また、発電要素10等は、正極集電端子本体部材21および負極集電端子本体部材31が、最も電子銃50側に位置するようにして、XYテーブル51上に載置されている。
まず、正極積層部密着部21A、正極箔密着積層部11L、および正極補助積層部密着部22Aの溶接について説明する。電子銃50から電子ビームEBを進行方向EBDに放射させ、この電子ビームEBを正極積層部密着部21A、正極箔密着積層部11L、および正極補助積層部密着部22Aの正極照射部位L1に照射する。その際、XYテーブル51をX方向およびY方向に駆動して、正極積層部密着部21A等を移動させて、正極照射部位L1を移動させつつ、電子ビームEBを照射する。
本実施形態1では、進行方向EBDが正極積層部密着部21A側から正極箔密着積層部11L側を向く電子ビームEBを用いる。つまり、正極金属箔11aの長辺部11a1から構成される正極箔密着積層部11Lよりも先に、正極積層部密着部21Aに当たる電子ビームEBを用いる。これにより、先に正極積層部密着部21Aを溶融させ、また電子ビームEBのエネルギを吸収し分散させた状態で、正極箔密着積層部11Lをなす正極金属箔11aの長辺部11a1に、間接的にその厚さ方向(積層方向DL)に向けて電子ビームEBを照射する。しかも、正極箔密着積層部11Lにおいて各正極金属箔11aは互いに密着している。これにより、正極箔密着積層部11Lにおける正極金属箔11a(長辺部11a1)の昇華(蒸発)による欠損等の不具合を抑制しつつ、正極箔密着積層部11Lと正極積層部密着部21Aとを溶融させて、適切に溶接することができる。
しかも、電子ビームEBを、その正極照射部位L1を移動させつつ照射して溶接することにより、電子ビームEBのエネルギが一ヶ所に集中して、その部位で、正極金属箔11aや正極積層部密着部21A、正極補助積層部密着部22Aが高温となり、これらが昇華したりブローホールとなって欠損を生じる虞を低減している。
さらに本実施形態1では、正極箔密着積層部11Lよりも電子ビームEBの進行方向EBD側に、正極補助集電端子部材22の正極補助積層部密着部22Aを密着配置している。
このため、正極箔密着積層部11Lよりも電子ビームEBの進行方向EBD側にある正極補助積層部密着部22Aでも、電子ビームEBのエネルギを受け取る。これにより、正極箔密着積層部11Lの正極金属箔11aのうち、電子ビームEBの進行方向EBDに位置するものに、電子ビームEBのエネルギが集中して欠損を生じるのを防止できる。かくして、ここでも正極金属箔11aが欠損する不具合を抑制し、確実に正極箔密着積層部11Lと正極補助積層部密着部22Aとを溶接した二次電池1を製造できる。ひいては、正極箔密着積層部11Lと、正極積層部密着部21Aおよび正極補助積層部密着部22Aとを確実に溶接した二次電池1を製造できる。
なお、本実施形態1では、XYテーブル51を移動させることで、電子ビームEBの正極照射部位L1を移動させ、電子銃50の側から見て、正極溶接部位M1が略矩形状とな
るように溶接する。このように、本実施形態1では、正極溶接部位M1の位置や大きさ(溶接面積)を自由に設定することができ、これらの選択の自由度が高い。かくして、正極溶接部位M1における溶接面積を適切に選択することができ、正極金属箔11aと正極集電端子部材20との接続抵抗が低い二次電池1を製造することができる。
また、正極補助集電端子部材22の正極補助積層部密着部22Aにおける、電子ビームEBの進行方向EBDの寸法(厚み)は、正極集電端子部材21の正極積層部密着部21Aにおける進行方向EBDの寸法(厚み)に比して、小さくしてある。前述したように、正極補助積層部密着部22Aは、正極箔密着積層部11Lにおける正極金属箔11a(長辺部11a1)に欠損が生じるのを防止するために配置するものであるから、それほど厚みを必要としないからである。なお、この点は、負極補助積層部密着部32Aについても同様である。
本実施形態1の二次電池1の製造方法では、溶接工程において、真空下で電子ビームEBを照射する。これにより、正極溶接部位M1に空気中の成分の混入や酸化が生じにくい。かくして、正極溶接部位M1において、酸化を防止して高品位の溶接をした二次電池1を製造できる。
また、負極積層部密着部31A、負極箔密着積層部12L、および負極補助積層部密着部32Aの溶接も、上述した正極の場合と同様である。即ち、電子銃50から電子ビームEBを進行方向EBDに放射させる一方、XYテーブル51を駆動して、負極積層部密着部31A等を移動させて、負極照射部位L2を移動させつつ、そこに電子ビームEBを照射する。
本実施形態1では、進行方向EBDが負極積層部密着部31A側から負極箔密着積層部12L側を向く電子ビームEBを用いる。これにより、先に負極積層部密着部31Aを溶融させ、また電子ビームEBのエネルギを吸収し分散させた状態で、負極箔密着積層部12Lをなす負極金属箔12aの長辺部12a1に、間接的にその厚さ方向(積層方向DL)に向けて電子ビームEBを照射する。しかも、負極箔密着積層部12Lにおいて各負極金属箔12aは互いに密着している。これにより、負極箔密着積層部12Lにおける負極金属箔12aの欠損等の不具合を抑制しつつ、負極箔密着積層部12Lと負極積層部密着部31Aとを溶融させて、適切に溶接することができる。
しかも、電子ビームEBを、その負極照射部位L2を移動させつつ照射することで、この部位で、負極金属箔12aや負極積層部密着部31A、負極補助積層部密着部32Aが高温となって昇華したりブローホールとなって欠損を生じる虞を低減している。
さらに本実施形態1では、負極に関しても、負極箔密着積層部12Lよりも電子ビームEBの進行方向EBD側に、負極補助集電端子部材32による負極補助積層部密着部32Aを密着配置している。
これにより、負極箔密着積層部12Lの一部の負極金属箔12aに、電子ビームEBのエネルギが集中して欠損を生じるのを防止できる。かくして、確実に負極箔密着積層部12Lと負極補助積層部密着部32Aとを溶接した二次電池1を製造し、ひいては、負極箔密着積層部12Lと、負極積層部密着部31Aおよび負極補助積層部密着部32Aとを確実に溶接した二次電池1を製造できる。
なお、本実施形態1では、XYテーブル51を移動させることで、電子ビームEBの負極照射部位L2を移動させ、電子銃50の側から見て、負極溶接部位M2が略矩形状となるように溶接する。このように、本実施形態1では、負極溶接部位M2の位置や大きさ(溶接面積)を自由に設定することができ、これらの選択の自由度が高い。かくして、負極溶接部位M2における溶接面積を適切に選択することができ、負極金属箔12aと負極集
電端子部材30との接続抵抗が低い二次電池1を製造することができる。
本実施形態1の二次電池1の製造方法では、溶接工程において、真空下で電子ビームEBを照射する。これにより、負極溶接部位M2に空気中の成分の混入や酸化が生じにくい。かくして、負極溶接部位M2において、酸化を防止して高品位の溶接をした二次電池1を製造できる。
上述の接合工程の後は、公知の手法により、その発電要素10を電池ケース本体41に収容する。さらに、正極集電端子本体部材21の正極端子部21p、および負極集電端子本体部材31の負極端子部31pが、封口蓋42をそれぞれ貫通した状態で、互いにシールする。さらに、封口蓋42と電池ケース本体41を接合して電池ケース40とする。電解液(図示しない)を電池ケース40内に注入した後、安全弁43を封口蓋42に取り付ける。かくして本実施形態1にかかる二次電池1が完成する。
(変形形態)
次に、変形形態にかかる二次電池1の製造方法について、図5を参照しつつ説明する。
本変形形態の製造方法は、密着工程に先立って箔密着工程を備えている点が、上述の実施形態1と異なり、それ以外は同様である。
そこで、異なる点を中心として説明すると共に、同様の部分の説明は省略または簡略化するが、同様の部分については同様の作用効果を生じる。また、同内容のものには同番号を付して説明する。
本変形形態にかかる二次電池1の製造方法について、図5を参照して説明する。
まず、実施形態1と同様にして、扁平形状の発電要素10を形成する(図5(a)参照)。この時点では、正極金属箔11aの長辺部11a1は、実施形態1と同様、その一部が他の一部と隙間を介して隣り合って積層状態とされているが、互いに密着していない。負極金属箔12aの長辺部12a1についても同様、互いに密着していない。
次いで、本変形形態では、密着工程に先立って、箔密着工程を行う。具体的には、正極金属箔11aの長辺部11a1の一部を、図示しない超音波溶接機で挟み超音波溶接する。これにより、挟まれた正極金属箔11aの長辺部11a1の一部と他の一部を、超音波溶接部位Puで密着させて、予め正極箔密着積層部11Lを形成する(図5(b)参照)。負極金属箔12aの長辺部12a1についても同様に、その一部を超音波溶接機で挟み、超音波溶接して、負極金属箔12aの長辺部12a1の一部と他の一部を、超音波溶接部位Puで密着させて、予め負極箔密着積層部12Lを形成する。
その後、密着工程おいて、図示しないバイス等を用いて、正極箔密着積層部11Lを、正極集電端子本体部材21の正極積層部密着部21A、および正極補助集電端子部材22の正極補助積層部密着部22Aで挟み、互いに密着させる。このとき、正極積層部密着部21Aおよび正極補助積層部密着部22Aで、超音波溶接部位Puを覆うように挟む(図5(c)参照)。かくして、正極箔密着積層部11Lは、実施形態1と同様に、この積層方向DLの両側のうち、一方側で正極集電端子本体部材21の正極積層部密着部21Aと、そして、もう一方側で正極補助集電端子部材22の正極補助積層部密着部22Aと、それぞれ密着する(図3(c)参照)。
同様に、負極箔密着積層部12Lを、負極集電端子本体部材31の負極積層部密着部31Aおよび負極補助集電端子部材32の負極補助積層部密着部32Aで、これらが超音波溶接部位Puを覆うようにして、挟む(図5(c)参照)。かくして、負極箔密着積層部12Lもまた、実施形態1と同様に、この積層方向DLの両側で、負極集電端子本体部材31の負極積層部密着部31A、および、負極補助集電端子部材32の負極補助積層部密着部32Aと、それぞれ密着する(図3(c)参照)。
そして、以降は、実施形態1と同様に、溶接工程を以下の工程により、二次電池1を製造する。
上述した本変形形態にかかる二次電池1の製造方法では、密着工程に先立って箔密着工程を備える。つまり、箔密着工程で、金属箔11a,12aの長辺部11a1,12a1の一部と他の一部とを密着させて、予め箔密着積層部11L,12Lを形成する。従って、箔密着積層部11L,12Lを確実に作り上げてから、その後に密着工程に進むことができる。
(実施形態2)
次に、実施形態2にかかる二次電池101について、図6〜9を参照しつつ説明する。
実施形態1の二次電池1では、集電端子部材20,30として、集電端子本体部材21,31のほかに、補助集電端子部材22,32を用いて、箔密着積層部11L,12Lの積層方向DL両側に、積層部密着部21A,22A,31A,32Aを密着させて溶接した例を示した。これに対し、本実施形態2にかかる二次電池101は、1つの集電端子部材に2つの積層部密着部を設け、箔密着積層部の積層方向両側に積層部密着部を密着させる点で、前述の二次電池1と異なり、それ以外では同様である。
そこで、異なる点を中心として説明すると共に、同様の部分の説明は省略または簡略化するが、同様の部分については同様の作用効果を生じる。また、同内容のものには同番号を付して説明する。
本実施形態2にかかる二次電池101は、図6に示すように、発電要素10、電池ケース40のほか、正極集電端子部材120および負極集電端子部材130からなるリチウムイオン二次電池である。
このうち、金属からなる正極集電端子部材120は、実施形態1における正極端子部21pと同様の正極端子部120pのほか、正極金属箔11aの長辺部11a1同士を互いに密着させて挟持するコ字状の挟持部120Sを有する。具体的には、図7,図8(b)に示すように、挟持部120Sは、正極端子部120pに連なる板状の第1正極積層部密着部120Aと、これと対向する板状の第2正極積層部密着部120B、およびこれらを連結する連結部120Cからなる。この挟持部120Sは、後述するカシメ加工により、その第1正極積層部密着部120Aと第2正極積層部密着部120Bとの間で、正極金属箔11aのうち、セパレータ13の第1端面13a側から延出する長辺部11a1の一部と他の一部が密着積層した正極箔密着積層部11Lを挟持している。
負極集電端子部材130もまた、上述の正極集電端子部材120と同様に、金属からなり、実施形態1における負極端子部31pと同様の負極端子部130pのほか、負極金属箔12aの長辺部12a1同士を互いに密着させて挟持するコ字状の挟持部130Sを有する。具体的には、図7,図8(b)に示すように、挟持部130Sは、負極端子部130pに連なる板状の第1負極積層部密着部130Aと、これと対向する板状の第2負極積層部密着部130B、およびこれらを連結する連結部130Cからなる。この挟持部130Sも、後述するカシメ加工により、その第1負極積層部密着部130Aと第2負極積層部密着部130Bとの間で、負極金属箔12aのうち、セパレータ13の第2端面13b側から延出する長辺部12a1の一部と他の一部が密着積層した負極箔密着積層部12Lを挟持している。
さらに、正極箔密着積層部11Lと、第1正極積層部密着部120Aおよび第2正極積層部密着部120Bは、実施形態1と同様、正極箔密着積層部11Lの積層方向DLに進む電子ビームEBによって、正極側溶接部位M3で互いに溶接されている。また、負極箔密着積層部12Lと、第1負極積層部密着部130Aおよび第2負極積層部密着部130Bも、負極箔密着積層部12Lの積層方向DLに進む電子ビームEBによって、負極側溶
接部位M4で互いに溶接されている。
次いで、本実施形態2にかかる二次電池101の製造方法について、図8および図9を参照しつつ説明する。
まず、実施形態1と同様、帯状の正極板11および負極板12を、セパレータ13を介して捲回して、図8(a)に示す扁平形状の発電要素10を用意する。
密着工程では、正極金属箔11aの長辺部11a1の一部を、正極集電端子部材120の挟持部120Sで挟む。具体的には、この挟持部120Sをカシメ加工し、正極金属箔11aの長辺部11a1のうち、約半分(図8(b)中、上側半分)の正極金属箔11aを、第1正極積層部密着部120Aと第2正極積層部密着部120Bとの間に挟む。これにより、正極金属箔11aの長辺部11a1の一部と他の一部とが密着して正極箔密着積層部11Lが形成される。これと共に、正極箔密着積層部11Lと第1正極積層部密着部120Aおよび第2正極積層部密着部120Bとが密着する。かくして、正極箔密着積層部11Lは、その積層方向DLの両側で、正極集電端子部材120の第1正極積層部密着部120A、および、第2正極積層部密着部120Bと密着する(図8(c)参照)。
なお、本実施形態2では、連結部120Cを介して、第1正極積層部密着部120Aと第2正極積層部密着部120Bとが連結された挟持部120Sを備えた正極集電端子部材120を用いた。そして、挟持部120Sをカシメ加工して、第1正極積層部密着部120Aおよび第2正極積層部密着部120Bで、正極箔密着積層部11Lを挟持した。このため、以降の工程において、バイスなどの治具を用いることなく、正極箔密着積層部11Lの形態を維持できる。また、この正極箔密着積層部11Lと第1正極積層部密着部120Aおよび第2正極積層部密着部120Bとの密着を保つことができるので、発電要素10等の取り扱いが容易になる。
また、本実施形態2の密着工程でも、長辺部11a1の一部と他の一部とを密着させて正極箔密着積層部11Lを形成すると共に、この正極箔密着積層部11Lと第1正極積層部密着部120Aおよび第2正極積層部密着部120Bとを密着させる。このため、予め正極箔密着積層部11Lを形成しておく必要が無く、簡易に二次電池101を製造できる。
同様にして、負極金属箔12aの長辺部12a1の一部を、負極集電端子部材130の挟持部130Sで挟む。具体的には、この挟持部130Sをカシメ加工し、長辺部12a1のうち、約半分(図8(b)中、上側半分)を、第1負極積層部密着部130Aと第2負極積層部密着部130Bとの間に挟む。これにより、長辺部12a1の一部と他の一部とが密着して負極箔密着積層部12Lが形成される。これと共に、負極箔密着積層部12Lは、その積層方向DLの両側で、負極集電端子部材130の第1負極積層部密着部130A、および、第2負極積層部密着部130Bと密着する(図8(c)参照)。
負極側でも、連結部130Cを介して、第1負極積層部密着部130Aと第2負極積層部密着部130Bとが連結された挟持部130Sを備えた負極集電端子部材130を用いた。そして、挟持部130Sをカシメ加工して、第1負極積層部密着部130Aおよび第2負極積層部密着部130Bで、負極箔密着積層部12Lを挟持した。このため、以降の工程で、バイスなど用いなくとも、負極箔密着積層部12Lの形態を維持でき、また、第1負極積層部密着部130Aおよび第2負極積層部密着部130Bとの密着を保ち得るので、発電要素10等の取り扱いが容易になる。
また、負極箔密着積層部12Lを形成すると共に、これと第1負極積層部密着部130Aおよび第2負極積層部密着部130Bとを密着させたので、予め負極箔密着積層部12Lを形成しておく場合に比して、簡易に二次電池101を製造できる。
次に、溶接工程について、図9を参照して説明する。実施形態1における溶接工程では、正極箔密着積層部11Lと正極積層部密着部21Aおよび正極補助積層部密着部22A
とを正極溶接部位M1で溶接した。また、負極箔密着積層部12Lと負極積層部密着部31Aおよび負極補助積層部密着部32Aとを負極溶接部位M2で溶接した。
これに対し、本実施形態2では、正極箔密着積層部11Lと第1正極積層部密着部120Aおよび第2正極積層部密着部120Bとを、正極溶接部位M3で溶接する。また、負極箔密着積層部12Lと第1負極積層部密着部130Aおよび第2負極積層部密着部130Bとを、負極溶接部位M4で溶接する点が異なるのみであるので、工程の詳細説明を省略する。
本実施形態2でも、正極箔密着積層部11Lよりも先に、第1正極積層部密着部120Aに電子ビームEBを当てるように、その進行方向EBDを選択している。しかも、正極箔密着積層部11Lにおいて各正極金属箔11aは互いに密着している。これにより、正極箔密着積層部11Lにおける正極金属箔11a(長辺部11a1)の昇華(蒸発)による欠損等の不具合を抑制しつつ、正極箔密着積層部11Lと第1正極積層部密着部120Aとを溶融させて、適切に溶接することができる。
さらに、正極箔密着積層部11Lよりも電子ビームEBの進行方向EBD側に、第2正極積層部密着部120Bを密着配置している。このため、正極箔密着積層部11Lの正極金属箔11aのうち、電子ビームEBの進行方向EBDに位置するものに欠損を生じるのを防止し、確実に正極箔密着積層部11Lと第2正極積層部密着部120Bとを溶接できる。
かくして、正極箔密着積層部11Lと、第1正極積層部密着部120Aおよび第2正極積層部密着部120Bとを確実に溶接した二次電池101を製造できる。
しかも、電子ビームEBを、その正極照射部位L3を移動させつつ照射して溶接することにより、電子ビームEBのエネルギが一ヶ所に集中して、その部位で、正極金属箔11aや第1正極積層部密着部120A、第2正極積層部密着部120Bが高温となり、これらが昇華したりブローホールとなって欠損を生じる虞を低減している。
また、本実施形態2でも、XYテーブル51を移動させることで、電子ビームEBの正極照射部位L3を移動させ、電子銃50の側から見て、正極溶接部位M3が略矩形状となるように溶接する。このように、本実施形態2でも、正極溶接部位M3の位置や大きさ(溶接面積)を自由に設定することができ、これらの選択の自由度が高い。かくして、正極溶接部位M3における溶接面積を適切に選択することができ、正極金属箔11aと正極集電端子部材120との接続抵抗が低い二次電池101を製造することができる。
また、第2正極積層部密着部120Bにおける、電子ビームEBの進行方向EBDの寸法(厚み)は、第1正極積層部密着部120Aにおける進行方向EBDの寸法(厚み)に比して、小さくしてある。正極箔密着積層部11Lの正極金属箔11aでの欠損発生防止のためのものであり、それほど厚みを必要としないからである。
なお、以上の点は、負極側の負極箔密着積層部12L、第1負極積層部密着部130A、第2負極積層部密着部130Bの溶接、これらにおける負極側溶接部位M4についても同様であるので、説明を省略する。
上述の接合工程の後は、実施形態1と同様、発電要素10を電池ケース本体41に収容し、正極集電端子部材120の正極端子部120pおよび負極集電端子部材130の負極端子部130pが、封口蓋42をそれぞれ貫通した状態で、互いにシールする。さらに、封口蓋42と電池ケース本体41を接合して電池ケース40とし、図示しない電解液を電池ケース40内に注入した後、安全弁43を封口蓋42に取り付ける。かくして本実施形態2にかかる二次電池101が完成する。
(実施形態3)
次に、実施形態3にかかる二次電池201について、図2,10〜12を参照しつつ説
明する。
本実施形態3にかかる二次電池は、集電端子本体部材および補助集電端子部材に複数の互いに対応する凸部をそれぞれ有する点で、前述の実施形態1と異なり、それ以外では同様である。
そこで、異なる点を中心として説明すると共に、同様の部分の説明は省略または簡略化するが、同様の部分については同様の作用効果を生じる。また、同内容のものには同番号を付して説明する。
本実施形態3の正極集電端子部材220は、実施形態1と同様、正極集電端子本体部材221と正極補助集電端子部材222の二部材からなる。また、負極集電端子部材230もまた、負極集電端子本体部材231と負極補助集電端子部材232の二部材からなる。
このうち、集電端子本体部材221,231は、実施形態1の集電端子本体部材21、31と同様、クランク状に屈曲する板状で、一方の先端には端子部221p,231pを含む形態を有している。但し、本体部材本体221B,231Bには、これから突出した矩形凸形状の積層部密着部221A,231Aを複数箇所(本実施形態3では三ヶ所)有する(図11(b)参照)。補助集電端子部材222,232もまた、矩形板状の補助部材本体222B,232Bから突出した矩形凸形状の補助積層部密着部222A,232Aを複数(本実施形態3では三ヶ所)有する(図11(b)参照)。この補助積層部密着部222A,232Aは、それぞれ積層部密着部221A,231Aに対応した位置に配置されている。これにより、集電端子部材220,230は、後述する金属箔11a,12a(長辺部11a1,12a1)と複数箇所で密着するので、一ヶ所のみ密着させた場合に比して、集電経路が複数となりより低抵抗で集電を行うことができる。
本実施形態3にかかる二次電池201の正極金属箔11aのうち、セパレータ13から延出している長辺部11a1の一部は、上述の正極積層部密着部221A、および、正極補助積層部密着部222Aに挟持されて、その一部と他の一部とが互いに密着して積層された正極箔密着積層部211Lとされている。さらに、この正極箔密着積層部211Lの一部、正極積層部密着部221Aの一部、および、正極補助積層部密着部222Aの一部は、電子ビームEBで互いに溶接されて、正極溶接部位M5とされている(図10(b)参照)。
一方、セパレータ13から延出した正極金属箔11aの長辺部11a1のうち、正極箔密着積層部211L以外の部位は、一部と他の一部とが密着せず互いに間隙を介して配置されている。このため、図示しない電解液は、実施形態1と同様に、この間隙から発電要素10の内側にまで行き渡らせうる。また、二次電池201の充放電中、発電要素10の内側で発生するガスは、間隙を通じて発電要素10の外部(電池ケース40内)へ放出することができる。
負極金属箔12aもまた、正極金属箔11aと同様、セパレータ13から延出している長辺部12a1の一部は、上述の負極積層部密着部231A、および、負極補助積層部密着部232Aに挟持されて、その一部と他の一部とが互いに密着して積層された負極箔密着積層部212Lとされている。さらに、この負極箔密着積層部212Lの一部、負極積層部密着部231Aの一部、および、負極補助積層部密着部232Aの一部は、電子ビームEBで溶接されて、負極溶接部位M6とされている(図10(b)参照)。
一方、セパレータ13から延出した負極金属箔12aの長辺部12a1のうち、負極箔密着積層部212L以外の部位は、一部と他の一部とが密着せず互いに間隙を介して配置されている。このため、図示しない電解液は、実施形態1と同様に、この間隙から発電要素10の内側にまで行き渡らせうる。また、二次電池201の充放電中、発電要素10の内側で発生するガスは、間隙を通じて発電要素10の外部(電池ケース40内)へ放出す
ることができる。
次いで、本実施形態3にかかる二次電池201の製造方法について、図11および図12を参照しつつ説明する。
本実施形態3では、実施形態1と同様にして、扁平形状の発電要素10を形成する(図11(a)参照)。この時点では、正極金属箔11aの長辺部11a1は、実施形態1と同様、その一部が他の一部と間隙を介して隣り合って積層とされているが、互いに密着まではしていない。負極金属箔12aの長辺部12a1についても同様、互いに密着まではしていない。
密着工程では、上述の正極金属箔11aの長辺部11a1の一部を、正極集電端子本体部材221の正極積層部密着部221Aと、正極補助集電端子部材222の正極補助積層部密着部222Aとで挟む(図11(b))。具体的には、図示しないバイス等の挟持治具を用いて、セパレータ13の第1端面13aから延出する正極金属箔11aの長辺部11a1を、正極積層部密着部221Aおよび正極補助積層部密着部222Aで挟む。これにより、正極金属箔11aの長辺部11a1の一部と他の一部とが密着して、正極箔密着積層部211Lが三ヶ所形成される。この正極箔密着積層部211Lは、一方側で正極積層部密着部221Aと、他方側で正極補助積層部密着部222Aと、それぞれ密着している(図11(c)参照)。
同様にして、負極金属箔12aの長辺部12a1の一部を、負極集電端子本体部材231の負極積層部密着部231Aと、負極補助集電端子部材232の負極補助積層部密着部232Aとで挟む(図11(b))。これにより、負極金属箔12aの長辺部12a1の一部と他の一部とが密着して、負極箔密着積層部212Lが三ヶ所形成される。この負極箔密着積層部212Lは、一方側で負極積層部密着部231Aと、他方側で負極補助積層部密着部232Aと、それぞれ密着している(図11(c)参照)。
次に、溶接工程について、図12を参照して説明する。
本実施形態3でも、電子ビームEBを用いて、正極積層部密着部221A、正極箔密着積層部211、および正極補助積層部密着部222Aを溶接する。また、同様に、電子ビームEBを用いて、負極積層部密着部231A、負極箔密着積層部212L、および負極補助積層部密着部232Aを溶接する。
具体的には、電子銃50から電子ビームEBを進行方向EBDに放射させ、この電子ビームEBを正極積層部密着部221A、正極箔密着積層部211L、および正極補助積層部密着部222Aの正極照射部位L5に照射する。その際、発電要素10等を載置したXYテーブル51をX方向およびY方向に駆動して、正極積層部密着部221A等を移動させて、正極照射部位L5を移動させつつ、電子ビームEBを順次照射する。
また、負極積層部密着部231A、負極箔密着積層部212L、および負極補助積層部密着部232Aの溶接も、上述した正極の場合と同様である。即ち、電子銃50から電子ビームEBを進行方向EBDに放射させる一方、XYテーブル51を駆動して、負極積層部密着部231A等を移動させて、負極照射部位L6を移動させつつ、そこに電子ビームEBを順次照射する。
以上において、本発明を実施形態1,2,3および変形形態に即して説明したが、本発明は上述の実施形態1,2,3および変形形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることは言うまでもない。
例えば、実施形態等では、二次電池をリチウムイオン二次電池としたが、これ以外の二次電池、例えば、ニッケル水素二次電池、ニッケルカドミウム二次電池等に適用しても良い。また、実施形態等では、捲回型の発電要素を用いた。このため、箔密着積層部は、金
属箔(長辺部)の一部と他の一部を積層、密着したものとした。しかし、複数の正極板および負極板を、セパレータを介して交互に積層してなる積層型の発電要素を用いても良い。この場合、例えば、正極箔密着積層部は、正極金属箔同士が、負極箔密着積層部は、負極金属箔同士がそれぞれ積層したものとなる。
また、実施形態等では、箔密着積層部11L,12Lの積層方向DL両側に、これに密着する2つの積層部密着部21A,22A,31A,32A等を配置し、三者を溶接した例を示した。しかし、箔密着積層部11L,12Lの積層方向DLの一方側(電子銃50側:電子ビームEBの進行方向EBD逆側)にだけ、積層部密着部を配置して、二者を溶接しても良い。
さらに、実施形態等では、XYテーブル51を用いて、電子ビームEBの照射部位L1等を移動させたが、電子銃を操作し、電子ビームEBを偏向させて、照射部位を移動させる、あるいはテーブルの駆動と電子ビームの偏向とを組み合わせても良い。
さらに、実施形態3では、積層部密着部221A,231Aおよび補助積層部密着部222A,232Aを、それぞれ三ヶ所設けたが、三ヶ所に限定するものではない。
さらに、実施形態等では、溶接に用いるエネルギビームに電子ビームとしたが、例えばレーザビームとしても良い。
実施形態1にかかる二次電池の説明図であり、(a)は電池ケースを破断して示す部分破断断面図、(b)は(a)におけるA−A縦断面図である。 実施形態1,3にかかる二次電池の説明図であり、(a)はB−B(G−G)横断面図、(b)はC部拡大図である。 実施形態1にかかる二次電池の製造方法のうち、密着工程を示す説明図である。 実施形態1にかかる二次電池の製造方法のうち、溶接工程を示す説明図である。 変形形態にかかる二次電池の製造方法のうち、箔密着工程を示す説明図である。 実施形態2にかかる二次電池の説明図であり、(a)は電池ケースを破断して示す部分破断断面図、(b)は(a)におけるD−D縦断面図である。 実施形態2の二次電池における、図1(a)のE−E横断面図である。 実施形態2にかかる二次電池の製造方法のうち、密着工程を示す説明図である。 実施形態2にかかり二次電池の製造方法のうち、溶接工程を示す説明図である。 実施形態3にかかる二次電池の説明図であり、(a)は電池ケースを破断して示す部分破断断面図、(b)は(a)におけるF−F縦断面図である。 実施形態3にかかる二次電池の製造方法のうち、密着工程を示す説明図である。 実施形態3にかかる二次電池の製造方法のうち、溶接工程を示す説明図である。
1,101,201 二次電池
10 発電要素
11 正極板
11a 正極金属箔(金属箔)
11L,211L 正極箔密着積層部(箔密着積層部)
12 負極板
12a 負極金属箔(金属箔)
12L,212L 負極箔密着積層部(箔密着積層部)
20,120,220 正極集電端子部材(正極集電端子部材)
21A,221A 正極積層部密着部(積層部密着部)
22A,222A 正極補助積層部密着部(積層部密着部)
30,130,230 負極集電端子部材(負極集電端子部材)
31A,231A 負極積層部密着部(積層部密着部)
32A,232A 負極補助積層部密着部(積層部密着部)
120A 第1正極積層部密着部(積層部密着部)
120B 第2正極積層部密着部(積層部密着部)
130A 第1負極積層部密着部(積層部密着部)
130B 第2負極積層部密着部(積層部密着部)
DL 積層方向
EB 電子ビーム
L1,L3,L5 正極照射部位(照射部位)
L2,L4,L6 負極照射部位(照射部位)
M1,M3,M5 正極溶接部位(溶接部位)
M2,M4,M6 負極溶接部位(溶接部位)

Claims (7)

  1. 正極金属箔を含む正極板および負極金属箔を含む負極板を有する発電要素と、
    上記正極金属箔と溶接されてなる正極集電端子部材、および、上記負極金属箔と溶接されてなる負極集電端子部材の少なくともいずれかと、を備える
    二次電池であって、
    上記正極金属箔または上記負極金属箔である金属箔は、
    上記金属箔同士が、または、上記金属箔の一部と他の一部とが、互いに密着して積層状に重ねられた箔密着積層部を有し、
    上記正極集電端子部材または上記負極集電端子部材である集電端子部材は、
    上記箔密着積層部の積層方向、側に位置して、上記箔密着積層部にそれぞれ密着してなる2つの積層部密着部を有し、
    上記正極金属箔と上記正極集電端子部材との、または、上記負極金属箔と上記負極集電端子部材との溶接部位は、
    上記箔密着積層部における金属箔同士および上記箔密着積層部と上記2つの積層部密着部とを、上記積層方向、一方側の上記積層部密着部から上記箔密着積層部側に進み、さらに他方側の上記積層部密着部に進むエネルギビームを、その照射部位を移動させつつ照射して、溶接してなる部位であり、
    上記他方側の積層部密着部は、
    上記一方側の積層部密着部よりも上記エネルギビームの進行方向の厚みが小さくされてな
    二次電池。
  2. 請求項1に記載の二次電池であって、
    前記溶接部位は、前記エネルギビームとして、電子ビームを照射して溶接してなる
    二次電池。
  3. 正極金属箔を含む正極板および負極金属箔を含む負極板を有する発電要素と、
    上記正極金属箔と溶接してなる正極集電端子部材、および、上記負極金属箔と溶接されてなる負極集電端子部材の少なくともいずれかと、を備える
    二次電池の製造方法であって、
    上記正極金属箔または上記負極金属箔である金属箔のうち、上記金属箔同士が、または、上記金属箔の一部と他の一部とが、互いに密着して積層状に重ねられた箔密着積層部の、その積層方向側に、
    上記正極集電端子部材または上記負極集電端子部材である集電端子部材の2つの積層部密着部をそれぞれ密着させる
    密着工程と、
    上記積層方向、一方側の上記積層部密着部から上記箔密着積層部側に進み、さらに他方側の上記積層部密着部に進むエネルギビームを、
    上記積層部密着部および上記箔密着積層部に、その照射部位を移動させつつ照射して、
    上記箔密着積層部における金属箔同士および上記箔密着積層部と上記2つの積層部密着部とを、溶接する
    溶接工程と、を備え
    上記他方側の積層部密着部は、
    上記一方側の積層部密着部よりも上記エネルギビームの進行方向の厚みが小さくされてな
    二次電池の製造方法。
  4. 請求項に記載の二次電池の製造方法であって、
    前記エネルギビームは、電子ビームである
    二次電池の製造方法。
  5. 請求項または請求項に記載の二次電池の製造方法であって、
    前記密着工程では、前記箔密着積層部と前記積層部密着部との密着と共に、前記発電要素の前記金属箔同士を、または、上記金属箔の一部と他の一部とを、互いに密着して積層状に重ねて上記箔密着積層部とする
    二次電池の製造方法。
  6. 請求項または請求項に記載の二次電池の製造方法であって、
    前記密着工程に先立って、前記発電要素の前記金属箔同士を、または、上記金属箔の一部と他の一部とを、互いに密着して積層状に重ねて前記箔密着積層部とする箔密着工程を備える
    二次電池の製造方法。
  7. 請求項3〜請求項6のいずれか1項に記載の二次電池の製造方法であって、
    前記集電端子部材は、
    前記箔密着積層部の積層方向一方側に位置させる第1積層部密着部と、
    上記積層方向他方側に位置させる第2積層部密着部と、を有する
    二次電池の製造方法。
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