JP5232840B2 - 二次電池およびその製造方法 - Google Patents
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Description
(2)請求項4の発明は、請求項1乃至3のいずれか1項に記載の二次電池の製造方法であって、酸素を10%以上含む雰囲気中でレーザ溶接して前記スポット溶接部を形成する溶接工程を有し、前記溶接工程は、レーザ光を前記正負極外部端子の表面に対して傾斜させて照射する工程と、レーザ光を前記正負極集電板の表面に対して傾斜させて照射する工程とを含むことを特徴とする。
(3)請求項6の発明は、請求項4または5に記載の二次電池の製造方法において、前記正極電極と前記負極電極とを前記セパレータを介して捲回して前記捲回群を製作する第1工程と、前記正極電極および前記負極電極を前記正負極外部端子に接続するための前記正負極集電板に前記正負極接続端子をそれぞれかしめる第2工程と、前記正負極外部端子に前記正負極接続端子をそれぞれかしめる第3工程と、前記正極電極および前記負極電極にそれぞれ前記正負極集電板を接続する第4工程と、前記第2工程によるかしめ部を所定濃度の酸素雰囲気中で溶接する第5工程と、前記第3工程によるかしめ部を所定濃度の酸素雰囲気中で溶接する第6工程と、前記第3〜第6工程で前記正負極集電板と前記正負極接続端子と前記正負極外部端子とが一体化された蓋・端子組立体を前記捲回群に接続して蓋組立体を製作する第7工程と、開口部を有する缶内に、前記蓋組立体を収納する第8工程と、前記開口部を蓋で覆って前記缶を封止する第9工程と、前記缶に電解液を注入する第10工程とを備えることを特徴とする。
図1に示すように、二次電池100は、缶61に図2に示す蓋組立体150を挿入した後に、缶61を密封して構成される。図2は蓋組立体150を示し、蓋組立体150は、図3に示す蓋・端子組立体170に、図4に示す捲回群6を組み付けたものである。
図4に示すように、捲回群6は、セパレータ5を挟んで正極箔1と負極箔3とを扁平形状に捲回して構成されている。正極箔1は厚さ30μmのアルミニウム箔であり、負極箔3は厚さ15μmの銅箔である。また、セパレータ5は多孔質のポリエチレン樹脂である。正極箔1の両面には正極活物質2が塗布されており、負極箔3の両面には負極活物質4が塗布されている。捲回群6の正極活物質2と負極活物質4との間で電気を充放電する。正負極箔4、3の長手方向に沿う両端にはそれぞれ活物質2,4が塗布されていない金属箔露出部が形成されている。この露出部は平面状に押し潰され、正負極集電板10、31が溶接される。
図2に示すように、蓋組立体150は、蓋・端子組立体170と、捲回群6とで構成されている。蓋・端子組立体170は正負極集電板10、31を有し、正負極集電板10、31は、捲回群6の両端に露出する正負極箔1、3に溶接され、これにより、正負極集電板10、31と捲回群60とが電気的、機械的に接続されている。
図3に示すように、蓋・端子組立体170は、蓋13と、正負極集電板10、31と、正負極接続端子11、33と、ガスケット12と、絶縁部材14と、正負極外部端子16,32とを備え、後述する工程で一体化されている。正負極集電板10、31は、捲回群6の軸方向両端部の側面形状に沿って折曲された金属板であり、正負極箔1、3の材質と同じ、アルミニウム、銅よりなる。
図5に示す正負極集電板10、31と正負極接続端子11、33は、図6、図7に示すように予めかしめ固定される。すなわち、正負極集電板10、31には貫通孔10a、31aが設けられ、正負極接続端子11、33の両端にはそれぞれ筒状部11a、11b(33a、33b)が設けられている。
第1かしめ部11c、33cの溶接箇所について図11を参照して説明する。図11は、蓋13の裏面側から見た正極集電板10の第1かしめ部11cを示す斜視図であるが、負極側の構成部材の符号も付している。なお、図13〜図16についても同様であり、負極側の構成部材の符号を示している。
図12を参照して、第2溶接部34、35の溶接装置300の概要を説明する。溶接装置300は、レーザ発振器40と、光ファイバー41と、加工ヘッド42と、チャンバー43とを備えている。
図12に示すように、正負極接続端子11、33と正負極外部端子16,32とが蓋13にかしめ固定された製造途中の蓋・端子組立体170Aがャンバー43内に収納される。チャンバー43内は、排出口45から内部の空気を排出しながら流入口44に流入する酸素によって酸素置換され、チャンバー43内の酸素濃度が所定値に調整される。これによって、第2溶接部34、35は所定酸素濃度の雰囲気内で溶接される。
本実施形態における二次電池ではまた、正負極集電板10、31と正負極接続端子11、32とのかしめ部11c、31cを酸素雰囲気でレーザ溶接する。すなわち、図16に示すように、ノズル47から酸素を溶接部60に向けて供給しながらかしめ部11c、33cをレーザスポット溶接する。したがって、溶接部60は酸化され、酸化被膜50および酸化被膜51が形成される。この酸化被膜50、51により溶融池48の濡れ広がりが抑制される。また、溶融池が凸状態のまま凝固し、溶接部60の割れを防止することができる。
図14、図15に示すように、蓋13の外側の溶接時には、第2かしめ部11d、33dおよびこれに隣接した外部端子16、32の表面(同図では正極外部端子16のみを示す)における第2溶接部34、35に溶融池21、24が形成される。そして酸素雰囲気によって、溶融池21、24の表面には酸化被膜22、25が形成され、第2かしめ部11d、33dにおける溶融池21、24の近傍には酸化被膜23、26が形成され、第2かしめ部11d、33dに隣接した外部端子16、32表面には酸化被膜27が形成される。
図17は、上記二次電池の製造方法の手順を示す図である。
工程1702:正負極集電板10、31と正負極接続端子11、33とを、それぞれかしめ固定する。
工程S1703:正負極外部端子16、32と正負極接続端子11、33とを、それぞれかしめ固定する。
工程S1705:正負極集電板10、31と正負極接続端子11、33とを、それぞれレーザ溶接する。詳細については後述する。
工程S1706:捲回群6と正負極集電板10、31とを接続する。
工程S1708:注液口13bから缶61内に電解液を注液する。
工程S1709:注液口13bを注液栓62によって密封する。
図18において、図17の製造工程における正負極外部端子16、32と正負極接続端子11、33との溶接(工程S1704)は以下の工程による。
なお、仕掛品をセットした段階では、チャンバー43の流入口44および排出口45は大気に開放されており、チャンバー43内の雰囲気は空気である。
図13では、自然酸化被膜は図示せず、酸化により厚くなった酸化被膜19のみ示す。
以上説明したとおり、酸化被膜25〜27は溶融金属の濡れ性を抑制するに必要な膜厚となっている。
図19において、図17の製造工程における正負極集電板10、31と正負極接続端子11、33との溶接(工程S1705)は以下の工程による。
以上説明したとおり、酸化被膜50、51は溶融金属の濡れ性を抑制するに必要な膜厚となっている。
以上の実施形態は以下のように変形することができる。
(1)以上の実施形態では、正負極集電板10、31と正負極接続端子11、33とを酸素を吹きつける雰囲気中でレーザ溶接したが、正負極接続端子11、33と正負極外部端子16、32の溶接と同様に、チャンバー43内に所定濃度の酸素雰囲気を生成し、その中で溶接を行ってもよい。
正極電極1と負極電極3とをセパレータ5を介して捲回した捲回群6と、捲回群6が収納された缶61と、缶61を封止する蓋13と、捲回群6と外部負荷との間で充放電電流を入出力する入出力導電部材(10、11、16、31、33、32)とを備え、入出力導電部材は、少なくとも、一端が正極電極1および負極電極3にそれぞれ接続された正負極集電板10、31と、一端が正負極集電板10、31の他端に接続され、他端が蓋13の外側まで延在する正負極外部導電部材11、33とを有し、正負極外導電部材11、33の一端は、正負極集電板10、31の他端にそれぞれかしめ溶着され、かしめ溶着された溶着部表面のそれぞれには酸化被膜50、51が形成されている二次電池。
1A、3A 露出部
2 正極活物質
3 負極箔
4 負極活物質
5 セパレータ
6 捲回群
10 正極集電板
10a、12a、13a、14a、16a、16b、31a、32a、32b 貫通孔
11 正極接続端子
11a、13b、33a、33b 筒状部
11c、11d、33c、33d かしめ部
12 ガスケット
13 蓋
13b 注液口
14 絶縁部材
16 正極外部端子
19、22、23、25、26、27、49、50、51 酸化被膜
20、46 レーザ光
21、24、48 溶融池
31 負極集電板
32 負極外部端子
33 負極接続端子
34、35、60 溶接部
40 発振器
41 光ファイバー
42 加工ヘッド
43 チャンバー
44 流入口
45 排出口
46 レーザ光
47 ノズル
61 缶
61a 開口面
62 注液栓
100 二次電池
150 蓋組立て体
170 蓋・端子組み立て体
Claims (6)
- 正極電極と負極電極とをセパレータを介して捲回した捲回群と、
前記捲回群が収納された缶と、
前記缶を封止する蓋と、
前記捲回群と外部負荷との間で充放電電力を入出力する入出力導電部材とを備え、
前記入出力導電部材は、少なくとも、
一端が前記正極電極および前記負極電極にそれぞれ接続された正負極集電板と、
一端が前記正負極集電板の他端に接続され、他端が前記蓋の外側まで延在する正負極外部導電部材とを有し、
前記正負極外部導電部材は、一端が前記正負極集電板の他端にかしめ溶着された正負極接続端子と、前記蓋の外側に配置され、前記正負極接続端子の他端が貫通され、かつ前記正負極接続端子がかしめ溶着された正負極外部端子とを有し、
前記正負極集電板にかしめ溶着された前記正負極接続端子の一端は、前記正負極集電板を貫通して前記正負極集電板の表面から突出した第1段差部を有し、
前記第1段差部において前記正負極接続端子と正負極集電板とがかしめ溶着され、
前記第1段差部には、当該第1段差部から当該第1段差部の端部外方に亘って、前記正負極接続端子と正負極集電板とを跨ってスポット溶接部が形成され、
前記第1段差部に設けられたスポット溶接部には、自然酸化被膜よりも厚い酸化被膜が形成され、
前記正負極外部端子にかしめ溶着された前記正負極接続端子の他端は、前記正負極外部端子を貫通して前記正負極外部端子の表面から突出した第2段差部を有し、
前記第2段差部において前記正負極接続端子と正負極外部端子とがかしめ溶着され、
前記第2段差部には、当該第2段差部から当該第2段差部の端部外方に亘って、前記正負極接続端子と正負極外部端子とを跨ってスポット溶接部が形成され、
前記第2段差部に設けられたスポット溶接部には、自然酸化被膜よりも厚い酸化被膜が形成されていることを特徴とする二次電池。 - 請求項1に記載の二次電池において、
前記正負極外部端子はそれぞれ外部負荷と接続される端子であることを特徴とする二次電池。 - 請求項1または2に記載の二次電池において、
前記かしめ溶着された溶着部の表面が凸形状であることを特徴とする二次電池。 - 請求項1乃至3のいずれか1項に記載の二次電池の製造方法であって、
酸素を10%以上含む雰囲気中でレーザ溶接して前記スポット溶接部を形成する溶接工程を有し、
前記溶接工程は、レーザ光を前記正負極外部端子の表面に対して傾斜させて照射する工程と、レーザ光を前記正負極集電板の表面に対して傾斜させて照射する工程とを含むことを特徴とする二次電池の製造方法。 - 請求項4に記載の二次電池の製造方法において、
前記溶接工程では、被溶接部材を空気中に曝してレーザ溶接することを特徴とする二次電池の製造方法。 - 請求項4または5に記載の二次電池の製造方法において、
前記正極電極と前記負極電極とを前記セパレータを介して捲回して前記捲回群を製作する第1工程と、
前記正極電極および前記負極電極を前記正負極外部端子に接続するための前記正負極集電板に前記正負極接続端子をそれぞれかしめる第2工程と、
前記正負極外部端子に前記正負極接続端子をそれぞれかしめる第3工程と、
前記正極電極および前記負極電極にそれぞれ前記正負極集電板を接続する第4工程と、
前記第2工程によるかしめ部を所定濃度の酸素雰囲気中で溶接する第5工程と、
前記第3工程によるかしめ部を所定濃度の酸素雰囲気中で溶接する第6工程と、
前記第3〜第6工程で前記正負極集電板と前記正負極接続端子と前記正負極外部端子とが一体化された蓋・端子組立体を前記捲回群に接続して蓋組立体を製作する第7工程と、
開口部を有する缶内に、前記蓋組立体を収納する第8工程と、
前記開口部を蓋で覆って前記缶を封止する第9工程と、
前記缶に電解液を注入する第10工程とを備えることを特徴とする二次電池の製造方法。
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