JP5500970B2 - 金属箔と金属板との接合方法 - Google Patents
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Description
本発明に係わる接合方法は、複数の金属箔と複数の絶縁膜とを積層した積層構造物と、前記積層構造物の端部に設置した金属板とを接合する接合方法であって、前記金属箔と前記絶縁膜とを交互に積層して、前記積層構造物を作製する第1の工程と、前記金属板を前記積層構造物の端部に接触させ、前記金属板に接触している前記金属箔の端部を積層方向に揃って曲げる第2の工程と、前記金属板に接触している前記金属箔の端部が積層方向に揃って曲がった状態で、前記金属箔の端部が揃って曲がっている方向に前記金属板をレーザ光で走査して前記金属箔の端部と前記金属板とを溶接する第3の工程とを含む。
以下、本発明に係わる実施の形態1について説明する。
<接合方法>
本実施の形態における接合方法では、図1に示すように、複数の金属箔111と複数の絶縁膜112とを積層した積層構造物110と、積層構造物110の端部に設置した金属板120とが、各金属箔111の端部111aが積層方向(X方向)に曲がった状態で接合される。このとき、端面の位置にばらつきが生じている各金属箔111の端部111aが金属板120によって積層方向(X方向)に揃って曲げられる。積層方向(X方向)に揃って曲げられた各金属箔111の端部111aの側面部分111bで平坦部が形成される。平坦部が形成された各金属箔111の端部111aの側面部分111bと金属板120とが溶接される。ここでは、一例として、図2(A)−図2(C)に示すように、下記(工程A1)−(工程A3)を経て、積層構造物110と金属板120とが接合される場合について説明する。
(工程A2)次に、集電板になる金属板120を積層構造物110の上部に設置する。このとき、図2(B)に示すように、金属板120の平坦面を下面にした状態で、積層構造物110の上方に金属板120を配置する。金属板120の下面が積層構造物110の上部に接触するまで、金属板120を垂直方向(Z方向)に移動させる。金属板120の下面が積層構造物110の上部に接触した状態で、金属板120を積層方向(X方向)にずらしながら、全ての金属箔111の上端部111aの側面部分111bに金属板120の下面が接触するまで金属板120を積層構造物110に押し付ける。これに伴い、図2(C)に示すように、金属板120に接触している各金属箔111の上端部111aが積層方向(X方向)に揃って曲がり、各金属箔111の上端部111aの側面部分111bが平坦部を形成し、各金属箔111の上端部111aの側面部分111bと金属板120の下面とが接触する。
次に、本実施の形態における接合方法の実施例について説明する。ここでは、実施例A1と実施例A2とについて説明する。また、実施例A1の比較例として、比較例A1aと比較例A1bとについて、実施例A2の比較例として、比較例A2についても説明する。
まず、実施例A1では、金属箔111として、厚さが10μmであり、幅が50mmであり、高さが50mmであり、材質がアルミニウムである箔を使用する。絶縁膜112として、厚さが50μmであり、幅が100mmであり、高さが95mmであり、材質がポリプロピレン樹脂であるフィルムを使用する。金属板120として、垂直方向(Z方向)から見た形状が矩形であり、縦横が50×10mmであり、厚さが1mmであり、材質がアルミニウムである板を使用する。レーザ光130として、出力が500Wであり、スポットサイズの直径が0.1mmであるファイバーレーザを使用する。
この場合において、金属箔111と金属板120との溶接部を観察したところ、10枚の金属箔111が金属板120と溶接されていなかった。また、一見溶接されているように見える金属箔111のうち、23枚の金属箔111において、金属箔111の元々の端面で剥離した。
この場合において、金属箔111と金属板120との溶接部を観察したところ、8枚の金属箔111が金属板120と溶接されていなかった。また、一見溶接されているように見える金属箔111のうち、21枚の金属箔111において、金属箔111の元々の端面で剥離した。
次に、実施例A2では、金属箔111として、材質が銅である箔を使用する。金属板120として、材質が銅である板を使用する。レーザ光130として、出力が800Wであるファイバーレーザを使用する。これら以外は、実施例A1と同様である。
この場合において、金属箔111と金属板120との溶接部を観察したところ、33枚の金属箔111が金属板120と溶接されていなかった。また、一見溶接されているように見える金属箔111のうち、42枚の金属箔111において、金属箔111の元々の端面で剥離した。
<補足>
(1)なお、積層方向(X方向)に直交する方向(Y方向)にレーザ光130の照射位置を変えながら、並列に、走査経路141−145をレーザ光130で走査するとしてもよい。また、レーザ光130の照射位置を固定しておいて、レーザ光130の代わりに、積層構造物110を移動させるとしてもよい。
以下、本発明に係わる実施の形態2について説明する。
<接合方法>
本実施の形態における接合方法では、実施の形態1における接合方法と比べて、金属箔111の代わりに、上端部に切り込みが入れられた金属箔を使用する点が異なる。ここでは、一例として、図4(A)−図4(C)に示すように、下記(工程B1)−(工程B3)を経て、積層構造物210と金属板120とが接合される場合について説明する。
金属板120と接触する積層構造物210の端部を上にして、積層構造物210の積層方向をX方向に合わせて、積層構造物210が配置されている。X−Y面に平行して、金属板120が配置されている。Y−Z面で切断された状態で積層構造物210が示されている。
<実施例>
次に、本実施の形態における接合方法の実施例について説明する。
以下、本発明に係わる実施の形態3について説明する。
<接合方法>
本実施の形態における接合方法では、実施の形態1における接合方法と比べて、図5に示すように、積層構造物110の代わりに、金属箔311と絶縁膜312とを重ねて渦巻状に捲回した捲回構造物310を対象とする点が異なる。ここでは、一例として、図6(A)−図6(C)に示すように、下記(工程C1)−(工程C3)を経て、捲回構造物310と金属板320とが接合される場合について説明する。
次に、本実施の形態における接合方法の実施例について説明する。ここでは、実施例C1と、実施例C2と、実施例C3とについて説明する。また、実施例C1の比較例として、比較例C1についても説明する。
まず、実施例C1では、金属箔311として、厚さが10μmであり、幅が100mmであり、材質がアルミニウムである箔を使用する。絶縁膜312として、厚さが50μmであり、高さが95mmであり、材質がポリプロピレン樹脂であるフィルムを使用する。金属板320として、上面と下面とが平坦面であり、捲回軸心方向(Z方向)から見た形状が円形であり、直径が32mmであり、厚さが1mmであり、材質がアルミニウムである板を使用する。レーザ光130として、出力が500Wであり、スポットサイズの直径が0.1mmであるファイバーレーザを使用する。
次に、実施例C2では、図8(A)に示すように、走査経路341(図中の太い矢印)を走査するときに、レーザ光130の出力を550Wに設定し、走査経路341以外の走査経路(図中の細い矢印)を走査するときに、レーザ光130の出力を500Wに設定する。これ以外は、実施例C1と同様である。
なお、実施例C2では、他の走査経路を走査する場合に比べて、走査経路341を走査する場合に、レーザ光130の出力を高くする代わりに、レーザ光130の走査速度を遅くするとしてもよいし、レーザ光130のスポット形状・サイズを変更するとしてもよい。これによって、他の走査経路と比較して、走査経路341に対応する溶接痕321を太くすることができる。これに伴い、より強固に金属箔311と金属板320とを溶接することができる。
次に、実施例C3では、図9(A)に示すように、走査経路342,343(図中の途中破線区間を有する矢印)を走査するにあたり、金属板320の中心部分を走査するとき(図中の矢印の破線区間)のみレーザ光130の出力を停止する。これ以外は、実施例C1と同様である。
以上の点から、実施例C3では、実施例C1と比べて、溶接不良が少なく安定した溶接結果で金属箔311と金属板320とを溶接することができる。また、金属箔311の溶融に起因して、接続抵抗が高くなり、電力損失が生じることを回避することができる。
次に、実施例C4では、図10(A)に示すように、走査経路341,342c−345cに従って、金属板320の上面をレーザ光130で走査する。これ以外は、実施例C1と同様である。
この場合において、金属箔311と金属板320との溶接部を観察したところ、全ての走査経路における金属箔311の部分が金属板320と溶接されていた。また、金属箔311を引っ張り、溶接部の強度を確認したところ、全ての走査経路における金属箔311の部分において、溶接部端面での母材破断が見られた。
これは、図10(B)に示すように、実施例C4では、各走査経路に対応する溶接痕351,352c−355cが平行であり、溶接箇所が重ならないためである。これによって、捲回構造物310の上部中心部分の溶接状態が変化することを回避することができ、捲回構造物310の上部の全体に亘って溶接することができる。これに伴い、金属箔311の上端部311aの全体に亘って、金属箔311と金属板320との電気抵抗が均一になり、発熱による電力損失を防止することができる。
(1)なお、金属板320として、捲回軸心方向(Z方向)から見た形状が円形である以外に、正方形、長方形、六角形、八角形などの多角形、または任意の形状の板を使用するとしてもよい。
(実施の形態4)
以下、本発明に係わる実施の形態4について説明する。
本実施の形態における接合方法では、実施の形態3における接合方法と比べて、金属板320の代わりに、外側部分よりも内側部分の方が厚く、内側部分から外側部分に向かって滑らかに傾斜した金属板を使用する点が異なる。ここでは、一例として、図11(A)−図11(C)に示すように、下記(工程D1)−(工程D3)を経て、捲回構造物310と金属板420とが接合される場合について説明する。
(工程D1)まず、集電体になる金属箔311とセパレータになる絶縁膜312とを重ねて渦巻状に捲回した捲回構造物310を作製する。このとき、図11(A)に示すように、金属箔311の上端部311aが絶縁膜312の上端部312aよりも外側(図中では上側)に位置するように、金属箔311と絶縁膜312とを重ねて捲回する。
次に、本実施の形態における接合方法の実施例について説明する。
ここでは、金属板420として、上面が平坦面であり、下面が傾斜面であり、Z方向から見た形状が円形であり、直径が32mmであり、外側の厚みが0.8mmであり、内側の厚みが1.2mmであり、材質がアルミニウムであるものを使用する。
なお、本実施の形態では、金属板420が捲回軸心方向(Z方向)のみに移動する。これに対して、実施の形態3では、金属板320が捲回軸心方向(Z方向)と捲回軸心方向に直交する方向(X方向)とに移動する。このことから、実施の形態3では、金属板320の供給機構(不図示)として、2軸で制御される装置が使用される。一方、本実施の形態では、金属板420の供給機構(不図示)として、1軸で制御される装置を使用することができる。
以上、本発明に係わる好適な実施の形態について説明した。しかしながら、本発明が上記実施の形態に限定される訳ではなく、勿論、上記実施の形態の種々の改変・組み合わせが可能である。例えば、実施の形態1における金属板120の代わりに、実施の形態4における金属板420を使用して、積層構造物110と金属板420とが接合されるとしてもよい。また、実施の形態1における金属箔111と金属板120との材質が、アルミニウム、銅以外の金属であるとしてもよい。また、金属箔111と金属板120との溶接が、異種金属からなる溶接であるとしてもよい。
1a 正極材料
1b 正極集電体
2 負極板
2a 負極材料
2b 負極集電体
3 セパレータ
8 正極集電板
9 負極集電板
10 極板群
11,12 平坦部
13 成形治具
14 押圧具
110 積層構造物
111 金属箔
111a 上端部
111b 側面部分
112 絶縁膜
112a 上端部
120 金属板
130 レーザ光
141−145 走査経路
151−155 溶接痕
210 積層構造物
211 金属箔
211a 上端部
211b 側面部分
211c 切り込み
310 捲回構造物
311 金属箔
311a 上端部
311b 側面部分
312 絶縁膜
312a 上端部
320 金属板
341−344 走査経路
342c−345c 走査経路
351−354 溶接痕
351a 溶接痕
352b,353b 溶接痕
352c−355c 溶接痕
420 金属板
Claims (4)
- 複数の金属箔と複数の絶縁膜とを積層した積層構造物と、前記積層構造物の端部に設置した金属板とを接合する接合方法であって、
前記金属箔と前記絶縁膜とを交互に積層して、前記積層構造物を作製する第1の工程と、
前記金属板を前記積層構造物の端部に接触させ、前記金属板に接触している前記金属箔の端部を積層方向に揃って曲げる第2の工程と、
前記金属板に接触している前記金属箔の端部が積層方向に揃って曲がった状態で、前記金属箔の端部が揃って曲がっている方向に前記金属板をレーザ光で走査して前記金属箔の端部と前記金属板とを溶接する第3の工程とを含む
ことを特徴とする接合方法。 - 複数の金属箔と複数の絶縁膜とを積層した積層構造物と、前記積層構造物の端部に設置した金属板とを接合する接合方法であって、
端部に切り込みが形成された前記金属箔と前記絶縁膜とを交互に積層して、前記積層構造物を作製する第1の工程と、
前記金属板を前記積層構造物の切り込みが形成された端部に接触させ、前記金属板に接触している前記金属箔の端部を積層方向に揃って曲げる第2の工程と、
前記金属板に接触している前記金属箔の端部が積層方向に揃って曲がった状態で、前記金属箔の端部が揃って曲がっている方向に前記金属板をレーザ光で走査して前記金属箔の端部と前記金属板とを溶接する第3の工程とを含む
ことを特徴とする接合方法。 - 前記第2の工程は、前記金属板を前記積層構造物の端部に接触させた状態で、前記金属板を前記積層構造物の積層方向にずらしながら、前記金属箔の端部の側面部分が前記金属板に接触するまで前記金属板を前記積層構造物に押し付ける
ことを特徴とする請求項1記載の接合方法。 - 前記第2の工程は、前記金属板を前記積層構造物の端部に接触させた状態で、前記金属板を前記積層構造物の積層方向にずらしながら、前記金属箔の前記切り込みの底が前記金属板に接触するまで前記金属板を前記積層構造物に押し付ける
ことを特徴とする請求項2記載の接合方法。
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