JP5876380B2 - 積層アルミニウム材の製造方法及びそれを含む密閉型電池の製造方法 - Google Patents
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Description
特許文献1に記載の技術を用いて、積層されたアルミニウム箔と正極端子とを接合する場合、積層アルミニウム箔に設けられる小孔を中心とした円形のナゲットが形成される。この場合のナゲット面積は、小孔を中心とした径に依存する。
言い換えれば、抵抗溶接に寄って得られるナゲット面積は、ナゲット形成許容領域の幅方向の大きさに依存する。従って、積層アルミニウム箔における活物質の未塗工幅を減少させると、ナゲット面積が小さくなってしまう。
密閉型電池1は、外装10に発電要素となる電極体20を収容する。電極体20と接続される正極端子31、負極端子32がそれぞれ外装10の外方に突出して設けられる。
より詳細には、電極体20が固定された正極端子31及び負極端子32を蓋12に固定して、蓋集合体を構成した上で、電極体20を容器11内に収容する。次に、容器11の開口面と蓋12の外周を溶接して外装10を密閉する。
密閉された外装10に電解液が注液され、電極体20に電解液を含浸させる。電極体20の電極活物質と電解液に含まれる電解質との間で化学反応が起こることによって、電極体20への充電及び電極体20からの放電が行われる。
なお、電極体20は、正極箔21、負極箔22、セパレータ23を積層した積層体としても良い。この場合、積層体の側面から正極箔21及び負極箔22の未塗工部が突出するように積層される。
本実施形態では、ナゲット40を未塗工部の長手方向に沿った楕円形状に形成することによって、ナゲット形成許容領域を最大限に利用して、溶接可能領域の幅が小さい場合でも接合に必要なナゲット面積を確保することができる。従って、未塗工部の幅を最大限に小さくし、発電領域の面積を大きくしたリチウムイオン二次電池を得ることができ、電池容量効率を向上できる。
特に、正極側に圧力型CIDを設ける装置構成の密閉型電池の場合は、正極箔と正極端子との接合に超音波溶接を用いることが困難となるが、本実施形態のような抵抗溶接を用いた接合方法を採用することで係る課題を解決することができる。
図4に示すように、積層アルミニウム材の製造工程は、小孔形成工程及び抵抗溶接工程を含む。
小孔形成工程では、正極箔21と正極端子31とを重ね、正極箔21側の外側面に当て板61を配置した上で、複数の針先を有する針62を押し当てることによって、当て板61及び正極箔21に小孔60を設ける。小孔60は、正極箔21の積層方向に形成される小径円形状の亀裂であって、複数の小孔60が正極箔21の未塗工部の長手方向に所定間隔を開けて連続して設けられ、未塗工部の幅方向中央に直線的に配置される。当て板61は、正極箔21と押圧工具、電極との直接の接触を避けるための保護部材である。
小孔60を形成することによって、正極箔21の表面に存在する酸化アルミニウムの表面被膜を除去することができる。酸化被膜が除去された部位は他の部位よりも抵抗が低くなるため、抵抗溶接工程の際に電流が通りやすい導通部として利用することができる。
しかし、小孔60の深さは、正極箔21に他の部位よりも抵抗値の低い導通部を形成することができれば良く、例えば、正極箔21の厚みの1/3から1/2程度としても抵抗溶接時の導通経路を作ることが可能である。
抵抗溶接工程では、電極対70を用いて、当て板61を介して正極箔21及び正極端子31を押圧しつつ、通電する。これにより、通電部位を加熱して溶融させ、その後凝固することによって、ナゲット40を形成する。このようにして、正極箔21と正極端子31を溶接し、ナゲット40により接合された積層アルミニウム材50を製造する。
このとき、電極対70からの電流は抵抗値の小さい小孔60の周囲を優先的に通ることから、ナゲット40は小孔60の形成位置から放射状に広がるように形成される。上述のように小孔60は正極箔21の未塗工部の長手方向に沿って連続的に複数設けられているため、それぞれの小孔60を中心とした円形状のナゲットが結合されて、長手方向を長径とする楕円形状のナゲット40が形成される。
積層アルミニウム材50においては、ナゲット形成許容領域が正極箔21の未塗工部の幅方向に規制されている状態で、未塗工部の長手方向に沿って小孔60を複数設けて抵抗溶接時の導通部を確保し、小孔60の形成位置に応じた楕円形状のナゲット40が形成される。これにより、ナゲット形成が許容されている領域の幅方向が小さい場合でも十分なナゲット面積を確保することができ、抵抗溶接による接合を実現している。
また、針62の各針先の先端径は、例えば1[mm]程度とすることが好ましい
この場合、針62によって正極箔21の表面に存在する酸化被膜を除去すると同時に、針62及び電極63間に電流が流れることにより、針62の周囲が通電によるジュール熱で溶融されて、一時的に溶融凝固部64が形成される。これにより、小孔60が形成される部位周辺に、より電流が流れやすい導通部を作ることができる。
また、ナゲット40の形状は、小孔60の形成個数、形成箇所等によって変更可能であり、上記ナゲット面積を確保できるように適宜設定可能である。言い換えれば、適宜のナゲット面積を確保すべく、小孔60の形成個数等を決定すれば良い。
また、針62による加圧・穿設は、正極端子31側から行った場合でも同様の効果を奏する。
密閉型電池の製造工程は、電極体製造工程、積層アルミニウム材製造工程を含む蓋SUB−ASSY製造工程、外装溶接工程、電解液注液工程、初期充電工程、エージング工程等の後工程を経て、密閉型電池1が製品として製造される。ここにおける、積層アルミニウム材製造工程以外の各工程は、公知の技術を用いて実現されるものであり、詳細な説明は省略する。
上述のような密閉型電池の製造工程によって得られる密閉型電池1では、電極体20における電極活物質の塗工幅を大きく取ることができ、電池の高容量化が可能である。特に、密閉型電池1の装置構成として、正極側に圧力型CIDを設ける構成を採用する場合は、正極箔と正極端子との接合に超音波溶接を用いることが困難となるが、本実施形態のような抵抗溶接を用いた接合方法を採用し、積層アルミニウム材を製造することで係る課題を解決することができる。
Claims (2)
- 積層されたアルミニウム箔とアルミニウム板とを抵抗溶接することにより得られる積層アルミニウム材を製造する方法であって、
前記アルミニウム箔の積層方向に形成される小孔を、前記アルミニウム箔の溶接部の長手方向に沿って複数設け、
前記アルミニウム箔とアルミニウム板との抵抗溶接を行い、前記複数の小孔の周囲を取り囲む楕円形状のナゲットを形成することによって、前記アルミニウム箔とアルミニウム板とを接合するとともに、
前記複数の小孔を設ける際に、電流を印加することにより、アルミニウム箔及びアルミニウム板に一時的な溶融凝固部を形成することを特徴とする積層アルミニウム材の製造方法。 - 請求項1に記載の積層アルミニウム材の製造方法を含む密閉型電池の製造方法であって、
前記積層されたアルミニウム箔は、前記密閉型電池に含まれる電極箔であり、前記アルミニウム板は、前記密閉型電池に含まれる電極端子である密閉型電池の製造方法。
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