JP7218328B2 - 二次電池の製造方法及び二次電池 - Google Patents

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Description

本発明は、二次電池の製造方法及び二次電池に関する。
現在、電力を駆動力として利用するハイブリッド車やプラグインハイブリッド車、電気自動車等の車両では、リチウムイオン電池やニッケル水素電池等の二次電池が搭載されている。二次電池には、多くの金属部品が含まれており、それらが接合されて製造される。
金属部品を接合する方法の一例として、特許文献１は、積層された金属板をコの字型コイルの間に通して電磁圧接した後、金属板を貫通するように配置された銅細線に通電して溶融させて接合する方法を開示する。
特許第６２１０４８９号公報
しかしながら、コイルの近傍では大きな電磁力が発生するため、積層された金属板の接合面の間に隙間が残る可能性がある。この場合、金属板に配置された銅細線を溶融させるだけでは、金属板の接合面の間の隙間を埋めることができず、接合された金属板の通電性能が低いという問題があった。
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、接合された金属部品の通電性能を高めることが可能な二次電池の製造方法及び二次電池を提供することを目的とする。
本発明の例示的な一実施形態に係る二次電池の製造方法は、二次電池が備える第１の金属部品と第２の金属部品とを電磁圧接して接合する電磁圧接工程と、電磁圧接工程によって接合されていない第１の金属部品及び第２の金属部品の間の未接合部にレーザ光を照射して溶接するレーザ溶接工程とを含む。
また、電磁圧接工程は、電磁圧接に使用するコイルを、第１の金属部品及び第２の金属部品の一方側から第１の金属部品及び第２の金属部品に接近させて電磁圧接することができる。
さらに、電磁圧接工程は、複数の第１の金属部品及び第２の金属部品を同時に電磁圧接することができる。
本発明の例示的な一実施形態に係る二次電池は、第１の金属部品及び第２の金属部品を備えており、第１の金属部品と第２の金属部品との接合面には、電磁圧接されている部分と、レーザ溶接されている部分とが含まれる。
第１の金属部品及び第２の金属部品は、同種の金属で形成してもよい。例えば、第１の金属部品及び第２の金属部品は、アルミで形成してもよい。
また、第１の金属部品及び第２の金属部品は、異種の金属で形成してもよい。例えば、第１の金属部品をアルミで形成し、第２の金属部品を銅で形成してもよい。
本発明により、接合された金属部品の通電性能を高めることが可能な二次電池の製造方法及び二次電池を提供することができる。
本発明の一実施形態に係る電磁圧接システム及び電磁圧接工程を示す図である。 本発明の一実施形態に係るレーザ溶接工程を示す図である。 電磁圧接後の金属部品を示す図である。 電磁圧接後の金属部品と、レーザ照射後の金属部品を示す概略図である。 接合対象の金属部品の接合面積率の一例を示す図である。 本発明の別の実施形態に係る電磁圧接工程を示す図である。
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。本発明の一実施形態に係る二次電池の製造方法は、二次電池に含まれる接合対象の金属部品を電磁圧接する電磁圧接工程と、電磁圧接された金属部品をレーザ溶接するレーザ溶接工程とを含む。
図１は、本発明の一実施形態に係る電磁圧接工程を示す図である。電磁圧接工程では、図１に示すような電磁圧接システム１０が利用される。電磁圧接システム１０は、駆動電源２０と、スイッチ３０と、コイル４０とを含む。これらの装置及び部品は、電力線８０によって接続される。
駆動電源２０は、コイル４０に電力を供給する装置である。駆動電源２０は、コンデンサ２１を備える。スイッチ３０は、駆動電源２０とコイル４０との間に設置される。スイッチ３０が閉じられると、コンデンサ２１に蓄電された電力が、電力線８０を介してコイル４０に供給される。
コイル４０は、接合対象の金属部品５１，６０の一方側に配置される。図１に示す例では、接合対象の金属部品５１，６０の上方にコイル４０が配置される。コイル４０は、駆動電源２０から電力が供給されると、電磁誘導により、図１に示すように磁力線を発生させる。なお、図１に示す実施形態では、円形のコイルを採用しているが、コイルの形状は、これに限定されない。例えば、四角形や楕円形等の種々の形状のコイルを使用することができる。
図１に示す実施形態では、接合対象の金属部品の一例として、２つの二次電池５０の電極端子５１同士を接続するバスバー６０が採用される。接合対象の金属部品５１，６０は、コイル４０から発生する磁力線の進行方向前方に配置される。接合対象の金属部品５１，６０は、電磁圧接によって接合すべく、間隔を空けて配置される。
金属部品５１，６０は、同種の金属で形成することができる。例えば、正極では、電極端子５１及びバスバー６０をアルミで形成することができる。また、金属部品５１，６０は、異種の金属で形成することができる。例えば、負極では、電極端子５１をアルミで形成し、バスバー６０を銅で形成することができる。なお、金属部品５１，６０を形成する金属として、導電性の高い他の金属を用いてもよい。
電磁圧接工程では、図１に示すように、電磁圧接に使用するコイル４０を、接合対象の金属部品５１，６０の一方側から当該金属部品に接近させて電磁圧接する。より詳細には、コイル４０で発生した電磁力により、バスバー６０が電極端子５１に向かって付勢され、電極端子５１に衝突する。その結果、バスバー６０と電極端子５１が接合される。このとき、コイル４０の近傍、例えば、コイル４０の直下では、大きな電磁力が発生する可能性がある。この場合、コイル４０の直下に配置されたバスバー６０と電極端子５１の一部が接合されず、図３に示すように、バスバー６０と電極端子５１の間に隙間、すなわち、未接合部が生じる可能性がある。そのため、本発明では、接合対象の金属部品５１，６０を電磁圧接した後、接合された金属部品５１，６０をレーザ溶接する。
図２は、本発明の一実施形態に係るレーザ溶接工程を示す図である。本実施形態では、上述した電磁圧接工程によって接合されていない金属部品５１，６０の間の未接合部を標的としてレーザ光７０を照射する。金属部品５１，６０の間の未接合部は、例えば、電磁圧接工程においてコイル４０の直下に配置された金属部品５１，６０の位置から推定することができる。レーザ溶接工程では、金属部品５１，６０の間の未接合部に到達する出力のレーザ光７０が使用される。レーザ光７０は、金属部品５１，６０の形状に応じて種々の方向から照射することができる。例えば、図２に示す例では、金属部品６０の側からレーザ光７０を照射することが好ましい。
上述した通り、本実施形態に係る二次電池５０の製造方法は、二次電池５０が備える第１の金属部品５１と第２の金属部品６０とを電磁圧接して接合する電磁圧接工程と、電磁圧接工程によって接合されていない第１の金属部品５１及び第２の金属部品６０の間の未接合部にレーザ光を照射して溶接するレーザ溶接工程とを含む。
電磁圧接された金属部品５１，６０の境界面は、衝撃に伴う金属ジェットによって酸化膜や油分等が除去され、金属原子が拡散し易い状態になる。この状態の金属部品６０にレーザを照射して溶融させると、図４に示すように、液相拡散が発現して未接合部が消失する。その結果、接合された金属部品５１，６０の通電性能を高めることができる。この効果は、電磁圧接工程が施されていない金属部品をレーザ溶接しても得ることができない。
接合対象の金属部品５１，６０の間の未接合部にレーザ溶接工程を施した結果、これらの金属部品の接合面には、図４に示すように、電磁圧接されている部分（電磁圧接接合部）と、レーザ溶接されている部分（液相拡散接合部）が生成されることになる。
図５は、接合対象の金属部品の接合面積率の一例を示す図である。図５には、接合対象の金属部品に電磁圧接を施した後、レーザ溶接を施したときの接合面積率と、接合対象の金属部品に電磁圧接を施した後、さらに電磁圧接を施したときの接合面積率と、接合対象の金属部品に電磁圧接を施した後、超音波溶接を施したときの接合面積率が示されている。
図５に示すように、電磁圧接後にレーザ溶接を施したときの接合面積率が最も高い結果となった。また、電磁圧接後にレーザ溶接を１回施したときの接合面積率は、電磁圧接を３回施したときの接合面積率よりも高い結果となった。これは、電磁圧接はある程度の隙間が空いていないと接合しないが、電磁圧接を１回施すことにより生じた未接合部の隙間は小さいため、電磁圧接後にさらに電磁圧接後をした場合は、電磁圧接後にレーザ溶接を施した場合と比べて、接合面積率の増加が小さくなるからである。
さらに、電磁圧接後にレーザ溶接を１回施したときの接合面積率は、電磁圧接後に超音波溶接を１回又は２回施したときの接合面積率よりも高い結果となった。これは、超音波溶接には振動により接合を引き離す効果もあるため、電磁圧接後にさらに超音波溶接をした場合は、電磁圧接後にレーザ溶接を施した場合と比べて、接合面積率の増加が小さくなるからである。これらの結果から、本発明の二次電池の製造方法は、接合対象の金属部品の接合面を効率良く生成することができ、二次電池の生産性が向上することが判明した。
また、上述した実施形態では、接合対象の金属部品５１，６０の一方側からコイル４０を接近させて電磁圧接する。換言すると、コイル４０の間に接合対象の金属部品５１，６０を通さない。そのため、接合対象の金属部品５１，６０をコイル４０の間に通す工程を省略することができ、二次電池の生産性を向上させることができる。
＜他の実施形態＞
図６は、本発明の別の実施形態に係る電磁圧接工程を示す図である。図６は、複数のコイル４０、複数の二次電池５０、及び複数の金属部品６０を上方から見た図である。図６に示すように、複数の二次電池５０が隣り合うように配列される。また、バスバー６０が、電極端子５１（図示せず）に対向するように、隣り合う２つの二次電池５０の上方に配置される。さらに、複数のコイル４０が、二次電池５０の電極端子５１及びバスバー６０の上方に配置される。
このように二次電池５０の電極端子５１及びバスバー６０を配置して、電極端子５１及びバスバー６０の一方側からコイル４０を接近させて電磁圧接することにより、複数の電極端子５１及びバスバー６０を同時に電磁圧接することができる。そのため、二次電池の生産性を向上させることができる。
また、他の実施形態では、接合対象の金属部品として、上述した電極端子及びバスバーの他、二次電池に含まれる電極ワッシャ、カシメ、及び集電体等の種々の金属部品を採用することができる。
本発明は上述した実施形態に限られたものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
１０ 電磁圧接システム
２０ 駆動電源
２１ コンデンサ
３０ スイッチ
４０ コイル
５０ 二次電池
５１ 電極端子
６０ バスバー
７０ レーザ光
８０ 電力線

Claims (11)

  1. 二次電池の製造方法であって、
    前記二次電池が備えた電極端子と、前記電極端子及び他の二次電池の電極端子を電気的に接続するバスバーとを電磁圧接して接合する電磁圧接工程と、
    前記電極端子及び前記バスバーの間にレーザ光を照射して、前記電極端子及び前記バスバーを溶接するレーザ溶接工程とを含み、
    前記電磁圧接工程は、前記バスバーの上方にコイルを配置し、前記コイルを用いて、前記電極端子と前記バスバーとを電磁圧接する、
    二次電池の製造方法。
  2. 複数の二次電池を隣り合うように配列する工程と、
    隣り合う前記二次電池の前記電極端子のそれぞれの上に前記バスバーを配置する工程とをさらに含み、
    前記電磁圧接工程は、前記電極端子のそれぞれに対応する複数のコイルを前記バスバーの上方に配置し、前記複数のコイルを用いて、前記電極端子のそれぞれと前記バスバーとを同時に電磁圧接する、請求項１に記載の二次電池の製造方法。
  3. 前記電極端子及び前記バスバーは、同種の金属で形成される、請求項１又は２に記載の二次電池の製造方法。
  4. 前記電極端子及び前記バスバーは、アルミで形成される、請求項３に記載の二次電池の製造方法。
  5. 前記電極端子及び前記バスバーは、異種の金属で形成される、請求項１又は２に記載の二次電池の製造方法。
  6. 前記電極端子はアルミで形成され、前記バスバーは銅で形成される、請求項５に記載の二次電池の製造方法。
  7. 電極端子と、前記電極端子及び他の二次電池の電極端子を電気的に接続するバスバーとを備えた二次電池であって、
    前記電極端子と前記バスバーとの接合面には、電磁圧接されている部分と、レーザ溶接されている部分とが含まれることを特徴とする、二次電池。
  8. 前記電極端子及び前記バスバーは、同種の金属で形成された、請求項７に記載の二次電池。
  9. 前記電極端子及び前記バスバーは、アルミで形成された、請求項８に記載の二次電池。
  10. 前記電極端子及び前記バスバーは、異種の金属で形成された、請求項７に記載の二次電池。
  11. 前記電極端子はアルミで形成され、前記バスバーは銅で形成された、請求項１０に記載の二次電池。
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