JP7245146B2 - Method for connecting lead tab and electrode foil, and method for manufacturing wound storage element - Google Patents
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Description
特許法第30条第2項適用 令和1年7月27日にニチコン株式会社が友晃電気株式会社にリチウムイオン二次電池を販売したことにより公開された。Application of
本発明は、加締めによりリードタブと電極箔とを接続する方法、およびこの方法を適用した巻回型蓄電素子の製造方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for connecting lead tabs and electrode foils by crimping, and a method for manufacturing a wound energy storage device to which this method is applied.
従来、各種巻回型蓄電素子(これには、リチウムイオン二次電池および電解コンデンサ等が含まれる)を構成するリードタブと電極箔とを接続する際に、加締めと呼ばれる接続方法が用いられている。 Conventionally, a connection method called crimping has been used to connect lead tabs and electrode foils that constitute various winding-type storage devices (including lithium-ion secondary batteries and electrolytic capacitors). there is
この接続方法は、特許文献1等に見られるように、表裏両面に活物質層が形成された集電体からなる電極箔にリードタブ(電極リード)を重ねる工程と、リードタブ側から穿孔用針を突き刺して貫通させ、電極箔側にバリを生じさせる工程と、穿孔用針を引き抜く工程と、プレスによりバリを押し潰す工程(すなわち、電極箔と電極リードとを加締める工程)とを含んでいる。 As seen in Patent Document 1, etc., this connection method includes a step of overlapping a lead tab (electrode lead) on an electrode foil made of a current collector having active material layers formed on both front and back surfaces, and a step of inserting a perforating needle from the lead tab side. It includes a step of piercing and penetrating to generate burrs on the electrode foil side, a step of pulling out the perforating needle, and a step of crushing the burrs with a press (that is, a step of crimping the electrode foil and the electrode lead). .
しかしながら、上記の接続方法は、非常に細い穿孔用針を用いて幅が狭いリードタブを接続する場合(言い換えると、生じ得るバリのサイズが小さい場合)に、リードタブと電極箔との接続が不安定になるという問題が起こり得る。すなわち、上記の接続方法では、小型の巻回型蓄電素子を製造する際に、リードタブと電極箔とを機械的および電気的に確実に接合するのが困難であった。 However, the above connection method results in unstable connections between lead tabs and electrode foils when connecting narrow lead tabs using very thin piercing needles (in other words, when the possible burr size is small). There can be a problem of becoming That is, with the above-described connection method, it is difficult to reliably connect the lead tabs and the electrode foils mechanically and electrically when manufacturing a small-sized wound storage element.
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、穿孔用針およびリードタブの寸法が小さくてもリードタブと電極箔とを確実に接続することができる接続方法、およびこの方法を適用した巻回型蓄電素子の製造方法を提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and is a connection method capable of reliably connecting the lead tab and the electrode foil even if the dimensions of the piercing needle and the lead tab are small, and the method is applied. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a wound storage device.
上記課題を解決するために、本発明に係る接続方法は、巻回型蓄電素子を構成するリードタブと電極箔とを接続する方法であって、凹部を有する台座部上に電極箔を配置する第1工程と、前記凹部の真上に位置するように、前記電極箔上にリードタブを配置する第2工程と、前記リードタブおよび前記電極箔の重ね合わせ体に前記リードタブ側から穿孔用針を突き刺して、前記重ね合わせ体のバリを生じさせる第3工程と、前記穿孔用針を前記重ね合わせ体から引き抜く第4工程と、前記重ね合わせ体を上下方向からプレスして前記バリを押し潰す第5工程とを備え、平面視したときの前記凹部の形状が、矩形の四隅を該矩形の対角線に沿って外側に拡張したものであり、前記穿孔用針の先端部が、前記矩形の対向した辺の中央同士を結んだ十字状の切れ込みを前記重ね合わせ体に形成し得る形状である、ことを特徴としている。 In order to solve the above-described problems, a connection method according to the present invention is a method for connecting lead tabs and electrode foils constituting a wound storage element, wherein the electrode foils are arranged on a base portion having a concave portion. a second step of arranging a lead tab on the electrode foil so as to be positioned right above the recess; a third step of generating burrs in the superimposed body; a fourth step of pulling out the perforating needle from the superimposed body; and a fifth step of pressing the superimposed body from above and below to crush the burrs. When viewed from above, the shape of the concave portion is such that the four corners of a rectangle are expanded outward along the diagonal lines of the rectangle, and the tip of the perforation needle is located on the opposite sides of the rectangle. It is characterized in that it has a shape that can form a cross-shaped notch connecting the centers to the overlapping body.
この構成では、平面視したときの凹部の形状が、矩形の四隅を該矩形の対角線に沿って外側に拡張したものとなっている。また、この構成では、穿孔用針の先端部が、上記矩形の対向した辺の中央同士を結んだ十字状の切れ込みを重ね合わせ体に形成し得る形状になっている。このため、この構成によれば、切れ込みにより生じた重ね合わせ体の4つの片が対角線に沿って外側に大きく折れ曲がり、その結果、バリのサイズが最大化されるので、穿孔用針およびリードタブの寸法が小さくてもリードタブと電極箔とを確実に接続することができる。 In this configuration, the shape of the concave portion when viewed from above is such that the four corners of the rectangle are expanded outward along the diagonal lines of the rectangle. Further, in this configuration, the tip of the perforating needle is shaped so that a cross-shaped notch connecting the centers of the opposite sides of the rectangle can be formed in the overlapping body. Thus, with this configuration, the four pieces of the lap produced by the notch are bent outward along the diagonals to maximize the size of the burr, thus minimizing the dimensions of the piercing needle and lead tab. Even if the diameter is small, the lead tab and the electrode foil can be reliably connected.
上記接続方法は、平面視したときの前記凹部の形状が、矩形と該矩形の4つの頂点のそれぞれを中心とする4つの円を重ね合わせたものである、との構成を有していてもよい。 The connection method may have a configuration in which the shape of the recess when viewed from the top is a rectangle and four circles centered at four vertices of the rectangle superimposed on each other. good.
また、上記接続方法は、前記凹部の前記矩形が正方形であり、前記穿孔用針の先端部の形状が正四角錐であり、平面視したときに、前記正四角錐の断面が前記凹部の前記矩形に対して45°傾いている、との構成を有していてもよい。 Further, in the connection method, the rectangle of the recess is square, the shape of the tip of the perforation needle is a regular quadrangular pyramid, and the cross section of the regular quadrangular pyramid corresponds to the rectangle of the recess when viewed from above. 45° to each other.
また、上記課題を解決するために、本発明に係る巻回型蓄電素子の製造方法は、上記いずれかの接続方法によりリードタブが接続された2枚の電極箔をセパレータとともに巻回して円筒状の電池本体を形成する第1工程と、前記電池本体を封口ゴムとともに外装ケースに収容する第2工程と、を備えたことを特徴としている。 Further, in order to solve the above-mentioned problems, a method for manufacturing a wound-type storage element according to the present invention comprises winding two electrode foils, to which lead tabs are connected by any of the connection methods described above, together with a separator to form a cylindrical shape. The method is characterized by comprising a first step of forming a battery body and a second step of housing the battery body together with a sealing rubber in an exterior case.
本発明によれば、穿孔用針およびリードタブの寸法が小さくてもリードタブと電極箔とを確実に接続することができる接続方法、およびこの方法を適用した巻回型蓄電素子の製造方法を提供することができる。 According to the present invention, there are provided a connection method capable of reliably connecting lead tabs and electrode foils even if the dimensions of the piercing needle and the lead tabs are small, and a method of manufacturing a wound storage element to which this method is applied. be able to.
以下、添付の図面を参照しながら、本発明の実施例に係るリードタブと電極箔の接続方法、およびこの方法を適用した巻回型蓄電素子の製造方法について説明する。なお、以下では、巻回型蓄電素子がリチウムイオン二次電池である場合について説明するが、本発明は、巻回型蓄電素子が電解コンデンサ等である場合にも適用することができる。 A method for connecting lead tabs and electrode foils according to an embodiment of the present invention and a method for manufacturing a wound storage device to which this method is applied will now be described with reference to the accompanying drawings. In addition, although the case where the winding type storage element is a lithium ion secondary battery will be described below, the present invention can also be applied to the case where the winding type storage element is an electrolytic capacitor or the like.
図1に示すように、巻回型のリチウムイオン二次電池1は、正極側リード13aおよび負極側リード13bを有する電池本体10と、リード13a,13bを通すための穴21,21を有する封口ゴム20と、電池本体10および封口ゴム20を収容する金属製の外装ケース30とからなっている。外装ケース30の開口した端部は、電池本体10および封口ゴム20を収容した後にカーリング加工がなされる。また、外装ケース30の封口ゴム20を覆う部分は、電池本体10および封口ゴム20を収容した後に絞り加工がなされる。
As shown in FIG. 1, a wound type lithium ion secondary battery 1 includes a
電池本体10は、正極側リード13aが接続された正極箔11aと、第1セパレータ12aと、負極側リード13bが接続された負極箔11bと、第2セパレータ12bとをこの順に重ね合わせて巻回したものである。正極箔11aは、正極材としてマンガン酸リチウム塩を含んでおり、負極箔11bは、負極材としてチタン酸リチウム塩を含んでいる。また、セパレータ12a,12bは、レーヨンからなっている。
The battery
なお、以下では、正極箔11aと負極箔11bとを区別することなく電極箔11と呼ぶことがある。また、以下では、正極側リード13aと負極側リード13bとを区別することなくリード13と呼ぶこともある。
In addition, below, the
図2に示すように、リード13は、封口ゴム20の穴21を通って外部に突き出すことになるリード線14と、封口ゴム20の穴21内にとどまる大径部15と、大径部15をプレス加工して形成した薄板状を有するリードタブ16とからなっている。リード13は、そのリードタブ16と電極箔11とが加締めにより接続されることにより、電極箔11に電気的および機械的に接続される。大径部15およびリードタブ16はアルミニウムからなり、リード線14は鉄芯または銅芯に外層となるすずめっきを施したものからなっている。
As shown in FIG. 2, the
本実施例に係るリードタブ16と電極箔11との接続方法は、凹部51を有する台座部50上に電極箔11を配置する第1工程と、凹部51の真上に位置するように、電極箔11上にリードタブ16を配置する第2工程とを備えている(図3(A)参照)。同図に示すように、電極箔11とリードタブ16の重ね合わせ体11,16は、リードタブ16の上方にある押さえ部40と電極箔11の下方にある台座部50とで挟持される。
The method of connecting the
本実施例に係る接続方法は、重ね合わせ体11,16にリードタブ16側から穿孔用針60を突き刺して、重ね合わせ体11,16のバリ70を生じさせる第3工程をさらに備えている(図3(B)参照)。重ね合わせ体11,16が押さえ部40と台座部50とで挟持されているので、穿孔用針60を突き刺したときにリードタブ16と電極箔11とに位置ずれが生じることはない。なお、本実施例では、凹部51が台座部50を貫通しているが、凹部51は、第3工程において穿孔用針60を受け入れることが可能な程度の深さを有する有底の穴であってもよい。
The connection method according to the present embodiment further includes a third step of piercing the overlapping
本実施例に係る接続方法は、穿孔用針60を引き抜く第4工程(図3(C)参照)と、重ね合わせ体11,16をプレス機の上板と下板との間に移動させ、上板と下板との間の距離(以下、「加締め厚」という)が所定の距離となるまで上下方向からプレスすることによりバリ70を押し潰す第5工程(図3(D)参照)とをさらに備えている。
The connection method according to the present embodiment comprises a fourth step (see FIG. 3C) in which the perforating
図4は、平面視したときのリードタブ16、台座部50の凹部51および穿孔用針60の先端部61の形状と、これらの関係とを示した平面図である。
FIG. 4 is a plan view showing the shapes of the
リードタブ16は、幅方向寸法がW16である。
The
凹部51は、幅方向寸法がW51であり、かつ長さ方向寸法がL51である矩形と、この矩形の4つの頂点のそれぞれを中心とする半径がRである4つの円とを重ね合わせたような形状を有している。言い換えると、凹部51は、矩形の四隅を該矩形の対角線に沿って外側に拡張したような形状を有している。
The
また、穿孔用針60の先端部61は、凹部51を構成する矩形の対向した辺の中央同士を結んだ十字状の切れ込み17,17を重ね合わせ体11,16に形成し得る、四角錐状を有している。
Further, the
図4から理解されるように、本実施例において、穿孔用針60の先端部61は、正四角錐状を有している。そして、この正四角錐の断面(正方形)は、凹部51を構成する矩形(正方形)に対して45°だけ傾いている。
As can be understood from FIG. 4, in this embodiment, the
本実施例に係る接続方法によれば、穿孔用針60を突き刺したときに、十字状の切れ込み17,17により隔てられた重ね合わせ体11,16の4つの片が凹部51を構成する矩形の対角線に沿って外側に大きく折れ曲がり、バリ70のサイズが最大化される。そして、その結果、穿孔用針60およびリードタブ16の寸法が小さくても、リードタブ16と電極箔11とを確実に接続することができる。
According to the connecting method according to the present embodiment, four pieces of the overlapping
続いて、電極箔11およびリードタブ16の接続強度を確認する試験の結果について説明する。本試験では、まず、正極材としてのマンガン酸リチウム塩を含む厚み60[μm]の正極箔11aと、負極材としてのチタン酸リチウム塩を含む厚み45[μm]の負極箔11bと、レーヨンからなる厚み20[μm]のセパレータ12a,12bと、幅(=W16)1.0[mm]、厚み180[μm]のリードタブ16を用いて各実施例および各比較例に係るφ3.0[mm]のリチウムイオン二次電池1を作製した。そして、それぞれの作製直後(初期)のESRと、それぞれの正極側リード13aまたは負極側リード13bを6[N]、8[N]、10[N]、12[N]の力で引っ張った後のESRを測定し、初期値に対する変化率を評価した。初期値に対する変化率が+/-20%までの範囲を◎、+/-20%を超え+/-25%までの範囲を○、+/-25%を超える結果を×とした。
Next, the results of tests for confirming the connection strength between the
表1に、第1~第9実施例に係るリチウムイオン二次電池1の正極側リード13aについての結果を示す。第1~第9実施例は、正極箔11aと正極側リード13aのリードタブ16との接続条件、より詳しくは、プレス後のバリ70の対角間寸法(以下、「花びら寸法」ともいう。図5の符号D参照)と加締め厚が異なっている。
ここで、第1~第9実施例(および後述する第10~第18実施例)における凹部51の形状は、図4に示した形状(以下、「クローバー形状」という)である。
Here, the shape of the
表1に示した結果は、凹部51の形状をクローバー形状とし、かつ加締め厚を正極箔11aおよびリードタブ16の厚みの合計である240[μm]に0~20[μm]を足した寸法とすれば、12[N]の比較的大きな力で正極側リード13aを引っ張っても、正極箔11aとリードタブ16との接続状態が悪化しなかったことを示している。加締め厚は、厚み合計に5~15[μm]を足した寸法とすることが特に好ましい。なお、加締め厚を厚み合計よりも小さくすると、正極箔11aが損傷するおそれがある。一方、加締め厚を厚み合計に20[μm]を足した寸法よりも大きくすると、加締めが不十分となり、接続強度が低下するおそれがある。
The results shown in Table 1 indicate that the
また、表1に示した結果は、花びら寸法を0.70~1.10[mm]とすれば、12[N]の比較的大きな力で正極側リード13aを引っ張っても、正極箔11aとリードタブ16との接続状態が悪化しなかったことを示している。花びら寸法は、0.80~1.00[mm]とすることが特に好ましい。
Further, the results shown in Table 1 show that when the petal size is 0.70 to 1.10 [mm], even if the positive
表2に、第10~第18実施例に係るリチウムイオン二次電池1の負極側リード13bについての結果を示す。第10~第18実施例は、負極箔11bと負極側リード13bのリードタブ16との接続条件が異なっている。
表2に示した結果は、凹部51の形状をクローバー形状とし、かつ加締め厚を負極箔11bおよびリードタブ16の厚みの合計である225[μm]に5~25[μm]を足した寸法とすれば、12[N]の比較的大きな力で負極側リード13bを引っ張っても、負極箔11bとリードタブ16との接続状態が悪化しなかったことを示している。加締め厚は、厚み合計に10~20[μm]を足した寸法とすることが特に好ましい。
The results shown in Table 2 indicate that the shape of the
また、表2に示した結果は、花びら寸法を0.70~1.10[mm]とすれば、12[N]の比較的大きな力で負極側リード13bを引っ張っても、負極箔11bとリードタブ16との接続状態が悪化しなかったことを示している。花びら寸法は、0.80~1.00[mm]とすることが特に好ましい。
Further, the results shown in Table 2 show that when the petal size is 0.70 to 1.10 [mm], even if the
表3に、第1比較例に係るリチウムイオン二次電池1の正極側リード13aについての結果と、第2比較例に係るリチウムイオン二次電池1の負極側リード13bについての結果とを示す。
ここで、第1~第2比較例における凹部51の形状は、図6に示した形状(以下、「H形状」という)である。H形状は、矩形と4つの円とを重ね合わせたような形状である点でクローバー形状と共通しているが、4つの円の中心が矩形の頂点からずれている点においてクローバー形状と相違している。すなわち、第1~第2比較例における凹部51の形状は、矩形の四隅を該矩形の対角線に沿って外側に拡張した形状となっていない。
Here, the shape of the
表3に示した結果は、凹部51の形状をH形状とすると、加締め厚を正極箔11aおよびリードタブ16の厚みの合計である240[μm]に10[μm]を足した寸法としても、10[N]の力で正極箔11aとリードタブ16との接続状態が悪化し得ることを示している。また、表3に示した結果は、加締め厚を負極箔11bおよびリードタブ16の厚みの合計である225[μm]に15[μm]を足した寸法としても、10[N]の力で負極箔11aとリードタブ16との接続状態が悪化し得ることを示している。
The results shown in Table 3 show that when the shape of the
以上のように、凹部51の形状をクローバー形状とすれば、凹部51の形状をH形状とした場合に比べて、電極箔11とリードタブ16とを強固に接続することができる。
As described above, if the
また、凹部51の形状をクローバー形状として作製した1000個のリチウムイオン二次電池1と、凹部51の形状をH形状として作製した1000個のリチウムイオン二次電池1の作製直後(初期)のESRを測定したところ、クローバー形状の標準偏差が0.47であったのに対してH形状の標準偏差は1.03であり、前者の方がバラツキがかなり少なかった。この試験結果も、凹部51の形状をクローバー形状とすることの優位性を示している。
In addition, the ESR immediately after production (initial) of 1,000 lithium-ion secondary batteries 1 in which the
以上、本発明の実施例について説明してきたが、本発明の構成は実施例によって限定されるものではない。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the configuration of the present invention is not limited to the embodiments.
例えば、平面視したときの凹部51の形状は、図7に示した形状であってもよい。同図(A)に示した形状は、矩形の四隅を拡張した部分が角ばっている点で図4に示したクローバー形状と異なっている。また、同図(B)および(C)に示した形状は、矩形が正方形ではなく長方形である点で図4に示したクローバー形状と異なっている。なお、同図(B)および(C)に示した形状を採用する場合は、穿孔用針60の先端部61の断面も長方形とすることが好ましい。
For example, the shape of the
1 リチウムイオン電池
10 電池本体
11 電極箔
11a 正極箔
11b 負極箔
12a 第1セパレータ
12b 第2セパレータ
13 リード
13a 正極側リード
13b 負極側リード
14 リード線
15 大径部
16 リードタブ
17 切れ込み
20 封口ゴム
21 穴
30 外装ケース
40 押さえ部
50 台座部
51 凹部
60 穿孔用針
61 先端部
70 バリ
1
Claims (4)
凹部を有する台座部上に電極箔を配置する第1工程と、
前記凹部の真上に位置するように、前記電極箔上にリードタブを配置する第2工程と、
前記リードタブおよび前記電極箔の重ね合わせ体に前記リードタブ側から穿孔用針を突き刺して、前記重ね合わせ体のバリを生じさせる第3工程と、
前記穿孔用針を前記重ね合わせ体から引き抜く第4工程と、
前記重ね合わせ体を上下方向からプレスして前記バリを押し潰す第5工程と、
を備え、
平面視したときの前記凹部の形状が、矩形の四隅を該矩形の対角線に沿って外側に拡張したものであり、
前記穿孔用針の先端部が、前記矩形の対向した辺の中央同士を結んだ十字状の切れ込みを前記重ね合わせ体に形成し得る形状である
ことを特徴とする接続方法。 A method for connecting lead tabs and electrode foils constituting a wound storage element, comprising:
a first step of arranging the electrode foil on a base portion having a recess;
a second step of arranging a lead tab on the electrode foil so as to be positioned directly above the recess;
a third step of piercing the superimposed body of the lead tab and the electrode foil with a perforating needle from the lead tab side to generate burrs in the superimposed body;
a fourth step of pulling out the perforating needle from the overlapping body;
a fifth step of pressing the stacked body from above and below to crush the burrs;
with
The shape of the recess when viewed from above is a rectangle with the four corners extending outward along diagonal lines of the rectangle,
A connecting method, wherein the tip portion of the perforating needle has a shape capable of forming a cross-shaped notch connecting the centers of the opposite sides of the rectangle in the overlapping body.
ことを特徴とする請求項1に記載の接続方法。 2. The connection method according to claim 1, wherein the shape of said recess when viewed from above is a combination of a rectangle and four circles centered at four vertices of said rectangle.
前記穿孔用針の先端部の形状が、正四角錐であり、
平面視したときに、前記正四角錐の断面が、前記凹部の前記矩形に対して45°傾いている
ことを特徴とする請求項1または2に記載の接続方法。 the rectangle of the recess is a square;
The shape of the tip of the perforation needle is a regular quadrangular pyramid,
3. The connection method according to claim 1, wherein the cross section of the regular quadrangular pyramid is inclined by 45[deg.] with respect to the rectangular shape of the recess when viewed from above.
前記電池本体を封口ゴムとともに外装ケースに収容する第2工程と、
を備えたことを特徴とする、巻回型蓄電素子の製造方法。 A first step of forming a cylindrical battery body by winding two sheets of electrode foil, to which lead tabs are connected by the connection method according to any one of claims 1 to 3, together with a separator;
a second step of housing the battery body together with the sealing rubber in an exterior case;
A method for manufacturing a wound storage element, comprising:
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