JP7305367B2 - 蓄電素子の製造方法、蓄電素子、接合方法、及び接合体 - Google Patents

蓄電素子の製造方法、蓄電素子、接合方法、及び接合体 Download PDF

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Description

本発明は、電極体から延出した複数の金属箔が積層されたタブが、リードを介して外部端子に接続された構造を備えた蓄電素子の製造方法、及び蓄電装置に関する。また、複数の積層された金属箔を接合する接合方法、及び接合体に関する。
リチウムイオン二次電池等の二次電池は、正極板及び負極板をセパレータを介して捲回または積層して電極体を構成し、この電極体を電解液とともに電池ケース内に収容した構造を有している。
電極体を構成する正極板及び負極板からは、それぞれ複数の金属箔からなるタブが延出され、積層されたタブは、金属板からなるリードを介して、電池ケースの封口板に設けられた外部端子に接続されている。
積層された金属箔（タブ）とリードとを接合する方法として、超音波接合により接合する方法が知られている。超音波接合は、積層された金属箔とリードとを、適度な加圧下において、ホーンとアンビルとで挟み込みながら、超音波による振動エネルギーを接合面に加えることによって行われる。また、積層された金属箔とリードとを確実に挟持するために、通常、ホーン及びアンビルの表面に、それぞれ突起部（凸部）が設けられている。
しかしながら、リチウムイオン二次電池等に使用される金属箔の厚みは非常に薄いため、超音波接合時に、ホーンと接触する金属箔に破れ等の損傷が発生することがある。破れた金属箔が、電池の組み立て中に、電池内に入り込むと、電池の品質を低下させる虞がある。
特許文献１には、このような問題を解決するために、ホーンと金属箔との間に、板状の金属板を挟み込んだ状態で、ホーンに超音波振動を加えることによって、積層された金属箔とリードとを超音波接合する方法が開示されている。
特開２０１２－２０９２６１号公報
しかしながら、特許文献１に開示された方法では、電池反応に寄与しない金属板を新たに設ける必要があるため、電池のエネルギー密度が低下するという問題がある。
本発明は、かかる点に鑑みてなされたもので、その主な目的は、積層された金属箔とリードとの超音波接合において、金属箔の損傷を抑制した接合方法及び接合体を提供することにある。
本発明に係る蓄電素子の製造方法は、電極体から延出した複数の金属箔が積層されたタブが、リードを介して外部端子に接続された構造を備えた蓄電素子の製造方法であって、電極体を用意する工程（Ａ）と、複数の積層された金属箔とリードとを超音波接合する工程（Ｂ）とを含み、工程（Ｂ）は、積層された金属箔とリードとをホーン及びアンビルで挟み込んで押圧した状態で、ホーンに超音波振動を加えることによって行われ、工程（Ｂ）は、積層された金属箔のうち、ホーン側に位置する少なくとも複数層の金属箔を固相接合する第１の接合工程と、第１の接合工程の後、積層された金属箔の全層とリードとを固相接合する第２の接合工程とを有し、第２の接合工程は、第１の接合工程において接合された接合領域の範囲内において行われることを特徴とする。
本発明に係る蓄電素子の他の製造方法は、電極体から延出した複数の金属箔が積層されたタブが、リードを介して外部端子に接続された構造を備えた蓄電素子の製造方法であって、電極体を用意する工程（Ａ）と、積層された金属箔を超音波接合する工程（Ｂ）と、工程（Ｂ）の後、接合された金属箔の全層と前記リードとを超音波接合する工程（Ｃ）とを含み、工程（Ｂ）は、積層された金属箔を、ホーン及びアンビルで挟み込んで押圧した状態で、ホーンに超音波振動を加えることによって行われ、工程（Ｂ）は、積層された金属箔のうち、ホーン側に位置する少なくとも複数層の金属箔を固相接合する第１の接合工程と、第１の接合工程の後、積層された金属箔の全層を固相接合する第２の接合工程とを有し、第２の接合工程は、第１の接合工程において接合された接合領域の範囲内において行われることを特徴とする。
本発明に係る蓄電素子は、電極体から延出した複数の金属箔が積層されたタブが、リードを介して外部端子に接続された構造を備え、積層された金属箔及びリードは、固相接合された超音波接合部を有し、超音波接合部は、積層された金属箔のうち、少なくとも複数層の金属箔が固相接合された第１の接合部と、積層された金属箔の全層とリードとが固相接合された第２の接合部とを有し、第２の接合部は、第１の接合部の範囲内にあることを特徴とする。
本発明に係る金属箔の接合方法は、複数の積層された金属箔を接合する接合方法であって、該接合は、積層された金属箔を、ホーン及びアンビルで挟み込んで押圧した状態で、ホーンに超音波振動を加える超音波接合により行われ、超音波接合は、積層された金属箔のうち、ホーン側に位置する少なくとも複数層の金属箔を固相接合する第１の接合工程と、第１の接合工程の後、積層された金属箔の全層を固相接合する第２の接合工程とを有し、第２の接合工程は、第１の接合工程において接合された接合領域の範囲内において行われることを特徴とする。
本発明に係る接合体は、複数の積層された金属箔が超音波接合により固相接合された接合体であって、積層された金属箔のうち、少なくとも複数層の金属箔が固相接合された第１の接合部と、積層された金属箔の全層が固相接合された第２の接合部とを有し、第２の接合部は、第１の接合部の範囲内にあることを特徴とする。
本発明に係る接合方法は、積層された金属箔と板状の金属板とを接合する接合方法であって、積層された金属箔を超音波接合する工程（Ａ）と、工程（Ｂ）の後、接合された金属箔の全層と金属板とを超音波接合する工程（Ｂ）とを含み、工程（Ａ）は、積層された金属箔を、ホーン及びアンビルで挟み込んで押圧した状態で、ホーンに超音波振動を加えることによって行われ、工程（Ａ）は、積層された金属箔のうち、ホーン側に位置する少なくとも複数層の金属箔を固相接合する第１の接合工程と、第１の接合工程の後、積層された金属箔の全層を固相接合する第２の接合工程とを有し、第２の接合工程は、第１の接合工程において接合された接合領域の範囲内において行われることを特徴とする。
本発明によれば、積層され金属箔とリードとの超音波接合において、金属箔の損傷を抑制した接合方法及び接合体を提供することができる。
（ａ）、（ｂ）は、本発明の一実施形態における二次電池の構成を模式的に示した図で、（ａ）は断面図、（ｂ）は、（ａ）のIb－Ib線に沿った断面図である。 積層された正極金属箔と正極リードとを、超音波接合で接合する一般的な工程を示した図である。 積層された正極金属箔と正極リードとを、超音波接合で接合する一般的な工程を示した図である。 （ａ）～（ｃ）は、特許文献１に開示された超音波接合の方法を示した図である。 （ａ）～（ｃ）は、本発明の一実施形態において、電極体から延出した複数の積層され正極金属箔と、正極リードとを超音波接合で接合する方法を示した図である。 （ａ）～（ｃ）は、本発明の一実施形態において、電極体から延出した複数の積層され正極金属箔と、正極リードとを超音波接合で接合する方法を示した図である。 （ａ）、（ｂ）は、ホーンの形状を示した図である。 図６（ｃ）に示した状態を、表層の金属箔側から見た平面図である。 （ａ）～（ｃ）は、本実施形態の変形例における複数の積層され正極金属箔と、正極リードとを超音波接合で接合する方法を示した図である。 （ａ）～（ｃ）は、本実施形態の変形例における複数の積層され正極金属箔と、正極リードとを超音波接合で接合する方法を示した図である。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。また、本発明の効果を奏する範囲を逸脱しない範囲で、適宜変更は可能である。
図１（ａ）、（ｂ）は、本発明の一実施形態における二次電池の構成を模式的に示した図で、図１（ａ）は断面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）のIb－Ib線に沿った断面図である。
図１（ａ）、（ｂ）に示すように、本実施形態における二次電池１０は、発電要素である電極体１３が電解液とともに、電池ケース１１内に収容されている。また、電池ケース１１の開口部は、封口板１２で封口されている。また、正極外部端子１５及び負極外部端子１７は、それぞれ、封口板１２に設けられた貫通孔を貫通して封口板１２に固定されている。
電極体１３は、正極板及び負極板がセパレータ（何れも不図示）を介して捲回された構造をなす。正極板としては、正極金属箔の表面に正極活物質層が設けられたものを用いることができる。負極板としては、負極金属箔の表面に負極活物質層が設けられたものを用いることができる。
正極板及び負極板は、それぞれ、その一端において、活物質層が形成されていない正極金属箔１４及び負極金属箔１６が露出している。電極体１３の一方の端部において、正極金属箔１４が露出した部分（正極タブ）が捲回されることにより、正極金属箔１４が積層されている。同様に、電極体１３の他方の端部において、負極金属箔１６が露出した部分（負極タブ）が捲回されることにより、負極金属箔１６が積層されている。そして、正極金属箔（正極タブ）１４は、正極リード２０を介して、正極外部端子１５に接続されている。また、負極金属箔（負極タブ）１６は、負極リード３０を介して、負極外部端子１７に接続されている。
図１（ｂ）に示すように、正極板の一端に設けられた複数の積層された正極金属箔（正極タブ）１４は、束ねられて、正極リード２０に超音波接合により接合されている。同様に、負極板の一端に設けられた複数の積層された負極金属箔（負極タブ）１６は、束ねられて、負極リード３０に超音波接合により接合されている。
なお、二次電池１０が非水電解質二次電池である場合、正極金属箔１４、正極リード２０、及び正極外部端子１５は、アルミニウムあるいはアルミニウム合金からなることが好ましい。また、負極金属箔１６、負極リード３０、及び負極外部端子１７は、銅あるいは銅合金であることが好ましい。
図２及び図３は、積層された正極金属箔１４と、正極リード２０とを、超音波接合で接合する一般的な工程を示した図である。なお、積層された負極金属箔１６と、負極リード３０とを、超音波接合で接合する工程も、同様の方法で行うことができる。
図２に示すように、超音波接合は、積層された正極金属箔１４と、正極リード２０とを、ホーン４０及びアンビル５０で挟み込んで、ホーン４０を矢印の方向に押圧力Ｆで押圧した状態で、ホーン４０に、正極金属箔１４の平面と平行な方向Ｘに超音波振動を加えることによって行われる。なお、正極金属箔１４に対するグリップ性を高めるために、ホーン４０の表面に突起部（凸部）を設けておいてもよい。また、正極リード２０に対するグリップ性を高めるために、アンビル５０の表面に突起部（凸部）を設けておいてもよい。
図３に示すように、ホーン４０に超音波振動が加えられると、ホーン４０にグリップされた表層の正極金属箔１４は、ホーン４０に同調として、振動エネルギーが付与される。これにより、下層側の正極金属箔１４との間に摩擦力が発生し、接合界面の酸化被膜や汚れが取り除かれ、正極金属箔１４同士が固相接合する。この振動エネルギーを、下層側の正極金属箔１４に順次付与していくことによって、正極金属箔１４間に、固相接合部６０が形成されていく。
なお、振動エネルギーは、正極リード２０側の正極金属箔１４にも伝わるため、アンビル５０にグリップされた正極リード２０と、正極リード２０に接する正極金属箔１４との間にも摩擦力が発生する。これにより、図３に示すように、正極リード２０と接する正極金属箔１４側からも、正極金属箔１４間の固相接合部７０が形成されていく。
これにより、固相接合部６０、７０が、それぞれ上下に拡がっていくことにより、最終的に、正極金属箔１４の全層、及び、正極リード２０とが固相接合される。
しかしながら、薄い正極金属箔１４に、ホーン４０から強い押圧力と振動エネルギーが付与されると、強度の弱い正極金属箔１４は、部分的に破れを起こすことがある。特に、図３に示すように、ホーン４０の周縁部と接する正極金属箔１４の部分（矢印Ａで示した箇所）は、応力が集中しやすいため、当該部分で、正極金属箔１４が破れやすくなる。
図４（ａ）～（ｃ）は、特許文献１に開示された超音波接合の方法を示した図である。
図４（ａ）に示すように、特許文献１に開示された超音波接合の方法は、積層された正極金属箔１４とホーン４０との間に、板状の金属板１００を挟んだ状態で、ホーン４０に押圧力、及び超音波振動を加えることによって、積層された正極金属箔１４と正極リード２０とを超音波接合する。
図４（ｂ）に示すように、ホーン４０に超音波振動が加えられると、ホーン４０にグリップされた金属板１００は、ホーン４０に同調として、振動エネルギーが付与される。これにより、金属板１００と表層の正極金属箔１４との間に摩擦力が発生し、金属板１００と表層の正極金属箔１４とが固相接合する。
このとき、表層の正極金属箔１４は、金属板１００を介してホーン４０と接触しているため、ホーン４０の周縁部において、応力が集中するのを回避することができる。これにより、表層の正極金属箔１４は破れることなく、金属板１００と表層の正極金属箔１４とは固相接合される。さらに、振動エネルギーを、下層側の正極金属箔１４に順次付与していくことによって、正極金属箔１４間に、固相接合部６０が形成されていく。その結果、図４（ｃ）に示すように、固相接合部６０、７０が、それぞれ上下に拡がっていくことにより、正極金属箔１４の全層、及び正極リードは、正極金属箔１４が破れることなく、固相接合される。
しかしながら、上述したように、特許文献１に開示された超音波接合の方法では、電池反応に寄与しない金属板を新たに設ける必要があるため、電池のエネルギー密度を低下させるという問題がある。
図５（ａ）～（ｃ）、及び図６（ａ）～（ｃ）は、本実施形態において、電極体から延出した複数の積層された正極金属箔（正極タブ）１４と、正極リード２０とを超音波接合に接合する方法を示した図である。なお、複数の積層された負極金属箔（負極タブ）１６と、負極リード３０とを、超音波接合により接合する方法も、同様に行われるので、説明を省略する。
まず、図５（ａ）に示すように、超音波接合は、積層された正極金属箔１４と、正極リード２０とを、第１のホーン４０Ａ及びアンビル５０で挟み込んで、第１のホーン４０Ａを矢印の方向に押圧力Ｆ１で押圧した状態で、第１のホーン４０Ａに、正極金属箔１４の平面と平行な方向Ｘに超音波振動を加えることによって行われる。なお、正極金属箔１４に対するグリップ性を高めるために、第１のホーン４０Ａの表面に突起部（凸部）を設けておいてもよい。また、正極リード２０に対するグリップ性を高めるために、アンビル５０の表面に突起部（凸部）を設けておいてもよい。
第１のホーン４０Ａに超音波振動が加えられると、第１のホーン４０Ａにグリップされた表層の正極金属箔１４は、第１のホーン４０Ａに同調として、振動エネルギーが付与される。これにより、下層側の正極金属箔１４との間に摩擦力が発生し、接合界面の酸化被膜や汚れが取り除かれ、正極金属箔１４同士が固相接合する。この振動エネルギーを、下層側の正極金属箔１４に順次付与していくことによって、第１のホーン４０Ａ側に位置する少なくとも複数層の正極金属箔１４を固相接合する（第１の接合工程）。これにより、正極金属箔１４間に、固相接合部（第１の接合部）６０Ａが形成される。
なお、振動エネルギーは、正極リード２０側の正極金属箔１４にも伝わるため、アンビル５０にグリップされた正極リード２０と、正極リード２０に接する正極金属箔１４との間にも摩擦力が発生する。これにより、図５（ａ）に示すように、正極リード２０に接する正極金属箔１４側からも、正極金属箔１４間の固相接合部７０Ａが形成される。
本実施形態において、第１の接合工程では、超音波接合の条件として、第１のホーン４０Ａと接触する表層の正極金属箔１４が破れない条件で行う。具体的には、第１のホーン４０Ａに印加される超音波振動の単位面積当たりのエネルギー（振動数、及び／又は振幅）を、正極金属箔１４が破れない条件で行う。ここで、単位面積当たりのエネルギーは、第１のホーン４０Ａに印加される超音波振動エネルギーを、第１のホーン４０Ａの表面積で除した値である。
また、第１の接合工程における超音波接合の条件として、第１のホーン４０Ａに印加される単位面積当たりの押圧力を、正極金属箔１４が破れない条件に設定して行ってもよい。ここで、単位面積当たりの押圧力は、第１のホーン４０Ａに印加される押圧力Ｆ１を、第１のホーン４０の表面積で除した値である。
図５（ｂ）は、第１の接合工程の後、第１のホーン４０Ａを外した状態を示した図である。図５（ｂ）に示すように、第１のホーン４０Ａ側に、複数層の正極金属箔１４が固相接合された第１の接合部６０Ａが形成されている。この第１の接合部６０Ａは、複数層の正極金属箔１４が重なった厚みを有するため、強度的に強くなっている。
次に、図５（ｃ）に示すように、積層された正極金属箔１４と、正極リード２０とを、第２のホーン４０Ｂ及びアンビル５０で挟み込む。ここで、第２のホーン４０Ｂは、第１のホーン４０Ａよりも幅が狭くなっており、第１の接合工程で形成された第１の接合部６０Ａの領域内に配置される。
次に、図６（ａ）に示すように、第２のホーン４０Ｂを矢印の方向に押圧力Ｆ２で押圧した状態で、ホーン４０Ａに、正極金属箔１４の平面と平行な方向Ｘに超音波振動を加える。なお、正極金属箔１４に対するグリップ性を高めるために、第２のホーン４０Ｂの表面に突起部（凸部）を設けておいてもよい。
第２のホーン４０Ｂに超音波振動が加えられると、第２のホーン４０Ｂにグリップされた第１の接合部６０Ａは、第２のホーン４０Ｂに同調として、振動エネルギーが付与される。これにより、第１の接合部６０Ａと、下層側の正極金属箔１４との間に摩擦力が発生し、第１の接合部６０Ａと正極金属箔１４とが固相接合する。この振動エネルギーを、下層側の正極金属箔１４に順次付与していくことによって、複数層の正極金属箔１４が固相接合された接合部（第２の接合部）６０Ｂが形成される。同様に、正極リード２０側にも、複数層の正極金属箔１４が固相接合された接合部７０Ｂが形成される。そして、図６（ｂ）に示すように、第２の接合部６０Ｂ、７０Ｂを、それぞれ上下に拡げていくことにより、最終的に、正極金属箔１４の全層と、正極リード２０とを固相接合する（第２の接合工程）。
ここで、第２の接合工程は、第１の接合工程において接合された接合領域の範囲内において行われる。すなわち、第２の接合工程において、超音波振動を印加する際、応力の集中する第２のホーン４０Ｂの周縁部は、第１の接合工程で作成された第１の接合部６０Ａの領域内にある。そのため、第１の接合部６０Ａより下層側の正極金属箔１４は、第１の接合部６０Ａを介して第２のホーン４０Ｂと接触するため、第２のホーン４０の周縁部において、応力が集中するのを回避することができる。これにより、第１の接合部６０Ａより下層側の正極金属箔１４は、破れることなく、正極金属箔１４との間で固相接合される。すなわち、第１の接合工程で形成された第１の接合部６０Ａは、擬似的に、特許文献１に開示された板状の金属板１００（図４（ａ）を参照）と同じ作用を果たしている。
なお、本実施形態において、積層された正極金属箔１４及び正極リード２０の接合部の形状は、図６（ｃ）に示すように、積層された正極金属箔１４の全層と、正極リード２０とが固相接合された第２の接合部６０Ｂの領域Ｑが、複数の正極金属箔１４が固相接合された第１の接合部６０Ａの領域Ｐの範囲内にある。
以上、説明したように、本実施形態における二次電池の製造方法は、電極体１３から延出した複数の金属箔１４（１６）が積層されたタブが、リード２０（３０）を介して外部端子１５（１７）に接続された構造を備えた二次電池の製造方法であって、電極体１３を用意する工程と、複数の積層された金属箔１４（１６）と、リード２０（３０）とを、超音波接合する工程とを含み、超音波接合する工程は、積層された金属箔１４（１６）とリード２０（３０）とを、ホーン及びアンビルで挟み込んで押圧した状態で、ホーンに超音波振動を加えることによって行われる。
そして、超音波接合する工程は、積層された金属箔１４（１６）のうち、ホーン側に位置する少なくとも複数層の金属箔１４（１６）を固相接合する第１の接合工程と、第１の接合工程の後、積層された金属箔１４（１６）の全層とリード２０（３０）とを固相接合する第２の接合工程とを有するとともに、第２の接合工程は、第１の接合工程において接合された接合領域の範囲内において行われる。
これにより、積層され金属箔１４（１６）とリード２０（３０）との超音波接合において、金属箔１４（１６）の損傷を抑制することができる。その結果、品質に優れた二次電池を提供することができる。
また、本実施形態における二次電池は、電極体１３から延出した複数の金属箔１４（１６）が積層されたタブが、リード２０（３０）を介して外部端子１５（１７）に接続された構造を備え、積層された金属箔１４（１６）及びリード２０（３０）は、固相接合された超音波接合部を有している。そして、超音波接合部は、積層された金属箔１４（１６）のうち、少なくとも複数層の金属箔１４（１６）が固相接合された第１の接合部６０Ａと、積層された金属箔１４（１６）の全層とリード２０（３０）とが固相接合された第２の接合部６０Ｂとを有し、第２の接合部６０Ｂは、第１の接合部６０Ａの範囲内にある。
本実施形態において、第１の接合工程における超音波振動の単位面積当たりのエネルギーは、第２の接合工程における超音波振動の単位面積当たりのエネルギーよりも小さいことが好ましい。また、第１の接合工程における積層された金属箔１４（１６）及びリード２０（３０）に対する単位面積当たりの押圧力は、第２の接合工程における積層された金属箔１４（１６）及びリード２０（３０）に対する単位面積当たりの押圧力よりも小さいことが好ましい。これにより、積層された金属箔１４（１６）とリード２０（３０）との超音波接合において、金属箔１４（１６）の損傷をより効果的に抑制することができる。また、第１の接合工程及び第２の接合工程における超音波接合の条件は、超音波振動の単位面積当たりのエネルギー、及び金属箔１４（１６）及びリード２０（３０）に対する単位面積当たりの押圧力を、適宜組み合わせて設定してもよい。
本実施形態において、ホーン４０Ａ側に位置する第１の接合部６０Ａは、第１の接合工程において、超音波接合時に破れの生じない程度の厚みを有することが好ましい。例えば、第１の接合部６０Ａは、少なくも、積層された金属箔の全層の厚みの１／１０以上の厚みがあることが好ましい。
また、金属箔１４（１６）に対するグリップ性を高めるために、ホーン４０Ａ、４０Ｂの表面に突起部（凸部）を設けることが好ましい。この場合、図７（ａ）、（ｂ）に示すように、第１の接合工程における第１のホーン４０Ａの凸部４１Ａの高さは、第２の接合工程における第２のホーン４０Ｂの凸部４１Ｂの高さよりも低いことが好ましい。これにより、第１の接合工程における金属箔１４（１６）に対するグリップ力は、第２の接合工程における金属箔１４（１６）に対するグリップ力よりも小さくできる。金属箔１４（１６）に対するグリップ力を小さくすると、ホーン４０Ａの周縁部と接する金属箔１４（１６）の部分に集中する応力を小さくすることができる。そのため、第１の接合工程において、金属箔１４（１６）が破れるのをより効果的に抑制することができる。
図８は、図６（ｃ）に示した状態を、表層の金属箔１４側から見た平面図である。なお、リード２０（３０）は省略している。
図８に示すように、第１の接合部６０Ａ（領域Ｐ）、及び第２の接合部６０Ｂ（領域Ｑ）の表面には、それぞれ複数の凹部４２Ａ、４２Ｂが形成されている。この凹部４２Ａ、４２Ｂは、図７に示したホーン４０Ａ、４０Ｂの凸部４１Ａ、４１Ｂが、超音波接合時に、金属箔１４の表面を押圧することによって形成されたものである。そのため、第１の接合部６０Ａにおける凹部４２Ａの深さは、第２の接合部６０Ｂにおける凹部４２Ｂの深さよりも浅くなっている。
なお、本実施形態では、正極板及び負極板がセパレータを介して捲回された構造の電極体１３を例に説明したが、正極板及び負極板がセパレータを介して積層された構造の電極体であってもよい。この場合、正極板及び負極板のそれぞれ一端から延出した複数の金属箔１４（１６）は、短冊状のものであってもよい。
また、本実施形態では、電極体１３が、その捲回軸が電池ケース１１の底部と平行となる向きに配置した構成を示したが、捲回軸が電池ケース１１の底部と垂直となる向きに電極体１３を配置してもよい。
また、正極及び負極の金属箔１４（１６）、リード２０（３０）、活物質層、セパレータ、非水電解液等については公知の材料を使用できる。
(変形例）
図９（ａ）～（ｃ）、及び図１０（ａ）～（ｃ）は、本実施形態の変形例における積層され正極金属箔１４と、正極リード２０とを超音波接合に接合する方法を示した図である。なお、積層された負極金属箔１６と、負極リード３０とを、超音波接合により接合する方法も、同様に行われるので、説明を省略する。
本変形例では、積層された正極金属箔１４を超音波接合した後、接合された正極金属箔１４の全層と、正極リード２０とを超音波接合することを特徴とする。なお、他の構成は、上記実施形態と共通するので、説明を省略する。
まず、図９（ａ）に示すように、積層された正極金属箔１４を、第１のホーン４０Ａ及びアンビル５０で挟み込んで、第１のホーン４０Ａを矢印の方向に押圧力Ｆ１で押圧した状態で、第１のホーン４０Ａに、正極金属箔１４の平面と平行な方向Ｘに超音波振動を加える。
第１のホーン４０Ａに超音波振動が加えられると、第１のホーン４０Ａにグリップされた表層の正極金属箔１４は、第１のホーン４０Ａに同調として、振動エネルギーが付与される。これにより、下層側の正極金属箔１４との間に摩擦力が発生し、正極金属箔１４同士が固相接合する。この振動エネルギーを、下層側の正極金属箔１４に順次付与していくことによって、第１のホーン４０Ａ側に位置する少なくとも複数層の正極金属箔１４を固相接合する（第１の接合工程）。これにより、正極金属箔１４間に、第１の接合部６０Ａが形成される。
また、アンビル５０にグリップされた正極リード２０と、正極リード２０に接する正極金属箔１４との間にも摩擦力が発生するため、正極リード２０と接する正極金属箔１４側からも、正極金属箔１４間に接合部７０Ａが形成される。
ここで、第１の接合工程では、超音波接合の条件として、第１のホーン４０Ａと接触する表層の正極金属箔１４が破れない条件で行う。具体的には、第１のホーン４０Ａに印加される超音波振動の単位面積当たりのエネルギー（振動数、及び／又は振幅）を、正極金属箔１４が破れない条件に設定して行う。
また、第１の接合工程における超音波接合の条件として、第１のホーン４０Ａに印加される単位面積当たりの押圧力を、正極金属箔１４が破れない条件に設定して行ってもよい。
図９（ｂ）は、第１の接合工程の後、第１のホーン４０Ａを外した状態を示した図である。図９（ｂ）に示すように、第１のホーン４０Ａ側に、複数層の正極金属箔１４が固相接合された第１の接合部６０Ａが形成されている。この第１の接合部６０Ａは、複数層の正極金属箔１４が重なった厚みを有するため、強度的に強くなっている。
次に、図９（ｃ）に示すように、積層された正極金属箔１４を、第２のホーン４０Ｂ及びアンビル５０で挟み込む。なお、第２のホーン４０Ｂは、第１のホーン４０Ａよりも幅が狭くなっており、第１の接合工程で形成された第１の接合部６０Ａの領域内に配置される。
次に、図１０（ａ）に示すように、第２のホーン４０Ｂを矢印の方向に押圧力Ｆ２で押圧した状態で、第２のホーン４０Ｂに、正極金属箔１４の平面と平行な方向Ｘに超音波振動を加える。
第２のホーン４０Ｂに超音波振動が加えられると、第２のホーン４０Ｂにグリップされた第１の接合部６０Ａは、第２のホーン４０Ｂに同調として、振動エネルギーが付与される。これにより、第１の接合部６０Ａと、下層側の正極金属箔１４との間に摩擦力が発生し、第１の接合部６０Ａと正極金属箔１４とが固相接合する。この振動エネルギーを、下層側の正極金属箔１４に順次付与していくことによって、複数層の正極金属箔１４が固相接合された第２の接合部６０Ｂが形成される。同様に、正極リード２０側にも、複数層の正極金属箔１４が固相接合された接合部７０Ｂが形成される。そして、第２の接合部６０Ｂ、７０Ｂを、それぞれ上下に拡げていくことにより、最終的に、正極金属箔１４の全層を固相接合する（第２の接合工程）。
ここで、第２の接合工程は、第１の接合工程において接合された接合領域の範囲内において行われる。すなわち、第２の接合工程において、超音波振動を印加する際、応力の集中する第２のホーン４０Ｂの周縁部は、第１の接合工程で作成された第１の接合部６０Ａの領域内にある。そのため、第１の接合部６０Ａより下層側の正極金属箔１４は、第１の接合部６０Ａを介して第２のホーン４０Ｂと接触するため、第２のホーン４０の周縁部において、応力が集中するのを回避することができる。これにより、第１の接合部６０Ａより下層側の正極金属箔１４は、破れることなく、正極金属箔１４との間で固相接合される。すなわち、第１の接合工程で形成された第１の接合部６０Ａは、擬似的に、特許文献１に開示された板状の金属板１００（図４（ａ）を参照）と同じ作用を果たしている。
なお、本変形例において、積層された正極金属箔１４の接合部の形状は、図１０（ｂ）に示すように、正極金属箔１４の全層が固相接合された第２の接合部６０Ｂの領域Ｑが、複数の正極金属箔１４が固相接合された第１の接合部６０Ａの領域Ｐの範囲内にある。
次に、図１０（ｃ）に示すように、接合された正極金属箔１４と正極リード２０とを、第３のホーン４０Ｃとアンビル５０で挟み込んで、第３のホーン４０Ｃを矢印の方向に押圧力Ｆ３で押圧した状態で、第３のホーン４０Ｃに、正極金属箔１４の平面と平行な方向Ｘに超音波振動を加える。これにより、接合された正極金属箔１４と正極リード２０とを超音波接合する。
なお、第３のホーン４０Ｃは、第１のホーン４０Ａよりも幅が狭くなっており、第１の接合工程で形成された第１の接合部６０Ａの領域内に配置されていればよい。
以上、本変形例における二次電池の製造方法は、電極体１３から突出する複数の金属箔１４（１６）が積層されたタブが、リード２０（３０）を介して外部端子１５（１７）に接続された構造を備えた二次電池の製造方法であって、電極体１３を用意する工程（Ａ）と、積層された金属箔１４（１６）を超音波接合する工程（Ｂ）と、工程（Ｂ）の後、接合された金属箔１４（１６）の全層とリード２０（３０）とを超音波接合する工程（Ｃ）とを含む。
工程（Ｂ）は、積層された金属箔１４（１６）を、ホーン及びアンビルで挟み込んで押圧した状態で、前記ホーンに、超音波振動を加えることによって行われ、積層された金属箔１４（１６）のうち、ホーン側に位置する少なくとも複数層の金属箔１４（１６）を固相接合する第１の接合工程と、第１の接合工程の後、積層された金属箔１４（１６）の全層を固相接合する第２の工程とを有し、第２の接合工程は、第１の接合工程において接合された接合領域の範囲内において行われる。
これにより、積層され金属箔１４（１６）とリード２０（３０）との超音波接合において、金属箔１４（１６）の損傷を抑制することができる。その結果、品質に優れた二次電池を提供することができる。
また、本変形例における二次電池は、電極体１３から延出した複数の金属箔１４（１６）が積層されたタブが、リード２０（３０）を介して外部端子１５（１７）に接続された構造を備え、積層された金属箔１４（１６）及びリード２０（３０）は、固相接合された超音波接合部を有している。そして、超音波接合部は、積層された金属箔１４（１６）のうち、少なくとも複数層の金属箔１４（１６）が固相接合された第１の接合部６０Ａと、積層された金属箔１４（１６）の全層が固相接合された第２の接合部６０Ｂとを有し、第２の接合部６０Ｂは、第１の接合部６０Ａの範囲内にある。
以上、本発明を好適な実施形態により説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、もちろん、種々の改変が可能である。例えば、上記実施形態では、電極体１３から延出した複数の金属箔１４（１６）が積層されたタブが、リード２０（３０）を介して外部端子１５（１７）に接続された構造を備えた二次電池を例に説明したが、同じ構造の電極体及びリードを備えた蓄電素子（例えば、コンデンサ）にも、本発明を適用することができる。
また、本発明は、複数の積層された金属箔を接合する接合方法にも適用することができる。すなわち、当該接合は、積層された金属箔を、ホーン及びアンビルで挟み込んで押圧した状態で、ホーンに、超音波振動を加える超音波接合により行われ、超音波接合は、積層された金属箔のうち、ホーン側に位置する少なくとも複数層の金属箔を固相接合する第１の接合工程と、第１の接合工程の後、積層された金属箔の全層を固相接合する第２の接合工程とを有し、第２の接合工程は、第１の接合工程において接合された接合領域の範囲内において行われる。
また、このような超音波接合により固相接合された接合体は、積層された金属箔のうち、少なくとも複数層の金属箔が固相接合された第１の接合部と、積層された金属箔の全層が固相接合された第２の接合部とを有し、第２の接合部は、第１の接合部の範囲内にある。
また、本発明は、積層された金属箔と板状の金属板とを接合する接合方法にも適用することができる。すなわち、当該方法は、積層された金属箔を超音波接合する工程（Ａ）と、工程（Ｂ）の後、接合された金属箔の全層と前記金属板とを超音波接合する工程（Ｂ）とを含み、工程（Ａ）は、積層された金属箔を、ホーン及びアンビルで挟み込んで押圧した状態で、ホーンに超音波振動を加えることによって行われる。そして、工程（Ａ）は、積層された金属箔のうち、ホーン側に位置する少なくとも複数層の金属箔を固相接合する第１の接合工程と、第１の接合工程の後、積層された金属箔の全層を固相接合する第２の接合工程とを有し、第２の接合工程は、第１の接合工程において接合された接合領域の範囲内において行われる。
１０ 二次電池（蓄電素子）
１１ 電池ケース
１２ 封口板
１３ 電極体
１４ 正極金属箔
１５ 正極外部端子
１６ 負極金属箔
１７ 負極外部端子
２０ 正極リード
３０ 負極リード
４０ ホーン
４０Ａ 第１のホーン
４０Ｂ 第２のホーン
４０Ｃ 第３のホーン
４１Ａ、４１Ｂ 凸部
４２Ａ、４２Ｂ 凹部
５０ アンビル
６０Ａ 第１の接合部
６０Ｂ 第２の接合部
１００ 金属板

Claims (12)

  1. 電極体から延出した複数の金属箔が積層されたタブが、リードを介して外部端子に接続された構造を備えた蓄電素子の製造方法であって、
    前記電極体を用意する工程（Ａ）と、
    前記複数の積層された金属箔と、前記リードとを、超音波接合する工程（Ｂ）と、
    を含み、
    前記工程（Ｂ）は、前記積層された金属箔と前記リードとを、ホーン及びアンビルで挟み込んで押圧した状態で、前記ホーンに、超音波振動を加えることによって行われ、
    前記工程（Ｂ）は、
    前記積層された金属箔のうち、前記ホーン側に位置する少なくとも複数層の金属箔を固相接合し、前記複数層の金属箔が固相接合された第１の接合部を形成する第１の接合工程と、
    前記第１の接合工程の後、前記第１の接合部と、前記アンビル側に位置する複数層の金属箔を固相接合し、前記アンビル側に位置する複数層の金属箔が固相接合された第２の接合部を形成することにより、前記積層された金属箔の全層と前記リードとを固相接合する第２の接合工程と
    を有し、
    前記第２の接合工程における第２のホーンは、前記第１の接合工程における第１のホーンよりも幅が狭く、かつ、前記第１の接合工程で形成された前記第１の接合部の前記積層された金属箔の表層の金属箔側から見た領域内に配置され、
    前記第２の接合部の領域は、前記第１の接合部の前記積層された金属箔の表層の金属箔側から見た領域の範囲内に形成される、蓄電素子の製造方法。
  2. 前記第１の接合工程における前記超音波振動の単位面積当たりのエネルギーは、前記第２の接合工程における超音波振動の単位面積当たりのエネルギーよりも小さい、請求項１に記載の蓄電素子の製造方法。
  3. 前記第１の接合工程における前記積層された金属箔及び前記リードに対する単位面積当たりの押圧力は、前記第２の接合工程における前記積層された金属箔及び前記リードに対する単位面積当たりの押圧力よりも小さい、請求項１に記載の蓄電素子の製造方法。
  4. 前記ホーンは、前記積層された金属箔側の面において、複数の凸部が設けられており、
    前記第１の接合工程における前記ホーンの凸部の高さは、前記第２の接合工程における前記ホーンの凸部の高さよりも低い、請求項１に記載の蓄電素子の製造方法。
  5. 電極体から延出した複数の金属箔が積層されたタブが、リードを介して外部端子に接続された構造を備えた蓄電素子の製造方法であって、
    前記電極体を用意する工程（Ａ）と、
    前記積層された金属箔を超音波接合する工程（Ｂ）と、
    前記工程（Ｂ）の後、接合された前記金属箔の全層と前記リードとを超音波接合する工程（Ｃ）と
    を含み、
    前記工程（Ｂ）は、前記積層された金属箔を、ホーン及びアンビルで挟み込んで押圧した状態で、前記ホーンに、超音波振動を加えることによって行われ、
    前記工程（Ｂ）は、
    前記積層された金属箔のうち、前記ホーン側に位置する少なくとも複数層の金属箔を固相接合し、前記複数層の金属箔が固相接合された第１の接合部を形成する第１の接合工程と、
    前記第１の接合工程の後、前記第１の接合部と、前記アンビル側に位置する複数層の金属箔を固相接合し、前記アンビル側に位置する複数層の金属箔が固相接合された第２の接合部を形成することにより、前記積層された金属箔の全層を固相接合する第２の接合工程とを有し、
    前記第２の接合工程における第２のホーンは、前記第１の接合工程における第１のホーンよりも幅が狭く、かつ、前記第１の接合工程で形成された前記第１の接合部の前記積層された金属箔の表層の金属箔側から見た領域内に配置され、
    前記第２の接合部の領域は、前記第１の接合部の前記積層された金属箔の表層の金属箔側から見た領域の範囲内に形成される、蓄電素子の製造方法。
  6. 前記蓄電素子は、二次電池からなる、請求項１～５何れかに記載の蓄電素子の製造方法。
  7. 電極体から延出した複数の金属箔が積層されたタブが、リードを介して外部端子に接続された構造を備えた蓄電素子であって、
    前記積層された金属箔及び前記リードは、固相接合された超音波接合部を有し、
    前記超音波接合部は、第１の接合部と第２の接合部とを有し、
    前記第１の接合部は、
    積層された金属箔の積層方向の一端部において、前記リードと直接接触していない少なくとも複数層の金属箔が固相接合された一端側の接合部と、
    積層された金属箔の積層方向の他端部において、前記リードと直接接触している少なくとも複数層の金属箔と前記リードとが固相接合された他端側の接合部と、
    を備え、
    前記第２の接合部は、前記一端側の接合部と前記他端側の接合部との間にある複数層の金属箔が固相接合された接合部を備え、
    前記第２の接合部の領域は、前記第１の接合部の領域よりも幅が狭く、かつ、前記第１の接合部の前記積層された金属箔の表層の金属箔側から見た領域の範囲内にある、蓄電素子。
  8. 前記第１の接合部及び前記第２の接合部の表面には、それぞれ複数の凹部が形成されており、
    前記第１の接合部における前記凹部の深さは、前記第２の接合部における前記凹部の深さよりも浅い、請求項７に記載の蓄電素子。
  9. 前記蓄電素子は、二次電池からなる、請求項７または８に記載の蓄電素子。
  10. 複数の積層された金属箔を接合する接合方法であって、
    前記接合は、前記積層された金属箔を、ホーン及びアンビルで挟み込んで押圧した状態で、前記ホーンに、超音波振動を加える超音波接合により行われ、
    前記超音波接合は、
    前記積層された金属箔のうち、前記ホーン側に位置する少なくとも複数層の金属箔を固相接合し、前記複数層の金属箔が固相接合された第１の接合部を形成する第１の接合工程と、
    前記第１の接合工程の後、前記第１の接合部と、前記アンビル側に位置する複数層の金属箔を固相接合し、前記アンビル側に位置する複数層の金属箔が固相接合された第２の接合部を形成することにより、前記積層された金属箔の全層を固相接合する第２の接合工程と
    を有し、
    前記第２の接合工程における第２のホーンは、前記第１の接合工程における第１のホーンよりも幅が狭く、かつ、前記第１の接合工程で形成された前記第１の接合部の前記積層された金属箔の表層の金属箔側から見た領域内に配置され、
    前記第２の接合部の領域は、前記第１の接合部の前記積層された金属箔の表層の金属箔側から見た領域の範囲内に形成される、金属箔の接合方法。
  11. 複数の積層された金属箔が超音波接合により固相接合された金属箔接合体であって、
    複数層の金属箔が固相接合された第１の接合部と第２の接合部とを有し、
    前記第１の接合部は、
    積層された金属箔の積層方向の一端部において、少なくとも複数層の金属箔が固相接合された一端側の接合部と、
    積層された金属箔の積層方向の他端部において、少なくとも複数層の金属箔とリードとが固相接合された他端側の接合部と、
    を備え、
    前記第２の接合部は、前記一端側の接合部と前記他端側の接合部との間にある複数層の金属箔が固相接合された接合部を備え、
    前記第２の接合部の領域は、前記第１の接合部の領域よりも幅が狭く、かつ、前記第１の接合部の前記積層された金属箔の表層の金属箔側から見た領域の範囲内にある、金属箔接合体。
  12. 積層された金属箔と板状の金属板とを接合する接合方法であって、
    前記積層された金属箔を超音波接合する工程（Ａ）と、
    前記工程（Ａ）の後、接合された前記金属箔の全層と前記金属板とを超音波接合する工程（Ｂ）と
    を含み、
    前記工程（Ａ）は、前記積層された金属箔を、ホーン及びアンビルで挟み込んで押圧した状態で、前記ホーンに、超音波振動を加えることによって行われ、
    前記工程（Ａ）は、
    前記積層された金属箔のうち、前記ホーン側に位置する少なくとも複数層の金属箔を固相接合し、前記複数層の金属箔が固相接合された第１の接合部を形成する第１の接合工程と、
    前記第１の接合工程の後、前記第１の接合部と、前記アンビル側に位置する複数層の金属箔を固相接合し、前記アンビル側に位置する複数層の金属箔が固相接合された第２の接合部を形成することにより、前記積層された金属箔の全層を固相接合する第２の接合工程とを有し、
    前記第２の接合工程における第２のホーンは、前記第１の接合工程における第１のホーンよりも幅が狭く、かつ、前記第１の接合工程で形成された前記第１の接合部の前記積層された金属箔の表層の金属箔側から見た領域内に配置され、
    前記第２の接合部の領域は、前記第１の接合部の前記積層された金属箔の表層の金属箔側から見た領域のみの範囲内に形成される、金属複合体の接合方法。
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