JPH07105946A - 電池用極板の製造法およびその極板を用いた電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 長尺状の金属箔上に塗着した活物質の一部を
除去して金属箔が露出した部分に、短冊形のリード板を
超音波溶接した極板に関し、前記リード板が金属箔上の
正規の位置に、高い強度で溶接された極板を提供する。 【構成】 活物質を塗着した金属箔の露出部分と短冊形
リード板とを超音波溶接する際、超音波ホーンの加圧面
に複数の凸部を設けているとともに、前記凸部の表面に
細かい凹凸部を多数設けたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電池用極板の、とくに
長尺状の金属箔に活物質を塗着するとともに、前記金属
箔の一部に短冊形のリード板を溶接した極板の製造法と
その極板を用いた電池に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】民生用電子機器のポータブル化、コード
レス化が急速に進むとともに、これらの機器の駆動用電
源として、軽量かつ高エネルギー密度を有する電池の開
発が盛んに行われている。

【０００３】これらの中で、非水電解液二次電池、なか
でもリチウム二次電池は軽量、高電圧、高エネルギー密
度を実現する電池として要望が高い。

【０００４】ここで、円筒形リチウム二次電池では、長
尺状の正、負極板をセパレータを介して渦巻状に巻回し
た極板群を用いている。

【０００５】図３に、長尺状の正、負極板の側面図を示
す。円筒形リチウム二次電池用正極板は、長尺状の金属
箔１（アルミ箔）の上に、ペースト状活物質２としてコ
バルト酸リチウムと所定の導電材、結着剤および増粘剤
を混合したものを塗着している。

【０００６】また、この金属箔１の一端部に、金属箔の
短辺方向と平行に、活物質を除去して金属箔が露出した
長方形部分３を形成し、この長方形部分３の上に、短冊
形のリード板４を超音波溶接している。

【０００７】負極板では、長尺状の金属箔１（銅箔）の
上に、ペースト状活物質２（カーボンと所定の結着剤と
増粘剤とを混合したもの）を塗着している。

【０００８】そして、正極板と同様、金属箔１の一端部
に、金属箔の短辺方向と平行に、活物質を除去して金属
箔が露出した長方形部分３を形成し、この露出部分３の
上に、短冊形のリード板４を超音波溶接している。

【０００９】金属箔とリード板との溶接に、超音波溶接
法を用いるのは、次の理由による。第１に金属箔の厚み
が１mm以下と薄いため、前記溶接を電気抵抗溶接法（ス
ポット溶接法）によって行った場合には、一点に大電流
を短時間に流すので金属箔の一部に穴が開き、金属箔と
リード板の溶接部分の強度が著しく低下することがあっ
た。

【００１０】一方、超音波溶接法では、金属箔とリード
板において、それぞれの面どうしを溶接するものである
ため、厚みの薄い金属箔を用いた場合でも金属箔に穴が
開くことなく、強度の優れた溶接を行うことができる。

【００１１】また、金属箔に短冊状のリード板を溶接す
る場合、スポット溶接法では点による溶接であるため、
複数回、溶接を行わなければならなく、溶接に時間がか
かっていたが、超音波溶接法では、面による溶接である
ため、帯形の溶接部分を形成することにより、１回で溶
接を終了することができる。

【００１２】さらに、超音波溶接法では、異種合金間の
接合に幅広く適応できるとともに、スポット溶接法のよ
うに溶接部分からその周囲への熱影響がほとんどない。

【００１３】次に、短冊形のリード板と、金属箔上の活
物質の一部を除去して金属箔が露出した部分とを、超音
波溶接する時の様子を、図４を用いて説明する。

【００１４】長尺状の金属箔１の上に、活物質２を塗着
するとともに、その一端部に、金属箔の短辺方向と平行
に、活物質を除去して金属箔が露出した長方形部分３を
形成した後、この露出部分３を、超音波溶接機の鉄敷
（アンビル）５の上に設置する。

【００１５】前記鉄敷（アンビル）の上面には、図５に
示したように細かい凹凸部が多数設けられており、前記
露出部分３が鉄敷上で位置ずれしないようにしている。

【００１６】ついで、前記露出部分３の上に短冊形のリ
ード板４を載せた後、前記露出部分３とリード板４と
を、超音波ホーン６に取り付けられ長方形の加圧面７に
より、加圧しながら超音波振動を与えて、これらを溶接
している。ここで、超音波ホーン６の加圧面７には、図
６（Ａ）にその側面図を、図６（Ｂ）にその底面図を示
したように、一面に細かい凹凸部が多数設けられてお
り、この加圧面７がリード板の上面を加圧しながら超音
波振動を与えて、リード板４上には前記加圧面７に対応
した長方形の溶接部分８が形成される。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記に
示したようなリード板と金属箔との超音波溶接では、と
くに負極板を作製する場合、負極板に用いる金属箔は銅
箔であり、正極板に用いるアルミ箔よりも固いため、次
のような問題が生じていた。すなわち、銅箔とリード板
とを、長方形の加圧面により加圧しながら超音波振動を
与えると、加圧力が弱いために銅箔上でリード板がスリ
ップして位置ずれを起こし、銅箔にリード板が溶接され
なかったり、位置ずれを起こした状態のまま銅箔にリー
ド板が溶接されていた。

【００１８】そして、位置ずれを起こした状態で溶接さ
れた場合には、リード板と銅箔との溶接強度が低下し、
簡単に銅箔からリード板がはずれていた。

【００１９】また、銅箔に対するリード板の位置ずれが
大きい場合には、その負極板を用いた極板群では、円筒
の電池ケース内に収納できないため、電池が構成できな
いことがあった。

【００２０】このように銅箔上でリード板がスリップす
ることを防止するために、超音波ホーンの加圧面の加圧
力を増大することが考えられる。しかし、この場合には
銅箔やリード板を加圧面に設けた細かい凹凸部が貫通し
てこれらの溶接部分を損傷させることがあり、銅箔とリ
ード板との溶接部分の強度が著しく低下していた。

【００２１】また、超音波ホーンの加圧面の加圧力を増
大することにより、その圧力の影響で、銅箔とリード板
との溶接部分に隣接した活物質塗着部分に亀裂が生じ、
極板の活物質保持力が低下して電池の寿命特性等を低下
させていた。

【００２２】本発明は、このような課題を解決するもの
であり、長尺状の金属箔上に塗着した活物質の一部を除
去して金属箔が露出した部分に短冊形のリード板を超音
波溶接した極板に関し、前記リード板が金属箔上の正規
の位置に、高い強度で溶接された極板を提供するもので
ある。

【００２３】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明の電池用極板の製造法は、金属箔上に活物
質を塗着するとともにその活物質の一部を除去して金属
箔の露出部分を形成する工程と、前記金属箔の露出部分
と短冊状のリード板とを重ねて金敷（アンビル）の細か
い凹凸部を多数設けた上面の上に設置する工程と、前記
リード板と金属箔の露出部分との重ね部分を、超音波溶
接機の超音波ホーンで加圧しながら超音波振動を加えて
溶接する工程とからなる極板の製造法であって、前記超
音波ホーンの加圧面は、前記金属箔の露出部分と合致す
る大きさの方形であって、複数の凸部が間隔をおいて、
一列に配置され、かつその各凸部表面に細かい凹凸部を
多数設けたものである。

【００２４】また、本発明の電池は、長尺状の金属箔上
に塗着した活物質の一部を除去した金属箔の露出長方形
部分に短冊形のリード板を超音波溶接した正、負極板の
うち、少なくとも一方の極板において、金属箔とリード
板との溶接部分が、間隔をおいて縦一列に複数個配置さ
れた四角形の小溶接部からなり、前記短冊形リード板の
横寸法に対して前記四角形の小溶接部の横寸法の占める
比率が４０％〜９０％であるものである。

【００２５】

【作用】本発明の電池用極板の製造法では、短冊形のリ
ード板と金属箔とを超音波溶接機の超音波ホーンの加圧
面により加圧しながら超音波振動を与える場合、前記長
音波ホーンの加圧面に、複数の凸部を間隔をおいて一列
に配しているとともに、前記凸部の表面に細かい凹凸部
を多数設けている。

【００２６】したがって、リード板と金属箔とを加圧す
る場合には、超音波ホーンの加圧面に一列に配されてい
る凸部のみがリード板の上面から接触するので、加圧面
積が従来より小さくなる。そして、これにともなって前
記加圧面を加圧する際の圧力を増大することができ、金
属箔上でリード板がスリップすることなく、リード板を
金属箔上の正規の位置に、高い強度で溶接することがで
きる。

【００２７】また、金属箔とリード板との溶接部は、超
音波ホーンの加圧面に配された凸部により形成されるた
め、この凸部の底面の形状を四角形にすることにより、
前記溶接部は、間隔をおいて縦一列に複数個配置された
四角形の小溶接部になる。

【００２８】そして、四角形の各小溶接部の横寸法を、
短冊形リード板の横寸法に対して４０％〜９０％として
いる。したがって、溶接部分の面積を小さくしているの
で、超音波ホーンの加圧時に、金属箔とリード板との溶
接部分に隣接した活物質塗着部分に亀裂が生じることは
ない。

【００２９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照にしなが
ら説明する。

【００３０】図１に、本発明の円筒形リチウム二次電池
用負極板を示す。図１に示したように、本発明の負極板
は、縦４０mm、横４００mm、厚み２０μｍの長尺状の金
属箔１（銅箔）上に、ペースト状活物質２（カーボンと
所定の結着剤と増粘剤とを混合したもの）を塗着すると
ともに、前記金属箔１の一端部に、金属箔の縦方向と平
行に、活物質を除去して金属箔が露出した長方形部分３
を形成する。ここで、この金属箔の露出部分３の大きさ
は、縦４０mm、横６mmである。

【００３１】そして、露出部分３を、図４に示した超音
波溶接機の鉄敷（アンビル）５の上に設置した後、この
露出部分３の上に、縦５５mm、横４mm、厚み１００μｍ
のニッケル製短冊形リード板４を載せる。

【００３２】前記鉄敷（アンビル）５の上面には、図５
に示したように細かい凹凸部が一面に設けられており、
これらの凹凸部のピッチ（隣り合う凸部間の距離）は
０．０７mmであり、深さ（凹部の底部と凸部の頂点との
距離）は０．０１mmである。

【００３３】ついで、前記露出部分３と短冊形リード板
４とを、図２に示した加圧面７を有する超音波ホーン６
により加圧しながら超音波振動を与えてこれらを溶接す
る。ここで、この超音波ホーン６の加圧面７は、図２
（Ａ）にその側面図を、図２（Ｂ）にその底面図を示し
たように、縦３５mm、横３mmの長方形であり、その表面
には縦１mm、横３mmの凸部９が相互に７．５mmの間隔を
おいて５個、一列に並べられている。そして、各凸部９
の表面には、細かい凹凸部１０が多数設けられており、
これらの凹凸部１０のピッチ（隣り合う凸部間の距離）
は０．２mmであり、深さ（凹部の底部と凸部の頂点との
距離）は０．１mmとしている。

【００３４】このようにして、金属箔１にリード板４を
超音波溶接した負極板では、図１に示したように、リー
ド板４上に、縦１mm、横３mmの四角形の小溶接部１１が
５個、一列に形成されている。

【００３５】次に、図７に示したように、この長尺状の
負極板１２と公知の長尺状の正極板１３とを、セパレー
タ１４を介して渦巻状に巻回し、極板群１５を構成し
た。

【００３６】そして、極板群１５を絶縁リング１６が底
部に敷かれたニッケルメッキ鋼板製の電池ケース１７内
に収納するとともに、負極用リード板４の先端部を電池
ケース１７の底部に接続し、もう１枚の絶縁リング１６
を極板群１５の上面に載置した。また、電池ケース１７
の上部に溝入れを行った後、正極用リード板４の先端部
を、絶縁パッキング１８が外周部に接着された封口板１
９の底面に接続した。ついで、極板群１５の上面中心部
から炭酸ジエチルなどを含んだ有機電解液を注液し、最
後に封口板１９を電池ケース１７の開口縁にはめ込み、
この開口縁をかしめ封口して円筒形リチウム二次電池を
作製した。そして、これを本発明の電池とした。

【００３７】また、図３に示したような従来の負極板を
用いて、その他は本発明と同様の円筒形リチウム二次電
池を作製し、これを従来の電池とした。

【００３８】そして、このようにして本発明と従来の電
池を１０００個ずつ作製するとともに、このとき、負極
板における負極用リード板の位置ずれのために、電池の
作製が不可能だった不良品の個数を調べた。

【００３９】この結果を（表１）に示す。

【００４０】

【表１】

【００４１】（表１）に示したように、従来の電池で
は、負極板用銅箔とリード板とを超音波溶接する際に、
銅箔上においてリード板がスリップすることによるリー
ド板の位置ずれが発生し、１０００個中１２個の電池が
作製不可能であった。しかし、本発明の電池では、リー
ド板がすべて銅箔上の正規の位置に、溶接されており、
負極用リード板の位置ずれによる不良品は無かった。

【００４２】また、本発明と従来の負極板をそれぞれ２
０個ずつ作製し、これらの各極板において、銅箔からリ
ード板を故意に剥がして銅箔が破断した部分を作った。
そして、この銅箔が破断した部分の面積と、超音波ホー
ンの加圧面の面積とを比較し、前記破断部分の、超音波
ホーンの加圧面積に対する比率を算出して、その平均値
を（表１）に示した。

【００４３】（表１）に示したように、従来の電池で
は、銅箔が破断した部分の面積は、超音波ホーンの加圧
面積に対して６９％であった。これは、銅箔と短冊形リ
ード板とを、超音波ホーンの長方形の加圧面によって溶
接したにもかかわらず、全加圧面積中の約３０％が溶接
されていないことを意味する。これは、超音波溶接時の
加圧力が弱いために、銅箔上でリード板がスリップして
銅箔とリード板とが溶接されていない部分が生じたと考
えられる。

【００４４】これに対して、本発明の電池では、超音波
溶接時の加圧力が従来より強くなり超音波ホーンの加圧
面に対して溶接されていない部分はなく、銅箔上にリー
ド板が確実に溶接されていた。

【００４５】なお、本実施例では、短冊形リード板の横
寸法を４mmとし、超音波ホーンの加圧面の横寸法を３mm
として、短冊形リード板の横寸法に対して、リード板上
にある四角形の小溶接部の横寸法の比率を７５％とし
た。

【００４６】ここで、この短冊形リード板の横寸法に対
する四角形の小溶接部の横寸法の比率が９０％を超える
と、金属箔とリード板との溶接部分の面積が大き過ぎる
ため、この溶接部分に隣接した活物質塗着部分に亀裂が
生じていた。

【００４７】また、この比率が４０％未満では、リード
板と金属箔との溶接強度が著しく低下し、金属箔からリ
ード板が容易にはずれていた。

【００４８】したがって、短冊形リード板の横寸法に対
する四角形の小溶接部の横寸法の比率は、４０％〜９０
％の範囲であることが好ましい。

【００４９】また、超音波ホーンの加圧面の変更にとも
ない、この加圧面とこれに対面する鉄敷（アンビル）と
に設けた細かい凹凸部のピッチ（隣り合う凸部間の距
離）と、深さ（凹部の底部と凸部の頂点との距離）の検
討を行った。この結果、超音波ホーンの加圧面のピッチ
の平均値は０．１〜０．５mm、深さの平均値は０．０５
〜０．２５mmであり、鉄敷（アンビル）のピッチの平均
値は０．０５〜０．３mm、深さの平均値は０．０１〜
０．１５mmであることが好ましい。

【００５０】また、本実施例では、銅箔にリード板を超
音波溶接したが、これ以外に、ニッケル箔や鉄箔にリー
ド板を超音波溶接する場合も同様の効果が得られた。

【００５１】

【発明の効果】以上のように、本発明の電池用極板の製
造法は、活物質を塗着した金属箔の露出部分と短冊形リ
ード板とを超音波溶接する際、超音波ホーンの加圧面に
複数の凸部を設けているとともに、前記凸部の表面に細
かい凹凸部を多数設けたものである。

【００５２】これにより、短冊形リード板と金属箔との
溶接部分の面積を小さくして超音波ホーンの加圧面の加
圧力を従来より増大することができ、金属箔上でリード
板がスリップして位置ずれすることなく、リード板を金
属箔上の正規の位置に、高い強度で溶接することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の極板を示す図

【図２】（Ａ）本発明の超音波溶接機の加圧面の側面図 （Ｂ）同底面図

【図３】従来の極板を示す図

【図４】超音波溶接機の概略図

【図５】超音波溶接機の鉄敷（アンビル）の上面図

【図６】（Ａ）従来の超音波溶接機の加圧面の側面図 （Ｂ）同底面図

【図７】同円筒形リチウム二次電池の縦断面図

【符号の説明】

１ 金属箔 ２ 活物質 ３ 金属箔が露出した長方形部分 ４ 短冊形リード板 ５ 鉄敷（アンビル） ６ 超音波ホーン ７ 超音波ホーンの加圧面 ８ 溶接部分 ９ 超音波ホーンの加圧面上に一列に配した複数の凸部 １０ 超音波ホーンの加圧面上にある凸部の表面に設け
た細かい凹凸部 １１ 金属箔とリード板とを溶接している四角形の小溶
接部 １２ 負極板 １３ 正極板 １４ セパレータ １５ 極板群 １６ 絶縁リング １７ 電池ケース １８ 絶縁パッキング １９ 封口板

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属箔上に活物質を塗着するとともに、
   その活物質の一部を除去して、金属箔の露出部分を形成
   する工程と、 前記金属箔の露出部分と短冊状のリード板とを重ねて鉄
   敷（アンビル）の細かい凹凸部を多数設けた上面の上に
   設置する工程と、 前記リード板と金属箔の露出部分との重ね部分を、超音
   波溶接機の超音波ホーンで加圧しながら超音波振動を加
   えて溶接する工程とからなる極板の製造法であって、 前記超音波ホーンの加圧面は、前記金属箔の露出部分と
   合致する大きさの方形であって複数の凸部が間隔をおい
   て、一列に配置され、かつその各凸部表面に細かい凹凸
   部を多数設けた電池用極板の製造法。
2. 【請求項２】 超音波ホーンの加圧面に配された凸部の
   表面に設けた細かい凹凸部は、そのピッチの平均値が
   ０．１〜０．５mm、深さの平均値が０．０５〜０．２５
   mmである請求項１記載の電池用極板の製造法。
3. 【請求項３】 鉄敷（アンビル）の上面に設けられた細
   かい凹凸部は、そのピッチの平均値が０．０５〜０．３
   ０mm、深さの平均値が０．０１〜０．１５である請求項
   １記載の電池用極板の製造法。
4. 【請求項４】 金属箔上に活物質を塗着するとともに、
   前記金属箔の短辺方向と平行に設けた、金属箔の露出長
   方形部分に短冊形のリード板を超音波溶接した正、負の
   両極板を、相互の間にセパレータを介在して渦巻状に巻
   回した電池であって、前記正、負両極板のうち少なくと
   も一方の極板の金属箔とリード板との溶接部分は、細か
   な溶接部が集合した小溶接部の複数個が間隔をおいて縦
   一列に並んでいる電池。
5. 【請求項５】 間隔をおいて縦一列に並んだ各小溶接部
   は四角形であり、前記短冊形リード板の横寸法に対し
   て、前記四角形の小溶接部の横寸法の占める比率が４０
   ％〜９０％である請求項４記載の電池。