JPWO2013105361A1 - Ultrasonic welding tip, ultrasonic welding machine, and battery manufacturing method - Google Patents
Ultrasonic welding tip, ultrasonic welding machine, and battery manufacturing method Download PDFInfo
- Publication number
- JPWO2013105361A1 JPWO2013105361A1 JP2013553208A JP2013553208A JPWO2013105361A1 JP WO2013105361 A1 JPWO2013105361 A1 JP WO2013105361A1 JP 2013553208 A JP2013553208 A JP 2013553208A JP 2013553208 A JP2013553208 A JP 2013553208A JP WO2013105361 A1 JPWO2013105361 A1 JP WO2013105361A1
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ultrasonic welding
- protrusions
- protrusion
- chamfered
- negative electrode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
- B23K20/10—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating making use of vibrations, e.g. ultrasonic welding
- B23K20/106—Features related to sonotrodes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
- H01M50/531—Electrode connections inside a battery casing
- H01M50/536—Electrode connections inside a battery casing characterised by the method of fixing the leads to the electrodes, e.g. by welding
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/64—Carriers or collectors
- H01M4/66—Selection of materials
- H01M4/661—Metal or alloys, e.g. alloy coatings
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
- H01M50/531—Electrode connections inside a battery casing
- H01M50/538—Connection of several leads or tabs of wound or folded electrode stacks
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/74—Apparatus for manufacturing arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and for methods related thereto
- H01L2224/77—Apparatus for connecting with strap connectors
- H01L2224/7725—Means for applying energy, e.g. heating means
- H01L2224/773—Means for applying energy, e.g. heating means by means of pressure
- H01L2224/77313—Wedge
- H01L2224/77314—Shape
- H01L2224/77315—Shape of the pressing surface, e.g. tip or head
- H01L2224/77316—Shape of the pressing surface, e.g. tip or head comprising protrusions
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/74—Apparatus for manufacturing arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and for methods related thereto
- H01L2224/77—Apparatus for connecting with strap connectors
- H01L2224/7725—Means for applying energy, e.g. heating means
- H01L2224/773—Means for applying energy, e.g. heating means by means of pressure
- H01L2224/77343—Means for applying energy, e.g. heating means by means of pressure by ultrasonic vibrations
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
- H01L24/74—Apparatus for manufacturing arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies
- H01L24/77—Apparatus for connecting with strap connectors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
- H01M50/543—Terminals
- H01M50/562—Terminals characterised by the material
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
- H01M50/543—Terminals
- H01M50/564—Terminals characterised by their manufacturing process
- H01M50/566—Terminals characterised by their manufacturing process by welding, soldering or brazing
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Connection Of Batteries Or Terminals (AREA)
- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
Abstract
超音波溶接する際に被溶接部材に押し当てられるチップ(10)の加工面(11)には複数の突起が形成されている。加工面を正面から見たとき、複数の突起のうち最外周に配された少なくとも1つの突起は、その一方向の外寸法をAとしたときR≧A/6を満たす半径Rの円弧(121r)を周囲の輪郭線(121)上に有するように面取りされた面取り突起(120)である。これにより、超音波溶接によって被溶接部材である箔に破れが発生するのを低減することができる。A plurality of protrusions are formed on the processed surface (11) of the tip (10) pressed against the member to be welded when ultrasonic welding is performed. When the processed surface is viewed from the front, at least one protrusion arranged on the outermost periphery among the plurality of protrusions is an arc having a radius R that satisfies R ≧ A / 6 when the outer dimension in one direction is A (121r) ) On the surrounding contour line (121). Thereby, it can reduce that a tear generate | occur | produces in the foil which is a to-be-welded member by ultrasonic welding.
Description
本発明は、被溶接部材(いわゆる「ワーク」)に押し当てられ、被溶接部材に超音波振動を印加することにより被溶接部材を超音波溶接するための超音波溶接用チップに関する。また、本発明は、当該チップを備えた超音波溶接機に関する。更に、本発明は、当該チップを用いて超音波溶接を行う工程を有する電池の製造方法に関する。 The present invention relates to a tip for ultrasonic welding that is pressed against a member to be welded (so-called “workpiece”) and ultrasonically welds the member to be welded by applying ultrasonic vibration to the member to be welded. Moreover, this invention relates to the ultrasonic welding machine provided with the said chip | tip. Furthermore, this invention relates to the manufacturing method of the battery which has the process of performing ultrasonic welding using the said chip | tip.
リチウムイオン二次電池に代表される非水電解質電池は、エネルギー密度が高いという特徴から、携帯電話やノート型パーソナルコンピューター等の携帯機器の電源として広く用いられている。携帯機器の高性能化に伴ってリチウムイオン二次電池の更なる高容量化が進められている。エネルギー密度を更に向上させるため、アルミニウム箔等の金属箔を芯材とし、その内側面に接着層として熱融着性樹脂フィルムを積層した、可撓性を有するラミネートシートで外装したラミネート形リチウムイオン二次電池が多く使用されている。 A non-aqueous electrolyte battery represented by a lithium ion secondary battery is widely used as a power source for portable devices such as a mobile phone and a notebook personal computer because of its high energy density. With higher performance of portable devices, further increase in capacity of lithium ion secondary batteries is being promoted. In order to further improve the energy density, a laminated lithium ion sheathed with a flexible laminate sheet in which a metal foil such as an aluminum foil is used as a core material and a heat-fusible resin film is laminated as an adhesive layer on its inner surface Secondary batteries are often used.
ラミネート形リチウムイオン二次電池に内蔵される電極積層体としては、シート状の正極電極とシート状の負極電極とをセパレータを介して交互に積層したものが一般的である。 As an electrode laminated body incorporated in a laminated lithium ion secondary battery, a sheet-like positive electrode and a sheet-like negative electrode are alternately laminated via a separator in general.
図19は、一般的なラミネート形リチウムイオン二次電池60の概略構成を示した透視平面図である。図19において、61pは正極電極、61nは負極電極である。正極及び負極の電極61p,61nは、基材層として金属箔からなる集電体を有し、略矩形状の電極部71p,71nと、この電極部71p,71nの一辺から突出した耳部62p,62nとを備える。電極部71p,71nでは集電体の両面に活物質を含む電極合剤層が塗布形成されており、一方、耳部62p,62nには電極合剤層は塗布形成されていない。正極電極61pと負極電極61nとが、セパレータ66を介して交互に積層されて、電極積層体67を構成している。複数の正極電極61pの耳部62pは互いに重ね合わされてリードタブ63pと溶接部64pで溶接されている。同様に、複数の負極電極61nの耳部62nは互いに重ね合わされてリードタブ63nと溶接部64nで溶接されている。図19において、68は電極積層体67を収納する外装である。外装68は、柔軟性を有する2枚のラミネートシート(外装材)69からなる。2枚のラミネートシート69は、その外周端縁に沿ったヒートシール部69aで熱融着され封止される。
FIG. 19 is a perspective plan view showing a schematic configuration of a general laminate-type lithium ion
図20は、負極の溶接部64n及びその近傍の概略構成を示した厚さ方向に沿った断面図である。図20では、図面を簡単化するために、正極電極61pと負極電極61nとの間のセパレータ66及びラミネートシート69の図示を省略している。図20において、65pは正極集電体、66pは正極集電体65pの両面に塗布された正極合剤層であり、65nは負極集電体、66nは負極集電体65nの両面に塗布された負極合剤層である。負極耳部62nを構成する複数の負極集電体65nが負極リードタブ63n上に重ね合わされて、溶接部64nにてこれらが一体的に溶接されている。図示を省略するが、正極の溶接部64pの構成も図20と実質的に同じである(例えば、特許文献1参照)。
FIG. 20 is a cross-sectional view along the thickness direction showing a schematic configuration of the
正極集電体65pとしては一般に厚さ15μm程度のアルミニウム箔が使用され、正極リードタブ63pとしては厚さ200μm程度のアルミニウムの薄板が使用される。一方、負極集電体65nとしては一般に厚さ10μm程度の銅箔が使用され、負極リードタブ63nとしては厚さ200μm程度のニッケルメッキした銅の薄板が使用される。
As the positive electrode
耳部62p,62nを構成する集電体65p,65nとリードタブ63p,63nとの溶接部64p,64nでの溶接は、一般に超音波溶接法が使用される。
In general, ultrasonic welding is used to weld the
図21を用いて超音波溶接法を説明する。図21では、負極溶接部64nを形成する場合を示しているが、正極溶接部64pもこれと実質的に同じである。
The ultrasonic welding method will be described with reference to FIG. Although FIG. 21 shows a case where the
図21に示すように、アンビル50の上面51に、リードタブ63n、耳部62nを構成する複数の負極集電体65nを順に重ね合わせ、更に負極集電体65n上にチップ10を載置する。チップ10とアンビル50との間のリードタブ63n及び負極集電体65nを圧縮するようにチップ10を負極集電体65nに荷重Fで押し付けながら、荷重Fの向きとは直交する方向に振動する超音波振動Sをチップ10に印加する。チップ10を介して印加された超音波振動によって複数の負極集電体65n及びリードタブ63nの各界面が摩擦熱により加熱され溶接部64n(図19、図20参照)が形成される。
As shown in FIG. 21, a plurality of negative electrode
超音波振動のエネルギーが被溶接部材である負極集電体65n及びリードタブ63nに効率よく印加されるように、チップ10の負極集電体65nに当接する面(以下、「加工面」という)11、及び、アンビル50のリードタブ63nに当接する面(以下、「保持面」という)51には、それぞれ所定形状の微細な凹凸が形成されている。
A surface (hereinafter referred to as “processed surface”) 11 of the
図22Aはチップ10の加工面11の形状の一例を示した平面図、図22Bはその正面図である。これらの図に示されているように、加工面11には、四角錐台形状(四角錐の頂部を、その底面と平行な面に沿って切り落とした形状)を有する複数の突起910が、縦横方向に格子状に配置されている。複数の突起910の形状及び寸法は同じである。
22A is a plan view showing an example of the shape of the processed
図22A及び図22Bに示したチップ10の加工面11を図21に示したように負極集電体65nに押し当てて超音波溶接を行うと、超音波溶接の条件によっては、溶接部64n又はその近傍にて負極集電体65n(特に加工面11が当接した最も上に配された負極集電体65n)が破れるという問題が生じることがある。これを、図23を用いて説明する。
When the processed
図23は、図22A及び図22Bに示した加工面11を有するチップ10を用いた超音波溶接により形成された溶接部64nの一例を示した拡大平面図である。図23に示す溶接部64nの面に、加工面11が当接していた。図23に示されているように、最も上に配された負極集電体65n(以下、「最上の負極集電体65n」という)には、加工面11の突起910(図22A、図22Bを参照)が押し当てられたことによる略四角錐台面形状の凹部である溶接痕920が形成されている。
FIG. 23 is an enlarged plan view showing an example of a
930は、超音波溶接によって最上の負極集電体65nに発生した破れである。破れ930は、格子状に配された複数の溶接痕920のうち、周辺部分、特に四隅に配された溶接痕920の近傍に発生しやすい。
930 is a tear generated in the uppermost negative electrode
図21から理解できるように、耳部62nは、合剤層66nが形成されていないために電極部より薄い。そのような薄い耳部62nを構成する複数の負極集電体65nを、チップ10とリードタブ63nとの間に厚さ方向に束ねているために、負極集電体65nには張力が印加されやすい。このような負極集電体65nに加工面11の突起910が押し当てられることにより、特に最上の負極集電体65nは突起910の形状に沿って局所的に延ばされる。従って、最上の負極集電体65nにおいて、複数の溶接痕920のうち最も大きな張力が印加されやすい周辺部分の溶接痕920の近傍の位置に、破れ930が発生しやすいと考えられる。
As can be understood from FIG. 21, the
なお、アンビル50の保持面51にも凹凸が形成されているが、保持面51が当接するリードタブ63nは負極集電体65nより厚いので、リードタブ63nに破れが発生することはほとんどない。
In addition, although the unevenness | corrugation is formed also in the
チップ10の荷重F(図21参照)を小さくすれば、破れ930の発生頻度は低下するが、超音波振動のエネルギーが負極集電体65n及びリードタブ63nに十分に印加されなくなるので、溶接不良が生じやすい。
If the load F (see FIG. 21) of the
そこで、破れ930の発生を抑えるため、従来は、(1)負極集電体65nを構成する銅箔として耐伸性が相対的に優れた圧延銅箔を用いる、(2)チップ10と最上の負極集電体65nとの間にリードタブ63nと略同一厚さを有する銅のダミー薄板を挟んで「ダミー薄板/複数の負極集電体65n/リードタブ63n」を一体的に超音波溶接することで、最上の負極集電体65nに溶接痕920が形成されにくくする、等の対策が採られていた。
Therefore, in order to suppress the generation of the
ところが、圧延銅箔を用いる方法は、圧延銅箔が電解銅箔に比べて高価であるという課題がある。また、ダミー薄板を一緒に溶接する方法は、ダミー薄板を準備する必要があるのでコスト高になるという課題や、超音波溶接作業が煩雑になるという課題、溶接部64nが厚くなるという課題がある。
However, the method using a rolled copper foil has a problem that the rolled copper foil is more expensive than the electrolytic copper foil. In addition, the method of welding the dummy thin plates together has a problem that the dummy thin plate needs to be prepared, and thus there is a problem that the cost is high, a problem that the ultrasonic welding work is complicated, and a problem that the
上述した、超音波溶接によって集電体が破れるという問題は、集電体の厚みが相対的に薄い負極集電体で発生しやすいが、正極集電体においても超音波溶接の条件によっては同様に発生することがある。また、電池以外の分野でも、チップ10を薄い金属箔に押し当てて超音波溶接する場合には同様に発生することがある。
The above-mentioned problem that the current collector is broken by ultrasonic welding is likely to occur in the negative electrode current collector having a relatively thin thickness, but the same applies to the positive electrode current collector depending on the ultrasonic welding conditions. May occur. Also, in fields other than batteries, the same phenomenon may occur when the
集電体の破れは、最終的に得られるリチウムイオン二次電池の電圧特性に悪影響を及ぼすことがある。従って、破れは電池の製造歩留まりを低下させ、また、電池の信頼性を低下させる。 The breakage of the current collector may adversely affect the voltage characteristics of the finally obtained lithium ion secondary battery. Therefore, tearing reduces the manufacturing yield of the battery and also reduces the reliability of the battery.
本発明は、被溶接部材である箔に破れが発生しにくい超音波溶接用チップ及び超音波溶接機を提供することを目的とする。また、本発明は、電極の耳部とリードタブとを超音波溶接する際に、耳部を構成する集電体の破れが発生しにくい電池の製造方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide an ultrasonic welding tip and an ultrasonic welding machine in which a foil that is a member to be welded hardly breaks. Another object of the present invention is to provide a battery manufacturing method in which the current collectors constituting the ears are less likely to be broken when the electrode ears and the lead tabs are ultrasonically welded.
本発明の超音波溶接用チップは、複数の突起が形成された加工面を備え、前記加工面を被溶接部材に押し当てながら前記被溶接部材に超音波振動を印加して前記被溶接部材を超音波溶接するための超音波溶接用チップであって、前記加工面を正面から見たとき、前記複数の突起のうち最外周に配された少なくとも1つの突起は、その一方向の外寸法をAとしたときR≧A/6を満たす半径Rの円弧を周囲の輪郭線上に有するように面取りされた面取り突起であることを特徴とする。 The tip for ultrasonic welding of the present invention has a processed surface on which a plurality of protrusions are formed, and applies ultrasonic vibration to the member to be welded while pressing the processed surface against the member to be welded. An ultrasonic welding tip for ultrasonic welding, when the processed surface is viewed from the front, at least one of the plurality of protrusions arranged on the outermost periphery has an outer dimension in one direction. It is a chamfering protrusion chamfered so as to have an arc having a radius R satisfying R ≧ A / 6 on the surrounding contour line when A.
本発明の超音波溶接機は、被溶接部材に押し当てられて前記被溶接部材に超音波振動を印加するためのチップと、前記チップに対向して配置され、前記被溶接部材を支持するアンビルと、前記チップが一端に設けられ、前記超音波振動により共鳴するホーンとを備える。そして、前記チップが、上記の本発明の超音波溶接用チップである。 An ultrasonic welding machine of the present invention includes a tip that is pressed against a member to be welded to apply ultrasonic vibrations to the member to be welded, and an anvil that is disposed to face the tip and supports the member to be welded. And a horn that is provided at one end and resonates by the ultrasonic vibration. And the said chip | tip is a chip | tip for ultrasonic welding of said this invention.
本発明の電池の製造方法は、集電体を基材層として有し、前記集電体の所定領域に電極合剤層が形成された電極部と、前記電極合剤層が形成されていない耳部とをそれぞれ備えた複数の電極を積層する工程と、前記複数の電極の前記耳部と前記集電体より肉厚のリードタブとを超音波溶接する工程とを備える。そして、前記超音波溶接する工程において、上記の本発明の超音波溶接用チップの前記加工面を前記耳部に押し当てて前記耳部と前記リードタブとを超音波溶接する。 The battery manufacturing method of the present invention has a current collector as a base material layer, an electrode portion in which an electrode mixture layer is formed in a predetermined region of the current collector, and the electrode mixture layer is not formed A step of laminating a plurality of electrodes each having an ear portion, and a step of ultrasonically welding the ear portion of the plurality of electrodes and a lead tab thicker than the current collector. Then, in the ultrasonic welding step, the processed surface of the ultrasonic welding tip of the present invention is pressed against the ear portion to ultrasonically weld the ear portion and the lead tab.
本発明の超音波溶接用チップ及び超音波溶接機によれば、チップの加工面に形成された複数の突起のうち最外周に配された少なくとも1つの突起が面取り突起であるので、箔に応力集中が生じにくい。従って、超音波溶接による箔の破れを低減することができる。 According to the ultrasonic welding tip and the ultrasonic welding machine of the present invention, since at least one projection arranged on the outermost periphery among the plurality of projections formed on the processing surface of the tip is a chamfering projection, stress is applied to the foil. Concentration hardly occurs. Therefore, the tearing of the foil by ultrasonic welding can be reduced.
また、本発明の電池の製造方法によれば、上記の本発明の超音波溶接用チップを電極の耳部に押し当てて電極の耳部とリードタブとを溶接するので、超音波溶接によって耳部を構成する集電体に生じる破れを低減できる。従って、高信頼性の電池を歩留まりよく安定的に製造することができる。また、集電体として、従来は使用することが困難であった電解銅箔を使用することが可能となる。また、チップと耳部との間にダミー薄板を挟んで超音波溶接する必要もなくなる。 Further, according to the battery manufacturing method of the present invention, the above-described ultrasonic welding tip of the present invention is pressed against the ear portion of the electrode to weld the electrode ear portion and the lead tab. The tear which arises in the electrical power collector which comprises can be reduced. Therefore, a highly reliable battery can be stably manufactured with a high yield. Moreover, it becomes possible to use the electrolytic copper foil which was difficult to use conventionally as a collector. Further, it is not necessary to perform ultrasonic welding with a dummy thin plate sandwiched between the tip and the ear.
本発明の超音波溶接用チップは、複数の突起が形成された加工面を備える。前記チップは、前記加工面を被溶接部材に押し当てながら前記被溶接部材に超音波振動を印加して前記被溶接部材を超音波溶接するために使用される。前記加工面を正面から見たとき、前記複数の突起のうち最外周に配された少なくとも1つの突起は、その一方向の外寸法をAとしたときR≧A/6を満たす半径Rの円弧を周囲の輪郭線上に有するように面取りされた面取り突起である。 The ultrasonic welding tip of the present invention includes a processed surface on which a plurality of protrusions are formed. The tip is used for applying ultrasonic vibration to the member to be welded while pressing the processed surface against the member to be welded to ultrasonically weld the member to be welded. When the processed surface is viewed from the front, at least one protrusion arranged on the outermost periphery among the plurality of protrusions is an arc having a radius R that satisfies R ≧ A / 6 when the outer dimension in one direction is A. Is a chamfered projection chamfered so as to have a peripheral contour line.
上記の本発明の超音波溶接用チップにおいて、前記複数の突起が格子状に配置されており、前記複数の突起のうち四隅に配された4つの突起のうちの少なくとも1つが前記面取り突起であることが好ましい。これにより破れが特に発生しやすい箇所の近傍に面取り突起を配置することができるので、箔の破れを効果的に低減することができる。 In the above-described ultrasonic welding tip of the present invention, the plurality of protrusions are arranged in a lattice shape, and at least one of the four protrusions arranged at four corners of the plurality of protrusions is the chamfered protrusion. It is preferable. As a result, the chamfered protrusions can be disposed in the vicinity of locations where tearing is particularly likely to occur, so that the tearing of the foil can be effectively reduced.
前記複数の突起が格子状に配置されており、前記複数の突起のうち四隅に配された4つの突起の全てが前記面取り突起であることが好ましい。これにより破れが特に発生しやすい四隅に面取り突起を配置することができるので、箔の破れを更に低減することができる。 Preferably, the plurality of protrusions are arranged in a lattice pattern, and all of the four protrusions arranged at four corners of the plurality of protrusions are the chamfered protrusions. As a result, chamfered protrusions can be arranged at the four corners where breakage is particularly likely to occur, so that the tearing of the foil can be further reduced.
前記複数の突起のうち最外周に配された全ての突起が前記面取り突起であることが好ましい。これにより、箔の破れを更に低減することができる。 It is preferable that all the protrusions arranged on the outermost periphery among the plurality of protrusions are the chamfered protrusions. Thereby, tearing of the foil can be further reduced.
前記複数の突起の全てが前記面取り突起であることが好ましい。これにより、箔の破れが発生する可能性を最小化することができる。 It is preferable that all of the plurality of protrusions are the chamfered protrusions. This minimizes the possibility of foil tearing.
前記加工面を正面から見たとき、前記面取り突起の前記輪郭線は四隅に半径Rの前記円弧を有する略正方形であってもよい。この場合、前記略正方形の互いに対向する二辺間距離が前記寸法Aであることが好ましい。これにより、従来のチップの加工面に形成されていた四角錐台形状の突起(非面取り突起)にわずかな加工を加えることで面取り突起を形成することができる。 When the processed surface is viewed from the front, the contour line of the chamfered protrusion may be a substantially square shape having the arcs having a radius R at four corners. In this case, it is preferable that the distance between two opposite sides of the substantially square is the dimension A. Thereby, a chamfering protrusion can be formed by adding a slight processing to a quadrangular frustum-shaped protrusion (non-chamfered protrusion) formed on the processed surface of a conventional chip.
あるいは、前記加工面を正面から見たとき、前記面取り突起の前記輪郭線は円形であってもよい。この場合、前記円形の直径が前記寸法Aであってもよい。これにより、箔の破れを更に低減することができる。 Or when the said processed surface is seen from the front, the said outline of the said chamfering protrusion may be circular. In this case, the circular diameter may be the dimension A. Thereby, tearing of the foil can be further reduced.
前記面取り突起の前記輪郭線に沿って、前記加工面の平坦面と前記面取り突起とを滑らかに接続する凹曲面が形成されていることが好ましい。これにより、箔の破れを更に低減することができる。 It is preferable that a concave curved surface that smoothly connects the flat surface of the processed surface and the chamfered protrusion is formed along the contour line of the chamfered protrusion. Thereby, tearing of the foil can be further reduced.
上記の場合において、前記凹曲面の曲率半径は0.1mm以上であることが好ましい。これにより、箔の破れを更に低減することができる。 In the above case, the radius of curvature of the concave curved surface is preferably 0.1 mm or more. Thereby, tearing of the foil can be further reduced.
前記加工面と前記加工面と隣り合う側面とが交差する、前記加工面の外周端に面取りが施されていることが好ましい。これにより、箔の破れを更に低減することができる。 It is preferable that chamfering is performed on an outer peripheral end of the processed surface where the processed surface and a side surface adjacent to the processed surface intersect. Thereby, tearing of the foil can be further reduced.
前記加工面の4つのコーナー部の少なくとも一つに面取りが施されていることが好ましい。4つのコーナー部の全てに面取りが施されていることがより好ましい。これにより、箔の破れを更に低減することができる。 It is preferable that at least one of the four corner portions of the processed surface is chamfered. More preferably, all four corner portions are chamfered. Thereby, tearing of the foil can be further reduced.
加工面の外周端の前記面取り及び加工面のコーナー部の面取りが、半径0.5mm以上の略円筒面形状を有することが好ましい。これにより、箔の破れを更に低減することができる。 It is preferable that the chamfering of the outer peripheral end of the processing surface and the chamfering of the corner portion of the processing surface have a substantially cylindrical surface shape with a radius of 0.5 mm or more. Thereby, tearing of the foil can be further reduced.
本発明の電池の製造方法は、集電体を基材層として有し、前記集電体の所定領域に電極合剤層が形成された電極部と、前記電極合剤層が形成されていない耳部とをそれぞれ備えた複数の電極を積層する工程と、前記複数の電極の前記耳部と前記集電体より肉厚のリードタブとを超音波溶接する工程とを備える。そして、前記超音波溶接する工程において、上記の本発明の超音波溶接用チップの前記加工面を前記耳部に押し当てて前記耳部と前記リードタブとを超音波溶接する。 The battery manufacturing method of the present invention has a current collector as a base material layer, an electrode portion in which an electrode mixture layer is formed in a predetermined region of the current collector, and the electrode mixture layer is not formed A step of laminating a plurality of electrodes each having an ear portion, and a step of ultrasonically welding the ear portion of the plurality of electrodes and a lead tab thicker than the current collector. Then, in the ultrasonic welding step, the processed surface of the ultrasonic welding tip of the present invention is pressed against the ear portion to ultrasonically weld the ear portion and the lead tab.
上記の本発明の電池の製造方法において、前記集電体が電解銅箔であることが好ましい。これにより、電解銅箔は圧延銅箔に比べて安価であるので、電池のコストを低減することができる。 In the method for producing a battery of the present invention, the current collector is preferably an electrolytic copper foil. Thereby, since the electrolytic copper foil is cheaper than the rolled copper foil, the cost of the battery can be reduced.
以下に、本発明を好適な実施形態及び実施例を示しながら詳細に説明する。但し、本発明は以下の実施形態及び実施例に限定されないことはいうまでもない。以下の説明において参照する各図は、説明の便宜上、本発明の実施形態を構成する部材のうち、本発明を説明するために必要な主要部材のみを簡略化して示したものである。従って、本発明は以下の各図に示されていない任意の部材を備え得る。また、以下の各図中の部材の寸法は、実際の部材の寸法および各部材の寸法比率等を忠実に表したものではない。各図において、対応する部材には同一の符号を付しており、それらについての重複する説明を省略する。 Below, this invention is demonstrated in detail, showing suitable embodiment and an Example. However, it goes without saying that the present invention is not limited to the following embodiments and examples. For convenience of explanation, the drawings referred to in the following description show only the main members necessary for explaining the present invention in a simplified manner among the members constituting the embodiment of the present invention. Therefore, the present invention can include any member not shown in the following drawings. Moreover, the dimension of the member in each following figure does not represent the dimension of an actual member, the dimension ratio of each member, etc. faithfully. In each figure, corresponding members are denoted by the same reference numerals, and redundant description thereof is omitted.
図1に、本発明にかかる超音波溶接機1の概略構成を示す。超音波溶接機1は、超音波帯域の所定周波数の電気的信号を出力する発信器2と、発信器2からの電気的信号を超音波帯域の機械的振動に変換する振動子(トランスデューサー)3と、振動子3が発生した機械的振動を所定の振幅の超音波振動に変換するブースター4と、ブースター4からの超音波振動によって共鳴するホーン5と、ホーン5の一端に設けられたチップ10と、チップ10に対向して配置されたアンビル50とを備えている。被溶接部材は、アンビル50の保持面51上に載置されてアンビル50によって支持される。アンビル50上の被溶接部材にチップ10の加工面11を押し当てて、チップ10を介して所定の超音波振動を被溶接部材に印加する。
FIG. 1 shows a schematic configuration of an ultrasonic welding machine 1 according to the present invention. The ultrasonic welder 1 includes a
本発明の超音波溶接機1の構成は、後述するチップ10の被溶接部材に押し当てられる加工面11の形状を除いて、特に制限はない。例えば、公知の任意の超音波溶接機に本発明を適用することができる。チップ10とホーン5とは一体化された一部品で構成されていてもよいし、別個の部品で構成されていてもよい。
The configuration of the ultrasonic welding machine 1 of the present invention is not particularly limited, except for the shape of the processed
(実施形態1)
図2Aは超音波溶接機1に用いられる本発明の実施形態1にかかるチップ10の加工面11の平面図、図2Bはその正面図である。図22A及び図22Bに示した従来のチップ10の加工面11と同様に、本実施形態1のチップ10の加工面11は平坦面であり、加工面11には16個の突起が2行×8列に格子状に配置されている。16個の突起のうち、四隅に配された4個の突起120は形状及び寸法が同じであり、残り12個の突起110は形状及び寸法が同じである。(Embodiment 1)
FIG. 2A is a plan view of the
図3Aは、四隅以外に配された突起110の拡大平面図、図3Bは図3Aの3B−3B線に沿った突起110の拡大断面図である。突起110は、四角錐台形状(四角錐の頂部を、その底面と平行な面に沿って切り落とした形状)を有しており、図22A及び図22Bに示した従来のチップ10の加工面11に形成された突起910と実質的に同じ形状である。即ち、図3Aに示すように突起110を平面視したとき、突起110の周囲の輪郭線(即ち、突起110の底面の平面視形状)111は、一辺がAである正方形である。また、突起110の上面112の周囲の輪郭線113も正方形である。但し、輪郭線111及び/又は輪郭線113の四隅に微小な面取りが形成されていてもよい。このような輪郭線111と輪郭線113とを繋ぐように傾斜面114が形成されている。
FIG. 3A is an enlarged plan view of the
図4Aは、図2Aに示した16個の突起のうち四隅に配された突起120の拡大平面図、図4Bは図4Aの4B−4B線に沿った突起120の拡大断面図である。突起120は、図3A及び図3Bに示した四角錐台形状を有する突起110の傾斜面114の4つの稜線115(図3A参照)を略円筒面状に面取りしたのと実質的に同じ形状を有している。より詳細には、図4Aに示されているように、突起120の周囲の輪郭線(即ち、突起120の底面の平面視形状)121は、対向する二辺間距離がAである正方形の四隅が、半径Rの円弧121rで面取りされた略正方形である。対向する二辺間距離Aと半径RとはR≧A/6を満足する。半径Rの値は、突起120の大きさ等によって適宜変更しうるが、0.2mm以上であることが好ましく、0.3mm以上であることがより好ましい。突起120の上面122の周囲の輪郭線123も、四隅が円弧状に面取りされた略正方形である。このような輪郭線121と輪郭線123とを繋ぐように傾斜面124が形成されている。従って、傾斜面124の4つの稜線125は、滑らかな凸曲面(例えば円筒面の一部)で構成されている。
4A is an enlarged plan view of the
本発明では、図4A、図4Bに示したような周囲に円弧状の面取りが施された突起120を「面取り突起」と呼び、図3A、図3Bに示したような円弧状の面取りが実質的に施されていない突起110を「非面取り突起」と呼び、形状の違いにより両突起を区別する。
In the present invention, the
上記のような突起110,120が形成された加工面11を有する本実施形態のチップ10は、例えばラミネート形リチウムイオン二次電池の電極の耳部とリードタブとを超音波溶接する際に使用することができる。即ち、超音波溶接法を示した図21に示したチップ10として本実施形態1のチップ10を用いることができる。チップ10の加工面11は最上の負極集電体65nの上面に押し当てられる。
The
図5は、本実施形態1にかかるチップ10を用いた超音波溶接1により形成された溶接部64nを示した拡大平面図である。図5に示す溶接部64nの面に、加工面11が当接していた。図5に示されているように、最上の負極集電体65nには、加工面11の突起110,120が押し当てられたことにより形成された凹状の溶接痕210,220が形成されている。溶接痕210は、突起110によって形成されたものであり、図23に示した溶接痕920と同様に、略四角錐台面形状の凹部である。これに対して、溶接痕220は、突起120により形成されたものである。溶接痕210と比較すれば理解できるように、溶接痕220の輪郭線221は、四隅に相対的に大きな半径を有する円弧状の面取りが形成された略正方形である。溶接痕210及び溶接痕220の形状の相違から容易に理解できるように、溶接痕220の輪郭線221が有する円弧状の面取りが、溶接痕220の近傍において負極集電体65nに発生する応力集中を緩和する。従って、溶接痕220を形成する面取り突起120は、溶接痕210を形成する突起110に比べて、溶接痕の近傍において負極集電体65nに発生する応力集中を緩和するのに有利な形状である。
FIG. 5 is an enlarged plan view showing a welded
図23で説明したように、従来の超音波溶接法では、最も大きな張力が印加される周辺部分、特に四隅の溶接痕920の近傍に破れ930が発生した。これに対して、本実施形態1では、格子状に配された複数の突起のうち四隅の突起を、負極集電体65nに応力集中を生じさせにくい面取り突起120としたので、負極集電体65nの破れ930の発生を効果的に抑制することができる。
As described with reference to FIG. 23, in the conventional ultrasonic welding method, a
負極集電体65nに破れ930が生じにくいので、負極集電体65nとして安価な電解銅箔を用いることができる。従って、電池60のコストを低減することができる。また、従来のように、チップ10と最上の負極集電体65nとの間にダミー薄板を挟んで超音波溶接する必要もない。
Since it is difficult for the negative electrode
上記の例では、加工面11に突起が2行×8列に配置された例を示したが、突起の配置はこれに限定されない。図6に示すように突起がm行×n列に格子状に配置されていてもよい(m,nは2以上の整数)。この場合、四隅に配された4つの突起を面取り突起120とし、それ以外の突起を非面取り突起110とすることができる。この場合も、上記の例と同様の効果を得ることができる。
In the above example, the example in which the protrusions are arranged in 2 rows × 8 columns on the processed
なお、図2A及び図6において、四隅に配された4つの突起のうちの一部のみを面取り突起120とし、それ以外の突起を全て非面取り突起110としてもよい。破れ930が発生しやすい箇所の近傍のみに面取り突起120を配置することで、破れ930の発生を効果的に防止することができる。
2A and 6, only some of the four protrusions arranged at the four corners may be chamfered
あるいは、最外周に配された突起(図6の例では、第1行、第m行、第1列、第n列に配された突起)のうちの少なくとも1つを面取り突起120とし、それ以外の突起を全て非面取り突起110としてもよい。破れ930が発生しやすい箇所が四隅の近傍以外である場合もあり、そのような場合には破れが発生しやすい箇所の近傍のみに面取り突起120を配置することで、破れ930の発生を効果的に防止することができる。
Alternatively, at least one of the protrusions arranged on the outermost periphery (in the example of FIG. 6, the protrusions arranged in the first row, the m-th row, the first column, and the n-th column) is used as the
(実施形態2)
本実施形態2は、チップ10の加工面11に形成された突起の配置に関して実施形態1と異なる。以下、実施形態1と異なる点を中心に、本実施形態2を説明する。(Embodiment 2)
The second embodiment is different from the first embodiment regarding the arrangement of the protrusions formed on the processed
図7は、本実施形態2のチップ10の加工面11に形成された複数の突起の配置を示した平面図である。加工面11には、図6と同様に、突起がm行×n列に格子状に配置されている。但し、図6と異なり、最外周に配された突起(即ち、第1行、第m行、第1列、第n列に配された突起)は全て面取り突起120であり、それ以外の突起は非面取り突起110である。
FIG. 7 is a plan view showing the arrangement of a plurality of protrusions formed on the processed
本実施形態2によれば、m行×n列に配された突起群の周囲のいずれの箇所においても、負極集電体65nに応力集中が発生しにくくなるので、破れ930の発生の防止効果が更に向上する。
According to the second embodiment, stress concentration is unlikely to occur in the negative electrode
(実施形態3)
本実施形態3は、チップ10の加工面11に形成された突起の配置に関して実施形態1,2と異なる。以下、実施形態1,2と異なる点を中心に、本実施形態3を説明する。(Embodiment 3)
The third embodiment is different from the first and second embodiments with respect to the arrangement of the protrusions formed on the processed
図8は、本実施形態3のチップ10の加工面11に形成された複数の突起の配置を示した平面図である。加工面11には、図6、図7と同様に、突起がm行×n列に格子状に配置されている。但し、図6、図7と異なり、全ての突起(m×n個の突起)が面取り突起120であり、非面取り突起110は存在しない。
FIG. 8 is a plan view showing the arrangement of a plurality of protrusions formed on the processed
本実施形態3によれば、全ての突起が面取り突起120であるので、m行×n列に配された突起群のいずれの箇所においても、負極集電体65nに応力集中が発生しにくくなる。従って、破れ930の発生の防止効果が更に向上する。
According to the third embodiment, since all the projections are the chamfered
(実施形態4)
本実施形態4では、実施形態1〜3に示した面取り突起120とは異なる形状を有する面取り突起130を用いる。以下、実施形態1〜3と異なる点を中心に、本実施形態4を説明する。(Embodiment 4)
In the fourth embodiment, a
図9Aは超音波溶接機1に用いられる本発明の実施形態4にかかるチップ10の加工面11の平面図、図9Bはその正面図である。図2A及び図2Bに示した実施形態1のチップ10の加工面11と同様に、本実施形態4のチップ10の加工面11には16個の突起が2行×8列に格子状に配置されている。16個の突起のうち、四隅に配された4個の突起130は形状及び寸法が同じであり、残り12個の突起110は形状及び寸法が同じである。
FIG. 9A is a plan view of the
図10Aは、図9Aに示した16個の突起のうち四隅に配された面取り突起130の拡大平面図、図10Bは図10Aの10B−10B線に沿った面取り突起130の矢視拡大断面図である。突起130は、ドーム状に膨らんだ滑らかな凸曲面を有している。当該凸曲面は、正確な球面であってもよいし、これをわずかに変形させた非球面であってもよい。図10Aに示されているように、突起130の周囲の輪郭線(即ち、突起130の底面の平面視形状)131は直径Aの円形である。即ち、突起130の輪郭線131は、図4Aに示した突起120の輪郭線121において、四隅の円弧121rの半径Rを寸法Aの半分(R=A/2)に設定した場合に相当する。
10A is an enlarged plan view of the chamfered
図11は、本実施形態4にかかるチップ10を用いた超音波溶接1により形成された溶接部64nを示した拡大平面図である。図11に示す溶接部64nの面に、加工面11が当接していた。図11に示されているように、最上の負極集電体65nには、加工面11の突起110,130が押し当てられたことにより形成された凹状の溶接痕210,230が形成されている。溶接痕210は、突起110によって形成されたものであり、図5に示した溶接痕210と同じ略四角錐台面形状の凹部である。これに対して、溶接痕230は、突起130により形成された曲面状の凹部であり、その輪郭線231は略円形である。略円形の輪郭線231が、溶接痕230の近傍において負極集電体65nに発生する応力集中を緩和する。従って、溶接痕230を形成する本実施形態4の面取り突起130は、溶接痕230の近傍において負極集電体65nに発生する応力集中を緩和するのに有利な形状である。本実施形態4の面取り突起130は、その輪郭線131が円形であるので、実施形態1〜3に示した面取り突起120に比べて、より大きな応力集中の緩和効果が得られる。
FIG. 11 is an enlarged plan view showing a welded
図10A、図10Bに示した面取り突起130は、ドーム状に膨らんだ滑らかな凸曲面を有していたが、本発明はこれに限定されない。面取り突起130に代えて、例えば図12A及び図12Bに示す円錐台形状(円錐の頂部を、その底面と平行な面に沿って切り落とした形状)又はこれに近似した形状を有する面取り突起140を用いることもできる。図12Aに示されているように、突起140の周囲の輪郭線(即ち、突起140の底面の平面視形状)141は直径Aの円形である。この面取り突起140を用いた場合も、負極集電体65nに発生する応力集中を緩和することができる。
Although the
以上のように、本実施形態4によれば、格子状に配された複数の突起のうち四隅の突起を、負極集電体65nに応力集中を生じさせにくい面取り突起130,140としたので、負極集電体65nの破れ930の発生を効果的に抑制することができる。
As described above, according to the fourth embodiment, the protrusions at the four corners among the plurality of protrusions arranged in a lattice shape are the chamfered
上記の例では、加工面11に配された2行×8列の突起(図9A、図9B参照)のうち四隅の突起を面取り突起130,140にする例を示したが、突起の配置はこれに限定されない。例えば、実施形態1〜3で説明した面取り突起120の各種配置例を面取り突起130,140の配置に適用することができる。
In the above example, the example in which the projections at the four corners of the 2 rows × 8 columns of projections (see FIGS. 9A and 9B) arranged on the processed
(実施形態5)
図13Aは、本実施形態5にかかる面取り突起120'の断面図である。図13Bは、図13Aの部分13Bの拡大断面図である。本実施形態5の面取り突起120’は、凹曲面121cがその輪郭線121に沿って連続的に形成されている点で、図4A及び図4Bに示した略四角錐台形状を有する面取り突起120と異なる。凹曲面121cは、傾斜面124とチップ10の加工面11の平坦な上面とを滑らかに接続している。図示を省略するが、凹曲面121cは、滑らかな凸曲面である稜線125(図4A参照)と加工面11との間も同様に滑らかに接続している。凹曲面121cは、面取り突起120’を取り囲むように、環状に連続している。面取り突起120’の平面視形状は、面取り突起120の平面視形状(図4A参照)と実質的に同じである。(Embodiment 5)
FIG. 13A is a cross-sectional view of a
図14Aは、面取り突起120’が負極集電体65nに押し当てられたことにより最上の負極集電体65nの上面に形成された溶接痕220’の平面図である。図14Bは、図14Aの14B−14B線に沿った溶接痕220’の矢視断面図である。図14Cは、図14Bの部分14Cの拡大断面図である。溶接痕220’は略四角錐台形状の凹部である。溶接痕220’の底面222は突起120’の上面122が転写されることで形成され、底面222の輪郭線223と溶接痕220’の輪郭線221とを繋ぐ傾斜面224は突起220’の傾斜面124が転写されることで形成されている。溶接痕220’の形状は、面取り突起120によって形成される溶接痕220(図5参照)と概略同じである。但し、溶接痕220’は、その輪郭線221に沿って滑らかな凸曲面221cが形成されている点で、溶接痕220と異なる。凸曲面221cは、傾斜面224と最上の負極集電体65nの上面とを滑らかに接続している。凸曲面221cは、溶接痕220’を取り囲むように、環状に連続している。凸曲面221cは、面取り突起120’の凹曲面121cが転写されることにより形成されたものである。図14Cに示されているように、凸曲面221cの断面形状は略円弧形状を有している。
FIG. 14A is a plan view of a
本実施形態によれば、面取り突起120’の輪郭線121に沿って凹曲面121cが形成されているので、面取り突起120’を転写して形成される溶接痕220’には、その輪郭線221に沿って、凹曲面121cが転写された凸曲面221cを形成することができる。凸曲面221cは、輪郭線221及びその近傍において負極集電体65nに発生する応力集中を緩和する。従って、凹曲面121cを有する面取り突起120’は、凹曲面121cを有しない面取り突起120に比べて、負極集電体65nの破れ930の発生を更に低減することができる。
According to the present embodiment, since the concave
上記の凹曲面121cと同様の凹曲面を実施形態4で説明した面取り突起130,140に適用することができる。
A concave curved surface similar to the concave
図10A、図10Bに示した、ドーム状に膨らんだ滑らかな凸曲面を有する面取り突起130に凹曲面を適用した例を図15A、図15Bに示す。図15Aは、面取り突起130’の断面図、図15Bは、輪郭線131を含む図15Aの部分15Bの拡大断面図である。面取り突起130’の輪郭線131に沿って凹曲面131cが形成されている。凹曲面131cは、突起130’の滑らかな凸曲面とチップ10の加工面11の平坦な上面とを滑らかに接続している。凹曲面131cは、面取り突起130’を取り囲むように、環状に連続している。凹曲面131cが形成されている点を除いて、面取り突起130’は面取り突起130と同じである。面取り突起130’の平面視形状は、面取り突起130の平面視形状(図10A参照)と実質的に同じである。
15A and 15B show an example in which a concave curved surface is applied to the
図12A、図12Bに示した、略円錐台形状を有する面取り突起140に凹曲面を適用した例を図16A、図16Bに示す。図16Aは、面取り突起140’の断面図、図16Bは、輪郭線141を含む図16Aの部分16Bの拡大断面図である。面取り突起140’の輪郭線141に沿って凹曲面141cが形成されている。凹曲面141cは、突起140’の円錐面とチップ10の加工面11の平坦な上面とを滑らかに接続している。凹曲面141cは、面取り突起140’を取り囲むように、環状に連続している。凹曲面141cが形成されている点を除いて、面取り突起140’は面取り突起140と同じである。面取り突起140’の平面視形状は、面取り突起140の平面視形状(図12A参照)と実質的に同じである。
An example in which a concave curved surface is applied to the chamfered
図示を省略するが、面取り突起120’の場合と同様に、面取り突起130’,140’を負極集電体に押し当てて超音波溶接を行うと、最上の負極集電体の上面に形成される溶接痕の輪郭線に、凹曲面131c,141cが転写された滑らかな凸曲面を形成することができる。凸曲面は、輪郭線及びその近傍において負極集電体に発生する応力集中を緩和する。従って、凹曲面131c,141cを有する面取り突起130’,140’は、凹曲面131c,141cを有しない面取り突起130,140に比べて、負極集電体65nの破れ930の発生を更に低減することができる。
Although illustration is omitted, as in the case of the chamfered
図13B、図15B、図16Bに示されているように、面取り突起120’,130’,140’の輪郭線121,131,141を通る断面に沿った凹曲面121c,131c,141cの形状は略円弧形状であることが好ましい。そして、当該断面における凹曲面121c,131c,141cの曲率半径R121,R131,R141は、0.1mm以上、更には0.15mm以上であることが好ましく、0.4mm以下、更には0.3mm以下であることが好ましい。ここで、曲率半径R121,R131,R141を定義する断面は、輪郭線121,131,141上の当該断面が交差する点における輪郭線121,131,141の接線に垂直である。曲率半径R121,R131,R141が上記の数値範囲より小さいと、負極集電体の破れを低減するという凹曲面121c,131c,141cの効果が低減する。曲率半径R121,R131,R141が上記の数値範囲より大きいと、溶接不良が生じやすくなる。As shown in FIGS. 13B, 15B, and 16B, the shapes of the concave
面取り突起120’,130’,140’の輪郭線121,131,141は、図13B、図15B、図16Bに示されているように、加工面11の平坦面と凹曲面121c,131c,141cとの接続位置により定義される。このように定義される輪郭線121,131,141を用いて面取り突起120’,130’,140’の外寸法Aが定義される。
As shown in FIGS. 13B, 15B, and 16B, the
実施形態1〜4で説明した面取り突起120,130,140の一部又は全てを、凹曲面121c,131c,141cを備えた本実施形態5の面取り突起120’,130’,140’に置き換えることができる。
Replacing part or all of the
(実施形態6)
図2Aに示されているように、チップ10の加工面11の平面視形状は略矩形であり、加工面11は4つの側面12a,12b,12c,12dと隣り合っている。好ましくは、側面12a,12b,12c,12dは加工面11に対して略垂直である。図17Aは図2Aの17A−17A線に沿ったチップ10の矢視断面図、図17Bは図2Aの17B−17B線に沿ったチップ10の矢視断面図である。図17A及び図17Bでは、図面を簡単化するために、断面より後ろに見えるはずの突起110,120の図示を省略している。図17Cは加工面11のコーナー部を含む図2Aの部分17Cの拡大平面図である。(Embodiment 6)
As shown in FIG. 2A, the
図17A及び図17Bに示されているように、加工面11と側面12a,12b,12c,12dとが交差する、加工面11の外周端には面取り13a,13b,13c,13dが施されている。面取り13a,13b,13c,13dの形状は、略円筒面(いわゆる「R面」)、加工面11及び側面12a,12b,12c,12dのいずれに対しても斜めに交差する傾斜平面(いわゆる「C面」)等、公知の面取り形状の中から任意に選択しうるが、加工面11と側面12a,12b,12c,12dとを滑らかにつなぐ凸曲面であることが好ましく、R面であることがより好ましい。
As shown in FIGS. 17A and 17B, chamfers 13 a, 13 b, 13 c, and 13 d are applied to the outer peripheral ends of the processed
図17Cに示されているように、チップ10の加工面11のコーナー部にも面取り14が施されている。図17Cでは加工面11の4つのコーナー部のうちの1つのみを図示しているが、他の3つのコーナー部にも同様の面取り14が施されている。面取り14の形状は、略円筒面(いわゆる「R面」)、コーナー部を挟む隣り合う2側面のいずれに対しても斜めに交差する傾斜平面(いわゆる「C面」)等、公知の面取り形状の中から任意に選択しうるが、隣り合う2側面を滑らかにつなぐ凸曲面であることが好ましく、R面であることがより好ましい。
As shown in FIG. 17C, chamfering 14 is also given to the corner portion of the processed
チップ10の加工面11は図21に示したように負極集電体65nに押し付けられる。このとき、加工面11が最上の負極集電体65nに接触する。チップ10の加工面11の周囲に面取り13a,13b,13c,13d,14が設けられていない場合には、加工面11の外周端やコーナー部において負極集電体65nが局所的に押さえ付けられるので、当該局所的に押さえ付けられた位置において特に最上の負極集電体65nは加工面11に対して移動することが困難である。この状態において、加工面11に形成された突起が負極集電体65nに押し込まれると、負極集電体65nが大きく延ばされるので、破れ930(図23参照)が発生しやすい。
The processed
これに対して、本実施形態6のように加工面11の周囲に面取り13a,13b,13c,13d,14が設けられている場合には、加工面11の外周端やコーナー部が負極集電体65nに対して印加する局所的な押力が小さくなるので、特に最上の負極集電体65nが加工面11に対して移動するのを制限する作用が緩和される。従って、加工面11に形成された突起が負極集電体65nに押し込まれたときに、負極集電体65nが加工面11に対して位置ずれすることができるので、破れ930(図23参照)の発生を更に低減することができる。
On the other hand, when
本例では、面取り13a,13b,13c,13dとして半径R13の円筒面状の面取りが施されており、面取り14として半径R14の円筒面状の面取りが施されている。半径R13,R14は、0.5mm以上、更には0.7mm以上であることが好ましく、2mm以下、更には1.5mm以下であることが好ましい。半径R13,R14が上記の数値範囲より小さいと、破れ930(図23参照)の発生を低減する効果が得られにくくなる。半径R13,R14が上記の数値範囲より大きいと、面取り加工に要する時間が長くなる。In this example, cylindrical chamfering with a radius R 13 is performed as the chamfers 13 a, 13 b, 13 c, and 13 d, and cylindrical chamfering with a radius R 14 is performed as the
加工面11の各コーナー部の頂部には、隣り合う2側面間の面取り14と加工面11の外周端に形成された面取りとが交差することによって形成された面取りが形成されていることが好ましい。この頂部の面取りは、滑らかな凸曲面であることが好ましく、略球面であることがより好ましい。頂部の当該面取りは、半径が0.5mm以上、更には0.7mm以上であり、2mm以下、更には1.5mm以下である球面であることが特に好ましい。
It is preferable that a chamfer formed by intersecting a
本実施形態5で説明した面取り13a,13b,13c,13d,14の全てを又はこれらのうちの一部のみを、実施形態1〜5で説明したチップ10に適用することができる。
All or only a part of the
本発明において、面取り突起120,130,140,120’,130’,140’の加工方法は特に制限はない。例えば、チップ10の加工面11に公知の方法で非面取り突起110を形成した後、やすりなどを用いて面取り加工を施すことにより面取り突起120,130,140,120’,130’,140’を形成することができる。
In the present invention, the processing method of the chamfered
上記の実施形態1〜6では、加工面11上に複数の突起が格子状に配置されていたが、本発明はこれに限定されない。例えば、複数の突起がハニカム状に配置されていてもよい。
In said Embodiment 1-6, although several protrusion was arrange | positioned on the
上記の実施形態1〜6では、加工面11を正面から見たときの突起110,120,130,140、120’,130’,140’の縦寸法及び横寸法はいずれもAであったが、縦寸法及び横寸法が異なっていてもよい。突起の平面視形状は、略正方形の他、略長方形、略正六角形など任意の形状であってもよい。突起の周囲の輪郭線の外寸法Aは、輪郭線の外寸法が最小となる方向に沿った外寸法で定義される。例えば、突起の平面視形状が略長方形である場合には、その外寸法Aは短辺方向の寸法を意味し、突起の平面視形状が略正六角形である場合には、その外寸法Aは対向する二辺間距離を意味する。
In the first to sixth embodiments, the vertical and horizontal dimensions of the
上記の実施形態1〜6では、本発明のチップ10で負極溶接部64nを形成する場合を説明したが、正極溶接部64pを形成することもでき、その場合も上記と同様の効果を奏する。
In the first to sixth embodiments described above, the case where the negative electrode welded
(実施形態7)
実施形態1〜6に示した本発明のチップ10を備えた超音波溶接機1は、箔状物の溶接に好ましく利用することができるが、中でも電池、特に図19に示したラミネート形リチウムイオン二次電池60の電極の耳部とリードタブとの溶接に用いることができる。(Embodiment 7)
The ultrasonic welding machine 1 provided with the
以下に、リチウムイオン二次電池60の一般的構成について概説する。
The general configuration of the lithium ion
正極電極61pは、例えば、正極活物質、導電助剤、及びバインダ等を含有する正極合剤からなる層(正極合剤層)66pを集電体65pの片面または両面に形成した構造を有する。
The
正極活物質は、リチウムイオンを吸蔵・放出できる活物質からなる。このような正極活物質は、例えば、Li1+xMO2(−0.1<x<0.1、M:Co,Ni,Mn,Al,Mg等)で表される層状構造のリチウム含有遷移金属酸化物、LiMn2O4、元素の一部を他の元素で置き換えたスピネル構造のリチウムマンガン酸化物、およびLiMPO4(M:Co,Ni,Mn,Fe等)で表されるオリビン型化合物等のいずれかからなることが好ましい。A positive electrode active material consists of an active material which can occlude / release lithium ion. Such a positive electrode active material includes, for example, lithium having a layered structure represented by Li 1 + x MO 2 (−0.1 <x <0.1, M: Co, Ni, Mn, Al, Mg, etc.) Transition metal oxide, LiMn 2 O 4 , lithium manganese oxide having a spinel structure in which part of the element is replaced with another element, and olivine type represented by LiMPO 4 (M: Co, Ni, Mn, Fe, etc.) It preferably consists of any one of compounds.
上記の層状構造のリチウム含有遷移金属酸化物は、例えば、LiCoO2、LiNi1-xCox-yAlyO2(0.1≦x≦0.3,0.01≦y≦0.2)、および少なくともCo,NiおよびMnを含む酸化物(LiMn1/3Ni1/3Co1/3O2,LiMn5/12Ni5/12Co1/6O2,LiNi3/5Mn1/5Co1/5O2,LiNi0.5Co0.2Mn0.3)のいずれかからなることが好ましい。Lithium-containing transition metal oxide of the above layered structure, for example, LiCoO 2, LiNi 1-x Co xy Al y O 2 (0.1 ≦ x ≦ 0.3,0.01 ≦ y ≦ 0.2), And an oxide containing at least Co, Ni and Mn (LiMn 1/3 Ni 1/3 Co 1/3 O 2 , LiMn 5/12 Ni 5/12 Co 1/6 O 2 , LiNi 3/5 Mn 1/5 Co 1/5 O 2 or LiNi 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 ) is preferable.
正極電極61pの集電体65pは、例えば、アルミニウム箔、およびアルミニウム合金箔のいずれかからなることが好ましい。集電体65pの厚みは、電池の大きさおよび容量によって異なるが、例えば0.01〜0.02mmであることが好ましい。
The
正極電極61pは、次の方法によって作製される。上述した正極活物質と、黒鉛、アセチレンブラック、カーボンブラック、および繊維状炭素等の導電助剤と、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)等のバインダとを含む正極合剤を、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)等の溶剤を用いて均一に分散させたペースト状またはスラリー状の組成物を調整する(バインダは、溶剤に溶解していてもよい)。この組成物を帯状の集電体上に間欠的に塗布して乾燥する。必要に応じてプレス処理により正極合剤層の厚みを調整してもよい。このようにして得た長尺の正極基材(電極基材)を例えばトムソン刃を用いて所定形状に切断して正極電極61pが得られる。
The
正極電極61pにおける正極合剤層66pの厚みは、片面当たり、30〜100μmであることが好ましい。また、正極合剤層66pにおける各構成成分の含有量は、正極活物質:90〜98質量%、導電助剤:1〜5質量%、バインダ:1〜5質量%であることが好ましい。
The thickness of the positive
正極リードタブ63pは、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなることが好ましい。正極リードタブ63pの厚みは、20〜300μmであることが好ましい。
The positive
図19では、正極リードタブ63pが外装68の外にまで導出されているが、正極リードタブ63pに、これとは別部材の正極端子を接続して、当該正極端子を外装68の外に導出してもよい。このような正極端子の材料は、電池60を使用する機器との接続を容易にする等の観点から決定される。例えば、アルミニウムまたはアルミニウム合金などを用いることができる。また、正極端子の厚みは、50〜300μmであることが好ましい。
In FIG. 19, the positive
正極電極61pの耳部62pと正極リードタブ63pとの接続方法として、本発明のチップ10を用いた超音波溶接を用いることができる。超音波溶接以外に、例えば、抵抗溶接、レーザー溶接、カシメ、導電性接着剤による接着等、各種の方法を用いることもできる。
As a method for connecting the
負極電極61nは、例えば、リチウムイオンを吸蔵・放出できる負極活物質を含有する層(負極合剤層)66nを集電体65nの片面または両面に形成した構造を有する。
The
負極活物質は、黒鉛、熱分解炭素類、コークス類、ガラス状炭素類、有機高分子化合物の焼成体、メソカーボンマイクロビーズ(MCMB)、および炭素繊維等のリチウムイオンを吸蔵・放出可能な炭素系材料の1種または2種以上の混合物からなることが好ましい。 Negative electrode active materials include graphite, pyrolytic carbons, cokes, glassy carbons, fired organic polymer compounds, mesocarbon microbeads (MCMB), and carbon that can occlude and release lithium ions such as carbon fibers. It is preferable that it consists of 1 type, or 2 or more types of mixtures of type | system | group material.
あるいは、負極活物質は、Si,Sn,Ge,Bi,Sb,In等の元素、Si,Sn,Ge,Bi,Sb,Inの合金、リチウム含有窒化物、およびリチウム酸化物等のリチウム金属に近い低電圧で充放電できる化合物(LiTi3O12等)、リチウム金属、およびリチウム/アルミニウム合金のいずれかからなることが好ましい。Alternatively, the negative electrode active material may be an element such as Si, Sn, Ge, Bi, Sb, or In, an alloy of Si, Sn, Ge, Bi, Sb, or In, a lithium-containing nitride, or a lithium metal such as lithium oxide. It is preferably made of any one of a compound (LiTi 3 O 12 or the like) that can be charged and discharged at a near low voltage, lithium metal, and a lithium / aluminum alloy.
負極電極61nの集電体65nとしては、銅箔が好適である。銅箔は、その製造方法の違いによって電解銅箔と圧延銅箔とに大別される。電解銅箔は、相対的に安価である。集電体65nの厚みは、電池の大きさまたは容量によって異なるが、例えば、0.005〜0.02mmであることが好ましい。
A copper foil is suitable as the
負極電極61nは、次の方法によって作製される。上述した負極活物質と、バインダ(PVDF、スチレンブタジエンゴム(SBR)のようなゴム系バインダとカルボキシメチルセルロース(CMC)との混合バインダ等)と、必要に応じて黒鉛、アセチレンブラック、カーボンブラック等の導電助剤等とを含む負極合剤を、NMPや水等の溶剤を用いて均一に分散させたペースト状またはスラリー状の組成物を調整する(バインダは、溶剤に溶解していてもよい)。この組成物を帯状の集電体上に間欠的に塗布して乾燥する。必要に応じてプレス処理により負極合剤層の厚み又は密度を調整してもよい。このようにして得た長尺の負極基材(電極基材)を例えばトムソン刃を用いて所定形状に切断して負極電極61nが得られる。
The
負極電極61nにおける負極合剤層66nの厚みは、片面当たり、30〜100μmであることが好ましい。また、負極合剤層66nにおける各構成成分の含有量は、負極活物質:90〜98質量%、バインダ:1〜5質量%であることが好ましい。また、導電助剤を用いる場合には、負極合剤層66n中の導電助剤の含有量は、1〜5質量%であることが好ましい。
The thickness of the negative
負極リードタブ63nは、銅からなることが好ましい。必要に応じて、表面にニッケルメッキ等が施されていてもよい。負極リードタブ63nの厚みは、20〜300μmであることが好ましい。
The negative
図19では、負極リードタブ63nが外装68の外にまで導出されているが、負極リードタブ63nに、これとは別部材の負極端子を接続して、当該負極端子を外装68の外に導出してもよい。このような負極端子の材料は、電池60を使用する機器との接続を容易にする等の観点から決定される。例えば、ニッケル、ニッケルメッキをした銅、およびニッケル−銅クラッドなどを用いることができる。また、負極端子の厚みは、正極端子と同様に、50〜300μmであることが好ましい。
In FIG. 19, the negative
負極電極61nの耳部62nと負極リードタブ63nとの接続方法として、本発明のチップ10を用いた超音波溶接を用いることができる。上述したように、本発明のチップ10は、当該チップ10と接する金属箔の破れの発生を低減することができるので、負極集電体65nとして相対的に耐伸性に劣る電解銅箔を用いても、負極集電体65nからなる耳部62nに破れがない電池を製造することができる。この結果、相対的に安価な電解銅箔を用いることにより、電池のコストを低減することができる。なお、耳部62nと負極リードタブ63nとの接続方法として、超音波溶接以外に、例えば、抵抗溶接、レーザー溶接、カシメ、導電性接着剤による接着等、各種の方法を用いることもできる。
As a method for connecting the
セパレータ66は、正極電極61pと負極電極61nとを分離するとともにリチウムイオンを透過させる多孔質フィルムを含む。セパレータ66は、電池60が異常発熱して高温(例えば100〜140℃)に達したときに溶融して孔が塞がる安全機構(シャットダウン特性)を有していることが好ましい。このような観点から、多孔質フィルムは、融点が80〜140℃程度の熱可塑性樹脂からなることが好ましく、具体的にはポリプロピレン、ポリエチレンなどのポリオレフィン系ポリマーからなることが好ましい。多孔質フィルムの厚みは、特に制限はないが、10〜50μmであることが好ましい。
The
セパレータ66は、上記の多孔質フィルム上に板状の無機微粒子層をコーティングにより形成したものであってもよい。これにより、異常発熱時のセパレータ66の熱収縮を抑制して安全性を向上させることができる。
The
あるいは、セパレータ66は、上記の多孔質フィルムと耐熱性多孔質基体との積層構造を有していてもよい。耐熱性多孔質基体として、例えば耐熱温度が150℃以上の繊維状物を用いることができる。繊維状物は、セルロース及びその変成体、ポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリアクリロニトリル、アラミド、ポリアミドイミドおよびポリイミドよりなる群から選択される少なくとも1種の材料で形成することができる。具体的には上記材料からなる不織布からなることが好ましい。
Alternatively, the
多孔質基体の「耐熱性」は、軟化等による実質的な寸法変化が生じないことを意味する。具体的には、多孔質基体の室温での長さに対する収縮の割合(収縮率)が5%以下を維持することができる上限温度(耐熱温度)が、セパレータのシャットダウン温度よりも十分に高いか否かで耐熱性を評価する。シャットダウン後のラミネート形電池の安全性を高めるために、多孔質基体は、シャットダウン温度よりも20℃以上高い耐熱温度を有することが望ましく、より具体的には、多孔質基体の耐熱温度は、150℃以上であることが好ましく、180℃以上であることがより好ましい。 “Heat resistance” of the porous substrate means that a substantial dimensional change due to softening or the like does not occur. Specifically, is the upper limit temperature (heat resistant temperature) at which the rate of shrinkage (shrinkage ratio) with respect to the length of the porous substrate at room temperature maintained at 5% or less is sufficiently higher than the shutdown temperature of the separator? The heat resistance is evaluated depending on whether or not. In order to increase the safety of the laminated battery after shutdown, it is desirable that the porous substrate has a heat resistance higher by 20 ° C. than the shutdown temperature. More specifically, the heat resistance temperature of the porous substrate is 150 ° C. It is preferable that the temperature is higher than or equal to ° C, and more preferably higher than or equal to 180 ° C.
電解液として、例えば、高誘電率溶媒または有機溶媒にLiPF6,LiBF4等の溶質を溶解した溶液(非水電解液)を用いることができる。高誘電率溶媒としては、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、およびγ−ブチロラクトン(BL)のいずれかを用いることができる。有機溶媒としては、直鎖状のジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、メチルエチルカーボネート(EMC)等の低粘度溶媒を用いることができる。As the electrolytic solution, for example, a solution (nonaqueous electrolytic solution) in which a solute such as LiPF 6 or LiBF 4 is dissolved in a high dielectric constant solvent or an organic solvent can be used. As the high dielectric constant solvent, any of ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), and γ-butyrolactone (BL) can be used. As the organic solvent, a low viscosity solvent such as linear dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), or methyl ethyl carbonate (EMC) can be used.
電解液の溶媒としては、上述した高誘電率溶媒と低粘度溶媒との混合溶媒を使用することが好ましい。また、上述した溶液に、PVDF、ゴム系の材料、脂環エポキシ、およびオキセタン系の三次元架橋構造を有する材料等を混合して固化し、ポリマー電解液としてもよい。 As the solvent of the electrolytic solution, it is preferable to use a mixed solvent of the above-described high dielectric constant solvent and low viscosity solvent. Alternatively, PVDF, a rubber-based material, an alicyclic epoxy, a material having an oxetane-based three-dimensional crosslinked structure, and the like may be mixed and solidified into the above-described solution to form a polymer electrolyte.
正極電極61pと負極電極61nとの間にセパレータ66を介在させて、正極電極61pと負極電極61nとを交互に積層して電極積層体67を作成する。
The
電極積層体67の作成方法は、特に制限はない。例えば、帯状のセパレータ66を一定間隔で山折りと谷折りとを交互に繰り返すことでジグザグ状に折り曲げ、セパレータ66の一方の面側から各谷折り部分に正極電極61pを挟み込み、他方の面側から各谷折り部分に負極電極61nを挟み込んで電極積層体67を作成できる。あるいは、セパレータ66で矩形の複数の袋を形成し、各セパレータ66からなる袋内に正極電極61pを挿入したものを、負極電極61nと交互に積層して電極積層体67を作成してもよい。
There is no restriction | limiting in particular in the production method of the electrode laminated
かくして得られた電極積層体67からはみ出した複数の正極電極61pの正極耳部62pに正極リードタブ63pを接続する。同様に、電極積層体67からはみ出した複数の負極電極61nの負極耳部62nに負極リードタブ63nを接続する。
The positive
このようにして得た電極積層体67の上下に略矩形の2枚のラミネートシート69を配置し、正極リードタブ63p及び負極リードタブ63nが形成された辺を除く3辺に沿って2枚のラミネートシート69を熱融着してラミネートシート69を袋状に形成する。2枚のラミネートシートを用いるのではなく、1枚の長方形のラミネートシートを電極積層体67を挟むように折り曲げて重ね合わせ、対向する2辺に沿って熱融着してラミネートシートを袋状に形成してもよい。その後、ラミネートシート69の袋内に電解液を注入する。最後に、熱融着していない辺に沿って、正極及び負極のリードタブ63p,63nとともにラミネートシート69を熱融着して、リチウムイオン二次電池60が得られる。
Two
ラミネートシート69の構成は、特に制限はなく、例えばラミネート形リチウムイオン二次電池の外装材として使用されている公知のラミネートシートを用いることができる。例えば、アルミニウムからなる基層の片面に熱融着性樹脂層として変性ポリオレフィン層が積層された多層シートを用いることができる。
There is no restriction | limiting in particular in the structure of the
上記の例では、正極リードタブ63p及び負極リードタブ63nが、略矩形のラミネートシート69の同じ短辺から引き出されているが、異なる辺から引き出されていてもよい。
In the above example, the positive
上記では、ラミネート形のリチウムイオン二次電池の例を説明したが、本発明のチップ10は、ラミネート形以外のリチウムイオン二次電池の製造に利用することもできる。
Although the example of the laminated lithium ion secondary battery has been described above, the
(評価試験1)
以下のようにしてラミネート形リチウムイオン二次電池60用の電極積層体67(図19参照)を作成した。(Evaluation Test 1)
An electrode laminate 67 (see FIG. 19) for the laminated lithium ion
正極用集電体65pとして、厚さ15μmのアルミニウム箔を用いた。この集電体65pの両面の所定領域に厚さ110μmの正極合剤層66pを塗布形成して正極電極61pを得た。
As the positive electrode
負極集電体65nとして、厚さ10μmの電解銅箔を用いた。この集電体65nの両面の所定領域に厚さ126μmの負極合剤層66nを塗布形成して負極電極61nを得た。
An electrolytic copper foil having a thickness of 10 μm was used as the negative electrode
多孔質フィルムからなる厚さ21μmの帯状のセパレータ66をジグザグ状に折り曲げて、セパレータ66の一方の側から各谷折り部分に上記の正極電極61pを挟み込み、他方の側から各谷折り部分に上記の負極電極61nを挟み込んで、22枚の正極電極61pと23枚の負極電極61nとがセパレータ66を介して交互に積層された電極積層体67を得た。
A strip-shaped
図21に示すように、電極積層体67の一辺から突き出した23枚の負極電極61nの耳部62nを、厚さ285μm、幅20mmのリードタブ63n(20mm幅Cu−Ni)上に重ね合わせて、両者を超音波溶接にて接合した。リードタブ63nは、銅の薄板の両面にニッケルメッキが施されたものである。
As shown in FIG. 21, the
実施例では、上述した図15Aに示したドーム状に膨らんだ凸曲面を有する16個の面取り突起130’が2行×8列に格子状に配置された加工面11を備えたチップ10を用いて超音波溶接を行った。加工面11を平面視したときの突起130’の円形の輪郭線131の直径A(図10A参照)は0.6mmであった。突起130’の高さは0.3mmであった。輪郭線131に沿って突起130’の周囲に環状に連続的に形成された凹曲面131c(図15B参照)は、曲率半径R131が0.2mmの円弧形状の断面を有していた。チップ10の加工面11の外周端には半径R13が1mmの円筒面状の面取り13a,13b,13c,13d(図17A及び図17B参照)が施されており、加工面11の4つのコーナー部には半径R14が1mmの円筒面状の面取り14(図17C参照)が施されていた。このような突起130’が形成された加工面11を、耳部62nを構成する集電体65nに押し当てて超音波溶接した。10個の電極積層体67についてリードタブ63nとの超音波溶接を行った。In the embodiment, the
比較例では、実施例と異なるチップ10を用いる以外は実施例と同じ条件で、超音波溶接を行った。比較例で用いたチップ10の加工面11には、図3A、図3Bに示した16個の非面取り突起110が2行×8列に格子状に配置されていた。加工面11を平面視したときの非面取り突起110の輪郭線111は一辺長さAが1.2mmの正方形であり、上面112の輪郭線113は一辺長さが0.6mmの正方形であった。突起110の高さは0.3mmであった。突起110の縦横方向の配置ピッチは、実施例のチップ10の突起130’のそれと同じであった。突起110の周囲の輪郭線111には凹曲面121c(図13B参照)は形成されていなかった(即ち、曲率半径R121<0.05mm)。実施例のチップ10では形成された、加工面11の外周端の面取り13a,13b,13c,13d(図17A及び図17B参照)及び加工面11の4つのコーナー部の面取り14(図17C参照)は、比較例ではいずれも施さなかった(即ち、R13<0.1mm、R14<0.1mm)。上記の比較例のチップ10を用いて、実施例と同様にして10個の電極積層体67についてリードタブ63nとの超音波溶接を行った。In the comparative example, ultrasonic welding was performed under the same conditions as in the example except that the
実施例及び比較例の各10個のサンプルについて、それぞれの超音波溶接部64nをデジタルマイクロスコープで観察し、耳部62nを構成する集電体65nに破れがあるか否かを判定した。
For each of the ten samples of the example and the comparative example, each
その結果、実施例では、10個のサンプルのいずれにも集電体65nに破れが認められなかった。これに対して、比較例では、10個のサンプルの全てに最上の集電体65nに破れが認められた。これより、実施例で用いたチップ10は、集電体の破れ防止に有効であることが確認された。
As a result, in the example, the
(評価試験2)
負極合剤層66nが形成されていない、評価試験1で用いたのと同じ23枚の負極集電体65nを準備した。23枚の負極集電体65nの耳部62nを、評価試験1と同じリードタブ63n上に重ね合わせて、これらを超音波溶接にて接合した。超音波溶接の条件は評価試験1と同じにした。実施例及び比較例のそれぞれについて各10個のサンプルを得た。(Evaluation test 2)
The same 23 negative electrode
各サンプルについて、チップ10が押し当てられていた最上の負極集電体65nについて引っ張り試験を行った。即ち、リードタブ63nを保持した状態で、最上の負極集電体65nに徐々に増大する張力を印加し、当該負極集電体65nに破れが発生した時点の張力を測定した。張力(単位:N)を耳部62nの10mm幅当たりの張力に換算して負極集電体の強度(単位:N/10mm)を求めた。
For each sample, a tensile test was performed on the uppermost negative electrode
結果を図18に示す。図18の上のグラフは、実施例及び比較例の各10個のサンプルの負極集電体の強度を示す。図18の下に、実施例及び比較例の各10個のサンプルについての強度の平均値、最大値、最小値、標準偏差を示す。図18より、実施例で用いたチップ10は、集電体の引っ張り強度を低下させる程度が少ないことから、集電体の破れ防止に有効であることが確認された。
The results are shown in FIG. The upper graph of FIG. 18 shows the intensity | strength of the negative electrode electrical power collector of each 10 samples of an Example and a comparative example. Below FIG. 18, the average value, maximum value, minimum value, and standard deviation of the intensity for each of the ten samples of the example and the comparative example are shown. From FIG. 18, it was confirmed that the
本発明の電池の製造方法は、シート状正極電極とシート状負極電極とがセパレータを介して交互に配置される二次電池の製造に好ましく利用することができる。 The battery manufacturing method of the present invention can be preferably used for manufacturing a secondary battery in which sheet-like positive electrodes and sheet-like negative electrodes are alternately arranged via separators.
本発明の超音波溶接用チップ及び超音波溶接機は、箔状の被溶接部材にチップを押し当てて超音波溶接する工程に好ましく利用することができる。特に、二次電池の電極を構成する集電体とリードタブとを超音波溶接する工程において特に好ましく利用することができる。 The tip for ultrasonic welding and the ultrasonic welder of the present invention can be preferably used in a step of ultrasonic welding by pressing a tip against a foil-like member to be welded. In particular, it can be particularly preferably used in the step of ultrasonic welding the current collector and the lead tab constituting the electrode of the secondary battery.
1 超音波溶接機
5 ホーン
10 チップ
11 加工面
13a,13b,13c,13d 面取り
14 面取り
50 アンビル
60 ラミネート形リチウムイオン二次電池
62p,62n 耳部
63p,63n リードタブ
65p,65n 集電体
66p,66n 電極合剤層
120,130,140,120’,130’,140’ 面取り突起
121,131,141 輪郭線
121c,131c,141c 凹曲面
121r 円弧DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
本発明は、被溶接部材(いわゆる「ワーク」)に押し当てられ、被溶接部材に超音波振動を印加することにより被溶接部材を超音波溶接するための超音波溶接用チップに関する。また、本発明は、当該チップを備えた超音波溶接機に関する。更に、本発明は、当該チップを用いて超音波溶接を行う工程を有する電池の製造方法に関する。 The present invention relates to a tip for ultrasonic welding that is pressed against a member to be welded (so-called “workpiece”) and ultrasonically welds the member to be welded by applying ultrasonic vibration to the member to be welded. Moreover, this invention relates to the ultrasonic welding machine provided with the said chip | tip. Furthermore, this invention relates to the manufacturing method of the battery which has the process of performing ultrasonic welding using the said chip | tip.
リチウムイオン二次電池に代表される非水電解質電池は、エネルギー密度が高いという特徴から、携帯電話やノート型パーソナルコンピューター等の携帯機器の電源として広く用いられている。携帯機器の高性能化に伴ってリチウムイオン二次電池の更なる高容量化が進められている。エネルギー密度を更に向上させるため、アルミニウム箔等の金属箔を芯材とし、その内側面に接着層として熱融着性樹脂フィルムを積層した、可撓性を有するラミネートシートで外装したラミネート形リチウムイオン二次電池が多く使用されている。 A non-aqueous electrolyte battery represented by a lithium ion secondary battery is widely used as a power source for portable devices such as a mobile phone and a notebook personal computer because of its high energy density. With higher performance of portable devices, further increase in capacity of lithium ion secondary batteries is being promoted. In order to further improve the energy density, a laminated lithium ion sheathed with a flexible laminate sheet in which a metal foil such as an aluminum foil is used as a core material and a heat-fusible resin film is laminated as an adhesive layer on its inner surface Secondary batteries are often used.
ラミネート形リチウムイオン二次電池に内蔵される電極積層体としては、シート状の正極電極とシート状の負極電極とをセパレータを介して交互に積層したものが一般的である。 As an electrode laminated body incorporated in a laminated lithium ion secondary battery, a sheet-like positive electrode and a sheet-like negative electrode are alternately laminated via a separator in general.
図19は、一般的なラミネート形リチウムイオン二次電池60の概略構成を示した透視平面図である。図19において、61pは正極電極、61nは負極電極である。正極及び負極の電極61p,61nは、基材層として金属箔からなる集電体を有し、略矩形状の電極部71p,71nと、この電極部71p,71nの一辺から突出した耳部62p,62nとを備える。電極部71p,71nでは集電体の両面に活物質を含む電極合剤層が塗布形成されており、一方、耳部62p,62nには電極合剤層は塗布形成されていない。正極電極61pと負極電極61nとが、セパレータ66を介して交互に積層されて、電極積層体67を構成している。複数の正極電極61pの耳部62pは互いに重ね合わされてリードタブ63pと溶接部64pで溶接されている。同様に、複数の負極電極61nの耳部62nは互いに重ね合わされてリードタブ63nと溶接部64nで溶接されている。図19において、68は電極積層体67を収納する外装である。外装68は、柔軟性を有する2枚のラミネートシート(外装材)69からなる。2枚のラミネートシート69は、その外周端縁に沿ったヒートシール部69aで熱融着され封止される。
FIG. 19 is a perspective plan view showing a schematic configuration of a general laminate-type lithium ion
図20は、負極の溶接部64n及びその近傍の概略構成を示した厚さ方向に沿った断面図である。図20では、図面を簡単化するために、正極電極61pと負極電極61nとの間のセパレータ66及びラミネートシート69の図示を省略している。図20において、65pは正極集電体、66pは正極集電体65pの両面に塗布された正極合剤層であり、65nは負極集電体、66nは負極集電体65nの両面に塗布された負極合剤層である。負極耳部62nを構成する複数の負極集電体65nが負極リードタブ63n上に重ね合わされて、溶接部64nにてこれらが一体的に溶接されている。図示を省略するが、正極の溶接部64pの構成も図20と実質的に同じである(例えば、特許文献1参照)。
FIG. 20 is a cross-sectional view along the thickness direction showing a schematic configuration of the
正極集電体65pとしては一般に厚さ15μm程度のアルミニウム箔が使用され、正極リードタブ63pとしては厚さ200μm程度のアルミニウムの薄板が使用される。一方、負極集電体65nとしては一般に厚さ10μm程度の銅箔が使用され、負極リードタブ63nとしては厚さ200μm程度のニッケルメッキした銅の薄板が使用される。
As the positive electrode
耳部62p,62nを構成する集電体65p,65nとリードタブ63p,63nとの溶接部64p,64nでの溶接は、一般に超音波溶接法が使用される。
In general, ultrasonic welding is used to weld the
図21を用いて超音波溶接法を説明する。図21では、負極溶接部64nを形成する場合を示しているが、正極溶接部64pもこれと実質的に同じである。
The ultrasonic welding method will be described with reference to FIG. Although FIG. 21 shows a case where the
図21に示すように、アンビル50の上面51に、リードタブ63n、耳部62nを構成する複数の負極集電体65nを順に重ね合わせ、更に負極集電体65n上にチップ10を載置する。チップ10とアンビル50との間のリードタブ63n及び負極集電体65nを圧縮するようにチップ10を負極集電体65nに荷重Fで押し付けながら、荷重Fの向きとは直交する方向に振動する超音波振動Sをチップ10に印加する。チップ10を介して印加された超音波振動によって複数の負極集電体65n及びリードタブ63nの各界面が摩擦熱により加熱され溶接部64n(図19、図20参照)が形成される。
As shown in FIG. 21, a plurality of negative electrode
超音波振動のエネルギーが被溶接部材である負極集電体65n及びリードタブ63nに効率よく印加されるように、チップ10の負極集電体65nに当接する面(以下、「加工面」という)11、及び、アンビル50のリードタブ63nに当接する面(以下、「保持面」という)51には、それぞれ所定形状の微細な凹凸が形成されている。
A surface (hereinafter referred to as “processed surface”) 11 of the
図22Aはチップ10の加工面11の形状の一例を示した平面図、図22Bはその正面図である。これらの図に示されているように、加工面11には、四角錐台形状(四角錐の頂部を、その底面と平行な面に沿って切り落とした形状)を有する複数の突起910が、縦横方向に格子状に配置されている。複数の突起910の形状及び寸法は同じである。
22A is a plan view showing an example of the shape of the processed
図22A及び図22Bに示したチップ10の加工面11を図21に示したように負極集電体65nに押し当てて超音波溶接を行うと、超音波溶接の条件によっては、溶接部64n又はその近傍にて負極集電体65n(特に加工面11が当接した最も上に配された負極集電体65n)が破れるという問題が生じることがある。これを、図23を用いて説明する。
When the processed
図23は、図22A及び図22Bに示した加工面11を有するチップ10を用いた超音波溶接により形成された溶接部64nの一例を示した拡大平面図である。図23に示す溶接部64nの面に、加工面11が当接していた。図23に示されているように、最も上に配された負極集電体65n(以下、「最上の負極集電体65n」という)には、加工面11の突起910(図22A、図22Bを参照)が押し当てられたことによる略四角錐台面形状の凹部である溶接痕920が形成されている。
FIG. 23 is an enlarged plan view showing an example of a welded
930は、超音波溶接によって最上の負極集電体65nに発生した破れである。破れ930は、格子状に配された複数の溶接痕920のうち、周辺部分、特に四隅に配された溶接痕920の近傍に発生しやすい。
930 is a tear generated in the uppermost negative electrode
図21から理解できるように、耳部62nは、合剤層66nが形成されていないために電極部より薄い。そのような薄い耳部62nを構成する複数の負極集電体65nを、チップ10とリードタブ63nとの間に厚さ方向に束ねているために、負極集電体65nには張力が印加されやすい。このような負極集電体65nに加工面11の突起910が押し当てられることにより、特に最上の負極集電体65nは突起910の形状に沿って局所的に延ばされる。従って、最上の負極集電体65nにおいて、複数の溶接痕920のうち最も大きな張力が印加されやすい周辺部分の溶接痕920の近傍の位置に、破れ930が発生しやすいと考えられる。
As can be understood from FIG. 21, the
なお、アンビル50の保持面51にも凹凸が形成されているが、保持面51が当接するリードタブ63nは負極集電体65nより厚いので、リードタブ63nに破れが発生することはほとんどない。
In addition, although the unevenness | corrugation is formed also in the holding
チップ10の荷重F(図21参照)を小さくすれば、破れ930の発生頻度は低下するが、超音波振動のエネルギーが負極集電体65n及びリードタブ63nに十分に印加されなくなるので、溶接不良が生じやすい。
If the load F (see FIG. 21) of the
そこで、破れ930の発生を抑えるため、従来は、(1)負極集電体65nを構成する銅箔として耐伸性が相対的に優れた圧延銅箔を用いる、(2)チップ10と最上の負極集電体65nとの間にリードタブ63nと略同一厚さを有する銅のダミー薄板を挟んで「ダミー薄板/複数の負極集電体65n/リードタブ63n」を一体的に超音波溶接することで、最上の負極集電体65nに溶接痕920が形成されにくくする、等の対策が採られていた。
Therefore, in order to suppress the generation of the
ところが、圧延銅箔を用いる方法は、圧延銅箔が電解銅箔に比べて高価であるという課題がある。また、ダミー薄板を一緒に溶接する方法は、ダミー薄板を準備する必要があるのでコスト高になるという課題や、超音波溶接作業が煩雑になるという課題、溶接部64nが厚くなるという課題がある。
However, the method using a rolled copper foil has a problem that the rolled copper foil is more expensive than the electrolytic copper foil. In addition, the method of welding the dummy thin plates together has a problem that the dummy thin plate needs to be prepared, and thus there is a problem that the cost is high, a problem that the ultrasonic welding work is complicated, and a problem that the welded
上述した、超音波溶接によって集電体が破れるという問題は、集電体の厚みが相対的に薄い負極集電体で発生しやすいが、正極集電体においても超音波溶接の条件によっては同様に発生することがある。また、電池以外の分野でも、チップ10を薄い金属箔に押し当てて超音波溶接する場合には同様に発生することがある。
The above-mentioned problem that the current collector is broken by ultrasonic welding is likely to occur in the negative electrode current collector having a relatively thin thickness, but the same applies to the positive electrode current collector depending on the ultrasonic welding conditions. May occur. Also, in fields other than batteries, the same phenomenon may occur when the
集電体の破れは、最終的に得られるリチウムイオン二次電池の電圧特性に悪影響を及ぼすことがある。従って、破れは電池の製造歩留まりを低下させ、また、電池の信頼性を低下させる。 The breakage of the current collector may adversely affect the voltage characteristics of the finally obtained lithium ion secondary battery. Therefore, tearing reduces the manufacturing yield of the battery and also reduces the reliability of the battery.
本発明は、被溶接部材である箔に破れが発生しにくい超音波溶接用チップ及び超音波溶接機を提供することを目的とする。また、本発明は、電極の耳部とリードタブとを超音波溶接する際に、耳部を構成する集電体の破れが発生しにくい電池の製造方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide an ultrasonic welding tip and an ultrasonic welding machine in which a foil that is a member to be welded hardly breaks. Another object of the present invention is to provide a battery manufacturing method in which the current collectors constituting the ears are less likely to be broken when the electrode ears and the lead tabs are ultrasonically welded.
本発明の超音波溶接用チップは、複数の突起が形成された加工面を備え、前記加工面を被溶接部材に押し当てながら前記被溶接部材に超音波振動を印加して前記被溶接部材を超音波溶接するための超音波溶接用チップであって、前記加工面を正面から見たとき、前記複数の突起のうち最外周に配された少なくとも1つの突起は、その一方向の外寸法をAとしたときR≧A/6を満たす半径Rの円弧を周囲の輪郭線上に有するように面取りされた面取り突起であることを特徴とする。 The tip for ultrasonic welding of the present invention has a processed surface on which a plurality of protrusions are formed, and applies ultrasonic vibration to the member to be welded while pressing the processed surface against the member to be welded. An ultrasonic welding tip for ultrasonic welding, when the processed surface is viewed from the front, at least one of the plurality of protrusions arranged on the outermost periphery has an outer dimension in one direction. It is a chamfering protrusion chamfered so as to have an arc having a radius R satisfying R ≧ A / 6 on the surrounding contour line when A.
本発明の超音波溶接機は、被溶接部材に押し当てられて前記被溶接部材に超音波振動を印加するためのチップと、前記チップに対向して配置され、前記被溶接部材を支持するアンビルと、前記チップが一端に設けられ、前記超音波振動により共鳴するホーンとを備える。そして、前記チップが、上記の本発明の超音波溶接用チップである。 An ultrasonic welding machine of the present invention includes a tip that is pressed against a member to be welded to apply ultrasonic vibrations to the member to be welded, and an anvil that is disposed to face the tip and supports the member to be welded. And a horn that is provided at one end and resonates by the ultrasonic vibration. And the said chip | tip is a chip | tip for ultrasonic welding of said this invention.
本発明の電池の製造方法は、集電体を基材層として有し、前記集電体の所定領域に電極合剤層が形成された電極部と、前記電極合剤層が形成されていない耳部とをそれぞれ備えた複数の電極を積層する工程と、前記複数の電極の前記耳部と前記集電体より肉厚のリードタブとを超音波溶接する工程とを備える。そして、前記超音波溶接する工程において、上記の本発明の超音波溶接用チップの前記加工面を前記耳部に押し当てて前記耳部と前記リードタブとを超音波溶接する。 The battery manufacturing method of the present invention has a current collector as a base material layer, an electrode portion in which an electrode mixture layer is formed in a predetermined region of the current collector, and the electrode mixture layer is not formed A step of laminating a plurality of electrodes each having an ear portion, and a step of ultrasonically welding the ear portion of the plurality of electrodes and a lead tab thicker than the current collector. Then, in the ultrasonic welding step, the processed surface of the ultrasonic welding tip of the present invention is pressed against the ear portion to ultrasonically weld the ear portion and the lead tab.
本発明の超音波溶接用チップ及び超音波溶接機によれば、チップの加工面に形成された複数の突起のうち最外周に配された少なくとも1つの突起が面取り突起であるので、箔に応力集中が生じにくい。従って、超音波溶接による箔の破れを低減することができる。 According to the ultrasonic welding tip and the ultrasonic welding machine of the present invention, since at least one projection arranged on the outermost periphery among the plurality of projections formed on the processing surface of the tip is a chamfering projection, stress is applied to the foil. Concentration hardly occurs. Therefore, the tearing of the foil by ultrasonic welding can be reduced.
また、本発明の電池の製造方法によれば、上記の本発明の超音波溶接用チップを電極の耳部に押し当てて電極の耳部とリードタブとを溶接するので、超音波溶接によって耳部を構成する集電体に生じる破れを低減できる。従って、高信頼性の電池を歩留まりよく安定的に製造することができる。また、集電体として、従来は使用することが困難であった電解銅箔を使用することが可能となる。また、チップと耳部との間にダミー薄板を挟んで超音波溶接する必要もなくなる。 Further, according to the battery manufacturing method of the present invention, the above-described ultrasonic welding tip of the present invention is pressed against the ear portion of the electrode to weld the electrode ear portion and the lead tab. The tear which arises in the electrical power collector which comprises can be reduced. Therefore, a highly reliable battery can be stably manufactured with a high yield. Moreover, it becomes possible to use the electrolytic copper foil which was difficult to use conventionally as a collector. Further, it is not necessary to perform ultrasonic welding with a dummy thin plate sandwiched between the tip and the ear.
本発明の超音波溶接用チップは、複数の突起が形成された加工面を備える。前記チップは、前記加工面を被溶接部材に押し当てながら前記被溶接部材に超音波振動を印加して前記被溶接部材を超音波溶接するために使用される。前記加工面を正面から見たとき、前記複数の突起のうち最外周に配された少なくとも1つの突起は、その一方向の外寸法をAとしたときR≧A/6を満たす半径Rの円弧を周囲の輪郭線上に有するように面取りされた面取り突起である。 The ultrasonic welding tip of the present invention includes a processed surface on which a plurality of protrusions are formed. The tip is used for applying ultrasonic vibration to the member to be welded while pressing the processed surface against the member to be welded to ultrasonically weld the member to be welded. When the processed surface is viewed from the front, at least one protrusion arranged on the outermost periphery among the plurality of protrusions is an arc having a radius R that satisfies R ≧ A / 6 when the outer dimension in one direction is A. Is a chamfered projection chamfered so as to have a peripheral contour line.
上記の本発明の超音波溶接用チップにおいて、前記複数の突起が格子状に配置されており、前記複数の突起のうち四隅に配された4つの突起のうちの少なくとも1つが前記面取り突起であることが好ましい。これにより破れが特に発生しやすい箇所の近傍に面取り突起を配置することができるので、箔の破れを効果的に低減することができる。 In the above-described ultrasonic welding tip of the present invention, the plurality of protrusions are arranged in a lattice shape, and at least one of the four protrusions arranged at four corners of the plurality of protrusions is the chamfered protrusion. It is preferable. As a result, the chamfered protrusions can be disposed in the vicinity of locations where tearing is particularly likely to occur, so that the tearing of the foil can be effectively reduced.
前記複数の突起が格子状に配置されており、前記複数の突起のうち四隅に配された4つの突起の全てが前記面取り突起であることが好ましい。これにより破れが特に発生しやすい四隅に面取り突起を配置することができるので、箔の破れを更に低減することができる。 Preferably, the plurality of protrusions are arranged in a lattice pattern, and all of the four protrusions arranged at four corners of the plurality of protrusions are the chamfered protrusions. As a result, chamfered protrusions can be arranged at the four corners where breakage is particularly likely to occur, so that the tearing of the foil can be further reduced.
前記複数の突起のうち最外周に配された全ての突起が前記面取り突起であることが好ましい。これにより、箔の破れを更に低減することができる。 It is preferable that all the protrusions arranged on the outermost periphery among the plurality of protrusions are the chamfered protrusions. Thereby, tearing of the foil can be further reduced.
前記複数の突起の全てが前記面取り突起であることが好ましい。これにより、箔の破れが発生する可能性を最小化することができる。 It is preferable that all of the plurality of protrusions are the chamfered protrusions. This minimizes the possibility of foil tearing.
前記加工面を正面から見たとき、前記面取り突起の前記輪郭線は四隅に半径Rの前記円弧を有する略正方形であってもよい。この場合、前記略正方形の互いに対向する二辺間距離が前記寸法Aであることが好ましい。これにより、従来のチップの加工面に形成されていた四角錐台形状の突起(非面取り突起)にわずかな加工を加えることで面取り突起を形成することができる。 When the processed surface is viewed from the front, the contour line of the chamfered protrusion may be a substantially square shape having the arcs having a radius R at four corners. In this case, it is preferable that the distance between two opposite sides of the substantially square is the dimension A. Thereby, a chamfering protrusion can be formed by adding a slight processing to a quadrangular frustum-shaped protrusion (non-chamfered protrusion) formed on the processed surface of a conventional chip.
あるいは、前記加工面を正面から見たとき、前記面取り突起の前記輪郭線は円形であってもよい。この場合、前記円形の直径が前記寸法Aであってもよい。これにより、箔の破れを更に低減することができる。 Or when the said processed surface is seen from the front, the said outline of the said chamfering protrusion may be circular. In this case, the circular diameter may be the dimension A. Thereby, tearing of the foil can be further reduced.
前記面取り突起の前記輪郭線に沿って、前記加工面の平坦面と前記面取り突起とを滑らかに接続する凹曲面が形成されていることが好ましい。これにより、箔の破れを更に低減することができる。 It is preferable that a concave curved surface that smoothly connects the flat surface of the processed surface and the chamfered protrusion is formed along the contour line of the chamfered protrusion. Thereby, tearing of the foil can be further reduced.
上記の場合において、前記凹曲面の曲率半径は0.1mm以上であることが好ましい。これにより、箔の破れを更に低減することができる。 In the above case, the radius of curvature of the concave curved surface is preferably 0.1 mm or more. Thereby, tearing of the foil can be further reduced.
前記加工面と前記加工面と隣り合う側面とが交差する、前記加工面の外周端に面取りが施されていることが好ましい。これにより、箔の破れを更に低減することができる。 It is preferable that chamfering is performed on an outer peripheral end of the processed surface where the processed surface and a side surface adjacent to the processed surface intersect. Thereby, tearing of the foil can be further reduced.
前記加工面の4つのコーナー部の少なくとも一つに面取りが施されていることが好ましい。4つのコーナー部の全てに面取りが施されていることがより好ましい。これにより、箔の破れを更に低減することができる。 It is preferable that at least one of the four corner portions of the processed surface is chamfered. More preferably, all four corner portions are chamfered. Thereby, tearing of the foil can be further reduced.
加工面の外周端の前記面取り及び加工面のコーナー部の面取りが、半径0.5mm以上の略円筒面形状を有することが好ましい。これにより、箔の破れを更に低減することができる。 It is preferable that the chamfering of the outer peripheral end of the processing surface and the chamfering of the corner portion of the processing surface have a substantially cylindrical surface shape with a radius of 0.5 mm or more. Thereby, tearing of the foil can be further reduced.
本発明の電池の製造方法は、集電体を基材層として有し、前記集電体の所定領域に電極合剤層が形成された電極部と、前記電極合剤層が形成されていない耳部とをそれぞれ備えた複数の電極を積層する工程と、前記複数の電極の前記耳部と前記集電体より肉厚のリードタブとを超音波溶接する工程とを備える。そして、前記超音波溶接する工程において、上記の本発明の超音波溶接用チップの前記加工面を前記耳部に押し当てて前記耳部と前記リードタブとを超音波溶接する。 The battery manufacturing method of the present invention has a current collector as a base material layer, an electrode portion in which an electrode mixture layer is formed in a predetermined region of the current collector, and the electrode mixture layer is not formed A step of laminating a plurality of electrodes each having an ear portion, and a step of ultrasonically welding the ear portion of the plurality of electrodes and a lead tab thicker than the current collector. Then, in the ultrasonic welding step, the processed surface of the ultrasonic welding tip of the present invention is pressed against the ear portion to ultrasonically weld the ear portion and the lead tab.
上記の本発明の電池の製造方法において、前記集電体が電解銅箔であることが好ましい。これにより、電解銅箔は圧延銅箔に比べて安価であるので、電池のコストを低減することができる。 In the method for producing a battery of the present invention, the current collector is preferably an electrolytic copper foil. Thereby, since the electrolytic copper foil is cheaper than the rolled copper foil, the cost of the battery can be reduced.
以下に、本発明を好適な実施形態及び実施例を示しながら詳細に説明する。但し、本発明は以下の実施形態及び実施例に限定されないことはいうまでもない。以下の説明において参照する各図は、説明の便宜上、本発明の実施形態を構成する部材のうち、本発明を説明するために必要な主要部材のみを簡略化して示したものである。従って、本発明は以下の各図に示されていない任意の部材を備え得る。また、以下の各図中の部材の寸法は、実際の部材の寸法および各部材の寸法比率等を忠実に表したものではない。各図において、対応する部材には同一の符号を付しており、それらについての重複する説明を省略する。 Below, this invention is demonstrated in detail, showing suitable embodiment and an Example. However, it goes without saying that the present invention is not limited to the following embodiments and examples. For convenience of explanation, the drawings referred to in the following description show only the main members necessary for explaining the present invention in a simplified manner among the members constituting the embodiment of the present invention. Therefore, the present invention can include any member not shown in the following drawings. Moreover, the dimension of the member in each following figure does not represent the dimension of an actual member, the dimension ratio of each member, etc. faithfully. In each figure, corresponding members are denoted by the same reference numerals, and redundant description thereof is omitted.
図1に、本発明にかかる超音波溶接機1の概略構成を示す。超音波溶接機1は、超音波帯域の所定周波数の電気的信号を出力する発信器2と、発信器2からの電気的信号を超音波帯域の機械的振動に変換する振動子(トランスデューサー)3と、振動子3が発生した機械的振動を所定の振幅の超音波振動に変換するブースター4と、ブースター4からの超音波振動によって共鳴するホーン5と、ホーン5の一端に設けられたチップ10と、チップ10に対向して配置されたアンビル50とを備えている。被溶接部材は、アンビル50の保持面51上に載置されてアンビル50によって支持される。アンビル50上の被溶接部材にチップ10の加工面11を押し当てて、チップ10を介して所定の超音波振動を被溶接部材に印加する。
FIG. 1 shows a schematic configuration of an ultrasonic welding machine 1 according to the present invention. The ultrasonic welder 1 includes a
本発明の超音波溶接機1の構成は、後述するチップ10の被溶接部材に押し当てられる加工面11の形状を除いて、特に制限はない。例えば、公知の任意の超音波溶接機に本発明を適用することができる。チップ10とホーン5とは一体化された一部品で構成されていてもよいし、別個の部品で構成されていてもよい。
The configuration of the ultrasonic welding machine 1 of the present invention is not particularly limited, except for the shape of the processed
(実施形態1)
図2Aは超音波溶接機1に用いられる本発明の実施形態1にかかるチップ10の加工面11の平面図、図2Bはその正面図である。図22A及び図22Bに示した従来のチップ10の加工面11と同様に、本実施形態1のチップ10の加工面11は平坦面であり、加工面11には16個の突起が2行×8列に格子状に配置されている。16個の突起のうち、四隅に配された4個の突起120は形状及び寸法が同じであり、残り12個の突起110は形状及び寸法が同じである。
(Embodiment 1)
FIG. 2A is a plan view of the
図3Aは、四隅以外に配された突起110の拡大平面図、図3Bは図3Aの3B−3B線に沿った突起110の拡大断面図である。突起110は、四角錐台形状(四角錐の頂部を、その底面と平行な面に沿って切り落とした形状)を有しており、図22A及び図22Bに示した従来のチップ10の加工面11に形成された突起910と実質的に同じ形状である。即ち、図3Aに示すように突起110を平面視したとき、突起110の周囲の輪郭線(即ち、突起110の底面の平面視形状)111は、一辺がAである正方形である。また、突起110の上面112の周囲の輪郭線113も正方形である。但し、輪郭線111及び/又は輪郭線113の四隅に微小な面取りが形成されていてもよい。このような輪郭線111と輪郭線113とを繋ぐように傾斜面114が形成されている。
FIG. 3A is an enlarged plan view of the
図4Aは、図2Aに示した16個の突起のうち四隅に配された突起120の拡大平面図、図4Bは図4Aの4B−4B線に沿った突起120の拡大断面図である。突起120は、図3A及び図3Bに示した四角錐台形状を有する突起110の傾斜面114の4つの稜線115(図3A参照)を略円筒面状に面取りしたのと実質的に同じ形状を有している。より詳細には、図4Aに示されているように、突起120の周囲の輪郭線(即ち、突起120の底面の平面視形状)121は、対向する二辺間距離がAである正方形の四隅が、半径Rの円弧121rで面取りされた略正方形である。対向する二辺間距離Aと半径RとはR≧A/6を満足する。半径Rの値は、突起120の大きさ等によって適宜変更しうるが、0.2mm以上であることが好ましく、0.3mm以上であることがより好ましい。突起120の上面122の周囲の輪郭線123も、四隅が円弧状に面取りされた略正方形である。このような輪郭線121と輪郭線123とを繋ぐように傾斜面124が形成されている。従って、傾斜面124の4つの稜線125は、滑らかな凸曲面(例えば円筒面の一部)で構成されている。
4A is an enlarged plan view of the
本発明では、図4A、図4Bに示したような周囲に円弧状の面取りが施された突起120を「面取り突起」と呼び、図3A、図3Bに示したような円弧状の面取りが実質的に施されていない突起110を「非面取り突起」と呼び、形状の違いにより両突起を区別する。
In the present invention, the
上記のような突起110,120が形成された加工面11を有する本実施形態のチップ10は、例えばラミネート形リチウムイオン二次電池の電極の耳部とリードタブとを超音波溶接する際に使用することができる。即ち、超音波溶接法を示した図21に示したチップ10として本実施形態1のチップ10を用いることができる。チップ10の加工面11は最上の負極集電体65nの上面に押し当てられる。
The
図5は、本実施形態1にかかるチップ10を用いた超音波溶接1により形成された溶接部64nを示した拡大平面図である。図5に示す溶接部64nの面に、加工面11が当接していた。図5に示されているように、最上の負極集電体65nには、加工面11の突起110,120が押し当てられたことにより形成された凹状の溶接痕210,220が形成されている。溶接痕210は、突起110によって形成されたものであり、図23に示した溶接痕920と同様に、略四角錐台面形状の凹部である。これに対して、溶接痕220は、突起120により形成されたものである。溶接痕210と比較すれば理解できるように、溶接痕220の輪郭線221は、四隅に相対的に大きな半径を有する円弧状の面取りが形成された略正方形である。溶接痕210及び溶接痕220の形状の相違から容易に理解できるように、溶接痕220の輪郭線221が有する円弧状の面取りが、溶接痕220の近傍において負極集電体65nに発生する応力集中を緩和する。従って、溶接痕220を形成する面取り突起120は、溶接痕210を形成する突起110に比べて、溶接痕の近傍において負極集電体65nに発生する応力集中を緩和するのに有利な形状である。
FIG. 5 is an enlarged plan view showing a welded
図23で説明したように、従来の超音波溶接法では、最も大きな張力が印加される周辺部分、特に四隅の溶接痕920の近傍に破れ930が発生した。これに対して、本実施形態1では、格子状に配された複数の突起のうち四隅の突起を、負極集電体65nに応力集中を生じさせにくい面取り突起120としたので、負極集電体65nの破れ930の発生を効果的に抑制することができる。
As described with reference to FIG. 23, in the conventional ultrasonic welding method, a
負極集電体65nに破れ930が生じにくいので、負極集電体65nとして安価な電解銅箔を用いることができる。従って、電池60のコストを低減することができる。また、従来のように、チップ10と最上の負極集電体65nとの間にダミー薄板を挟んで超音波溶接する必要もない。
Since it is difficult for the negative electrode
上記の例では、加工面11に突起が2行×8列に配置された例を示したが、突起の配置はこれに限定されない。図6に示すように突起がm行×n列に格子状に配置されていてもよい(m,nは2以上の整数)。この場合、四隅に配された4つの突起を面取り突起120とし、それ以外の突起を非面取り突起110とすることができる。この場合も、上記の例と同様の効果を得ることができる。
In the above example, the example in which the protrusions are arranged in 2 rows × 8 columns on the processed
なお、図2A及び図6において、四隅に配された4つの突起のうちの一部のみを面取り突起120とし、それ以外の突起を全て非面取り突起110としてもよい。破れ930が発生しやすい箇所の近傍のみに面取り突起120を配置することで、破れ930の発生を効果的に防止することができる。
2A and 6, only some of the four protrusions arranged at the four corners may be chamfered
あるいは、最外周に配された突起(図6の例では、第1行、第m行、第1列、第n列に配された突起)のうちの少なくとも1つを面取り突起120とし、それ以外の突起を全て非面取り突起110としてもよい。破れ930が発生しやすい箇所が四隅の近傍以外である場合もあり、そのような場合には破れが発生しやすい箇所の近傍のみに面取り突起120を配置することで、破れ930の発生を効果的に防止することができる。
Alternatively, at least one of the protrusions arranged on the outermost periphery (in the example of FIG. 6, the protrusions arranged in the first row, the m-th row, the first column, and the n-th column) is used as the
(実施形態2)
本実施形態2は、チップ10の加工面11に形成された突起の配置に関して実施形態1と異なる。以下、実施形態1と異なる点を中心に、本実施形態2を説明する。
(Embodiment 2)
The second embodiment is different from the first embodiment regarding the arrangement of the protrusions formed on the processed
図7は、本実施形態2のチップ10の加工面11に形成された複数の突起の配置を示した平面図である。加工面11には、図6と同様に、突起がm行×n列に格子状に配置されている。但し、図6と異なり、最外周に配された突起(即ち、第1行、第m行、第1列、第n列に配された突起)は全て面取り突起120であり、それ以外の突起は非面取り突起110である。
FIG. 7 is a plan view showing the arrangement of a plurality of protrusions formed on the processed
本実施形態2によれば、m行×n列に配された突起群の周囲のいずれの箇所においても、負極集電体65nに応力集中が発生しにくくなるので、破れ930の発生の防止効果が更に向上する。
According to the second embodiment, stress concentration is unlikely to occur in the negative electrode
(実施形態3)
本実施形態3は、チップ10の加工面11に形成された突起の配置に関して実施形態1,2と異なる。以下、実施形態1,2と異なる点を中心に、本実施形態3を説明する。
(Embodiment 3)
The third embodiment is different from the first and second embodiments with respect to the arrangement of the protrusions formed on the processed
図8は、本実施形態3のチップ10の加工面11に形成された複数の突起の配置を示した平面図である。加工面11には、図6、図7と同様に、突起がm行×n列に格子状に配置されている。但し、図6、図7と異なり、全ての突起(m×n個の突起)が面取り突起120であり、非面取り突起110は存在しない。
FIG. 8 is a plan view showing the arrangement of a plurality of protrusions formed on the processed
本実施形態3によれば、全ての突起が面取り突起120であるので、m行×n列に配された突起群のいずれの箇所においても、負極集電体65nに応力集中が発生しにくくなる。従って、破れ930の発生の防止効果が更に向上する。
According to the third embodiment, since all the projections are the chamfered
(実施形態4)
本実施形態4では、実施形態1〜3に示した面取り突起120とは異なる形状を有する面取り突起130を用いる。以下、実施形態1〜3と異なる点を中心に、本実施形態4を説明する。
(Embodiment 4)
In the fourth embodiment, a
図9Aは超音波溶接機1に用いられる本発明の実施形態4にかかるチップ10の加工面11の平面図、図9Bはその正面図である。図2A及び図2Bに示した実施形態1のチップ10の加工面11と同様に、本実施形態4のチップ10の加工面11には16個の突起が2行×8列に格子状に配置されている。16個の突起のうち、四隅に配された4個の突起130は形状及び寸法が同じであり、残り12個の突起110は形状及び寸法が同じである。
FIG. 9A is a plan view of the
図10Aは、図9Aに示した16個の突起のうち四隅に配された面取り突起130の拡大平面図、図10Bは図10Aの10B−10B線に沿った面取り突起130の矢視拡大断面図である。突起130は、ドーム状に膨らんだ滑らかな凸曲面を有している。当該凸曲面は、正確な球面であってもよいし、これをわずかに変形させた非球面であってもよい。図10Aに示されているように、突起130の周囲の輪郭線(即ち、突起130の底面の平面視形状)131は直径Aの円形である。即ち、突起130の輪郭線131は、図4Aに示した突起120の輪郭線121において、四隅の円弧121rの半径Rを寸法Aの半分(R=A/2)に設定した場合に相当する。
10A is an enlarged plan view of the chamfered
図11は、本実施形態4にかかるチップ10を用いた超音波溶接1により形成された溶接部64nを示した拡大平面図である。図11に示す溶接部64nの面に、加工面11が当接していた。図11に示されているように、最上の負極集電体65nには、加工面11の突起110,130が押し当てられたことにより形成された凹状の溶接痕210,230が形成されている。溶接痕210は、突起110によって形成されたものであり、図5に示した溶接痕210と同じ略四角錐台面形状の凹部である。これに対して、溶接痕230は、突起130により形成された曲面状の凹部であり、その輪郭線231は略円形である。略円形の輪郭線231が、溶接痕230の近傍において負極集電体65nに発生する応力集中を緩和する。従って、溶接痕230を形成する本実施形態4の面取り突起130は、溶接痕230の近傍において負極集電体65nに発生する応力集中を緩和するのに有利な形状である。本実施形態4の面取り突起130は、その輪郭線131が円形であるので、実施形態1〜3に示した面取り突起120に比べて、より大きな応力集中の緩和効果が得られる。
FIG. 11 is an enlarged plan view showing a welded
図10A、図10Bに示した面取り突起130は、ドーム状に膨らんだ滑らかな凸曲面を有していたが、本発明はこれに限定されない。面取り突起130に代えて、例えば図12A及び図12Bに示す円錐台形状(円錐の頂部を、その底面と平行な面に沿って切り落とした形状)又はこれに近似した形状を有する面取り突起140を用いることもできる。図12Aに示されているように、突起140の周囲の輪郭線(即ち、突起140の底面の平面視形状)141は直径Aの円形である。この面取り突起140を用いた場合も、負極集電体65nに発生する応力集中を緩和することができる。
Although the
以上のように、本実施形態4によれば、格子状に配された複数の突起のうち四隅の突起を、負極集電体65nに応力集中を生じさせにくい面取り突起130,140としたので、負極集電体65nの破れ930の発生を効果的に抑制することができる。
As described above, according to the fourth embodiment, the protrusions at the four corners among the plurality of protrusions arranged in a lattice shape are the chamfered
上記の例では、加工面11に配された2行×8列の突起(図9A、図9B参照)のうち四隅の突起を面取り突起130,140にする例を示したが、突起の配置はこれに限定されない。例えば、実施形態1〜3で説明した面取り突起120の各種配置例を面取り突起130,140の配置に適用することができる。
In the above example, the example in which the projections at the four corners of the 2 rows × 8 columns of projections (see FIGS. 9A and 9B) arranged on the processed
(実施形態5)
図13Aは、本実施形態5にかかる面取り突起120'の断面図である。図13Bは、図13Aの部分13Bの拡大断面図である。本実施形態5の面取り突起120’は、凹曲面121cがその輪郭線121に沿って連続的に形成されている点で、図4A及び図4Bに示した略四角錐台形状を有する面取り突起120と異なる。凹曲面121cは、傾斜面124とチップ10の加工面11の平坦な上面とを滑らかに接続している。図示を省略するが、凹曲面121cは、滑らかな凸曲面である稜線125(図4A参照)と加工面11との間も同様に滑らかに接続している。凹曲面121cは、面取り突起120’を取り囲むように、環状に連続している。面取り突起120’の平面視形状は、面取り突起120の平面視形状(図4A参照)と実質的に同じである。
(Embodiment 5)
FIG. 13A is a cross-sectional view of a
図14Aは、面取り突起120’が負極集電体65nに押し当てられたことにより最上の負極集電体65nの上面に形成された溶接痕220’の平面図である。図14Bは、図14Aの14B−14B線に沿った溶接痕220’の矢視断面図である。図14Cは、図14Bの部分14Cの拡大断面図である。溶接痕220’は略四角錐台形状の凹部である。溶接痕220’の底面222は突起120’の上面122が転写されることで形成され、底面222の輪郭線223と溶接痕220’の輪郭線221とを繋ぐ傾斜面224は突起220’の傾斜面124が転写されることで形成されている。溶接痕220’の形状は、面取り突起120によって形成される溶接痕220(図5参照)と概略同じである。但し、溶接痕220’は、その輪郭線221に沿って滑らかな凸曲面221cが形成されている点で、溶接痕220と異なる。凸曲面221cは、傾斜面224と最上の負極集電体65nの上面とを滑らかに接続している。凸曲面221cは、溶接痕220’を取り囲むように、環状に連続している。凸曲面221cは、面取り突起120’の凹曲面121cが転写されることにより形成されたものである。図14Cに示されているように、凸曲面221cの断面形状は略円弧形状を有している。
FIG. 14A is a plan view of a
本実施形態によれば、面取り突起120’の輪郭線121に沿って凹曲面121cが形成されているので、面取り突起120’を転写して形成される溶接痕220’には、その輪郭線221に沿って、凹曲面121cが転写された凸曲面221cを形成することができる。凸曲面221cは、輪郭線221及びその近傍において負極集電体65nに発生する応力集中を緩和する。従って、凹曲面121cを有する面取り突起120’は、凹曲面121cを有しない面取り突起120に比べて、負極集電体65nの破れ930の発生を更に低減することができる。
According to the present embodiment, since the concave
上記の凹曲面121cと同様の凹曲面を実施形態4で説明した面取り突起130,140に適用することができる。
A concave curved surface similar to the concave
図10A、図10Bに示した、ドーム状に膨らんだ滑らかな凸曲面を有する面取り突起130に凹曲面を適用した例を図15A、図15Bに示す。図15Aは、面取り突起130’の断面図、図15Bは、輪郭線131を含む図15Aの部分15Bの拡大断面図である。面取り突起130’の輪郭線131に沿って凹曲面131cが形成されている。凹曲面131cは、突起130’の滑らかな凸曲面とチップ10の加工面11の平坦な上面とを滑らかに接続している。凹曲面131cは、面取り突起130’を取り囲むように、環状に連続している。凹曲面131cが形成されている点を除いて、面取り突起130’は面取り突起130と同じである。面取り突起130’の平面視形状は、面取り突起130の平面視形状(図10A参照)と実質的に同じである。
15A and 15B show an example in which a concave curved surface is applied to the
図12A、図12Bに示した、略円錐台形状を有する面取り突起140に凹曲面を適用した例を図16A、図16Bに示す。図16Aは、面取り突起140’の断面図、図16Bは、輪郭線141を含む図16Aの部分16Bの拡大断面図である。面取り突起140’の輪郭線141に沿って凹曲面141cが形成されている。凹曲面141cは、突起140’の円錐面とチップ10の加工面11の平坦な上面とを滑らかに接続している。凹曲面141cは、面取り突起140’を取り囲むように、環状に連続している。凹曲面141cが形成されている点を除いて、面取り突起140’は面取り突起140と同じである。面取り突起140’の平面視形状は、面取り突起140の平面視形状(図12A参照)と実質的に同じである。
An example in which a concave curved surface is applied to the chamfered
図示を省略するが、面取り突起120’の場合と同様に、面取り突起130’,140’を負極集電体に押し当てて超音波溶接を行うと、最上の負極集電体の上面に形成される溶接痕の輪郭線に、凹曲面131c,141cが転写された滑らかな凸曲面を形成することができる。凸曲面は、輪郭線及びその近傍において負極集電体に発生する応力集中を緩和する。従って、凹曲面131c,141cを有する面取り突起130’,140’は、凹曲面131c,141cを有しない面取り突起130,140に比べて、負極集電体65nの破れ930の発生を更に低減することができる。
Although illustration is omitted, as in the case of the chamfered
図13B、図15B、図16Bに示されているように、面取り突起120’,130’,140’の輪郭線121,131,141を通る断面に沿った凹曲面121c,131c,141cの形状は略円弧形状であることが好ましい。そして、当該断面における凹曲面121c,131c,141cの曲率半径R121,R131,R141は、0.1mm以上、更には0.15mm以上であることが好ましく、0.4mm以下、更には0.3mm以下であることが好ましい。ここで、曲率半径R121,R131,R141を定義する断面は、輪郭線121,131,141上の当該断面が交差する点における輪郭線121,131,141の接線に垂直である。曲率半径R121,R131,R141が上記の数値範囲より小さいと、負極集電体の破れを低減するという凹曲面121c,131c,141cの効果が低減する。曲率半径R121,R131,R141が上記の数値範囲より大きいと、溶接不良が生じやすくなる。
As shown in FIGS. 13B, 15B, and 16B, the shapes of the concave
面取り突起120’,130’,140’の輪郭線121,131,141は、図13B、図15B、図16Bに示されているように、加工面11の平坦面と凹曲面121c,131c,141cとの接続位置により定義される。このように定義される輪郭線121,131,141を用いて面取り突起120’,130’,140’の外寸法Aが定義される。
As shown in FIGS. 13B, 15B, and 16B, the
実施形態1〜4で説明した面取り突起120,130,140の一部又は全てを、凹曲面121c,131c,141cを備えた本実施形態5の面取り突起120’,130’,140’に置き換えることができる。
Replacing part or all of the
(実施形態6)
図2Aに示されているように、チップ10の加工面11の平面視形状は略矩形であり、加工面11は4つの側面12a,12b,12c,12dと隣り合っている。好ましくは、側面12a,12b,12c,12dは加工面11に対して略垂直である。図17Aは図2Aの17A−17A線に沿ったチップ10の矢視断面図、図17Bは図2Aの17B−17B線に沿ったチップ10の矢視断面図である。図17A及び図17Bでは、図面を簡単化するために、断面より後ろに見えるはずの突起110,120の図示を省略している。図17Cは加工面11のコーナー部を含む図2Aの部分17Cの拡大平面図である。
(Embodiment 6)
As shown in FIG. 2A, the
図17A及び図17Bに示されているように、加工面11と側面12a,12b,12c,12dとが交差する、加工面11の外周端には面取り13a,13b,13c,13dが施されている。面取り13a,13b,13c,13dの形状は、略円筒面(いわゆる「R面」)、加工面11及び側面12a,12b,12c,12dのいずれに対しても斜めに交差する傾斜平面(いわゆる「C面」)等、公知の面取り形状の中から任意に選択しうるが、加工面11と側面12a,12b,12c,12dとを滑らかにつなぐ凸曲面であることが好ましく、R面であることがより好ましい。
As shown in FIGS. 17A and 17B, chamfers 13 a, 13 b, 13 c, and 13 d are applied to the outer peripheral ends of the processed
図17Cに示されているように、チップ10の加工面11のコーナー部にも面取り14が施されている。図17Cでは加工面11の4つのコーナー部のうちの1つのみを図示しているが、他の3つのコーナー部にも同様の面取り14が施されている。面取り14の形状は、略円筒面(いわゆる「R面」)、コーナー部を挟む隣り合う2側面のいずれに対しても斜めに交差する傾斜平面(いわゆる「C面」)等、公知の面取り形状の中から任意に選択しうるが、隣り合う2側面を滑らかにつなぐ凸曲面であることが好ましく、R面であることがより好ましい。
As shown in FIG. 17C, chamfering 14 is also given to the corner portion of the processed
チップ10の加工面11は図21に示したように負極集電体65nに押し付けられる。このとき、加工面11が最上の負極集電体65nに接触する。チップ10の加工面11の周囲に面取り13a,13b,13c,13d,14が設けられていない場合には、加工面11の外周端やコーナー部において負極集電体65nが局所的に押さえ付けられるので、当該局所的に押さえ付けられた位置において特に最上の負極集電体65nは加工面11に対して移動することが困難である。この状態において、加工面11に形成された突起が負極集電体65nに押し込まれると、負極集電体65nが大きく延ばされるので、破れ930(図23参照)が発生しやすい。
The processed
これに対して、本実施形態6のように加工面11の周囲に面取り13a,13b,13c,13d,14が設けられている場合には、加工面11の外周端やコーナー部が負極集電体65nに対して印加する局所的な押力が小さくなるので、特に最上の負極集電体65nが加工面11に対して移動するのを制限する作用が緩和される。従って、加工面11に形成された突起が負極集電体65nに押し込まれたときに、負極集電体65nが加工面11に対して位置ずれすることができるので、破れ930(図23参照)の発生を更に低減することができる。
On the other hand, when
本例では、面取り13a,13b,13c,13dとして半径R13の円筒面状の面取りが施されており、面取り14として半径R14の円筒面状の面取りが施されている。半径R13,R14は、0.5mm以上、更には0.7mm以上であることが好ましく、2mm以下、更には1.5mm以下であることが好ましい。半径R13,R14が上記の数値範囲より小さいと、破れ930(図23参照)の発生を低減する効果が得られにくくなる。半径R13,R14が上記の数値範囲より大きいと、面取り加工に要する時間が長くなる。
In this example, cylindrical chamfering with a radius R 13 is performed as the chamfers 13 a, 13 b, 13 c, and 13 d, and cylindrical chamfering with a radius R 14 is performed as the
加工面11の各コーナー部の頂部には、隣り合う2側面間の面取り14と加工面11の外周端に形成された面取りとが交差することによって形成された面取りが形成されていることが好ましい。この頂部の面取りは、滑らかな凸曲面であることが好ましく、略球面であることがより好ましい。頂部の当該面取りは、半径が0.5mm以上、更には0.7mm以上であり、2mm以下、更には1.5mm以下である球面であることが特に好ましい。
It is preferable that a chamfer formed by intersecting a
本実施形態5で説明した面取り13a,13b,13c,13d,14の全てを又はこれらのうちの一部のみを、実施形態1〜5で説明したチップ10に適用することができる。
All or only a part of the
本発明において、面取り突起120,130,140,120’,130’,140’の加工方法は特に制限はない。例えば、チップ10の加工面11に公知の方法で非面取り突起110を形成した後、やすりなどを用いて面取り加工を施すことにより面取り突起120,130,140,120’,130’,140’を形成することができる。
In the present invention, the processing method of the chamfered
上記の実施形態1〜6では、加工面11上に複数の突起が格子状に配置されていたが、本発明はこれに限定されない。例えば、複数の突起がハニカム状に配置されていてもよい。
In said Embodiment 1-6, although several protrusion was arrange | positioned on the
上記の実施形態1〜6では、加工面11を正面から見たときの突起110,120,130,140、120’,130’,140’の縦寸法及び横寸法はいずれもAであったが、縦寸法及び横寸法が異なっていてもよい。突起の平面視形状は、略正方形の他、略長方形、略正六角形など任意の形状であってもよい。突起の周囲の輪郭線の外寸法Aは、輪郭線の外寸法が最小となる方向に沿った外寸法で定義される。例えば、突起の平面視形状が略長方形である場合には、その外寸法Aは短辺方向の寸法を意味し、突起の平面視形状が略正六角形である場合には、その外寸法Aは対向する二辺間距離を意味する。
In the first to sixth embodiments, the vertical and horizontal dimensions of the
上記の実施形態1〜6では、本発明のチップ10で負極溶接部64nを形成する場合を説明したが、正極溶接部64pを形成することもでき、その場合も上記と同様の効果を奏する。
In the first to sixth embodiments described above, the case where the negative electrode welded
(実施形態7)
実施形態1〜6に示した本発明のチップ10を備えた超音波溶接機1は、箔状物の溶接に好ましく利用することができるが、中でも電池、特に図19に示したラミネート形リチウムイオン二次電池60の電極の耳部とリードタブとの溶接に用いることができる。
(Embodiment 7)
The ultrasonic welding machine 1 provided with the
以下に、リチウムイオン二次電池60の一般的構成について概説する。
The general configuration of the lithium ion
正極電極61pは、例えば、正極活物質、導電助剤、及びバインダ等を含有する正極合剤からなる層(正極合剤層)66pを集電体65pの片面または両面に形成した構造を有する。
The
正極活物質は、リチウムイオンを吸蔵・放出できる活物質からなる。このような正極活物質は、例えば、Li1+xMO2(−0.1<x<0.1、M:Co,Ni,Mn,Al,Mg等)で表される層状構造のリチウム含有遷移金属酸化物、LiMn2O4、元素の一部を他の元素で置き換えたスピネル構造のリチウムマンガン酸化物、およびLiMPO4(M:Co,Ni,Mn,Fe等)で表されるオリビン型化合物等のいずれかからなることが好ましい。 A positive electrode active material consists of an active material which can occlude / release lithium ion. Such a positive electrode active material includes, for example, lithium having a layered structure represented by Li 1 + x MO 2 (−0.1 <x <0.1, M: Co, Ni, Mn, Al, Mg, etc.) Transition metal oxide, LiMn 2 O 4 , lithium manganese oxide having a spinel structure in which part of the element is replaced with another element, and olivine type represented by LiMPO 4 (M: Co, Ni, Mn, Fe, etc.) It preferably consists of any one of compounds.
上記の層状構造のリチウム含有遷移金属酸化物は、例えば、LiCoO2、LiNi1-xCox-yAlyO2(0.1≦x≦0.3,0.01≦y≦0.2)、および少なくともCo,NiおよびMnを含む酸化物(LiMn1/3Ni1/3Co1/3O2,LiMn5/12Ni5/12Co1/6O2,LiNi3/5Mn1/5Co1/5O2,LiNi0.5Co0.2Mn0.3)のいずれかからなることが好ましい。 Lithium-containing transition metal oxide of the above layered structure, for example, LiCoO 2, LiNi 1-x Co xy Al y O 2 (0.1 ≦ x ≦ 0.3,0.01 ≦ y ≦ 0.2), And an oxide containing at least Co, Ni and Mn (LiMn 1/3 Ni 1/3 Co 1/3 O 2 , LiMn 5/12 Ni 5/12 Co 1/6 O 2 , LiNi 3/5 Mn 1/5 Co 1/5 O 2 or LiNi 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 ) is preferable.
正極電極61pの集電体65pは、例えば、アルミニウム箔、およびアルミニウム合金箔のいずれかからなることが好ましい。集電体65pの厚みは、電池の大きさおよび容量によって異なるが、例えば0.01〜0.02mmであることが好ましい。
The
正極電極61pは、次の方法によって作製される。上述した正極活物質と、黒鉛、アセチレンブラック、カーボンブラック、および繊維状炭素等の導電助剤と、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)等のバインダとを含む正極合剤を、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)等の溶剤を用いて均一に分散させたペースト状またはスラリー状の組成物を調整する(バインダは、溶剤に溶解していてもよい)。この組成物を帯状の集電体上に間欠的に塗布して乾燥する。必要に応じてプレス処理により正極合剤層の厚みを調整してもよい。このようにして得た長尺の正極基材(電極基材)を例えばトムソン刃を用いて所定形状に切断して正極電極61pが得られる。
The
正極電極61pにおける正極合剤層66pの厚みは、片面当たり、30〜100μmであることが好ましい。また、正極合剤層66pにおける各構成成分の含有量は、正極活物質:90〜98質量%、導電助剤:1〜5質量%、バインダ:1〜5質量%であることが好ましい。
The thickness of the positive
正極リードタブ63pは、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなることが好ましい。正極リードタブ63pの厚みは、20〜300μmであることが好ましい。
The positive
図19では、正極リードタブ63pが外装68の外にまで導出されているが、正極リードタブ63pに、これとは別部材の正極端子を接続して、当該正極端子を外装68の外に導出してもよい。このような正極端子の材料は、電池60を使用する機器との接続を容易にする等の観点から決定される。例えば、アルミニウムまたはアルミニウム合金などを用いることができる。また、正極端子の厚みは、50〜300μmであることが好ましい。
In FIG. 19, the positive
正極電極61pの耳部62pと正極リードタブ63pとの接続方法として、本発明のチップ10を用いた超音波溶接を用いることができる。超音波溶接以外に、例えば、抵抗溶接、レーザー溶接、カシメ、導電性接着剤による接着等、各種の方法を用いることもできる。
As a method for connecting the
負極電極61nは、例えば、リチウムイオンを吸蔵・放出できる負極活物質を含有する層(負極合剤層)66nを集電体65nの片面または両面に形成した構造を有する。
The
負極活物質は、黒鉛、熱分解炭素類、コークス類、ガラス状炭素類、有機高分子化合物の焼成体、メソカーボンマイクロビーズ(MCMB)、および炭素繊維等のリチウムイオンを吸蔵・放出可能な炭素系材料の1種または2種以上の混合物からなることが好ましい。 Negative electrode active materials include graphite, pyrolytic carbons, cokes, glassy carbons, fired organic polymer compounds, mesocarbon microbeads (MCMB), and carbon that can occlude and release lithium ions such as carbon fibers. It is preferable that it consists of 1 type, or 2 or more types of mixtures of type | system | group material.
あるいは、負極活物質は、Si,Sn,Ge,Bi,Sb,In等の元素、Si,Sn,Ge,Bi,Sb,Inの合金、リチウム含有窒化物、およびリチウム酸化物等のリチウム金属に近い低電圧で充放電できる化合物(LiTi3O12等)、リチウム金属、およびリチウム/アルミニウム合金のいずれかからなることが好ましい。 Alternatively, the negative electrode active material may be an element such as Si, Sn, Ge, Bi, Sb, or In, an alloy of Si, Sn, Ge, Bi, Sb, or In, a lithium-containing nitride, or a lithium metal such as lithium oxide. It is preferably made of any one of a compound (LiTi 3 O 12 or the like) that can be charged and discharged at a near low voltage, lithium metal, and a lithium / aluminum alloy.
負極電極61nの集電体65nとしては、銅箔が好適である。銅箔は、その製造方法の違いによって電解銅箔と圧延銅箔とに大別される。電解銅箔は、相対的に安価である。集電体65nの厚みは、電池の大きさまたは容量によって異なるが、例えば、0.005〜0.02mmであることが好ましい。
A copper foil is suitable as the
負極電極61nは、次の方法によって作製される。上述した負極活物質と、バインダ(PVDF、スチレンブタジエンゴム(SBR)のようなゴム系バインダとカルボキシメチルセルロース(CMC)との混合バインダ等)と、必要に応じて黒鉛、アセチレンブラック、カーボンブラック等の導電助剤等とを含む負極合剤を、NMPや水等の溶剤を用いて均一に分散させたペースト状またはスラリー状の組成物を調整する(バインダは、溶剤に溶解していてもよい)。この組成物を帯状の集電体上に間欠的に塗布して乾燥する。必要に応じてプレス処理により負極合剤層の厚み又は密度を調整してもよい。このようにして得た長尺の負極基材(電極基材)を例えばトムソン刃を用いて所定形状に切断して負極電極61nが得られる。
The
負極電極61nにおける負極合剤層66nの厚みは、片面当たり、30〜100μmであることが好ましい。また、負極合剤層66nにおける各構成成分の含有量は、負極活物質:90〜98質量%、バインダ:1〜5質量%であることが好ましい。また、導電助剤を用いる場合には、負極合剤層66n中の導電助剤の含有量は、1〜5質量%であることが好ましい。
The thickness of the negative
負極リードタブ63nは、銅からなることが好ましい。必要に応じて、表面にニッケルメッキ等が施されていてもよい。負極リードタブ63nの厚みは、20〜300μmであることが好ましい。
The negative
図19では、負極リードタブ63nが外装68の外にまで導出されているが、負極リードタブ63nに、これとは別部材の負極端子を接続して、当該負極端子を外装68の外に導出してもよい。このような負極端子の材料は、電池60を使用する機器との接続を容易にする等の観点から決定される。例えば、ニッケル、ニッケルメッキをした銅、およびニッケル−銅クラッドなどを用いることができる。また、負極端子の厚みは、正極端子と同様に、50〜300μmであることが好ましい。
In FIG. 19, the negative
負極電極61nの耳部62nと負極リードタブ63nとの接続方法として、本発明のチップ10を用いた超音波溶接を用いることができる。上述したように、本発明のチップ10は、当該チップ10と接する金属箔の破れの発生を低減することができるので、負極集電体65nとして相対的に耐伸性に劣る電解銅箔を用いても、負極集電体65nからなる耳部62nに破れがない電池を製造することができる。この結果、相対的に安価な電解銅箔を用いることにより、電池のコストを低減することができる。なお、耳部62nと負極リードタブ63nとの接続方法として、超音波溶接以外に、例えば、抵抗溶接、レーザー溶接、カシメ、導電性接着剤による接着等、各種の方法を用いることもできる。
As a method for connecting the
セパレータ66は、正極電極61pと負極電極61nとを分離するとともにリチウムイオンを透過させる多孔質フィルムを含む。セパレータ66は、電池60が異常発熱して高温(例えば100〜140℃)に達したときに溶融して孔が塞がる安全機構(シャットダウン特性)を有していることが好ましい。このような観点から、多孔質フィルムは、融点が80〜140℃程度の熱可塑性樹脂からなることが好ましく、具体的にはポリプロピレン、ポリエチレンなどのポリオレフィン系ポリマーからなることが好ましい。多孔質フィルムの厚みは、特に制限はないが、10〜50μmであることが好ましい。
The
セパレータ66は、上記の多孔質フィルム上に板状の無機微粒子層をコーティングにより形成したものであってもよい。これにより、異常発熱時のセパレータ66の熱収縮を抑制して安全性を向上させることができる。
The
あるいは、セパレータ66は、上記の多孔質フィルムと耐熱性多孔質基体との積層構造を有していてもよい。耐熱性多孔質基体として、例えば耐熱温度が150℃以上の繊維状物を用いることができる。繊維状物は、セルロース及びその変成体、ポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリアクリロニトリル、アラミド、ポリアミドイミドおよびポリイミドよりなる群から選択される少なくとも1種の材料で形成することができる。具体的には上記材料からなる不織布からなることが好ましい。
Alternatively, the
多孔質基体の「耐熱性」は、軟化等による実質的な寸法変化が生じないことを意味する。具体的には、多孔質基体の室温での長さに対する収縮の割合(収縮率)が5%以下を維持することができる上限温度(耐熱温度)が、セパレータのシャットダウン温度よりも十分に高いか否かで耐熱性を評価する。シャットダウン後のラミネート形電池の安全性を高めるために、多孔質基体は、シャットダウン温度よりも20℃以上高い耐熱温度を有することが望ましく、より具体的には、多孔質基体の耐熱温度は、150℃以上であることが好ましく、180℃以上であることがより好ましい。 “Heat resistance” of the porous substrate means that a substantial dimensional change due to softening or the like does not occur. Specifically, is the upper limit temperature (heat resistant temperature) at which the rate of shrinkage (shrinkage ratio) with respect to the length of the porous substrate at room temperature maintained at 5% or less is sufficiently higher than the shutdown temperature of the separator? The heat resistance is evaluated depending on whether or not. In order to increase the safety of the laminated battery after shutdown, it is desirable that the porous substrate has a heat resistance higher by 20 ° C. than the shutdown temperature. More specifically, the heat resistance temperature of the porous substrate is 150 ° C. It is preferable that the temperature is higher than or equal to ° C, and more preferably higher than or equal to 180 ° C.
電解液として、例えば、高誘電率溶媒または有機溶媒にLiPF6,LiBF4等の溶質を溶解した溶液(非水電解液)を用いることができる。高誘電率溶媒としては、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、およびγ−ブチロラクトン(BL)のいずれかを用いることができる。有機溶媒としては、直鎖状のジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、メチルエチルカーボネート(EMC)等の低粘度溶媒を用いることができる。 As the electrolytic solution, for example, a solution (nonaqueous electrolytic solution) in which a solute such as LiPF 6 or LiBF 4 is dissolved in a high dielectric constant solvent or an organic solvent can be used. As the high dielectric constant solvent, any of ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), and γ-butyrolactone (BL) can be used. As the organic solvent, a low viscosity solvent such as linear dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), or methyl ethyl carbonate (EMC) can be used.
電解液の溶媒としては、上述した高誘電率溶媒と低粘度溶媒との混合溶媒を使用することが好ましい。また、上述した溶液に、PVDF、ゴム系の材料、脂環エポキシ、およびオキセタン系の三次元架橋構造を有する材料等を混合して固化し、ポリマー電解液としてもよい。 As the solvent of the electrolytic solution, it is preferable to use a mixed solvent of the above-described high dielectric constant solvent and low viscosity solvent. Alternatively, PVDF, a rubber-based material, an alicyclic epoxy, a material having an oxetane-based three-dimensional crosslinked structure, and the like may be mixed and solidified into the above-described solution to form a polymer electrolyte.
正極電極61pと負極電極61nとの間にセパレータ66を介在させて、正極電極61pと負極電極61nとを交互に積層して電極積層体67を作成する。
The
電極積層体67の作成方法は、特に制限はない。例えば、帯状のセパレータ66を一定間隔で山折りと谷折りとを交互に繰り返すことでジグザグ状に折り曲げ、セパレータ66の一方の面側から各谷折り部分に正極電極61pを挟み込み、他方の面側から各谷折り部分に負極電極61nを挟み込んで電極積層体67を作成できる。あるいは、セパレータ66で矩形の複数の袋を形成し、各セパレータ66からなる袋内に正極電極61pを挿入したものを、負極電極61nと交互に積層して電極積層体67を作成してもよい。
There is no restriction | limiting in particular in the production method of the electrode laminated
かくして得られた電極積層体67からはみ出した複数の正極電極61pの正極耳部62pに正極リードタブ63pを接続する。同様に、電極積層体67からはみ出した複数の負極電極61nの負極耳部62nに負極リードタブ63nを接続する。
The positive
このようにして得た電極積層体67の上下に略矩形の2枚のラミネートシート69を配置し、正極リードタブ63p及び負極リードタブ63nが形成された辺を除く3辺に沿って2枚のラミネートシート69を熱融着してラミネートシート69を袋状に形成する。2枚のラミネートシートを用いるのではなく、1枚の長方形のラミネートシートを電極積層体67を挟むように折り曲げて重ね合わせ、対向する2辺に沿って熱融着してラミネートシートを袋状に形成してもよい。その後、ラミネートシート69の袋内に電解液を注入する。最後に、熱融着していない辺に沿って、正極及び負極のリードタブ63p,63nとともにラミネートシート69を熱融着して、リチウムイオン二次電池60が得られる。
Two
ラミネートシート69の構成は、特に制限はなく、例えばラミネート形リチウムイオン二次電池の外装材として使用されている公知のラミネートシートを用いることができる。例えば、アルミニウムからなる基層の片面に熱融着性樹脂層として変性ポリオレフィン層が積層された多層シートを用いることができる。
There is no restriction | limiting in particular in the structure of the
上記の例では、正極リードタブ63p及び負極リードタブ63nが、略矩形のラミネートシート69の同じ短辺から引き出されているが、異なる辺から引き出されていてもよい。
In the above example, the positive
上記では、ラミネート形のリチウムイオン二次電池の例を説明したが、本発明のチップ10は、ラミネート形以外のリチウムイオン二次電池の製造に利用することもできる。
Although the example of the laminated lithium ion secondary battery has been described above, the
(評価試験1)
以下のようにしてラミネート形リチウムイオン二次電池60用の電極積層体67(図19参照)を作成した。
(Evaluation Test 1)
An electrode laminate 67 (see FIG. 19) for the laminated lithium ion
正極用集電体65pとして、厚さ15μmのアルミニウム箔を用いた。この集電体65pの両面の所定領域に厚さ110μmの正極合剤層66pを塗布形成して正極電極61pを得た。
As the positive electrode
負極集電体65nとして、厚さ10μmの電解銅箔を用いた。この集電体65nの両面の所定領域に厚さ126μmの負極合剤層66nを塗布形成して負極電極61nを得た。
An electrolytic copper foil having a thickness of 10 μm was used as the negative electrode
多孔質フィルムからなる厚さ21μmの帯状のセパレータ66をジグザグ状に折り曲げて、セパレータ66の一方の側から各谷折り部分に上記の正極電極61pを挟み込み、他方の側から各谷折り部分に上記の負極電極61nを挟み込んで、22枚の正極電極61pと23枚の負極電極61nとがセパレータ66を介して交互に積層された電極積層体67を得た。
A strip-shaped
図21に示すように、電極積層体67の一辺から突き出した23枚の負極電極61nの耳部62nを、厚さ285μm、幅20mmのリードタブ63n(20mm幅Cu−Ni)上に重ね合わせて、両者を超音波溶接にて接合した。リードタブ63nは、銅の薄板の両面にニッケルメッキが施されたものである。
As shown in FIG. 21, the
実施例では、上述した図15Aに示したドーム状に膨らんだ凸曲面を有する16個の面取り突起130’が2行×8列に格子状に配置された加工面11を備えたチップ10を用いて超音波溶接を行った。加工面11を平面視したときの突起130’の円形の輪郭線131の直径A(図10A参照)は0.6mmであった。突起130’の高さは0.3mmであった。輪郭線131に沿って突起130’の周囲に環状に連続的に形成された凹曲面131c(図15B参照)は、曲率半径R131が0.2mmの円弧形状の断面を有していた。チップ10の加工面11の外周端には半径R13が1mmの円筒面状の面取り13a,13b,13c,13d(図17A及び図17B参照)が施されており、加工面11の4つのコーナー部には半径R14が1mmの円筒面状の面取り14(図17C参照)が施されていた。このような突起130’が形成された加工面11を、耳部62nを構成する集電体65nに押し当てて超音波溶接した。10個の電極積層体67についてリードタブ63nとの超音波溶接を行った。
In the embodiment, the
比較例では、実施例と異なるチップ10を用いる以外は実施例と同じ条件で、超音波溶接を行った。比較例で用いたチップ10の加工面11には、図3A、図3Bに示した16個の非面取り突起110が2行×8列に格子状に配置されていた。加工面11を平面視したときの非面取り突起110の輪郭線111は一辺長さAが1.2mmの正方形であり、上面112の輪郭線113は一辺長さが0.6mmの正方形であった。突起110の高さは0.3mmであった。突起110の縦横方向の配置ピッチは、実施例のチップ10の突起130’のそれと同じであった。突起110の周囲の輪郭線111には凹曲面121c(図13B参照)は形成されていなかった(即ち、曲率半径R121<0.05mm)。実施例のチップ10では形成された、加工面11の外周端の面取り13a,13b,13c,13d(図17A及び図17B参照)及び加工面11の4つのコーナー部の面取り14(図17C参照)は、比較例ではいずれも施さなかった(即ち、R13<0.1mm、R14<0.1mm)。上記の比較例のチップ10を用いて、実施例と同様にして10個の電極積層体67についてリードタブ63nとの超音波溶接を行った。
In the comparative example, ultrasonic welding was performed under the same conditions as in the example except that the
実施例及び比較例の各10個のサンプルについて、それぞれの超音波溶接部64nをデジタルマイクロスコープで観察し、耳部62nを構成する集電体65nに破れがあるか否かを判定した。
For each of the ten samples of the example and the comparative example, each
その結果、実施例では、10個のサンプルのいずれにも集電体65nに破れが認められなかった。これに対して、比較例では、10個のサンプルの全てに最上の集電体65nに破れが認められた。これより、実施例で用いたチップ10は、集電体の破れ防止に有効であることが確認された。
As a result, in the example, the
(評価試験2)
負極合剤層66nが形成されていない、評価試験1で用いたのと同じ23枚の負極集電体65nを準備した。23枚の負極集電体65nの耳部62nを、評価試験1と同じリードタブ63n上に重ね合わせて、これらを超音波溶接にて接合した。超音波溶接の条件は評価試験1と同じにした。実施例及び比較例のそれぞれについて各10個のサンプルを得た。
(Evaluation test 2)
The same 23 negative electrode
各サンプルについて、チップ10が押し当てられていた最上の負極集電体65nについて引っ張り試験を行った。即ち、リードタブ63nを保持した状態で、最上の負極集電体65nに徐々に増大する張力を印加し、当該負極集電体65nに破れが発生した時点の張力を測定した。張力(単位:N)を耳部62nの10mm幅当たりの張力に換算して負極集電体の強度(単位:N/10mm)を求めた。
For each sample, a tensile test was performed on the uppermost negative electrode
結果を図18に示す。図18の上のグラフは、実施例及び比較例の各10個のサンプルの負極集電体の強度を示す。図18の下に、実施例及び比較例の各10個のサンプルについての強度の平均値、最大値、最小値、標準偏差を示す。図18より、実施例で用いたチップ10は、集電体の引っ張り強度を低下させる程度が少ないことから、集電体の破れ防止に有効であることが確認された。
The results are shown in FIG. The upper graph of FIG. 18 shows the intensity | strength of the negative electrode electrical power collector of each 10 samples of an Example and a comparative example. Below FIG. 18, the average value, maximum value, minimum value, and standard deviation of the intensity for each of the ten samples of the example and the comparative example are shown. From FIG. 18, it was confirmed that the
本発明の電池の製造方法は、シート状正極電極とシート状負極電極とがセパレータを介して交互に配置される二次電池の製造に好ましく利用することができる。 The battery manufacturing method of the present invention can be preferably used for manufacturing a secondary battery in which sheet-like positive electrodes and sheet-like negative electrodes are alternately arranged via separators.
本発明の超音波溶接用チップ及び超音波溶接機は、箔状の被溶接部材にチップを押し当てて超音波溶接する工程に好ましく利用することができる。特に、二次電池の電極を構成する集電体とリードタブとを超音波溶接する工程において特に好ましく利用することができる。 The tip for ultrasonic welding and the ultrasonic welder of the present invention can be preferably used in a step of ultrasonic welding by pressing a tip against a foil-like member to be welded. In particular, it can be particularly preferably used in the step of ultrasonic welding the current collector and the lead tab constituting the electrode of the secondary battery.
1 超音波溶接機
5 ホーン
10 チップ
11 加工面
13a,13b,13c,13d 面取り
14 面取り
50 アンビル
60 ラミネート形リチウムイオン二次電池
62p,62n 耳部
63p,63n リードタブ
65p,65n 集電体
66p,66n 電極合剤層
120,130,140,120’,130’,140’ 面取り突起
121,131,141 輪郭線
121c,131c,141c 凹曲面
121r 円弧
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (15)
前記加工面を正面から見たとき、前記複数の突起のうち最外周に配された少なくとも1つの突起は、その一方向の外寸法をAとしたときR≧A/6を満たす半径Rの円弧を周囲の輪郭線上に有するように面取りされた面取り突起であることを特徴とする超音波溶接用チップ。Ultrasonic welding for ultrasonic welding of a member to be welded by applying ultrasonic vibration to the member to be welded while pressing the workpiece surface against the member to be welded while having a machining surface formed with a plurality of protrusions A chip,
When the processed surface is viewed from the front, at least one protrusion arranged on the outermost periphery among the plurality of protrusions is an arc having a radius R that satisfies R ≧ A / 6 when the outer dimension in one direction is A. A tip for ultrasonic welding, which is a chamfered projection chamfered so as to have a peripheral contour line.
前記チップに対向して配置され、前記被溶接部材を支持するアンビルと、
前記チップが一端に設けられ、前記超音波振動により共鳴するホーンとを備えた超音波溶接機であって、
前記チップが、請求項1〜12のいずれかに記載された超音波溶接用チップである超音波溶接機。A chip that is pressed against the member to be welded and applies ultrasonic vibration to the member to be welded;
An anvil disposed opposite the tip and supporting the member to be welded;
The tip is provided at one end, and an ultrasonic welding machine provided with a horn that resonates by the ultrasonic vibration,
An ultrasonic welding machine, wherein the tip is a tip for ultrasonic welding according to any one of claims 1 to 12.
前記複数の電極の前記耳部と前記集電体より肉厚のリードタブとを超音波溶接する工程と
を備えた電池の製造方法であって、
前記超音波溶接する工程において、請求項1〜12のいずれかに記載の超音波溶接用チップの前記加工面を前記耳部に押し当てて前記耳部と前記リードタブとを超音波溶接する電池の製造方法。A current collector as a base material layer, and a plurality of electrode portions each having an electrode mixture layer formed in a predetermined region of the current collector, and ear portions each having no electrode mixture layer formed thereon Laminating electrodes;
A method of manufacturing a battery comprising ultrasonic welding the ear tabs of the plurality of electrodes and a lead tab thicker than the current collector,
In the ultrasonic welding step, a battery for ultrasonically welding the ear portion and the lead tab by pressing the processed surface of the ultrasonic welding tip according to any one of claims 1 to 12 to the ear portion. Production method.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013553208A JPWO2013105361A1 (en) | 2012-01-12 | 2012-12-03 | Ultrasonic welding tip, ultrasonic welding machine, and battery manufacturing method |
Applications Claiming Priority (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012004302 | 2012-01-12 | ||
JP2012004302 | 2012-01-12 | ||
JP2012201507 | 2012-09-13 | ||
JP2012201507 | 2012-09-13 | ||
JP2013553208A JPWO2013105361A1 (en) | 2012-01-12 | 2012-12-03 | Ultrasonic welding tip, ultrasonic welding machine, and battery manufacturing method |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPWO2013105361A1 true JPWO2013105361A1 (en) | 2015-05-11 |
Family
ID=48781323
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2013553208A Pending JPWO2013105361A1 (en) | 2012-01-12 | 2012-12-03 | Ultrasonic welding tip, ultrasonic welding machine, and battery manufacturing method |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPWO2013105361A1 (en) |
WO (1) | WO2013105361A1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109317813A (en) * | 2018-12-07 | 2019-02-12 | 上海骄成机电设备有限公司 | A kind of wave welding head of ultrasonic wave |
Families Citing this family (27)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101610680B1 (en) * | 2013-09-02 | 2016-04-20 | 주식회사 엘지화학 | Welding method for electrode tap of secondary battery and the electrode assembly manufactured by the same |
JP2015199095A (en) * | 2014-04-08 | 2015-11-12 | 株式会社デンソー | Ultrasonic welding apparatus and method of manufacturing battery |
MX2016016211A (en) * | 2014-06-09 | 2017-08-10 | Branson Ultrasonics Corp | High bandwidth large surface area ultrasonic block horn. |
KR102211524B1 (en) * | 2014-08-11 | 2021-02-02 | 삼성에스디아이 주식회사 | Ultrasonic welding device, rechargeable battery manufacturing method using the same, and rechargeable battery thereof |
JP6856024B2 (en) * | 2015-09-29 | 2021-04-07 | 株式会社Gsユアサ | Power storage element and manufacturing method of power storage element |
US10946475B2 (en) * | 2016-08-04 | 2021-03-16 | Toshiba Mitsubishi-Electric Industrial Systems Corporation | Tool for ultrasonic bonding and apparatus for ultrasonic bonding |
JP6909333B2 (en) * | 2016-08-10 | 2021-07-28 | 株式会社エンビジョンAescジャパン | Ultrasonic bonding device |
CN110177644B (en) | 2016-12-27 | 2021-02-19 | 远景Aesc日本有限公司 | Ultrasonic bonding tool and ultrasonic bonding method |
WO2018159197A1 (en) * | 2017-02-28 | 2018-09-07 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | Secondary battery |
JP2019005776A (en) * | 2017-06-22 | 2019-01-17 | イーグル工業株式会社 | Ultrasonic joining method, ultrasonic joining jig, and joint structure |
JP2019013959A (en) | 2017-07-06 | 2019-01-31 | イーグル工業株式会社 | Ultrasonic junction jig, junction structure and junction method |
JP2019030888A (en) | 2017-08-08 | 2019-02-28 | イーグル工業株式会社 | Ultrasonic joining jig, ultrasonic joining method and joint structure |
JP6827386B2 (en) | 2017-08-15 | 2021-02-10 | イーグル工業株式会社 | Ultrasonic bonding jig, ultrasonic bonding method and bonding structure |
KR102366429B1 (en) * | 2017-09-08 | 2022-02-23 | 주식회사 엘지에너지솔루션 | Electrodes with Improved Welding Characteristics of Electrode Tabs and Secondary Battery Using the same |
JP6975387B2 (en) * | 2018-02-09 | 2021-12-01 | トヨタ自動車株式会社 | Manufacturing method of power storage device |
FR3084529B1 (en) * | 2018-07-24 | 2022-03-25 | Armor | METHOD FOR MANUFACTURING A CURRENT COLLECTOR AND ASSOCIATED DEVICES |
KR20200090498A (en) * | 2019-01-21 | 2020-07-29 | 주식회사 엘지화학 | Horn And The Apparatus For Welding |
JP7305367B2 (en) * | 2019-02-08 | 2023-07-10 | 三洋電機株式会社 | Electric storage element manufacturing method, electric storage element, joining method, and joined body |
US20220241890A1 (en) * | 2019-07-31 | 2022-08-04 | Vehicle Energy Japan Inc. | Ultrasonic horn, secondary battery, and method for manufacturing secondary battery |
JP7236035B2 (en) * | 2019-12-04 | 2023-03-09 | トヨタ自動車株式会社 | Secondary battery and manufacturing method thereof |
CN112382831B (en) * | 2020-09-09 | 2022-09-06 | 万向一二三股份公司 | A utmost point ear and utmost point ear welding set for laminate polymer battery |
CN113369666A (en) * | 2021-05-28 | 2021-09-10 | 深圳赛意法微电子有限公司 | Welding joint, ultrasonic welding machine, pin fixing device and mounting method |
JP7397831B2 (en) | 2021-08-06 | 2023-12-13 | プライムプラネットエナジー&ソリューションズ株式会社 | Horn for ultrasonic bonding |
CN113787251A (en) * | 2021-09-10 | 2021-12-14 | 惠州亿纬锂能股份有限公司 | Ultrasonic welding tooth structure, ultrasonic welding head and ultrasonic welding equipment |
CN115837510B (en) * | 2021-11-09 | 2024-01-16 | 宁德时代新能源科技股份有限公司 | Lug welding method, welding tool, battery cell, battery and electricity utilization device |
WO2023189626A1 (en) * | 2022-03-29 | 2023-10-05 | 株式会社村田製作所 | Secondary battery |
WO2024071875A1 (en) * | 2022-09-26 | 2024-04-04 | 주식회사 엘지에너지솔루션 | Battery cell and bonding apparatus for manufacturing same |
Family Cites Families (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS62246717A (en) * | 1986-04-18 | 1987-10-27 | Pola Chem Ind Inc | Super-sonic sealing apparatus for sealing bottom of tubular container |
JPH0715668Y2 (en) * | 1988-03-22 | 1995-04-12 | 古河電気工業株式会社 | Ultrasonic welding horn |
JP2001322611A (en) * | 2000-05-17 | 2001-11-20 | Pola Chem Ind Inc | Ultrasonic sealer for double tube container and the double tube container |
JP4792945B2 (en) * | 2005-01-28 | 2011-10-12 | 日産自動車株式会社 | Ultrasonic bonding apparatus and bonded structure |
JP2006212687A (en) * | 2005-02-07 | 2006-08-17 | Nissan Motor Co Ltd | Apparatus for ultrasonic welding |
JP4576271B2 (en) * | 2005-03-30 | 2010-11-04 | ニチコン株式会社 | Ultrasonic welding horn and method of manufacturing electrolytic capacitor using the same |
JP2007026945A (en) * | 2005-07-19 | 2007-02-01 | Toyota Motor Corp | Battery and manufacturing method thereof |
JP2009224601A (en) * | 2008-03-17 | 2009-10-01 | Toshiba Corp | Ultrasonic wave bonding apparatus, and method of manufacturing semiconductor apparatus using the same |
-
2012
- 2012-12-03 WO PCT/JP2012/081283 patent/WO2013105361A1/en active Application Filing
- 2012-12-03 JP JP2013553208A patent/JPWO2013105361A1/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109317813A (en) * | 2018-12-07 | 2019-02-12 | 上海骄成机电设备有限公司 | A kind of wave welding head of ultrasonic wave |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2013105361A1 (en) | 2013-07-18 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
WO2013105361A1 (en) | Ultrasonic welding tip, ultrasonic welding machine, and method for producing battery | |
JP6521323B2 (en) | Secondary battery and method of manufacturing the same | |
JP5952402B2 (en) | Jerry roll with improved manufacturing process and battery cell having the same | |
CN108475756B (en) | Method for manufacturing electrode body and method for manufacturing nonaqueous electrolyte secondary battery | |
JP5768137B2 (en) | Manufacturing method of sheet electrode | |
JP6504158B2 (en) | Stacked battery and method of manufacturing the same | |
US20140030579A1 (en) | Lithium Secondary Battery Having Multi-Directional Lead-Tab Structure | |
JP6038803B2 (en) | Battery with spiral electrode body and method for manufacturing the same | |
WO2012102220A1 (en) | Non-aqueous secondary battery | |
WO2015129320A1 (en) | Electrode for secondary cell, secondary cell, and method for manufacturing electrode for secondary cell and secondary cell | |
JP2013016321A (en) | Collector and nonaqueous secondary battery | |
JP2008066170A (en) | Method of manufacturing laminated battery | |
JP2015199095A (en) | Ultrasonic welding apparatus and method of manufacturing battery | |
EP3316349B1 (en) | Method for manufacturing electrochemical device | |
JP2010282846A (en) | Secondary battery and method of manufacturing the same | |
WO2011002064A1 (en) | Laminated battery | |
WO2013105362A1 (en) | Method for producing battery | |
JP2012221804A (en) | Battery pack | |
JP2013178997A (en) | Secondary battery | |
JP2009259697A (en) | Battery and its manufacturing method | |
JP2013165054A (en) | Battery | |
JP2011048967A (en) | Laminated secondary battery and manufacturing method | |
JP5099880B2 (en) | Lithium ion secondary battery and assembled battery of lithium ion secondary battery | |
KR101847679B1 (en) | Electrode assembly for secondary battery and secondary battery comprising the same | |
JPWO2017098995A1 (en) | Electrochemical device and manufacturing method thereof |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20150210 |