KR20140047091A - 축전 디바이스 및 축전 디바이스의 제조 방법 - Google Patents

축전 디바이스 및 축전 디바이스의 제조 방법 Download PDF

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다츠오 구보우치
다카시 나와노
아키히로 후루사와
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닛뽄 케미콘 가부시끼가이샤
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Abstract

세퍼레이터(56, 58)를 사이에 두고 정극측의 전극체[집전체(120)]와 부극측의 전극체[집전체(140)]를 대향시킨 축전 소자[전지 소자(4)]와, 축전 소자가 수용되는 케이스 부재를 밀봉하는 밀봉 부재[밀봉판(18)]와, 축전 소자의 소자 단부면에 전극체를 취출시킨 단일 또는 복수의 전극 돌출부[정극부(12), 부극부(14)]와 전극 돌출부에 접속된 단일 또는 복수의 집전판(32, 34)과, 밀봉 부재에 설치되어, 집전판과 측면 사이에서 접속된 단자 부재[정극 단자(28), 부극 단자(30), 접속판(72, 74)]를 구비함으로써, 축전 디바이스의 저저항화, 접속 구조의 견고화와 함께, 접속 공정의 간략화를 도모한다.

Description

축전 디바이스 및 축전 디바이스의 제조 방법 {ELECTRICITY STORAGE DEVICE AND METHOD FOR MANUFACTURING ELECTRICITY STORAGE DEVICE}
본 발명은 축전 소자 및 단자 부재의 형성이나 접속 기술에 관한 것이다.
예를 들어 전기 자동차의 실용화나 새로운 포터블 기기 등의 개발에서는, 고에너지 밀도의 축전 디바이스가 강하게 요망되고 있다. 이러한 축전 디바이스에서는, 축전 소자와 외부 단자와의 전기적인 접속이 소자측의 내부 저항의 저감이나, 접속 부분의 접촉 저항에 영향을 미치므로, 저감 대책이 실시되고 있다.
이러한 전기적 접속에 관한 것으로, 소자의 단부면에 집전 단자를 설치하여, 권회 소자의 한쪽 단부면에 정극 집전판, 다른 쪽 단부면에 부극 집전판을 설치하여, 권회 소자의 단부면에 노출된 집전박을 덮어 집전판을 구비하고, 집전판과 집전박을 레이저 용접 접속하는 것(예를 들어, 특허 문헌 1)이 알려져 있다.
일본 특허 공개 제2003-263977호 공보
그런데, 예를 들어 전지 디바이스 등의 축전 소자의 소자 단부면에 집전체를 구비하는 구성에 있어서는, 소자를 외장하는 외장 부재에 정극측 및 부극측의 외부 단자를 인접하여 구비할 경우에는, 각 외부 단자와 집전체 사이에 접속 거리를 확보할 필요가 있다. 또한, 권회형 소자에 있어서는, 소자의 내측 부분과 외측 부분 사이에서 내부 저항의 분포가 다르므로, 그 대책이 필요해져, 소자와 집전체와의 접속에 주의할 필요가 있다. 또한, 집전체를 사용한 구조에서는 소자의 내부 저항을 저감할 수 있지만, 외부 단자와 소자 사이에 개재하는 집전체에 제조 도상에서 가해지는 응력에 따라서는 접속의 신뢰성 저하나 접속 저항이 커지는 경우가 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 상기 과제를 감안하여, 축전 소자의 저저항화, 접속 구조의 견고화와 함께, 접속 공정의 간략화를 도모하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 축전 디바이스는, 세퍼레이터를 사이에 두고 정극측의 전극체와 부극측의 전극체를 대향시킨 축전 소자와, 상기 축전 소자가 수용되는 케이스 부재를 밀봉하는 밀봉 부재와, 상기 축전 소자의 소자 단부면에 상기 전극체를 취출시킨 단일 또는 복수의 전극 돌출부와, 상기 전극 돌출부에 접속된 단일 또는 복수의 집전판과, 상기 밀봉 부재에 설치되어, 상기 집전판과 측면 사이에서 접속된 단자 부재를 구비한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 상기 축전 디바이스에 있어서, 보다 바람직하게는, 정극측의 전극 돌출부와 부극측의 전극 돌출부를 상기 축전 소자의 동일한 소자 단부면에 구비해도 된다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 상기 축전 디바이스에 있어서, 보다 바람직하게는, 상기 집전판과 상기 단자 부재가 레이저 용접 또는 전자 빔 용접되어도 된다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 상기 축전 디바이스에 있어서, 보다 바람직하게는, 상기 전극 돌출부는 접은 선을 마련하여 상기 소자 단부면 위에 절곡되어도 된다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 상기 축전 디바이스에 있어서, 보다 바람직하게는, 상기 단자 부재는 상기 집전판에 접속되는 외부 단자와, 상기 외부 단자와 상기 집전판 사이에 설치된 접속판을 포함해도 된다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 상기 축전 디바이스에 있어서, 보다 바람직하게는, 상기 축전 소자의 상기 소자 단부면에 돌출시킨 상기 정극측의 전극 돌출부와 상기 부극측의 전극 돌출부와의 사이에 제1 절연 간격을 설정하고, 상기 축전 소자의 상기 정극측의 전극 돌출부에 설치된 정극측의 집전판과, 상기 부극측의 전극 돌출부에 설치된 부극측의 집전판과의 사이에 제2 절연 간격을 설정해도 된다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 상기 축전 디바이스에 있어서, 보다 바람직하게는, 상기 집전판은 상기 단자 부재와 접속하는 접속 영역과, 상기 전극 돌출부와 접속하는 접속 영역을 갖고, 이들 접속 영역을 다른 위치에 설정해도 된다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 상기 축전 디바이스에 있어서, 보다 바람직하게는, 상기 집전판과 상기 단자 부재는, 상기 축전 소자의 소자 중심을 기준으로 하는 원호면으로 한 접속면부를 구비해도 된다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 상기 축전 디바이스에 있어서, 보다 바람직하게는, 상기 집전판은 두꺼운 부분을 구비하여, 상기 두꺼운 부분에서 상기 집전판이 갖는 열 용량을 증대시켜도 된다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 상기 축전 디바이스에 있어서, 보다 바람직하게는, 상기 집전판과 상기 단자 부재와의 접촉면에 대하여 레이저 빔 또는 전자 빔에 의한 용접부를 어긋나게 해도 된다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 상기 축전 디바이스에 있어서, 보다 바람직하게는, 상기 집전판 또는 상기 단자 부재에 형성된 덮개부로 상기 집전판과 상기 단자 부재와의 접촉면을 덮고, 상기 덮개부에 레이저 빔 또는 전자 빔의 조사에 의해 상기 집전판 및 상기 단자 부재를 용접한 용접부를 구비해도 된다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 상기 축전 디바이스에 있어서, 보다 바람직하게는, 상기 레이저 빔 또는 상기 전자 빔의 상기 조사 위치는, 상기 집전판과 상기 단자 부재와의 접촉면에 일치시키거나 또는 상기 접촉면에 대하여 교차 방향으로 다르게 해도 된다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 상기 축전 디바이스에 있어서, 보다 바람직하게는, 상기 레이저 용접 또는 상기 전자 빔 용접의 너깃 깊이는 1.2[㎜] 이하라도 된다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 축전 디바이스의 제조 방법은, 세퍼레이터를 개재시킨 정극체와 부극체를 구비하는 축전 소자를 형성하는 공정과, 상기 축전 소자의 정극측 및 부극측의 상기 전극체 중 어느 한쪽 또는 양쪽을 소자 단부면에 인출시킨 단일 또는 복수의 전극 돌출부를 형성하는 공정과, 상기 축전 소자를 수용하는 케이스 부재를 밀봉하는 밀봉 부재에 설치된 단자 부재와, 상기 전극 돌출부를 집전판을 개재시켜서 접속하는 공정을 포함하고 있다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 상기 축전 디바이스의 제조 방법에 있어서, 보다 바람직하게는, 상기 전극 돌출부 및 상기 집전판을 측면 사이에서 용접에 의해 접속하는 공정과, 상기 집전판과 상기 단자 부재를 레이저 용접 또는 전자 빔 용접에 의해 접속하는 공정을 포함해도 된다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 상기 축전 디바이스의 제조 방법에 있어서, 보다 바람직하게는, 상기 집전판을 고정하는 동시에, 상기 집전판에 상기 축전 소자를 압박한 상태에서 상기 집전판과 상기 전극 돌출부를 레이저 용접에 의해 접속하는 공정을 포함해도 좋다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 상기 축전 디바이스의 제조 방법에 있어서, 보다 바람직하게는, 상기 집전판의 상면에 용접 라인을 설정하여, 상기 용접 라인에서 레이저 조사를 행하고, 상기 집전판과 상기 축전 소자의 전극 돌출부와 용접하는 공정을 포함해도 된다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 상기 축전 디바이스의 제조 방법에 있어서, 보다 바람직하게는, 상기 집전판에 설정된 용접 라인 위에서 조사하는 레이저 출력을 변화시키는 공정을 포함해도 된다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 상기 축전 디바이스의 제조 방법에 있어서, 보다 바람직하게는, 상기 집전판과 상기 단자 부재와의 접촉면과 다른 위치에 레이저 빔 또는 전자 빔의 조사 위치를 설정하고, 이 조사 위치에 레이저 빔 또는 전자 빔을 조사시켜도 된다.
본 발명의 축전 디바이스 또는 그 제조 방법에 의하면, 다음 중 어느 하나의 효과가 얻어진다.
(1) 전지 디바이스를 포함하는 축전 소자의 소자 단부면에 돌출시킨 전극 돌출부와 단자 부재 사이에 집전판을 개재시켜서 접속했으므로, 축전 소자의 저저항화를 도모할 수 있다.
(2) 축전 소자의 정극측 또는 부극측의 전극체 중 어느 한쪽 또는 양쪽으로부터 소자 단부면으로 인출된 단일 또는 복수의 전극 돌출부에 접속된 집전판과, 외장 부재에 있는 단자 부재를 포개어, 측면부 사이에서 용접 접속하고 있으므로, 접속을 위한 공간부를 협소화할 수 있고, 게다가 접속의 강화, 접속의 신뢰성 향상과 함께, 축전 소자의 저저항화를 도모할 수 있어, 저ESR화를 도모할 수 있다.
(3) 축전 소자의 소자 단부면에 돌출시킨 전극 돌출부와 단자 부재 사이에 개별로 집전판을 구비한 접속 구조이므로, 단자 부재와 전극 돌출부 또는 축전 소자와의 접속 구조를 견고화할 수 있다.
(4) 상기 구조에 의해, 집전판을 개재시켜서 단자 부재와 전극 돌출부와의 접속을 간이화할 수 있어, 접속 공정의 간략화를 도모할 수 있다.
(5) 레이저 빔 또는 전자 빔을 집전판과 단자 부재와의 접촉면과 다른 위치에 조사하므로, 집전판과 단자 부재와의 접촉면의 상태와 관계없이 양자를 용접할 수 있다.
(6) 집전판 또는 단자 부재, 또는 집전판과 단자 부재와의 접촉면을 덮는 집전판측의 평탄면을 선택하여 레이저 빔 또는 전자 빔을 조사할 수 있으므로, 집전판과 단자 부재와의 접촉면의 가공 정밀도가 낮은 경우에도, 간극이 있어도, 최적인 용접 범위가 얻어져, 집전판과 단자 부재 사이의 용접 정밀도나 용접 강도를 높일 수 있다.
(7) 집전판과 단자 부재와의 접촉면을 집전판 또는 단자 부재에 있는 덮개부로 덮고, 이 덮개부에 레이저 빔 또는 전자 빔을 조사하므로, 집전판과 단자 부재와의 접촉면의 상태에 관계없이 양자를 용접할 수 있다.
그리고 본 발명의 다른 목적, 특징 및 이점은, 첨부 도면 및 각 실시 형태를 참조함으로써, 한층 명확해질 것이다.
도 1은 제1 실시 형태에 관한 전지의 일례를 도시하는 종단면도이다.
도 2는 전지를 도시하는 분해 사시도이다.
도 3은 전지의 제조 공정의 일례를 나타내는 흐름도이다.
도 4는 전지 소자의 일부를 분해하여 도시하는 사시도이다.
도 5는 전지 소자의 소자 단부면을 도시하는 도면이다.
도 6은 전지 소자의 소자 단부면 및 집전판을 도시하는 사시도이다.
도 7은 전지 소자와 집전판의 접속 처리의 일례를 나타내는 도면이다.
도 8은 외장 단자와 집전판의 접속 처리의 일례를 나타내는 도면이다.
도 9는 집전판 및 외부 단자의 접속 상태를 도시하는 도면이다.
도 10은 제2 실시 형태에 관한 전지를 도시하는 분해 사시도이다.
도 11은 접속판을 구비하는 접속 구조를 도시하는 도면이다.
도 12는 제3 실시 형태에 관한 집전판 및 성형 전후의 전극부를 도시하는 사시도이다.
도 13은 제4 실시 형태에 관한 전지를 도시하는 분해 사시도이다.
도 14는 전지 소자 및 전극부를 형성하기 위한 집전체의 일례를 나타내는 도면이다.
도 15는 전지 소자를 분해하여 도시하는 사시도이다.
도 16은 성형 전후의 전극부의 일례를 나타내는 사시도이다.
도 17은 성형 전후의 전극부의 일례를 도시하는 확대 단면도이다.
도 18은 집전판의 평면 및 측면을 도시하는 도면이다.
도 19는 집전판의 용접 라인의 일례를 나타내는 도면이다.
도 20은 용접 전후의 외부 단자와 집전판을 도시하는 도면이다.
도 21은 제5 실시 형태에 관한 레이저 출력 제어의 일례를 나타내는 도면이다.
도 22는 레이저 출력 제어의 변형예를 도시하는 도면이다.
도 23은 제6 실시 형태에 관한 집전판 및 전지 소자의 고정 구조의 일례를 나타내는 도면이다.
도 24는 집전판 및 전지 소자의 보유 지지 및 접속 처리의 일례를 나타내는 도면이다.
도 25는 집전판 및 전지 소자의 전극부의 일례를 도시하는 확대 단면도이다.
도 26은 제7 실시 형태에 관한 집전판 및 전지 소자의 일례를 나타내는 사시도이다.
도 27은 외부 단자 및 집전판 사이의 레이저 용접의 일례를 나타내는 사시도이다.
도 28은 레이저 조사의 일례를 나타내는 도면이다.
도 29는 제9 실시 형태에 관한 정극 집전판 및 정극 단자의 용접 부분을 확대하여 도시한 도면이다.
도 30은 레이저 빔의 용접 형태를 도시하는 도면이다.
도 31은 열 전도 용접에 의해 형성된 너깃을 도시하는 도면이다.
도 32는 제10 실시 형태에 관한 정극 집전판 및 정극 단자의 용접 부분을 확대하여 도시한 도면이다.
도 33은 열 전도 용접에 의해 형성된 너깃을 도시하는 도면이다.
도 34는 열 전도 용접에 의해 형성된 다른 너깃을 도시하는 도면이다.
[제1 실시 형태]
제1 실시 형태는, 전지의 소자 단부면에 전극 돌출부를 구비하고, 이 전극 돌출부와 단자 부재를 집전판을 개재하여 접속한 구성을 포함하고 있다.
제1 실시 형태에 관한 전지에 대해서, 도 1을 참조한다. 도 1은 전지의 일례를 나타내는 종단면을 나타내고 있다. 도 1에 도시한 구성은 일례이며, 이러한 구성에 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
이 전지(2)는 본 발명의 전지 및 그 제조 방법의 일례이다. 축전 디바이스는, 예를 들어 납 전지나 Ni-Cd 전지의 고용량화품 및 Ni-MH 전지, 대용량 캐패시터, 리튬 전지 등이 포함된다. 이 리튬 전지는, 예를 들어 정극 활물질에 이산화망간, 리튬망간 스피넬, 리튬코발트 산화물, 리튬니켈 산화물 등의 전이 금속 산화물, 또는 염화티오닐, SO2 등의 황화물을 사용하여, 부극 활물질에 금속 리튬, 리튬합금 또는 리튬을 흡장 방출하는 탄소 재료를 사용하고 있다. 또한, 대용량 캐패시터에는, 예를 들어 리튬 이온 캐패시터 등이 포함된다. 리튬 이온 캐패시터는, 예를 들어 리튬염을 전해질로서 함유하는 비수계 전해액을 사용하는 축전 디바이스(비수계 리튬형 축전 디바이스)이다. 이 리튬 이온 캐패시터는, 활성탄 단체 또는 활성탄과 리튬 함유 전이 금속 산화물 등과의 복합화한 전극층 및 금속박 등의 집전체를 포함하여 이루어지는 정극의 전극체와, 리튬 이온을 가역적으로 흡장, 방출 가능한 탄소 재료 또는 티타늄산 리튬 등의 티타늄 산화물로 구성된 전극층 및 금속박 등의 집전체를 포함하여 이루어지는 부극의 전극체를 사용한 축전 디바이스의 일례이다. 이 대용량 캐패시터는, 양극에 활성탄을 적용한 분극성 전극을 사용한 전기 이중층 캐패시터에 비해 대용량화가 예상된다.
도 1에 도시한 전지(2)는 축전 디바이스의 일례이며, 권회형 소자인 전지 소자(4)가 사용되고, 이 전지 소자(4)는 축전 디바이스의 축전 소자의 일례이며, 예를 들어 보유 지지 테이프(6)로 보유 지지되어 외장 케이스(8)에 수납되어 있다. 보유 지지 테이프(6)는 권회 소자인 전지 소자(4)의 되감김을 방지하고 있다. 이 전지 소자(4)의 소자 단부면(10)에는 정극부(12), 부극부(14)가 형성되고, 이들 정극부(12)와 부극부(14) 사이에는 절연 간격(16)이 마련되어 있다. 정극부(12) 및 부극부(14)는 공통인 소자 단부면(10)에 형성된 전극 돌출부의 일례이다. 또한, 이 절연 간격(16)은 전지 소자(4)의 소자 단부면에 돌출시킨 정극부(12)와 부극부(14) 사이에 설정되는 제1 절연 간격의 일례이다. 외장 케이스(8)는 바닥이 있는 통체이며, 그 개구부(17)(도 2)는 밀봉판(18)으로 밀봉되어 있다. 이 밀봉판(18)에는 밀봉판 본체인 베이스부(20)의 상면 측연부에 밀봉부(22)를 구비하고 있다. 베이스부(20)는 절연 재료로서, 예를 들어 절연성 합성 수지로 형성되어 있다. 밀봉부(22)는 밀폐성이 높은 재료로 이루어지는 부재, 예를 들어 고무링으로 형성되어 있다. 외장 케이스(8)는 코오킹 단차부(24)에 위치 결정된 밀봉판(18)의 밀봉부(22)에 컬링 처리에 의해 외장 케이스(8)의 개구단부(26)를 먹어 들어가게 하여 견고하게 밀봉되어 있다.
밀봉판(18)에는, 단자 부재로서, 베이스부(20)를 관통시킨 정극 단자(28) 및 부극 단자(30)가 구비되어 있다. 정극 단자(28) 및 부극 단자(30)는 베이스부(20)에 고정되는 동시에, 베이스부(20)에 의해 절연되어 있다. 정극 단자(28)와 전지 소자(4)의 정극부(12) 사이에는 정극측의 집전판(32)이 설치되고, 부극 단자(30)와 전지 소자(4)의 부극부(14)와의 사이에는 부극측의 집전판(34)이 설치되어 있다. 집전판(32, 34) 사이에는 절연 간격(36)이 마련되어 있다. 이 절연 간격(36)은 전지 소자(4)의 정극측의 집전판(32)과, 부극측의 집전판(34)과의 사이에 설정된 제2 절연 간격의 일례이다. 그리고 집전판(32)은 정극부(12)와 접속되어 있는 동시에 집전판(32)은 정극 단자(28)와 측면의 용접 접속부(38)에 의해 접속되어 있다. 집전판(32)과 정극 단자(28)와의 접속에는, 예를 들어 레이저 용접이나 전자 빔 용접이 사용된다. 마찬가지로 집전판(34)은 부극부(14)에 용접에 의해 접속되어 있는 동시에 부극 단자(30)에 용접에 의해 접속되어 있다. 즉, 정극 단자(28)에는 전지 소자(4)의 정극부(12)가 집전판(32)을 개재하여 접속되고, 또한 부극 단자(30)에는 전지 소자(4)의 부극부(14)가 집전판(34)을 개재하여 접속되어 있다.
전지 소자(4)는 밀봉판(18)에 고정되어 있는 동시에, 외장 케이스(8)에 수납되어서 밀봉판(18)과, 외장 케이스(8)의 저면과의 사이에 보유 지지되어, 외장 케이스(8) 내에 고정되어 있다.
이어서, 이 전지(2)의 각 부에 대해서, 도 2를 참조한다. 도 2는 분해한 전지의 일례를 나타내고 있다. 도 2에 도시한 구성은 일례이며, 이러한 구성에 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 도 1과 동일 부분에는 동일 부호를 부여하고 있다.
전지 소자(4)의 정극부(12) 및 부극부(14)는,, 예를 들어 60[도]마다 등분되어, 소자 중심(40)을 향해 절첩되어, 압축 성형되어 있다. 이 압축 성형에 의해, 각 정극부(12) 및 각 부극부(14)에는 소자 중심(40)을 중심으로 방사 형상을 이루는 돌출부(42)가 형성되어 있다.
집전판(32, 34)은 대략 반원 형상이며, 소자 중심(40)에 대응하는 반원 형상의 절결부(44)가 형성되고, 이 절결부(44)로부터 주연부를 향해 이미 설명한 돌출부(42)를 수용하는 수용부의 일례로서 오목부(46)가 방사 형상으로 형성되어 있다.
집전판(32, 34)에는 정극 단자(28) 또는 부극 단자(30)와 접속되는 제1 접속 영역으로서 단자 접속부(48)를 구비하는 동시에, 단자 접속부(48)와 다른 위치에, 정극부(12) 또는 부극부(14)와 접속되는 제2 접속 영역으로서 소자 접속부(50)가 형성되어 있다. 단자 접속부(48)에는, 집전판(32, 34)의 측면에 이미 설명한 용접 접속부(38)의 집전판(32, 34)측의 제1 용접면부(52)가 형성되어 있다.
그리고 밀봉판(18)에 있는 정극 단자(28), 부극 단자(30)의 측면에는, 이미 설명한 용접 접속부(38)의 단자측의 제2 용접면부(54)가 형성되어 있다. 용접면부(52, 54)는 공통의 면부를 구성하고, 본 실시 형태에서는, 예를 들어 소자 중심(40)으로부터 등거리이며, 평탄면을 구성하고 있다.
이어서, 이 전지(2)의 제조 방법에 대해서, 도 3을 참조한다. 도 3은 전지의 제조 공정의 일례를 나타내고 있다.
도 3에 도시한 제조 공정은, 본 발명의 축전 디바이스의 제조 방법의 일례이다. 이 제조 공정에서는, 예를 들어 축전 소자로서 전지 소자(4)를 형성하고(스텝 S11), 전지 소자(4)의 정극부(12) 및 부극부(14)를 성형하고(스텝 S12), 정극부(12)와 집전판(32), 부극부(14)와 집전판(34)의 접속(스텝 S13), 집전판(32)과 정극 단자(28)의 접속, 집전판(34)과 부극 단자(30)의 접속(스텝 S14)을 거쳐서 형성된 전지 소자(4)를 외장 케이스(8)에 수납하고, 외장 케이스(8)를 밀봉한다(스텝 S15).
[전지 소자의 형성(스텝 S11)]
전지 소자(4)에 대해서, 도 4를 참조한다. 도 4는 일부를 분해한 전지 소자의 구성예를 나타내고 있다. 도 4에 도시한 구성은 일례이며, 이러한 구성에 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
도 4에 도시한 전지 소자(4)는 권회 소자로 구성되어, 정극체로서, 예를 들어 정극측의 집전체(120)와, 부극체로서, 예를 들어 부극측의 집전체(140)와, 세퍼레이터(56, 58)를 구비하고 있다. 전자 소자(4)는, 각 집전체(120, 140)와의 사이에 세퍼레이터(56, 58)를 끼워 넣고, 원통 형상의 권회 소자를 형성한다. 각 집전체(120, 140)의 베이스재에는 전극 재료가 사용되고, 집전체의 양면에는, 예를 들어 티타늄산 리튬을 함유하는 정극 전극체나, 리튬을 흡장 방출하는 탄소 재료를 함유하는 부극 전극체를 형성한다.
이 전지 소자(4)에서는, 동일한 소자 단부면(10)측에 형성된 정극부(12)와 부극부(14) 사이에는 일정 폭의 절연 간격(16)이 형성되고, 정극부(12) 및 부극부(14)는 각 집전체의 기재로 형성되고, 전극체는 형성되어 있지 않다. 정극부(12) 또는 부극부(14)의 형성부는, 절연 수단인 세퍼레이터(56, 58)의 폭(W)보다 크게 설정되어, 각 정극부(12) 또는 각 부극부(14)의 원호 길이에 대응하는 길이(L)로 형성된다. 각 정극부(12) 및 각 부극부(14)에는, 소자 단부면(10) 위로 접기 위한 접은 선(60)을 소자 단부면(10)과 평행하게 형성한다.
[정극부 및 부극부의 성형(스텝 S12)]
정극부(12) 및 부극부(14)의 성형에 대해서, 도 5를 참조한다. 도 5는 전지 소자의 소자 단부면을 나타내고 있다.
성형 전의 정극부(12) 및 부극부(14)는, 도 5에 도시한 바와 같이, 전지 소자(4)의 소자 단부면(10)에 돌출시킨 집전체(120, 140)의 기둥 형상체로, 각 집전체(120, 140)를 일정 각도 θ로서, 예를 들어 θ=60[도]마다 구획선(62)으로 구획한다. 이에 의해 집전체(120)를 구획부(12A, 12B, 12C)로 하고, 집전체(140)를 구획부(14A, 14B, 14C)로 한다.
이 전지 소자(4)에 대하여, 구획부(12A, 12B, 12C, 14A, 14B, 14C) 중, 중앙부의 구획부(12A, 14A)의 주연으로부터 소자 중심(40)을 향해 압력 F1을 작용시켜서 구획부(12A, 14A)를 넘어뜨려, 소자 단부면(10)과 직교 방향으로 압축 성형한다. 이 성형 처리 후에, 나머지 구획부(12B, 12C, 14B, 14C)에 대하여, 그 주연으로부터 소자 중심(40)을 향해 압력 F2를 작용시켜서 구획부(12B, 12C, 14B, 14C)를 넘어뜨려, 소자 단부면(10)과 직교 방향으로 압축 성형한다. 이에 의해, 구획부(12A)와 구획부(12B, 12C)의 경계선에는, 집전체(120)가 중첩되는 부분에서 소자 중심(40)으로부터 전지 소자(4)의 주연을 향해 연장되는 돌출부(42)(도 2)가 방사 형상으로 형성된다. 마찬가지로 구획부(14A)와 구획부(14B, 14C)의 경계선에도 돌출부(42)(도 2)가 방사 형상으로 형성된다.
이 성형 처리에 의해, 전지 소자(4)의 소자 단부면(10)에는 정극부(12) 및 부극부(14)가 형성되고, 정극부(12) 및 부극부(14)는 복수의 돌출부(42)로 구분된 형태가 된다.
정극부(12) 및 부극부(14)의 압축 성형에서는, 소자 중심(40)을 향해 압축 성형할 때에 높이 치수를 조정한다. 이 처리에서는, 예를 들어 정극부(12) 및 부극부(14)에 구획선(62)에 절입을 넣어, 구획부(12A, 14A)를 압축 성형한 후, 양측을 차례로 압축 성형함으로써, 겹침에 의해 생성되는 선 형상의 돌출부(42)의 높이 치수를 조정한다.
[정극부 또는 부극부와 집전판의 접속(스텝 S13)]
정극부(12) 또는 부극부(14)와 집전판의 접속에 대해서, 도 6을 참조한다. 도 6은 전지 소자의 소자 단부면 및 집전판을 나타내고 있다.
집전판(32, 34)은, 도 6에 도시한 바와 같이, 동일 형상이며, 축전 소자의 소자 단부면을 구성하는 소자 단부면(10)을 2등분하는 반원 형상으로 형성되어 있다. 각 집전판(32, 34)의 하면측에는, 이미 설명한 돌출부(42)를 수용하는 오목부(46)가 방사 형상으로 형성되어 있다. 각 오목부(46)에는 전지 소자(4)의 소자 단부면(10)에 있는 돌출부(42)가 수납되므로, 각 집전판(32, 34)은 편평하게 압축되어서 평탄화된 정극부(12) 및 부극부(14)에 수평하게 즉, 소자 단부면(10)과 평행하게, 또한 밀착 상태로 설치할 수 있다.
각 집전판(32, 34)의 상면에는 각 오목부(46) 사이에 끼인 영역에 단자 접속부(48)가 설정되고, 각 집전판(32, 34)의 하면에는 오목부(46)와 테두리부 사이의 영역에 소자 접속부(50)가 설정되어 있다. 집전판(32)의 단자 접속부(48)에는 정극 단자(28)(도 2)가 접속되고, 집전판(34)의 단자 접속부(48)에는 부극 단자(30)(도 2)가 접속된다. 또한, 집전판(32)의 소자 접속부(50)에는 이미 설명한 정극부(12)의 구획부(12B, 12C)가 접속되고, 집전판(34)의 소자 접속부(50)에는 이미 설명한 부극부(14)의 구획부(14B, 14C)가 접속된다.
이 정극부(12) 또는 부극부(14)와 집전판의 접속에 대해서, 도 7을 참조한다. 도 7은 집전판이 설치된 전지 소자를 나타내고 있다.
도 7에 도시한 바와 같이, 집전판(32, 34)은 오목부(46)에 정극부(12), 부극부(14)측의 돌출부(42)를 수납한다. 집전판(32, 34)의 설치에서는, 정극부(12), 부극부(14) 위에 집전판(32, 34)을 배치하고, 집전판(32, 34)을 소자 단부면(10)에 가압한다. 각 집전판(32, 34)은, 오목부(46)에 각 돌출 형상부(42)를 수납하고, 게다가 정극부(12), 부극부(14)가 평탄하게 압축 생성되어 있으므로, 소자 접속부(50)를 정극부(12) 또는 부극부(14)에 밀착시킬 수 있다.
이 상태를 유지하여, 집전판(32, 34)의 소자 접속부(50)에, 예를 들어 레이저 조사 장치(64)로부터 레이저 조사(66)를 행하여, 집전판(32)의 소자 접속부(50)에 정극부(12)를 집전판(34)의 소자 접속부(50)에 부극부(14)를 용융시켜서 접속한다. 레이저 조사 장치(64)와, 집전판(32, 34)의 소자 접속부(50)와의 위치 관계는, 레이저 조사 장치(64)의 레이저 조사(66)를 주사해도 되고, 집전판(32, 34)을 구비한 전지 소자(4)를 주사해도 된다.
그리고 레이저 조사(66)에서는, 집전판(32, 34)의 소자 접속부(50)에 용접 라인의 일례로서 레이저 조사 부위(68)를 설정하고, 각 조사 부위(68)는 소자 중심(40)으로부터 집전판(32, 34)의 주연을 향해 연장되는 직선 형상으로 한다. 본 실시 형태에 있어서의 레이저 조사 부위(68)는 집전판(32, 34)의 오목부(46)에 의해 이격된 양단부측의 소자 접속부(50)의 각 2군데이다.
레이저 조사(66)는, 도 7에 도시한 조사 부위(68)에, 화살표 [I], [Ⅱ], [Ⅲ] 및 [Ⅳ]의 방향으로부터 [I], [Ⅱ], [Ⅲ] 및 [Ⅳ]의 순으로 행해진다.
화살표 [I]을 붙인 조사 부위(68)에서는, 전지 소자(4)의 외주측에서, 소자 중심(40)을 향해 직선 형상으로 한쪽 집전판(34)에 레이저 조사(66)를 행한다.
화살표 [Ⅱ]를 붙인 조사 부위(68)에서는, 소자 중심(40)을 이격하여 대향하는 다른 쪽의 집전판(32)에 소자 중심(40)측에서, 전지 소자(4)의 외주측을 향해 레이저 조사(66)를 행한다.
또한, 화살표 [Ⅲ]를 붙인 조사 부위(68)에서는, 전지 소자(4)의 외주측에서, 소자 중심(40)을 향해 직선 형상으로 한쪽 집전판(34)에 레이저 조사(66)를 행한다.
화살표 [Ⅳ]를 붙인 조사 부위(68)에서는, 소자 중심(40)을 이격하여 대향하는 다른 쪽의 집전판(32)에 소자 중심(40)측에서, 전지 소자(4)의 외주측을 향해 직선 위에 레이저 조사(66)를 행한다.
이와 같이, 소자 중심(40)을 이격하여 직선 형상으로 레이저 조사(66)를 행하는 일련의 처리에 의해, 정극부(12)와 집전판(32)의 소자 접속부(50), 부극부(14)와 집전판(34)의 소자 접속부(50)가 레이저 조사(66)에 의한 용융에 의해 접속된다.
또한, 레이저 조사의 [I] 및 [Ⅱ]의 일련의 동작을 2회 반복하거나, 또는 레이저 조사의 [I] 또는 [Ⅳ]의 일련의 동작을 2회 반복해도 되고, 복수의 용접 라인의 일례로서, 레이저 조사 부위(68)를 평행 2선으로 설정해도 된다. 이와 같이 레이저 조사(66)를 다중화하면, 접속 저항을 보다 저감시킬 수 있다. 레이저 조사(66)의 주사 방향은, 이미 설명한 [I] 및 [Ⅱ]의 주사로도 되지만, 소자 중심(40)측에서 소자 외주측을 향하는 방향이라도 된다. 또한, 이미 설명한 [I] 및 [Ⅱ]와 같이 연속 주사가 아닌, 개별 주사라도 된다.
또한, 레이저 조사(66)에 대해서, [I] 또는 [Ⅳ]의 주사는, 동일 부위를 연속하여 레이저 조사하는 것이 아닌, [I]에서 [Ⅳ]를 행하고, 그 후, 다시 [I]에서 [Ⅳ]에 주사해도 된다. 이와 같이 하면, 레이저 조사 부위(68) 사이의 레이저 조사(66)에 시간 간격을 마련할 수 있어, 레이저 조사 부위(68)를 냉각할 수 있고, 레이저 용접에 의한 접속을 안정화할 수 있다.
또한, 동일한 레이저 조사 부위(68)에 시간 간격을 마련하여 복수회의 레이저 조사(66)를 행함으로써, 냉각 간격을 취하면서, 레이저 조사(68)를 연속적으로 행해도 된다. 이와 같이 하면, 레이저 조사(68)의 용접 시간을 단축화할 수 있다.
[집전판과 정극 단자 또는 부극 단자와의 접속(스텝 S14)]
집전판과 정극 단자 또는 부극 단자와의 접속에 대해서, 도 8 및 도 9를 참조한다. 도 8 및 도 9는 집전판과 정극 단자 또는 부극 단자와의 접속을 나타내고 있다.
이 접속에는, 미리 형성된 밀봉판(18)이 사용된다. 이 밀봉판(18)은, 도 2에 도시한 바와 같이, 절연성 합성 수지로 베이스부(20)가 성형되고, 이 베이스부(20)의 성형 시에, 정극 단자(28), 부극 단자(30)가 인서트 성형되어 있다. 이 경우, 밀봉부(22)는 베이스부(20)에 접합되어 있어도 되고, 집전판(32, 34)과의 접속 후에 베이스부(20)에 설치해도 된다.
이 밀봉판(18)의 정극 단자(28), 부극 단자(30)와 집전판(32, 34)의 접속은, 도 8에 도시한 바와 같이, 전지 소자(4)에 접속된 집전판(32)에 밀봉판(18)에 있는 정극 단자(28)를 실어서 위치 결정을 하는 동시에, 집전판(34)에 밀봉판(18)에 있는 부극 단자(30)를 실어서 위치 결정을 한다. 집전판(32)의 용접면부(52)와 정극 단자(28)의 용접면부(54)를 일치시키고, 마찬가지로 집전판(34)의 용접면부(52)와 부극 단자(30)의 용접면부(54)를 일치시켜, 이들 용접면부(52, 54)에 걸쳐서 레이저 조사 장치(64)로부터 레이저 조사(66)를 행하고, 도 9에 도시한 바와 같이, 용접면부(52, 54) 사이를 용융시켜서 접속한다. 이 정극 단자(28), 부극 단자(30)와 집전판(32, 34)의 접속에서는, 레이저 용접 외에, 예를 들어 전자 빔 용접을 이용해도 된다.
이 결과, 전지 소자(4)의 소자 단부면(10)에는 집전판(32, 34)을 개재시켜서 밀봉판(18)의 정극 단자(28), 부극 단자(30)가 접속되어, 전지 소자(4)와 밀봉판(18)을 일체화할 수 있다.
또한, 용접면부(52, 54)를 일치시켜서 이 용접면부(52, 54)에 걸쳐서 레이저 조사(66)를 행하고 있지만, 이 용접면부(52, 54)는 간극 없이 일치하고 있는 것이 바람직하지만, 이에 한정되는 일은 없으며, 1[㎜] 정도의 간극이 있어도 된다. 또한 용접면부(52, 54)는, 각각 경사면(테이퍼면)이라도 된다.
[전지 소자의 봉입 및 외장 케이스의 밀봉(스텝 S15)]
전지 소자(4)는 전해액이 함침되어, 도 1에 도시한 바와 같이, 외장 케이스(8)에 수납하는 동시에, 삽입한 밀봉판(18)을 외장 케이스(8)에 미리 코오킹 처리에 의해 형성된 코오킹 단차부(24)에 위치 결정한다. 이 외장 케이스(8)의 개구단부(26)를 컬링 처리에 의해 밀봉하여, 제품인 전지(2)를 완성한다.
이상 설명한 제1 실시 형태의 전지(2)의 특징 사항이나 이점을 열거하면 이하와 같다.
(1) 정극부(12) 및 부극부(14) 사이에는 집전체(120, 140)의 돌출 부분에서 소정의 절연 간격(16)이 마련되어 있다. 이 절연 간격(16) 또는 집전체(120, 140)의 돌출 길이는, 집전체(120, 140)의 돌출 부분을 소자 중심(40)을 향해 압축 성형했을 때에, 정극부(12) 및 부극부(14)가 접촉하지 않을 정도의 간격 또는 길이로 설정하면 된다. 또한, 축전 소자를 구성하는 전지 소자(4)의 소자 중심(40)의 근방에는, 정극부(12) 및 부극부(14)를 형성하기 위한 집전체(120, 140)의 돌출 부분을 생략해도 된다.
(2) 정극부(12) 및 부극부(14)는 그 형성 부위가 많을수록(또는 면적이 클수록), 저항의 저감으로 이어진다. 따라서, 정극부(12) 및 부극부(14) 사이의 단락을 방지하고, 또한 저저항화가 도모되는 절연 간격(16)은 최적값으로서, 예를 들어 3[㎜] 내지 10[㎜]이면 된다.
(3) 전지 소자(4)의 최외주에서는, 정극부(12) 및 부극부(14)의 압축 성형 시에 어긋남 등이 발생해도 정극부(12) 및 부극부(14)와 외장 케이스(8)와의 접촉을 방지하기 위해서는, 예를 들어 집전판(32, 34)의 외주면에 절연 테이프를 감는 등에 의해 절연해도 되고, 집전판(32, 34)의 외주면과 외장 케이스(8) 사이에 절연 링 등을 설치하여 절연해도 된다.
(4) 정극 단자(28) 및 부극 단자(30)와 전지 소자(4)와의 접속 거리가 길어지면, 그만큼만 내부 저항을 증가시키게 된다. 따라서, 집전판(32, 34)을 구비함으로써, 또한 레이저 용접에 의해 접속 간격을 대폭 단축하여, 내부 저항의 증가를 억제하고 있다. 구체적으로는, 전지 소자(4)의 정극부(12) 및 부극부(14)에 접속된 집전판(32, 34)은 얇은 금속판이며, 이 측면에는 용접면부(52), 정극 단자(28) 및 부극 단자(30)에는 용접면부(54)가 형성되고, 이들은 일치한 면부를 구성하고 있다. 이 용접면부(52, 54)의 경계부에 레이저 조사(66)를 행하여, 용접 접속부(38)가 형성되어 있다. 저저항(ESR : Equivalent Series Resistance)화를 도모하고 있다.
(5) 전지 소자(4)와 밀봉판(18) 사이에는 약간의 스페이스를 형성하고, 집전판(32, 34)에 의해 이들을 전기적으로 접속하고, 외장 케이스(8) 내의 전지 소자(4)의 점유 체적을 증가시키고 있다. 그리고 전지 소자(4)와 밀봉판(18)과의 간격(거리)을 짧게 하여 저항을 억제하여, 전지 소자(4)와 밀봉판(18)과의 간격(거리)의 협소화를 도모하고 있다.
(6) 정극 단자(28) 및 부극 단자(30)와, 전지 소자(4) 위의 집전판(32, 34)이라 함은, 양자의 측면부에 형성된 용접면부(52, 54)를 일치한 면부로 하고, 이 부위에 국소적으로 레이저 조사(66)를 행하여, 용접하고 있으므로, 그 접속 처리의 간이화 및 접속부의 강화가 도모되고 있다. 여기서, 정극 단자(28), 부극 단자(30) 및 집전판(32, 34)의 두께[용접면부(52, 54)의 높이 치수]는 레이저 용접이 가능한 치수로 또한 내부 저항이 증대되기 어렵고, 또한 전지(2)의 높이 치수를 짧게 하는 최적값으로서, 예를 들어 각각 0.5[㎜] 내지 5[㎜]의 범위로 설정하면 된다.
(7) 용접면부(52, 54)는, 예를 들어 절결에 의해 평면으로서 구성하고 있지만, 이에 한정되는 일은 없고, 곡면이라도 되고, 평탄면 또는 곡면 중 어느 것이라도 양쪽을 일치한 면부로 하면 된다. 또한, 용접면부(52, 54)는 레이저 조사(66)를 행할 때에 다른 부재[정극부(12)나 부극부(14)]에 대한 과잉 스트레스가 가해지지 않도록 전지 소자(4)의 외주면 근방에 설치되는 것이 바람직하고, 구체적으로는, 전지 소자(4)의 외주면에서, 예를 들어 10[㎜] 이내로 하면 된다.
(8) 상기 실시 형태와 같이, 집전판(32, 34)에 있어서의 단자 접속부(48)(도 7)와 소자 접속부(50)를 수평 방향으로 변위시키고 있으므로, 레이저 용접부가 수평 방향에 다르고 있어, 레이저 용접 접속의 안정성을 향상시킬 수 있다.
(9) 집전판(32, 34)을 사용하여 전지 소자(4)와 정극 단자(28), 부극 단자(30)를 접속하고 있으므로, 단자 접속의 심플화가 도모되어, 접속을 용이화할 수 있다.
(10) 외장 케이스(8)의 공간부 내에 단자 접속 구조가 차지하는 비율을 저감할 수 있어, 체적당의 전지 소자가 차지하는 비율을 크게 할 수 있다.
(11) 외장 부재인 밀봉판(18)에는, 전지 소자(4)가 견고하게 지지되어 있다. 즉, 전지 소자(4)는 정극 단자(28) 및 부극 단자(30)에 집전판(32, 34)을 사용하여 레이저 용접이나 전자 빔 용접에 의해, 견고하게 고정되므로, 전지 소자(4)의 지지 강도가 높여지고 있다(견고화). 이 결과, 기계적으로 견고한 지지 구조가 구성되어, 제품의 내진성을 높일 수 있다.
(12) 집전판(32)에 의해 정극측의 집전체(120), 집전판(34)에 의해 부극측의 집전체(140)가 레이저 용접에 의해 병렬화되어 있으므로, 전지 소자(4) 및 전지(2)의 저저항화를 도모할 수 있어, 내부 저항이 낮은 제품을 제공할 수 있다.
(13) 집전판(32, 34)을 사용했으므로, 전지 소자(4)에 탭을 접속할 필요가 없다.
(14) 이미 설명한 제조 공정에 의하면, 전지(2) 등의 축전 디바이스를 용이하게 제조할 수 있어, 단자 접속 공정의 간략화를 도모할 수 있다.
[제2 실시 형태]
제2 실시 형태는, 외부 단자와 집전판 사이에 단자 부재로서 접속판을 구비하는 구성을 포함하고 있다.
제2 실시 형태에 대해서, 도 10 및 도 11을 참조한다. 도 10은 접속판을 포함하는 전지를 분해하여 도시하고, 도 11은 접속판을 구비한 접속 구성예를 나타내고 있다. 도 10 및 도 11에 있어서, 도 2와 동일 부분에는 동일 부호를 붙이고 있다.
본 제2 실시 형태에서는, 도 10에 도시한 바와 같이, 단자 부재로서 정극측 및 부극측의 접속판(72, 74)이 구비되어 있다. 접속판(72, 74)의 각각에는 정극 단자(28), 부극 단자(30)를 접속하는 접속 오목부(76)가 형성되고, 측면에는 제3 용접면부(78)가 형성되어 있다. 본 실시 형태에서는, 밀봉판(18)의 하면측으로 돌출되는 정극 단자(28) 및 부극 단자(30)는 원기둥 형상이며, 그 단부면에 합치하도록 접속 오목부(76)가 형성되어 있으나, 원형에 한정되지 않는다. 또한, 각 용접면부(78)는, 예를 들어 플랫면이며, 집전판(32, 34)의 용접면부(52)는 제1 실시 형태와 달리, 용접면부(78)와 일치하는 위치에 형성되어 있다. 그 밖의 구성은 제1 실시 형태와 마찬가지이다.
정극 단자(28)에 레이저 용접에 의해 접속된 접속판(72), 마찬가지로 부극 단자(30)에 레이저 용접에 의해 접속되는 접속판(74)은, 도 11에 도시한 바와 같이, 전지 소자(4)에 접속된 집전판(32, 34)에 포개어져, 일치시킨 용접면부(52, 78) 사이를 레이저 용접에 의해 접속하는 구성으로 해도 된다.
이러한 접속판(72, 74)을 사용한 구성에서는 외부 단자인 정극 단자(28), 부극 단자(30)와, 전지 소자(4)측에 접속된 집전판(32, 34)과의 접속 범위가 확대되므로, 접속 저항을 저감할 수 있는 동시에, 접속 강도가 높여진다.
[제3 실시 형태]
제3 실시 형태는, 집전판과 접속되는 전극부의 범위를 제1 실시 형태와 다르게 한 구성을 포함하고 있다.
제3 실시 형태에 대해서, 도 12를 참조한다. 도 12는 집전판, 전지 소자의 정극부 및 부극부의 일례를 나타내고 있다. 도 12에 있어서, 도 2와 동일 부분에는 동일 부호를 부여하고 있다.
제1 실시 형태(도 2)에서는, 집전판(32, 34)의 배면측을 평탄하게 하여 소자 접속부(50)를 형성했지만, 도 12의 A에 도시한 바와 같이, 전지 소자(4)의 외부 단자측에, 예를 들어 60도 범위에서 돌출되는 평탄면을 갖는 돌출면부(80)와, 이 돌출면부(80)를 사이에 두고 후퇴한 오목면부(82)를 구비해도 된다.
전지 소자(4)측의 소자 단부면(10)에는, 도 12의 B에 도시한 바와 같이, 정극부(12), 부극부(14)에, 예를 들어 60도 범위에서 오목하게 한 오목부(84)과, 이 오목부(84)를 사이에 두고 돌출시킨 돌기부(86)를 구비하고, 오목부(84)는 부극부(14) 또는 정극부(12)가 형성되어 있지 않은 부위, 돌기부(86)는 전지 소자(4)의 중심 방향을 향해 압축 성형되는 부위로 해도 된다. 돌기부(86)는, 도 12의 C에 도시한 바와 같이, 전지 소자(4)의 중심 방향을 향해 압축 성형된다. 그리고 상기 실시 형태와 마찬가지로, 정극부(12)와 집전판(32), 부극부(14)와 집전판(34)을 레이저 용접에 의해 접속하고, 합체시켜도 된다.
[제4 실시 형태]
제4 실시 형태는, 외부 단자측으로 돌출시킨 단자 접속부를 구비하는 집전판과, 소자 단부면으로부터 소정 폭을 접은 선으로 해서, 축전 소자의 일례인 전지 소자의 소자 단부면 위로 절곡되어서 포개어진 단일 또는 복수의 전극 돌출부를 구비하는 구성을 포함하고 있다.
제4 실시 형태에 관한 전지에 대해서, 도 13을 참조한다. 도 13은 전지의 각 부재의 일례를 나타내고 있다. 도 13에 있어서, 도 2와 동일 부분에는 동일 부호를 부여하고 있다.
도 13에 도시한 바와 같이, 각 집전판(32, 34)은 정극 단자(28), 부극 단자(30)에 접속하는 단자 접속부(48)가 부채 형상이며, 집전판의 배면측보다 돌출시키고 있다. 전지 소자(4)의 동일한 소자 단부면(10)에는 정극부(12), 부극부(14)가 절연 간격(16)을 마련하여 형성되어 있다.
이어서, 전지 소자(4), 정극부(12) 및 부극부(14)의 형성에 대해서, 도 14, 도 15를 참조한다. 도 14는 집전체의 일례를 나타내고, 도 15는 전지 소자를 나타내고 있다. 도 14, 도 15에 있어서, 도 2와 동일 부분에는 동일 부호를 부여하고 있다.
정극부(12)는 정극측의 집전체(120), 부극부(14)는 부극측의 집전체(140)의 전극 돌출부인 미도포 시공부(88)에 의해 형성된다.
정극부(12) 및 부극부(14)에는, 베이스재(90)에, 예를 들어 알루미늄박이 사용된다. 베이스재(90)는 동일 폭의 띠 형상체이며, 도 14의 A에 도시한 바와 같이, 베이스재(90)의 양면에 활성탄 등의 활물질 및 결착제 등을 함유하는 분극성 전극(92)을 형성한다. 이 분극성 전극(92)의 형성 시, 베이스재(90)에는, 한쪽 테두리부측에 일정 폭의 미도포 시공부(88)가 형성되고, 이 미도포 시공부(88)는 분극성 전극(92)의 비형성 부분이다. 이 미도포 시공부(88)가 이미 설명한 전극 돌출부이며, 이 미도포 시공부(88)에 의해 정극부(12) 또는 부극부(14)가 형성된다.
미도포 시공부(88)에 대하여, 도 14의 B에 도시한 바와 같이, 테두리부를 형성하는 일정 폭의 접은 선(60)을 형성한다. 이 접은 선(60)은 흠집이 아닌 가는 선(접은 선)이며, 정극부(12) 및 부극부(14)의 절곡 시의 좌굴을 방지할 수 있다. 이 접은 선(60)은 홈이며, 단면 형상은 삼각, 사각이라도 되고, 만곡되어 있어도 된다. 또한, 이 접은 선(60)의 형성 방법으로서는, 예를 들어 프레스, 레이저, 절삭 등을 들 수 있다. 접은 선(60)은 도 14의 B에 도시한 바와 같이, 1개로 구성할 수도 있지만, 미도포 시공부(88)의 치수를 고려하려, 복수개로 형성해도 되고, 또한 접은 선(60)은 편면 또는 양면이라도 된다.
이 전극부의 형성에 있어서, 도 14의 C에 도시한 바와 같이, 집전체(120)에는 폭이 다른 복수의 정극부[12(88)]가 형성되고, 도 14의 D에 도시한 바와 같이, 집전체(140)에는 폭이 다른 복수의 부극부[14(88)]가 형성된다. 각 정극부(12)는 전지 소자(4)의 소자 단부면(10)에 반주마다 인출되도록 다른 간격으로 형성한다. 또한, 각 부극부(14)도 전지 소자(4)의 소자 단부면(10)에 반주마다 인출되고, 게다가 정극부(12)와 부극부(14) 사이에는 이미 설명한 절연 간격(16)이 설정되어 있다. 그리고 각 정극부(12) 및 각 부극부(14)에는 접은 선(60)이 형성되어 있다.
그리고 전지 소자(4)는, 도시하지 않은 권취축을 사용함으로써, 도 15에 도시한 바와 같이, 각 집전체(120, 140)가, 이들 사이에 세퍼레이터(56, 58)를 개재시켜서 권회되어, 권회 소자인 전지 소자(4)가 형성된다. 이 전지 소자(4) 중 한쪽 소자 단부면(10)에는, 반주마다 정극부(12)와 부극부(14)가 형성된다.
정극부(12) 또는 부극부(14)는 절연 수단인 세퍼레이터(56, 58)의 폭(W1)보다 돌출된 형태이며, 각 정극부(12) 또는 부극부(14)의 원호 길이에 대응하는 길이(L1)로 형성되어 있다. 또한, 각 정극부(12) 또는 부극부(14)는 소자 단부면(10)으로부터 소정의 폭(W2)의 위치에 접은 선(60)이 형성되어 있다. 소자 단부면(10)은 전지 소자(4)의 단부면에 노출되는 세퍼레이터(56, 58)의 테두리부에 의해 형성된다. 접은 선(60)은 소자 단부면(10)의 소자 중심(40)에 대향하는 면이 골 접기가 되도록 형성되어 있다. 소자 단부면(10)으로부터 소정의 폭(W2)의 치수는, 0.5[㎜] 이상이 바람직하고, 이와 같이 소자 단부면(10)의 세퍼레이터의 단부 위치보다 소정의 폭(W2)만큼 이격된 위치에 접은 선(60)을 형성함으로써, 정극부(12) 또는 부극부(14)의 절곡 시에 세퍼레이터(56, 58)에 가해지는 기계적 스트레스가 감소되어, 각 집전체(120, 140)의 접촉에 의한 쇼트를 방지하고 있다. 또한, 소자 단부면(10)으로부터의 정극부(12) 및 부극부(14)의 돌출 길이 치수는 3[㎜] 내지 10[㎜]로 하는 것이 바람직하다.
이어서, 각 전극부의 성형에 대해서, 도 16 및 도 17을 참조한다. 도 16은 성형 전후의 각 전극부를 나타내고, 도 17은 전극부의 성형 상태를 나타내고 있다. 도 16, 도 17에 있어서, 도 6과 동일 부분에는 동일 부호를 부여하고 있다.
도 16의 A에 도시한 바와 같이, 전지 소자(4)의 소자 단부면(10)에 도출된 정극부(12) 또는 부극부(14)는 집전판(32) 또는 집전판(34)과의 접속 전에, 도 16의 B에 도시한 바와 같이, 전지 소자(4)의 소자 단부면(10) 위에서 밀착 상태로 성형 가공된다.
전지 소자(4)의 소자 단부면(10)에는, 도 16의 A에 도시한 바와 같이, 전극 돌출부를 구성하는 정극부(12)와 부극부(14)가 접은 선(60)에 의해 경사 상태로 세워 설치되고, 이들 정극부(12)와 부극부(14) 사이에는 소정 폭의 절연 간격(16)이 설정되어 있다. 절연 간격(16) 및 소자 중심(40)을 중심으로 Y축, 이 Y축과 직교 방향으로 X축을 취하고, X축을 중심으로 좌우에 각도 θ1, θ2(>θ1)를 설정하여 구획한다. 각도 θ1로 전지 소자(4)의 소자 중심(권취 코어부)(40)을 중심으로 방사 형상 방향으로 복수의 절입(94)을 넣고, 각 절입(94)으로 구획된 복수의 구획부(12A, 12B, 12C)가 정극부(12)측에 형성되어 있다. 마찬가지로, 부극부(14)측에도 복수의 구획부(14A, 14B, 14C)가 형성되어 있다. 각도 θ1을, 예를 들어 30[°]로 설정하면, 구획부(12A, 14A)는 2θ1=60[°]가 되어, 구획부(12A)를 사이에 두고 형성된 구획부(12B, 12C) 또는 구획부(14A)를 사이에 두고 형성된 구획부(14B, 14C)의 각도 θ2는, 예를 들어 θ2=60[°]로 설정되어 있다.
절입(94)의 깊이는, 예를 들어 돌출 길이를 정극부(12)와 부극부(14)의 높이(h1)로 설정되어, 정극부(12)의 구획부(12A, 12B, 12C), 부극부(14)의 구획부(14A, 14B, 14C)를 중도부에 있는 이미 설명한 접은 선(60)으로 굴곡시켜, 전지 소자(4)의 권취 코어 방향으로 넘어뜨려 압축 성형함으로써, 도 16의 B에 도시한 바와 같이, 각 구획부(12A, 12B, 12C), 부극부(14)의 구획부(14A, 14B, 14C)에 성형된다. 본 실시 형태에서는, 각 구획부(12B, 12C) 및 구획부(14B, 14C)가 집전판(32, 34)과의 용접 부분에 설정되어 있다. 따라서, 구획부(12A, 14A)의 돌출 높이(h2)가 각 구획부(12B, 12C, 14B, 14C)의 높이(h3)보다 높게 설정되어, 구획부(12A, 12B, 12C) 및 부극부(8)의 구획부(14A, 14B, 14C)의 높이를 집전판(32, 34)의 굴곡 형상에 대응시키고 있다. 또한, 전지 소자(4)의 정극부(12) 및 부극부(14)는, 이와 같이 전지 소자(4)의 중심 방향을 향해 정극부(12) 및 부극부(14)의 전체를 압축 성형함으로써, 높이 치수를 억제하고 있다. 본 실시 형태에서는, 정극부(12)의 구획부(12B, 12C)를 압축 형성하여, 안정된 평탄 형상의 접속면을 형성하고, 그 후, 비접속면인 구획부(12A)를 압축 성형하고, 각 구획부 간(12A-12B, 12A-12C)의 겹침에 의해 발생하는 경계부의 높이 치수를 억제하고 있다. 이 경계부의 높이 치수의 억제에 대해서는 부극부(14)에 있어서도 마찬가지이다.
각 정극부(12) 및 각 부극부(14)의 성형 공정에 있어서, 전지 소자(4)의 권회 후, 소자 단부면(10)에 노출되는 정극부(12), 부극부(14)는 도 17의 A에 도시한 바와 같이, 접은 선(60)에 의해 소자 중심(40)을 중심으로 하여 대향 방향으로 절곡된 상태에서 대향하고 있다. 따라서, 도 17의 B에 도시한 바와 같이, 집전판(32, 34)과의 접속을 도모하기 위해 소자 중심(40)측에 접은 선(60)을 사용하여 절곡하여, 이미 설명한 구획부(12B, 12C, 14B, 14C)를 형성한다.
또한, 도 17의 C에 도시한 바와 같이, 접은 선(60)을 사용하여 구획부(12A, 14A)를 소자 단부면(10)측으로 다시 절곡한다.
이어서, 집전판(32, 34)에 대해서, 도 18을 참조한다. 도 18은 집전판의 일례를 나타내고 있다. 도 18에 있어서, 도 6과 동일 부분에는 동일 부호를 부여하고 있다.
본 실시 형태의 집전판(32, 34)은, 도 18에 도시한 바와 같이, 전극 재료와 동일한, 예를 들어 알루미늄판으로 형성되어, 이미 설명한 정극부(12)의 구획부(12A, 12B, 12C)(도 16)를 덮고, 구획부(12B, 12C)와의 레이저 용접 면적을 갖고, 또한 정극 단자(28)와의 레이저 용접 면적을 갖는 형상 및 면적을 구비하고 있다. 본 실시 형태에서는, 전지 소자(4)의 소자 단부면(10)의 2분의 1의 크기이며, 절연 간격(36)을 확보하는 형상으로서, 대략 반원형판이다.
집전판(32, 34)에는, 도 18의 A에 도시한 바와 같이, 현측 중심부에 전지 소자(4)의 소자 중심(40)에 대응하여 원호 형상의 절결부(44)가 형성되고, 그 호측에는, X축을 중심으로 X축과 직교 방향으로 직선 형상으로 잘라낸 용접면부(52)가 형성되어 있다. 또한, 이 집전판(32) 또는 집전판(34)에는, 도 18의 B에 도시한 바와 같이, 절결부(44)를 중심, 즉 X축을 중심으로 좌우에 각도 θ1을 갖고서 직각으로 굴곡시킨 단차부(96)를 가지고 원호 형상의 단자 접속부(48)와, 단자 접속부(48)를 사이에 두고 소자 접속부(50)가 형성되어 있다. 각 단자 접속부(48) 및 소자 접속부(50)는 단자 접속부(48)를 돌출시켜서, 단차부(96)를 사이에 두고 평행면을 구성하고 있다.
이 집전판(32, 34)에 있어서, 단자 접속부(48)의 높이를 h4, 집전판(32, 34)의 두께를 t, 단자 접속부(48)의 내측의 높이를 h5로 하면,
h5=h4-t≥h2-h3 … (1)
로 설정되어 있다. 따라서, 단자 접속부(48)의 내측 높이 h5는, 구획부(12A, 14A)의 돌출 높이 h2와 각 구획부(12B, 12C, 14B, 14C)의 높이 h3과의 차분 Δh(≥h2-h3)를 흡수하고, 집전판(32)이 각 구획부(12B, 12C)에 밀착되고, 또한 구획부(12A)를 수납하여 설치된다.
이어서, 집전판(32, 34)과 전지 소자(4)와의 접속에 대해서, 도 19를 참조한다. 도 19는, 집전판 및 전지 소자의 접속을 나타내고 있다.
도 19에 도시한 바와 같이, 전지 소자(4)의 소자 단부면(10)의 소자 중심(40)에 절결부(44)가 맞추어 배치되고, 정극부(12)와 부극부(14) 사이의 절연 간격(16)에 대응하여 절연 간격(36)이 설정되어 있다. 집전판(32)에는, 단자 접속부(48)의 하면측에 전지 소자(4)의 정극부(12)의 구획부(12A), 집전판(32)의 소자 접속부(50)의 하면측에 전지 소자(4)의 정극부(12)의 구획부(12B, 12C)가 위치 결정되어 밀착하게 된다. 그리고 레이저 조사 부위(68)에서는, 전지 소자(4)의 주연 방향으로부터 권취 코어 방향을 향하는 레이저 조사에 의해, 구획부(12B, 12C) 및 소자 접속부(50)를 부분적 또는 전면적으로 용융시켜, 접속한다. 이러한 접속은 집전판(34)측에서도 마찬가지이다. 용접 처리는, 제1 실시 형태와 마찬가지이므로, 도 19에 동일 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다.
이어서, 전지 소자(4) 위의 집전판(32, 34)과 외부 단자와의 접속에 대해서, 도 20을 참조한다. 도 20은 전지 소자 위의 집전판과 외부 단자의 접속을 나타내고 있다.
도 20의 A에 도시한 바와 같이, 밀봉판(18)의 정극 단자(28), 부극 단자(30)가 집전판(32, 34)의 접속 위치에 위치 결정된다. 정극 단자(28) 및 부극 단자(30)에는 용접면부(54)가 형성되고, 이 용접면부(54)는 집전판(32, 34)측에 있는 용접면부(52)와 동일면을 형성하는 측벽면이다. 따라서, 도 20의 B에 도시한 바와 같이, 용접면부(52, 54)를 합치시켜, 이미 설명한 레이저 조사 장치(64)(도 8)를 사용하여 레이저 조사(66)를 행하면, 용접면부(52, 54) 사이가 레이저 용착되어, 집전판(32, 34)에 대응하는 정극 단자(28), 부극 단자(30)를 접속할 수 있다. 이 용접 처리에는, 예를 들어 전자 빔 용접을 이용해도 된다.
따라서, 전지 소자(4)의 정극부(12) 및 부극부(14)에는, 집전판(32, 34)이 레이저 조사부(68)를 가지고 접속된다. 그리고 전지 소자(4)의 정극부(12)에는, 집전판(32)을 개재시켜서 정극 단자(28)가 용접 접속부(38)(도 9)를 가지고 접속되고, 또한 전지 소자(4)의 부극부(8)에는, 집전판(34)을 개재하여 부극 단자(30)가 용접 접속부(38)(도 9)를 가지고 접속된다. 이에 의해 전지 소자(4)에 외부 단자가 형성된다.
여기서, 전지 소자(4)와 밀봉판(18)의 간격(거리)을 길게 취하면, 그만큼 저항이 증가해 버리는 동시에, 전지(2)의 높이 치수가 커져 버리므로, 전지 소자(4)와 밀봉판(18)과의 간격(거리)을 최대한 짧게 하고 있다. 이러한 작은 스페이스에 있어서, 정극 단자(28) 및 부극 단자(30)와, 집전판(32, 34)을 접속하기 위해, 일치시킨 용접면부(52, 54) 사이에 국소적으로 용접 가능한 레이저 조사(66)를 행하면 되어, 이 처리에 의해, 용접의 간이화 및 강화가 도모되고 있다. 여기서, 집전판(32, 34), 정극 단자(28) 및 부극 단자(30)의 두께는, 각각 0.5[㎜] 내지 5[㎜]의 범위로 설정되어 있고, 이에 의하면, 레이저 용접이 가능한 치수로 또한 내부 저항이 증대되기 어렵고, 또한 전지(2)의 높이 치수를 짧게 할 수 있다.
또한, 용접면부(52, 54)는, 본 실시 형태에 있어서도, 레이저 조사(66) 시에 다른 부재[정극부(12)나 부극부(14)]로의 과잉 스트레스를 방지하기 위해서도 전지 소자(4)의 외주면 근방에 설치되는 것이 바람직하고, 구체적으로는 전지 소자(4)의 외주면에서, 예를 들어 10[㎜] 이내로 하는 것이 바람직하다.
또한, 집전판(32, 34)에 있어서, 전지 소자(4)의 정극부(12) 및 부극부(14)와의 접속 영역과, 정극 단자(28)와 부극 단자(30)와의 접속 영역이 다른 위치로 설정되어 있으므로, 각 전극부(12, 14)와 집전판(32, 34), 각 외부 단자(28, 30)와 집전판(32, 34)과의 접속을 안정화시킬 수 있어, 전지 소자(4)의 저저항화, 접속의 강화 등, 전기적 특성을 높일 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 있어서도, 제2 실시 형태(도 10)에 도시한 바와 같이, 집전판(32, 34)과 정극 단자(28), 부극 단자(30)와의 사이에 접속판(72, 74)을 구비하는 구성으로 해도 된다.
[제5 실시 형태]
제5 실시 형태는 레이저 조사 부위(용접 라인)에 대한 레이저 출력 제어를 포함하고 있다.
제5 실시 형태에 대해서, 도 21을 참조한다. 도 21은 레이저 출력의 제어 형태를 나타내고 있다.
이 레이저 조사(66)에 의한 용접에 대해서, 도 21에 도시한 바와 같이, 도 21의 A는 집전판(32, 34) 위의 이미 설명한 용접 라인의 일례인 레이저 조사 부위(68)를 나타내고 있다. 이 레이저 조사 부위(68)의 용접 시점(68S)과 용접 종점(68E)과의 사이를 구간 a, b, c로 설정하고, 용접 종점(68E) 밖에 구간 d를 설정하고 있다.
이 레이저 용접에는, 빔 조사 수단의 일례로서 레이저 조사 장치(64)가 사용되고, 레이저 조사부 부위(68)는 레이저 조사(66)에 의한 용접부이다. 이 경우, 아르곤 가스 또는 헬륨 가스 등의 실드 가스가 사용되어, 용접 처리가 행해진다.
이 레이저 조사 장치(64)의 레이저 조사(66)에서는, 일정한 조사 속도로, 레이저 조사 부위(68)에 빔 출력을 단계적 및 연속적으로 다르게 하고 있다. 본 실시 형태에서는, 도 21의 B에 도시한 바와 같이, 레이저 출력 P가 구간 a에서는 레이저 출력 Pa, 구간 b에서는 레이저 출력 Pb(<Pa)의 일정값으로 설정되고, 구간 c에서는 레이저 출력 Pb로부터 레이저 출력 Pc(<Pb)로 감쇠시키고 있다. 구간 a의 레이저 출력 Pa는 가장 높은 값으로 설정되어, 일례로서 50W 내지 3000[W]이다. 구간 b의 레이저 출력 Pb는 레이저 출력 Pa보다 작고, 레이저 출력 Pa의 90% 이하의 레이저 출력으로 하고 있다. 또한, 구간 c의 레이저 출력 Pc는 레이저 출력 Pb보다 작은 값이며, 레이저 출력 Pa의 80% 이하의 레이저 출력으로 하고 있다. 이 경우, 도 21의 B는 횡축을 거리[㎜]로 나타내고 있다.
용접 개시점(68S)에서 조사하는 레이저 출력 Pa가 가장 높은 값으로 설정되고, 그 조사 구간 a는 구간 b보다 짧은 시간으로 설정되어 있다. 구간 a 후에, 레이저 출력 Pb의 레이저 조사의 구간 b는 가장 길게 설정되어 있다. 또한, 구간 c는 구간 b보다 짧은 구간으로 설정되고, 이 구간 c에 있어서, 레이저 출력 Pb를 레이저 출력 Pc로 직선적으로 감쇠시키고 있다. 이와 같이 용접 시점(68S) 및 용접 종점(68E) 근방에 있어서, 레이저 출력을 감쇠시키면 된다. 즉, 적어도 레이저 출력의 감쇠가 2 구간 이상 있는 것이 바람직하다.
레이저 조사 부위(68)에 대한 레이저 주사의 속도는 일정 속도이며, 예를 들어 300[㎜/초] 내지 3,000[㎜/초]로부터 선택되는 일정 속도로 하면 되지만, 구간에 따라서 주사 속도를 변경해도 된다.
이와 같이 레이저 출력을 레이저 조사 부위(68)에 의해 제어하면, 다음과 같은 효과가 얻어진다.
(1) 집전판(32, 34)과 전지 소자(4)의 정극부(12) 또는 부극부(14)와의 레이저 용접의 용접 시점(68S)으로부터 용접 종점(68E)에 이르는 용접 라인에 대한 레이저 출력의 단계적 및 연속적 제어로서, 예를 들어 레이저 출력을 감쇠시켰으므로, 집전판(32 또는 34) 및 전극 돌출부인 정극부(12) 또는 부극부(14)에 가해지는 용접 에너지를 균일화할 수 있어, 접속성을 향상시킬 수 있다.
(2) 레이저 조사의 용접 시점(68S)에서는 레이저 출력을 높게 설정하고, 높은 레이저 출력 에너지로 레이저 조사를 행한다. 레이저 조사(66)를 받은 집전판(32, 34) 및 정극부(12) 또는 부극부(14)의 용접 라인 및 그 근방부가 가열된다. 즉, 레이저 조사(66)를 용접 라인을 따라 행하면, 레이저 조사(66)의 주사에 따른 가열 부분이 그 주사와 함께 연쇄 상태로 이동하므로, 레이저 출력을 동일하게 설정하지 않아도, 연쇄적으로 용융 상태가 된다. 이로 인해, 레이저 출력을 단계적 및 연속적(상기 실시 형태), 단계적 또는 연속적으로 감쇠시켜도, 용접부에 가해지는 레이저 조사(66)에 의한 열 에너지는 균일화된다. 이로 인해, 집전판(32, 34)과 정극부(12) 또는 부극부(14)와의 접속성을 향상시킬 수 있다.
(3) 가령, 레이저 출력을 일정하게 유지한 경우에는, 열 에너지가 과도해지는 장소가 발생하여, 전극 돌출부를 형성하고 있는 전극이 얇으므로, 과도한 열 에너지의 집중에 의해 용융 불균일을 발생하여, 집전판과 전극 돌출부와의 접속성이 불안정화되지만, 이러한 문제를 레이저 출력의 제어(예를 들어, 감쇠)에 의해 피할 수 있다.
(4) 레이저 조사 부위(68)를 복수 라인으로 설정한 경우에도, 마찬가지의 제어를 행할 수 있다. 이미 설명한 레이저 조사의 [I] 또는 [Ⅳ]의 연속 동작에 대해서, 동일 부위를 연속하여 레이저 조사하는 것이 아닌, 레이저 용접을 [I]에서 [Ⅳ]로 행하고, 그 후, 다른 부위에 레이저 조사하면, 동일 부위의 레이저 조사에 시간 간격을 마련할 수 있고, 이 결과, 레이저 조사 부위의 냉각화를 도모할 수 있어, 레이저 용접에 의한 접속의 안정화가 도모된다.
(5) 레이저 조사 부위(68)는 2개의 평행한 용접 라인으로서 레이저 조사 부위(681, 682)를 설정해도 된다. 이 경우, 도 22의 A에 도시한 바와 같이, 각 레이저 조사 부위(681, 682)의 레이저 용접에 있어서, 냉각 간격을 마련하여 레이저 조사(66)를 행한다. 이 경우, 레이저 조사 부위(681, 682)의 라인 간격을 W9로 하면, 라인 간격 W9는, 예를 들어 3[㎜] 이내로 설정되어도 된다. 또한 레이저 조사 부위(681, 682)는 일부 중복시켜도 된다. 각 레이저 조사 부위(681, 682)는, 레이저 조사 장치(64)에 의해 개별로 용접되는 것은 이미 설명한 대로이며, 각각 시점(681S, 682S), 종점(681E, 682E)이 설정되어, 용접 주사 방향에 따라서 이미 설명한 구간 a, b, c, d가 설정되어 있다. 레이저 조사 부위(681)와 레이저 조사 부위(682)에서는 용접 주사 방향이 반대 방향이다. 이러한 레이저 조사(66)에 대해서도, 각 구간 a, b, c에 대한 레이저 출력은, 도 22의 B에 도시한 바와 같이 설정하면 된다. 이러한 구성에 의해서도 이미 설명한 효과가 얻어진다.
[제6 실시 형태]
제6 실시 형태는, 고정된 집전판과 전지 소자를 가압 상태로 레이저 용접하는 구성을 포함하고 있다.
제6 실시 형태에 대해서, 도 23을 참조한다. 도 23은 집전판의 고정 상태 및 위치 결정 지그를 나타내고 있다. 도 23에 있어서, 도 2와 동일 부분에는 동일 부호를 부여하고 있다.
도 23의 A에 도시한 바와 같이, 집전판(32, 34)은 전지 소자(4)의 소자 단부면(10)측에 수평하게 위치 결정된다. 이 위치 결정에는, 복수의 척 기구(98) 및 한 쌍의 간격 보유 지지 기구(100)와 함께, 위치 결정 지그(102)가 사용된다. 척 기구(98)는 보유 지지 대상인 집전판(32, 34) 각각의 복수 부위 즉, 방사 형상으로 배치된 복수의 척(982)이 구비되어 있다. 각 척(982)은 압축 상태에 있는 스프링(984)의 복원력을 작용시키고 있다. 이 경우, 장력을 작용시키는 구성이라도 된다.
간격 보유 지지 기구(100)에는, 위치 결정 지그(102)를 사이에 두고 집전판(32, 34)의 절연 간격(36) 내에 설치되는 한 쌍의 스페이서(103)가 구비되어 있다. 각 스페이서(103)는 집전판(32, 34)의 대향면 사이에 배치되어 있다. 스페이서(103)가 갖는 일정 폭에 의해, 각 스페이서(103)가 평행하게 유지되는 동시에, 집전판(32, 34)의 절연 간격(36)이 설정된다.
각 스페이서(103)의 간격 내에는 이미 설명한 위치 결정 지그(102)가 설치되고, 이 위치 결정 지그(102)에 집전판(32, 34)의 절결부(44)를 끼워 맞춤시켜, 집전판(32, 34)의 중심 위치가 결정된다.
위치 결정 지그(102)는, 도 23의 B에 도시한 바와 같이, 중심부에 집전판(32, 34)의 원호 형상 절결부(44)를 걸어 결합시키는 원기둥부(1021)를 구비하고, 이 원기둥부(1021)의 측벽에 평판 형상의 한 쌍의 아암부(1022, 1023)를 구비하고 있다. 각 아암부(1022, 1023)는 원기둥부(1021)의 축 방향 및 지름 방향으로 형성되어 있다. 각 아암부(1022, 1023)는, 도 23의 A에 도시한 바와 같이, 집전판(32, 34)의 대향면 사이 내에 설치되는 동시에, 각 스페이서(103)에 파지되어, 원기둥부(1021)를 집전판(32, 34)의 절결부(44)에 끼워 맞춤시킨다. 따라서, 원기둥부(1021)의 지름 및 그 원호면은, 절결부(44)의 내경에 일치하고 있다.
그리고 도 24의 A에 도시한 바와 같이, 집전판(32, 34)과 함께 전지 소자(4)를 배치하고, 이 배치 상태에서는, 전지 소자(4)의 소자 단부면(10)에 있는 정극부(12) 및 부극부(14)는, 이미 설명한 접은 선(60)에 의해 절곡된 상태에서 집전판(32, 34)의 하면에 접촉하여, 수평하게 위치 결정되어 있다. 이 상태에 있어서, 화살표로 나타낸 바와 같이, 전지 소자(4) 및 집전판(32, 34)에는, 지지 부재(104)의 하측으로부터 압력(106)을 부여한다. 즉, 위치 결정되어서 고정되어 있는 집전판(32, 34)에 대하여 전지 소자(4)를 상승시켜, 정극부(12) 및 부극부(14)를 집전판(32, 34)의 하면측으로 누른다.
전지 소자(4)의 하면측으로부터의 압력(106)에 대하여 전지 소자(4)를 상방으로 지지하는 척 기구(98)의 척(982)에는, 집전판(32, 34)의 상면측을 덮어서 지지하는 지지 돌기부(980)가 설치되어 있다. 각 지지 돌기부(980)에는 전지 소자(4)측에 있는 집전판(32, 34)의 테두리부 상면이 대어져, 전지 소자(4) 위의 집전판(32, 34)이 수평하게 유지되는 동시에, 전지 소자(4)의 소자 단부면(10)과의 평행도가 유지된다.
이와 같이 전지 소자(4)는, 도 24의 B에 도시한 상한 위치까지 밀어 올려져서 유지되어, 레이저 용접이 행해진다. 이 경우, 다음과 같은 고정 상태로 유지된다.
a) 지지 부재(104)와 집전판(32, 34)은 고정밀도로 평행도가 유지되므로, 동일면에 고정된 집전판(32, 34)과 소자 단부면(10)의 평행도가 유지되고 있다.
b) 정극부(12) 및 부극부(14)의 각 집전체는, 둔각(90도 미만의 각도)으로 절곡된 상태에서, 집전판(32, 34)의 하면측에 압박되고, 평행도가 유지된 집전판(32, 34)과 소자 단부면(10) 사이에서 정극부(12) 및 부극부(14)가 굴곡 상태로 제어된다.
c) 집전판(32, 34)의 중심부에 있는 절결부(44)를 위치 결정 지그(102)의 원기둥부(1021)에 대응시켜, 집전판(32, 34)의 절결부(44)의 중심부를 원기둥부(1021)에 합치시킨다. 집전판(32, 34)의 절결부(44)로 포위된 원기둥부(1021)는 압박 시에, 전지 소자(4)의 소자 중심(권회 소자의 경우에는 권회 중심)(40)에 배치한다. 이에 의해, 집전판(32, 34)의 절결부(44)의 중심을 전지 소자(4)의 소자 중심(40)에 위치 결정한다. 이와 같이 위치 결정된 집전판(32, 34)의 상방에는 레이저 조사 장치(64)가 배치된다.
이러한 위치 결정과 정극부(12) 및 부극부(14)의 가압 상태에 대해서, 도 25[도 25의 B는 작도상, 정극부(12), 부극부(14)의 중간 부분을 생략하여 나타내고 있음]를 참조한다.
도 25의 A에 나타낸 상태에서는, 전지 소자(4)의 소자 단부면(10)에 있는 정극부(12)를 집전판(32)에 접촉시키고, 부극부(14)를 집전판(34)에 접촉시킨 상태이다. 이 상태는, 전지 소자(4)에 대한 가압 전 또는 그 초기 단계이다. 또한, 도 25의 A는, 정극부(12)의 구획부(12B, 12C), 부극부(14)의 구획부(14B, 14C)를 나타내는 것이다.
또한, 도 25의 B에 나타낸 상태에서는, 전지 소자(4)에 대한 가압 상태(도 24)가 진행되어, 정극부(12)는 가압 상태로 집전판(32)에 접촉하고 있으며, 이미 설명한 둔각 상태이다. 마찬가지로, 부극부(14)는 가압 상태로 집전판(34)에 접촉하고 있으며, 이미 설명한 둔각 상태이다. 즉, 정극부(12)의 각 집전체가 집전판(32)에 밀착하여 간극 없이 접촉하고, 마찬가지로 부극부(14)의 각 집전체도 집전판(34)에 밀착하여 간극 없이 접촉시킬 수 있어, 레이저 용접의 열 에너지를 효율적으로 용접부에 작용시킬 수 있다.
[제7 실시 형태]
제7 실시 형태는, 전지 소자의 소자 중심을 기준으로 원호 형상의 용접면부를 형성한 집전판을 사용한 구성을 포함하고 있다.
제7 실시 형태에 대해서, 도 26을 참조한다. 도 26은 집전판 및 전지 소자의 전극부를 나타내고 있다. 도 26에 있어서, 도 6과 동일 부분에는 동일 부호를 부여하고 있다.
본 실시 형태의 집전판(32, 34)에는, 도 26에 도시한 바와 같이, 각 소자 접속부(50) 사이에, 예를 들어 90도의 부채 형상의 단자 접속부(48)가 형성되고, 이 단자 접속부(48)에는, 단자 설치면부(110), 제1 용접면부(112) 및 소자 덮개부(114)가 형성되어 있다.
단자 설치면부(110)는 외부 단자를 설치하는 면부이며, 그 형태는, 예를 들어 평탄면부이며, 정극 단자(28) 또는 부극 단자(30)가 적재된다. 정극 단자(28) 또는 부극 단자(30)의 면부를 평탄면으로 하고, 각 정극 단자(28) 또는 부극 단자(30)를 단자 설치면부(110)에 밀착시킨다. 이 단자 설치면부(110)의 배면측에는 전지 소자(4)측의 정극부(12)의 구획부(12A) 또는 부극부(14)의 구획부(14A)를 삽입하는 오목부(116)가 형성되어 있다.
접속면부(112)는 전지 소자(4)의 측면측을 향하는 원호 형상의 면부이다. 소자 덮개부(114)는 단자 설치면부(110)와의 사이에서 접속면부(112)를 단차로 하여 하강하고, 전지 소자(4)의 소자 단부면(10)을 덮는 평탄면부이다. 즉, 각 집전판(32, 34)에 평탄한 단자 설치면부(110)를 남기고, 원호 형상으로 소자 덮개부(114)를 절삭 또는 성형함으로써, 접속면부(112)가 단자 설치면부(110)와 소자 덮개부(114)와의 단차로 형성된 원호면이다. 접속면부(112)의 원호면은, 전지 소자(4)의 소자 중심(40)을 중심으로 하는 전지 소자(4)와 동일 또는 근사의 동심원면이다. 전지 소자(4)에 대해서는, 각 부에 상기 실시 형태와 동일 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다.
이어서, 집전판(32, 34)과 외부 단자의 용접에 대해서, 도 27을 참조한다. 도 27은 집전판(32, 34)과 외부 단자의 용접 예를 나타내고 있다.
도 27에 도시한 바와 같이, 전지 소자(4)의 소자 단부면(10)의 정극부(12)에는 정극측의 집전판(32)이 설치되어서 용접되고, 부극부(14)에는 부극측의 집전판(34)이 설치되어서 용접된다. 이 경우, 집전판(32)의 단자 설치면부(110)에는 정극 단자(28), 집전판(34)의 단자 설치면부(110)에는 부극 단자(30)가 설치되어 있다. 정극 단자(28)의 용접면부(54)는 집전판(32)의 용접면부(112)에 위치 결정되어, 균일한 면부를 형성하고 있다. 마찬가지로, 부극 단자(30)의 용접면부(54)는 집전판(34)의 용접면부(112)에 위치 결정되어, 균일한 면부를 형성하고 있다.
이와 같이 2개의 면부를 일치시켜서 균일한 면부로 설정하고, 레이저 조사(66)를 행하여, 용접면부(54, 112) 사이를 용착시킨다. 집전판(32)의 단자 설치면부(110)에는 정극 단자(28)가 접속되고, 집전판(34)의 단자 설치면부(110)에는 부극 단자(30)가 접속된다. 즉, 정극 단자(28)에는 전지 소자(4)의 정극부(12), 부극 단자(30)에는 부극부(14)가 접속된다.
이와 같이, 각 용접면부(54, 112)를 동일한 곡률 반경을 갖는 원호면으로 하므로, 레이저 조사(66)에 의한 용착부를 광범위화할 수 있지만, 이에 한정되지 않고, 각 용접면부(54, 112)를 동일한 직선 형상의 면부로 할 수도 있다.
이어서, 레이저 용접에 대해서, 도 28을 참조한다. 도 28은 레이저 조사 각도 및 용접면의 일례를 나타내고 있다.
각 집전판(32, 34)은, 전지 소자(4)의 소자 단부면(10)의 소자 중심(40)을 기준으로 설치되어, 전지 소자(4)의 정극부(12) 또는 부극부(14)에 접속되어 있다. 따라서, 도 28에 도시한 바와 같이, 단자 설치면부(110)에 설치된 정극 단자(28) 또는 부극 단자(30)는 용접면부(54)를 용접면부(112)에 일치시킨다. 레이저 조사 장치(64)의 레이저 출사부(118)를 용접면부(54, 112)를 향해 설치한다.
레이저 출사부(118)와, 용접면부(54, 112)의 레이저 조사점(119)과의 거리를 Lp로 하면, 소자 중심(40)을 회동 중심으로 하여 레이저 조사 장치(64)를 화살표 N의 방향으로 회전해도, 거리 Lp를 유지할 수 있다. 그리고 레이저 조사점(119)을 중심으로 전지 소자(4)의 회동 각도 θ로 하고, 이 회동 각도 θ를 용접 범위로 설정하면, 용접면부(54, 112)에 동일한 거리 Lp로 똑같이 레이저 조사(66)를 행하여, 용접을 할 수 있다. 레이저 조사(66)의 거리 Lp가 동일한 동시에, 안정된 레이저 조사(66)를 연속하여 행할 수 있어, 균일한 용접 처리를 행할 수 있다. 또한, 접속의 신뢰성을 높일 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 레이저 조사 장치(64)를 회전하고 있지만, 이 레이저 조사 장치(64)를 고정하고, 전지 소자(4)측을 소정 각도 θ만큼 회동시켜서, 레이저 조사(66)의 주사를 행해도 된다.
[제8 실시 형태]
제8 실시 형태는, 집전판의 열 용량을 증대시켜서 레이저 용접을 행하는 것을 포함하고 있다.
이미 설명한 바와 같이 축전 디바이스의 일례인 전지(2)는, 축전 소자를 구성하는 전지 소자(4)의 소자 단부면(10)에 집전판(32, 34)을 구비한다. 일례인 전지 소자(4)는 권회형 소자이지만, 권회형 소자 이외의 소자, 예를 들어 적층 소자라도 된다. 소자 단부면(10)에 접속되는 집전판(32, 34) 사이에는, 전지(2)의 제조 시, 도 23 및 도 24에 나타낸 집전판(32, 34)의 위치 결정 지그(102)를 방열 지그 및 스페이서로서 사용한다.
전지 소자(4)의 구성은, 상기 실시 형태와 동일하므로, 동일 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다.
각 집전판(32, 34)은, 전지 소자(4)와 도시하지 않은 외부 단자 사이에 개재시키는 단자 부재이며, 도 27에 도시한 바와 같이 집전판(32)은 정극부(12B, 12C)(도 26)에 용접에 의해 접속되고, 집전판(34)은 부극부(14B, 14C)에 마찬가지로 접속된다. 각 집전판(32, 34)에는, 절결부(44)를 중심으로 단자 접속부(48), 이 단자 접속부(48)를 사이에 두고 소자 접속부(50)가 형성되어 있다. 단자 접속부(48)는 외부 단자[도 1의 정극 단자(28) 또는 부극 단자(30)]측에 접속하는 부분이며, 소자 접속부(50)와의 사이에 단차를 마련하여 높게 설정되어 있다.
집전판(32, 34)의 각 소자 접속부(50)에는, 도 26에 도시한 바와 같이, 직육면체 형상의 돌기부(122)가 형성되고, 각 돌기부(122)가, 각 집전판(32, 34)의 대향 테두리면부(124)의 테두리 단부에 두꺼운 부분을 형성하고 있다. 각 돌기부(122)에 의해 형성된 두꺼운 부분이 집전판(32, 34)의 열 용량을 증대시키는 동시에, 집전판(32, 34)이 파지 수단(예를 들어, 척)에 의해 파지되는 피파지부를 구성하고 있다. 피파지부를 돌기부(122)와 별개로 형성해도 된다.
각 집전판(32, 34)은, 전지 소자(4)의 소자 중심(40)을 기준으로 전지 소자(4)의 소자 단부면(10)에 위치 결정되어, 이미 설명한 절연 간격(16)과 마찬가지로 절연 간격(36)이 설정된다. 따라서, 전지(2)의 제조에는, 이미 설명한 위치 결정 지그(102)(도 23)가 사용된다. 이 위치 결정 지그(102)는 방열 수단의 일례이다. 이 위치 결정 지그(102)는 열 흡수성, 방열성이 좋은 금속 재료, 예를 들어 강재로 형성되어, 중심 보유 지지부로서 원기둥부(1021)와 함께, 이 원기둥부(1021)를 중심으로 지름 방향으로 간격 보유 지지부로서 이미 설명한 아암부(1022, 1023)를 구비하고 있다.
원기둥부(1021)는, 위치 결정 대상인 각 집전판(32, 34)의 절결부(44)를 소자 중심부(40)에 위치 결정하는 기둥 형상부이다. 이 기둥 형상부의 높이는, 절결부(44)의 높이와 일치 또는 동등 또는 높게 형성되어 있다. 원기둥부(1021)의 외주 반경은, 절결부(44)의 내주면의 반경과 동등하게 형성하면 된다.
아암부(1022, 1023)는, 대향 배치되는 집전판(32, 34)의 각 대향 테두리면부(124)에 접촉되어, 원기둥부(1021)에 의해 절결부(44)를 중심으로, 집전판(32, 34)의 간격을 평행하게 절연 간격(36)으로 보유 지지하는 평행부이다. 아암부(1022, 1023)의 형상은, 편평한 직육면체로 이루어지는 판상체이며, 표리면을 가지고 평행한 기준면(102A, 102B)이 형성되어 있다.
이 위치 결정 지그(102)에 의하면, 전지 소자(4)의 중심에 배치된 원기둥부(1021)의 둘레면부에 절결부(44)를 대고, 아암부(1022, 1023)의 기준면(102A, 102B)에 대향 테두리면부(124)을 밀착시키면, 각 집전판(32, 34)이 절연 간격(36)을 마련하여 전지 소자(4)의 소자 단부면(10)의 적정한 위치에 위치 결정된다. 게다가, 각 집전판(32, 34)에 위치 결정 지그(102)가 방열 부재로서 접촉시킬 수 있다.
전지 소자(4)에 적재한 집전판(32, 34)은, 이미 설명한 바와 같이 레이저 조사 장치(64)로부터 집전판(32, 34)의 레이저 조사 부위(68)에 대하여 레이저 조사(66)를 행하고, 용접을 행한다. 이 레이저 조사(66)는 4군데 동시에 행해도 되고, 각 부를 교대로 선택하여 행해도 된다.
돌기부(122)를 형성함으로써, 각 집전판(32, 34)의 열 용량은 돌기부(122)의 용적분만큼 증가하고 있다. 그리고 레이저 조사 부위(68)에 레이저 조사(66)를 행한 경우, 용접 부위에 발생한 열은, 예를 들어 돌기부(122)를 통하여 방열된다. 또한, 레이저 조사 부위(68)의 열은, 위치 결정 지그(102)로도 흘러, 각 스페이서(103)(도 23)를 통하여 방열된다. 이러한 방열 형태는 다른 레이저 조사 부위(68)에서 발생한 열도 마찬가지로 방열된다.
이와 같이 각 집전판(32, 34)의 열 용량이 두께부의 일례인 돌기부(122)의 형성에 의해 증가함으로써, 이미 설명한 방열 기능이 높여지고, 그 결과, 레이저 용접 시에 레이저 조사 장치(64)로부터 각 레이저 조사 부위(68)에 부여하는 용접 에너지를 높일 수 있다. 이 결과, 종전의 레이저 용접 시에 레이저 출력을 높이면, 집전판(32, 34)이나 전극 돌출부인 정극부(12), 부극부(14)를 구성하고 있는 전극박이 얇기 때문에 발생하고 있던 결락부나 불균일을 억제할 수 있다. 게다가, 레이저 출력을 약화시킨 경우에 미접속부가 발생하고 있던 문제는 레이저 출력을 높임으로써 개선할 수 있다. 그리고 집전판(32, 34)의 열 용량의 향상과 아울러 방열 효율이 향상됨으로써, 집전판(32, 34)이나 정극부(12) 또는 부극부(14)에 가해지는 용접 에너지를 흡수할 수 있어, 용접 정밀도를 높여, 접속의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또한, 집전판(32, 34)의 돌기부(122)에 의한 열 용량의 증가는, 집전판(32, 34)에 다양한 방열 루트가 확보됨에 따른, 용접 시의 용융 열량 변화를 억제할 수 있고, 용접 상태의 안정화를 도모할 수 있어, 용접 정밀도를 향상시킬 수 있다.
[제9 실시 형태]
제9 실시 형태는, 집전판과 단자의 용접에 대하여 개시하고 있다.
제9 실시 형태에 관한, 정극 집전판(132)과 정극 단자(130)[또는 부극 집전판(136)과 부극 단자(134)]의 용접에 대하여 도 29를 참조한다. 도 29는 정극 집전판(132) 및 정극 단자(130)의 용접 부분을 확대하여 나타내고 있다.
정극 집전판(132)은, 예를 들어 알루미늄판이 헤더 가공되고, 그 접속면부(152)는 정극 집전판(132)의 상면 또는 하면에 대하여 경사면을 이루고 있다. 일례로서 접속면부(152)는 연직면에 대하여 시계 방향으로 경사지는 경사면이며, 접촉면(165)측의 테두리부는 만곡면으로 되어 있다. 또한, 정극 단자(130)도, 예를 들어 알루미늄판이 헤더 가공되어, 그 단자측 접속면(164)은 정극 집전판(132)을 향해 경사면을 이루고, 일례로서의 단자측 접속면(164)은 연직면에 대하여 반시계 방향으로 경사지는 경사면이며, 접촉면(165)측의 테두리부는 정극 집전판(132)과 마찬가지로 만곡면으로 되어 있다. 이로 인해, 정극 단자(130) 및 정극 집전판(132)은 접촉면(165)측에는 서로 밀착되어 있는 부분과, 서로 상하 방향으로 만곡하여 확대 개방하는 비접촉부(167)를 구비하고 있다. 이러한 정극 집전판(132)과 정극 단자(130)의 형태는, 부극 집전판(136)과 부극 단자(134)와의 관계에 있어서도 마찬가지이다.
이러한 정극 집전판(132)과 정극 단자(130)와의 측면측의 접촉 위치[접촉면(165)]와 다른 위치에 레이저 빔(169)(도 30)의 조사의 중심 위치[조사 위치(171, 173)]가 설정되어 있다. 조사 위치(171)는 도면 중 접촉면(165)보다 상부 방향으로 어긋난 위치이며, 조사 위치(173)는 도면 중 접촉면(165)보다 하부 방향으로 어긋난 위치이다. 이들 조사 위치(171, 173)는, 접촉면(165)과 다른 위치이며, 레이저 빔(169)에 의해 형성되는 너깃(138)(도 31)의 범위(용접부) 내에 접촉면(165)을 포함할 수 있는 위치이면 된다.
이 레이저 빔(169)의 용접 형태에 대하여 도 30을 참조한다. 레이저 빔(169)의 용접 형태에는, 도 30의 A에 도시한 바와 같이, 열 전도 용접과, 도 30의 B에 도시한 바와 같이, 키홀 용접이 있다. 금속 간의 용접에는 어떠한 용접 형태를 사용해도 되지만, 키홀 용접에서는, 도 30의 B에 도시한 바와 같이, 레이저 빔(169)의 첨예한 포커스(175)를 용접면에 대기 때문에, 첨예하고 장대한 너깃(138)을 발생하여, 너깃(138)의 성장에 따라서 다수의 스퍼터(177)가 형성되는 경우가 있다.
이에 반해, 열 전도 용접에서는, 도 30의 A에 도시한 바와 같이, 레이저 빔(169)의 조사 위치(171, 173)의 앞쪽에 포커스(175)가 있는 디포커스로 하고, 조사 위치(171, 173)에는 구경이 큰 조사부(179)가 형성된다. 이 조사부(179)에서는, 첨예한 포커스(175)에 비교하여, 완만하게 열 전도를 생성하여, 완만한 너깃(138)이 형성된다. 즉, 열 전도 용접에서는 조사부(179)의 반경 방향으로 넓어짐을 갖는 너깃(138)이 생성된다. 이 용접 처리에서는, 레이저 빔(169)을 디포커스함으로써 너깃 지름을 확대하여, 키홀 용접을 열 전도 용접으로 이행시키고 있다.
또한, 앞서 서술한 조사 위치(171, 173)와 용접 에너지에 관한 것으로, 조사 위치(171, 173)는 레이저 빔(169)의 중심 위치를 나타내고 있다. 또한, 레이저 빔(169)의 조사 범위는, 너깃(138)의 너깃 지름(도 31)과 동일해진다. 따라서, 이 중심 위치를 다르게 하면[즉 비접촉부(167)가 아닌, 조사 위치를 평탄면으로 함], 레이저 빔(169)의 최대 에너지가 되는 중심 위치에 의한 용접 에너지를 용접 부분에서 저감시키지 않고, 효율적으로 부여할 수 있어, 원하는 너깃 깊이(용접 범위)를 얻을 수 있다.
이러한 열 전도 용접에 의해 형성된 너깃(138)에 대하여 도 31을 참조한다. 도 31의 A는 조사 위치(171)에 레이저 빔(169)의 조사의 중심 위치를 설정하여 조사하고, 그 조사 형태는 디포커스에 의해 너깃 지름을 확대시키고, 도 31의 B는 조사 위치(173)에 레이저 빔(169)의 조사의 중심 위치를 설정하여 조사하고, 그 조사 형태는 디포커스에 의해 너깃 지름을 확대시키고 있다. 즉, 도 31의 A에서는, 너깃 중심 O를 접촉면(165)보다 도면 중 상방으로 설정하고, 도 31의 B에서는, 너깃 중심 O를 접촉면(165)보다 도면 중 하방으로 설정하고 있다.
이러한 열 전도 용접에서는, 조사 위치(171) 또는 조사 위치(173)를 접촉면(165)보다 상부 방향 또는 하부 방향으로 어긋나게 해도, 너깃 지름이 확대된 너깃(138)에는 접촉면(165)이 도입되어, 정극 집전판(132)과 정극 단자(130)가 용접되어 있다. 이 도 31에 있어서, ø는 너깃 지름 , Nd는 너깃 깊이, Wd는 용접 깊이다. 너깃 지름 ø가 크고, 너깃(138)이 키홀 용접에 비교하여 편평하게 근접하므로, 너깃 깊이(Nd)와 동등한 용접 깊이(Wd)(≒Nd)가 얻어진다. 즉, 이에 의해 용접 정밀도 및 용접 강도가 높여진다. 또한, 너깃 깊이(Nd)와 용접 깊이(Wd)와의 치수차를 0.5[㎜] 이내로 설정함으로써 원하는 용접 강도가 얻어진다.
또한, 너깃(138)의 외면부에는, 용접 전, 접촉면(165)측에 서로 밀착되어 있는 부분과, 서로 상하 방향으로 만곡하여 확대 개방하는 비접촉부(167)가 용융에 의해 일체화됨으로써, 완만한 면부(181)가 생성되어 있다.
너깃(138)은 정극 집전판(132)과 정극 단자(130)와의 접촉면(165) 또는 부극 집전판(136)과 부극 단자(134)와의 접촉면(165)과 평행 방향[접속면부(152) 및 단자측 접속면(164)을 따라 평행 방향]으로 연속 또는 비연속에 의해 형성된다.
또한, 본 실시 형태에서는, 레이저 빔(169) 또는 전자 빔의 조사 위치(171, 173)가 접촉면(165)과 직교 방향으로 다르게 하고 있지만, 교차 방향으로 다르게 해도 된다.
본 제9 실시 형태에 의하면, 다음의 효과가 얻어진다.
(1) 상기 실시 형태에서는, 레이저 빔(169)을 사용하고 있지만, 레이저 빔(169) 대신에 전자 빔을 사용해도 된다. 본 실시 형태에서는, 레이저 빔(169) 또는 전자 빔을 정극 집전판(132) 또는 부극 집전판(136)과 정극 단자(130) 또는 부극 단자(134)와의 접촉면(165)과 다른 위치에 조사하므로, 집전판과 외부 단자 부재와의 접촉면의 상태에 관계없이 양자를 용접할 수 있다.
(2) 레이저 빔(169)은, 정극 단자(130)[또는 부극 단자(134)]측의 조사 위치(171), 정극 집전판(132)[또는 부극 집전판(136)]측의 조사 위치(173) 중 어느 것을 선택해도 되고, 어느 하나의 평탄면을 선택하여 레이저 빔(169) 또는 전자 빔을 조사할 수 있다. 이러한 레이저 빔(169) 또는 전자 빔의 조사 형태에서는, 정극 집전판(132)[또는 부극 집전판(136)]과 정극 단자(130)[또는 부극 단자(134)]와의 접촉면(165)의 가공 정밀도가 낮아, 예를 들어 간극 등이 있는 경우에도, 최적의 용접 범위를 얻을 수 있어, 집전판과 외부 단자 부재 사이의 용접 정밀도나 용접 강도를 높일 수 있다.
(3) 정극 집전판(132)[또는 부극 집전판(136)]이나 정극 단자(130)[또는 부극 단자(134)]에는 알루미늄 등의 비교적 낮은 경도의 금속 재료가 사용되어, 헤더 가공 등에 의해 가공될 경우에는 가공 정밀도에 한계가 있다. 정극 집전판(132)[또는 부극 집전판(136)]과 정극 단자(130)[또는 부극 단자(134)] 사이의 접촉면 사이에 발생하는 간극을 피할 수 없다. 이러한 경우에, 이미 설명한 레이저 빔(169)이나 전자 빔의 조사 위치(171, 173)를 접촉면(165)과 다르게 함으로써, 용접 정밀도를 높일 수 있다.
(4) 레이저 빔(169) 또는 전자 빔의 조사 위치(171, 173)가 접촉면(165)과 교차 방향에 다르면 되지만, 다과 및 그 범위는, 예를 들어 ±0.1 내지 ±0.5[㎜]인 것이 바람직하다. 이 범위로 설정함으로써 레이저 빔(169) 또는 전자 빔에 의한 용접 범위에 접촉면(165)을 포함할 수 있다.
레이저 용접 또는 전자 빔 용접의 너깃(138)의 깊이는 용접이 가능하면 되고, 예를 들어 1.2[㎜] 이하가 바람직하다. 이 범위로 설정하면, 레이저 빔(169) 또는 전자 빔의 조사 범위를 적정화할 수 있어, 집전판 및 외부 단자 부재의 두께 치수를 증가시키는 일 없이, 축전 디바이스의 대형화를 피할 수 있다.
[제10 실시 형태]
제10 실시 형태는, 집전판과 단자의 용접에 대하여 개시하고 있다.
제10 실시 형태에 관한, 정극 집전판(132)과 정극 단자(130)[또는 부극 집전판(136)과 부극 단자(134)]의 용접에 대하여 도 32를 참조한다. 도 32는 정극 집전판(132) 및 정극 단자(130)의 용접부를 확대하여 나타내고 있다.
정극 집전판(132)은, 예를 들어 알루미늄판이 헤더 가공되고, 일례로서 접속면부(152)에는, 덮개부로서 단면 삼각 형상의 커버부(153)가 형성되어 있다. 정극 단자(130)도 마찬가지로, 예를 들어 알루미늄판이 헤더 가공되어, 테이퍼면(163)이 형성되어 있다. 이 테이퍼면(163)의 각도를 커버부(153)의 내측 벽면의 경사 각도와 일치시키면, 양자를 합치시킬 수 있다. 이 경우, 접촉면(165)에는 가공 정밀도에 따라서 간극 등이 발생하고 있다. 즉, 접촉면(165)측에는 서로 밀착되어 있는 부분과, 서로 상하 방향으로 만곡하여 확대 개방하는 비접촉부(167)를 구비하고 있다. 이러한 정극 집전판(132)과 정극 단자(130)의 형태는, 부극 집전판(136)과 부극 단자(134)와의 관계에 있어서도 마찬가지이다.
이러한 정극 집전판(132)과 정극 단자(130)의 접촉면(165)에 일치한 위치에 레이저 빔(169)의 조사의 중심 위치[조사 위치(171)]가 설정되어 있다. 조사 위치(171)는, 도면 중 접촉면(165)에 일치해도 되고, 또한 다른 위치라도 된다.
이 레이저 빔(169)의 용접 형태에 대해서는, 제9 실시 형태에서 설명한 바와 같으므로, 그 설명을 생략한다.
열 전도 용접에 의해 형성된 너깃(138)에 대하여 도 33을 참조한다. 도 33은 조사 위치(171)에 레이저 빔(169)을 조사하고, 그 조사 형태는 디포커스에 의해 너깃 지름 ø를 확대시키고 있다. 즉, 도 33에서는, 너깃 중심 O를 접촉면(165)에 일치하도록 설정하고 있지만, 도면 중 상방 또는 하방[접촉면(165)에 대하여 교차 방향을 다르게 함]으로 설정해도 된다.
이러한 열 전도 용접에서는, 조사 위치(171)가 접촉면(165)과 일치하고 있으므로, 너깃 지름 ø가 확대된 너깃(138)에는 접촉면(165)이 도입되어, 정극 집전판(132)과 정극 단자(130)가 용접되어 있다. 너깃 지름 ø가 크고, 너깃(138)이 키홀 용접에 비교하여 편평에 가까우므로, 너깃 깊이(Nd)와 동등한 용접 깊이(Wd)(≒Nd)가 얻어진다. 즉, 이에 의해 용접 정밀도 및 용접 강도가 높여진다.
또한, 너깃(138)의 외면부에는, 용접 전, 접촉면(165)측의 커버부(153)(도 32)와 서로 밀착되어 있는 부분과, 서로 상하 방향으로 만곡하여 확대 개방하는 비접촉부(167)가 용융에 의해 일체화됨으로써, 완만한 면부(181)가 생성되어 있다.
또한, 레이저 빔(169)의 조사 위치(171)를 도 34의 A에 도시한 바와 같이, 커버부(153)(도 32) 또는 커버부(153)를 설치한 정극 집전판(132) 또는 부극 집전판(136)의 측면 범위에 있어서, 접촉면(165)보다 상부 방향으로 다르게 하고, 또는 도 34의 B에 도시한 바와 같이, 하부 방향으로 다르게 해도 된다. 이 경우에 있어서도, 너깃 지름이 확대된 너깃(138)에는 접촉면(165)이 도입되어, 정극 집전판(132)과 정극 단자(130)가 용접된다. 이 도 34에 있어서, ø는 너깃 지름, Nd는 너깃 깊이, Wd는 용접 깊이이다. 너깃 지름 ø가 크고, 너깃(138)이 키홀 용접에 비교하여 편평에 가까우므로, 너깃 깊이(Nd)와 동등한 용접 깊이(Wd)(≒Nd)가 얻어진다. 즉, 이에 의해 용접 정밀도 및 용접 강도가 높여진다. 또한, 너깃 깊이(Nd)와 용접 깊이(Wd)와의 치수차를 0.5[㎜] 이내로 설정함으로써 원하는 용접 강도가 얻어진다.
너깃(138)은 정극 집전판(132)과 정극 단자(130)와의 접촉면(165) 또는 부극 집전판(136)과 부극 단자(134)와의 접촉면(165)과 평행 방향[접속면부(152) 및 단자측 접속면(164)을 따라 평행 방향]으로 연속 또는 비연속에 의해 형성된다.
본 제10 실시 형태에 의하면, 제9 실시 형태와 마찬가지의 효과가 얻어진다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 가장 바람직한 실시 형태 등에 대하여 설명했지만, 본 발명은 상기 기재에 한정되는 것은 아니며, 청구 범위에 기재되거나 또는 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에 개시된 발명의 요지를 기초로 하여, 당업자에게 있어서 여러 가지 변형이나 변경이 가능한 것은 물론이며, 이러한 변형이나 변경이, 본 발명의 범위에 포함되는 것은 물론이다.
<산업상 이용 가능성>
본 발명의 축전 디바이스 및 그 제조 방법은, 단자 접속 구조나 접속 공정의 간략화 등에 기여하고, 생산성이나 신뢰성을 높일 수 있어, 유익하다.
2 : 전지
4 : 전지 소자
8 : 외장 케이스
10 : 소자 단부면
12 : 정극부
14 : 부극부
16 : 절연 간격
18 : 밀봉판
28, 130 : 정극 단자
30, 134 : 부극 단자
32 : 정극측의 집전판
34 : 부극측의 집전판
36 : 절연 간격
38 : 용접 접속부
40 : 소자 중심
44 : 절결부
46 : 오목부
48 : 단자 접속부
50 : 소자 접속부
52 : 제1 용접면부
54 : 제2 용접면부
120 : 정극측의 집전체
140 : 부극측의 집전체
56, 58 : 세퍼레이터
60 : 접은 선
62 : 구획선
12A, 12B, 12C, 12D : 구분
14A, 14B, 14C, 14D : 구분
64 : 레이저 조사 장치
66 : 레이저 조사
68 : 레이저 조사 부위
72, 74 : 접속판
76 : 접속 오목부
78 : 용접면부
80 : 돌출면부
84 : 오목부
86 : 돌기부
90 : 베이스재
92 : 분극성 전극
94 : 절입
96 : 단차부
98 : 척 기구
112 : 용접면부
114 : 소자 덮개부
116 : 오목부
118 : 레이저 출사부
119 : 레이저 조사점
122 : 돌기부
132 : 정극 집전판
136 : 부극 집전판
138 : 너깃
153 : 커버부
163 : 테이퍼면
164 : 단자측 접속면
165 : 접촉면
169 : 레이저 빔
171, 173 : 조사 위치
177 : 스퍼터

Claims (19)

  1. 세퍼레이터를 사이에 두고 정극측의 전극체와 부극측의 전극체를 대향시킨 축전 소자와,
    상기 축전 소자가 수용되는 케이스 부재를 밀봉하는 밀봉 부재와,
    상기 축전 소자의 소자 단부면에 상기 전극체를 취출시킨 단일 또는 복수의 전극 돌출부와,
    상기 전극 돌출부에 접속된 단일 또는 복수의 집전판과,
    상기 밀봉 부재에 설치되어, 상기 집전판과 측면 사이에서 접속된 단자 부재를 구비한 것을 특징으로 하는, 축전 디바이스.
  2. 제1항에 있어서, 정극측의 전극 돌출부와 부극측의 전극 돌출부를 상기 축전 소자의 동일한 소자 단부면에 구비하는 것을 특징으로 하는, 축전 디바이스.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 집전판과 상기 단자 부재가 레이저 용접 또는 전자 빔 용접되어 있는 것을 특징으로 하는, 축전 디바이스.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전극 돌출부는 접은 선을 마련하여 상기 소자 단부면 위에 절곡되어 있는 것을 특징으로 하는, 축전 디바이스.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 단자 부재는, 상기 집전판에 접속되는 외부 단자와, 상기 외부 단자와 상기 집전판 사이에 설치된 접속판을 포함하는 것을 특징으로 하는, 축전 디바이스.
  6. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 축전 소자의 상기 소자 단부면에 돌출시킨 상기 정극측의 전극 돌출부와 상기 부극측의 전극 돌출부와의 사이에 제1 절연 간격을 설정하고,
    상기 축전 소자의 상기 정극측의 전극 돌출부에 설치된 정극측의 집전판과, 상기 부극측의 전극 돌출부에 설치된 부극측의 집전판과의 사이에 제2 절연 간격을 설정한 것을 특징으로 하는, 축전 디바이스.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 집전판은 상기 단자 부재와 접속하는 접속 영역과, 상기 전극 돌출부와 접속하는 접속 영역을 갖고, 이들 접속 영역을 다른 위치에 설정한 것을 특징으로 하는, 축전 디바이스.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 집전판과 상기 단자 부재는, 상기 축전 소자의 소자 중심을 기준으로 하는 원호면으로 한 접속면부를 구비하는 것을 특징으로 하는, 축전 디바이스.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 집전판은 두꺼운 부분을 구비하고, 상기 두꺼운 부분에서 상기 집전판이 갖는 열 용량을 증대시킨 것을 특징으로 하는, 축전 디바이스.
  10. 제3항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 집전판과 상기 단자 부재와의 접촉면에 대하여 레이저 빔 또는 전자 빔에 의한 용접부를 어긋나게 하는 것을 특징으로 하는, 축전 디바이스.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 집전판 또는 상기 단자 부재에 형성된 덮개부로 상기 집전판과 상기 단자 부재와의 접촉면을 덮고, 상기 덮개부에 레이저 빔 또는 전자 빔의 조사에 의해 상기 집전판 및 상기 단자 부재를 용접한 용접부를 구비하는 것을 특징으로 하는, 축전 디바이스.
  12. 제3항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 레이저 빔 또는 상기 전자 빔의 상기 조사 위치는, 상기 집전판과 상기 단자 부재와의 접촉면에 일치시키거나 또는 상기 접촉면에 대하여 교차 방향으로 다르게 한 것을 특징으로 하는, 축전 디바이스.
  13. 제3항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 레이저 용접 또는 상기 전자 빔 용접의 너깃 깊이는 1.2[㎜] 이하인 것을 특징으로 하는, 축전 디바이스.
  14. 세퍼레이터를 개재시킨 정극체와 부극체를 구비하는 축전 소자를 형성하는 공정과,
    상기 축전 소자의 정극측 및 부극측의 상기 전극체 중 어느 한쪽 또는 양쪽을 소자 단부면에 인출시킨 단일 또는 복수의 전극 돌출부를 형성하는 공정과,
    상기 축전 소자를 수용하는 케이스 부재를 밀봉하는 밀봉 부재에 설치된 단자 부재와, 상기 전극 돌출부를 집전판을 개재시켜서 접속하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는, 축전 디바이스의 제조 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 전극 돌출부 및 상기 집전판을 측면 사이에서 용접에 의해 접속하는 공정과,
    상기 집전판과 상기 단자 부재를 레이저 용접 또는 전자 빔 용접에 의해 접속하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는, 축전 디바이스의 제조 방법.
  16. 제14항 또는 제15항에 있어서, 상기 집전판을 고정하는 동시에, 상기 집전판에 상기 축전 소자를 압박한 상태에서 상기 집전판과 상기 전극 돌출부를 레이저 용접에 의해 접속하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는, 축전 디바이스의 제조 방법.
  17. 제14항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 집전판의 상면에 용접 라인을 설정하고, 상기 용접 라인에서 레이저 조사를 행하고, 상기 집전판과 상기 축전 소자의 전극 돌출부를 용접하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는, 축전 디바이스의 제조 방법.
  18. 제14항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 집전판에 설정된 용접 라인 위에서 조사하는 레이저 출력을 변화시키는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는, 축전 디바이스의 제조 방법.
  19. 제15항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 집전판과 상기 단자 부재와의 접촉면과 다른 위치에 레이저 빔 또는 전자 빔의 조사 위치를 설정하고, 이 조사 위치에 레이저 빔 또는 전자 빔을 조사시키는 것을 특징으로 하는, 축전 디바이스.
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