KR20150016348A - 전지의 제조 방법 및 전지 - Google Patents

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Abstract

알루미늄박이 노출된 박 노출부가 겹치지는 박 중층부와, 알루미늄으로 이루어지는 정극 단자 부재가 복수의 너깃을 통해 결합하여 이루어지는 전지의 제조 방법은, 박 중층부에 있어서, 알루미늄박끼리를 초음파 용접에 의해 용착하고, 접합 예정면의 적어도 일부에 제1 고위부와, 제1 고위부 내에 산점 형상으로 분포되는 복수의 제1 저위부를 성형한 박 용착부를 형성하는 형성 공정과, 제1 고위부를 정극 단자 부재에 접촉시켜, 전류를 흘리고, 제1 저위부에 너깃을 생성하고, 너깃을 통해 박 용착부와 정극 단자 부재를 저항 용접하는 저항 용접 공정을 구비한다.

Description

전지의 제조 방법 및 전지{METHOD FOR PRODUCING BATTERY AND BATTERY}
본 발명은, 정극판 중 알루미늄박의 박 노출부가 두께 방향으로 겹치지는 박 중층부를 갖는 전극체와, 알루미늄으로 이루어지고, 박 중층부에 저항 용접된 정극 단자 부재를 구비하는 전지, 및, 이와 같은 전지의 제조 방법에 관한 것이다.
최근, 하이브리드 자동차, 전기 자동차 등의 차량이나, 노트북 컴퓨터, 비디오 캠코더 등의 포터블 전자 기기의 구동용 전원에, 충방전 가능한 전지가 이용되고 있다. 이와 같은 전지에 사용하는 기술로서, 예를 들어 특허문헌 1에는, 적층한 알루미늄박을 알루미늄으로 이루어지는 베이스판에 저항 용접하는 접합 방법이 개시되어 있다. 구체적으로는, 이 접합 방법은, 적층한 복수의 알루미늄박을 초음파 용접으로 가부착한 가부착부를 형성하는 초음파 가부착 공정과, 이 가부착부와 베이스판을 2개의 전극으로 끼우고, 이들 전극에 통전하여 가부착부와 베이스판을 저항 용접하는 저항 용접 공정을 구비한다.
일본 특허 출원 공개 제2010-184260호 공보
그런데, 일반적으로 2개의 금속 부재를 저항 용접할 때에는, 이들 사이에 너깃(2개의 금속 부재의 일부끼리가 용융, 혼합 및 고화하여 생긴 영역)이 형성되도록 하여, 2개의 금속 부재를 용접한다. 형성되는 너깃의 크기가 작으면, 2개의 금속 부재 사이의 용접 강도가 낮아지므로, 용접 강도를 확보하기 위해서는 큰 너깃을 형성하는 것이 요구된다. 한편, 너깃이 지나치게 커지면 너깃으로부터 다량의 용융 금속이 분출되어 공공(vacancy)으로 되어, 반대로 용접 강도가 저하될 우려가 있다.
또한, 전술한 특허문헌 1에 기재된 접합 방법에 사용하는, 가부착부(박 중층부) 및 베이스판(정극 단자 부재)의 각 표면에는, 고저항의 산화 피막(알루미나 피막)이 각각 존재한다. 따라서, 가부착부 및 베이스판에 전류를 흘려 용접하기 위해서는, 각 표면의 산화 피막의 일부를 부술 필요가 있고, 저항 용접용의 전극 사이에 높은 전압을 인가할 필요가 있다.
한편, 특허문헌 1의 접합 방법에서는, 가부착부 및 베이스판의 접촉면을 모두 평면으로 하고 있으므로, 용접 장소(전류가 흐르는 부위)가 정해지지 않는데다가, 최초에 산화 피막이 파괴된 1개의 부위에 집중하여 전류가 흐른다. 또한, 고전압으로 한 것에 수반하는 큰 전류가 가부착부 및 베이스판을 통해 흐르므로, 1개의 너깃만이 순시에 커지기 쉽다. 이로 인해, 너깃 주위의 용융되어 있지 않은 가부착부 혹은 베이스판의 두께가 얇아져 파단되기 쉬워지므로, 용융된 알루미늄이 너깃으로부터 가부착부 혹은 베이스판의 외측으로 다량으로 분출되기 쉬워, 가부착부와 베이스판 사이에서 용접 강도를 확보하기 어렵다.
본 발명은, 전극체의 박 중층부와 정극 단자 부재를 저항 용접으로 용접하면서도, 이들 사이에서 양호한 용접 강도를 확보한 전지, 및, 이와 같은 전지의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 형태는, 알루미늄박을 갖는 정극판을 포함하고, 상기 정극판 중, 상기 알루미늄박이 노출된 박 노출부가 두께 방향으로 겹치지는 박 중층부를 갖는 전극체와, 알루미늄으로 이루어지고, 상기 박 중층부에 저항 용접된 정극 단자 부재를 구비하고, 상기 박 중층부와 상기 정극 단자 부재는, 상기 알루미늄박의 확산 방향으로, 산점 형상으로 분포되는 복수의 너깃을 통해 결합하여 이루어지는 전지의 제조 방법이며, 상기 박 중층부에 있어서, 서로 겹치지는 알루미늄박끼리를 초음파 용접에 의해 상기 두께 방향으로 서로 용착한 박 용착부이며, 자신의 표면 중 상기 두께 방향 일측의 접합 예정면의 적어도 일부에, 상기 두께 방향 일측에 고위의 제1 고위부와, 상기 제1 고위부에 비해 저위이고, 상기 제1 고위부 내에 산점 형상으로 분포되는 복수의 제1 저위부를 성형한 박 용착부를 형성하는 형성 공정과, 상기 제1 고위부를 상기 정극 단자 부재에 접촉시켜, 전류를 흘리고, 상기 제1 저위부에 상기 너깃을 생성하고, 상기 너깃을 통해 상기 전극체의 상기 박 용착부와 상기 정극 단자 부재를 저항 용접하는 저항 용접 공정을 구비하는 전지의 제조 방법이다.
상술한 전지의 제조 방법 중 저항 용접 공정에서는, 박 용착부의 제1 고위부를 정극 단자 부재에 접촉시켜 전류를 흘리고, 제1 저위부에 너깃을 생성한다.
또한, 너깃이 제1 저위부에 생성되는 이유로서, 이하가 생각된다. 즉, 박 용착부의 제1 고위부는, 제1 저위부 만큼은, 알루미늄박끼리가 높이 방향(알루미늄박의 두께 방향)으로 강하게 압접되어 있지 않아 밀접하여 겹쳐져 있지 않다. 이로 인해, 저항 용접 시, 제1 고위부의 내부는 상대적으로 높이 방향(두께 방향)으로 전류가 흐르기 어려우므로, 제1 고위부를 흐르는 전류는, 제1 고위부의 내부를 높이 방향으로 진행하는 것이 아니라, 제1 고위부와 제1 저위부 사이에 위치하여 측면 혹은 경사면을 이루는 알루미늄박을 통해, 제1 저위부로 진행하고, 이 제1 저위부에서 높이 방향으로 진행한다(혹은 이 경로를 반대로 진행함)고 생각된다. 따라서, 저항 용접 시에는, 제1 저위부의 주위의 측면 혹은 경사면에 집중하여 전류가 흘러, 이 부위 및 제1 저위부가 용융된다.
또한, 저항 용접 공정에서는, 제1 고위부를 정극 단자 부재에 접촉시켜 용접을 행한다. 이로 인해, 제1 고위부는 높이 방향으로 가압되어, 이 제1 고위부를 이루고 있는 알루미늄박이 각각 얇아지는 한편, 그만큼의 두께(알루미늄)가 제1 고위부의 주위에 확산 방향으로 압출된다. 그리고, 압출된 알루미늄은, 전술한 제1 고위부와 제1 저위부 사이의 측면 혹은 경사면에서 용융되어 너깃을 생성한다.
이와 같이 하여, 박 용착부와 정극 단자 부재 사이에 생성된 너깃은, 다점에서 박 중층부와 정극 단자 부재를 결합한다. 이로 인해, 너깃으로부터 용융된 알루미늄이 분출될 우려는 낮고, 분출되었다고 해도 소량에 그친다. 이와 같이, 저항 용접이면서, 박 중층부와 정극 단자 부재 사이에서 양호한 용접 강도를 확보한 전지를 제조할 수 있다.
또한, 형성 공정으로서는, 알루미늄박끼리를 초음파 용접에 의해 서로 용착시켜 박 용착부를 형성한 후에, 프레스에 의해 접합 예정면에 제1 고위부 혹은 제1 저위부를 설치하는 공정을 들 수 있다. 또한, 초음파 용접에 사용하는 혼 혹은 앤빌을 요철 형상으로 하고, 알루미늄박끼리를 서로 초음파 용접으로 용착시키는 동시에, 접합 예정면에 제1 고위부 및 제1 저위부를 설치하는 공정도 들 수 있다. 또한, 제1 저위부로서는, 예를 들어, 원뿔 형상의 오목부, 피라미드(사각뿔) 등의 다각뿔 형상의 오목부, 사각 뿔대 등의 뿔대 형상의 오목부 등을 들 수 있다. 또한, 제1 고위부 내에 복수의 제1 저위부를 산점 형상으로 분포한 형태로서는, 예를 들어, 제1 저위부를, 격자 형상으로 배치한 형태나 방사 형상으로 배치한 형태를 들 수 있다.
또한, 상술한 전지의 제조 방법이며, 상기 형성 공정은, 상기 박 용착부의 표면 중, 상기 두께 방향 타측에 위치하여 저항 용접용 전극을 접촉시키는 전극측 표면의 적어도 일부에, 상기 두께 방향 타측에 고위의 제2 고위부와, 상기 제2 고위부에 비해 저위이고, 상기 제2 고위부 내에 산점 형상으로 분포되는 복수의 제2 저위부를 성형한 상기 박 용착부를 형성하고, 상기 저항 용접 공정은, 상기 저항 용접용 전극이고, 상기 제2 고위부를 상기 두께 방향으로 눌러 찌부러뜨리면서 행하는 전지의 제조 방법으로 하면 된다.
또한, 제2 저위부로서는, 예를 들어, 원뿔 형상의 오목부, 피라미드(사각뿔) 등의 다각뿔 형상의 오목부, 사각 뿔대 등의 뿔대 형상의 오목부 등을 들 수 있다. 또한, 전술한 제1 저위부와 동일한 종류의 형태로 해도 되고, 다른 형태로 해도 된다. 또한, 제2 고위부 내에 복수의 제2 저위부를 산점 형상으로 분포한 형태로서는, 예를 들어, 제2 저위부를, 격자 형상으로 배치한 형태나 방사 형상으로 배치한 형태를 들 수 있다.
또한, 복수의 제1 저위부를 제1 고위부 내에 격자 형상으로 배치하고, 또한, 복수의 제2 저위부를 제2 고위부 내에 격자 형상으로 배치하고, 또한 제2 저위부끼리 사이의 피치[후술하는 제2 피치(P2)]를 제1 저위부끼리 사이의 피치[후술하는 제1 피치(P1)]보다도 작게(P2<P1) 하면 된다.
또한, 상술한 전지의 제조 방법이며, 상기 복수의 제1 저위부는, 상기 제1 고위부 내에 격자 형상으로 배치되고, 상기 복수의 제2 저위부는, 상기 제2 고위부 내에 격자 형상으로 배치되어 이루어지고, 상기 제2 저위부끼리 사이의 제2 피치(P2)가, 상기 제1 저위부끼리 사이의 제1 피치(P1)보다도 작게(P2 <P1) 되어 이루어지는 전지의 제조 방법으로 하면 된다.
또한, 상술한 어느 한 전지의 제조 방법이며, 상기 전지는, 상기 너깃의 상기 두께 방향의 최대 치수를 M으로 하고, 상기 박 중층부의 두께를 T로 했을 때, M/T가 0.20 내지 0.80의 범위인 전지의 제조 방법으로 하면 된다.
또한, 상술한 어느 한 전지의 제조 방법이며, 상기 전지는, 전지 케이스 내에 상기 전극체를 밀폐하여 이루어지는 밀폐형 전지이고, 상기 정극 단자 부재는, 상기 전지 케이스의 내압 상승에 의해, 상기 전극체로의 통전을 차단하는 압력형 통전 차단 기구를 갖는 전지의 제조 방법으로 하면 된다.
또한, 본 발명의 다른 일 형태는, 알루미늄박을 갖는 정극판을 포함하고, 상기 정극판 중, 상기 알루미늄박이 노출된 박 노출부가 두께 방향으로 겹치는 박 중층부를 갖는 전극체와, 알루미늄으로 이루어지고, 상기 박 중층부에 저항 용접된 정극 단자 부재를 구비하고, 상기 박 중층부와 상기 정극 단자 부재는, 상기 알루미늄박의 확산 방향으로, 산점 형상으로 분포되는 복수의 너깃을 통해 결합하여 이루어지는 전지이다.
또한, 상술한 전지이며, 상기 박 중층부는, 상기 알루미늄박끼리를 초음파 용접에 의해 상기 두께 방향으로 서로 용착한 박 용착부를 갖고, 상기 박 용착부의 적어도 일부가, 상기 정극 단자 부재에 상기 복수의 너깃을 통해 저항 용접되어 이루어지는 전지로 하면 된다.
또한, 상술한 어느 하나의 전지이며, 상기 너깃의 상기 두께 방향의 최대 치수를 M으로 하고, 상기 박 중층부의 두께를 T로 했을 때, M/T가 0.20 내지 0.80의 범위인 전지로 하면 된다.
또한, 상술한 어느 하나의 전지이며, 전지 케이스 내에 상기 전극체를 밀폐하여 이루어지는 밀폐형 전지이고, 상기 정극 단자 부재는, 상기 전지 케이스의 내압 상승에 의해, 상기 전극체로의 통전을 차단하는 압력형 통전 차단 기구를 갖는 전지로 하면 된다.
도 1은 실시 형태(실시예 1 내지 실시예 6)에 관한 전지의 사시도이다.
도 2는 실시 형태(실시예 1 내지 실시예 6)에 관한 전지의 평면도이다.
도 3은 실시 형태(실시예 1 내지 실시예 6)에 관한 전지의 설명도(도 2의 E부의 부분 확대도)이다.
도 4는 실시 형태(실시예 1 내지 실시예 6)에 관한 전지의 단면도(도 2의 B-B 단면)이다.
도 5는 실시 형태(실시예 1 내지 실시예 6)에 관한 전지의 부분 확대 단면도(도 4의 C부)이다.
도 6은 실시 형태(실시예 1 내지 실시예 6)의 정극판의 사시도이다.
도 7은 실시 형태(실시예 1 내지 실시예 6)에 관한 전지의 제조 방법 중 형성 공정의 설명도이다.
도 8은 실시 형태(실시예 1 내지 실시예 6)에 관한 전지의 제조 방법 중 형성 공정의 설명도이다.
도 9는 실시 형태(실시예 1 내지 실시예 6)에 관한 전지의 제조 방법 중 형성 공정의 설명도이다.
도 10은 실시 형태(실시예 1 내지 실시예 6)에 관한 전지의 박 용착부의 사시도이다.
도 11은 실시 형태(실시예 1 내지 실시예 6)에 관한 전지의 박 용착부의 사시도이다.
도 12는 실시 형태(실시예 1 내지 실시예 6)에 관한 전지의 제조 방법 중 형성 공정의 설명도이다.
도 13은 실시 형태(실시예 1 내지 실시예 6)에 관한 전지의 제조 방법 중 저항 용접 공정의 설명도이다.
도 14는 실시 형태(실시예 1 내지 실시예 6)에 관한 전지의 제조 방법 중 저항 용접 공정의 설명도이다.
도 15는 실시 형태(실시예 1 내지 실시예 6)에 관한 전지의 제조 방법 중 저항 용접 공정의 설명도이다.
도 16은 실시 형태(실시예 1 내지 실시예 6)에 관한 전지의 제조 방법 중 저항 용접 공정의 설명도이다.
(실시 형태)
다음에, 본 발명의 실시 형태 중 실시예 1에 대해, 도면을 참조하면서 설명한다. 먼저, 본 실시예 1에 관한 전지(1)에 대해 설명한다. 이 전지(1)는, 편평 권회형의 전극체(10)와, 이 전극체(10)를 이루는 정극판(20)(후술)에 저항 용접된 정극 단자 구조체(60)와, 전극체(10)를 수용하는 전지 케이스(80)를 구비하는 밀폐형의 리튬 이온 이차 전지이다(도 1, 2 참조). 이 전지(1)는, 이들 외에, 전극체(10)를 이루는 부극판(30)(후술)에 접합(저항 용접)된 부극 단자 구조체(70)를 구비한다. 이 전지(1)의 정극 단자 구조체(60)는, 전지 케이스(80)의 내압 상승에 의해 전극체(10)로의 통전을 차단하는 통전 차단 기구(62)(후술)를 갖고 있다(도 1, 2 참조).
이 전지(1)를 이루는 전지 케이스(80)는, 모두 알루미늄제의 전지 케이스 본체(81) 및 밀봉 덮개(82)를 갖는다. 이 중 전지 케이스 본체(81)는 바닥이 있는 직사각형 상자형이고, 이 전지 케이스 본체(81)와 전극체(10) 사이에는, 수지로 이루어지고, 상자 형상으로 절곡한 절연 필름(도시 생략)을 개재되어 있다. 또한, 밀봉 덮개(82)는 직사각형 판 형상이고, 전지 케이스 본체(81)의 개구를 폐색하여, 이 전지 케이스 본체(81)에 용접되어 있다.
또한, 부극 단자 구조체(70)는, 구리로 이루어지고, 주로 전지 케이스(80)의 내부에 위치하는 부극 내부 단자 부재(71), 동일하게 구리로 이루어지고, 전지 케이스(80)의 외부에 위치하는 부극 외부 단자 부재(78), 및, 절연성 수지의 가스킷(79)으로 이루어진다(도 1, 2 참조). 이 중, 가스킷(79)은, 부극 외부 단자 부재(78) 및 부극 내부 단자 부재(71)와 전지 케이스(80) 사이에 개재되어, 이들을 절연하고 있다. 또한, 부극 내부 단자 부재(71)는, 전지 케이스(80) 내에서, 부극판(30)의 부극 리드부(38f)(후술)에 접합하고 있는 한편, 전지 케이스(80)의 밀봉 덮개(82)를 관통하여, 부극 외부 단자 부재(78)와 도통하고 있다.
한편, 정극 단자 구조체(60)는, 주로 전지 케이스(80)의 내부에 위치하는 정극 내부 단자 구조체(61), 알루미늄으로 이루어지고 전지 케이스(80)의 외부에 위치하는 정극 외부 단자 부재(68), 및, 절연성 수지의 가스킷(69)으로 이루어진다(도 1, 2 참조). 이 중, 가스킷(69)은, 부극 단자 구조체(70)와 마찬가지로, 정극 외부 단자 부재(68) 및 정극 내부 단자 구조체(61)와 전지 케이스(80) 사이에 개재되어, 이들을 절연하고 있다.
또한, 정극 내부 단자 구조체(61)는, 전극체(10)의 정극박 용착부(12)(후술)와 저항 용접으로 접합한 접합 부재(63)와, 이 접합 부재(63)와 정극 외부 단자 부재(68) 사이에 위치하는 기지의 통전 차단 기구(62)를 갖는다. 이 통전 차단 기구(62)는, 전지 케이스(80)의 내압이 상승하여 작동압 이상으로 된 경우, 정극 내부 단자 구조체(61)와 정극 외부 단자 부재(68) 사이에 흐르는 전류를 차단하는 구성으로 되어 있다.
또한, 접합 부재(63)는, 도 4에 도시한 바와 같이, 통전 차단 기구(62)와 전기적으로 접속하고 있는, 평판 판 형상의 본체부(63X), 및, 이 본체부(63X)로부터 전극체(10)측으로 각각 연장되는 2개의 직사각형 띠판 형상의 접합부(63Y, 63Y)로 이루어진다. 2개의 접합부(63Y, 63Y)는, 편평 형상인 전극체(10)의 짧은 직경 방향(도 4 중, 좌우 방향)의 양 외측에 각각 위치하고, 정극박 용착부(12)(후술)와 각각 접합되어 있다.
한편, 전극체(10)는, 띠 형상의 정극판(20) 및 부극판(30)이, 폴리에틸렌으로 이루어지는 띠 형상의 세퍼레이터(도시 생략)를 개재하여 편평 형상으로 권회되어 이루어진다(도 1 참조). 또한, 이 전극체(10)는, LiPF6을 첨가한 유기 용액인 전해액(도시 생략)이 내부에 함침되어 있다. 이 전해액은, 정극판(20)의 전위가 자신의 반응 전위 이상으로 된 경우에, 산화 분해 반응 및 중합 반응이 발생되어 가스를 발생하는 가스 발생제(본 실시예 1에서는, 반응 전위가 4.5V vs. Li/Li+의 비페닐)를 포함한다. 또한, 본 실시예 1에서는, 가스 발생제의 반응 전위가, 본 실시예 1에 관한 전지(1)의 만충전[전지(1)의 충전 상태(SOC)가 SOC 100％] 시의 정극판(20)의 전위(＝4.1V vs. Li/Li+)보다도 높은 것을 사용하고 있다. 이로 인해, 전지(1)가 과충전[전지(1)의 SOC가 SOC 100％를 초과함] 상태로 되고, 또한 정극판(20)의 전위가 가스 발생제의 반응 전위 이상으로 된 경우에는 전지 케이스(80) 내에 가스가 발생된다. 이에 의해, 전지 케이스(80)의 내압 Pi가 상승하여, 전술한 통전 차단 기구(62)의 작동압을 초과하면, 전극체(10)로의 통전이 차단된다. 이와 같이 하여, 본 실시예 1에 관한 전지(1)에서는, 과충전 시에 전극체(10)로의 통전이 차단되어, 이후의 전지(1)로의 과충전을 억제할 수 있다.
전극체(10)를 이루는 부극판(30)은, 띠 형상의 부극박(도시 생략) 중, 일측 변을 따르는 부극 리드부(38f)를 남기고, 그 양면에 부극 활물질층(도시 생략)을 담지하여 이루어진다. 또한 정극판(20)은, 도 6의 사시도에 도시한 바와 같이, 긴 방향(DA)으로 연장되는 띠 형상이며 알루미늄으로 이루어지는 정극박(28)과, 이 정극박(28)[정극박(28)의 양 주면]의 짧은 방향(DB) 일측(도 6 중, 좌측 상측)으로 치우쳐 형성되고, 정극박(28)의 긴 방향(DA)으로 연장되는 띠 형상의 2개의 정극 활물질층(21, 21)을 갖고 있다. 이에 의해, 이 정극판(20)은, 정극박(28)의 짧은 방향(DB)의 타측(도 6 중, 우측 하측)에, 정극 활물질층(21)으로부터 정극박(28)이 노출된 정극 리드부(28f)를 갖는다.
또한, 전극체(10)는, 도 2에 도시한 바와 같이, 축선 방향(DX) 일측(도 2 중, 우측)에, 상술한 정극판(20)의 정극 리드부(28f)가 정극박(28)의 두께 방향(DT)으로 중첩된, 단면 대략 타원 형상의 정극박 중층부(11)를 갖는다. 또한, 이 정극박 중층부(11)는, 타원의 평행 부분에 정극 리드부(28f)의 정극박(28)끼리를 초음파 용접에 의해 두께 방향(DT)으로 서로 용착시킨 정극박 용착부(12)를 포함한다(도 2 내지 4 참조).
본 실시예 1에 관한 전지(1)에서는, 도 3, 4에 도시한 바와 같이, 정극박 중층부(11)의 정극박 용착부(12)와 전술한 정극 단자 구조체(60)의 접합 부재(63)[접합부(63Y)]가 저항 용접되어 있다. 그리고, 도 3(도 2의 E부의 부분 확대도), 및, 도 5의 단면도(도 4의 C부의 부분 확대 단면도)에 도시한 바와 같이, 정극박 용착부(12)와 접합 부재(63)(접합부(63Y)) 사이에는, 저항 용접 시, 이들이 용융되어 생긴 너깃(N)이 형성되어 있다.
또한, 이 너깃(N)은, 도 3에 도시한 바와 같이, 정극박(28)의 확산 방향(도 3 중, 지면에 평행한 방향)에 산점 형상(격자 형상)으로 배치되어 있다. 또한, 이 전지(1)에서는, 너깃(N)의 두께 방향(DT)(도 5 중, 좌우 방향)의 최대 치수(M)가 0.30㎜이고, 정극박 용착부(12)의 두께 치수(T)가 0.60㎜이다(도 5 참조).
본 실시 형태(실시예 1)에 관한 전지(1)에서는, 정극박 중층부(11)의 정극박 용착부(12)와 정극 단자 구조체(60)의 접합부(63Y)가 산점 형상(격자 형상)으로 배치된 복수의 너깃(N, N)을 통하여 결합되어 있다(도 3 참조). 이로 인해, 정극박 중층부(11)와 정극 단자 구조체(60) 사이에서 양호한 용접 강도를 확보한 전지(1)로 할 수 있다.
또한, 정극 단자 구조체(60)와 정극박 용착부(12)가, 후술하는 저항 용접 시에 생긴 너깃(N)을 통하여 저항 용접되어 있다. 또한, 정극박 용착부(12)에서는, 초음파 용접에 의해 정극 리드부(28f)의 정극박(28)끼리가 두께 방향(DT)으로 용착되어 있으므로, 각 정극박(28)과 정극 단자 구조체(60)를 저저항으로 도통한 전지(1)로 할 수 있다.
또한, 정극박 중층부(11)와 정극 단자 구조체(60)는 저항 용접되어 이루어지므로, 정극 단자 구조체(60)에 있는 통전 차단 기구(62)에 있어서, 정극박 중층부(11)와 정극 단자 구조체(60)를 초음파 용접했을 때에 발생하는 문제(예를 들어, 작동압의 어긋남 발생)가 발생되는 경우가 없다. 따라서, 전지 케이스(80)의 내압 상승에 의해, 전극체(10)로의 통전을 확실하게 차단 가능한 전지(1)로 할 수 있다.
이어서, 본 실시 형태(실시예 1)에 관한 전지(1)의 제조 방법에 대해, 도 7을 참조하면서 설명한다. 먼저, 각각 공지의 방법으로 제작한 띠 형상의 정극판(20)과 부극판(30) 사이에, 띠 형상의 세퍼레이터를 개재시켜, 이들을 권회축(AX)의 주위에 권회한다. 이때, 정극판(20)의 정극 리드부(28f)를 권회축(AX)의 축선 방향(DX) 일측(도 7 중, 좌측)에, 부극판(30)의 부극 리드부(38f)를 축선 방향(DX) 타측(도 7 중, 우측)에 각각 배치하여 권회했다. 권회 후, 편평 형상으로 변형하여 편평 권회형의 전극체(10)로 했다(도 7 참조). 이 전극체(10)는, 축선 방향(DX) 타측(도 7 중, 좌측)에 정극박(28)의 정극 리드부(28f)가 겹치지는 정극박 중층부(11)를 갖고 있다.
다음에, 본 실시예 1에 관한 전지(1)의 제조 방법 중 형성 공정에 대해 설명한다. 이 형성 공정에서는, 먼저, 모두 강철제의 제1 블록체(110) 및 제2 블록체(120)를 사용한다. 이 중, 제1 블록체(110)는, 대략 직사각형 판 형상이고, 선단부(112)가 두께 방향으로 절결되어 삼각 기둥 형상(날 형상)의 형태를 갖는다. 또한, 제2 블록체(120)는, 대략 직사각형 판 형상이고 두께 방향의 일부가 절결된 상태의 선단면(121)을 갖는다.
이 형성 공정에서는, 먼저, 제1 블록체(110)를 전극체(10)의 정극박 중층부(11)의 중앙에 삽입한다. 구체적으로는, 도 7에 도시한 바와 같이, 삼각 기둥 형상의 선단부(112)를 전극체(10)측에 배치한 제1 블록체(110)를, 권회축(AX)을 따라, 도 7 중, 좌측으로부터 우측으로 이동시킨다. 그리고, 제1 블록체(110)에서 정극박 중층부(11)를 2개로 나눈다(도 8 참조). 이와 함께, 정극박 중층부(11) 중 타원의 평행 부분에 외측으로부터 제2 블록체(120)를 가압한다. 구체적으로는, 도 7에 도시한 바와 같이, 전술한 선단면(121)을 정극박 중층부(11) 중 타원의 평행 부분을 향해 배치한 제2 블록체(120)를, 짧은 직경 방향(DS)(도 7 중, 우측 하측으로부터 좌측 상측)으로 이동시킨다. 이에 의해, 정극박 중층부(11) 중 타원의 평행 부분에 있어서, 정극박(28)의 정극 리드부(28f)(도 8 중, 좌측)가, 제2 블록체(120)의 선단면(121), 및, 제1 블록체(110)의 측면(111)에 끼워지고, 두께 방향(DT)에 근접한 상태로 성질이 부여된 정극박 근접부(12B)가 성형된다(도 8 참조).
계속해서, 정극박 근접부(12B)에서 두께 방향(DT)으로 중첩되는 정극박(28)[정극 리드부(28f)]을 초음파 용접한다. 구체적으로는, 도 9에 도시한 바와 같이, 혼(131)의 혼 가공면(132)을, 이것과 서로 대향하는 앤빌(136)의 앤빌 가공면(137)에 대해 평행하게 진동시키는 초음파 용접 장치(130)를 사용한다. 또한, 혼(131)의 선단면인 혼 가공면(132)에는, 사각 뿔대 형상으로 볼록의 제1 볼록부(133)가 격자 형상(구체적으로는, 2열×6열)으로 복수 배치되어 있다. 이 혼 가공면(132)에 있어서의, 제1 볼록부(133, 133)끼리 사이의 피치는 0.50㎜이다. 한편, 앤빌(136)의 앤빌 가공면(137)에도, 사각 뿔대 형상으로 볼록한 제2 볼록부(138)가 격자 형상(구체적으로는, 5열×20열)으로 복수 배치되어 있다. 이 앤빌 가공면(137)에 있어서의, 제2 볼록부(138, 138)끼리 사이의 피치는 0.10㎜이다.
이 초음파 용접 장치(130)의 혼(131)과 앤빌(136)로, 정극박 근접부(12B)를 두께 방향(DT)으로 가압함과 함께, 혼(131)으로부터 초음파 진동을 부여하여, 정극박 근접부(12B)의 정극박(28)을 초음파 용접했다. 이에 의해, 정극박 중층부(11)에 정극박(28)끼리가 두께 방향(DT)으로 서로 용착하여 일체화된 박 용착부(12C)를 성형한다.
또한, 도 10에 도시한 바와 같이, 이 박 용착부(12C)는, 자신의 표면 중, 짧은 직경 방향 외측(DS1)(도 10 중, 상측)을 향하는 제1 박 용착 표면(13)에, 이 짧은 직경 방향 외측(DS1)에 고위의 제1 고위부(13D)와, 이 제1 고위부(13D)에 비해 저위의 제1 저위부(13E)를 성형하고 있다. 또한, 본 실시 형태에서는, 전술한 혼(131)의 제1 볼록부(133)에 의해 형성된 사각 뿔대 형상의 오목부의 저부를 제1 저위부(13E)로 하고, 오목부끼리 사이의 부위를 제1 고위부(13D)로 한다(도 10 참조).
도 10에 도시한 바와 같이, 제1 고위부(13D)는, 제1 박 용착 표면(13)과 동일 평면 상에 위치하고 있다. 또한, 제1 저위부(13E)는, 제1 고위부(13D) 내에, 0.50㎜의 피치[제1 피치(P1)]로 격자 형상(구체적으로는 2열×6열)으로 나란히 분포되어 있다(도 10 참조).
한편, 도 11에 도시한 바와 같이, 박 용착부(12C)의 표면 중, 짧은 직경 방향 내측(DS2)(도 11 중, 상측)을 향하는 제2 박 용착 표면(14)에, 이 짧은 직경 방향 내측(DS2)에 고위의 제2 고위부(14D)와, 이 제2 고위부(14D)에 비해 저위의 제2 저위부(14E)를 성형하고 있다. 또한, 본 실시 형태에서는, 전술한 앤빌(136)의 제2 볼록부(138)에 의해 형성된 사각 뿔대 형상의 오목부의 저부를 제2 저위부(14E)로 하고, 오목부끼리 사이의 부위를 제2 고위부(14D)로 한다(도 11 참조).
도 11에 도시한 바와 같이, 제2 고위부(14D)는, 제2 박 용착 표면(14)과 동일 평면 상에 위치하고 있다. 또한, 제2 저위부(14E)는, 제2 고위부(14D) 내에, 0.10㎜의 피치[제2 피치(P2)]로 격자 형상(구체적으로는 5열×20열)으로 나란히 분포되어 있다(도 11 참조).
이어서, 정극박 중층부(11)의 타원의 평행 부분 중 반대측에도, 마찬가지로 하여 박 용착부(12C)를 제작한다. 이상에 의해, 2개로 나눈 정극박 중층부(11)의 타원의 평행 부분의 각각에 박 용착부(12C)를 형성한 전극체(10)가 완성된다(도 12 참조).
다음에, 본 실시예 1에 관한 전지(1)의 제조 방법 중 저항 용접 공정에 대해 설명한다. 이 저항 용접 공정에서는, 모두 구리제의 제1 전극(141)과 제2 전극(146)을 갖는 기지의 저항 용접 장치(140)를 사용한다. 이 저항 용접 장치(140)에서는, 제1 전극(141)의 제1 전극면(142)과, 제2 전극(146)의 선단면을 이루는 제2 전극면(147)이, 동일축 상에서 서로 대향한다(도 13 참조). 또한, 제1 전극면(142) 및 제2 전극면(147)은, 모두 외주 원형이고 구면 껍질 형상으로 팽출되어 있다.
저항 용접 공정에서는, 먼저, 정극 단자 구조체(60)의 접합 부재(63)의 접합부(63Y)를, 전극체(10)의 정극박 중층부(11) 중 박 용착부(12C)에 접촉시킨다(도 13, 14 참조). 구체적으로는, 미리 공지한 방법으로 통전 차단 기구(62)를 갖는 정극 단자 구조체(60)를 밀봉 덮개(82)에 조립해 둔다. 그리고, 정극 단자 구조체(60)의 2개의 접합부(63Y, 63Y) 중 한쪽을, 전극체(10)에 2개의 박 용착부(12C, 12C) 중 한쪽의 제1 박 용착 표면(13)에 접촉시킨다(도 13 참조). 이에 의해, 도 14에 도시한 바와 같이, 박 용착부(12C) 중, 제1 박 용착 표면(13)의 제1 고위부(13D)를 접합부(63Y)에 접촉시킨다. 또한, 접합부(63Y) 중 제1 고위부(13D)와 접촉하고 있는 부위를 접촉부(63YT)로 한다.
이어서, 전술한 저항 용접 장치(140)를 사용하여, 정극 단자 구조체(60)의 접합부(63Y)와, 이에 접촉하는 박 용착부(12C)를 저항 용접한다. 구체적으로는, 저항 용접 장치(140) 중 제1 전극(141)을 박 용착부(12C) 중 제2 박 용착 표면(14)측에, 또한, 제2 전극(146)을 정극 단자 구조체(60)의 접합부(63Y)측에 각각 배치한다(도 15 참조). 그리고, 제1 전극(141)과 제2 전극(146)으로, 박 용착부(12C)와 접합부(63Y)를 정극박(28)의 두께 방향(DT)으로 협압한다. 도 16에 제1 전극(141)과 제2 전극(146)으로, 박 용착부(12C)와 접합부(63Y)를 협압한 상태의 단면도를 도시한다. 제1 전극(141)과 제2 전극(146)의 협압에 의해, 제1 고위부(13D)가 접합부(63Y)[접촉부(63YT)]에 압접된다. 이 상태에서 제1 전극(141)과 제2 전극(146) 사이에 전류를 흘려, 박 용착부(12C)와 접합부(63Y)를 저항 용접했다.
단, 박 용착부(12C)의 제1 고위부(13D)는, 전술한 형성 공정에 있어서, 제1 저위부(13E) 만큼은, 정극박(28, 28)끼리가 높이 방향[정극박(28)의 두께 방향(DT)]으로 강하게 압접되어 있지 않아, 밀접하여 겹쳐져 있지 않다. 이로 인해, 제1 전극(141)과 제2 전극(146) 사이에 전류를 흘리면, 제1 고위부(13D)의 내부는, 상대적으로 두께 방향(DT)으로 전류가 흐르기 어려우므로, 제1 고위부(13D)를 흐르는 전류는, 제1 고위부(13D)의 내부를 두께 방향(DT)으로 진행하는 것이 아니라, 제1 고위부(13D)와 제1 저위부(13E) 사이에 위치하는 경사면(13S)을 이루는 정극박(28)을 통해, 제1 저위부(13E)로 진행하고, 이 제1 저위부(13E)에서 두께 방향(DT)으로 진행한다(혹은 이 경로를 반대로 진행함)고 생각된다. 도 16 중에 전류가 진행되는 경로(L)를 화살표로 나타낸다. 따라서, 저항 용접 시에는, 제1 저위부(13E)의 주위의 경사면(13S)에 집중하여 전류가 흐르고, 이 경사면(13S) 및 제1 저위부(13E)가 용융된다.
제1 고위부(13D)가 접합부(63Y)에 압접되면, 제1 고위부(13D)는 두께 방향(DT)으로 가압되어, 이 제1 고위부(13D)를 이루고 있는 적층된 정극박(28, 28)이 각각 얇아지는 한편, 그 만큼의 두께(알루미늄)가 제1 고위부(13D)의 주위에 확산 방향(도 16 중, 좌우 방향)으로 압출된다. 그리고, 압출된 알루미늄은, 전술한 경사면(13S)에서 용융된다.
한편, 제1 전극(141)과 제2 전극(146)의 협압에 의해, 제1 박 용착 표면(13)보다도 피치가 작은 제2 박 용착 표면(14)의 제2 고위부(14D)는, 제1 전극(141)의 제1 전극면(142)에 두께 방향(DT)으로 눌려 찌부러진다(도 16 참조). 그렇게 하면, 각 제2 고위부(14D)를 덮는 산화 피막이 파괴되어, 그 표면[변형면(14C)]의 복수 개소에 알루미늄[신생면(新生面)]이 노출된다. 이로 인해, 제1 전극(141)과 제2 박 용착 표면(14) 사이의 접촉 저항이 낮아지고, 여기서의 발열이 억제되어, 박 용착부(12C)[제2 박 용착 표면(14)]와 제1 전극(141)이 용착되는 것도 방지할 수 있다.
이와 같이 하여, 본 실시예 1에 관한 전지(1)의 제조 방법 중 저항 용접 공정에서는, 박 용착부(12C) 중 제2 박 용착 표면(14)의 용융을 방지하여, 정극박 용착부(12)와 정극 단자 구조체(60)의 접합부(63Y)를 확실하게 저항 용접할 수 있다(도 3, 5 참조).
이어서, 정극 단자 구조체(60)의 접합부(63Y) 중 다른 쪽과, 박 용착부(12C)를, 마찬가지로 하여 저항 용접했다. 이와 같이 하여, 정극박 중층부(11)[정극박 용착부(12)]에 정극 단자 구조체(60)를 결합한 전극체(10)가 생긴다.
한편, 공지한 방법으로 밀봉 덮개(82)에 조립한 부극 단자 구조체(70)[부극 내부 단자 부재(71)]를, 전극체(10)의 부극판(30)[부극 리드부(38f)]에 접합(저항 용접)했다. 그 후, 밀봉 덮개(82), 정극 단자 구조체(60) 및 부극 단자 구조체(70)와 일체의 전극체(10)를 전지 케이스 본체(81) 내에 수용하고, 레이저 용접을 사용하여, 전지 케이스 본체(81)와 밀봉 덮개(82)를 간극 없이 접합한다. 이어서, 도시하지 않은 주액 구멍으로부터 전지 케이스(80) 내로 전해액을 주입한 후, 주액 구멍을 밀봉하여, 본 실시예 1에 관한 전지(1)가 완성된다(도 1 참조).
그런데, 본 실시예 1에 관한 전지(1)의 전극체(10)와 정극 단자 구조체(60)의 용접 상태를 조사했다. 구체적으로는, 저항 용접한 전극체(10)의 정극박 중층부(11)[정극박 용착부(12)]와 정극 단자 구조체(60)의 접합부(63Y) 사이의 용접 강도(전단 방향의 인장 강도)를, 기지의 인장 시험기를 사용하여 측정했다. 그 결과를 표 1에 나타낸다. 또한, 이 표 1에서는, 용접 강도(인장 강도)가 200N 이상인 경우에는, 용접 상태란에 「○」 표시를, 150N 이상 200N 미만인 경우에는 「△」 표시를, 150N 미만인 경우에는 「×」 표시를 부여했다.
Figure pct00001
또한, 전지(1)에 대해, 정극박 중층부(11)[정극박 용착부(12)] 및 접합부(63Y)를 정극박(28)의 두께 방향(DT)으로 절단한 절단 단면을 광학 현미경으로 관찰한 바, 너깃(N)의 두께 방향(DT)의 최대 치수(M)가 0.30㎜였다. 또한, 정극박 용착부(12)의 두께 치수(T)는 0.60㎜였다.
본 발명자들은, 상술한 전지(1)와의 비교를 위해, 전술한 형성 공정에서, 전지(1)와는 제1 저위부끼리 사이의 제1 피치(P1)만이 다른 박 용착부를 형성한 전지를 복수 제조했다. 구체적으로는, 형성 공정에 있어서, 제1 볼록부끼리 사이의 피치가 0.15㎜의 혼 가공면의 혼을 사용하여, 제1 피치(P1)가 0.15㎜인 박 용착부를 전극체의 정극박 중층부에 형성했다. 그 후, 실시예 1에 관한 전지(1)와 마찬가지로 저항 용접 공정을 행하여 전지로 하였다(실시예 2의 전지). 또한, 상술한 실시예 2의 전지와 마찬가지로 하여, 제1 피치(P1)를 각각 0.22㎜, 0.67㎜, 0.83㎜ 및 0.92㎜로 한 박 용착부를 사용하여 생긴 각 전지(실시예 3 내지 6의 각 전지)를 각각 제조했다. 또한, 실시예 2 내지 6의 각 전지는 모두, 실시예 1의 전지(1)와 마찬가지로, 제2 저위부끼리 사이의 제2 피치(P2)가 0.10㎜이고, 정극박 중층부의 두께 치수(T)가 0.60㎜이다(표 1 참조).
한편, 제1 박 용착 표면에 제1 고위부 및 제1 저위부를, 또한, 제2 박 용착 표면에 제2 고위부 및 제2 저위부를 성형하고 있지 않은 박 용접부를 형성하고, 그 후, 실시예 1 등과 마찬가지로 저항 용접 공정을 행하여 전지를 제조했다(비교예의 전지). 이 정극박 중층부의 두께 치수(T)는, 실시예 1 내지 6과 마찬가지로, 0.60㎜이다(표 1 참조).
실시예 2 내지 6 및 비교예의 각 전지에 대해, 전지(1)와 마찬가지로 하여, 박 용착부 및 접합부(63Y) 사이의 용접 강도(인장 강도) 및 너깃(N)의 두께 방향(DT)의 최대 치수(M)를 측정했다. 또한, 너깃(N)의 최대 치수(M)를 정극박 중층부의 두께 치수(T)로 제산한 비 M/T를 산출했다. 각 측정 결과에 대해 표 1에 나타낸다.
표 1에 의하면, 제1 피치(P1)가 커질수록, 너깃(N)의 두께 방향(DT)의 최대 치수(M)도 또한 커지고 있다. 이 이유로서, 이하의 것이 생각된다. 즉, 제1 박 용착 표면의 제1 저위부는 사각 뿔대 형상의 저부이므로, 제1 피치(P1)가 클수록 정극 단자 구조체(60)[접합부(63Y)]에 덮이는 제1 저위부의 수가 적어진다. 이로 인해, 저항 용접 시, 1개의 제1 저위부에 집중하는 전류(전력)가 커지므로, 제1 고위부와 제1 저위부 사이의 경사면 및 제1 저위부에 있어서, 보다 많은 알루미늄이 용융된다.
또한, 실시예 1 내지 6의 각 전지 중, 실시예 2의 전지의 용접 강도가 「△」로 된 것을 제외하고, 그밖의 실시예 1, 3 내지 6의 각 전지에서는, 용접 강도가 「○」로 되었다. 한편, 비교예의 전지에서는 「×」로 되었다. 이것으로부터, 비 M/T와 용접 강도의 관계에서 보면, 비 M/T가 0.20 이상에서는, 인장 강도가 200N 이상으로 되어 용접 강도를 충분히 확보할 수 있는 것에 비해, 비 M/T가 0.20 미만(구체적으로는 0.17)으로 된 실시예 2의 전지에서는 용접 강도가 약간 떨어진 것을 알 수 있다. 이것으로부터, 제1 저위부의 제1 피치(P1)를 0.20㎜ 이상으로 하는 것이 바람직한 것을 알 수 있다.
한편, 실시예 1 내지 6의 각 전지 중, 실시예 5, 6의 각 전지에서는, 저항 용접 시, 치수 M이 큰 너깃(N)이 형성됨과 함께, 너깃(N)으로부터 알루미늄이 소량 분출되었다. 표 1에 나타낸 바와 같이, 이들 실시예 5, 6의 각 전지의 값 M/T는, 0.83 및 0.92로, 실시예 1 내지 4의 각 전지에 비해 크다. 실시예 5, 6의 각 전지에서는, 너깃(N)이 지나치게 커져, 정극박 용착부의 나머지의 두께가 얇아지고, 너깃(N)을 이루는 용융된 알루미늄의 일부가 너깃(N)으로부터 정극박 용착부의 외부로 분출되었다고 생각된다. 단, 실시예 5, 6의 각 전지의 용접 강도는, 실시예 2 내지 4의 각 전지와 동일한 강도가 확보되어 있다(표 1 참조). 분출된 것은, 너깃(N)을 이루는 녹은 알루미늄 중 소량이었으므로, 전체적으로 용접 강도를 충분히 확보할 수 있었다고 생각된다. 한편, 후술하는 비교예에서는, 최대 치수(M)가 지나치게 커져, 너깃(N) 내의 용융된 알루미늄의 대부분이 외부로 분출되어 버려, 너깃(N) 부분이 일부 중공(구멍)으로 되어 있다. 이들로부터, 비 M/T는 0.95 이하로 하면 되고, 제1 피치(P1)가 0.95㎜ 이하로 되는 것이 바람직한 것을 알 수 있다. 또한, 비 M/T가 0.80 이하[즉, 제1 피치(P1)를 0.75㎜ 이하]로 하면, 저항 용접 시에, 용융된 알루미늄의 분출을 확실하게 억제할 수 있어, 보다 바람직한 것을 알 수 있다.
또한, 비교예로서, 제1 고위부, 제1 저위부, 제2 고위부 및 제2 저위부를 형성하는 일 없이, 제1 박 용착 표면 및 제2 박 용착 표면을 모두 평면 형상인채로, 정극박을 두께 방향으로 초음파 용접한 박 용착부에 정극 단자 구조체(60)의 접합부(63Y)를, 전술한 실시예 1 내지 6과 동일한 용접 조건으로 저항 용접한 전지를 복수 제조했다(n＝10). 이들 비교예의 전지에 대해서도, 실시예 1 내지 6의 전지와 마찬가지로 하여, 정극박 용착부 및 접합부(63Y) 사이의 용접 강도를 각각 측정했다. 그러면, 비교예의 전지에는, 용접 강도가 「○」 표시, 즉 너깃(N)의 최대 치수(M)가 1.2㎜이고(이때의 비 M/T가 M/T＝2.00), 200N 이상을 만족시키는 전지(5개/10개)가 존재하는 한편, 「×」 표시, 즉 용접 강도가 150N 미만인 전지(5개/10개)도 존재하고 있어, 저항 용접의 용접 강도가 「○」부터 「×」까지 편차가 있어 안정되지 않은 것을 알 수 있었다. 또한, 용접 강도가 「×」 표시인 전지는, 다량의 알루미늄이 분출됨과 함께, 정극박 용착부에 공공이 형성되어 있고, 정극박 용착부와 정극 단자 구조체(60)의 접합부(63Y)가 거의 접합되어 있지 않은 상태였다.
이것은, 정극박 용착부 및 정극 단자 구조체(60)의 접합부(63Y)의 접촉면을 모두 평면으로 하고 있으므로, 최초에 산화 피막이 파괴된 1개의 부위에 집중하여 전류가 흐르므로, 이 부분에 큰 너깃(N)이 형성되기 쉽다. 이로 인해, 너깃(N)으로부터 용융된 알루미늄이 분출되지 않던 경우에는, 용접 강도가 양호(「○」 표시)한 전지로 된다. 한편, 너깃(N)으로부터 용융된 알루미늄이 다량으로 분출되어 너깃(N)의 일부가 중공(구멍)으로 된 경우에는, 용접 강도가 낮은(「×」 표시) 전지로 된다고 생각된다.
본 실시 형태에 관한 전지(1)의 제조 방법 중 저항 용접 공정에서는, 박 용착부(12C)의 제1 고위부(13D)를 정극 단자 구조체(60)[접합부(63Y)]에 접촉시켜 전류를 흘리고, 복수의 제1 저위부에 각각 너깃(N)을 형성했다. 이로 인해, 정극박 용착부(12)와 정극 단자 구조체(60) 사이에 생성한 너깃(N)은, 다점에서 정극박 중층부(11)와 정극 단자 구조체(60)를 결합한다. 이로 인해, 너깃(N)으로부터 용융된 알루미늄이 분출될 우려는 낮고, 분출되어도 소량에 그친다. 이와 같이 하여, 저항 용접이면서, 정극박 중층부(11)와 정극 단자 구조체(60) 사이에서 양호한 용접 강도를 확보한 전지(1)[및 실시예 2 내지 6의 각 전지)를 제조할 수 있다.
또한, 전술한 저항 용접 공정에 있어서, 제1 전극(141)에서 제2 고위부(14D)를 두께 방향(DT)으로 눌러 찌부러뜨리면, 제2 고위부(14D)를 덮는 산화 피막이 파괴되어, 그 표면[변형면(14C)]에 알루미늄(신생면)이 노출된다. 이에 의해, 제1 전극(141)과 제2 박 용착 표면(14) 사이의 접촉 저항이 낮아지는데다가, 이들의 사이가 다점에서 접속되므로 전류가 분산되어 발열되기 어려워지므로, 제1 전극(141)과 정극박 용착부(12)의 용착을 방지하여 용이하게 전지(1)(및 실시예 2 내지 6의 각 전지)를 제조할 수 있다.
또한, 각 실시예 1 내지 6에서는, 복수의 제1 저위부(13E, 13E)를 제1 고위부(13D) 내에 격자 형상으로 배치하여 성형하고, 복수의 제2 저위부(14E, 14E)를 제2 고위부(14D) 내 위에 격자 형상으로 배치하여 성형하고 있다. 또한, 제2 저위부(14E)의 제2 피치(P2)는 제1 피치(P1)보다도 작게 하고 있다. 이로 인해, 저항 용접 시에 동일 형태의 제1 전극면(142) 및 제2 전극면(147)으로 끼워 용접하는 경우에는, 제1 고위부(13D)보다 제2 고위부(14D)를 두께 방향(DT)으로 변형(압축)시키기 쉽다. 따라서, 제2 박 용착 표면(14)에 신생면을 노출시켜, 이 부분에서의 발열을 억제할 수 있고, 제1 전극면(142)과 제2 박 용착 표면(14)의 용착을 보다 확실하게 방지할 수 있다.
또한, 실시예 1에 관한 전지(1) 및 실시예 3, 4의 각 전지의 제조 방법에서는, 전술한 비 M/T를 0.20 이상으로 했으므로, 양호한 용접 강도의 전지[전지(1)]를 제조할 수 있다. 또한, 비 M/T를 0.80 이하로 했으므로, 저항 용접 시에 용융된 알루미늄의 분출을 확실하게 억제하여 전지[전지(1)]를 제조할 수 있다. 또한, 상술한 각 전지[전지(1)]에서는, 비 M/T를 0.20 이상으로 했으므로, 양호한 용접 강도의 전지[전지(1)]로 할 수 있다. 또한, 비 M/T를 0.80 이하로 했으므로, 저항 용접 시에 용융된 알루미늄의 분출을 확실하게 억제한 전지[전지(1)]로 할 수 있다.
또한, 정극 단자 구조체(60)에 통전 차단 기구(62)를 갖고 있는 전지에서는, 전극체(10)의 정극박 중층부(11)[박 용착부(12C)]와 정극 단자 구조체(60)를 초음파 용접하면, 초음파 진동이 정극 단자 구조체(60)의 통전 차단 기구(62)에도 전해진다. 그러면, 초음파 진동에 의해 통전 차단 기구(62)가 작동되거나, 통전 차단 기구(62)를 이루는 부재 등에 변형 등이 발생되어, 통전 차단 기구(62)의 작동 압이 소기의 값으로부터 벗어나는 등의 문제가 발생하는 경우가 있다.
이에 대해, 각 실시예에 관한 전지(1) 등의 제조 방법에서는, 정극 단자 구조체(60)와 전극체(10)의 박 용착부(12C)의 용접에 있어서 저항 용접을 사용하므로, 정극 단자 구조체(60)의 통전 차단 기구(62)에 초음파 진동이 전해지는 경우가 없다. 따라서, 정극 단자 구조체(60)에 통전 차단 기구(62)를 갖는 전지(1) 등을 고수율로 제조할 수 있다.
이상에 있어서, 본 발명을 실시 형태(실시예 1 내지 6)에 입각하여 설명했지만, 본 발명은 상술한 실시 형태 등으로 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서, 적절히 변경하여 적용할 수 있는 것은 물론이다.
예를 들어, 실시예 1 등에서는, 제1 저위부를 사각 뿔대 형상으로 오목한 오목부의 저부로 했다. 그러나, 예를 들어, 원뿔 형상으로 오목한 오목부나, 피라미드(사각뿔) 등의 다각뿔 형상으로 오목한 오목부로 해도 된다. 또한, 제2 저위부의 형태를 제1 저위부와 동일 종류의 형태(사각뿔대 형상으로 오목한 오목부의 저부)로 했다. 그러나, 제1 저위부와 다른 형태로 해도 된다. 또한, 복수의 제1 저위부를 제1 고위부 내에, 격자 형상으로 분포하여 성형한 형태를 예시했다. 그러나, 복수의 제1 저위부를 방사 형상으로 분포하여 성형한 형태로 해도 된다. 또한, 복수의 제2 저위부를 제2 고위부 내에, 격자 형상으로 분포하여 형성한 형태를 나타냈다. 그러나, 복수의 제2 저위부를 방사 형상으로 분포하여 성형한 형태로 해도 된다.
또한, 실시예 1 등에서는, 형성 공정으로서, 초음파 용접에 사용하는 혼(131)의 혼 가공면(132)을 요철 형상으로 하고, 정극박 중층부(11)를 이루는 정극박(28)끼리를 서로 초음파 용접으로 용착시키는 동시에, 제1 박 용착 표면(접합 예정면)(13)에 제1 고위부(13D), 및, 복수의 제1 저위부(13E)를 성형한 박 용착부(12C)를 형성하는 공정을 나타냈다. 그러나, 예를 들어, 박 중층부를 이루는 정극박끼리를 초음파 용접에 의해 서로 용착시켜 박 용착부를 형성한 후에, 프레스 등에 의해 접합 예정면에, 제1 고위부 및 복수의 제1 저위부를 성형하는 공정을 채용할 수도 있다. 또한, 제1 박 용착 표면(접합 예정면)(13)에 제1 고위부(13D) 및 제1 저위부(13E)를 성형함과 동시에, 제2 박 용착 표면(전극측 표면)(14)에 제2 고위부(14D) 및 제2 저위부(14E)를 성형한 박 용착부를 형성했다. 그러나, 접합 예정면에 제1 고위부 및 복수의 제1 저위부를 성형한 후, 전극측 표면에 제2 고위부 및 복수의 제2 저위부를 성형해도, 반대로, 전극측 표면에 제2 고위부 및 제2 저위부를 성형한 후에, 접합 예정면에 제1 고위부 및 제1 저위부를 성형해도 된다.
1 : 전지(밀폐형 전지)
10 : 전극체
11 : 정극박 중층부(박 중층부)
12 : 정극박 용착부(박 용착부)
12C : 박 용착부(제1 고위부와 제1 저위부를 형성한 박 용착부)
13 : 제1 박 용착 표면(접합 예정면)
13D : 제1 고위부
13E : 제1 저위부
14 : 제2 박 용착 표면(전극측 표면)
14D : 제2 고위부
14E : 제2 저위부
20 : 정극판
28 : 정극박(알루미늄박)
28f : 정극 리드부(박 노출부)
60 : 정극 단자 구조체(정극 단자 부재)
62 : 통전 차단 기구(압력형 통전 차단 기구)
63YT : 접촉부
80 : 전지 케이스
141 : 제1 전극(저항 용접용 전극)
DL : 긴 직경 방향(확산 방향)
DS1 : 짧은 직경 방향 외측(두께 방향 일측)
DS2 : 짧은 직경 방향 내측(두께 방향 타측)
DT : 두께 방향
DX : 축선 방향(확산 방향)
M : (너깃의 두께 방향의) 최대 치수
N : 너깃
P1 : 제1 피치
P2 : 제2 피치
T : (박 중층부의)두께 치수

Claims (9)

  1. 알루미늄박을 갖는 정극판을 포함하고, 상기 정극판 중, 상기 알루미늄박이 노출된 박 노출부가 두께 방향으로 겹치는 박 중층부를 갖는 전극체와,
    알루미늄으로 이루어지고, 상기 박 중층부에 저항 용접된 정극 단자 부재를 구비하고,
    상기 박 중층부와 상기 정극 단자 부재는, 상기 알루미늄박의 확산 방향으로, 산점 형상으로 분포되는 복수의 너깃을 통해 결합하여 이루어지는 전지의 제조 방법이며,
    상기 박 중층부에 있어서,
    서로 겹치는 알루미늄박끼리를 초음파 용접에 의해 상기 두께 방향으로 서로 용착한 박 용착부이며, 자신의 표면 중 상기 두께 방향 일측의 접합 예정면의 적어도 일부에, 상기 두께 방향 일측에 고위의 제1 고위부와, 상기 제1 고위부에 비해 저위이고, 상기 제1 고위부 내에 산점 형상으로 분포되는 복수의 제1 저위부를 성형한 박 용착부를 형성하는 형성 공정과,
    상기 제1 고위부를 상기 정극 단자 부재에 접촉시켜, 전류를 흘리고, 상기 제1 저위부에 상기 너깃을 생성하고, 상기 너깃을 통해 상기 전극체의 상기 박 용착부와 상기 정극 단자 부재를 저항 용접하는 저항 용접 공정을 구비하는, 전지의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 형성 공정은,
    상기 박 용착부의 표면 중, 상기 두께 방향 타측에 위치하여 저항 용접용 전극을 접촉시키는 전극측 표면의 적어도 일부에, 상기 두께 방향 타측에 고위의 제2 고위부와, 상기 제2 고위부에 비해 저위이고, 상기 제2 고위부 내에 산점 형상으로 분포되는 복수의 제2 저위부를 성형한 상기 박 용착부를 형성하고,
    상기 저항 용접 공정은,
    상기 저항 용접용 전극에서, 상기 제2 고위부를 상기 두께 방향으로 눌러 찌부러뜨리면서 행하는, 전지의 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 복수의 제1 저위부는, 상기 제1 고위부 내에 격자 형상으로 배치되고,
    상기 복수의 제2 저위부는, 상기 제2 고위부 내에 격자 형상으로 배치되어 이루어지고,
    상기 제2 저위부끼리 사이의 제2 피치가, 상기 제1 저위부끼리 사이의 제1 피치보다도 작게 되어 이루어지는, 전지의 제조 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전지는,
    상기 너깃의 상기 두께 방향의 최대 치수를 M으로 하고, 상기 박 중층부의 두께를 T로 했을 때,
    M/T가 0.20 내지 0.80의 범위인, 전지의 제조 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전지는,
    전지 케이스 내에 상기 전극체를 밀폐하여 이루어지는 밀폐형 전지이며,
    상기 정극 단자 부재는,
    상기 전지 케이스의 내압 상승에 의해, 상기 전극체로의 통전을 차단하는 압력형 통전 차단 기구를 갖는, 전지의 제조 방법.
  6. 알루미늄박을 갖는 정극판을 포함하고, 상기 정극판 중, 상기 알루미늄박이 노출된 박 노출부가 두께 방향으로 겹치지는 박 중층부를 갖는 전극체와,
    알루미늄으로 이루어지고, 상기 박 중층부에 저항 용접된 정극 단자 부재를 구비하고,
    상기 박 중층부와 상기 정극 단자 부재는, 상기 알루미늄박의 확산 방향으로, 산점 형상으로 분포되는 복수의 너깃을 통해 결합하여 이루어지는, 전지.
  7. 제6항에 있어서, 상기 박 중층부는,
    상기 알루미늄박끼리를 초음파 용접에 의해 상기 두께 방향으로 서로 용착한 박 용착부를 갖고,
    상기 박 용착부의 적어도 일부가, 상기 정극 단자 부재에 상기 복수의 너깃을 통해 저항 용접되어 이루어지는, 전지.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 너깃의 상기 두께 방향의 최대 치수를 M으로 하고, 상기 박 중층부의 두께를 T로 했을 때,
    M/T가 0.20 내지 0.80의 범위인, 전지.
  9. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 전지 케이스 내에 상기 전극체를 밀폐하여 이루어지는 밀폐형 전지이고,
    상기 정극 단자 부재는,
    상기 전지 케이스의 내압 상승에 의해, 상기 전극체로의 통전을 차단하는 압력형 통전 차단 기구를 갖는, 전지.
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