JP2002050343A - 二次電池の製造方法および二次電池 - Google Patents
二次電池の製造方法および二次電池Info
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Classifications
-
- 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
- Secondary Cells (AREA)
- Connection Of Batteries Or Terminals (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 電極と端子との接合強度を向上させて安定な
構造とすることができ、内部抵抗を低減すると共に、生
産性の向上をも可能にすることができる二次電池の製造
方法およびこのような製造方法によって得られる二次電
池を提供する。 【解決手段】 集電体１０の両端部にそれぞれ位置する
電極用金属箔１１，１３に正負それぞれの端子２１，２
３を接合するに際し、正極および負極端子２１，２３の
周縁部上面側に設けた平坦な接合面２１ａ，２３ａの上
に、電極用金属箔１１，１３のリード部１１ｒ，１３ｒ
を積層し、当該積層部にリング状の平面チップＴを備え
た超音波接合装置によって１回または２回に分けて超音
波エネルギーを引加する。
構造とすることができ、内部抵抗を低減すると共に、生
産性の向上をも可能にすることができる二次電池の製造
方法およびこのような製造方法によって得られる二次電
池を提供する。 【解決手段】 集電体１０の両端部にそれぞれ位置する
電極用金属箔１１，１３に正負それぞれの端子２１，２
３を接合するに際し、正極および負極端子２１，２３の
周縁部上面側に設けた平坦な接合面２１ａ，２３ａの上
に、電極用金属箔１１，１３のリード部１１ｒ，１３ｒ
を積層し、当該積層部にリング状の平面チップＴを備え
た超音波接合装置によって１回または２回に分けて超音
波エネルギーを引加する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電気自動車などに
好適な高出力の二次電池の製造技術に係わり、特に、集
電体から効率よく電流を取り出すことができる電極構造
を簡便に得ることができる二次電池の製造と、このよう
な製造方法によって得られる二次電池に関するものであ
る。
好適な高出力の二次電池の製造技術に係わり、特に、集
電体から効率よく電流を取り出すことができる電極構造
を簡便に得ることができる二次電池の製造と、このよう
な製造方法によって得られる二次電池に関するものであ
る。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】電気自動車などに使用
される大型リチウムイオン二次電池において、当該電池
の電極は、図３（ａ）に示すような構造を備え、従来、
図３（ｂ）あるいは（ｃ）に示す要領で端子と接合され
ていた。
される大型リチウムイオン二次電池において、当該電池
の電極は、図３（ａ）に示すような構造を備え、従来、
図３（ｂ）あるいは（ｃ）に示す要領で端子と接合され
ていた。
【０００３】すなわち、図３（ａ）に示すように、帯状
の金属箔からなる正極および負極用電極１１および１３
の片側に、正極用および負極用それぞれの活物質１２お
よび１４をコーティングしない領域１１ａおよび１３ａ
を設け、当該非コーティング部分を加工して短冊状のリ
ード部１１ｒおよび１３ｒをそれぞれ形成する。次い
で、これら帯状電極１１および１３の間にセパレータ１
５を挟んだ状態で、これらを渦巻き状に捲回して集電体
１０となし、この集電体１０の両端に正負それぞれの端
子２１および２３を配し、図３（ｂ）に示すようにレー
ザビームＬを照射したり、図３（ｃ）に示すように超音
波接合装置のチップＴを押し当てたりすることにより、
端子２１および２３の外周部にそれぞれ前記短冊状リー
ド部１１ｒおよび１３ｒを接合して一体化し、二次電池
を作製するようにしていた（特開平９−９９２３３５号
公報）。
の金属箔からなる正極および負極用電極１１および１３
の片側に、正極用および負極用それぞれの活物質１２お
よび１４をコーティングしない領域１１ａおよび１３ａ
を設け、当該非コーティング部分を加工して短冊状のリ
ード部１１ｒおよび１３ｒをそれぞれ形成する。次い
で、これら帯状電極１１および１３の間にセパレータ１
５を挟んだ状態で、これらを渦巻き状に捲回して集電体
１０となし、この集電体１０の両端に正負それぞれの端
子２１および２３を配し、図３（ｂ）に示すようにレー
ザビームＬを照射したり、図３（ｃ）に示すように超音
波接合装置のチップＴを押し当てたりすることにより、
端子２１および２３の外周部にそれぞれ前記短冊状リー
ド部１１ｒおよび１３ｒを接合して一体化し、二次電池
を作製するようにしていた（特開平９−９９２３３５号
公報）。
【０００４】このような構造の二次電池は、それ以前の
電池に比べ、リード部を通じて均等に電流を取り出すこ
とができ、内部抵抗も小さいという特徴があり、電気自
動車などの電源として使用する大容量高出力の大型二次
電池に適したものである。しかし、今後電気自動車やハ
イブリッド自動車は高性能化が進み、電源用の二次電池
にもより高出力が要求されることが予測される。このと
き、内部抵抗によるエネルギー損失が高出力化に向けて
問題点のひとつとなってくることが考えられる。
電池に比べ、リード部を通じて均等に電流を取り出すこ
とができ、内部抵抗も小さいという特徴があり、電気自
動車などの電源として使用する大容量高出力の大型二次
電池に適したものである。しかし、今後電気自動車やハ
イブリッド自動車は高性能化が進み、電源用の二次電池
にもより高出力が要求されることが予測される。このと
き、内部抵抗によるエネルギー損失が高出力化に向けて
問題点のひとつとなってくることが考えられる。
【０００５】しかし、アルミ箔を積層した正電極とアル
ミ製正極端子間の接合、および銅箔を積層した負電極と
銅製負極端子間の接合は、材質、形態からみて従来のレ
ーザ溶接に適しているとは言えず、二次電池の性能向上
に必要なより安定した広い接合面積を確保することが難
しい。また、超音波接合を用いて外周を接合する場合に
おいても、断続的に接合を繰り返すことから、やはり実
質的に接合面積を稼ぐことができない上に、各接合部は
チップとの接触が平面ではないために不安定になってし
まうという問題がある。また、断続超音波接合は、電池
１個当たりの接合点数が多くなり生産性が低くなってし
まうという問題もあり、このような問題点の解消が従来
の二次電池における製造上の課題となっていた。
ミ製正極端子間の接合、および銅箔を積層した負電極と
銅製負極端子間の接合は、材質、形態からみて従来のレ
ーザ溶接に適しているとは言えず、二次電池の性能向上
に必要なより安定した広い接合面積を確保することが難
しい。また、超音波接合を用いて外周を接合する場合に
おいても、断続的に接合を繰り返すことから、やはり実
質的に接合面積を稼ぐことができない上に、各接合部は
チップとの接触が平面ではないために不安定になってし
まうという問題がある。また、断続超音波接合は、電池
１個当たりの接合点数が多くなり生産性が低くなってし
まうという問題もあり、このような問題点の解消が従来
の二次電池における製造上の課題となっていた。
【０００６】
【発明の目的】本発明は、従来の二次電池の金属箔電極
と端子との接合における上記課題に着目してなされたも
のであって、電極と端子との接合強度を向上させて安定
な構造とすることができ、内部抵抗を低減すると共に、
生産性の向上をも可能にすることができる二次電池の製
造方法と、このような製造方法による二次電池を提供す
ることを目的としている。
と端子との接合における上記課題に着目してなされたも
のであって、電極と端子との接合強度を向上させて安定
な構造とすることができ、内部抵抗を低減すると共に、
生産性の向上をも可能にすることができる二次電池の製
造方法と、このような製造方法による二次電池を提供す
ることを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係わ
る二次電池の製造方法は、正極用および負極用それぞれ
の活物質を塗布した正極用および負極用金属箔を間にセ
パレータを挟んだ状態で捲回してなる集電体の両端部
に、周縁部上面側に平坦な接合面を備えた円板板または
円環状の正極および負極端子をそれぞれ配置すると共
に、前記集電体の両端部にそれぞれ位置する正極用およ
び負極用金属箔を正極および負極端子の前記接合面上に
それぞれ積層したのち、当該積層部にリング状の平面チ
ップを備えた超音波接合装置によって１回または２回に
分けて超音波エネルギーを引加して前記正極および負極
端子と前記集電体の正極用および負極用金属箔とをそれ
ぞれ接合する構成としたことを特徴としており、二次電
池の製造方法におけるこのような構成を前述した従来の
課題を解決するための手段としている。
る二次電池の製造方法は、正極用および負極用それぞれ
の活物質を塗布した正極用および負極用金属箔を間にセ
パレータを挟んだ状態で捲回してなる集電体の両端部
に、周縁部上面側に平坦な接合面を備えた円板板または
円環状の正極および負極端子をそれぞれ配置すると共
に、前記集電体の両端部にそれぞれ位置する正極用およ
び負極用金属箔を正極および負極端子の前記接合面上に
それぞれ積層したのち、当該積層部にリング状の平面チ
ップを備えた超音波接合装置によって１回または２回に
分けて超音波エネルギーを引加して前記正極および負極
端子と前記集電体の正極用および負極用金属箔とをそれ
ぞれ接合する構成としたことを特徴としており、二次電
池の製造方法におけるこのような構成を前述した従来の
課題を解決するための手段としている。
【０００８】本発明の請求項２に係わる二次電池の製造
方法においては、円周方向に発振する超音波接合装置を
用いて、正極および負極端子と正極用および負極用金属
箔とをそれぞれ1回で接合する構成とし、請求項３に係
わる二次電池の製造方法においては、一方向に発振する
超音波接合装置を用いて、1回目の接合を行った後、被
接合物もしくは超音波接合装置のチップを相対的に90度
回転させた状態で2回目の接合を行い、正極および負極
端子と正極用および負極用金属箔とをそれぞれ２回で接
合する構成とし、請求項４に係わる二次電池の製造方法
おいては、正極用および負極用金属箔と同じ材質からな
るキャップ状部材によって、端子接合面上の金属箔積層
部の上面および外周面を覆った状態で超音波エネルギー
を印加して正極用および負極用それぞれのキャップ状部
材と金属箔と端子とを一体化する構成とし、請求項５に
係わる製造方法においては、超音波接合に際し、端子外
周面に接する金属箔積層部またはキャップ状部材におい
て被接合物全体を保持する構成としたことを特徴として
いる。
方法においては、円周方向に発振する超音波接合装置を
用いて、正極および負極端子と正極用および負極用金属
箔とをそれぞれ1回で接合する構成とし、請求項３に係
わる二次電池の製造方法においては、一方向に発振する
超音波接合装置を用いて、1回目の接合を行った後、被
接合物もしくは超音波接合装置のチップを相対的に90度
回転させた状態で2回目の接合を行い、正極および負極
端子と正極用および負極用金属箔とをそれぞれ２回で接
合する構成とし、請求項４に係わる二次電池の製造方法
おいては、正極用および負極用金属箔と同じ材質からな
るキャップ状部材によって、端子接合面上の金属箔積層
部の上面および外周面を覆った状態で超音波エネルギー
を印加して正極用および負極用それぞれのキャップ状部
材と金属箔と端子とを一体化する構成とし、請求項５に
係わる製造方法においては、超音波接合に際し、端子外
周面に接する金属箔積層部またはキャップ状部材におい
て被接合物全体を保持する構成としたことを特徴として
いる。
【０００９】また、本発明の請求項６に係わる二次電池
は、上記製造方法によって製造され、集電体の中心軸と
端子の接合面とのなす角αが４５〜９０度である構成と
しており、二次電池におけるこのような構成を前述した
従来の課題を解決するための手段としたことを特徴とし
ている。
は、上記製造方法によって製造され、集電体の中心軸と
端子の接合面とのなす角αが４５〜９０度である構成と
しており、二次電池におけるこのような構成を前述した
従来の課題を解決するための手段としたことを特徴とし
ている。
【００１０】
【発明の作用】本発明に係わる二次電池の製造方法にお
いては、アルミや銅の薄肉材の接合に好適で、周囲に及
ぼす熱影響が小さい超音波接合を適用するようにしてい
る。
いては、アルミや銅の薄肉材の接合に好適で、周囲に及
ぼす熱影響が小さい超音波接合を適用するようにしてい
る。
【００１１】本発明においては、接合部が互いに平面で
接した状態で接合されることから、接合部の状態が面同
士でない状態で接合を数箇所にわたって繰り返す従来用
いられてきた方法に比べて、接合状態が安定し、実質的
に接合面積も増加する。接合面積が増加することによっ
て内部抵抗が低減され、大電流を取り出してもエネルギ
ー損失が小さく、高出力が得られることになる。また、
１ないし２回の接合で済むため、従来工法に比較して生
産性も大幅に向上する。さらに、接合装置の容量に合わ
せてチップの面積を適宜選択することによって接合幅
（接合面積）も制御できることになる。
接した状態で接合されることから、接合部の状態が面同
士でない状態で接合を数箇所にわたって繰り返す従来用
いられてきた方法に比べて、接合状態が安定し、実質的
に接合面積も増加する。接合面積が増加することによっ
て内部抵抗が低減され、大電流を取り出してもエネルギ
ー損失が小さく、高出力が得られることになる。また、
１ないし２回の接合で済むため、従来工法に比較して生
産性も大幅に向上する。さらに、接合装置の容量に合わ
せてチップの面積を適宜選択することによって接合幅
（接合面積）も制御できることになる。
【００１２】本発明に係わる二次電池の製造方法におい
て、正極用の金属箔および端子には、例えば純アルミニ
ウムやＡｌ−Ｍｎ合金などが用いられ、負極用の金属箔
および端子材料としては、純銅やニッケル、ステンレス
スチールなどを用いるいることができる。また、純アル
ミなどの正極用金属箔に塗布される正極用活物質として
は、ＬｉＣｏＯ2，ＬｉＮｉＯ2，スピネル型ＬｉＭｎ2
Ｏ4など、負極用活物質としては、グラファイト，コー
クス，ハードカーボンなどが用いられる。
て、正極用の金属箔および端子には、例えば純アルミニ
ウムやＡｌ−Ｍｎ合金などが用いられ、負極用の金属箔
および端子材料としては、純銅やニッケル、ステンレス
スチールなどを用いるいることができる。また、純アル
ミなどの正極用金属箔に塗布される正極用活物質として
は、ＬｉＣｏＯ2，ＬｉＮｉＯ2，スピネル型ＬｉＭｎ2
Ｏ4など、負極用活物質としては、グラファイト，コー
クス，ハードカーボンなどが用いられる。
【００１３】また、正極用および負極用金属箔の間に位
置するセパレータとしては、ポリプロピレンやポリエチ
レン等からなるシートを用いることができる。
置するセパレータとしては、ポリプロピレンやポリエチ
レン等からなるシートを用いることができる。
【００１４】端子の形状としては、円板状、円環状であ
れば好適に使用することができ、電池の内部で発生した
ガスを抜く為の孔や隙間を適宜内側に設けることができ
る。接合部の幅は狭すぎると内部抵抗が大きくなって出
力低下につながり、広すぎると接合に際して多量のエネ
ルギーが必要になるので、２〜５ｍｍの幅とすることが
望ましい。
れば好適に使用することができ、電池の内部で発生した
ガスを抜く為の孔や隙間を適宜内側に設けることができ
る。接合部の幅は狭すぎると内部抵抗が大きくなって出
力低下につながり、広すぎると接合に際して多量のエネ
ルギーが必要になるので、２〜５ｍｍの幅とすることが
望ましい。
【００１５】本発明に係わる二次電池の製造方法のさら
に具体的な製造方法として、請求項２に係わる方法にお
いては、超音波接合に際して、円周方向に発振する超音
波接合装置を用いて正極および負極端子と正極用および
負極用金属箔とをそれぞれ1回で接合するようにしてお
り、端子周縁部における電極金属箔とのリング状接合が
１回の接合操作で完了するので、工程がより簡略化し、
生産性がより改善される。
に具体的な製造方法として、請求項２に係わる方法にお
いては、超音波接合に際して、円周方向に発振する超音
波接合装置を用いて正極および負極端子と正極用および
負極用金属箔とをそれぞれ1回で接合するようにしてお
り、端子周縁部における電極金属箔とのリング状接合が
１回の接合操作で完了するので、工程がより簡略化し、
生産性がより改善される。
【００１６】また、本発明の請求項３に係わる製造方法
においては、超音波接合に際して、一方向に発振する超
音波接合装置により、1回目の接合を行い、次いで超音
波接合装置のチップおよび被接合物の一方を他方に対し
て90度方向を変えて、2回目の接合を行い、正極および
負極端子と正極用および負極用金属箔とをそれぞれ２回
で接合するようにしている。すなわち、１回目の接合操
作により端子周縁部のうち発信方向とほぼ９０度をなす
部分、すなわち電極金属箔とのリング状接合のうちの約
半分が接合され、続いて行われる方向を９０度ずらせた
状態での２回目の接合操作によって残りの半分が接合さ
れ、都合２回の接合で端子周縁部のリング状接合が完了
する。この１方向発振の接合装置を用いる場合には、円
周方向発振の装置を用いる場合に比べ、実質的接合面積
がやや小さくなり、生産性も若干低下することになる
が、従来工法に比べれば電池の出力性能がはるかに向上
しており、円周方向に発振する接合装置よりも装置構造
が簡略化されたものとなることから、設備費用等のコス
トが安価となる。
においては、超音波接合に際して、一方向に発振する超
音波接合装置により、1回目の接合を行い、次いで超音
波接合装置のチップおよび被接合物の一方を他方に対し
て90度方向を変えて、2回目の接合を行い、正極および
負極端子と正極用および負極用金属箔とをそれぞれ２回
で接合するようにしている。すなわち、１回目の接合操
作により端子周縁部のうち発信方向とほぼ９０度をなす
部分、すなわち電極金属箔とのリング状接合のうちの約
半分が接合され、続いて行われる方向を９０度ずらせた
状態での２回目の接合操作によって残りの半分が接合さ
れ、都合２回の接合で端子周縁部のリング状接合が完了
する。この１方向発振の接合装置を用いる場合には、円
周方向発振の装置を用いる場合に比べ、実質的接合面積
がやや小さくなり、生産性も若干低下することになる
が、従来工法に比べれば電池の出力性能がはるかに向上
しており、円周方向に発振する接合装置よりも装置構造
が簡略化されたものとなることから、設備費用等のコス
トが安価となる。
【００１７】本発明の請求項４に係わる製造方法におい
ては、正極用および負極用金属箔と同じ材質からなるキ
ャップ状部材により金属箔積層部の上面および外周面を
覆った状態で超音波接合することによって、正極用およ
び負極用それぞれのキャップ状部材と金属箔と端子とを
一体化するようにしている。すなわち、例えば薄肉のキ
ャップ状部材を接合前に集電体端部の金属箔積層部分に
設置することによって、箔間および箔と端子間の密着性
が向上するため接合強度も向上し、当該部分の構造が安
定化することになる。また、外周側面の箔の非接合部を
固定することもできるようになる。なお、当該キャップ
状部材は、リング状の一体形状でもよいが、例えば２分
割することによって取付時の作業性が向上する。また、
正極および負極用キャップ状部材の材質は、それぞれ集
電体金属箔と同じ純アルミ材および純銅材が好ましく、
肉厚については、厚すぎると接合時に大きなエネルギー
を要し、逆に薄すぎると作業時に折れ曲がってしまうな
ど作業性に悪影響が生じるので、０．１〜０．３ｍｍ程
度が望ましい。
ては、正極用および負極用金属箔と同じ材質からなるキ
ャップ状部材により金属箔積層部の上面および外周面を
覆った状態で超音波接合することによって、正極用およ
び負極用それぞれのキャップ状部材と金属箔と端子とを
一体化するようにしている。すなわち、例えば薄肉のキ
ャップ状部材を接合前に集電体端部の金属箔積層部分に
設置することによって、箔間および箔と端子間の密着性
が向上するため接合強度も向上し、当該部分の構造が安
定化することになる。また、外周側面の箔の非接合部を
固定することもできるようになる。なお、当該キャップ
状部材は、リング状の一体形状でもよいが、例えば２分
割することによって取付時の作業性が向上する。また、
正極および負極用キャップ状部材の材質は、それぞれ集
電体金属箔と同じ純アルミ材および純銅材が好ましく、
肉厚については、厚すぎると接合時に大きなエネルギー
を要し、逆に薄すぎると作業時に折れ曲がってしまうな
ど作業性に悪影響が生じるので、０．１〜０．３ｍｍ程
度が望ましい。
【００１８】さらに、本発明の請求項５に係わる製造方
法においては、端子外周面に接する金属箔積層部または
キャップ状部材において被接合物全体を保持した状態で
超音波接合を行うようにしている。超音波接合する場合
には、超音波の印加時にエネルギーが接合部に集中する
よう被接合物を保持し、固定することが望ましいが、捲
回された集電体の側面全体で保持した場合には活物質を
塗布した金属箔部分に支持力を加えることになって、活
物質の脱落や金属箔の亀裂といった不具合が発生する。
この点、端子外周部に積層された金属箔の短冊状リード
部分には活物質が塗布されていないので、脱落のおそれ
はなく、とくにキャップ状部材を被せた状態で保持すれ
ば箔の亀裂も防止されることになる。また、接合部に近
い位置で被接合物を保持しているので、作業効率が良好
なものとなる。
法においては、端子外周面に接する金属箔積層部または
キャップ状部材において被接合物全体を保持した状態で
超音波接合を行うようにしている。超音波接合する場合
には、超音波の印加時にエネルギーが接合部に集中する
よう被接合物を保持し、固定することが望ましいが、捲
回された集電体の側面全体で保持した場合には活物質を
塗布した金属箔部分に支持力を加えることになって、活
物質の脱落や金属箔の亀裂といった不具合が発生する。
この点、端子外周部に積層された金属箔の短冊状リード
部分には活物質が塗布されていないので、脱落のおそれ
はなく、とくにキャップ状部材を被せた状態で保持すれ
ば箔の亀裂も防止されることになる。また、接合部に近
い位置で被接合物を保持しているので、作業効率が良好
なものとなる。
【００１９】そして、本発明の請求項６に係わる二次電
池は、本発明に係わる上記製造方法よって製造されたも
のであって、集電体の中心軸と端子の接合面とのなす角
αが４５〜９０度となっているので、作業性を損なうこ
となく接合強度が向上する。すなわち、超音波接合にお
いては接合面とチップの加圧方向との角度が９０度であ
ることが作業性および接合強度の観点から最も望まし
い。しかし、必ずしも直角でなく、ある程度の角度があ
ったとしても接合は可能であり、斜めの状態で接合すれ
ばそれだけ接合面積が増加して好ましい傾向も持ち合わ
せている。しかし、接合面の傾きが大きくなりすぎると
印加エネルギー効率が低くなって接合できなくなる傾向
があるので４５〜９０度の範囲が好ましい。
池は、本発明に係わる上記製造方法よって製造されたも
のであって、集電体の中心軸と端子の接合面とのなす角
αが４５〜９０度となっているので、作業性を損なうこ
となく接合強度が向上する。すなわち、超音波接合にお
いては接合面とチップの加圧方向との角度が９０度であ
ることが作業性および接合強度の観点から最も望まし
い。しかし、必ずしも直角でなく、ある程度の角度があ
ったとしても接合は可能であり、斜めの状態で接合すれ
ばそれだけ接合面積が増加して好ましい傾向も持ち合わ
せている。しかし、接合面の傾きが大きくなりすぎると
印加エネルギー効率が低くなって接合できなくなる傾向
があるので４５〜９０度の範囲が好ましい。
【００２０】
【発明の効果】本発明の請求項１に係わる二次電池の製
造方法においては、電極用金属箔と端子の接合部を平面
状にできるので、接合状態が安定し、実質接合面積の大
きくなり、電池の内部抵抗が小さくなって、高出力化に
適した二次電極を得ることができる。電池出力の向上は
電気自動車の出力を大きくするだけでなく、大電流放電
時のエネルギーロスを小さくし、電池の発熱をも抑制す
ることができ、接合回数も少なくてすむので、生産性も
向上しコスト低減が可能になるという極めて優れた効果
をもたらすものである。
造方法においては、電極用金属箔と端子の接合部を平面
状にできるので、接合状態が安定し、実質接合面積の大
きくなり、電池の内部抵抗が小さくなって、高出力化に
適した二次電極を得ることができる。電池出力の向上は
電気自動車の出力を大きくするだけでなく、大電流放電
時のエネルギーロスを小さくし、電池の発熱をも抑制す
ることができ、接合回数も少なくてすむので、生産性も
向上しコスト低減が可能になるという極めて優れた効果
をもたらすものである。
【００２１】本発明の請求項２に係わる二次電池の製造
方法においては、円周方向に発振する超音波接合装置を
用いることによって、電極金属箔と端子とのリング状接
合が１回の接合操作で完了するので、工程をより簡略化
することができ、さらなる生産性の向上が可能になり、
請求項３に係わる製造方法においては、一方向に発振す
る超音波接合装置を用いることで、方向を変えて２回に
分けて接合するようにしているので、円周方向に発振す
る接合装置に比べて装置構造が簡便なものとなって、設
備コストの低減が可能になり、請求項４に係わる製造方
法においては、超音波接合に際して正極および負極用そ
れぞれの金属箔と同じ材質からなるキャップ状部材を用
いてそれぞれの金属箔および端子と一体化するようにし
ているので、金属箔同士および端子との間の密着性が向
上して接合強度を増すことができ、さらなる安定化が達
成でき、さらに請求項５に係わる二次電池の製造方法に
おいては、端子外周面に接する金属箔積層部、あるいは
キャップ状部材を用いた場合には当該キャップ状部材の
部分で当該被接合物全体を保持した状態で超音波接合を
行うようにしているので、活物質の脱落や金属箔の亀裂
などといった不具合を招くことなく被接合物をしっかり
と保持して、より確実な超音波接合を行うことができる
というさらに優れた効果がもたらされる。
方法においては、円周方向に発振する超音波接合装置を
用いることによって、電極金属箔と端子とのリング状接
合が１回の接合操作で完了するので、工程をより簡略化
することができ、さらなる生産性の向上が可能になり、
請求項３に係わる製造方法においては、一方向に発振す
る超音波接合装置を用いることで、方向を変えて２回に
分けて接合するようにしているので、円周方向に発振す
る接合装置に比べて装置構造が簡便なものとなって、設
備コストの低減が可能になり、請求項４に係わる製造方
法においては、超音波接合に際して正極および負極用そ
れぞれの金属箔と同じ材質からなるキャップ状部材を用
いてそれぞれの金属箔および端子と一体化するようにし
ているので、金属箔同士および端子との間の密着性が向
上して接合強度を増すことができ、さらなる安定化が達
成でき、さらに請求項５に係わる二次電池の製造方法に
おいては、端子外周面に接する金属箔積層部、あるいは
キャップ状部材を用いた場合には当該キャップ状部材の
部分で当該被接合物全体を保持した状態で超音波接合を
行うようにしているので、活物質の脱落や金属箔の亀裂
などといった不具合を招くことなく被接合物をしっかり
と保持して、より確実な超音波接合を行うことができる
というさらに優れた効果がもたらされる。
【００２２】また、本発明の請求項６に係わる二次電池
は、上記製造方法よって製造されたものであって、集電
体の中心軸と端子の接合面とのなす角αが４５〜９０度
となっているので、良好な作業性のもとで接合強度を確
実に向上させることができるという効果がもたらされ
る。
は、上記製造方法よって製造されたものであって、集電
体の中心軸と端子の接合面とのなす角αが４５〜９０度
となっているので、良好な作業性のもとで接合強度を確
実に向上させることができるという効果がもたらされ
る。
【００２３】
【実施例】以下に、本発明を実施例に基づいてより具体
的に説明する。
的に説明する。
【００２４】電池の製造方要領 まず、正極用活物質１２として平均粒径１μｍ程度のス
ピネル型ＬｉＭｎ2Ｏ4７５％、導電助剤としてアセチレ
ンブラック１０％、バインダーとしてポリ弗化ビニリデ
ン１５％（以上質量比）に溶媒としてのＮ−メチルピロ
リドンを加えたのち混合してスラリーを調整し、コータ
ーを用いて、厚さ２０μｍの純アルミ箔電極（正極）１
１に、その片側に非塗布領域１１ａを残した状態にスラ
リーを塗布して乾燥した。そして、図３（ａ）に示した
ように、純アルミ箔電極１１の非塗布領域１１ａを所定
の短冊状リード部１１ｒが得られるように切断してプレ
スをかけ、スリッターにより所定幅に切断した。なお、
このときの全体の厚さは約６５μｍであった。
ピネル型ＬｉＭｎ2Ｏ4７５％、導電助剤としてアセチレ
ンブラック１０％、バインダーとしてポリ弗化ビニリデ
ン１５％（以上質量比）に溶媒としてのＮ−メチルピロ
リドンを加えたのち混合してスラリーを調整し、コータ
ーを用いて、厚さ２０μｍの純アルミ箔電極（正極）１
１に、その片側に非塗布領域１１ａを残した状態にスラ
リーを塗布して乾燥した。そして、図３（ａ）に示した
ように、純アルミ箔電極１１の非塗布領域１１ａを所定
の短冊状リード部１１ｒが得られるように切断してプレ
スをかけ、スリッターにより所定幅に切断した。なお、
このときの全体の厚さは約６５μｍであった。
【００２５】一方、負極用活物質１４として平均粒径４
μｍ程度のハードカーボン９０％とバインダーとしての
ポリ弗化ビニリデン１０％（以上質量比）を厚さ１０μ
ｍの純銅箔電極（負極）１３に同様に塗布して乾燥し
た。そして、銅箔電極１３の非塗布領域１３ａに同様の
加工を施すことによって短冊状リード部１３ｒを形成し
た。なお、このときの全体の厚さは約４５μｍであっ
た。
μｍ程度のハードカーボン９０％とバインダーとしての
ポリ弗化ビニリデン１０％（以上質量比）を厚さ１０μ
ｍの純銅箔電極（負極）１３に同様に塗布して乾燥し
た。そして、銅箔電極１３の非塗布領域１３ａに同様の
加工を施すことによって短冊状リード部１３ｒを形成し
た。なお、このときの全体の厚さは約４５μｍであっ
た。
【００２６】次いで、当該二次電池の設計容量を３Ａｈ
とし、前記正負電極１１および１３をその間にポリプロ
ピレン微孔製セパレータ１５を挟んだ状態で捲回して、
３８ｍｍφ×６８ｍｍの集電体１０となし、図１（ａ）
あるいは図１（ｂ）に示すように、当該集電体１０の両
端に正負極それぞれの電極金属箔と同材質の正負端子２
１および２３（２６ｍｍ径×４ｍｍ高さ）を配設した。
とし、前記正負電極１１および１３をその間にポリプロ
ピレン微孔製セパレータ１５を挟んだ状態で捲回して、
３８ｍｍφ×６８ｍｍの集電体１０となし、図１（ａ）
あるいは図１（ｂ）に示すように、当該集電体１０の両
端に正負極それぞれの電極金属箔と同材質の正負端子２
１および２３（２６ｍｍ径×４ｍｍ高さ）を配設した。
【００２７】そして、両電極１１および１３の短冊状リ
ード部１１ｒおよび１３ｒを正負それぞれの端子２１お
よび２３の周縁部上面側に積層したのち、必要に応じ
て、この積層部の上にそれぞれの電極金属箔と同材質の
キャップ状部材３１および３３を被せた状態で、超音波
接合装置のチップＴを当てて、３ｍｍの接合幅にそれぞ
れ超音波接合した。このとき、被接合物は、金属箔リー
ド部１１ｒおよび１３ｒの積層部分の外周部分、ないし
は前記キャップ状部材３１，３３の側面部分を左右両方
向から保持装置４１および４２によって加圧して保持し
た。
ード部１１ｒおよび１３ｒを正負それぞれの端子２１お
よび２３の周縁部上面側に積層したのち、必要に応じ
て、この積層部の上にそれぞれの電極金属箔と同材質の
キャップ状部材３１および３３を被せた状態で、超音波
接合装置のチップＴを当てて、３ｍｍの接合幅にそれぞ
れ超音波接合した。このとき、被接合物は、金属箔リー
ド部１１ｒおよび１３ｒの積層部分の外周部分、ないし
は前記キャップ状部材３１，３３の側面部分を左右両方
向から保持装置４１および４２によって加圧して保持し
た。
【００２８】このようにして、両端部に正負それぞれの
端子２１および２３が接合された集電体１０を、電池缶
に収納して正負端子を缶体から絶縁して取り出し、蓋を
溶接して密閉構造とした。そして、缶体全体を真空脱気
したのち注液口から電解液を所定量注入し、注液口を閉
じて二次電池をとし、得られた電池の出力性能を比較評
価した。なお、この性能評価にあたっては、内部温度３
５℃の恒温槽中において満充電状態にしたのち、１０Ｃ
の電流値で放電した時の１０秒後の出力を測定した。
端子２１および２３が接合された集電体１０を、電池缶
に収納して正負端子を缶体から絶縁して取り出し、蓋を
溶接して密閉構造とした。そして、缶体全体を真空脱気
したのち注液口から電解液を所定量注入し、注液口を閉
じて二次電池をとし、得られた電池の出力性能を比較評
価した。なお、この性能評価にあたっては、内部温度３
５℃の恒温槽中において満充電状態にしたのち、１０Ｃ
の電流値で放電した時の１０秒後の出力を測定した。
【００２９】実施例１ 端子２１および２３の周縁部上面側に接合面２１ａおよ
び２３ａを形成し（すなわち、図１（ｂ）における角度
α＝９０度）し、積層部にキャップ状部材３１および３
３を被せることなく、円周方向に発振する超音波接合装
置を用いて、正極および負極端子２１，２３と正極用お
よび負極用金属箔１１，１３との接合をそれぞれ１回で
行い、二次電池を得た。
び２３ａを形成し（すなわち、図１（ｂ）における角度
α＝９０度）し、積層部にキャップ状部材３１および３
３を被せることなく、円周方向に発振する超音波接合装
置を用いて、正極および負極端子２１，２３と正極用お
よび負極用金属箔１１，１３との接合をそれぞれ１回で
行い、二次電池を得た。
【００３０】実施例２ 短冊状リード部１１ｒ，１３ｒの積層部分に、図１
（ａ）に示すように、キャップ状部材３１および３３を
被せ、当該キャップ状部材３１，３３の上面３１ａ，３
３ａに超音波装置のチップＴを当てて接合したこと以外
は、上記実施例１と同様の要領で接合を行って、二次電
池を得た。なお、正極用キャップ状部材３１としては厚
さ０．２ｍｍの純アルミ材からなるもの、負極用キャッ
プ状部材３３としては厚さ０．１５ｍｍの純銅材からな
るものをそれぞれ使用した。
（ａ）に示すように、キャップ状部材３１および３３を
被せ、当該キャップ状部材３１，３３の上面３１ａ，３
３ａに超音波装置のチップＴを当てて接合したこと以外
は、上記実施例１と同様の要領で接合を行って、二次電
池を得た。なお、正極用キャップ状部材３１としては厚
さ０．２ｍｍの純アルミ材からなるもの、負極用キャッ
プ状部材３３としては厚さ０．１５ｍｍの純銅材からな
るものをそれぞれ使用した。
【００３１】実施例３ 一方向に発振する超音波接合装置を用いて、正極および
負極端子２１，２３と正極用および負極用金属箔１１，
１３との接合をそれぞれ２回で行ったこと以外は、上記
実施例１と同様の要領で超音波接合を行うことにより二
次電池を得た。
負極端子２１，２３と正極用および負極用金属箔１１，
１３との接合をそれぞれ２回で行ったこと以外は、上記
実施例１と同様の要領で超音波接合を行うことにより二
次電池を得た。
【００３２】実施例４ 接合面の角度αを４５度とし行ったこと以外は、上記実
施例１と同様の要領で超音波接合を行うことにより二次
電池を得た。
施例１と同様の要領で超音波接合を行うことにより二次
電池を得た。
【００３３】比較例 接合位置を端子２１および２３の側面（接合面の角度α
＝０度）とし、一方向に発振する超音波接合装置を用い
て接合することにより、すなわち図３（ｃ）に示した要
領で２０点断続的に円周方向に接合し、二次電池を得
た。
＝０度）とし、一方向に発振する超音波接合装置を用い
て接合することにより、すなわち図３（ｃ）に示した要
領で２０点断続的に円周方向に接合し、二次電池を得
た。
【００３４】上記各実施例および比較例の接合形態を表
１にまとめて示す。また、得られた電池の出力性能を図
２に示す。なお、図２に示す各実施例に係わる電池出力
性能については、比較例二次電池の出力を１００とした
時の指数で表してある。
１にまとめて示す。また、得られた電池の出力性能を図
２に示す。なお、図２に示す各実施例に係わる電池出力
性能については、比較例二次電池の出力を１００とした
時の指数で表してある。
【００３５】
【表１】
【００３６】図２に示した結果から明らかなように、金
属箔電極と端子とが本発明に係わる製造方法によって端
子外縁部の上面側において超音波接合された二次電池に
おいては、端子側面部で接合された比較例に比べて高出
力が得られることが確認された。なお、本発明の製造方
法によれば、接合に要する時間についても従来工法に比
べて１／２０から１／１０と格段に短くなることも確認
されている。
属箔電極と端子とが本発明に係わる製造方法によって端
子外縁部の上面側において超音波接合された二次電池に
おいては、端子側面部で接合された比較例に比べて高出
力が得られることが確認された。なお、本発明の製造方
法によれば、接合に要する時間についても従来工法に比
べて１／２０から１／１０と格段に短くなることも確認
されている。
【図１】（ａ） 本発明に係わる二次電池の製造方法に
おける金属箔電極と端子との超音波接合の要領を示す概
略図である。 （ｂ） 接合面と集電体中心軸との角度を示す説明図で
ある。
おける金属箔電極と端子との超音波接合の要領を示す概
略図である。 （ｂ） 接合面と集電体中心軸との角度を示す説明図で
ある。
【図２】本発明の実施例で得られた二次電池の出力性能
を比較例と比較して示すグラフである。
を比較例と比較して示すグラフである。
【図３】（ａ） リチウムイオン二次電池の集電体の構
造を示す斜視図である。 （ｂ） 従来のリチウムイオン二次電池における金属箔
電極と端子とのレーザによる接合要領を示す概略図であ
る。 （ｃ） 従来のリチウムイオン二次電池における金属箔
電極と端子との超音波による接合要領を示す概略図であ
る。
造を示す斜視図である。 （ｂ） 従来のリチウムイオン二次電池における金属箔
電極と端子とのレーザによる接合要領を示す概略図であ
る。 （ｃ） 従来のリチウムイオン二次電池における金属箔
電極と端子との超音波による接合要領を示す概略図であ
る。
【符号の説明】 １０ 集電体 １１ 正極用金属箔 １２ 正極活物質 １３ 負極用金属箔 １４ 負極活物質 ２１ 正極端子 ２１ａ 接合面 ２３ 負極端子 ２３ａ 接合面 ２１ａ，２３ａ 接合面 ３１ 正極用キャップ状部材 ３３ 負極用キャップ状部材 Ｔ チップ（超音波接合装置）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 濱 田 謙 二 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 Ｆターム(参考） 5H022 AA09 AA18 BB17 CC02 CC08 CC12 CC16 5H028 AA01 AA07 BB05 BB07 BB14 CC05 CC12 5H029 AJ06 AJ14 AK03 AL07 BJ02 CJ05 CJ28 DJ05 DJ07 EJ01 HJ00
Claims (6)
- 【請求項１】 正極用および負極用それぞれの活物質を
塗布した正極用および負極用金属箔を間にセパレータを
挟んだ状態で捲回してなる集電体の両端部に、周縁部上
面側に平坦な接合面を備えた円板板または円環状の正極
および負極端子をそれぞれ配置すると共に、前記集電体
の両端部にそれぞれ位置する正極用および負極用金属箔
を正極および負極端子の前記接合面上にそれぞれ積層し
たのち、当該積層部にリング状の平面チップを備えた超
音波接合装置によって１回または２回に分けて超音波エ
ネルギーを引加して前記正極および負極端子と前記集電
体の正極用および負極用金属箔とをそれぞれ接合するこ
とを特徴とする二次電池の製造方法。 - 【請求項２】 円周方向に発振する超音波接合装置を用
いて、正極および負極端子と正極用および負極用金属箔
とをそれぞれ1回で接合することを特徴とする請求項1記
載の二次電池の製造方法。 - 【請求項３】 一方向に発振する超音波接合装置を用い
て、1回目の接合を行った後、被接合物もしくは超音波
接合装置のチップを相対的に90度回転させた状態で2回
目の接合を行い、正極および負極端子と正極用および負
極用金属箔とをそれぞれ２回で接合することを特徴とす
る請求項1記載の二次電池の製造方法。 - 【請求項４】 正極用および負極用金属箔と同じ材質か
らなるキャップ状部材によって端子接合面上の金属箔積
層部の上面および外周面を覆った状態で超音波エネルギ
ーを印加して正極用および負極用それぞれのキャップ状
部材と金属箔と端子とを一体化することを特徴とする請
求項１ないし請求項３のいずれかに記載の二次電池の製
造方法。 - 【請求項５】 超音波接合に際し、端子外周面に接する
金属箔積層部またはキャップ状部材において被接合物全
体を保持することを特徴とする請求項１ないし請求項４
のいずれかに記載の二次電池の製造方法。 - 【請求項６】 請求項１ないし請求項５のいずれかに記
載の製造方法によって製造され、集電体の中心軸と端子
の接合面とのなす角αが４５〜９０度であることを特徴
とする二次電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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|---|---|---|---|---|
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-
2000
- 2000-08-04 JP JP2000236325A patent/JP2002050343A/ja active Pending
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| CN111384426B (zh) * | 2018-12-27 | 2024-01-30 | 三洋电机株式会社 | 二次电池 |
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