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JP4852784B2 - Battery and manufacturing method thereof - Google Patents

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JP4852784B2 JP2000335187A JP2000335187A JP4852784B2 JP 4852784 B2 JP4852784 B2 JP 4852784B2 JP 2000335187 A JP2000335187 A JP 2000335187A JP 2000335187 A JP2000335187 A JP 2000335187A JP 4852784 B2 JP4852784 B2 JP 4852784B2
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電極に金属板が溶接された構造を有する電池およびその溶接工程を含んだ製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
携帯電話や携帯用電子機器に組み込まれる充・放電可能な電源として、近年ではリチウムイオン二次電池が用いられるようになってきている。リチウムイオン二次電池には種々の外形形状のものがあるが、一般にノートブック型あるいは手帳型の携帯用電子機器や携帯電話に用いられるものは、偏平な形状のものが多い。そのような偏平な形状のリチウムイオン二次電池では、二次電池セル本体と外部との間に電流を導通させるために、正極側と負極側にそれぞれ板体状の電極が配置されている。
【０００３】
正極側の電極は、一般に、二次電池セル本体との接続部位での構造上の制約や二次電池全体としての厚みを抑えて薄くすると共に、良好な導電性を確保するために、板厚が０．０７〜０．１［ｍｍ］程度の薄いアルミニウムまたはアルミニウム系合金をプレスカットするなどして形成されたもので、その先端部には、さらに外部と接続される金属板（いわゆるタブ）が溶接される場合が多い。その金属板としては、外部との接続を電気的および機械的（材料力学的）に確実なものとするために、ニッケル系合金のような、電気抵抗が低くかつ機械的強度や耐候性に優れた材質のものが、好適に用いられる。またその板厚は、例えば０．１［ｍｍ］以上のものとする場合が多い。
【０００４】
その金属板と電極とは、一般に、電気抵抗溶接または超音波溶接によって溶接されるが、二次電池の使用中などに金属板が電極から外れたり脱落したりすることなどのないように、確実に溶接することが強く要請されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記のような電極と金属板とを電気抵抗溶接する場合、溶接不良が発生するという問題がある。
【０００６】
すなわち、正極側の電極はアルミニウムまたはアルミニウム系合金で形成されているので、その融点は６６０〜７００℃である。一方、金属板は機械的強度が高く融点も比較的高い材料で形成されており、例えばニッケル系合金の場合では、融点は１４００〜１４５５℃である。従って、電極と金属板との融点の差は約８００℃にもなる。
【０００７】
このため、１枚の電極と１枚の金属板とを重ね合わせて、それらを従来の一般的な電気抵抗溶接方法によって溶接する際に、ニッケル系合金などからなる金属板の融点以上に溶接温度が達するように溶接条件を設定すると、電極のアルミニウムまたはアルミニウム系合金が正常なナゲットの大きさを超えて板厚を貫通するほどの広範囲に亘って完全に溶解する。そのため、溶解した金属が流失したり飛散するなどしてその部分に穴が空いてしまい、確実な溶接が成されないという溶接不良が発生する。
【０００８】
また、そのような電極が広範囲に亘って完全に溶解することを回避するために、溶接温度を金属板のニッケル系合金などの融点未満に調節すると、電極には穴が空いたり溶解した金属が流失するなどの溶接不良は発生しなくなるが、金属板の表面のニッケル系合金が溶融しないので、ニッケル系合金とアルミニウム系合金とによる正常なナゲットが形成されず、溶接後の断面に単なるアルミニウム系合金の溶融の痕跡が残るだけで、確実な溶接が成されないという溶接不良が発生する。その結果、例えば引き剥がし試験を行ってみると、規定の引っ張り耐久応力よりも極めて低い力で、電極と金属板とが簡単に剥がれてしまう。
【０００９】
そこで、金属板と電極との接合面を中心として正常なナゲットが形成されるような溶接温度の分布が生じるように、電気抵抗溶接の諸条件を設定することが望まれる。ところが、そのような条件設定は、金属板のニッケル系合金などの金属と電極のアルミニウム系合金などの金属との融点の差が余りにも大きいため、極めて微妙なものとならざるを得ない。また、溶接を継続するにつれて電極棒の先端が劣化して変形して行くので、実際の量産工程では、上記のような望ましい微妙な溶接条件の設定を継続的に維持することが極めて困難であり、従って、溶接不良の発生率を低減することが極めて困難であった。
【００１０】
また、超音波溶接では、電極と金属板との境界面に極めて薄い合金層が生じるだけであり、両者の表面の粗さが増大することによって、それらが表面だけで弱く接合されている状態となっている場合が多く、溶接面に要求されている電気的および機械的に確実な溶接状態を達成することが困難である。また、アルミニウムやアルミニウム系合金からなる金属板は、一般に、その表面に自然酸化被膜、すなわち酸化アルミニウム膜（アルミナ，Ａｌ2 Ｏ3 ）が生じているので、これが障害となって、超音波溶接による弱い溶接作用がさらに弱いものとなってしまう傾向にある。しかも、そのように電極と金属板とが弱く溶接されていると、その部分で電気抵抗が高くなり、二次電池セルから電極および金属板を介して外部に取り出せる電圧が低下したり電流が制約されるなどの不都合が生じる。
【００１１】
そのような超音波溶接による溶接状態をさらに強固なものにするためには、例えば、さらに強いエネルギー密度の超音波を用いて長い時間に亘って溶接を行うことなどが必要となるが、そのような強い超音波で長い時間の溶接を行うと、上記の電気抵抗溶接の場合と同様に、板厚が薄くて融点の低いアルミニウム系合金からなる電極が溶接に必要な大きさを超えて過大な範囲に亘って溶解されてしまい、超音波溶接自体の利点を生かすことができない。例えば、過度に強い超音波溶接を行うと、アルミニウム系合金からなる電極の一部が切断されてしまう。
【００１２】
また、溶接以外に金属板と電極とを電気的および機械的に固着する方法として、はんだ付け法を用いることも考えられるが、アルミニウム系合金からなる電極の表面には前述のような自然酸化被膜（アルミナ）が生じているので、これがはんだの濡れ性や食い付きの障害となって、はんだ付けが困難なものとなる。これを克服するためには、強力なフラックスなどを電極の表面にあらかじめ塗布してその表面の自然酸化被膜を処理しておいた上ではんだ付けを行うといった対処法が有効であると考えられる。しかし、そのような強力なフラックスの成分がはんだ付けの後にも電極や金属板に残留することは避けられないので、その残留成分によって、二次電池の使用期間中に電極が徐々に腐食されて行き、やがては破損したり脱落するなど、電極と金属板との接続部分の耐久性を著しく劣化させる場合があるという不都合がある。また、金属板と電極とをはんだ付けすることは、電極が加熱されることにより、電池内部も高温になり、電池が劣化するため、好ましくない。
【００１３】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、ポリマーリチウムイオン二次電池などにおけるアルミニウムまたはアルミニウム系合金などからなる電極とニッケル系合金などからなる金属板とを電気抵抗溶接法によって溶接する工程で、溶接部分の金属が流失して穴が空いたりその部分が周囲に飛散するなどの溶接不良が発生するという問題を解消して、電極と金属板とを確実に溶接することができる電気抵抗溶接工程を含んだ電池の製造方法を提供すること、およびそのような製造方法によって金属板と電極とが確実に溶接された信頼性や耐久性の高い電池を提供することにある。
【００１４】
本発明による第１の電池は、電気の充電および放電が可能な二次電池セルと、その二次電池セルに接続され、充電の際または放電の際に電気を導通させる板体状の電極と、その電極よりも高い融点または同じ融点でもその電極よりも厚い板厚の第１の金属板および下部金属板とを有し、第１の金属板は、電極の一方の面に溶接され、第２の金属板は、長手方向の一端が電極の他方の面に溶接され、かつ他端が一端よりも幅広に形成されているものである。
【００１５】
本発明による第２の電池は、電気の充電および放電が可能な二次電池セルと、その二次電池セルに接続され、充電の際または放電の際に電気を導通させる板体状の電極と、その電極よりも高い融点または同じ融点でもその電極よりも厚い板厚の板体からなり、長手方向の一端が略コの字型に曲げられると共に、他端が一端よりも幅広に形成された金属板とを有し、その金属板の略コの字型の２つの平板の間に前記電極が挟み込まれて、その平板の両方と電極とが溶接されているものである。
また、本発明による第３の電池は、電気の充電および放電が可能な二次電池セルと、その二次電池セルに接続され、充電の際または放電の際に電気を導通させる板体状の電極と、その電極よりも高い融点または同じ融点でもその電極よりも厚い板厚の板体からなり、略コの字型に折り曲げられた部位を有する金属板と、金属板がはんだ付けにより接続された配線基板とを有し、金属板は、略コの字型の２つの平板の間に電極を挟み込み、その平板の両方に電極が溶接されているものである。
【００１６】
本発明による第１の電池の製造方法は、二次電池に接続されており、その二次電池の充電の際または放電の際に電気を導通させる板体状の電極に、その電極よりも高い融点または同じ融点でもその電極よりも厚い板厚の第１の金属板および長手方向の一端よりも他端が幅広に形成された第２の金属板を電気抵抗溶接する工程を含み、溶接工程において、電極の一方の面に第１の金属板を溶接し、電極の他方の面に第２の金属板の一端を溶接するものである。
【００１７】
本発明による第２の電池の製造方法は、二次電池に接続されており、その二次電池の充電の際または放電の際に電気を導通させる板体状の電極に、その電極よりも高い融点または同じ融点でもその電極よりも厚い板厚の板体からなる金属板を溶接する工程を含み、金属板を長手方向の一端が略コの字型に曲げられると共に、他端が一端よりも幅広に形成されたものとし、溶接工程において、金属板の略コの字型の２つの平板の間に前記電極を挟み込んで、その平板の両方と前記電極とを電気抵抗溶接するというものである。
また、本発明による第３の電池の製造方法は、二次電池に接続されており、その二次電池の充電の際または放電の際に電気を導通させる板体状の電極に、その電極よりも高い融点または同じ融点でもその電極よりも厚い板厚を有すると共に、略コの字型に折り曲げられた部位を有する金属板を溶接する工程と、配線基板に、金属板をはんだ付けする工程とを含み、溶接工程において、金属板の略コの字型の２つの平板の間に電極を挟み込んで、その平板の両方と電極とを電気抵抗溶接するというものである。
【００１８】
本発明による電池およびその製造方法では、アルミニウムまたはアルミニウム系合金のような比較的低融点の金属材料からなる電極を、その電極よりも融点の高い金属板で挟み込み、電気抵抗溶接によってその金属板の電極に対面する表面が溶融して電極の表面と共に合金を形成することが可能な高温にまで溶接温度を高めて溶接を行う。このとき、金属板よりも低融点の金属材料からなる電極が、その板厚方向に貫通するほどに溶解されても、その部分の電極は金属板で上下を挟み込まれているので、電極の溶解した金属が外部へと流失したり飛散したりすることがない。しかも、１枚の電極の上下両方に金属板を溶接しており、上下のいずれか一方のみに溶接されていた従来の場合よりも機械的強度や電気的接続の面積が大きい。
【００１９】
本発明による他の電池およびその製造方法では、さらに、金属板が一繋がり（一枚板）状の板体を略コの字型に曲げて形成されたものであり、そのコの字型の２つの平板の間に電極が挟み込まれる。従って、電気抵抗溶接の際に電極の上下にそれぞれ１枚ずつ金属板を個別に位置合わせして当てがうといった工程が不要である。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明の実施の形態に係るリチウムイオン二次電池は、その電気抵抗溶接の工程を含んだ製造方法によって具現化されるものであるから、以下、それらを各実施の形態ごとにそれぞれ併せて説明する。
【００２１】
［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るリチウムイオン二次電池の概要構成を表したものである。
【００２２】
このリチウムイオン二次電池は、二次電池セル１と、正極側電極３と、負極側電極５と、正極側の上部金属板７ａおよび下部金属板９ａと、負極側の上部金属板７ｂおよび下部金属板９ｂとから、その主要部が構成されている。なお、それら主要部は実際にはアルミラミネートフィルムなどの外装材で被覆されているが、ここでは内部の構造を明確に示すために、外装材の図示は省略している。また、ここでは便宜上、図中の上下方向を基準として、上側の金属板を上部金属板７ａ，７ｂ、下側の金属板を下部金属板９ａ，９ｂと呼ぶものとするが、電極を中心にしてその両面にそれぞれ金属板が溶接されているという構成であれば、その上下関係は逆転しても構わないものであることは言うまでもない。
【００２３】
二次電池セル１は、例えば高分子固体電解質を用いたいわゆるポリマーリチウムイオン型のセルである。このようなポリマーリチウムイオン型の二次電池セル１では、その内部構造との兼ね合いから、正極側電極３はアルミニウムまたはアルミニウム系合金からなるものとすることが一般的である。正極側電極３をアルミニウムやアルミニウム系合金とは異なる材料では、それが二次電池セル１の内部の正極集電体とは別の電位を有したり、電解質に溶出するなどの不都合が生じる場合が多いので、正極側電極３としては、アルミニウムまたはアルミニウム系合金が最も好適に用いられる。また、負極側電極５は、例えばニッケルまたはニッケル系合金からなるものが好適に用いられる。
【００２４】
正極側の上部金属板７ａおよび下部金属板９ａ、負極側の上部金属板７ｂおよび下部金属板９ｂは、いずれもニッケルまたはニッケル系合金からなる１枚の金属板で、正極側電極３や負極側電極５の板厚よりも厚く、機械的強度が高く導電性が良好なものとなっている。正極側および負極側の下部金属板９ａ，９ｂは、長手方向の一端がそれぞれ正極側電極３や負極側電極５の先端部に溶接されており、他端が外部接続用端子として用いられるように幅広の形状に形成されている。正極側および負極側の上部金属板７ａ，７ｂは、電気抵抗溶接の際に正極側電極３や負極側電極５が溶融されることが想定される領域を含んで、それよりも広い部分を覆うように、それら正極側電極３や負極側電極５の先端部の上面に溶接されている。
【００２５】
このように、正極側電極３をその上下からそれぞれ挟み込むように正極側の上部金属板７ａと下部金属板９ａとが各々、正極側電極３に溶接されており、また負極側電極５をその上下からそれぞれ挟み込むように負極側の上部金属板７ｂと下部金属板９ｂとが各々、負極側電極５に溶接されている。そのため、後述するように、それらの電気抵抗溶接の際に溶接不良が発生することを解消することができ、また、製造されたリチウムイオン二次電池における上部金属板７ａ，７ｂや下部金属板９ａ，９ｂと正極側電極３や負極側電極５との溶接の、機械的強度や導電性を増強することができ、延いては、製品としてのリチウムイオン二次電池の信頼性や耐久性のさらなる向上を達成することができる。
【００２６】
図２は、上記のような概要構成のリチウムイオン二次電池における電極と金属板との溶接を行う工程に用いられる電気抵抗溶接機と、それによって行われる溶接動作の一例を表したものである。
【００２７】
この電気抵抗溶接機２００は、電気溶接制御装置２０１と、電極棒２０２ａ，２０２ｂとから、その主要部が構成されている。電気溶接制御装置２０１は、大容量コンデンサに蓄積した電気を電界効果型トランジスタで放電する直流トランジスタ方式、または、いわゆる直流インバータを用いて出力電圧および出力電流のデューティや周波数等を制御する直流インバータ方式、または、所定の周波数に設定された交流電源を用いるＡＣ電源方式などの電流発生装置（図示省略）を内蔵しており、その電流発生装置から出力される電力が、電極棒２０２ａ，２０２ｂを介して溶接スポットに供給される。
【００２８】
直流トランジスタ方式の場合には、電気抵抗溶接時の出力電圧が例えば０．５〜３［Ｖ］、溶接時間が５〜３００［ｍｓ］であり、比較的小さな電力を他の方式よりも長いデューティに亘って溶接対象に印加することで電気抵抗溶接を行うものである。また、直流インバータ方式の場合には、直流トランジスタ方式と比較して長い時間に亘って出力電圧および出力電流を高精度に制御することができるので、電気抵抗溶接時の出力電流を一定値に保つことが可能である。従って、直流インバータ方式によれば、他の方式よりも溶接スポットの温度を目標値に対して精確に追従させることができ、その結果、溶接状態を安定したものとすることができる。この直流インバータ方式では、電気抵抗溶接時の出力電圧が例えば０．５〜２［Ｖ］、溶接時間が５〜２００［ｍｓ］である。
【００２９】
電極棒２０２ａ，２０２ｂは、先端形状が円柱状、直方体状、半球状、円錐状、台形状などのものがあるが、例えば一般的に用いられるような円柱状または半球状のものを適用することができる。
【００３０】
この電気抵抗溶接機では、正極側電極３の上面には上部金属板７ａを配置すると共に下面には下部金属板９ａを配置し、それらを溶接対象物として、その上下両面からそれぞれ電極棒２０２ａ，２０２ｂを所定の押圧力で押し当てながら、所定のタイミングおよび電圧で所定の大きさの電流を流して電気抵抗溶接を行う。このとき、電極棒２０２ａ，２０２ｂを押し当てる位置が上下で一直線に揃うように調節することが望ましい。このようなスポット溶接を、１組の正極側電極３と上部金属板７ａおよび下部金属板９ａからなる溶接対象につき１か所（１スポット）ずつに行うようにしてもよく、あるいは２か所以上に行うようにしてもよい。２か所にスポット溶接することにより、溶接をさらに強固なものとすることができ、正極側電極３と上部金属板７ａおよび下部金属板９ａとの機械的なぐらつき等を防ぐことが可能となると共に、それらの電気的な接続状態をさらに良好なものとすることができる。
【００３１】
上下の電極棒２０２ａ，２０２ｂに所定の電圧を印加すると、例えば上側の電極棒２０２ａから上部金属板７ａ、正極側電極３、下部金属板９ａをこの順で通って下側の電極棒２０２ｂへと、それらの板厚方向に電流が流れる。すると、上部金属板７ａ、正極側電極３、下部金属板９ａは、電流が流れた部分を中心として発熱し、やがてその部分が溶融して、正極側電極３のアルミニウム系合金と、それに接する上部金属板７ａや下部金属板９ａのニッケル系合金とが共に溶融して混交し、それらの新たな合金が形成されて強固な溶接が実現される。このとき、正極側電極３のアルミニウム系合金の融点は約６６０℃、上部金属板７ａや下部金属板９ａのニッケル系合金の融点は約１４５５℃であるから、約８００℃の融点の差がある。融点の高いニッケル系合金を溶融させてアルミニウム系合金（アルミニウム単体を含む。以下同様）と共に新たな合金層を形成することができるように、それに適した電力が電極棒から供給されるので、その電極棒２０２ａ，２０２ｂが当接されている部分の温度は１５００℃以上の高温になる。
【００３２】
このような高温では、アルミニウム系合金は完全に溶解して液相を呈する。このため、電極棒２０２ａ，２０２ｂをアルミニウム系合金からなる正極側電極３に直接的に当接する従来の一般的な電気抵抗溶接では、その電極棒２０２ａ，２０２ｂによって完全に溶解されたアルミニウム系合金が流失したり飛散するなどして、その部分に穴が空いたり、弱い外力で剥がれるような脆い溶接状態となるなどの、溶接不良が発生していた。
【００３３】
しかし、本実施の形態の電気抵抗溶接法によれば、正極側電極３の上面と下面との両方に、それぞれ板厚が厚く融点の高いニッケル系合金からなる上部金属板７ａと下部金属板９ａとを配置して、それらで正極側電極３を挟み込むようにしているので、正極側電極３のアルミニウム系合金が板厚方向に完全に溶解して液相となっても、それが外部に流失したり飛散することなどを、上部金属板７ａと下部金属板９ａとで抑え込む（塞き止める）ことができる。
【００３４】
また、正極側電極３のアルミニウム系合金の沸点は約２４８０℃であるが、そのような高温になると、完全に溶解したアルミニウム系合金が沸騰して激しく飛散する場合がある。しかし、本実施の形態の電気抵抗溶接法によれば、電極棒が直接当接されるのは上部金属板７ａや下部金属板９ａであり、電極棒２０２ａと上部金属板７ａとの接合面、上部金属板７ａと正極側電極３との接合面、正極側電極３と下部金属板９ａとの接合面、および下部金属板９ａと電極棒２０２ｂとの接合面における電気抵抗分に溶接電流が流れて発生する発熱は、間接的に正極側電極３に流入することになる。また、電極棒２０２ａ、電極棒２０２ｂは、直接には正極側電極３に当接されていないので、溶接時に蓄熱が生じて電極棒２０２ａ、電極棒２０２ｂに正極側電極３の溶けたアルミニウム系合金が付着してその部分が損失することなどを、防ぐことができる。従って、正極側電極３のアルミニウム系合金が飛散するほどの高温に加熱されることを緩和して、完全に溶解した正極側電極３のアルミニウム系合金が飛散することなどを回避することができる。さらに、電極棒直下の溶接部の圧力は高いため、沸点も高くなり、アルミニウム系合金を沸騰しにくくすることができる。ここで、溶接部における発熱量Ｑは、全ての接合面の抵抗Ｒと溶接電流Ｉによって、Ｑ＝Ｉ2 ×Ｒという式によって表すことができる。
【００３５】
ここで、一般にアルミニウム系合金の表面には極めて薄い自然酸化被膜（アルミナ）が生じている。その融点は２０５０℃であるから、電気抵抗溶接の際の設定温度を例えば上記のような１５００℃にした場合、自然酸化被膜のアルミナは溶融されずに、液相のアルミニウム系合金中に取り込まれて混在することとなるが、アルミニウム系合金とニッケル系合金との新たな合金層の形成に対しては何ら支障がなく、信頼性の高い確実な溶接を達成することができる。
【００３６】
また、図２に示したようなダイレクトスポット溶接方式の電気抵抗溶接機４００を用いて、溶接対象物の上下から電極棒４０２ａ，４０２ｂを押し当てて、その溶接対象物の板厚方向に貫通するように電流を流すことにより、上部金属板７ａに流れる電流と下部金属板９ａに流れる電流とがほぼ同じになり、それら上下の溶接条件をほぼ同じに揃えて最適化することができる。
【００３７】
なお、上部金属板７ａと下部金属板９ａとを、異なる金属材料からなるものとすることなども可能である。例えば、上部金属板７ａを鉄系合金とし、下部金属板９ａをニッケル系合金とする、あるいはその逆に、上部金属板７ａをニッケル系合金とし、下部金属板９ａを鉄系合金とすることなども可能である。
【００３８】
上記の溶接工程の説明では、正極側電極３と上部金属板７ａおよび下部金属板９ａとの溶接を行う場合についてを詳細に述べたが、負極側電極５と上部金属板７ｂおよび下部金属板９ｂとの溶接についても、上記と同様の手法で行うことが可能であることは言うまでもない。
【００３９】
［第２の実施の形態］
図４は、本発明の第２の実施の形態に係るリチウムイオン二次電池の概要構成を表したものである。なお、本実施の形態では、第１の実施の形態と同様の構成については同一符号を付して、その説明は省略し、異なる点についてのみ説明する。これは第３の実施の形態以後の実施の形態についても同様である。
【００４０】
このリチウムイオン二次電池は、二次電池セル１と、正極側電極３と、負極側電極５と、正極側の金属板１１と、負極側の金属板１３とから、その主要部が構成されている。これらの構成要素のうち、二次電池セル１、正極側電極３、負極側電極５、については第１の実施の形態のものと同様である。
【００４１】
正極側の金属板１１および負極側の金属板１３は、それぞれ、ニッケルまたはニッケル系合金からなる１枚の金属板を外形カッティングおよび曲げ加工して形成されたもので、正極側電極３や負極側電極５の板厚よりも厚く、機械的強度が高く導電性も良好なものとなっている。
【００４２】
これら正極側および負極側の金属板１１，１３は、長手方向の一端がほぼコの字型に折り曲げられており、そのコの字型に折り曲げられて対向している２つの平板の間隙に正極側電極３の先端部が挟み込まれるようにして溶接されており、他端は外部接続用端子として用いられるように幅広の形状に形成されている。
【００４３】
正極側の金属板１１は、それぞれ、電気抵抗溶接の際に溶融されることが想定される領域を含んでそれよりも広い部分の電極を覆うように、正極側電極３の先端部のをコの字型に挟み込むように溶接されているので、後述するように、正極側の金属板１１と正極側電極３とを電気抵抗溶接する際に、溶接不良が発生することを解消することができる。また、製造された二次電池における，正極側の金属板１１と正極側電極３とを組み合わせた構造の機械的強度や導電性を増強することができ、延いては製品としての信頼性や耐久性のさらなる向上を達成することができる。なお、これは正極側だけでなく、負極側の金属板１３と負極側電極５との溶接についても同様である。
【００４４】
上記のような概要構成のリチウムイオン二次電池における正極側電極３と金属板１１との溶接、および負極側電極５と金属板１３との溶接は、図２に示したものと同様の電気抵抗溶接機２００を用いて行うことができる。さらに詳細には、図３に示したように、金属板１１の一端のコの字型に形成された部分に正極側電極３の先端部を挟み込んだ状態にしておき、そのコの字型の金属板１１，１３の上下両面からそれぞれ電極棒２０２ａ，２０２ｂを所定の押圧力で押し当てながら所定のタイミングおよび電圧で所定の大きさの電流を流して電気抵抗溶接を行う。このような電気抵抗溶接法によるスポット溶接は、一組の電極および金属板あたり１か所ずつに行うようにしてもよく、あるいは２か所以上に行うようにしてもよい。
【００４５】
この第２の実施の形態の電気抵抗溶接法によれば、板厚が厚く融点の高いニッケル系合金の板体をコの字型に曲げ加工された金属板１１で正極側電極３を挟み込んでいるので、正極側電極３のアルミニウム系合金が板厚方向に完全に溶解して液相となっても、それが外部に流失したり飛散することを、その金属板１１のコの字型に形成された上下対向する２つの平板で押さえ込むことができる。また、溶解したアルミニウム系合金が正極側電極３の側面方向に流失しようとする動きを、金属板１１のコの字型の側面の閉塞側の部分でさらに確実に塞き止めることができる。なお、コの字型の解放側の部分では、溶解したアルミニウム系合金が沸騰しない状態であれば、その液相としての表面張力と閉塞側の部分での引き戻し圧力とで、溶解したアルミニウム系合金が金属板１の平面方向に流失することをさらに確実に防ぐことができる。
【００４６】
また、正極側電極３のアルミニウム系合金の沸点は約２４８０℃であるが、そのような高温になると、完全に溶解したアルミニウム系合金が沸騰する。蓄熱して高温になる電極棒２０２ａ，２０２ｂが直接当接されるのは金属板１１のコの字型に加工された上下の平板であるから、電極棒２０２ａの直下の電極棒２０２ａと金属板１１との接合面、および金属板１１と正極側電極３との接合面における電気抵抗分に溶接電流が流れ発生する発熱は、金属板１１を介して間接的に正極側電極３に流入することになる。また、電極棒２０２ａ、電極棒２０２ｂは、直接には正極側電極３に当接されていない。このようにして、正極側電極３のアルミニウム系合金が沸騰するほど高温に加熱されることを緩和し、完全に溶解した正極側電極３のアルミニウム系合金が流失したり飛散することなどを回避することができる。
【００４７】
また、金属板１１，１３は一枚のニッケル系合金の薄板を折り曲げてコの字型に形成したものであるから、正極側電極３や負極側電極５をその上下から挟み込む２つの平板は、第１の実施の形態の上部金属板７ａ，７ｂおよび下部金属板９ａ，９ｂのような上下で個々に分離した板体ではない。従って、そのような金属板のコの字型の間隙に正極側電極３を装着するだけで溶接の準備が完了するので、そのような溶接準備工程（溶接の前工程）をさらに簡易なものとすることができるという利点がある。
【００４８】
また、図３に示したような溶接対象物の上下から電極棒２０２ａ，２０２ｂを押し当てて、その溶接対象物の板厚方向に貫通するように電流を流すことができるので、金属板１１，１３の上部に流れる電流とその下部に流れる電流とがほぼ同じになり、それら上下の溶接条件を揃えて最適化することができると共に、無効電流を少なくすることができる。
【００４９】
また、図５に一例を示したように、正・負２本の電極棒４０２ａ，４０２ｂが並列して配置された、いわゆるシリーズスポット溶接方式の電気抵抗溶接機４００を用いて溶接を行う場合には、２本の電極棒４０２ａ，４０２ｂが、いずれも溶接対象物の上面側に当接されることになるので、溶接時の電流はコの字型の金属板１１，１３の上側の平板や、正極側電極３や負極側電極５の上側表面を通る傾向にある。このため、金属板１１，１３のコの字型の下側の平板や、正極側電極３や負極側電極５の下側表面などには十分な電流が流れず、そのような下側では確実な溶接ができなくなる場合がある。しかし、金属板１１，１３のコの字型の上側の平板と下側の平板とは一枚の板として繋がっているものであるから、少なくとも金属板１１，１３の上側の平板と正極側電極３や負極側電極５の上側の表面とを確実に溶接することにより、仮に下側での溶接が不十分であっても、金属板１１，１３と正極側電極３や負極側電極５との完全な溶接不良の発生を低減させることができる。
【００５０】
なお、シリーズスポット溶接方式の電気抵抗溶接機４００を用いて溶接を行う場合には、一般に、溶接対象の下に台座４０５を配置する。その台座としては、例えば銅、銅系合金、白金、白金系合金、ニッケル、ニッケル系合金、チタン、チタン系合金、クロム、クロム系合金、ジルコニウム、ジルコニウム系合金、ベリリウム、ベリリウム系合金などからなるものが好適である。あるいはその他にも、例えば銅、カドミウム、クロム、チタン、ベリリウムの合金や、アルミナ分散強化銅、クロム銅、銅系合金の厚板の表面に白金の薄板を貼り合わせたものなども用いることが可能である。
【００５１】
［第３の実施の形態］
図６は、本発明の第３の実施の形態に係るリチウムイオン二次電池の概要構成を表したものである。
【００５２】
このリチウムイオン二次電池は、二次電池セル１と、先端部にスリット状の切り込みが設けられた正極側電極３と、同様に先端部にスリット状の切り込みが設けられた負極側電極５と、上側の平板にスリット状の切り込みが設けられており、先端部がほぼコの字型に曲げ加工された正極側の金属板１５と、同様に上側の平板にスリット状の切り込みが設けられており、先端部がほぼコの字型に曲げ加工された負極側の金属板１７とから、その主要部が構成されている。
【００５３】
このリチウムイオン二次電池における正極側電極３と金属板１５とを電気抵抗溶接法によって溶接する工程や負極側電極５と金属板１７とを電気抵抗溶接法によって溶接する工程では、図５に示したようなシリーズスポット溶接方式の電気抵抗溶接機４００を用いて確実な溶接を行うことができる。すなわち、図７に示したように、スリットによって隔てられた２つの領域の一方には電極棒４０２ａを、他方には４０２ｂを、それぞれ当接させて、電気抵抗溶接のための電流を供給することにより、そのときの電流は、金属板１５の上側の平板を短絡しようとしても、その中心に設けられたスリットによって、その流れが阻まれるので、一方（正極）の電極棒４０２ａから、金属板１５の上側の平板の一方の領域、正極側電極３の一方の領域、金属板１５の下側の平板の電極棒４０２ａ下方の部分、台座４０５、金属板１５のの下側の平板の電極棒４０２ｂ下方の部分、正極側電極３のスリットを隔てた他方の領域、金属板１５の上側の平板のスリットを隔てた他方の領域、そして他方（負極）の電極棒４０２ｂへと、この順で流れて、その電流経路における電気抵抗によって、正極側電極３と金属板１５との溶接に必要な熱を確実に生じさせる。このようにして、シリーズスポット溶接方式の電気抵抗溶接機を用いる場合でも、正極側電極３と金属板１５との溶接を確実かつ簡易に行うことができる。
【００５４】
ここで、このようなスリットを金属板１５や正極側電極３に設けて、シリーズスポット溶接方式の電気抵抗溶接機を用いた溶接を行う手法は、第１の実施の形態で説明したような２枚の金属板７ａ，７ｂで正極側電極３を挟み込んだ状態にしてそれらの溶接を行う場合についても適用可能である。すなわち、図８に示したように、上部金属板７ａをさらに細かい２つの板体７１ａ，７２ａに分けると共に正極側電極３および負極側電極５もその先端部にスリットを設けて、溶接が行われる部分を２つの領域３１ａ，３１ｂに分割した形状の場合にも、図９に示したように、２つに分割された上部金属板７１ａ，７１ｂの一つ一つの板体に、それぞれ１本ずつ電極棒４０２ａ，４０２ｂを当接させて、電気抵抗溶接のための電流を供給することにより、電流は、例えば一方（正極）の電極棒４０２ａから、上部金属板の一方の板体７１ａ、正極側電極３の一方の領域３１ａ、金属板９ａにおける電極棒４０２ａ下方の部分、台座４０５、金属板９ａにおける電極棒４０２ｂ下方の部分、正極側電極３のスリットを隔てた他方の領域３２ａ、上部金属板の他方の板体７２ａ、そして他方（負極）の電極棒４０２ｂへと、この順で流れて、その一連の電流経路における電気抵抗によって、上部金属板７１ａ，７２ａと正極側電極３との溶接および正極側電極３と下部金属板９ａとの溶接に必要な熱を確実に生じさせることにより、シリーズスポット溶接方式の電気抵抗溶接機を用いて上部金属板７１ａ，７２ａと正極側電極３と下部金属板９ａとを溶接する場合などでも、その溶接を確実かつ簡易に行うことができる。
【００５５】
なお、図７および図９に基づく上記の説明では、正極側電極３と金属板１５との溶接など、正極側の電気抵抗溶接についてを詳しく述べたが、負極側電極５についても同様の方法による溶接が可能であることは言うまでもない。
【００５６】
［第４の実施の形態］
図１０は、本発明の第４の実施の形態に係るリチウムイオン二次電池の概要構成を表したものである。
【００５７】
このリチウムイオン二次電池は、第２の実施の形態で説明したような先端部がコの字型に折り曲げ加工された金属板１１，１３が、正極側電極３および負極側電極５に各々溶接されており、それらの金属板１１，１３を保護回路のプリント配線板１００にはんだ付けしたものである。
【００５８】
図１１に模式的に示すように、プリント配線板１００は所定の配線回路パターン１０１が形成されており、それに電子部品１０３を実装して、過大電圧による充電または過大電流による充・放電や、過小電圧放電等から二次電池セル１を保護するために機能する、いわゆる保護回路を構成するものである。
【００５９】
さらに詳細には、このプリント配線板１００の表面には、正極側金属板接続用ランド１０５と負極側金属板接続用ランド１０７とが設けられていると共に、正極側外部端子用ランド１０９と負極側外部端子接続用ランド１１１とが設けられており、それらは所定のプリント回路パターン１０１等を介して電子部品１０３に接続されている。正極側外部端子接続用ランド１０９には正極側外部端子１１３がはんだ付けされており、負極側外部端子接続用ランド１１１には負極側外部端子１１５がはんだ付けされている。正極側金属板接続用ランド１０５には正極側の金属板１１がはんだ付けされており、負極側金属板接続用ランド１０７には負極側の金属板１３がはんだ付けされている。それら金属板１１，１３のはんだ付けは、それらと正極側電極３や負極側電極５との電気抵抗溶接工程の前または後に行われる。
【００６０】
正極側外部端子１１３および負極側外部端子１１５が、このリチウムイオン二次電池のパッケージ（外装材）から外部へと伸びて露出しており、その露出している部分が、このリチウムイオン二次電池と外部との接続を取るための実質的な電極として用いられる。
【００６１】
このように、保護回路のプリント配線板１００に金属板１１，１３をはんだ付けすることにより、リチウムイオン二次電池のパッケージ内に保護回路を備えるようにすることができる。
【００６２】
ここで、第１の実施の形態で説明したような上部金属板７ａおよび下部金属板９ａを正極側電極３に溶接した構造のリチウムイオン二次電池においても、上記と同様にして、例えば図１２に示したように下部金属板９ａ，９ｂを保護回路のプリント配線板１００にはんだ付けすることにより、リチウムイオン二次電池のパッケージ内に保護回路を備えるようにすることが可能である。
【００６３】
［第５の実施の形態］
図１３は、本発明の第５の実施の形態に係るリチウムイオン二次電池の概要構成を表したものである。
【００６４】
このリチウムイオン二次電池は、第２の実施の形態で説明したような先端部がコの字型に折り曲げ加工された金属板１１，１３を、正極側電極３および負極側電極５に各々備えており、それらの金属板１１，１３を保護回路のプリント配線板１００にあらかじめはんだ付けしておき、そのそれぞれに正極側電極３と負極側電極５とをそれぞれ挟み込み、その上下から電極棒２０２ａ，２０２ｂを当接させて、電気抵抗溶接法により正極側電極３と金属板１１との溶接や負極側電極５と金属板１３との溶接を行う工程を経て製造されたものである。
【００６５】
プリント配線板１００の正極側金属板接続用ランド１０５および負極側金属板接続用ランド１０７には、図１５に示したように、それぞれ１つずつ貫通孔（スルーホール）１４１，１４３が穿設されている。
【００６６】
正極側の金属板１１は、プリント配線板１００の表面に設けられた正極側金属板接続用ランド１０５に、リフロー法によってはんだ付けすることなどが可能である。例えば、銅箔またはその上にはんだめっきが付着された５［ｍｍ］角の正極側金属板接続用ランド１０５の表面に、いわゆるクリームはんだを塗布しておき、その上に正極側の金属板１１を配置して、リフロー炉で約２３０℃に加熱して、正極側金属板接続用ランド１０５の表面に正極側の金属板１１をはんだ付けすることなどが可能である。また、負極側の金属板１３についても、同様の手法で負極側金属板接続用ランド１０７の表面にはんだ付けすることができる。
【００６７】
このようにしてプリント配線板１００の表面にあらかじめ実装された正極側の金属板１１と正極側電極３との電気抵抗溶接を行うに際しては、図１４に示したように、プリント配線板１００にあらかじめドリリングによって穿設された貫通孔１４１を通して金属板１１の下側の平板に下側の電極棒２０２ｂを当接させると共に、上側の電極棒２０２ａを金属板１１の上側の平板に当接させる。そしてそれら２つの電極棒２０２ａ，２０２ｂの間に所定の電圧を印加して、電流を例えば上側の電極棒２０２ａから金属板１１の上側の平板、正極側電極３、金属板１１の下側の平板、下側の電極棒２０２ｂへと、この順で流すことにより、金属板１１と正極側電極３との確実な溶接を達成することができる。また、電気抵抗溶接回数を１回にすれば、正極側電極３と金属板１１との溶接部を２点から１点に減らすことができる。よって、溶接に必要な金属板１１の面積をより小さくすることができ、コの字型の金属板１１をより小型化することができるので、リチウムイオン二次電池全体の外形寸法のさらなる小型化も可能となる。なお、負極側の金属板１３と負極側電極５との電気抵抗溶接についても、上記と同様の手法で行うことが可能である。
【００６８】
ここで、上記のような構造および電気抵抗溶接の手法は、第１の実施の形態で説明したような上部金属板７ａ，７ｂおよび下部金属板９ａを正極側電極３に溶接した構造のリチウムイオン二次電池においても適用可能である。例えば、図１６に示したように、下部金属板９ａを保護回路のプリント配線板１００の正極側金属板接続用ランド１０５にはんだ付けしておき、プリント配線板１００にあらかじめドリリングによって穿設された貫通孔１４１を通して下部金属板９ａに下側の電極棒２０２ｂを当接させると共に、上側の電極棒２０２ａを上部金属板７ａに当接させて、上下の電極棒２０２ａ，２０２ｂに所定の電流を流すことにより、上部金属板７ａと正極側電極３との溶接および下部金属板９ａと正極側電極３との溶接を確実に行って、図１７に示したような概要構成のリチウムイオン二次電池を製造することができる。
【００６９】
なお、上記の貫通孔が設けられたプリント配線板１００の正極側金属板接続用ランド１０５の表面に、例えば１５〜５００［μｍ］の厚さの比較的厚いニッケル層（図示省略）を、めっき法などによって形成することにより、そのニッケル層を下部金属板９ａの代りに用いて、下部金属板９ａを省略することができ、延いては構成のさらなる簡易化を達成することも可能となる。この場合、ニッケル層を形成した後またはその前に、例えば無電解めっき法やはんだめっき法などにより、貫通孔１４１にはんだあるいは銅などの導電性の良好な金属材料等を埋め込んで、いわゆるブラインドホールの状態にすることが望ましい。この貫通孔１４１に埋め込まれた金属材料によって、プリント配線板１００の表面のニッケル層の穴を塞いで、溶解した正極側電極３のアルミニウム系合金が流出することを防ぐことができると共に、その貫通孔１４１に埋め込まれた金属材料を介して、プリント配線板１００の下面と表面（上面）のニッケル層との間に電流を導通させることができる。
【００７０】
このように、ニッケル層を下部金属板９ａあるいは９ｂの代りに用いると共に、貫通孔１４１あるいは１４３に金属材料を埋め込むようにしても、図２や図５に示したような電気抵抗溶接機による確実な電気抵抗溶接を行うことが可能である。
【００７１】
［第６の実施の形態］
図１８は、本発明の第６の実施の形態に係るリチウムイオン二次電池の概要構成を表したものである。
【００７２】
このリチウムイオン二次電池では、アルミニウム系合金からなる正極側電極３は、第２の実施の形態で説明したものと同様に、コの字型の金属板１１に挟み込まれるように溶接されている。
【００７３】
一方、ニッケル系合金からなる負極側電極５１は、その先端部がほぼコの字型に折り返された形状に曲げ加工されており、その負極側電極５１のコの字型の先端部に、アルミニウム系合金からなる負極側の金属板５３が挟み込まれるようにして溶接されている。このような構造で負極側の金属板５３と負極側電極５１とを電気抵抗溶接することなども可能である。この場合の電気抵抗溶接は、上記の各実施の形態で説明したものと同様の手法を応用して行うことができる。すなわち、融点の低いアルミニウム系合金からなる負極側の金属板５３を、その上下から、コの字型に形成された融点の高い負極側電極５１の先端部で挟み込むようにして、それらを電気抵抗溶接法によって溶接することにより、負極側の金属板５３のアルミニウム系合金がその板厚方向に完全に溶解しても、それが外部へと流失することや飛散することなどを、融点の高い負極側電極５１で抑え込むことができる。ここで、負極側の金属板５１としては、例えば、アルミニウム、アルミニウム系合金、銅、銅系合金、銀、銀系合金などからなる板体、あるいは、負極側電極５と同じニッケル系合金からなる板体でも、負極側電極５よりも板厚の厚いものなどが、適用可能である。
【００７４】
なお、溶接棒２０２（２０２ａ，２０２ｂ）は、硬度・導電率・熱伝導性が高いことが必要であり、例えば、クロム銅またはアルミナ分散強化銅などの銅合金により構成されている。溶接棒２０２の先端形状は、例えば、図１９（Ａ）に示したような半球形状、同（Ｂ）に示したような円錐形状、同（Ｃ）に示したような円柱形状、同（Ｄ）に示したような円錐の先端を平らに切断した台形形状、同（Ｅ）に示したような半球の先端を平らに切断した半球と平面とを組み合わせた形状、または同（Ｆ）に示したような四角錐形状（ピラミッド形状）などの多角錐形状とされることが好ましい。
【００７５】
中でも、半球形状は溶接棒２０２の最も好ましい先端形状である。この形状によれば、溶接棒２０２を溶接対象物に押し当てたとき、溶接棒２０２の先端の中心部に高い圧力が加えられ、溶接電流が集中して流れるので、そのごく小さな範囲において温度が上昇し、溶接対象物が溶解されて合金層が形成され易い。また、合金層が形成される場所が必ず溶接棒２０２の中心に固定されるので、溶接電流が流れる２箇所の溶接部の距離が固定され、溶接条件が安定して好ましい。更に、溶接棒２０２を溶接対象物に押し当てた時の圧力は溶接棒２０２の中心から周囲に向かって弱くなるので、溶接棒２０２の中心部において溶接対象物が溶解しても、その周辺では完全に溶解せず、溶接対象物に穴が形成されにくい。ここで溶接電流は、圧力に比例して溶接棒２０２の中心から周囲に向かって弱くなる。
【００７６】
有効な半球状の先端形状は、例えば、円柱の直径が０．５ｍｍ〜１０ｍｍであり、先端の半球の半径が０．５ｍｍ〜５ｍｍのものである。最適な半球状の先端形状は、溶接棒２０２の先端から１０ｍｍ上部の円柱の直径が３ｍｍであり、溶接棒２０２の先端から１ｍｍ上部の円柱の直径が１．５ｍｍであり、先端の半球の半径が１．５ｍｍのものである。
【００７７】
円錐形状は、半球形状とほぼ同様に作用し、比較的良好な先端形状である。円錐の先端角度は１４０度〜１７５度の鈍角が好ましく、円柱の直径は０．５ｍｍ〜５ｍｍが好ましい。最適な円錐の先端形状は、溶接棒２０２の先端から１０ｍｍ上部の円柱の直径が３ｍｍであり、溶接棒２０２の先端から１ｍｍ上部の円柱の直径が１．５ｍｍであり、先端の円錐の角度が１７０度のものである。先端の角度を９０度以下の鋭角とすると、中心部に高い圧力が印加され、溶接対象物に穴が開いてしまったり、あるいは溶接電流が流れる面積が小さくなってしまう可能性があるので、好ましくない。なお、多角錐形状も円錐形状と同様である。
【００７８】
円柱形状は例えばニッケル板同士を溶接する際の最も一般的な形状であるが、溶接のための電流値がばらついてしまうので、溶接強度もばらついてしまう傾向があり、ある割合の溶接不良が発生してしまう可能性がある。例えば、電気抵抗溶接時に溶接棒２０２を溶接対象物に押し当てたとき、溶接棒２０２先端の円形中のさらに小さなある部分に高い圧力が加えられ、そこに溶接電流が流れるので、溶接棒２０２先端の酸化状態および劣化状態、台座２０の状態、あるいは溶接対象物の表面状態に応じて、溶接毎に溶接部の場所が偶発的に移動してしまう。よって、２つの溶接部の間の距離を一定に保つことができず、２本の溶接棒２０２間の抵抗値および電流値が変化してしまい、溶接部の温度が変化し、溶接強度が変化してしまい好ましくない。更に、溶接時の電圧あるいは電流を高くした場合、溶接対象物が完全に溶解されてしまい穴が開いてしまう可能性もある。但し、先端部の面積は半球形状よりも広いので、大きな面積で合金層が形成される可能性がある。また、溶接に繰り返し用いた後の研磨作業が極めて簡単であり、作業コストも安価であるという利点がある。
【００７９】
円錐の先端を平らに切断した台形形状、あるいは半円の先端を平らに切断した形状も、半球形状とほぼ同様に作用し、比較的良好な先端形状である。また、高い圧力が加えられる面積を比較すると半球形状よりも広く、大きな面積で合金層が形成される可能性がある。但し、溶接時の電圧あるいは電流をかなり高くした場合、溶接対象物が完全に溶解されてしまい穴が開いてしまう可能性があり、好ましくない場合もある。
【００８０】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１ないし１４のいずれかに記載の二次電池または請求項１５ないし２７のいずれかに記載の二次電池の製造方法によれば、アルミニウムまたはアルミニウム系合金のような比較的低融点の金属材料からなる電極の上下を、その電極よりも融点の高い金属板で挟み込み、電気抵抗溶接あるいはその他の溶接法によって、その金属板の電極に対面する表面が溶融して電極の表面と共に合金を形成することが可能な高温にまで溶接温度を高めて溶接を行うようにしたので、電極と金属板との溶接を行う工程で溶接不良が発生するという問題を解消して、電極と金属板とが機械的および電気的に確実に溶接された二次電池を具現化することができるという効果を奏する。延いては、製造歩留まりを向上させることができ、製造コストのさらなる低廉化を達成することなども可能となる。また、そのように電極と金属板とを溶接不良が生じることなく機械的および電気的に確実なものとすることにより、二次電池の耐久性や信頼性を高いものとすることができる。また、１枚の電極に対してその上下両面に金属板を溶接するようにしたので、金属板が電極の上下面のいずれか一方のみに溶接されていた従来の場合よりも、機械的強度や電気的接続の面積を増大することができ、延いては、二次電池の耐久性や信頼性をさらに高いものとすることができる。
【００８１】
また、特に請求項８ないし１４のいずれかに記載の二次電池または請求項２１ないし２７のいずれかに記載の二次電池の製造方法によれば、さらに、金属板が一繋がりの板体をほぼコの字型に曲げて形成されたものであり、そのコの字型の２つの平板の間に電極が挟み込まれるようにしたので、電気抵抗溶接の際に電極の上下にそれぞれ１枚ずつ金属板を個別に位置合わせして当てがうといった工程が不要となり、延いては電極と金属板との溶接を確実なものとしつつ、二次電池の構造またはその溶接工程を含んだ製造方法のさらなる簡易化を達成することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るリチウムイオン二次電池の概要構成を表した図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態における電極と金属板との溶接を行う工程に用いられるインライン（ダイレクト）スポット溶接方式の電気抵抗溶接機と、それによって行われる溶接動作の一例を表した図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態における電極と金属板との溶接を行う工程に用いられるインラインスポット溶接方式の電気抵抗溶接機と、それによって行われる溶接動作の一例を表した図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係るリチウムイオン二次電池の概要構成を表した図である。
【図５】電極と金属板との溶接を行う工程に用いられるシリーズスポット溶接方式の電気抵抗溶接機と、それによって行われる溶接動作の一例を表した図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態に係るリチウムイオン二次電池の概要構成を表した図である。
【図７】図５に示した二次電池における電極と金属板とを溶接する状態を表した図である。
【図８】上部金属板をさらに細かい２つの板体に分けると共に、正極側電極もその先端部にスリットを設けて、溶接が行われる部分を２つの領域に分割した場合のリチウムイオン二次電池の概要構成を表した図である。
【図９】図７に示した概要構成のリチウムイオン二次電池における正極側電極と上部金属板および下部金属板とを溶接する状態を表した図である。
【図１０】本発明の第４の実施の形態に係るリチウムイオン二次電池の概要構成を表した図である。
【図１１】プリント配線板の概要構成を表した図である。
【図１２】上部金属板および下部金属板を正極側電極に溶接した構造のリチウムイオン二次電池に保護回路のプリント配線板を組み込んだ場合の概要構成を表した図である。
【図１３】本発明の第５の実施の形態に係るリチウムイオン二次電池の概要構成を表した図である。
【図１４】プリント配線板の表面にあらかじめ実装された正極側の金属板と正極側電極とを電気抵抗溶接法によって溶接する状態を表した図である。
【図１５】正極側金属板接続用ランドおよび負極側金属板接続用ランドにそれぞれ１つずつ貫通孔が穿設されたプリント配線板を表した図である。
【図１６】プリント配線板の表面にあらかじめ実装された正極側の下部金属板と正極側電極と上部金属板とを電気抵抗溶接法によって溶接する状態を表した図である。
【図１７】図１５に示した手法による電気抵抗溶接の工程を経て得られるリチウムイオン二次電池の概要構成を表した図である。
【図１８】本発明の第６の実施の形態に係るリチウムイオン二次電池の概要構成を表した図である。
【図１９】電気抵抗溶接に適用可能な溶接棒のバリエーションを表した図である。
【符号の説明】
１…二次電池セル、３…正極側電極、５…負極側電極、７ａ，７ｂ…上部金属板、９ａ，９ｂ…下部金属板、１１，１３…金属板、１００…プリント配線板。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a battery having a structure in which a metal plate is welded to an electrode and a manufacturing method including the welding process.
[0002]
[Prior art]
In recent years, lithium ion secondary batteries have come to be used as chargeable / dischargeable power sources incorporated in mobile phones and portable electronic devices. There are various types of external shapes of lithium ion secondary batteries. In general, those used in notebook-type or notebook-type portable electronic devices and mobile phones are often flat. In such a flat lithium ion secondary battery, plate-like electrodes are respectively arranged on the positive electrode side and the negative electrode side in order to conduct current between the secondary battery cell main body and the outside.
[0003]
In general, the electrode on the positive electrode side is made thin in order to suppress the structural restrictions at the connection site with the secondary battery cell body and the thickness of the secondary battery as a whole, and to ensure good conductivity. Is formed by press-cutting thin aluminum or aluminum-based alloy having a thickness of about 0.07 to 0.1 [mm], and a metal plate (so-called tab) further connected to the outside at the tip thereof Are often welded. The metal plate has low electrical resistance and excellent mechanical strength and weather resistance, such as nickel-based alloys, in order to ensure electrical and mechanical (material mechanical) connection to the outside. Those made of different materials are preferably used. In many cases, the plate thickness is 0.1 [mm] or more, for example.
[0004]
The metal plate and the electrode are generally welded by electric resistance welding or ultrasonic welding, but it must be ensured that the metal plate does not come off from the electrode or fall off during use of the secondary battery. There is a strong demand for welding.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, when electric resistance welding is performed between the electrode and the metal plate as described above, there is a problem that poor welding occurs.
[0006]
That is, since the positive electrode is made of aluminum or an aluminum-based alloy, its melting point is 660 to 700 ° C. On the other hand, the metal plate is made of a material having a high mechanical strength and a relatively high melting point. For example, in the case of a nickel alloy, the melting point is 1400 to 1455 ° C. Therefore, the difference in melting point between the electrode and the metal plate is about 800 ° C.
[0007]
For this reason, when superposing one electrode and one metal plate and welding them by a conventional general electric resistance welding method, the welding temperature exceeds the melting point of the metal plate made of a nickel-based alloy or the like. When the welding conditions are set so as to reach the above, the aluminum or aluminum-based alloy of the electrode completely dissolves over a wide range so as to penetrate the plate thickness beyond the normal nugget size. For this reason, the melted metal flows away or scatters, and a hole is formed in that portion, resulting in a welding failure in which reliable welding cannot be performed.
[0008]
Also, in order to avoid such an electrode from melting completely over a wide range, if the welding temperature is adjusted to be lower than the melting point of the nickel-based alloy of the metal plate, the electrode is not pierced or has a molten metal. Welding defects such as runaway will not occur, but the nickel-based alloy on the surface of the metal plate will not melt, so a normal nugget due to the nickel-based alloy and aluminum-based alloy will not be formed, and the section after welding will be simply aluminum-based Only a trace of melting of the alloy remains, resulting in a welding failure in which reliable welding is not achieved. As a result, for example, when a peeling test is performed, the electrode and the metal plate are easily peeled off with a force that is extremely lower than the prescribed tensile durability stress.
[0009]
Therefore, it is desirable to set various conditions of electric resistance welding so that a distribution of welding temperature is generated so that a normal nugget is formed around the joint surface between the metal plate and the electrode. However, such a condition setting must be very delicate because the difference in melting point between a metal such as a nickel alloy of a metal plate and a metal such as an aluminum alloy of an electrode is too large. In addition, since the tip of the electrode rod deteriorates and deforms as welding continues, it is extremely difficult to continuously maintain the desired delicate welding conditions as described above in actual mass production processes. Therefore, it has been extremely difficult to reduce the incidence of poor welding.
[0010]
Also, in ultrasonic welding, only an extremely thin alloy layer is formed at the interface between the electrode and the metal plate, and the roughness of both surfaces increases, so that they are weakly joined only on the surface. In many cases, it is difficult to achieve an electrically and mechanically reliable welding state required for the welding surface. Further, a metal plate made of aluminum or an aluminum-based alloy generally has a natural oxide film on its surface, that is, an aluminum oxide film (alumina, Al2 OThree ) Has occurred, this becomes an obstacle, and the weak welding action by ultrasonic welding tends to become even weaker. In addition, if the electrode and the metal plate are weakly welded in that way, the electrical resistance increases at that part, and the voltage that can be taken out from the secondary battery cell via the electrode and the metal plate decreases or the current is restricted. Inconvenience such as being caused.
[0011]
In order to further strengthen the welding state by such ultrasonic welding, for example, it is necessary to perform welding for a long time using ultrasonic waves having a higher energy density. When welding with strong ultrasonic waves for a long time, as in the case of electrical resistance welding described above, an electrode made of an aluminum alloy having a thin plate thickness and a low melting point exceeds the size required for welding. It melts over a range and cannot take advantage of the ultrasonic welding itself. For example, when excessively strong ultrasonic welding is performed, a part of the electrode made of an aluminum alloy is cut.
[0012]
In addition to welding, it is conceivable to use a soldering method as a method for electrically and mechanically fixing the metal plate and the electrode, but the surface of the electrode made of an aluminum alloy has a natural oxide film as described above. Since (alumina) is generated, this becomes an obstacle to solder wettability and biting, and soldering becomes difficult. In order to overcome this, it is considered effective to apply a strong flux or the like to the surface of the electrode in advance and treat the natural oxide film on the surface before soldering. However, it is inevitable that such a strong flux component remains on the electrode or metal plate even after soldering, so that the residual component gradually corrodes the electrode during the use of the secondary battery. There is an inconvenience that the durability of the connection portion between the electrode and the metal plate may be remarkably deteriorated, such as being damaged and eventually falling off. Also, soldering the metal plate and the electrode is not preferable because the inside of the battery becomes high temperature and the battery deteriorates when the electrode is heated.
[0013]
The present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is an electric resistance welding method in which an electrode made of aluminum or an aluminum alloy or the like and a metal plate made of a nickel alloy or the like in a polymer lithium ion secondary battery or the like. In the process of welding by welding, solve the problem of welding defects such as the loss of metal in the welded part and the formation of holes or scattering of the part around, and securely welding the electrode and the metal plate It is to provide a battery manufacturing method including an electric resistance welding process that can be performed, and to provide a highly reliable and durable battery in which a metal plate and an electrode are securely welded by such a manufacturing method. .
[0014]
  According to the inventionFirstThe battery includes a secondary battery cell capable of charging and discharging electricity, and a plate-like electrode connected to the secondary battery cell and conducting electricity during charging or discharging., ThatThickness higher than that of the electrode or thicker than the electrode even at the same melting pointFirst metal plate and lower metal plateAnd haveThe first metal plate is welded to one surface of the electrode, the second metal plate is welded at one end in the longitudinal direction to the other surface of the electrode, and the other end is wider than the one end.It is what has been.
[0015]
    BookAccording to inventionSecondThe battery includes a secondary battery cell capable of charging and discharging electricity, and a plate-like electrode connected to the secondary battery cell and conducting electricity during charging or discharging., ThatThickness higher than that of the electrode or thicker than the electrode even at the same melting pointMade of a plate, one end in the longitudinal direction was bent into a substantially U shape, and the other end was formed wider than one endWith metal plateAnd the metal plateThe electrode is sandwiched between two substantially U-shaped flat plates.BothAnd the electrode are welded.
  The third battery according to the present invention is a secondary battery cell capable of charging and discharging electricity, and a plate-like body connected to the secondary battery cell and conducting electricity at the time of charging or discharging. An electrode and a metal plate that has a higher melting point than that electrode or the same melting point and a plate thickness that is thicker than that electrode. The metal plate has an electrode sandwiched between two substantially U-shaped flat plates, and the electrodes are welded to both of the flat plates.
[0016]
  According to the inventionFirstThe battery manufacturing method is connected to a secondary battery, and a plate-like electrode that conducts electricity when the secondary battery is charged or discharged has a melting point higher than or equal to that electrode. Thicker than the electrodeThe 1st metal plate and the 2nd metal plate by which the other end was formed wider than one end of the longitudinal directionTheElectric resistance weldingIncluding the process ofIn the welding process, the first metal plate is welded to one surface of the electrode, and one end of the second metal plate is welded to the other surface of the electrode.Is.
[0017]
  BookAccording to inventionSecondThe battery manufacturing method is connected to a secondary battery, and a plate-like electrode that conducts electricity when the secondary battery is charged or discharged has a melting point higher than or equal to that electrode. Thicker than the electrodeIt consists of a plateIncluding the process of welding metal plates.The metal plate was bent at one end in the longitudinal direction into a substantially U shape, and the other end was formed wider than the one end.ShallIn the welding process,The electrode is sandwiched between two substantially U-shaped flat plates.BothAnd the electrodes are electrically resistance welded.
  Further, a third battery manufacturing method according to the present invention is connected to a secondary battery, and a plate-like electrode that conducts electricity when the secondary battery is charged or discharged, A step of welding a metal plate having a thicker thickness than that of the electrode even at a higher melting point or the same melting point and having a portion bent into a substantially U-shape; and a step of soldering the metal plate to the wiring board; In the welding process, an electrode is sandwiched between two substantially U-shaped flat plates of a metal plate, and both the flat plate and the electrode are electrically resistance welded.
[0018]
In the battery and the manufacturing method thereof according to the present invention, an electrode made of a metal material having a relatively low melting point such as aluminum or an aluminum-based alloy is sandwiched between metal plates having a melting point higher than that of the electrode, and the metal plate is subjected to electric resistance welding. Welding is performed by raising the welding temperature to a high temperature at which the surface facing the electrode can melt and form an alloy with the surface of the electrode. At this time, even if the electrode made of a metal material having a melting point lower than that of the metal plate is melted so as to penetrate in the thickness direction, the electrode of that portion is sandwiched between the upper and lower sides of the metal plate. Metal is not washed away or scattered outside. Moreover, the metal plates are welded to both the upper and lower sides of one electrode, and the mechanical strength and the area of electrical connection are larger than in the conventional case where only one of the upper and lower electrodes is welded.
[0019]
In another battery and a method for manufacturing the same according to the present invention, the metal plate is formed by connecting a single (single plate) plate into a substantially U-shape. An electrode is sandwiched between two flat plates. Therefore, a process of individually aligning and applying the metal plates one by one above and below the electrodes at the time of electric resistance welding is unnecessary.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, since the lithium ion secondary battery according to the embodiment of the present invention is embodied by a manufacturing method including a process of electric resistance welding, hereinafter, they are combined for each embodiment. I will explain.
[0021]
[First Embodiment]
FIG. 1 shows a schematic configuration of a lithium ion secondary battery according to the first embodiment of the present invention.
[0022]
The lithium ion secondary battery includes a secondary battery cell 1, a positive electrode 3, a negative electrode 5, an upper metal plate 7 a and a lower metal plate 9 a on the positive electrode side, an upper metal plate 7 b and a lower electrode on the negative electrode side. The main part is comprised from the metal plate 9b. Although these main parts are actually covered with an exterior material such as an aluminum laminate film, the exterior material is not shown here in order to clearly show the internal structure. For convenience, the upper metal plate is referred to as the upper metal plates 7a and 7b and the lower metal plate is referred to as the lower metal plates 9a and 9b with reference to the vertical direction in the figure. Needless to say, if the metal plates are welded to the both surfaces, the vertical relationship may be reversed.
[0023]
The secondary battery cell 1 is a so-called polymer lithium ion type cell using a polymer solid electrolyte, for example. In such a polymer lithium ion secondary battery cell 1, the positive electrode 3 is generally made of aluminum or an aluminum-based alloy in consideration of the internal structure. When the positive electrode 3 is made of a material different from aluminum or an aluminum-based alloy, it has a potential different from that of the positive electrode current collector inside the secondary battery cell 1 or elutes into the electrolyte. Therefore, aluminum or an aluminum-based alloy is most preferably used as the positive electrode 3. The negative electrode 5 is preferably made of, for example, nickel or a nickel-based alloy.
[0024]
The upper metal plate 7a and lower metal plate 9a on the positive electrode side, and the upper metal plate 7b and lower metal plate 9b on the negative electrode side are each a single metal plate made of nickel or a nickel-based alloy. It is thicker than the plate thickness of the electrode 5 and has high mechanical strength and good conductivity. The lower metal plates 9a and 9b on the positive electrode side and the negative electrode side are welded to the tip portions of the positive electrode side electrode 3 and the negative electrode side electrode 5, respectively, and the other end is used as an external connection terminal. It is formed in a wide shape. The upper metal plates 7a and 7b on the positive electrode side and the negative electrode side include a region where the positive electrode side electrode 3 and the negative electrode side electrode 5 are supposed to be melted at the time of electric resistance welding, and cover a wider part. Thus, the positive electrode side electrode 3 and the negative electrode side electrode 5 are welded to the upper surface of the tip portion.
[0025]
In this way, the upper metal plate 7a and the lower metal plate 9a on the positive electrode side are respectively welded to the positive electrode 3 so that the positive electrode 3 is sandwiched from above and below, and the negative electrode 5 is The upper-side metal plate 7b and the lower-side metal plate 9b on the negative electrode side are welded to the negative electrode-side electrode 5, respectively, so as to be sandwiched therebetween. Therefore, as will be described later, it is possible to eliminate the occurrence of poor welding during the electrical resistance welding, and the upper metal plates 7a and 7b and the lower metal plate 9a in the manufactured lithium ion secondary battery. , 9b and the positive electrode side electrode 3 and the negative electrode side electrode 5 can be increased in mechanical strength and electrical conductivity, and further increase in reliability and durability of the lithium ion secondary battery as a product. An improvement can be achieved.
[0026]
FIG. 2 shows an example of an electric resistance welding machine used in the process of welding the electrode and the metal plate in the lithium ion secondary battery having the above-described schematic configuration, and a welding operation performed thereby. .
[0027]
The electric resistance welding machine 200 is composed mainly of an electric welding control device 201 and electrode rods 202a and 202b. The electric welding control apparatus 201 is a direct current transistor system that discharges electricity stored in a large-capacity capacitor by a field effect transistor, or a direct current inverter system that controls a duty or frequency of an output voltage and output current using a so-called direct current inverter. Alternatively, a current generator (not shown) such as an AC power source using an AC power source set to a predetermined frequency is built in, and the electric power output from the current generator via the electrode rods 202a and 202b. Supplied to the welding spot.
[0028]
In the case of the DC transistor method, the output voltage at the time of electric resistance welding is, for example, 0.5 to 3 [V], the welding time is 5 to 300 [ms], and a relatively small electric power is duty longer than other methods. The electric resistance welding is performed by applying to the object to be welded. Also, in the case of the DC inverter method, the output voltage and output current can be controlled with high accuracy over a long time compared to the DC transistor method, so that the output current during electric resistance welding is kept at a constant value. It is possible. Therefore, according to the DC inverter method, the temperature of the welding spot can be made to follow the target value more accurately than other methods, and as a result, the welding state can be stabilized. In this DC inverter system, the output voltage at the time of electric resistance welding is, for example, 0.5-2 [V], and the welding time is 5-200 [ms].
[0029]
The electrode rods 202a and 202b may have a cylindrical shape, a rectangular parallelepiped shape, a hemispherical shape, a conical shape, a trapezoidal shape, or the like. For example, a generally cylindrical or hemispherical shape is applied. Can do.
[0030]
In this electric resistance welding machine, an upper metal plate 7a is arranged on the upper surface of the positive electrode 3 and a lower metal plate 9a is arranged on the lower surface, and these are used as welding objects, and electrode rods 202a, Electric resistance welding is performed by flowing a current of a predetermined magnitude at a predetermined timing and voltage while pressing 202b with a predetermined pressing force. At this time, it is desirable to adjust so that the positions where the electrode rods 202a and 202b are pressed are aligned vertically. Such spot welding may be performed at one place (one spot) for each welding target including the pair of positive electrode 3 and the upper metal plate 7a and the lower metal plate 9a, or two or more places. You may make it carry out. By performing spot welding at two locations, the welding can be further strengthened, and mechanical wobble between the positive electrode 3 and the upper metal plate 7a and the lower metal plate 9a can be prevented. At the same time, the electrical connection state thereof can be further improved.
[0031]
When a predetermined voltage is applied to the upper and lower electrode bars 202a and 202b, for example, the upper electrode bar 202a passes through the upper metal plate 7a, the positive electrode 3 and the lower metal plate 9a in this order to the lower electrode bar 202b. A current flows in the plate thickness direction. Then, the upper metal plate 7a, the positive electrode side electrode 3, and the lower metal plate 9a generate heat around the portion where the current flows, and eventually the portion melts, and the aluminum alloy of the positive electrode side electrode 3 and the upper portion in contact therewith The metal plate 7a and the nickel-based alloy of the lower metal plate 9a are melted together and mixed to form a new alloy, thereby realizing strong welding. At this time, the melting point of the aluminum alloy of the positive electrode 3 is about 660 ° C., and the melting points of the nickel alloys of the upper metal plate 7a and the lower metal plate 9a are about 1455 ° C., so there is a difference in melting point of about 800 ° C. . The appropriate power is supplied from the electrode rod so that a nickel-based alloy having a high melting point can be melted to form a new alloy layer together with the aluminum-based alloy (including aluminum alone). The temperature of the portion where the electrode rods 202a and 202b are in contact is a high temperature of 1500 ° C. or higher.
[0032]
At such a high temperature, the aluminum-based alloy is completely dissolved and exhibits a liquid phase. For this reason, in the conventional general electric resistance welding in which the electrode rods 202a and 202b are brought into direct contact with the positive electrode 3 made of an aluminum alloy, the aluminum alloy completely dissolved by the electrode rods 202a and 202b is obtained. Loss or scattering caused a weld failure such as a hole in that part or a brittle weld that would peel off with a weak external force.
[0033]
However, according to the electric resistance welding method of the present embodiment, the upper metal plate 7a and the lower metal plate 9a made of a nickel-based alloy having a thick plate thickness and a high melting point are formed on both the upper surface and the lower surface of the positive electrode 3. Are arranged so that the positive electrode 3 is sandwiched between them, so that even if the aluminum-based alloy of the positive electrode 3 is completely dissolved in the plate thickness direction to become a liquid phase, it flows out to the outside. It is possible to suppress (block) the upper metal plate 7a and the lower metal plate 9a.
[0034]
Moreover, although the boiling point of the aluminum-based alloy of the positive electrode 3 is about 2480 ° C., when such a high temperature is reached, the completely dissolved aluminum-based alloy may boil and scatter severely. However, according to the electric resistance welding method of the present embodiment, it is the upper metal plate 7a and the lower metal plate 9a that the electrode rod is directly contacted, and the joint surface between the electrode rod 202a and the upper metal plate 7a, The welding current flows through the electrical resistance components at the joint surface between the upper metal plate 7a and the positive electrode 3, the joint surface between the positive electrode 3 and the lower metal plate 9a, and the joint surface between the lower metal plate 9a and the electrode rod 202b. The heat generated in this way indirectly flows into the positive electrode 3. Further, since the electrode rod 202a and the electrode rod 202b are not in direct contact with the positive electrode 3, heat storage occurs during welding, and the aluminum alloy in which the positive electrode 3 is melted in the electrode rod 202 a and the electrode rod 202 b. It is possible to prevent the portion from being lost due to adhesion. Therefore, it is possible to mitigate the heating to such a high temperature that the aluminum-based alloy of the positive electrode 3 is scattered, and to avoid the aluminum alloy of the positive electrode 3 that has been completely dissolved from being scattered. Furthermore, since the pressure of the welded portion directly under the electrode rod is high, the boiling point is also high, and the aluminum alloy can be made difficult to boil. Here, the calorific value Q in the welded portion is determined by Q = I by the resistance R and welding current I of all the joint surfaces.2 XR can be represented by the formula.
[0035]
Here, in general, a very thin natural oxide film (alumina) is formed on the surface of the aluminum-based alloy. Since its melting point is 2050 ° C., when the set temperature during electric resistance welding is set to 1500 ° C. as described above, for example, the alumina of the natural oxide film is not melted and taken into the liquid phase aluminum alloy. However, there is no obstacle to the formation of a new alloy layer of an aluminum alloy and a nickel alloy, and reliable and reliable welding can be achieved.
[0036]
Further, by using an electric resistance welding machine 400 of the direct spot welding type as shown in FIG. 2, the electrode rods 402 a and 402 b are pressed from above and below the welding object, and penetrated in the plate thickness direction of the welding object. By flowing the current in this manner, the current flowing through the upper metal plate 7a and the current flowing through the lower metal plate 9a become substantially the same, and the upper and lower welding conditions can be optimized to be substantially the same.
[0037]
The upper metal plate 7a and the lower metal plate 9a can be made of different metal materials. For example, the upper metal plate 7a is an iron alloy and the lower metal plate 9a is a nickel alloy, or vice versa, the upper metal plate 7a is a nickel alloy, and the lower metal plate 9a is an iron alloy. Is also possible.
[0038]
In the above description of the welding process, the case where the positive electrode 3 is welded to the upper metal plate 7a and the lower metal plate 9a has been described in detail. However, the negative electrode 5, the upper metal plate 7b, and the lower metal plate 9b are described. Needless to say, it is also possible to perform welding with the same method as described above.
[0039]
[Second Embodiment]
FIG. 4 shows a schematic configuration of a lithium ion secondary battery according to the second embodiment of the present invention. In the present embodiment, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, description thereof will be omitted, and only different points will be described. The same applies to the embodiments after the third embodiment.
[0040]
The lithium ion secondary battery includes a secondary battery cell 1, a positive electrode 3, a negative electrode 5, a positive metal plate 11, and a negative metal plate 13. ing. Among these components, the secondary battery cell 1, the positive electrode 3 and the negative electrode 5 are the same as those in the first embodiment.
[0041]
The positive electrode side metal plate 11 and the negative electrode side metal plate 13 are each formed by externally cutting and bending a single metal plate made of nickel or a nickel-based alloy. It is thicker than the plate thickness of the electrode 5 and has high mechanical strength and good conductivity.
[0042]
The metal plates 11 and 13 on the positive electrode side and the negative electrode side are bent in a substantially U shape at one end in the longitudinal direction, and the positive electrode is formed in the gap between the two flat plates that are bent in the U shape and face each other. The side electrode 3 is welded so that the tip is sandwiched, and the other end is formed in a wide shape so as to be used as an external connection terminal.
[0043]
Each of the positive electrode side metal plates 11 covers the tip of the positive electrode side electrode 3 so as to cover a wider part of the electrode including the region expected to be melted during electric resistance welding. Since it is welded so as to be sandwiched between the letter-shaped shapes, as will be described later, it is possible to eliminate the occurrence of poor welding when the positive electrode side metal plate 11 and the positive electrode side electrode 3 are electrically resistance welded. . Further, in the manufactured secondary battery, the mechanical strength and conductivity of the structure in which the positive-side metal plate 11 and the positive-side electrode 3 are combined can be increased, and as a result, reliability and durability as a product can be enhanced. Further improvement in sex can be achieved. This applies not only to the positive electrode side but also to the welding of the negative electrode side metal plate 13 and the negative electrode 5.
[0044]
The welding of the positive electrode 3 and the metal plate 11 and the welding of the negative electrode 5 and the metal plate 13 in the lithium ion secondary battery having the above-described schematic configuration are the same as those shown in FIG. It can be performed using the welding machine 200. More specifically, as shown in FIG. 3, the tip of the positive electrode 3 is sandwiched between the U-shaped portion of one end of the metal plate 11, and the U-shaped Electrical resistance welding is performed by flowing a current of a predetermined magnitude at a predetermined timing and voltage while pressing the electrode rods 202a and 202b with a predetermined pressing force from the upper and lower surfaces of the metal plates 11 and 13, respectively. Such spot welding by the electric resistance welding method may be performed at one place per set of electrodes and metal plate, or may be performed at two or more places.
[0045]
According to the electric resistance welding method of the second embodiment, the positive electrode 3 is sandwiched between the metal plate 11 obtained by bending a nickel alloy plate having a large thickness and a high melting point into a U-shape. Therefore, even if the aluminum-based alloy of the positive electrode 3 is completely dissolved in the plate thickness direction and becomes a liquid phase, the fact that it flows out or scatters to the outside of the metal plate 11 It can be pressed down by the two formed flat plates facing each other. In addition, the movement of the molten aluminum-based alloy that is about to flow away in the side surface direction of the positive electrode side electrode 3 can be more reliably blocked at the closed side portion of the U-shaped side surface of the metal plate 11. If the molten aluminum alloy does not boil in the U-shaped release side portion, the molten aluminum alloy is obtained with the surface tension as the liquid phase and the pull back pressure in the closed side portion. Can be more reliably prevented from flowing out in the plane direction of the metal plate 1.
[0046]
Further, the boiling point of the aluminum-based alloy of the positive electrode 3 is about 2480 ° C., but when such a high temperature is reached, the completely dissolved aluminum-based alloy boils. The electrode rods 202a and 202b, which store heat at high temperatures, are in direct contact with the upper and lower flat plates processed into a U-shape of the metal plate 11, so the electrode rod 202a directly below the electrode rod 202a and the metal plate The heat generated by the welding current flowing in the electrical resistance at the joint surface with the metal plate 11 and the joint surface between the metal plate 11 and the positive electrode side electrode 3 indirectly flows into the positive electrode side electrode 3 through the metal plate 11. become. Further, the electrode rod 202a and the electrode rod 202b are not in direct contact with the positive electrode 3. In this way, the aluminum alloy of the positive electrode 3 is relieved from being heated to such a high temperature that it boils, and the aluminum alloy of the positive electrode 3 that has been completely dissolved is prevented from being washed away or scattered. be able to.
[0047]
In addition, since the metal plates 11 and 13 are formed by bending a single nickel-based alloy thin plate into a U-shape, the two flat plates sandwiching the positive electrode side electrode 3 and the negative electrode side electrode 5 from above and below are: The upper and lower metal plates 7a and 7b and the lower metal plates 9a and 9b according to the first embodiment are not plate bodies separated individually in the upper and lower directions. Therefore, since the preparation for welding is completed simply by mounting the positive electrode 3 in the U-shaped gap of such a metal plate, such a welding preparation process (pre-welding process) is further simplified. There is an advantage that you can.
[0048]
Further, since the electrode rods 202a and 202b are pressed from above and below the welding object as shown in FIG. 3 and a current can be passed through the welding object in the plate thickness direction, the metal plate 11, The current flowing in the upper part of 13 and the current flowing in the lower part thereof are substantially the same, so that the welding conditions above and below can be optimized and the reactive current can be reduced.
[0049]
Further, as shown in FIG. 5, when welding is performed using a so-called series spot welding type electric resistance welding machine 400 in which two positive and negative electrode rods 402a and 402b are arranged in parallel. Since the two electrode rods 402a and 402b are both brought into contact with the upper surface side of the object to be welded, the current during welding is the upper plate of the U-shaped metal plates 11 and 13, There is a tendency to pass through the upper surface of the positive electrode 3 or the negative electrode 5. For this reason, sufficient current does not flow on the lower U-shaped flat plate of the metal plates 11 and 13, the lower surface of the positive electrode 3 and the negative electrode 5, etc. May not be possible. However, since the upper U-shaped flat plate and the lower flat plate of the metal plates 11 and 13 are connected as a single plate, at least the upper flat plate of the metal plates 11 and 13 and the positive electrode. 3 and the upper surface of the negative electrode 5 are securely welded, so that even if the welding on the lower side is insufficient, the metal plates 11 and 13 and the positive electrode 3 or the negative electrode 5 The occurrence of complete welding failure can be reduced.
[0050]
When welding is performed using the series spot welding type electric resistance welder 400, a pedestal 405 is generally disposed under the object to be welded. As the pedestal, for example, copper, copper alloy, platinum, platinum alloy, nickel, nickel alloy, titanium, titanium alloy, chromium, chromium alloy, zirconium, zirconium alloy, beryllium, beryllium alloy, etc. Those are preferred. Alternatively, for example, an alloy of copper, cadmium, chromium, titanium, and beryllium, or alumina dispersion-strengthened copper, chromium copper, a copper-based alloy thick plate bonded with a platinum thin plate can be used. It is.
[0051]
[Third Embodiment]
FIG. 6 shows a schematic configuration of a lithium ion secondary battery according to the third embodiment of the present invention.
[0052]
The lithium ion secondary battery includes a secondary battery cell 1, a positive electrode 3 having a slit-like cut at the tip, and a negative electrode 5 similarly having a slit-like cut at the tip. The upper flat plate is provided with a slit-like cut, the positive side metal plate 15 whose tip is bent into a substantially U shape, and the upper flat plate is similarly provided with a slit-like cut. The main part is composed of the negative-side metal plate 17 whose tip is bent into a substantially U-shape.
[0053]
FIG. 5 shows a process of welding the positive electrode 3 and the metal plate 15 in this lithium ion secondary battery by the electric resistance welding method and a process of welding the negative electrode 5 and the metal plate 17 by the electric resistance welding method. Such a series spot welding type electric resistance welder 400 can be used for reliable welding. That is, as shown in FIG. 7, the electrode rod 402a is brought into contact with one of the two regions separated by the slit, and the other electrode 402b is brought into contact with the other to supply a current for electric resistance welding. Therefore, even if the current at that time tries to short-circuit the upper plate of the metal plate 15, the current is blocked by the slit provided at the center thereof, so that the metal plate 15 from the one (positive electrode) electrode rod 402 a. One region of the upper flat plate, one region of the positive electrode 3, the lower portion of the flat electrode rod 402 a on the lower side of the metal plate 15, the base 405, the lower flat plate electrode rod 402 b of the metal plate 15 The lower portion, the other region separated by the slit of the positive electrode 3, the other region separated by the upper plate slit of the metal plate 15, and the other (negative electrode) electrode rod 402 b flow in this order. , That By electrical resistance in the current path, giving reliably generate heat required for welding the positive side electrode 3 and the metal plate 15. In this way, even when a series spot welding type electric resistance welder is used, the positive electrode 3 and the metal plate 15 can be reliably and simply welded.
[0054]
Here, such a slit is provided in the metal plate 15 or the positive electrode 3 and welding using a series spot welding type electric resistance welding machine is performed as described in the first embodiment. The present invention is also applicable to a case where welding is performed in a state where the positive electrode 3 is sandwiched between the metal plates 7a and 7b. That is, as shown in FIG. 8, the upper metal plate 7a is divided into two finer plate bodies 71a and 72a, and the positive electrode side electrode 3 and the negative electrode side electrode 5 are also provided with slits at their tips, and welding is performed. Also in the case where the portion is divided into two regions 31a and 31b, as shown in FIG. 9, one piece is formed on each of the upper metal plates 71a and 71b divided into two. By bringing the electrode rods 402a and 402b into contact with each other and supplying a current for electric resistance welding, for example, the current flows from one (positive electrode) electrode rod 402a to one plate body 71a of the upper metal plate, the positive electrode side. One region 31a of the electrode 3, a portion below the electrode rod 402a in the metal plate 9a, a base 405, a portion below the electrode rod 402b in the metal plate 9a, the other region 32a across the slit of the positive electrode 3 The upper metal plates 71a, 72a, the positive electrode 3 and the other plate body 72a of the partial metal plate flow in this order to the other (negative electrode) electrode rod 402b, and by the electric resistance in the series of current paths. And the positive electrode 3 and the lower metal plate 9a are reliably heated to generate the upper metal plates 71a, 72a and the positive electrode 3 using a series spot welding type electric resistance welder. Even when the lower metal plate 9a is welded, the welding can be reliably and easily performed.
[0055]
In the above description based on FIG. 7 and FIG. 9, the electric resistance welding on the positive electrode side such as the welding of the positive electrode 3 and the metal plate 15 has been described in detail. Needless to say, welding is possible.
[0056]
[Fourth Embodiment]
FIG. 10 shows a schematic configuration of a lithium ion secondary battery according to the fourth embodiment of the present invention.
[0057]
In this lithium ion secondary battery, the metal plates 11 and 13 whose tip portions are bent into a U-shape as described in the second embodiment are welded to the positive electrode side electrode 3 and the negative electrode side electrode 5, respectively. The metal plates 11 and 13 are soldered to the printed circuit board 100 of the protection circuit.
[0058]
As schematically shown in FIG. 11, a predetermined wiring circuit pattern 101 is formed on a printed wiring board 100, and an electronic component 103 is mounted on the printed wiring board 100 to charge or discharge due to an excessive voltage or charge / discharge due to an excessive current, This constitutes a so-called protection circuit that functions to protect the secondary battery cell 1 from voltage discharge or the like.
[0059]
More specifically, a positive side metal plate connecting land 105 and a negative side metal plate connecting land 107 are provided on the surface of the printed wiring board 100, and a positive side external terminal land 109 and a negative side are provided. An external terminal connection land 111 is provided, and these are connected to the electronic component 103 via a predetermined printed circuit pattern 101 or the like. A positive electrode side external terminal 113 is soldered to the positive electrode side external terminal connection land 109, and a negative electrode side external terminal 115 is soldered to the negative electrode side external terminal connection land 111. The positive side metal plate 11 is soldered to the positive side metal plate connection land 105, and the negative side metal plate 13 is soldered to the negative side metal plate connection land 107. Soldering of these metal plates 11 and 13 is performed before or after the electrical resistance welding process between them and the positive electrode 3 or the negative electrode 5.
[0060]
A positive electrode-side external terminal 113 and a negative electrode-side external terminal 115 are exposed from the package (exterior material) of the lithium ion secondary battery to the outside, and the exposed portion is the lithium ion secondary battery. It is used as a substantial electrode for connecting to the outside.
[0061]
Thus, by soldering the metal plates 11 and 13 to the printed wiring board 100 of the protection circuit, the protection circuit can be provided in the package of the lithium ion secondary battery.
[0062]
Here, in the lithium ion secondary battery having the structure in which the upper metal plate 7a and the lower metal plate 9a as described in the first embodiment are welded to the positive electrode 3 as well, for example, FIG. By soldering the lower metal plates 9a and 9b to the printed circuit board 100 of the protection circuit as shown in FIG. 5, it is possible to provide a protection circuit in the package of the lithium ion secondary battery.
[0063]
[Fifth Embodiment]
FIG. 13 shows a schematic configuration of a lithium ion secondary battery according to the fifth embodiment of the present invention.
[0064]
The lithium ion secondary battery includes the positive electrode 3 and the negative electrode 5, respectively, having metal plates 11 and 13 whose tip portions are bent into a U-shape as described in the second embodiment. These metal plates 11 and 13 are pre-soldered to the printed circuit board 100 of the protection circuit, and the positive electrode 3 and the negative electrode 5 are sandwiched between the metal plates 11 and 13, respectively. 202b is contacted and manufactured through a process of welding the positive electrode 3 and the metal plate 11 and welding the negative electrode 5 and the metal plate 13 by an electric resistance welding method.
[0065]
As shown in FIG. 15, through holes (through holes) 141 and 143 are formed in the positive-side metal plate connecting land 105 and the negative-side metal plate connecting land 107 of the printed wiring board 100, respectively. ing.
[0066]
The positive-side metal plate 11 can be soldered to the positive-side metal plate connection land 105 provided on the surface of the printed wiring board 100 by a reflow method. For example, a so-called cream solder is applied to the surface of a copper foil or a 5 [mm] square positive-electrode-side metal plate connection land 105 on which solder plating is adhered, and the positive-electrode-side metal plate 11 is applied thereon. The metal plate 11 on the positive electrode side can be soldered to the surface of the land 105 for connecting the positive electrode side metal plate by heating to about 230 ° C. in a reflow furnace. Also, the negative-side metal plate 13 can be soldered to the surface of the negative-side metal plate connection land 107 by the same method.
[0067]
When performing electrical resistance welding between the positive electrode side metal plate 11 and the positive electrode side electrode 3 mounted in advance on the surface of the printed wiring board 100 in this way, as shown in FIG. The lower electrode rod 202b is brought into contact with the lower flat plate of the metal plate 11 through the through-hole 141 formed by drilling, and the upper electrode rod 202a is brought into contact with the upper flat plate of the metal plate 11. Then, a predetermined voltage is applied between the two electrode rods 202a and 202b, and current is supplied from the upper electrode rod 202a to the upper plate of the metal plate 11, the positive electrode 3 and the lower plate of the metal plate 11, for example. By flowing in this order to the lower electrode rod 202b, reliable welding of the metal plate 11 and the positive electrode 3 can be achieved. If the number of electrical resistance weldings is set to one, the welded portion between the positive electrode 3 and the metal plate 11 can be reduced from two points to one point. Therefore, the area of the metal plate 11 necessary for welding can be further reduced, and the U-shaped metal plate 11 can be further reduced in size, so that the external dimensions of the entire lithium ion secondary battery can be further reduced. Is also possible. The electric resistance welding between the negative electrode side metal plate 13 and the negative electrode side electrode 5 can also be performed by the same method as described above.
[0068]
Here, the structure and the electric resistance welding method as described above are lithium ions having a structure in which the upper metal plates 7a and 7b and the lower metal plate 9a are welded to the positive electrode 3 as described in the first embodiment. The present invention can also be applied to secondary batteries. For example, as shown in FIG. 16, the lower metal plate 9a is soldered to the positive-side metal plate connection land 105 of the printed circuit board 100 of the protection circuit, and the printed circuit board 100 is previously drilled by drilling. The lower electrode rod 202b is brought into contact with the lower metal plate 9a through the through hole 141, and the upper electrode rod 202a is brought into contact with the upper metal plate 7a so that a predetermined current flows through the upper and lower electrode rods 202a and 202b. Thus, the welding of the upper metal plate 7a and the positive electrode side electrode 3 and the welding of the lower metal plate 9a and the positive electrode side electrode 3 are surely performed, and the lithium ion secondary battery having a schematic configuration as shown in FIG. Can be manufactured.
[0069]
It should be noted that a relatively thick nickel layer (not shown) having a thickness of, for example, 15 to 500 [μm] is plated on the surface of the positive-side metal plate connection land 105 of the printed wiring board 100 provided with the through hole. By forming by a method or the like, the lower metal plate 9a can be omitted by using the nickel layer instead of the lower metal plate 9a, and further simplification of the configuration can be achieved. In this case, after or before the formation of the nickel layer, a so-called blind hole is formed by embedding a conductive metal material such as solder or copper in the through hole 141 by, for example, an electroless plating method or a solder plating method. It is desirable to be in the state. The metal material embedded in the through-hole 141 can block the nickel layer hole on the surface of the printed wiring board 100 and prevent the molten aluminum alloy of the positive electrode 3 from flowing out. A current can be conducted between the lower surface of the printed wiring board 100 and the nickel layer on the surface (upper surface) through the metal material embedded in the hole 141.
[0070]
As described above, even if the nickel layer is used in place of the lower metal plate 9a or 9b and the metal material is embedded in the through hole 141 or 143, it is possible to reliably use the electric resistance welding machine as shown in FIGS. Electrical resistance welding can be performed.
[0071]
[Sixth Embodiment]
FIG. 18 illustrates a schematic configuration of a lithium ion secondary battery according to the sixth embodiment of the present invention.
[0072]
In this lithium ion secondary battery, the positive electrode 3 made of an aluminum-based alloy is welded so as to be sandwiched between the U-shaped metal plates 11 as described in the second embodiment. .
[0073]
On the other hand, the negative electrode side electrode 51 made of a nickel-based alloy is bent into a shape in which the tip portion is folded back into a substantially U shape, and the negative electrode side electrode 51 is formed with aluminum at the tip portion of the U shape. A metal plate 53 on the negative electrode side made of an alloy is welded so as to be sandwiched. With such a structure, the metal plate 53 on the negative electrode side and the negative electrode 51 can be electrically resistance-welded. In this case, the electric resistance welding can be performed by applying the same technique as that described in each of the above embodiments. That is, the negative electrode side metal plate 53 made of an aluminum-based alloy having a low melting point is sandwiched from above and below by the tip of the negative electrode side electrode 51 having a high melting point and formed in a U-shape, so that they have electric resistance. By welding by a welding method, even if the aluminum-based alloy of the metal plate 53 on the negative electrode side is completely melted in the thickness direction, the negative electrode having a high melting point can be prevented from flowing out or scattered. It can be suppressed by the side electrode 51. Here, as the metal plate 51 on the negative electrode side, for example, a plate body made of aluminum, an aluminum alloy, copper, a copper alloy, silver, a silver alloy, or the like, or made of the same nickel alloy as the negative electrode 5 is used. A plate having a thickness larger than that of the negative electrode 5 can be applied.
[0074]
The welding rod 202 (202a, 202b) needs to have high hardness, electrical conductivity, and thermal conductivity, and is made of, for example, a copper alloy such as chromium copper or alumina dispersion strengthened copper. The tip shape of the welding rod 202 is, for example, a hemispherical shape as shown in FIG. 19A, a conical shape as shown in FIG. 19B, a cylindrical shape as shown in FIG. A trapezoidal shape with the tip of the cone cut flat as shown in Fig. 5), a combination of a hemisphere with the tip of the hemisphere cut flat with a flat surface as shown in Fig. 2E, or the shape shown in Fig. 2F. It is preferable to use a polygonal pyramid shape such as a quadrangular pyramid shape (pyramid shape).
[0075]
Among these, the hemispherical shape is the most preferable tip shape of the welding rod 202. According to this shape, when the welding rod 202 is pressed against the object to be welded, a high pressure is applied to the center of the tip of the welding rod 202, and the welding current flows in a concentrated manner. As a result, the object to be welded is melted and an alloy layer is easily formed. Further, since the place where the alloy layer is formed is always fixed at the center of the welding rod 202, the distance between the two welds where the welding current flows is fixed, and the welding conditions are stable and preferable. Furthermore, since the pressure when the welding rod 202 is pressed against the welding object decreases from the center of the welding rod 202 to the periphery, even if the welding object melts at the center of the welding rod 202, It does not melt completely, and it is difficult to form holes in the welding object. Here, the welding current becomes weaker from the center of the welding rod 202 toward the periphery in proportion to the pressure.
[0076]
An effective hemispherical tip shape is, for example, a cylinder having a diameter of 0.5 mm to 10 mm and a radius of the tip hemisphere of 0.5 mm to 5 mm. The optimal hemispherical tip shape is that the diameter of the cylinder 10 mm above the tip of the welding rod 202 is 3 mm, the diameter of the cylinder 1 mm above the tip of the welding rod 202 is 1.5 mm, and the radius of the hemisphere at the tip Is 1.5 mm.
[0077]
The conical shape acts in substantially the same manner as the hemispherical shape and is a relatively good tip shape. The tip angle of the cone is preferably an obtuse angle of 140 ° to 175 °, and the diameter of the cylinder is preferably 0.5 mm to 5 mm. The optimum cone tip shape is that the diameter of the cylinder 10 mm above the tip of the welding rod 202 is 3 mm, the diameter of the cylinder 1 mm above the tip of the welding rod 202 is 1.5 mm, and the cone angle at the tip is It is 170 degrees. If the angle of the tip is an acute angle of 90 degrees or less, a high pressure is applied to the center, and a hole may be formed in the welding target or the area through which the welding current flows may be reduced. Absent. The polygonal pyramid shape is the same as the conical shape.
[0078]
For example, the cylindrical shape is the most common shape when welding nickel plates, but the current value for welding varies, so the welding strength also tends to vary, and a certain percentage of welding defects occur. There is a possibility that. For example, when the welding rod 202 is pressed against an object to be welded during electric resistance welding, a high pressure is applied to a smaller portion in the circular shape at the tip of the welding rod 202 and a welding current flows therethrough. Depending on the oxidation state and deterioration state of the steel, the state of the pedestal 20, or the surface state of the object to be welded, the location of the welded part is accidentally moved for each welding. Therefore, the distance between the two welds cannot be kept constant, the resistance value and the current value between the two welding rods 202 change, the temperature of the weld changes, and the welding strength changes. This is not preferable. Furthermore, if the voltage or current during welding is increased, the object to be welded may be completely melted and a hole may be formed. However, since the area of the tip is wider than the hemispherical shape, the alloy layer may be formed with a large area. In addition, there is an advantage that the polishing work after repeated use for welding is extremely simple and the work cost is low.
[0079]
A trapezoidal shape in which the tip of the cone is cut flat, or a shape in which the tip of the semicircle is cut flat also acts in substantially the same manner as the hemispherical shape, and is a relatively good tip shape. Moreover, when the area where a high pressure is applied is compared, there is a possibility that an alloy layer is formed with a larger area than the hemispherical shape. However, if the voltage or current during welding is considerably increased, the welding object may be completely melted and a hole may be formed, which may be undesirable.
[0080]
【The invention's effect】
As described above, according to the method for manufacturing a secondary battery according to any one of claims 1 to 14 or a secondary battery according to any one of claims 15 to 27, such as aluminum or an aluminum-based alloy. The electrode made of a metal material having a relatively low melting point is sandwiched between the upper and lower electrodes of a metal plate having a higher melting point than the electrode, and the surface facing the electrode of the metal plate is melted by electric resistance welding or other welding methods. Since the welding temperature is raised to a high temperature that can form an alloy with the surface of the metal, the problem that welding failure occurs in the process of welding the electrode and the metal plate is solved. The secondary battery in which the electrode and the metal plate are reliably mechanically and electrically welded can be realized. As a result, the manufacturing yield can be improved, and the manufacturing cost can be further reduced. Further, by making the electrode and the metal plate mechanically and electrically reliable without causing poor welding, the durability and reliability of the secondary battery can be increased. In addition, since the metal plates are welded to the upper and lower surfaces of one electrode, the mechanical strength and the mechanical strength are higher than in the conventional case where the metal plate is welded to only one of the upper and lower surfaces of the electrode. The area of electrical connection can be increased, and as a result, the durability and reliability of the secondary battery can be further increased.
[0081]
Further, in particular, according to the method for manufacturing a secondary battery according to any one of claims 8 to 14 or a secondary battery according to any one of claims 21 to 27, a plate body in which metal plates are connected is further provided. It was formed by bending in a substantially U-shape, and the electrodes were sandwiched between the two U-shaped flat plates. The process of aligning and applying the metal plates individually is unnecessary, and as a result, the welding of the electrode and the metal plate is ensured, while the structure of the secondary battery or the manufacturing method including the welding process is included. There is an effect that further simplification can be achieved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a lithium ion secondary battery according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 shows an example of an in-line (direct) spot welding type electric resistance welding machine used in the process of welding an electrode and a metal plate in the first embodiment of the present invention, and an example of a welding operation performed thereby. FIG.
FIG. 3 is a diagram showing an example of an in-line spot welding type electric resistance welder used in a process of welding an electrode and a metal plate in a second embodiment of the present invention, and a welding operation performed thereby. It is.
FIG. 4 is a diagram showing a schematic configuration of a lithium ion secondary battery according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing an example of a series spot welding type electric resistance welder used in a process of welding an electrode and a metal plate and an example of a welding operation performed by the electric resistance welder.
FIG. 6 is a diagram showing a schematic configuration of a lithium ion secondary battery according to a third embodiment of the present invention.
7 is a view showing a state in which an electrode and a metal plate in the secondary battery shown in FIG. 5 are welded.
FIG. 8 shows a lithium ion secondary battery in which the upper metal plate is divided into two finer plates, and the positive electrode side electrode is also provided with a slit at the tip, and the portion to be welded is divided into two regions. FIG.
9 is a view showing a state in which the positive electrode, the upper metal plate, and the lower metal plate are welded in the lithium ion secondary battery having the schematic configuration shown in FIG.
FIG. 10 is a diagram showing a schematic configuration of a lithium ion secondary battery according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a diagram showing a schematic configuration of a printed wiring board.
12 is a diagram showing a schematic configuration when a printed wiring board of a protection circuit is incorporated in a lithium ion secondary battery having a structure in which an upper metal plate and a lower metal plate are welded to a positive electrode.
FIG. 13 is a diagram showing a schematic configuration of a lithium ion secondary battery according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a diagram illustrating a state in which a positive electrode side metal plate and a positive electrode side electrode, which are mounted in advance on the surface of a printed wiring board, are welded by an electric resistance welding method.
FIG. 15 is a diagram showing a printed wiring board in which one through hole is formed in each of the positive-side metal plate connecting land and the negative-side metal plate connecting land.
FIG. 16 is a diagram showing a state in which a positive-side lower metal plate, a positive-side electrode, and an upper metal plate, which are mounted in advance on the surface of a printed wiring board, are welded by an electric resistance welding method.
17 is a diagram showing a schematic configuration of a lithium ion secondary battery obtained through an electric resistance welding process by the method shown in FIG.
FIG. 18 is a diagram showing a schematic configuration of a lithium ion secondary battery according to a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 19 is a diagram showing a variation of a welding rod applicable to electric resistance welding.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Secondary battery cell, 3 ... Positive electrode side electrode, 5 ... Negative electrode side electrode, 7a, 7b ... Upper metal plate, 9a, 9b ... Lower metal plate, 11, 13 ... Metal plate, 100 ... Printed wiring board.

Claims (20)

電気の充電および放電が可能な二次電池セルと、
その二次電池セルに接続され、充電の際または放電の際に前記電気を導通させる板体状の電極と、
前記電極よりも高い融点または同じ融点でも前記電極よりも厚い板厚の第１の金属板および第２の金属板とを有し、
前記第１の金属板は、前記電極の一方の面に溶接され、
前記第２の金属板は、長手方向の一端が前記電極の他方の面に溶接され、かつ他端が前記一端よりも幅広に形成されている
電池。A secondary battery cell capable of charging and discharging electricity;
It is connected to the secondary battery cells, and when or discharge plate-like electrode to conduct the electrical during charging,
Before SL also has a first metal plate and a second metal plate thicker plate thickness than the electrode with a high melting point or the same melting point than the electrode,
The first metal plate is welded to one surface of the electrode;
The second metal plate has one end in the longitudinal direction welded to the other surface of the electrode and the other end formed wider than the one end.
Batteries. 電気の充電および放電が可能な二次電池セルと、
その二次電池セルに接続され、充電の際または放電の際に前記電気を導通させる板体状の電極と、
前記電極よりも高い融点または同じ融点でも前記電極よりも厚い板厚の板体からなり、長手方向の一端が略コの字型に曲げられると共に、他端が前記一端よりも幅広に形成された金属板とを有し、
前記金属板の略コの字型の２つの平板の間に前記電極が挟み込まれて、その平板の両方と前記電極とが溶接されている
電池。A secondary battery cell capable of charging and discharging electricity;
It is connected to the secondary battery cells, and when or discharge plate-like electrode to conduct the electrical during charging,
Before SL becomes a thick plate thickness of plate member than the electrode even at high melting point or the same melting point than the electrode, the one longitudinal end is bent -like sectional shape, wider is formed than the one end the other end It was closed and a metal plate,
Said electrode is sandwiched between the two flat plate-shaped substantially U before Symbol metal plate, that said electrodes and both of the flat plate is welded
Batteries. 電気の充電および放電が可能な二次電池セルと、A secondary battery cell capable of charging and discharging electricity;
その二次電池セルに接続され、充電の際または放電の際に前記電気を導通させる板体状の電極と、A plate-like electrode connected to the secondary battery cell and conducting the electricity during charging or discharging; and
前記電極よりも高い融点または同じ融点でも前記電極よりも厚い板厚の板体からなり、略コの字型に折り曲げられた部位を有する金属板と、A metal plate having a higher melting point than the electrode or the same melting point and a plate body having a thicker thickness than the electrode, and having a portion bent into a substantially U-shape;
前記金属板がはんだ付けにより接続された配線基板とを有し、A wiring board to which the metal plate is connected by soldering;
前記金属板は、前記略コの字型の２つの平板の間に前記電極を挟み込み、その平板の両方に前記電極が溶接されているThe metal plate sandwiches the electrode between two substantially U-shaped flat plates, and the electrodes are welded to both of the flat plates.
電池。battery. 前記電極が、アルミニウムまたはアルミニウム系合金からなるものであり、
前記金属板が、ニッケルまたはニッケル系合金、鉄または鉄系合金からなるものである
請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載の電池。The electrode is made of aluminum or an aluminum-based alloy,
The metal plate is made of nickel or a nickel-based alloy, iron or an iron-based alloy.
The battery according to any one of claims 1 to 3 . 前記電極と前記金属板とが電気抵抗溶接されている
請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載の電池。Is that is electric resistance welding with the metal plate and the electrode
The battery according to any one of claims 1 to 3 . 前記金属板が、配線基板上に配置されたものである
請求項１または２記載の電池。The metal plate is Ru der those disposed on the wiring substrate
The battery according to claim 1 or 2 . 前記金属板が、さらに前記電極とは別の接続用端子に接続されている
請求項１または２記載の電池。The metal plate is further connected to a connection terminal different from the electrode.
The battery according to claim 1 or 2 . 前記接続用端子が配線基板上に設けられており、前記接続用端子と前記金属板とがはんだ付けによって接続されている
請求項７記載の電池。Wherein and connection terminals provided on a wiring board, the connecting terminal and the metal plate that is connected by soldering
The battery according to claim 7 . 前記配線基板が、前記電池の保護回路用のプリント配線基板である
請求項８記載の電池。The wiring board, Ru printed wiring board der for the protection circuit of the battery
The battery according to claim 8 . 前記配線基板は、前記金属板と前記電極とを溶接するための貫通孔を有するThe wiring board has a through hole for welding the metal plate and the electrode.
請求項３記載の電池。The battery according to claim 3. 二次電池に接続されており、その二次電池の充電の際または放電の際に電気を導通させる板体状の電極に、その電極よりも高い融点または同じ融点でもその電極よりも厚い板厚の、第１の金属板および長手方向の一端よりも他端が幅広に形成された第２の金属板を電気抵抗溶接する工程を含み、
前記溶接工程において、前記電極の一方の面に前記第１の金属板を溶接し、前記電極の他方の面に前記第２の金属板の一端を溶接する
電池の製造方法。A plate-like electrode that is connected to a secondary battery and that conducts electricity when the secondary battery is charged or discharged has a higher melting point than the electrode or a plate thickness that is thicker than the electrode even at the same melting point. of, look including the step of the other end than the one end of the first metal plate and the longitudinal direction is electric resistance welded to a second metal plate which is formed wider,
The battery manufacturing method , wherein, in the welding step, the first metal plate is welded to one surface of the electrode, and one end of the second metal plate is welded to the other surface of the electrode . 二次電池に接続されており、その二次電池の充電の際または放電の際に電気を導通させる板体状の電極に、その電極よりも高い融点または同じ融点でもその電極よりも厚い板厚の板体からなる金属板を溶接する工程を含み、
前記金属板を長手方向の一端が略コの字型に曲げられると共に、他端が前記一端よりも幅広に形成されたものとし、
前記溶接工程において、前記金属板の略コの字型の２つの平板の間に前記電極を挟み込んで、その平板の両方と前記電極とを電気抵抗溶接する
電池の製造方法。A plate-like electrode that is connected to a secondary battery and that conducts electricity when the secondary battery is charged or discharged has a higher melting point than the electrode or a plate thickness that is thicker than the electrode even at the same melting point. look including the step of welding the metal plate made of a plate member,
One end of the metal plate in the longitudinal direction is bent into a substantially U shape, and the other end is formed wider than the one end .
In the welding step, the electrode is sandwiched between two substantially U-shaped flat plates of the metal plate, and both the flat plate and the electrode are electrically resistance-welded. 二次電池に接続されており、その二次電池の充電の際または放電の際に電気を導通させる板体状の電極に、その電極よりも高い融点または同じ融点でもその電極よりも厚い板厚を有すると共に、略コの字型に折り曲げられた部位を有する金属板を溶接する工程と、A plate-like electrode that is connected to a secondary battery and that conducts electricity when the secondary battery is charged or discharged has a higher melting point than the electrode or a plate thickness that is thicker than the electrode even at the same melting point. And welding a metal plate having a portion folded into a substantially U-shape;
配線基板に、前記金属板をはんだ付けする工程とを含み、Soldering the metal plate to the wiring board,
前記溶接工程において、前記金属板の略コの字型の２つの平板の間に前記電極を挟み込んで、その平板の両方と前記電極とを電気抵抗溶接するIn the welding step, the electrode is sandwiched between two substantially U-shaped flat plates of the metal plate, and both the flat plate and the electrode are electrically resistance-welded.
電池の製造方法。Battery manufacturing method. 前記電極を、アルミニウムまたはアルミニウム系合金からなるものとし、
前記金属板を、ニッケルまたはニッケル系合金、鉄または鉄系合金からなるものとした
請求項１１乃至１３のうちいずれか１項に記載の電池の製造方法。The electrode is made of aluminum or an aluminum-based alloy,
The method for manufacturing a battery according to claim 11 , wherein the metal plate is made of nickel, a nickel-based alloy, iron, or an iron-based alloy. 前記金属板を、さらに前記電極とは別の接続用端子に接続する工程を含む
請求項１１または１２記載の電池の製造方法。The method for manufacturing a battery according to claim 11 , further comprising a step of connecting the metal plate to a connection terminal different from the electrode. 前記接続用端子を配線基板上に設けておき、前記接続用端子と前記金属板とをはんだ付けによって接続する
請求項１５記載の電池の製造方法。The battery manufacturing method according to claim 15 , wherein the connection terminal is provided on a wiring board, and the connection terminal and the metal plate are connected by soldering. 前記配線基板を、前記電池の保護回路用のプリント配線基板とした
請求項１６記載の電池の製造方法。The battery manufacturing method according to claim 16 , wherein the wiring board is a printed wiring board for a protection circuit of the battery. 前記第２の金属板を配線基板上に設け、前記金属板と前記電極とを電気抵抗溶接する際に前記第２の金属板の表面に当接される電極棒を挿通させる貫通孔を前記配線基板に穿設しておき、前記電極をその両面から前記第１の金属板および前記第２の金属板で挟むようにして、一方の金属板に当接させた電極棒から前記電極を介して他方の金属板の金属板に当接させた電極棒へと電流を導通させて前記電気抵抗溶接を行う
請求項１１記載の電池の製造方法。 The second metal plate is provided on a wiring board, and when the metal plate and the electrode are subjected to electric resistance welding, a through-hole through which an electrode rod that comes into contact with the surface of the second metal plate is inserted substrate advance drilled in, and the electrode from both sides so as to sandwich in the first metal plate and the second metal plate, the other from the electrode rod is brought into contact with one of the metal plate via the electrode The method for manufacturing a battery according to claim 11, wherein the electric resistance welding is performed by conducting a current to an electrode rod in contact with the metal plate of the metal plate. 前記金属板を配線基板上に設け、その金属板と前記電極とを電気抵抗溶接する際に前記金属板の表面に当接される電極棒を挿通させる貫通孔を前記配線基板に穿設しておき、前記金属板の略コの字型の２つの平板の間に前記電極を挟み込んで、一方の平板に当接させた電極棒から前記電極を介して他方の平板に当接させた電極棒へと電流を導通させて前記電気抵抗溶接を行う
請求項１２記載の電池の製造方法。The metal plate is provided on the wiring board, and a through-hole is formed in the wiring board for inserting an electrode rod that comes into contact with the surface of the metal plate when the metal plate and the electrode are subjected to electric resistance welding. The electrode rod is sandwiched between two substantially U-shaped flat plates of the metal plate, and is brought into contact with the other flat plate through the electrode from the electrode rod brought into contact with one flat plate. The method for manufacturing a battery according to claim 12, wherein the electric resistance welding is performed by causing a current to flow through the battery. 前記配線基板に、前記金属板と前記電極とを電気抵抗溶接する際に前記金属板の表面に当接される電極棒を挿通させる貫通孔を穿設しておき、一方の平板に当接させた電極棒から前記電極を介して他方の平板に当接させた電極棒へと電流を導通させて前記電気抵抗溶接を行うA through hole is formed in the wiring board to allow insertion of an electrode rod that comes into contact with the surface of the metal plate when the metal plate and the electrode are subjected to electric resistance welding, and is brought into contact with one flat plate. The electrical resistance welding is performed by conducting a current from the electrode rod to the electrode rod in contact with the other flat plate through the electrode.
請求項１３記載の電池の製造方法。The method for producing a battery according to claim 13.
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