(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器と、
前記容器内に収納され、正極及び負極を含む電極群と、
前記電極群の前記正極または前記負極から複数延出されて金属箔が重ね合わされた集電タブと、前記集電タブの少なくとも一方に超音波接合によって接合されるリードと、
前記容器の開口部を塞ぐ蓋と、
前記蓋に設けられ、前記リードを介して前記集電タブと接続される外部端子とを備え、
前記リードは、前記集電タブとの超音波接合部から外部端子へ向かう途中において前記電極群の厚さ方向に拡大させて断面積が増加し、
前記リードの前記集電タブと向き合っている面側は平面からなることを特徴とする電池。
【請求項２】
前記リードは、前記超音波接合部から前記外部端子へ向かう途中において断面積が階段状に増加する階段部を有することを特徴とする請求項１記載の電池。
【請求項３】
前記リードは、前記超音波接合部から前記外部端子へ向かう途中において断面積が徐々に増加するテーパ部を有することを特徴とする請求項１記載の電池。
【請求項４】
前記リードは、前記超音波接合部から前記外部端子へ向かう途中において断面積が徐々に増加する曲面部を有することを特徴とする請求項１記載の電池。
【請求項５】
前記リードには前記集電タブの前記金属箔を挟むように設けられたクリップ板が接続されていることを特徴とする請求項１、３または４のいずれか１項記載の電池。
【請求項６】
正極と負極とを含む電極群の前記正極または前記負極から複数延出されて金属箔が重ね合わされた集電タブを形成する集電タブ工程と、
前記集電タブの一方の面側に、前記集電タブと外部端子とを接続するリードを配置し、前記リードが前記集電タブの金属箔との超音波接合部から外部端子へ向かう途中において前記電極群の厚さ方向に拡大させて断面積が増加し、前記リードの前記集電タブと向き合っている面側は平面からなるリード工程と、
前記集電タブの他方の面側にステージを配置するステージ工程と、
超音波振動部により前記リードと前記集電タブの金属箔と前記ステージとに荷重をかけて超音波振動させることにより前記リードと前記集電タブの金属箔とを超音波接合する超音波接合工程と、
を含むことを特徴とする電池の超音波接合方法。
【請求項７】
前記リードは、前記超音波接合部から前記外部端子へ向かう途中において断面積が階段状に増加する階段部を有することを特徴とする請求項６記載の電池の超音波接合方法。
【請求項８】
前記リードは、前記超音波接合部から前記外部端子へ向かう途中において断面積が徐々に増加するテーパ部を有することを特徴とする請求項６記載の電池の超音波接合方法。
【請求項９】
前記リードは、前記超音波接合部から前記外部端子へ向かう途中において断面積が徐々に増加する曲面部を有することを特徴とする請求項６記載の電池の超音波接合方法。
【請求項１０】
前記集電タブの金属箔をクリップ板で挟むクリップ板工程を含み、
前記超音波接合工程は、超音波振動部により前記リードと前記集電タブの金属箔と前記ステージと前記クリップ板とに荷重をかけて超音波振動させることにより前記リードと前期クリップ板と前記集電タブの金属箔とを超音波接合することを特徴とする請求項６乃至請求項９のいずれか１項記載の電池の超音波接合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池等の電池及び電池の超音波接合方法に関し、特に、非水電解質二次電池の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ハイブリッド自動車や電気自動車に搭載する車載用二次電池、電力平準化に使用される電力貯蔵用二次電池として好適な、急速充電および高出力放電が可能でかつサイクル性能に優れた非水電解質二次電池が開発されている。
【０００３】
このような二次電池は、例えば特許文献１に示すように、帯状の正極と負極とを、セパレータを介して捲回し扁平状にした電極群と、電極群を浸潤する電解液とが電池容器に収容された構造となっている。
【０００４】
また、この電極群の前後の両端部には、正極の集電体となる金属箔と負極の集電体となる金属箔が捲回によって重なり合って突出し、図７に示すように集電タブ２ａ，２ｂを形成している。集電タブ２ａ，２ｂには、電流を取り出す外部端子へと電気的に連通するリード５が接続される。
【０００５】
リード５は、発電要素の前後の端部に突出する集電タブ２ａ，２ｂの金属箔に重ね合わせて超音波接合により接続される。ただし、リード５と集電タブ２ａ，２ｂの金属箔とを直接、超音波接合したのでは、薄い金属箔が破断したり、リード５の位置がずれて接続されたりするおそれがある。
【０００６】
そこで、これらの集電タブ２ａ，２ｂの金属箔をクリップ状の板４ａ，４ｂで挟んで、リード５と重ね合わせ、その上下から超音波接合を行っていた。この場合、リード５としては、集電タブ２ａ，２ｂとの接続部から外部端子もしくは外部端子へと連通する部品までの間の断面積が均一な板材が用いられていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−２６４９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
また、リード５には、超音波接合を容易にするために、矩形断面の板材が用いられる。電池の急速充電性能や高出力放電性能を向上するためには、電極群から外部端子の間の電気抵抗を低下させる必要がある。このためには、リード５の断面積を増加させる必要がある。
【０００９】
製品の制約上、リード５の断面積を電極群の捲回軸方向、すなわち幅方向へ拡大することが困難な場合、電極群の捲回軸方向と直交する方向、すなわち厚さ方向に拡大させることになる。
【００１０】
しかしながら、リード５が厚くなると、集電タブ２ａ，２ｂとの接続時に印加する超音波振動に対する剛性が増加し、接合に必要な超音波振動が伝達しにくくなる。その結果、集電タブ２ａ，２ｂの金属箔とリード５が十分に接合されず、必要な接合強度の確保が困難になる。
【００１１】
また、集電タブ２ａ，２ｂの金属箔とリード５とを接合する方法として、前述した超音波接合以外に、レーザ溶接が知られている。このレーザ溶接によれば、レーザを用いて集電タブ２ａ，２ｂの金属箔とリード５とを接合するが、レーザ接合部においては、レーザの熱によりセパレータがダメージを受ける懸念からレーザの出力を大きくできず、接合強度を確保できなくなるおそれがあった。
【００１２】
本発明が解決しようとする課題は、超音波接合を用いて、リードの低電気抵抗化と超音波接合強度の確保とを両立することができる電池及び電池の超音波接合方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するために、実施形態に係る電池によれば、容器と、前記容器内に収納され、正極及び負極を含む電極群と、前記電極群の前記正極または前記負極から複数延出されて金属箔が重ね合わされた集電タブと、前記集電タブの少なくとも一方に超音波接合によって接合されるリードと、前記容器の開口部を塞ぐ蓋と、前記蓋に設けられ、前記リードを介して前記集電タブと接続される外部端子とを備え、前記リードは、前記集電タブとの超音波接合部から外部端子へ向かう途中において前記電極群の厚さ方向に拡大させて断面積が増加し、前記リードの前記集電タブと向き合っている面側は平面からなることを特徴とする。
【００１４】
また、実施形態に係る電池の超音波接合方法によれば、正極と負極とを含む電極群の前記正極または前記負極から複数延出されて金属箔が重ね合わされた集電タブを形成する集電タブ工程と、前記集電タブの一方の面側に、前記集電タブと外部端子とを接続するリードを配置し、前記リードが前記集電タブの金属箔との超音波接合部から外部端子へ向かう途中において前記電極群の厚さ方向に拡大させて断面積が増加し、前記リードの前記集電タブと向き合っている面側は平面からなるリード工程と、前記集電タブの他方の面側にステージを配置するステージ工程と、超音波振動部により前記リードと前記集電タブの金属箔と前記ステージとに荷重をかけて超音波振動させることにより前記リードと前記集電タブの金属箔とを超音波接合する超音波接合工程とを含むことを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第1の実施形態に係る電池の構成を示す斜視図である。
【図２】第1の実施形態に係る電池の正極リードと正極集電タブとの接続部付近の斜視図である。
【図３】第1の実施形態に係る電池のリード先端部と蓋と外部端子との間の断面図である。
【図４】リードと集電タブとの超音波接合を行うための断面図である。
【図５】第２の実施形態に係る電池の断面積を漸増させた正極リードと正極集電タブとの接続部付近の斜視図である。
【図６】第３の実施形態に係る電池の断面積の変化部に曲面を設けた正極リードと正極集電タブとの接続部付近の斜視図である。
【図７】従来の電池の構成を示す正極集電タブ付近の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態の電池及び電池の超音波接合方法を図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１７】
（第1の実施形態）
図１は、本発明の実施の形態に係わる電池の構成を示す斜視図である。図２は、第1の実施形態に係る電池の正極リードと正極集電タブとの接続部付近の斜視図である。図1に示す電池は、非水電解質からなる電池であって、容器１２と、容器１２内に収納され、正極及び負極を含む電極群１の正極または負極から複数延出されて重ね合わされた集電タブ２ａ，２ｂ（３ａ，３ｂ）と、集電タブ２ａ，２ｂ（３ａ，３ｂ）の少なくとも一方に超音波接合によって接合されるリード５ａ〜５ｃ（６ａ〜６ｃ）と、容器１２の開口部を塞ぐ蓋１１と、蓋１１に設けられ、リード５ａ〜５ｃ（６ａ〜６ｃ）を介して集電タブ２ａ，２ｂ（３ａ，３ｂ）と接続される外部端子９（１０）とを備えている。
【００１８】
リード５ａ〜５ｃ（６ａ〜６ｃ）は、集電タブ２ａ，２ｂ（３ａ，３ｂ）との超音波接合部から外部端子９，１０へ向かう途中において断面積が増加する。
【００１９】
容器１２は、例えば、アルミニウムもしくはアルミニウム合金などの金属板を成形してなる。電極群1は、例えば、シート状の正極と、シート状の負極とを、図示しないセパレータを間にして渦巻状に捲回したのち、容器１２へ収納できる扁平状に成形して作製される。
【００２０】
正極は、正極活物質をアルミニウム箔もしくはアルミニウム合金箔からなる集電体に塗着することにより作製される。図示しない非水電解液は容器１２内に収容されており、電極に含浸されている。正極集電タブ２ａ，２ｂは、正極の集電体を部分的に延出させたものとなっている。
【００２１】
また、負極集電タブ３ａ，３ｂは、負極の集電体を部分的に延出させたものとなっている。正極リード５ａ〜５ｃ及び負極リード６ａ〜６ｃは、それぞれの極の集電タブの金属箔に重ね合わせて、正極接続部７及び負極接続部８において、超音波接合により接続される。
【００２２】
接続時に集電タブ２ａ，２ｂ（３ａ，３ｂ）の薄い金属箔が破断したり、重なり合った集電タブ２ａ，２ｂ（３ａ，３ｂ）の位置がずれたりすることを防ぐため、集電タブ２ａ，２ｂ（３ａ，３ｂ）の金属箔をクリップ状の板４ａ，４ｂで挟んでリード５ａ〜５ｃ（６ａ〜６ｃ）と重ね合わせ、その上下から超音波溶接を行う。
【００２３】
図３は、第1の実施形態に係る電池のリード先端部５０と蓋１１と外部端子９との間の断面図である。リード５ａのリード先端部５０は、外部端子９に電気的に接続されている。リード先端部５０と蓋１１との間にはプラスチック１３が配置され、外部端子９と蓋１１との間にはプラスチック１４が配置され、外部端子９と蓋１１とが電気的に絶縁されている。なお、リード先端部５０と蓋１１と外部端子１０との間も同様である。
【００２４】
リード５ａ〜５ｃは、正極集電タブ２ａ，２ｂと正極外部端子９とを電気的に接続する。リード６ａ〜６ｃは、負極集電タブ３ａ，３ｂと負極外部端子１０とを電気的に接続する。リードは、厚さの厚いリード５ａ（６ａ）とリードの断面積が階段状に変化する階段部５ｂ（６ｂ）と厚さの薄いリード５ｃ（６ｃ）とからなる。厚さの薄いリード５ｃ（６ｃ）には、集電タブ２ａ，２ｂとの超音波接合部（正極接続部７及び負極接続部８）が形成されている。
【００２５】
即ち、超音波接合部が形成されたリード５ｃ（６ｃ）の厚さを薄くすることで、リード５ｃ（６ｃ）と集電タブ２ａ，２ｂ（３ａ，３ｂ）との接合に必要な超音波振動を伝達しやすくなる。
【００２６】
また、超音波接合部の付近のリード５ｃ（６ｃ）を薄くし、超音波接合部から外部端子９（１０）へと向かう途中で厚さを増したリード５ａ（６ａ）と変えることで、集電タブ２ａ，２ｂ（３ａ，３ｂ）から外部端子９（１０）へと電流を伝達する経路の、断面積の減少による電気抵抗の上昇を最小限に抑えることができる。この際、断面積が増加する箇所が、超音波接合部に近いほど、電気抵抗の上昇を抑えることができる。
【００２７】
図４は、リード5と集電タブ6との超音波接合を行うための断面図である。図４を用いて電池の超音波接合方法を説明する。ここでは、集電タブ２ａとリード５ｃとの超音波接合について説明する。
【００２８】
なお、集電タブ２ｂとリード５ｃとの超音波接合については、超音波振動部１５を集電タブ２ｂ側に移動させて配置し、集電タブ２ａとリード５ｃとの超音波接合と同様な超音波接合を行えばよい。
【００２９】
まず、正極と負極とを含む電極群の正極または負極から複数延出されて金属箔が重ね合わされた集電タブ２ａを形成する。そして、集電タブ２ａの金属箔をクリップ板４ａで挟む。
【００３０】
次に、集電タブ２ａの一方の面側に、集電タブ2ａと外部端子９とを接続する厚さの薄いリード５ｃを配置する。さらに、集電タブ２ａの他方の面側にステージ１６を配置する。次に、超音波振動部１５によりリード５ｃと集電タブ２ａの金属箔とクリップ板４ａとステージ１６とに荷重をかけて超音波振動させることによりリード５ｃとクリップ板４ａと集電タブ２ａの金属箔とを超音波接合する。
【００３１】
このように超音波溶接によれば、薄い厚さの集電タブ２ａの金属箔を積層して一括して溶接することができる。また、大きな荷重をかける必要があるが、この大きな荷重をステージ１６で受けることができる。また、超音波溶接を用いているので、レーザ溶接のような熱によるダメージがなくなる。
【００３２】
（第２の実施形態）
図５は、第２の実施形態に係る電池の断面積を漸増させた正極リード５ａ，５ｃ，５ｄと正極集電タブ２ａ，２ｂとの接続部付近の斜視図である。図５に示す第２の実施形態では、リードは、厚さが厚いリード５ａと、厚さの薄いリード５ｃと、リード５ｃからリード５ａへ断面積が徐々に増加するテーパ部５ｄとからなる。
【００３３】
このような第２の実施形態に係る電池にあっても、テーパ部５ｄによりリード５ｃからリード５ａへ断面積が徐々に増加するので、第１の実施形態に係る電池の効果と同様な効果が得られる。
【００３４】
（第３の実施形態）
図６は、第３の実施形態に係る電池の断面積の変化部に曲面を設けた正極リードと正極集電タブとの接続部付近の斜視図である。図６に示す第３の実施形態では、リードは、厚さが厚いリード５ａと、厚さの薄いリード５ｃと、リード５ｃからリード５ａへ断面積が増加する曲面部５ｅとからなる。
【００３５】
このような第３の実施形態に係る電池にあっても、曲面部５ｅによりリード５ｃからリード５ａへ断面積が増加するので、第１の実施形態に係る電池の効果と同様な効果が得られる。
【００３６】
このように第1乃至第３の実施形態に係る電池によれば、集電タブとリードとの超音波接合は、リードの断面積の小さい箇所で行うことができ、超音波接合部へ必要な超音波振動を伝達しやすくなる。また、超音波接合部から外部端子の間ではリードの断面積を増大することにより、電気抵抗の増加を抑えることができる。
【００３７】
以上のように、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００３８】
１…電極群  ２ａ，２ｂ…正極集電タブ  ３ａ，３ｂ…負極集電タブ  ４…クリップ板  ５ａ〜５ｅ…正極リード  ６ａ〜６ｅ…負極リード  ７…正極接続部  ８…負極接続部  ９…正極外部端子  10…負極外部端子  11…蓋  12…容器。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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