(57)【要約】【課題】集電箔と集電板を抵抗溶接するときに生じる熱歪みを抑制するとともに、集電箔と集電板の接合強度を確保することができる二次電池の製造方法を提供する。【解決手段】集電箔８ａ・８ａ・・・と集電板６とを抵抗溶接により接合するものであって、集電箔８ａに対して、該集電箔８ａの一側の面に第一の溶接チップ１１を当接させ、かつ、集電箔８ａの他側の面に集電板６を当接させるとともに、集電板６に第二の溶接チップ１２を当接させて、抵抗溶接を行うときに、溶接チップ１１の先端にテーパ部１１ａを設け、かつ、テーパ部１１ａの傾斜角度θを、３０°以上かつ６０°以下とする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
集電箔と集電板とを抵抗溶接により接合する二次電池の製造方法であって、
前記集電箔に対して、該集電箔の一側の面に第一の溶接チップを当接させ、かつ、前記集電箔の他側の面に前記集電板を当接させるとともに、前記集電板に第二の溶接チップを当接させて、抵抗溶接を行うときに、
前記第一の溶接チップの先端にテーパ部を設け、かつ、
前記テーパ部の傾斜角度を、３０°以上かつ６０°以下とする、
ことを特徴とする二次電池の製造方法。
【請求項２】
前記集電板に、
平坦な部位である平坦部と、
前記平坦部の端部を折り曲げた部位である折り曲げ部を形成する、
ことを特徴とする請求項１に記載の二次電池の製造方法。
【請求項３】
前記平坦部の長さを、
前記第二の溶接チップの外径寸法の２倍未満の長さとする、
ことを特徴とする請求項２に記載の二次電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池の製造方法の技術に関し、より詳しくは、二次電池を構成する集電箔と集電板との抵抗溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、巻回型や積層型の電極体を有する二次電池において、正極および負極の各端部で電極箔（集電箔）を層状に束ねて、その積層された集電箔を、集電板に対して抵抗溶接により接合する構成が知られており、例えば、以下に示す特許文献１にその技術が開示され、公知となっている。
【０００３】
特許文献１に係る従来技術では、折り曲げて剛性を高めた一対の集電体（集電板）で集電箔を挟み、この状態で抵抗溶接する構成とした二次電池が開示されている。
特許文献１に係る製造方法で製造された二次電池では、芯体露出部の両側に該芯体露出部と同種材料からなる集電板を抵抗溶接することで、抵抗溶接部の信頼性向上を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−３２６７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に係る従来の二次電池の製造方法では、一対の集電板で集電箔を挟み込んで一様に押圧する構成としているため、集電箔の押圧方向に対して直交する方向に、集電箔を構成する金属が流動する現象が生じていた。
そして、このような金属の流動は、熱歪みを生じさせる原因となるため、集電箔と集電板との接合強度が十分に得られないという問題があった。
【０００６】
また、抵抗溶接時にこのような熱歪みが生じると、集電箔や集電板の伸縮状況にばらつきが生じるため、抵抗溶接部の周囲が設計上予定されている形状とは異なった形状になる場合があった。
そして、抵抗溶接部に熱歪みが生じたままで電極体をケースに収めると、異形になっている抵抗溶接部がケースと接触して短絡等の不具合を引き起こす可能性があった。
【０００７】
本発明は、斯かる現状の課題を鑑みてなされたものであり、集電箔と集電板を抵抗溶接するときに生じる熱歪みを抑制するとともに、集電箔と集電板の接合強度を確保することができる二次電池の製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【０００９】
即ち、請求項１においては、集電箔と集電板とを抵抗溶接により接合する二次電池の製造方法であって、前記集電箔に対して、該集電箔の一側の面に第一の溶接チップを当接させ、かつ、前記集電箔の他側の面に前記集電板を当接させるとともに、前記集電板に第二の溶接チップを当接させて、抵抗溶接を行うときに、前記第一の溶接チップの先端にテーパ部を設け、かつ、前記テーパ部の傾斜角度を、３０°以上かつ６０°以下とするものである。
【００１０】
請求項２においては、前記集電板に、平坦な部位である平坦部と、前記平坦部の端部を折り曲げた部位である折り曲げ部を形成するものである。
【００１１】
請求項３においては、前記平坦部の長さを、前記第二の溶接チップの外径寸法の２倍未満の長さとするものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
【００１３】
請求項１においては、抵抗溶接時に、溶接チップのテーパ形状に沿って、集電箔を構成する金属を流動させて、抵抗溶接部における熱歪みの発生を抑制するとともに、新生面の露出領域を拡大することができる。
これにより、抵抗溶接する部位において、接合に寄与する領域を拡大することができる。
【００１４】
請求項２および請求項３においては、集電板の横方向への変形を抑制し、集電箔のチップに沿った流動を顕著に生じさせることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係る二次電池の製造方法により製造する二次電池を示す模式図、（ａ）断面模式図、（ｂ）集電体と集電箔の溶接方法を示す斜視模式図。
【図２】本発明の一実施形態に係る二次電池の製造方法における集電体と集電箔の抵抗溶接方法を示す模式図。
【図３】本発明に係る集電体と集電箔の抵抗溶接方法を示す拡大模式図。
【図４】本発明の効果を確認するための実験条件およびその実験結果を示す図。
【図５】本発明の効果を確認した実験結果を示す図、（ａ）テーパ部の傾斜角度による効果の差異の確認結果、（ｂ）平坦部の長さによる効果の差異の確認結果。
【図６】従来の二次電池の製造方法における集電体と集電箔の抵抗溶接方法を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
次に、発明の実施の形態を説明する。
まず始めに、本発明の一実施形態に係る二次電池の製造方法により製造される二次電池の構成について、図１を用いて説明をする。
図１（ａ）に示す如く、本発明の一実施形態に係る二次電池の製造方法により製造される二次電池１は、巻回型の電極体２と、角型のケース３を備えており、ケース３から一対の負極端子４と正極端子５を突設させる構成としている。
そして二次電池１は、ケース３の内部において、各端子４・５と電極体２を、集電板６・７により電気的に接続する構成としている。
【００１７】
電極体２は、シート状の負極と正極の間にセパレータを介設して積層したものを巻回し、さらに、その巻回体を巻回軸に対して垂直な方向に扁平させることによって製造される部材である。そして、電極体２は、扁平させた（押しつぶした）態様で、ケース３中に収容されている。
また電極体２の巻回軸方向における両側の端部には、電極合材が未塗工の部位である集電部８・９を設けている。
【００１８】
図１（ｂ）に示すように、負極側の集電部８は、負極用の集電箔８ａ・８ａ・・・を束ねて層状とした部位であり、負極合材が塗工されない状態で、集電箔８ａ・８ａ・・・が露出している。
また、図示は省略するが、正極側の集電部９は、正極用の集電箔９ａ・９ａ・・・を束ねて層状とした部位であり、正極合材が塗工されない状態で、集電箔９ａ・９ａ・・・が露出している。
【００１９】
そして、図１（ａ）に示す如く、二次電池１では、負極側の集電部８（即ち、集電箔８ａ・８ａ・・・）と集電板６を、抵抗溶接部Ｐにおいて抵抗溶接することにより接合する構成としている。
集電部８（即ち、集電箔８ａ・８ａ・・・）と集電板６の抵抗溶接は、図１（ｂ）に示すように、集電部８側に溶接チップ１１を押圧するとともに、集電板６側に溶接チップ１２を押圧した状態で、通電して行われる。
【００２０】
また、図１（ａ）に示す如く、二次電池１では、正極側の集電部９（即ち、集電箔９ａ・９ａ・・・）と集電板７を、抵抗溶接部Ｑにおいて抵抗溶接することにより接合する構成としている。
尚、図示は省略するが、集電部９（即ち、集電箔９ａ・９ａ・・・）と集電板７の抵抗溶接についても、集電部９側に溶接チップ１１を押圧するとともに、集電板７側に溶接チップ１２を押圧した状態で、通電して行われる。
【００２１】
そして、二次電池１は、各集電板６・７を介して各端子４・５を接続した電極体２をケース３に収容し、電解液を注液した後に、ケース３を封口することによって、二次電池１が製造される。
【００２２】
ここで、集電部と集電板の抵抗溶接方法について、図１〜図３を用いて、さらに詳細に説明をする。
尚ここでは、負極側の集電部８（集電箔８ａ・８ａ・・・）と集電板６との抵抗溶接を例示して説明をする。
【００２３】
図１に示す如く、本発明の一実施形態に係る二次電池の製造方法では、集電部８（集電箔８ａ・８ａ・・・）と集電板６を、抵抗溶接部Ｐで抵抗溶接する構成としており、層状に束ねた集電箔８ａ・８ａ・・・により構成される集電部８の一側の面（図２に示す状態における下面）にのみ集電板６を接触させる構成としている。
即ち、本発明の一実施形態に係る二次電池の製造方法では、一対（２枚）の集電板で集電部を挟むような構成は採用しない。
【００２４】
そして、本発明の一実施形態に係る二次電池の製造方法では、集電箔８ａ・８ａ・・・と集電板６を重ね合わせた状態で、集電部８側から溶接チップ１１を押し付け、かつ、集電板６側から溶接チップ１２を押し付けた状態で、抵抗溶接部Ｐにおいて抵抗溶接を行う構成としている。
【００２５】
また、本発明の一実施形態に係る二次電池の製造方法では、集電箔８ａ・８ａ・・・に接触させる側の溶接チップ１１の先端にテーパ部１１ａを設ける構成としている。
【００２６】
さらに、本発明の一実施形態に係る二次電池の製造方法では、集電板６に対して、集電箔８ａ・８ａ・・・と接触する面に平坦部６ａを形成し、また、平坦部６ａとは反対側に向けて折り曲げた部位である折り曲げ部６ｂ・６ｂを形成した状態で、抵抗溶接を行う構成としている。
【００２７】
ここで、溶接チップ１１のテーパ形状について、説明をする。
図３に示す如く、集電箔８ａ・８ａ・・・に対して接触させる溶接チップ１１には、先端に傾斜角度θのテーパ部１１ａを設けている。
そして、本発明の一実施形態に係る二次電池の製造方法では、テーパ部１１ａの傾斜角度θを、３０°≦θ≦６０°として、抵抗溶接を行う構成としている。
【００２８】
このようにテーパ部１１ａを設けるとともに傾斜角度θを適切な角度とする構成により、図２に示すように、抵抗溶接時において、集電箔８ａ・８ａ・・・をテーパ部１１ａに沿って流動させることが可能になり、これによって、抵抗溶接部Ｐにおける熱歪みの発生を抑制するとともに、接合に寄与する新生面の生成範囲を拡大して、抵抗溶接による接合強度を確保することが可能になる。
【００２９】
またここで、集電板６の折り曲げ形状について、説明をする。
図３に示す如く、本発明の一実施形態に係る二次電池の製造方法では、折り曲げ部６ｂ・６ｂを設けた集電板６に対して、抵抗溶接を行う構成としている。
そして、集電板６に折り曲げ部６ｂ・６ｂを形成するときには、各折り曲げ部６ｂ・６ｂの間に、平坦な部位である平坦部６ａを設けるようにしている。
さらに、本発明の一実施形態に係る二次電池の製造方法では、集電板６に接触させる溶接チップ１２の直径Ａを基準として、Ｌ＜２Ａとなるように平坦部６ａの長さＬを設定して、抵抗溶接を行う構成としている。
【００３０】
このように折り曲げ部６ｂを設けるとともに平坦部６ａの長さＬを長くし過ぎない構成とすることにより、集電板６の強度を高めて、抵抗溶接時において、より確実に集電箔８ａ・８ａ・・・をテーパ部１１ａに沿って流動させることが可能になり、抵抗溶接による接合強度をより確実に確保することが可能になる。
【００３１】
即ち、本発明の一実施形態に係る二次電池の製造方法は、集電箔８ａに接触させる溶接チップ１１に、傾斜角度θが３０°≦θ≦６０°であるテーパ部１１ａを形成し、かつ、折り曲げ部６ｂ・６ｂを有する集電板６を用いるとともに、その集電板６に、平坦部の長さがＬ（Ｌ＜２Ａ）である平坦部６ａを形成した状態で、抵抗溶接を行うものである。
【００３２】
尚、本実施形態では、巻回型の電極体を有する二次電池を例示して説明を行ったが、抵抗溶接の対象とする電極体の構成によって、本発明に係る二次電池の製造方法を限定するものではなく、例えば、積層型の電極体を有する二次電池の製造においても適用することができる。
【００３３】
また、本実施形態では、負極側の集電部８（即ち、集電箔８ａ・８ａ・・・）と集電板６との抵抗溶接を例示して説明を行ったが、二次電池１において、正極側の集電部９（即ち、集電箔９ａ・９ａ・・・）と集電板７との抵抗溶接についても、抵抗溶接部Ｑ（図１（ａ）参照）において同様に行われるものであるため、ここでの説明は省略している。
【００３４】
次に、本発明に係る二次電池の製造方法の適用効果について、図４〜図６を用いて、説明をする。
ここでは、本発明の一実施形態に係る二次電池の製造方法により製造した１種類の二次電池のサンプル（以下、実施例と呼ぶ）と、従来の二次電池の製造方法により製造した３種類の二次電池のサンプル（以下、比較例１・２・３と呼ぶ）の良品率を比較する実験を行った。また、それぞれの仕様の二次電池のサンプル数は９個とした。
【００３５】
ここで、上記比較実験の実施条件について、説明をする。
図４に示すように、本実験では、集電箔と集電板を抵抗溶接するときに、１）集電箔側の溶接チップの形状と、２）集電板の形状、の二つの要素を変化させて、良品率がどのように変化するかを確認した。
尚、集電板側の溶接チップの形状は、いずれもテーパ部を有していない共通の形状とし、溶接チップの直径Ａを５ｍｍとしている。
また、本実験において評価基準として採用している良品率は、抵抗溶接部における引張強度に基づいて評価を行っており、引張強度が、設定した良品基準の強度以上であるものを良品とした。
【００３６】
まず、実施例の場合、１）集電箔側の溶接チップにテーパ部を設け、テーパ部の傾斜角度θを４５°とし、かつ、２）集電板には折り曲げ部を設ける構成とした。
また、集電箔側の溶接チップの直径Ｂは５ｍｍ、先端の直径Ｃは２．８ｍｍ、テーパ部の高さＤは１．１ｍｍとしている。
さらに、集電板の平坦部の長さＬは７．５ｍｍ、集電板の全長Ｍは９．１ｍｍとしている。
【００３７】
一方、比較例１の場合、１）集電箔側の溶接チップはテーパ部を設けず、かつ、２）集電板は折り曲げ部を設けない構成とした。
また、集電箔側の溶接チップの直径Ｂは５ｍｍとし、さらに、集電板の全長Ｍは９．１ｍｍとしている。
尚、比較例１の場合における抵抗溶接の実施状況を、図６において例示している。
【００３８】
また、比較例２の場合、１）集電箔側の溶接チップはテーパ部を設けず、かつ、２）集電板は折り曲げ部を設ける構成とした。
また、集電箔側の溶接チップの直径Ｂは５ｍｍとしている。
さらに、集電板の平坦部の長さＬは７．５ｍｍ、集電板の全長Ｍは９．１ｍｍとしている。
【００３９】
さらに、比較例３の場合、１）集電箔側の溶接チップはテーパ部を設け、テーパ部の傾斜角度θを４５°とし、かつ、２）集電板には折り曲げ部を設けない構成とした。
また、集電箔側の溶接チップの直径Ｂは５ｍｍ、先端の直径Ｃは２．８ｍｍ、テーパ部の高さＤは１．１ｍｍとしている。
さらに、集電板の全長Ｍは９．１ｍｍとしている。
【００４０】
そして、集電板は、銅製で厚さ０．６ｍｍのものを使用し、集電箔は、厚さ０．０１ｍｍの箔を６０層重ねて、厚さ１．２ｍｍとしたものを使用した。
さらに、本実験における抵抗溶接は、集電板と集電箔を各溶接チップで狭圧して４ｋＮの荷重を加えつつ、定電流（１２ｋＡ）を４０ｍｓ通電することにより行った。
また、本実験で用いた各溶接チップの材質は、純タングステンとした。
【００４１】
そして、各条件で製造した場合の良品率の比較結果を、図４中に示している。
図４に示す実験結果によると、実施例（本発明の一実施形態に係る二次電池の製造方法によるもの）の場合、９個のサンプル全てが良品（即ち、良品率１００％）と判定され、良好な溶接品質が得られた結果となっている。
【００４２】
一方、比較例１の場合、９個のサンプル全てが不良品（即ち、良品率０％）と判定されている。
この実験結果は、集電箔と集電板を抵抗溶接するときにおいて、集電箔側の溶接チップの形状と集電板の形状が、溶接品質に大きな影響を及ぼすことを示している。
換言すれば、集電箔側の溶接チップに所定のテーパ部を設け、かつ、集電板に所定の折り曲げ部を設ける構成とすることで、初めて良品率１００％を実現することができる。
【００４３】
図６に示す如く、比較例１の条件では、集電部８側の溶接チップ１８にテーパ部を設けていないため、集電部８側の溶接チップ１８の直下の金属（集電箔８ａ・８ａ・・・）の変形部位しか接合に寄与することができず、十分な接合強度が得られないものと考えられる。
また、比較例１の条件では、抵抗溶接で生じる熱（ジュール熱）により軟化した集電箔８ａ・８ａ・・・が上下の溶接チップ１８・１９により付与される荷重によって厚みを減じながら横方向に流動するが、このような金属の横方向への流動が、内部短絡等の不具合を引き起こす原因となる。
さらに、比較例１の条件では、集電板１６に折り曲げ部がなく、強度が不足しているため、集電板１６自体が変形している。
【００４４】
また、比較例２の場合、９個のサンプルのうち、６個が良品（即ち、良品率約６７％）と判定され、さらに、比較例３の場合、９個のサンプルのうち、３個が良品（即ち、良品率約３３％）と判定されている。
この実験結果は、集電箔と集電板を抵抗溶接するときにおいて、集電板の形状が溶接品質に及ぼす影響が、集電箔側の溶接チップの形状が溶接品質に及ぼす影響に比して、より大きいことを示している。
【００４５】
次に、テーパ部の傾斜角度の最適値を確認した実験結果について、説明をする。
本実験では、集電箔と集電板を抵抗溶接するときに、１）集電箔側の溶接チップにテーパ部を設け、かつ、２）集電板に折り曲げ部を設けつつ、テーパ部の傾斜角度を変化させたときに、良品率がどのように変化するかを確認した。
【００４６】
図５（ａ）に示す如く、テーパ部の傾斜角度θが３０°以上かつ６０°以下の場合、良品率が７／９〜９／９となり、良好な良品率を維持することができている。
【００４７】
一方、テーパ部の傾斜角度θが２０°の場合には、良品率が１／９で、また、テーパ部の傾斜角度θが７０°の場合には、良品率が４／９となっており、いずれの場合にも極度に良品率が悪化している。
【００４８】
この実験結果は、集電箔側の溶接チップにおけるテーパ部の傾斜角度θが、溶接品質に大きな影響を及ぼすことを示しており、傾斜角度θが大きすぎても小さすぎても、接合強度の向上を図ることができないことが把握できた。
換言すれば、集電箔側の溶接チップにテーパ部を設けるだけでは必ずしも接合強度の向上を図ることができないのであり、テーパ部の傾斜角度θを所定の角度（３０°以上かつ６０°以下）に設定することで、初めて良好な良品率を維持することができる。
【００４９】
次に、集電板における平坦部の長さの確認を行った実験結果について、説明をする。
本実験では、集電箔と集電板を抵抗溶接するときに、１）集電箔側の溶接チップにテーパ部を設け、かつ、２）集電板に折り曲げ部を設けつつ、集電板における平坦部の長さを変化させて、良品率がどのように変化するかを確認した。
【００５０】
図５（ｂ）に示す如く、集電板側の溶接チップの直径Ａに対する平坦部の長さＬの比（即ち、Ｌ／Ａ。以下、平坦部長比と呼ぶ）が２．０未満の場合、良品率が９／９（１００％）となっており、良好な良品率を維持することができている。
【００５１】
一方、平坦部長比が２．０以上になると、良品率が５／９となっており、極度に良品率が悪化することが判った。
【００５２】
この実験結果は、折り曲げ部を有する集電板における平坦部の長さＬが、溶接品質に大きな影響を及ぼすことを示している。
換言すれば、集電板に折り曲げ部を設けるだけでは必ずしも接合強度の向上を図ることができないのであり、平坦部の長さＬを所定の長さ（Ｌ／Ａ＜２．０）に設定することで、初めて良好な良品率を維持することができる。
【００５３】
即ち、本発明の一実施形態に係る二次電池１の製造方法は、集電箔８ａ・８ａ・・・と集電板６（および集電箔９ａ・９ａ・・・と集電板７）とを抵抗溶接により接合するものであって、集電箔８ａに対して、該集電箔８ａの一側の面に第一の溶接チップ１１を当接させ、かつ、集電箔８ａの他側の面に集電板６を当接させるとともに、集電板６に第二の溶接チップ１２を当接させて、抵抗溶接を行うときに、溶接チップ１１の先端にテーパ部１１ａを設け、かつ、テーパ部１１ａの傾斜角度θを、３０°以上かつ６０°以下とするものである。
このような構成により、抵抗溶接時に、溶接チップ１１のテーパ形状（テーパ部１１ａ）に沿って、集電箔８ａ・８ａ・・・を構成する金属を流動させて、抵抗溶接部Ｐにおける熱歪みの発生を抑制するとともに、新生面の露出領域を拡大することができる。
これにより、抵抗溶接する部位において、接合に寄与する領域を拡大することができる。
【００５４】
また、本発明の一実施形態に係る二次電池１の製造方法は、集電板６に、平坦な部位である平坦部６ａと、平坦部６ａの端部を折り曲げた部位である折り曲げ部６ｂ・６ｂを形成するものである。
さらに、本発明の一実施形態に係る二次電池１の製造方法は、平坦部６ａの長さＬを、溶接チップ１２の直径Ａの２倍未満の長さ（即ち、Ｌ＜２Ａ）とするものである。
このような構成により、集電板６の横方向への変形を抑制し、集電箔８ａ・８ａ・・・の溶接チップ１１に沿った流動を顕著に生じさせることができる。
【符号の説明】
【００５５】
１      二次電池
２      電極体
６      集電板
６ａ    平坦部
６ｂ    折り曲げ部
７      集電板
８      集電部
８ａ    集電箔
９      集電部
９ａ    集電箔
１１    溶接チップ
１１ａ  テーパ部
１２    溶接チップ
１２ａ  負極集電箔
【図１】
2014203659.tif 000003
【図２】
2014203659.tif 000004
【図３】
2014203659.tif 000005
【図４】
2014203659.tif 000006
【図５】
2014203659.tif 000007
【図６】
2014203659.tif 000008