(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱可塑性樹脂製のセパレータを用いた電池における導電性金属箔の耳部をストラップに溶接する密閉型角形電池の電極の製造方法であって、
複数の該耳部と該ストラップとが積層された積層部の溶接部分に予め該導電性金属箔より分光反射率が低い金属体を配置し、該積層部の該耳部の端面を含む面に向かってレーザビームを照射して該金属体を溶融させることで該積層部を該金属体によって溶接することを特徴とする密閉型角形電池の電極の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リチウムイオン電池の負極、ニッケル・水素電池の負極など、密閉型角形電池の電極の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電池の特性のうち、より小型軽量であること、より高容量であることが近年特に要求されている。そこでリチウムイオン電池などにおいては、活物質層をもつ複数枚の金属箔を積層して電極を構成し、電極表面積を大きくすることにより小型・高容量化を図った電池が用いられるようになっている。
【０００３】
このような複数の金属箔からなる電極を製造するには、活物質層が形成され耳部をもつ導電性金属箔をセパレータを介して複数枚積層し、最後に金属箔と同一形状の補強板を積層した後、耳部どうしを抵抗溶接法などで溶接している。この溶接された耳部は電極リードとして用いられる。また内部抵抗を極力小さくすることが望ましいため、金属箔の材質としては導電性の高い銅が用いられ、その厚さも１０〜２０μｍ程度のきわめて薄い銅箔が用いられている。
【０００４】
ところが耳部どうしを抵抗溶接法で溶接すると、抵抗溶接時に溶融した銅箔が溶接電極に付着してメンテナンスが増大したり、溶接設定条件の幅が狭く設定が困難となったりする不具合があり、生産性や信頼性が低いという問題があった。そこで特開平８−１６７４０８号公報には、補強板の電極リードに対応する位置に断面略コ字状の突片を設けておき、その突片で積層された耳部を把持し、その突片を介して溶接する密閉型角形電池の電極の製造方法が開示されている。
【０００５】
この製造方法によれば、溶接電極等が直接耳部に接触することがないので、溶融した銅箔が付着するような不具合が回避される。また溶接設定条件の幅が広がり、かつ作業性も向上する。
また、銅箔の積層枚数が多い場合には、複数枚毎の何組かに分割し、図６に示すようにそれぞれの組の耳部をストラップで挟んで溶接することが行われている。この場合にはストラップが上記突片と同様の機能をもち、同様の効果が得られる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで銅は、導電性が高いと同時に、表１に示すように鉄やニッケルに比べて熱伝導率の高い金属でもある。一方、セパレータとしてはポリオレフィン系の熱可塑性樹脂が一般に用いられている。そのため上記公報に開示の方法で電極を製造した場合には、溶接時の熱が銅箔からセパレータに伝わり易く、図６に示すようにセパレータの耳部近傍の部分が溶損して絶縁性が損なわれるという不具合があった。
【０００７】
【表１】
0003578303.tif 000002
この不具合は、銅に代えて熱伝導率の低い金属箔を用いる方法、あるいはセパレータの熱容量を大きくする方法で解決することが可能である。しかし銅に代えて熱伝導率の低い金属箔を用いると、導電性が銅より低下するため容量が低下したり、原価が高騰したりする場合が多い。またセパレータの熱容量を大きくするにはセパレータを厚くすることが一般的であるが、この方法では小型化の要請に反することとなり好ましくない。
【０００８】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、従来と同様の導電性金属箔とセパレータを用い、かつセパレータの溶損を防止することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の密閉型角形電池の電極の製造方法の特徴は、熱可塑性樹脂製のセパレータを用いた電池における導電性金属箔の耳部をストラップに溶接する密閉型角形電池の電極の製造方法であって、
複数の耳部とストラップとが積層された積層部の溶接部分に予め導電性金属箔より分光反射率が低い金属体を配置し、積層部の耳部の端面を含む面に向かってレーザビームを照射して金属体を溶融させることで積層部を該金属体によって溶接することにある。
【００１０】
【発明の実施の形態】
積層工程では、導電性金属箔がセパレータを介して複数枚積層される。導電性金属箔としては通常は銅箔が用いられるが、他の導電性金属を用いることもできる。但し銅以外の金属では、導電性が銅より低下して容量が低下したり、原価が高騰したりする場合がある。この導電性金属箔の厚さは、従来と同様に１０〜２０μｍのものが一般に用いられる。導電性金属箔の厚さが１０μｍより薄いと取り扱いが困難になり、２０μｍより厚くなると、従来と同一容量とするには電池が大型化し、電極を従来と同体積とすると容量が不足する。
【００１１】
セパレータとしては、従来と同様にポリプロピレン、ポリエチレンなどを用いることができ、その厚さは一般に３０〜５０μｍのものが用いられる。またセパレータの状態としては、電解液が出入可能なように不織布など多孔質状態のものが用いられる。
そして積層された耳部は、ストラップで把持される。このストラップとしては、耳部と溶接可能なものであればその材質は特に制限されず、従来と同様にステンレス鋼などが用いられる。
【００１２】
本発明の特徴をなす溶接工程では、溶接部分に予め導電性金属箔を構成する金属より分光反射率が低い金属体を配置し、溶接工程は金属体にレーザビームを照射して金属体を溶融させる。これにより耳部どうし及び耳部とストラップとは、溶融した金属体により溶接される。
レーザビーム溶接法によれば、より狭い範囲を短時間で溶接することが可能となる。しかし銅など分光反射率が高い金属では、レーザビームが反射されてしまうため溶融に長時間が必要となったり、また高出力のレーザビームが必要となる。しかし照射時間を長くしたり高出力のレーザビームを用いたりした場合には、熱伝導が進行し過ぎてセパレータが溶損する恐れがある。
【００１３】
そこで本発明では、溶接部分に予め導電性金属箔を構成する金属より分光反射率が低い金属体を配置しておくこととした。このようにすることにより、レーザビームは金属体に優先的に吸収されて金属体が溶融するため、低出力のレーザビームを用いて速やかに溶接することが可能となり、セパレータの溶損を防止することができる。
【００１４】
金属体の材質としては、例えば導電性金属箔として銅箔を用いた場合には、表２に示すように銅より分光反射率が低い鉄、ニッケルを用いることができる。また金属体の配置方法としては、粉末状あるいは箔状の金属体を耳部どうしの間及びストラップと耳部の間に挟持しておく方法、金属体の箔あるいは金属体粉末で積層された耳部端面を被覆しておく方法などが例示される。
【００１５】
【表２】
0003578303.tif 000003
レーザビームとしては、Ｎ２  レーザ、ＹＡＧレーザなど、発振波長が０．３〜１．０μｍのものを用いることが望ましい。
【００１６】
【実施例】
以下、実施例により本発明を具体的に説明する。本実施例は、リチウムイオン電池用電極の製造に本発明を適用したものである。
（実施例１）
まず図１に示すように、厚さ１８μｍの銅箔を基材とする負極板１を用意する。この負極板１は、４５ｍｍ×４５ｍｍの正方形状の電極部１０と、電極部１０の一辺の一端部から突出し２０ｍｍ×１０ｍｍの長方形状の耳部１１とから構成され、予め電極部１０の表面にメソカーボンマイクロビーズ（ＭＣＭＢ）からなる活物質合剤層が形成されている。
【００１７】
一方、活物質合剤層の材質をＬｉＣｏＯ２  としたこと以外は負極板１と同様の構成の正極板２を用意する。
次に、負極板１と正極板２をそれぞれポリプロピレン製で厚さ２５μｍの不織布からなる袋状のセパレータ３に入れ、負極板１と正極板２とを１０枚ずつ交互に積層する。耳部１１及び耳部２１はセパレータ３から突出している。そして負極板１の耳部１１を一端部に揃え、正極板２の耳部２１を他端部に揃えるとともに、耳部どうしの間に厚さ１５μｍのＮｉ箔４を介在させながら積層した。最後に積層体の耳部１１と耳部２１を、Ｎｉ箔４を介在させ、ＳＵＳ３０４製のストラップ５で加締めてそれぞれ挟持した。その状態を図２及び図３に示す。
【００１８】
そして、積層されたそれぞれの耳部１１と耳部２１の突出端面に向かって、窒素，アルゴンの非酸化性雰囲気においてＹＡＧレーザ（パルス発振１０Ｈｚ）を１０ミリ秒間照射した。これにより先ずＮｉ箔４が溶融し、耳部１１どうし、耳部２１どうし、ストラップ５と耳部１１及びストラップ５と耳部２１とが溶接され、セパレータ３に溶損はみられなかった。
【００１９】
（比較例１）
実施例１と同様の負極板１と正極板２を用意し、Ｎｉ箔４を用いなかったこと以外は実施例１と同様にして積層し、ストラップ５で挟持した。
そして実施例１と同じ条件でレーザ溶接したところ、銅箔がレーザビームを反射するため溶接が困難であった。そこでパルス発振を１０Ｈｚに、照射時間を２０ミリ秒間に増大したＹＡＧレーザを照射して溶接した。その結果、セパレータ３の耳部１１及び耳部２１近傍に約１００ｍｍ２  の溶損が観察された。
【００２０】
（実施例２）
実施例１と同様の負極板１と正極板２を用意し、Ｎｉ箔４を用いなかったこと以外は実施例１と同様に積層した。
次に、図４に示すように、積層体の耳部１１と耳部２１のレーザビームの照射される端面を厚さ１５μｍのＮｉ箔６で覆い、さらにそのＮｉ箔６を間に挟んだ状態で、ストラップ５で積層体の耳部１１と耳部２１をそれぞれ挟持した。
【００２１】
そして実施例１と同一条件でＹＡＧレーザを照射したところ、Ｎｉ箔６が溶融するとともに、毛細管現象により溶融ニッケルが耳部１１どうし、耳部２１どうし、ストラップ５と耳部１１及びストラップ５と耳部２１の間に滲入してそれぞれが溶接され、セパレータ３に溶損はみられなかった。
（実施例３）
実施例１と同様の負極板１と正極板２を用意し、Ｎｉ箔４を用いなかったこと以外は実施例１と同様にして積層し、ストラップ５で挟持した。
【００２２】
次に、図５に示すように、積層体の耳部１１と耳部２１のレーザビームの照射される端面に、平均粒径２μｍのＮｉ粉末７を均一に置き、実施例１と同一条件でＹＡＧレーザを照射したところ、Ｎｉ粉末７が溶融するとともに、毛細管現象により溶融ニッケルが耳部１１どうし、耳部２１どうし、ストラップ５と耳部１１及びストラップ５と耳部２１の間に滲入してそれぞれが溶接され、セパレータ３に溶損はみられなかった。
【００２３】
【発明の効果】
すなわち本発明の密閉型角形電池の電極の製造方法によれば、銅箔などの導電性に優れた金属箔と２５μｍ程度の薄い熱可塑性樹脂製セパレータを用いて、セパレータの溶損を防止しつつ耳部どうし及び耳部とストラップとを溶接することができる。
【００２４】
したがって本発明の製造方法によれば、小型で高容量の電池用電極を容易にかつ安定して製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に用いた負極板の斜視図である。
【図２】本発明の一実施例で製造された電極の溶接工程前の斜視図である。
【図３】図２の要部拡大断面図である。
【図４】本発明の第２の実施例で製造された電極の溶接工程前の要部拡大斜視図である。
【図５】本発明の第３の実施例で製造された電極の溶接工程前の要部拡大斜視図である。
【図６】比較例１で製造された電極の要部斜視図である。
【符号の説明】
１：負極板            ２：正極板            ３：セパレータ
４：Ｎｉ箔            ５：ストラップ      １１：耳部
【図１】
0003578303.tif 000004
【図２】
0003578303.tif 000005
【図３】
0003578303.tif 000006
【図４】
0003578303.tif 000007
【図５】
0003578303.tif 000008
【図６】
0003578303.tif 000009