(57)【要約】  互いに異種の金属からなる正極タブ（２）と負極タブ（３）とが外部に導出されてなる単電池（１）を複数積層した組電池（５Ａ）において、正極タブ（２）と負極タブ（３）とを溶接する方法が提供される。この溶接方法では、第２の単電池（１Ｂ）の正極タブ（２）と第１の単電池（１Ａ）の負極タブ（３）との間にクラッド材（６）を配置する。次に、レーザ溶接機を用いて、負極タブ（３）とクラッド材（６）との間の境界面（８）に焦点（Ｆ２）を合わせて、負極タブ（３）側からレーザ（Ｌ２）を照射する。そして、正極タブ（２）とクラッド材（６）との境界面（７）に焦点（Ｆ１）を合わせて、正極タブ（２）側からレーザ（Ｌ１）を照射する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに異種の金属からなる正極タブと負極タブとが外部に導出されてなる単電池を複数積層した組電池において、各々の金属の層を接合してなるクラッド材を介して、正極タブと負極タブとを溶接する方法であって、
第１の単電池の正極タブと、第１の単電池と隣接した第２の単電池の負極タブと、クラッド材とを、同種金属同士が接するような配置とし、
正極タブ、負極タブおよびクラッド材の主面と交差する方向のうち一方の方向からレーザを照射して一方のタブとクラッド材とを接合するとともに、他方の方向からレーザを照射して他方のタブとクラッド材とを接合する組電池のタブ溶接方法。
【請求項２】
正極タブと、負極タブと、クラッド材とを、同種金属同士が接するように重ね合わせた単電池を複数積層した状態で、レーザを照射する請求項１に記載の組電池のタブ溶接方法。
【請求項３】
一方の方向からのレーザによる第１の焦点位置と、他方の方向からのレーザによる第２の焦点位置とが、一方のタブ側から投影して見たときに互いに重ならない請求項１に記載の組電池のタブ溶接方法。
【請求項４】
正極タブおよび負極タブのうち熱伝導率の高い金属からなるタブに対するレーザ照射を、熱伝導率の低い金属からなるタブに対するレーザ照射よりも単電池の本体部に近い位置で行う請求項３に記載の組電池のタブ溶接方法。
【請求項５】
正極タブおよび負極タブの一方とクラッド材とを接合した後に、複数の単電池を積層し、負極タブおよび正極タブの他方とクラッド材とを接合する請求項１に記載の組電池のタブ溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、組電池のタブ同士を溶接する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電池セルを複数積層してなる組電池として特許文献１に記載されたものが知られている。特許文献１に記載された組電池では、異種金属からなる正負の電極端子を有した電池セルが複数積層されており、さらに、隣接した電極端子同士が、クラッド材からなる金属プレートによって互いに接続されている。【０００３】
また、ラミネートフィルムを用いたフィルム外装電池として特許文献２に記載されたものが知られている。特許文献２に記載されたフィルム外装電池は、タブと称される正極端子と負極端子とが外部に導出するように構成されている。【０００４】
正極端子と負極端子とが交互に配列されるようにして特許文献２のフィルム外装電池を複数積層した構成において、隣接したフィルム外装電池の正極端子と負極端子とをクラッド材を介して接合する場合には、板状のクラッド材を正極端子と負極端子との間に介在させた３層構造となる。従って、２つの端子のうち一方の端子側からレーザを照射して各端子とクラッド材とを接合しようとすると、他方の端子とクラッド材との接合面にレーザが到達する前にレーザ光の分散等によってレーザの強さが弱くなってしまうという問題がある。【０００５】
本発明はこのような課題に着目してなされたものであり、クラッド材の両面にタブを確実に接合することができるようにした組電池のタブ溶接方法を提供するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−６０６２３号公報
【特許文献２】特開２０１４−３２９２４号公報
【発明の概要】
【０００７】
本発明は、互いに異種の金属である正極タブと負極タブとが外部に導出されてなる単電池を複数積層した組電池において、各々の金属の層を接合してなるクラッド材を介して、正極タブと負極タブとを溶接するにあたり、第１の単電池の正極タブと、第１の単電池と隣接した第２の単電池の負極タブと、クラッド材とを、同種金属同士が接するように重ね合わせ、そして、正極タブ、負極タブおよびクラッド材の主面と交差する方向のうち一方の方向からレーザを照射して一方のタブとクラッド材とを接合し、さらに、他方の方向からレーザを照射して他方のタブとクラッド材とを接合するようにしたものである。
【０００８】
本発明によれば、２つのタブの間にクラッド材を介在させてタブの両側からレーザを照射するため、各々のタブとクラッド材とを確実に接合することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】単電池の一例としてラミネート型のリチウムイオン二次電池の概略構造を示す斜視図である。
【図２】本発明に係る組電池のタブ溶接方法の第１の実施の形態を示す斜視図である。
【図３】図２に示した組電池を模式的に示す図である。
【図４】図２のタブとクラッド材との溶接方法を示す図である。
【図５】（Ａ）〜（Ｄ）はそれぞれ両側からのレーザの照射軌跡を示す図である。
【図６】本発明に係る組電池のタブ溶接方法の第２の実施の形態を示す斜視図である。
【図７】図６に示した組電池を模式的に示す図である。
【図８】本発明に係る組電池のタブ溶接方法の第３の実施の形態を示す斜視図である。
【図９】図８に示した組電池を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１、図２、図３および図４に基づいて、本発明に係る組電池の一実施例を説明する。図１は、本発明に係る組電池のタブ溶接方法が適用されるフィルム外装電池の一例としてリチウムイオン二次電池１の概略構造を示しており、この二次電池１（以下、単に「単電池」という。）は、例えば、電気自動車のリチウムイオンバッテリパックを構成する単電池として用いられる。
【００１１】
図１に示すように、単電池１は、正極側の電極端子としての正極タブ２と負極側の電極端子としての負極タブ３とが外部に導出された状態で上下二枚のラミネートフィルム４ａ，４ｂからなる矩形状のラミネートフィルム外装体４にて収納密閉されている。ここで、タブ２，３としては単電池１内部の正極側集電体および負極側集電体にそれぞれ対応して、互いに異種の金属が用いられる。例えば、正極タブ２としてはアルミニウム製のものが用いられ、負極タブ３としては銅製のものが用いられる。このように構成された偏平な単電池１は、複数積層した上でそれぞれのタブ２，３を接合することで組電池を構成する。
【００１２】
図２は、正極タブ２と負極タブ３とが積層方向に互いに交互に配置されるようにして単電池１を複数積層してなる組電池５Ａを示す図である。ここで、複数積層された単電池１を上から順に第１の単電池１Ａ、第２の単電池１Ｂ、第３の単電池１Ｃ・・・とする。図２に示す例では、第１の単電池１Ａの負極タブ３を第２の単電池１Ｂの正極タブ２にクラッド材６を介して接合し、さらに、第２の単電池１Ｂの負極タブ３を第３の単電池１Ｃの正極タブ２にクラッド材６を介して接合するようにして、このタブ２，３同士の接合を千鳥状に積層方向に順次繰り返すことによって直列型の組電池５Ａが構成される。ここで、クラッド材６としては、タブ２，３の金属材料に対応したアルミニウム層と銅層とが一体に貼り合わされた板状のものが用いられる。
【００１３】
図３は、図２の直列型の組電池５Ａの４つの単電池１Ａ〜１Ｄにおける一方のタブの列の接続状態を模式的に示した図である。図３に示すように、第１の単電池１Ａの負極タブ３が、下方へと折り曲げられて屈曲部３ａを形成しており、この屈曲部３ａから、フランジ部３ｂが概ね水平方向に延びている。また、隣接した第２の単電池１Ｂの正極タブ２が、上方へと折り曲げられて屈曲部２ａを形成しており、この屈曲部２ａから、フランジ部２ｂが概ね水平方向に延びている。そして、負極タブ３のフランジ部３ｂと正極タブ２のフランジ部２ｂとが、クラッド材６を介して互いに接合されている。
【００１４】
図４は、図３の第２の単電池１Ｂの正極タブ２および第１の単電池１Ａの負極タブ３とクラッド材６との溶接方法を示す図である。最初に、第２の単電池１Ｂの正極タブ２と第１の単電池１Ａの負極タブ３との間にクラッド材６を配置して三者を重ね合わせる。なお、クラッド材６を配置する際には、クラッド材６のアルミニウム層６ａを正極タブ２側に向け、クラッド材６の銅層６ｂを負極タブ３側に向けて、それぞれ同種の金属同士が接触するように正極タブ２と負極タブ３との間にクラッド材６を配置する。次に、レーザ溶接機（図示せず）を用いて、負極タブ３とクラッド材６（銅層６ｂ）との境界面８に焦点Ｆ２を合わせて、負極タブ３側からレーザＬ２を照射する。このレーザ照射は、タブ２，３およびクラッド材６の主面と直交する方向に沿って行われる。具体的には、負極タブ３とクラッド材６との境界面８上に焦点Ｆ２を合わせてレーザＬ２を照射し、その後、主面に平行な方向にレーザＬ２を走査することにより、境界面８に沿って線状にレーザ溶接を行う。これにより、負極タブ３とクラッド材６の銅層６ｂとを接合する。次に、ワークの反転もしくはレーザ溶接機の位置の変更を行い、正極タブ２とクラッド材６（アルミニウム層６ａ）との間の境界面７に焦点Ｆ１を合わせて、正極タブ２側からレーザＬ１を照射する。このレーザ照射は、タブ２，３およびクラッド材６の主面と直交する方向に沿って、かつ最初のレーザＬ２とは反対の方向へと行われる。具体的には、正極タブ２とクラッド材６との間の境界面７上に焦点Ｆ１を合わせてレーザＬ１を照射し、その後、主面と平行な方向にレーザＬ１を走査することにより、境界面７に沿って線状にレーザ溶接を行う。これにより、正極タブ２とクラッド材６のアルミニウム層６ａとを接合する。この例では、正極タブ２と、負極タブ３と、クラッド材６とを、同種金属同士が接するように重ね合わせた単電池１Ａ，１Ｂを複数積層した状態で、レーザが照射される。
【００１５】
なお、正極タブ２側からのレーザＬ１の照射および負極タブ３側からのレーザＬ２の照射を、２つのレーザ溶接機を用いて両側から同時に行うようにしてもよい。
【００１６】
また、個々の単電池において正極タブ２および負極タブ３の一方とクラッド材６とを接合し、この個々の単電池を複数積層した後で、負極タブ３および正極タブ２の他方とクラッド材６とを順次接合するようにしてもよい。この場合、個々の単電池１Ａにおいて、最初に、融点の高い負極タブ３（銅）とクラッド材６とを接合し、この個々の単電池１Ａを複数積層した後で、融点の低い正極タブ２（アルミニウム）とクラッド材６とを順次接合すると良い。これにより、負極タブ３とクラッド材６とが既に接合されてなる単電池１Ａを積層方向に複数整列させた状態で、融点が低く、かつ接合時間が短い正極タブ２とクラッド材６との接合を連続的に行うので、積層の工程時間を短縮することができ、さらに、製造効率を向上させることができる。
【００１７】
このように、正極タブ２および負極タブ３の両側からレーザを照射することで、正極タブ２とクラッド材６とをこれらの境界面７上で強固に接合するとともに、負極タブ３とクラッド材６とをこれらの境界面８上で強固に接合することができる。
【００１８】
また、図４におけるタブ２，３とクラッド材６との溶接方法では、第１の焦点位置Ｆ１（レーザＬ１による溶接箇所）と第２の焦点位置Ｆ２（レーザＬ２による溶接箇所）とは、一方のタブ側から投影して見たときに互いに重ならないように設定される。これにより、クラッド材内部に異種金属間化合物が生じて脆い金属の発生や導通抵抗の増加が生じてしまうことを抑制することができる。つまり、レーザにより同じ箇所を長く照射した場合には、異種金属の溶融により金属間化合物が生じ、脆い金属の発生や導通抵抗の増加が懸念されるが、上記のようにレーザＬ１による溶接箇所とレーザＬ２による溶接箇所とが互いに重なり合わないようにすることで、このような現象が抑制される。
【００１９】
また、一般に、熱伝導率の低い金属（例えば銅）からなるタブは低温では溶融しないため相対的に高温でレーザ照射を行う必要があるが、このように高温でレーザ照射を行うと、レーザ照射により生じる熱が単電池１内部へと伝導する恐れがある。そのため、高温のレーザ照射は単電池１の本体部からなるべく離れた位置で行うことが好ましい。従って、上述のようにレーザＬ１による溶接箇所とレーザＬ２による溶接箇所とを互いに異ならせる場合に、熱伝導率の高い金属からなるタブに対するレーザ照射を相対的に単電池１本体部に近い位置で行い、熱伝導率の低い金属からなるタブに対するレーザ照射を相対的に単電池１本体部から遠い位置で行うことが望ましい。図３の例では、アルミニウムの方が銅よりも高い熱伝導率を有するので、レーザＬ１は、単電池１の本体部により近い位置でアルミニウム製の正極タブ２に照射され、一方、レーザＬ２は、単電池の本体部からレーザＬ１よりも遠い位置で銅製の負極タブ３に照射される。
【００２０】
図５（Ａ）〜（Ｄ）は、本発明に係る組電池のタブ溶接方法を用いたレーザの照射軌跡の例を示す図である。なお、図５（Ａ）〜（Ｄ）では、レーザの照射軌跡が実線および破線で示されているが、これらの線は、レーザの照射を連続的または断続的に行うことを示すものではなく、単に、レーザが描く軌跡を概略的に示しているに過ぎない。実線は、一方の側からのレーザＬ１の照射軌跡９を示し、破線は、他方の側からのレーザＬ２の照射軌跡１０を示している。なお、図５では、図を簡潔にするために、正極タブ２と負極タブ３との間に配置されたクラッド材６は省略されている。
【００２１】
図５（Ａ）では、レーザＬ１の照射軌跡９およびレーザＬ２の照射軌跡１０は、それぞれ直線状に形成され、互いに概ね平行である。また、図５（Ｂ）では、レーザＬ１の照射軌跡９およびレーザＬ２の照射軌跡１０は、それぞれＶ字状に形成され、互いに概ね平行である。また、図５（Ｃ）では、レーザＬ１の照射軌跡９およびレーザＬ２の照射軌跡１０は、それぞれ楕円状に形成され、照射軌跡９が、照射軌跡１０よりも外側に位置した二重円状をなしている。また、図５（Ｄ）では、レーザＬ１の照射軌跡９およびレーザＬ２の照射軌跡１０は、それぞれ直線状で、かつ互いに交差して、全体としてＸ字状をなしている。ここで、レーザＬ１の照射軌跡９およびレーザＬ２の照射軌跡１０は、図５（Ａ）〜５（Ｄ）に示した照射軌跡の例に限定されるものではなく、レーザＬ１の照射軌跡９およびレーザＬ２の照射軌跡１０が互いに重ならない位置にあれば他の態様であってもよい。なお、図５（Ｄ）では、レーザＬ１の照射軌跡９とレーザＬ２の照射軌跡１０とは１つの交点により互いが一部重なっているが、照射軌跡９，１０の大部分は重なっておらず実質的に問題はない。しかし、導通抵抗の抑制の観点から見れば、レーザＬ１の照射軌跡９とレーザＬ２の照射軌跡１０とは一部だけであったとしても重なっていない方が好ましい。
【００２２】
図６は、本発明に係る組電池のタブ溶接方法を実施するための第２の実施の形態を示す図であり、一対の正極タブ２，２と一対の負極タブ３，３とが積層方向に互いに交互に配置されるようにして単電池１が複数積層されてなる組電池５Ｂを示している。図６に示すように、第１の単電池１Ａの負極タブ３を第４の単電池１Ｄの正極タブ２にクラッド材６を介して接合し、さらに、第２の単電池１Ｂの負極タブ３を第１の単電池１Ａの負極タブ３に接続するとともに第３の単電池１Ｃの正極タブ２を第４の単電池１Ｄの正極タブ２に接続してある。そして、このようなタブ２，２，３，３の接合を第３，４の単電池１Ｃ，１Ｄの負極タブ３，３および第５，６の単電池１Ｅ，１Ｆの正極タブ２，２にも適用して千鳥状に積層方向に順次繰り返すことによって、２個並列のものが直列に接続された組電池５Ｂが構成される。
【００２３】
図７は、図６の組電池５Ｂの４つの単電池１Ａ〜１Ｄにおける一方のタブの列の接続状態を模式的に示した図である。図７に示す例では、図３と同様の方法で、第１の単電池１Ａの負極タブ３と第４の単電池１Ｄの正極タブ２とが折り曲げられて屈曲部３ａ，２ａおよびフランジ部３ｂ，２ｂを形成し、該フランジ部３ｂ，２ｂは、クラッド材６を介して互いに接合される。さらに、第２の単電池１Ｂの負極タブ３が、第１の単電池１Ａの負極タブ３と同じ方向に折り曲げられて屈曲部３ａを形成する。そして、第２の単電池１Ｂの負極タブ３の屈曲部３ａは、第１の単電池１Ａの負極タブ３の屈曲部３ａに接続される。また、第３の単電池１Ｃの正極タブ２が、第４の単電池１Ｄの正極タブ２と同じ方向に折り曲げられて屈曲部２ａを形成する。そして、第３の単電池１Ｃの正極タブ２の屈曲部２ａは、第４の単電池１Ｄの正極タブ２の屈曲部２ａに接続される。
【００２４】
図８は、本発明に係る組電池のタブ溶接方法を実施するための第３の実施の形態を示す図であり、一対の正極タブ２，２と一対の負極タブ３，３とが積層方向に互いに交互に配置されるようにして単電池１が複数積層されてなる組電池５Ｃを示している。図８に示す例では、第１の単電池１Ａの負極タブ３を第３の単電池１Ｃの正極タブ２および第４の単電池１Ｄの正極タブ２にＵ字状クラッド材６を介して接合し、さらに、第２の単電池１Ｂの負極タブ３を第１の単電池１Ａの負極タブ３に接続してある。そして、このようなタブ２，２，３，３の接合を第３，４の単電池の１Ｃ，１Ｄの負極タブ３，３および第５，６の単電池１Ｅ，１Ｆの正極タブ２，２にも適用して千鳥状に積層方向に順次繰り返すことによって、図６と同様に、２個並列のものが直列に接続された組電池５Ｃが構成される。
【００２５】
図９は、図８の組電池５Ｃの４つの単電池１Ａ〜１Ｄにおける一方のタブの列の接続状態を模式的に示した図である。図９に示すように、第１の単電池１Ａの負極タブ３が、下方へと折り曲げられて屈曲部３ａを形成しており、この屈曲部３ａの一方の端部３ｃが、単電池１の本体部とは反対側に開口するＵ字状部分３ｄを備えている。このＵ字状部分３ｄは、これに追従するＵ字状クラッド部材６を介して第３の単電池１Ｃの正極タブ２および第４の単電池１Ｄの正極タブ２の双方に接合される。さらに、第２の単電池１Ｂの負極タブ３が、第１の単電池１Ａの負極タブ３と同じ方向に折り曲げられて屈曲部３ａを形成しており、第２の単電池１Ｂの負極タブ３の屈曲部３ａは、第１の単電池１Ａの負極タブ３の屈曲部３ａに接続される。
【００２６】
なお、上記各実施例の形態では、フィルム外装電池の一例としてリチウムイオン二次電池を例にとり、そのタブの溶接方法について説明したが、対象となる電池は必ずしもフィルム外装電池に限定されるものではない。
【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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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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