(57)【要約】【課題】電極板と集電リード板のパラレル溶接において、従来の金属材質からなる溶接台座では溶接台座に分流が発生し、熱が金属箔、集電リードに分散するために溶接状態が不安定になるという課題を有していた。本発明は、電極板への安定したリード板接続を行うことが可能であり、信頼性の高い非水系二次電池を提供することを目的としている。【解決手段】電極板５の金属箔露出部３と集電リード板２を絶縁体からなる溶接用台座１の上に重ね合わせて設置し、かつ集電リード板２上に一対の溶接電極６を配置し溶接電極６にて集電リード板２を加圧した状態で通電を行うことで電極板５の金属箔露出部３と集電リード板２を接続することを特徴とする非水系二次電池の製造方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
耐熱性を有する絶縁体からなる溶接用台座の上に金属箔と金属薄板を重ね合わせて設置し、前記金属薄板上に一対の溶接電極を配置し溶接電極にて前記金属薄板を加圧した状態で通電を行うことで金属箔と金属薄板を溶接することを特徴とする金属薄板と金属箔の抵抗溶接方法。
【請求項２】
溶接台座に用いる耐熱性を有する絶縁体をセラミックスで構成することを特徴とする請求項１に記載の金属薄板と金属箔の抵抗溶接方法。
【請求項３】
一対の電極間の距離を０．５ｍｍ〜１．０ｍｍとすることを特徴とする請求項1または請求項２に記載の金属薄板と金属箔の抵抗溶接方法。
【請求項４】
帯状の金属箔に正極活物質を金属箔の露出部を残した状態で塗着し前記金属箔の露出部に金属薄板からなる集電リード板を溶接した正極板と、負極活物質を金属箔の露出部を残した状態で塗着し前記金属箔の露出部に金属薄板からなる集電リード板を溶接した負極板とを、セパレータを介して渦巻状に巻回して構成される電極群を非水電解液とともに電池缶の内部に収容し封口板で前記電池缶の開口部を封口する二次電池の製造方法であって、前記正極板または負極板を形成する工程として金属箔の露出部と金属薄板からなる集電リード板を耐熱性を有する絶縁体からなる溶接用台座の上に金属箔の露出部と集電リード板を重ね合わせて設置し、前記集電リード板上に一対の溶接電極を配置し溶接電極にて集電リード板を加圧した状態で通電して金属箔の露出部と集電リード板とを溶接することを特徴とする非水系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、金属箔と金属薄板の抵抗溶接方法であって、一対の溶接電極を溶接部に配置するパラレル抵抗溶接に関するもので、特にこのパラレル抵抗溶接を用いた非水系二次電池の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一対の溶接電極を溶接対象上に配置して加圧しながら通電を行うパラレル抵抗溶接は薄物の溶接に用いられている。特に二次電池では帯状の金属箔に活物質を塗布して作製される正極板と負極板とをセパレータを介して渦巻状に巻回して構成される電極群から外部端子へと電流を取り出すためには正極板、負極板に集電リード板を取り付け、外部端子と接合する必要がある。
【０００３】
正極板と負極板に集電リード板を取り付ける方法として、正極板、負極板の金属箔の露出部分に集電リード板を溶接する方法が一般的に採用されており、この金属箔の露出部分と集電リード板の抵抗溶接方法では、溶接台座上に金属箔の露出部と集電リード板を重ね合わせ、集電リード板上に一対の溶接電極を配置して加圧しながら通電して溶接を行うパラレル抵抗溶接方法が採用されてきた。
【０００４】
ここで、図６に示したように、パラレル抵抗溶接に用いる溶接台座２０の材質にタングステン等に代表される高抵抗材料を用いることにより、溶接台座１０の発熱を利用して集電リード板としての金属薄板２２と金属箔２１を一対の溶接電極２３Ａ，２３Ｂにて溶接する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−１９５６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来技術である特許文献においては図６に示すように溶接台座２０に高抵抗材料を使用すると、図７に示したように抵抗溶接時の電流経路は最も電流が流れる経路である金属薄板２２側では溶接電極２３Ａ、金属薄板２２、溶接電極２３Ｂの電流経路をたどり、金属箔２１側の経路では溶接電極２３Ａ、金属薄板２２、金属箔２１、金属薄板２２、溶接電極２３Ｂの電流経路をたどるが、これらの経路以外に溶接電極２３Ａ、金属薄板２２、金属箔２１、溶接台座２０、金属箔２１、金属薄板２２、溶接電極２３Ｂとなる溶接台座２０への溶接電流の分流が発生する。よって、発熱は金属薄板２２と金属箔２１の間、溶接台座２０の表層部に分散するために溶接状態が不安定になるという課題を有していた。
【０００６】
また、溶接台座２０への通電により、溶接台座２０が変形するために溶接電極２３の押さえ状態が変化し金属薄板２２の変形が発生するという課題を有していた。さらに、溶接台座２０が高抵抗材料の金属材質であるために溶接台座２０へ金属箔２１が付着し、金属箔２１の破損や生産性の低下という課題を有していた。
【０００７】
本発明は上記従来の課題に鑑みてなされたもので、溶接台座を耐熱性を有する絶縁体にすることで溶接台座への分流を防止することにより、安定した金属薄板と金属箔の接続を行うことが可能であり、信頼性の高い非水系二次電池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】
上記目的を達成するために本発明の金属薄板と金属箔の抵抗溶接方法は耐熱性を有する絶縁体からなる溶接用台座の上に金属箔と金属薄板を重ね合わせて設置し、前記金属薄板上に一対の溶接電極を配置し溶接電極にて前記金属薄板を加圧した状態で通電を行うことで金属箔と金属薄板を溶接すること特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００９】
以上のように本発明は耐熱性を有する絶縁体からなる溶接用台座の上に金属箔と金属薄板を重ね合わせて設置し、前記金属薄板上に一対の溶接電極を配置し溶接電極にて前記金属薄板を加圧した状態で通電を行うことで金属箔と金属薄板を溶接することにより、溶接台座への分流を無くし、金属薄板に熱を集中させることにより安定した溶接状態を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の第１の発明においては、耐熱性を有する絶縁体からなる溶接用台座の上に金属薄板と金属箔を重ね合わせて設置し、金属薄板上に一対の溶接電極を配置し溶接電極にて金属薄板を加圧した状態で通電を行うことで金属箔と金属薄板を溶接することにより、溶接台座への分流を無くし金属薄板に熱を集中させることにより安定した溶接が可能となる。
【００１１】
本発明の第２の発明においては、溶接台座に用いる耐熱性を有する絶縁体をセラミックスで構成することにより、溶接台座の変形や電極の押さえ状態の変化を無くし、金属薄板の変形を防ぐことが可能である。
【００１２】
本発明の第３の発明においては、一対の電極間の距離を０．５ｍｍ〜１．０ｍｍとすることにより、溶接部の熱集中を適正化して安定した溶接が可能である。
【００１３】
本発明の第４の発明においては、帯状の金属箔に正極活物質を金属箔の露出部を残した状態で塗着し金属箔の露出部に金属薄板からなる集電リード板を溶接した正極板と、負極活物質を金属箔の露出部を残した状態で塗着し、金属箔の露出部に金属薄板からなる集電リード板を溶接した負極板とを、セパレータを介して渦巻状に巻回して構成される電極群を非水電解液とともに電池缶の内部に収容し封口板で電池缶の開口部を封口する二次電池の製造方法であって、正極板または負極板を形成する工程として金属箔の露出部と金属薄板からなる集電リード板を耐熱性を有する絶縁体からなる溶接用台座の上に金属箔の露出部と集電リード板を重ね合わせて設置し、集電リード板上に一対の溶接電極を配置し溶接電極にて集電リード板を加圧した状態で通電して金属箔の露出部と集電リード板とを溶接することことにより、溶接台座への分流を無くし、集電リード板に熱を集中させて安定した溶接が可能となり、信頼性の高い非水系二次電池を得ることが可能である。
【００１４】
以下に本発明の最良の実施形態である金属薄板と金属箔の抵抗溶接方法について、図面を参照にしながら詳細に説明する。なお、本発明の金属薄板と金属箔は以下の形態に限定されるものではない。
【００１５】
溶接装置としては、図１に示すように一対の溶接電極６と溶接電源８を取り付けた加圧ヘッド７と溶接対象物を配置する溶接台座１からなっている。以下この装置を用いた二次電池の電極板の金属箔露出部への集電リード板溶接について説明する。
【００１６】
まず、非水系二次電池の構成としては図４に示すように、金属箔露出部に正極集電リード板１７を溶接することにより構成した正極板１６、金属箔露出部に負極集電リード板１５を溶接することにより構成した負極板１４、セパレータ１３を巻回して構成した電極群１２を、図３に示すように電池缶１０に非水電解液と共に収容し、封口板１１で電池缶１
０の開口部を封口することにより構成されている。なお、電池缶１０と負極集電リード板１５、封口板１１と正極集電リード板１７をそれぞれ接合することにより、外部への電流取り出しを可能としている。
【００１７】
ここで、正極板１６、負極板１４を二次電池の電極板５といい、この電極板５は金属箔露出部３と活物質塗着部４から構成されており、各電極板は金属箔に活物質を塗布して構成されている。なお、正極板１６は金属箔であるアルミニウム箔からなる帯状芯材の両面にリチウム複合酸化物からなる正極活物質を塗布して構成され、負極板１４は銅箔からなる帯状芯材の両面に炭素材料を含む負極活物質を塗布して構成されている。
【００１８】
各電極板には活物質の塗布されていない金属箔露出部３が形成されており、図１に示したようにこの金属箔露出部３と負極板１４ではニッケル、正極板１６ではアルミニウムからなる集電リード板２を重ね合わせ、耐熱性を有した絶縁体である炭化ケイ素からなる溶接台座１の上で、集電リード板２上に一対の溶接電極６Ａ、６Ｂを配置し、溶接電極６で集電リード板２を加圧しながら通電して金属箔露出部３と集電リード板２を溶接し、正極板１６、負極板１４、セパレータ１３を渦巻状に巻回して、電池缶１０に非水電解液と共に収容し、封口板１１で前記電池缶１０の開口部を封口することにより電極板５からの集電を可能とした。
【００１９】
次に、本発明の二次電池の製造方法としては、金属箔の露出部を形成された正極板、負極板である電極板５の金属箔露出部３に集電リード板２を重ね合わせ耐熱性を有した絶縁体である炭化ケイ素からなる溶接台座１の上で、集電リード板２上に一対の溶接電極６を配置し、溶接電極６で集電リード板２を加圧しながら通電して金属箔露出部３と集電リード板２を溶接し、正極板、負極板、セパレータを渦巻状に巻回して、電池缶に非水電解液と共に収容し、封口板で前記電池缶の開口部を封口することにより本発明の二次電池は構成される。
【００２０】
本発明の金属薄板と金属箔の抵抗溶接方法によると、図２に示すように、溶接台座１に耐熱性を有する絶縁体を用いることにより、抵抗溶接時の電流経路は最も電流が流れる経路である溶接電極６Ａ、集電リード板２、溶接電極６Ｂの電流経路をたどり金属箔露出部３側の経路では溶接電極６Ａ、集電リード板２、金属箔露出部３、集電リード板２、溶接電極６Ｂの電流経路をたどることで、溶接台座１への分流が無くなる。よって、集電リード板２と電極板５の金属箔露出部３の間に発熱が集中するために安定した溶接状態を得ることが可能となる。なお、本発明では耐熱性を有する絶縁体として炭化ケイ素を用いたがこれに限定されるものではない。
以下、本発明の実施例を、図を参照にしながら詳細に説明する。なお、本発明の実施例は負極板を用いて行った。
【実施例１】
【００２１】
図１に示すように、材質を炭化ケイ素とする溶接台座１の上に電極板５の金属箔露出部３と集電リード板２を重ね合わせ、集電リード板２上に電極間距離０．５ｍｍとした一対の溶接電極６Ａ，６Ｂを配置し、溶接電極６Ａ，６Ｂで集電リード板２を加圧しながら通電して金属箔露出部３と集電リード板２を溶接して構成した電極板５を実施例１とした。
【００２２】
なお、電極板５は厚さ１２μｍの銅箔と負極活物質からなり、集電リード板２は幅３ｍｍ、厚さ０．１ｍｍのニッケルからなる。さらに、溶接電極６はアルミナ分散銅からなり、溶接条件としては、加圧２ｋｇ，溶接電圧３Ｖ，通電時間０．８ｍｓｅｃとした。
【実施例２】
【００２３】
図１に示すように、材質を窒化ケイ素とする溶接台座１の上に電極板５の金属箔露出部
３と集電リード板２を重ね合わせ、集電リード板２上に電極間距離０．５ｍｍとした一対の溶接電極６Ａ，６Ｂを配置し、溶接電極６Ａ，６Ｂで集電リード板２を加圧しながら通電して金属箔露出部３と集電リード板２を溶接して構成した電極板５を実施例２とした。
【００２４】
なお、電極板５は厚さ１２μｍの銅箔と負極活物質からなり、集電リード板２は幅３ｍｍ、厚さ０．１ｍｍのニッケルからなる。さらに、溶接電極６はアルミナ分散銅からなり、溶接条件としては、加圧２ｋｇ，溶接電圧３Ｖ，通電時間０．８ｍｓｅｃとした。
【実施例３】
【００２５】
図１に示すように、材質をアルミナとする溶接台座１の上に電極板５の金属箔露出部３と集電リード板２を重ね合わせ、集電リード板２上に電極間距離０．５ｍｍとした一対の溶接電極６Ａ，６Ｂを配置し、溶接電極６Ａ，Ｂで集電リード板２を加圧しながら通電して金属箔露出部３と集電リード板２を溶接して構成した電極板５を実施例３とした。
【００２６】
なお、電極板５は厚さ１２μｍの銅箔と負極活物質からなり、集電リード板２は幅３ｍｍ、厚さ０．１ｍｍのニッケルからなる。さらに、溶接電極６はアルミナ分散銅からなり、溶接条件としては、加圧２ｋｇ，電圧３Ｖ，通電時間０．８ｍｓｅｃとした。
【００２７】
（比較例１）
図１に示すように、材質をフェノール樹脂とする溶接台座１の上に電極板５の金属箔露出部３と集電リード板２を重ね合わせ、集電リード板２上に電極間距離０．５ｍｍとした一対の溶接電極６Ａ，６Ｂを配置し、溶接電極６Ａ，６Ｂで集電リード板２を加圧しながら通電して金属箔露出部３と集電リード板２を溶接して構成した電極板５を比較例１とした。
【００２８】
なお、電極板５は厚さ１２μｍの銅箔と負極活物質からなり、集電リード板２は幅３ｍｍ、厚さ０．１ｍｍのニッケルからなる。さらに、溶接電極６はアルミナ分散銅からなり、溶接条件としては、加圧２ｋｇ，溶接電圧３Ｖ，通電時間０．８ｍｓｅｃとした。
【００２９】
（比較例２）
図１に示すように、材質をタングステンとする溶接台座１の上に電極板５の金属箔露出部３と集電リード板２を重ね合わせ、集電リード板２上に電極間距離０．５ｍｍとした一対の溶接電極６Ａ，６Ｂを配置し、溶接電極６Ａ，６Ｂで集電リード板２を加圧しながら通電して金属箔露出部３と集電リード板２を溶接して構成した電極板５を比較例２とした。
【００３０】
なお、電極板５は厚さ１２μｍの銅箔と負極活物質からなり、集電リード板２は幅３ｍｍ、厚さ０．１ｍｍのニッケルからなる。さらに、溶接電極６はアルミナ分散銅からなり、溶接条件としては、加圧２ｋｇ，溶接電圧３Ｖ，通電時間０．８ｍｓｅｃとした。
上記実施例１〜３および比較例１〜２により作製した電極板を用いて、下記試験を行うことにより評価を行った。また、電極板作成過程の比較検討を行った。なお、電極板は１０００個作成し、評価した結果を（表１）に示す。
【００３１】
電極板５に溶接した集電リード板２を引っ張ることにより剥離を行ない、電極板５の破断面積を測定し、溶着面積と比較することにより破断比率の計算を行った。なお、破断比率は図５に示すように溶着部分の面積を１００％として破断面積との比較計算により算出した。このとき、溶着部分１８は溶接電極６の接触面と電極間の合計となるので、溶着面積は溶接電極６の面積と電極間距離の面積の和であり、この実験の溶着面積は８．１ｍｍ2である。
【００３２】
【表１】
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（表１）の結果から明らかなように、実施例１〜３の方が比較例１〜２よりも破断比率が大きくなっており、溶接状態は実施例１〜３の方が安定している。よって、実施例１〜３の方が信頼性の高い非水系の二次電池ができる。一方、比較例２では溶接台座１への通電により、溶接台座１が発熱し、溶接状態が不安定となるために、若干の溶接不良や溶接台座１への付着が発生した。
【００３３】
しかし、実施例１〜３では溶接台座１への通電が無いために集電リード板２に熱が集中し、安定した溶接を行うことができた。また、比較例１では溶接時の発熱により溶接台座１が溶解し、溶接不良が発生した。
【実施例４】
【００３４】
図１に示すように、材質を炭化ケイ素とする溶接台座１の上に電極板５の金属箔露出部３と集電リード板２を重ね合わせ、集電リード板２上に一対の溶接電極６Ａ,６Ｂを配置し、溶接電極６Ａ,６Ｂで集電リード板２を加圧しながら通電して金属箔露出部３と集電リード板２を溶接して構成した電極板５を実施例４とした。このとき、電極間距離を０．３ｍｍ，０．５ｍｍ，０．７ｍｍ，１．０ｍｍ，１．２ｍｍの５種類に変更し電極板５の作成を行った。なお、電極板５は厚さ１２μｍの銅箔と負極活物質からなり、集電リード板２は幅３ｍｍ、厚さ０．１ｍｍのニッケルからなる。さらに、溶接電極６はアルミナ分散銅からなり、溶接条件としては、加圧２ｋｇ，溶接電圧３Ｖ，通電時間０．８ｍｓｅｃとした。
【００３５】
電極板５に溶接した集電リード板２を引っ張ることにより剥離を行ない、電極板５の破断面積を測定し、溶着面積と比較することにより破断比率の計算を行った結果を（表２）に示す。なお、破断比率は図５に示すように溶着部分１８の面積を１００％として破断面積との比較計算により算出した。
【００３６】
【表２】
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（表２）の結果から明らかなように、電極間距離は０．５ｍｍ〜１．０ｍｍが溶接不良の発生が無く、破断比率が大きかった。電極間距離０．３ｍｍでは熱が一部に集中しすぎるために溶接部分に穴あきが発生し易くなった。また電極間距離１．２ｍｍでは、熱の集中が悪くなり、溶接強度が低下し、溶接外れが発生した。以上より、電極間距離は０．５ｍｍ〜１．０ｍｍで信頼性の高い非水系の二次電池ができる。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明の金属薄板と金属箔の抵抗溶接方法によれば、絶縁体からなる溶接台座の上で集電リード板と電極板を溶接することにより、溶接台座への分流を無くし、集電リード板に熱を集中させることにより安定した溶接状態を得ることができるので、信頼性の高い電池の電極板製造方法等に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の溶接装置を示す概略図
【図２】本発明の電流経路、熱拡散の概略図
【図３】非水系二次電池の一部切欠斜視図
【図４】電極群の一部展開斜視図
【図５】本発明の溶着部分を示す概略図
【図６】従来技術の溶接状態を示す概略図
【図７】従来技術の電流経路、熱拡散の概略図
【符号の説明】
【００３９】
１  溶接台座
２  集電リード板
３  金属箔露出部
４  活物質塗着部
５  電極板
６  溶接電極
７  加圧ヘッド
８  溶接電源
９  熱拡散領域
１０  電池缶
１１  封口板
１２  電極群
１３  セパレータ
１４  負極板
１５  負極集電リード板
１６  正極板
１７  正極集電リード板
１８  溶着部分
【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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