(57)【要約】【課題】電極タブの振動に対する疲労破壊強度が増強された組電池の製造方法および製造装置を提供する。【解決手段】扁平型電池から導出される複数の板状の電極タブを相互に接合してなる組電池の製造方法であって、重ね合わされた一組の電極タブを一の接合法によって接合する第１接合段階（Ｓ１０２）と、一の接合法によって接合された電極タブを、当該一の接合法とは異なる他の接合法によってさらに接合する第２接合段階（Ｓ１０４）と、を有する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
扁平型電池から導出される複数の板状の電極タブを相互に接合してなる組電池の製造方法であって、
重ね合わされた一組の電極タブを一の接合法によって接合する第１接合段階と、
前記一の接合法によって接合された電極タブを、当該一の接合法とは異なる他の接合法によってさらに接合する第２接合段階と、を有することを特徴とする組電池の製造方法。
【請求項２】
前記一の接合法は、前記電極タブに超音波振動を加えることによって当該電極タブを超音波接合する超音波接合法であって、
前記他の接合法は、超音波接合された前記電極タブを塑性変形させることによって当該電極タブをカシメ接合するカシメ接合法であることを特徴とする請求項１に記載の組電池の製造方法。
【請求項３】
前記第２接合段階は、前記超音波接合法によって超音波接合された前記電極タブの超音波接合領域と少なくとも部分的に重複する領域をカシメ接合することを特徴とする請求項２に記載の組電池の製造方法。
【請求項４】
前記超音波接合法によって超音波接合される前記電極タブの超音波接合領域は、未接合領域を取り囲むように形成され、
前記第２接合段階は、前記超音波接合領域に取り囲まれた未接合領域をカシメ接合することを特徴とする請求項２に記載の組電池の製造方法。
【請求項５】
前記超音波接合法によって超音波接合される前記電極タブの超音波接合領域は、中央に円形の未接合領域を取り囲むように矩形状に形成され、
前記第２接合段階は、前記矩形状の超音波接合領域に取り囲まれた円形の未接合領域をカシメ接合することを特徴とする請求項２に記載の組電池の製造方法。
【請求項６】
前記第２接合段階は、一対の金型を用いて前記電極タブをカシメ接合する段階を含み、
前記金型において、型面より突出する凸部の周縁、および、当該凸部と係合するように設けられた凹部の周縁には、前記電極タブの板厚に対応する凹段差部がそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項２に記載の組電池の製造方法。
【請求項７】
前記超音波接合された電極タブは、超音波接合領域と当該超音波接合領域よりも板厚が厚い未接合領域とを有しており、
前記凹段差部の深さは、前記超音波接合領域と未接合領域との板厚の差に対応していることを特徴とする請求項６に記載の組電池の製造方法。
【請求項８】
前記扁平型電池は、リチウムイオン電池であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の組電池の製造方法。
【請求項９】
扁平型電池から導出される複数の板状の電極タブを相互に接合してなる組電池の製造装置であって、
重ね合わされた一組の電極タブを一の接合法によって接合する一の接合手段と、
前記一の接合法によって接合された電極タブを、当該一の接合法とは異なる他の接合法によってさらに接合する他の接合手段と、を有することを特徴とする組電池の製造装置。
【請求項１０】
隣接する扁平型電池から導出される複数の板状の電極タブが、一の接合法と、当該一の接合法とは異なる他の接合法とによって相互に接合されていることを特徴とする組電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、組電池の製造方法および製造装置、ならびに組電池に関する。特に、本発明は、隣接する扁平型電池から導出される複数の電極タブを相互に接合してなる組電池の製造方法および製造装置、ならびにこの製造方法で製造された組電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車およびハイブリッド電気自動車のモータ駆動用電源として、リチウムイオン電池およびニッケル水素電池などの二次電池の開発が盛んである。
【０００３】
モータ駆動用電源としては、正極板および負極板を積層した発電要素をラミネートフィルムなどの外装部材内に封止した扁平形状の単電池を、複数積層するとともに電気的に接続して構成される組電池が用いられている。このような組電池では、隣接する複数の単電池の外装部材から導出される電極タブが、超音波接合法によって相互に接合されている（たとえば、特許文献１）。
【０００４】
組電池を車両に搭載する場合、モータ駆動時の振動によって相互に接合された電極タブの接合部に疲労破壊が生じるおそれがある。組電池の性能保証および信頼性確保の見地から、相互に接合された電極タブの接合部の強度の管理は不可欠である。しかしながら、超音波接合法によって接合された電極タブの振動に対する疲労破壊強度は未知数である。
【特許文献１】特開２０００−２５１８８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上述した問題を解決するためになされたものである。したがって、本発明の目的は、電極タブの振動に対する疲労破壊強度が増強された組電池の製造方法および製造装置を提供することである。
【０００６】
本発明の他の目的は、振動に対する疲労破壊強度が増強された電極タブの接合部を有し、性能が保証されるとともに信頼性が確保された組電池を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の上記目的は、下記の手段によって達成される。
【０００８】
本発明の組電池の製造方法は、扁平型電池から導出される複数の板状の電極タブを相互に接合してなる組電池の製造方法であって、重ね合わされた一組の電極タブを一の接合法によって接合する第１接合段階と、前記一の接合法によって接合された電極タブを、当該一の接合法とは異なる他の接合法によってさらに接合する第２接合段階と、を有することを特徴とする。
【０００９】
本発明の組電池の製造装置は、扁平型電池から導出される複数の板状の電極タブを相互に接合してなる組電池の製造装置であって、重ね合わされた一組の電極タブを一の接合法によって接合する一の接合手段と、前記一の接合法によって接合された電極タブを、当該一の接合法とは異なる他の接合法によってさらに接合する他の接合手段と、を有することを特徴とする。
【００１０】
本発明の組電池は、隣接する扁平型電池から導出される複数の板状の電極タブが、一の接合法と、当該一の接合法とは異なる他の接合法とによって相互に接合されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の組電池の製造方法および製造装置によれば、重ね合わせられた一組の電極タブが、複数の接合法を併用して接合される。したがって、電極タブの振動に対する疲労破壊強度を増強することができる。
【００１２】
本発明の組電池によれば、隣接する単電池の電極タブが複数の接合法を併用して接合されている。したがって、電極タブの振動に対する疲労破壊強度が増強され、組電池の性能が保証されるとともに信頼性が確保される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。なお、図中、同様の部材には同一の符号を用いた。
【００１４】
図１は、本発明の一実施の形態における組電池の製造装置の概略構成を示すブロック図である。図１に示されるとおり、本実施の形態における組電池の製造装置１００は、超音波接合部２００およびカシメ接合部３００を備える。
【００１５】
図２は、本実施の形態における超音波接合部を示す斜視図である。本実施の形態の超音波接合部２００は、重ね合わされた一組の電極タブに超音波振動を加えることによって当該電極タブを超音波接合するものである。図２に示されるとおり、超音波接合部２００は、超音波振動で往復直線運動されつつ電極タブを加圧するホーン２１０と、ホーン２１０によって加圧される電極タブを支持するアンビル２２０と、を有する。本実施の形態において、ホーン２１０およびアンビル２２０の電極タブを挟み込む各面は矩形であって、それぞれ中心部に円筒形の凹部２１１，２２１を有する。
【００１６】
図３は、本実施の形態におけるカシメ接合部を示す斜視図である。本実施の形態のカシメ接合部３００は、超音波接合された電極タブを塑性変形させることによって当該電極タブをカシメ接合するものである。図３に示されるとおり、カシメ接合部３００は、電極タブに押し込まれる第１の金型であるポンチ３１０と、ポンチ３１０と対向して配置され、当該電極タブを支持する第２の金型であるダイ３２０と、を有する。本実施の形態において、ポンチ３１０の型面より突出する凸部３１１の周縁、および、凸部３１１と係合するように設けられたダイ３２０の凹部３２１の周縁には、電極タブの板厚に対応する凹段差部３１２，３２２がそれぞれ設けられている。また、凹部３２１の底面には、円環形状の逃げ溝３２３が形成されている。
【００１７】
以上のとおり構成される本実施の形態における製造装置１００では、重ね合わされた板状の電極タブが超音波接合法によって接合された後、カシメ接合法によってさらに接合される。以下、図４〜図７を参照して、本実施の形態における電極タブの接合方法について述べる。
【００１８】
図４は、本実施の形態における組電池の製造処理を示すフローチャートであり、図５は、本実施の形態における電極タブの超音波接合処理を説明するための断面図である。
【００１９】
まず、図４および図５（Ａ）に示されるとおり、超音波接合部２００のアンビル２２０上に、重ね合わされた一組の電極タブ４００ａ，４００ｂ（以下、総称して電極タブ４００と称する）が載置される（ステップＳ１０１）。
【００２０】
次に、アンビル２２０上に載置された電極タブ４００上にホーン２１０が押し当てられ、電極タブ４００が超音波接合される（ステップＳ１０２）。より具体的には、図５（Ｂ）に示されるとおり、超音波接合部２００は、重ね合わされた一組の電極タブ４００を、ホーン２１０およびアンビル２２０で挟み込み、所定の加圧力を与えながら、ホーン２１０を超音波振動により往復直線運動させて、電極タブ４００を接合する。したがって、２枚の電極タブ４００の接触面が擦られることにより、酸化膜といった不純物が除去され、電極タブ４００の綺麗な面同士が相互に接触させられ、発生する摩擦熱により電極タブ４００が固相接合される。
【００２１】
上述したとおり、本実施の形態におけるホーン２１０およびアンビル２２０は、電極タブ４００を挟み込む各面に円筒形の凹部２１１，２２１を有する。このような構成では、超音波接合時に、円筒形の凹部２１１，２２１の下方に位置する電極タブ４００の領域は加圧されないため超音波接合されない。その結果、超音波接合された電極タブ４００は、超音波接合による矩形の超音波接合領域４１０中央に、円形の未接合領域４２０を残すことができる。
【００２２】
図６は、本実施の形態における超音波接合後の電極タブと、一般的な超音波接合法によって接合された電極タブを示す図である。図６（Ａ）に示されるとおり、本実施の形態の超音波接合法によって接合される電極タブ４００の超音波接合領域４１０は、中央に円形の未接合領域４２０を取り囲むように矩形状に形成される。円形の未接合領域４２０は、後続するカシメ接合処理においてカシメ接合される。なお、電極タブ４００の未接合領域４２０の板厚は、超音波接合された超音波接合領域４１０の板厚よりも厚い。このような構成にすると、後述するカシメ接合に対する電極タブ４００の強度が確保され、カシメ接合時に電極タブ４００が破損することが防止される。
【００２３】
なお、電流密度を確保する見地から、本実施の形態では、図６（Ｂ）に示されるような超音波接合のみで電極タブが接合される場合よりも、超音波接合領域の矩形状の寸法を大きくとることが望ましい。より具体的には、本実施の形態の電極タブ４００における超音波接合領域４１０の寸法Ｌ１は、一般的な電極タブの超音波接合領域の寸法Ｌ２よりも大きい。
【００２４】
図７は、本実施の形態における電極タブのカシメ接合処理を説明するための断面図である。
【００２５】
図４および図７（Ａ）に示されるとおり、超音波接合法によって超音波接合された一組の電極タブ４００が移動されて、カシメ接合部３００のダイ３２０上に載置される（ステップＳ１０３）。
【００２６】
そして、図７（Ｂ）に示されるとおり、ダイ３２０上に載置された電極タブ４００にポンチ３１０の凸部３１１が押し込まれ、電極タブ４００がカシメ接合される（ステップＳ１０４）。上述したとおり、本実施の形態では、カシメ接合部３００は、上記の超音波接合領域４１０に取り囲まれた円形の未接合領域４２０をカシメ接合する。なお、円形の未接合領域４２０は、矩形状の超音波接合領域４１０の中央部に位置されることが望ましい。
【００２７】
また、本実施の形態において、凹部３２１の底面には、円環形状の逃げ溝３２３が形成されている。このような構成にすると、ポンチ３１０が電極タブ４００に押し込まれる場合、下側の電極タブ４００ｂの一部が、凹部３２１下方の逃げ溝３２３に逃げる向きに塑性変形することにともなって、上側の電極タブ４００ａは、下側の電極タブ４００ｂに向かって突出するとともに、面方向に逃げる向きに膨出するように塑性変形する。その結果、電極タブ４００ａと電極タブ４００ｂは、相互に凹凸係合する。したがって、電極タブ４００は、相互に離脱不能に固定されることができる。
【００２８】
さらに、上述したとおり、本実施の形態において、ポンチ３１０の型面３１３より突出する凸部３１１の周縁、および、凸部３１１と係合するように設けられたダイ３２０の凹部３２１の周縁には、電極タブの板厚に対応する凹段差部３１２，３２２がそれぞれ設けられている。超音波接合された電極タブ４００は、超音波接合領域４１０と超音波接合領域４１０よりも板厚が厚い未接合領域４２０とを有しており、凹段差部３１２，３２２の深さは、超音波接合領域４１０と未接合領域４２０との板厚の差に対応している。より具体的には、凹段差部３１２，３２２の深さｄ１，ｄ２は、超音波接合領域４１０と未接合領域４２０の板厚差ｄ３，ｄ４とそれぞれ一致している。
【００２９】
このような構成にすると、カシメ接合時の電極タブ４００の引き込みが抑制され、カシメ接合による超音波接合領域４１０の強度劣化が防止される。また、ステップＳ１０３に示す電極タブ移動処理において、電極タブ４００を凹段差部３１２，３２２に沿って配置することにより、カシメ接合対象の電極タブ４００の位置決めが容易となる。
【００３０】
最後に、カシメ接合された電極タブ４００がカシメ接合部３００から取り出されて、処理が終了される（ステップＳ１０５）。
【００３１】
なお、本実施の形態では、超音波接合において、中央に円形の未接合領域を取り囲むように電極タブを超音波接合し、当該円形の未接合領域をカシメ接合により接合した。しかしながら、超音波接合によって残される未接合領域は円形に限定されず、超音波接合領域に取り囲まれるように形成されていればよい。このような構成にすると、接合領域（接合打点）の面積を小さくすることができる。
【００３２】
さらに、本実施の形態では、超音波接合領域が未接合領域を取り囲むように形成され、当該未接合領域がカシメ接合法によりカシメ接合された。しかしながら、カシメ接合部は、未接合領域のみならず、超音波接合領域と少なくとも部分的に重複する領域をカシメ接合することもできる。言い換えれば、超音波接合法による接合打点に対して、カシメ接合打点が重ね打ちされることができる。
【００３３】
以上のとおり、本実施の形態における組電池の製造装置および製造方法について述べた。次に、本実施の形態の組電池の製造方法で製造された組電池について説明する。
【００３４】
図８は、本発明の一実施の形態における組電池を示す斜視図である。なお、本実施の形態において、厚さ方向に複数積層されて組電池を構成する扁平型電池は、たとえば、リチウムイオン電池である。
【００３５】
図８に示されるとおり、本実施の形態の組電池５００では、隣接する扁平型電池６００から導出される板状の電極タブ４００が、超音波接合法と、カシメ接合法とによって相互に接合されている。より具体的には、第１の単電池６１０の正極タブ４００ａは、第２の単電池６２０の負極タブ４００ｂと、超音波接合およびカシメ接合によって接合されている。同様に、第２の単電池６２０の正極タブ４００ａは、第３の単電池６３０の負極タブ４００ｂと、そして、第３の単電池６３０の正極タブ４００ａは、第４の単電池６４０の負極タブ４００ｂと、超音波接合法およびカシメ接合法によって接合されている。
【００３６】
また、図７（Ｂ）に示される電極タブの断面図のとおり、隣接する扁平型の単電池６００から導出される一組の電極タブ４００では、上側の電極タブ４００ａが下側の電極タブ４００ｂに向かって突出しつつ、面方向に膨出している。その結果、上側の電極タブ４００ａと下側の電極タブ４００ｂとは、相互に凹凸係合している。また、下側の電極タブ４００ｂは、上側の電極タブ４００ａの膨出を許容する環状の逃げ部を有する。すなわち、本実施の形態の組電池５００では、一の電極タブ４００ａが他の電極タブ４００ｂと離脱不能にカシメ接合されている。さらに、このカシメ接合された領域４３０を取り囲む矩形領域は、超音波接合により固相接合されている超音波接合領域４２０である。
【００３７】
なお、本実施の形態において、相互に接合される電極タブ４００の形状は、図８に示される形状に限定されず、図９に示されるような、種々の形状をとることができる。図９は、本実施の形態における電極タブの他の形状を示す単電池の斜視図である。図９に示されるとおり、単電池６００の電極タブ４００は、凹部を有するように形成され、あるいは、本実施の形態の電極タブよりも幅が小さくなるように形成される。このような構成にすると、単電池６００を積層しつつ、隣接する電極タブ４００を接合する場合、接合済みの他の電極タブ４００が接合対象の電極タブ４００の上部に位置することにより、処理対象ではない電極タブ４００を塑性変形させつつ、接合対象の電極タブの接合処理を実施しなければならない状況が回避される。
【００３８】
次に、本実施の形態における組電池５００の作用効果について、一般的な組電池と比較して説明する。図１０は、本実施の形態における組電池の作用効果を説明するための図である。図１０（Ａ）は、本実施の形態における組電池の接合処理を示す図であり、図１０（Ｂ）は、一般的な組電池の接合処理を示す図である。
【００３９】
図１０（Ｂ）に示されるとおり、一般的な組電池では、十分な疲労破壊強度を確保するために、一組の電極タブに対して超音波接合領域が２箇所形成されている。一方、図１０（Ａ）に示されるとおり、本実施の形態における組電池５００では、一組の電極タブ４００に対して、超音波接合領域４２０が１箇所のみ形成され、さらに、超音波接合領域４２０に取り囲まれる領域がカシメ接合されている。したがって、一般的な組電池と比較して、本実施の形態における組電池５００は、電極タブ４００の長さを短くすることができる。
【００４０】
図１１は、本実施の形態の組電池より構成される電池パックと、一般的な電池パックを示す図である。本実施の形態の電池パック７００は、単電池６００が厚さ方向に複数積層されてなる組電池５００が、５組収容されて構成されている。電池パック７００において、各組電池５００は相互に電気的に接続されている。図１１に示されるとおり、本実施の形態の組電池５００によれば、電池パック７００の体積を縮小することができ、電池パック７００の体積エネルギ密度を大きくすることができる。より具体的には、本実施の形態の電池パック７００の寸法Ｌ３は、一般的な電池パックの寸法Ｌ４よりも小さく形成され、その結果として、本実施の形態の電池パック７００の体積を一般的な電池パックよりも小さくすることができる。なお、電池パック７００自体も、複数の単電池から構成される組電池に含まれる。
【００４１】
以上のとおり、説明された本実施の形態は、以下の効果を奏する。
【００４２】
本実施の形態の製造装置は、重ね合わされた一組の電極タブを超音波接合法によって接合する超音波接合部と、超音波接合法によって接合された電極タブをカシメ接合法によってさらに接合するカシメ接合部と、を有する。したがって、接合された電極タブにかかる負荷が超音波接合領域とカシメ接合領域とに分担されて、負荷を低減することができる。その結果、電極タブの振動に対する疲労破壊強度を増強することができる。
【００４３】
カシメ接合部は、超音波接合法によって超音波接合された電極タブの超音波接合領域と少なくとも部分的に重複する領域をカシメ接合する。したがって、接合領域の面積を省略することができ、その結果、電極タブの面積を小さくすることができる。
【００４４】
超音波接合法によって超音波接合される電極タブの超音波接合領域は、中央に円形の未接合領域を取り囲むように矩形状に形成され、カシメ接合部は、矩形状の超音波接合領域に取り囲まれた円形の未接合領域をカシメ接合する。したがって、接合領域の面積を省略するとともに、カシメ接合によって電極タブが破損することが防止される。さらに、市販のカシメ加工機を用いて、容易に電極タブを接合することができる。
【００４５】
カシメ接合部は、ポンチおよびダイからなる一対の金型を有し、ポンチの型面より突出する凸部の周縁、および、当該凸部と係合するように設けられたダイの凹部の周縁には、電極タブの板厚に対応する凹段差部がそれぞれ設けられている。したがって、カシメ接合時の電極タブの引き込みが防止される。その結果、カシメ接合時の超音波接合領域の強度劣化が抑制されるとともに、カシメ接合時に電極タブを容易に位置決めすることができる。
【００４６】
凹段差部の深さは、超音波接合領域と未接合領域との板厚の差に対応している。したがって、カシメ接合時の電極タブの引き込みがより防止される。
【００４７】
本実施の形態の製造方法は、重ね合わされた一組の電極タブを超音波接合法によって接合する第１接合段階と、超音波接合法によって接合された電極タブをカシメ接合法によってさらに接合する第２接合段階と、を有する。したがって、接合された電極タブにかかる負荷が超音波接合領域とカシメ接合領域とに分担されて、負荷を低減することができる。その結果、電極タブの振動に対する疲労破壊強度を増強することができる。
【００４８】
本実施の形態の組電池は、隣接する扁平型電池から導出される板状の電極タブが、超音波接合法と、カシメ接合法とによって相互に接合されている。したがって、電極タブの振動に対する疲労破壊強度が増強され、組電池の性能が保証されるとともに信頼性が確保される。さらに、本実施の形態の組電池によれば、組電池および電池パックの体積を縮小することができ、電池パックの体積エネルギ密度を大きくすることができる。
【００４９】
扁平型電池は、リチウムイオン電池である。したがって、高出力な組電池を提供することができる。
【００５０】
効果として、電極タブ同士の電気的な接触抵抗を、超音波接合部によって十分に下げつつ、電極タブ同士の機械的な接合強度を、カシメ接合部の追加によって十分に確保することができる。
【００５１】
以上のとおり、本発明の一実施の形態において、本発明の組電池の製造方法および製造装置、ならびにこの製造方法で製造された組電池について説明した。しかしながら、本発明は、その技術思想の範囲内において当業者が適宜に追加、変形、省略することができることはいうまでもない。
【００５２】
たとえば、本発明の一実施の形態では、超音波接合法とカシメ接合法を併用して、電極タブを接合した。しかしながら、本発明はこれに限定されず、曲げ接合およびフランジ接合などの接合法を利用することができる。また、３つ以上の接合方法を組み合わせて電極タブを接合することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の一実施の形態における組電池の製造装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示される製造装置における超音波接合部を示す斜視図である。
【図３】図１に示される製造装置におけるカシメ接合部を示す斜視図である。
【図４】図１に示される接合装置における組電池の製造処理を示すフローチャートである。
【図５】図２に示される超音波接合部における電極タブの超音波接合処理を説明するための断面図である。
【図６】図５に示される超音波接合処理後の電極タブと、一般的な超音波接合によって接合された電極タブを示す図である。
【図７】図３に示されるカシメ接合部における電極タブのカシメ接合処理を説明するための断面図である。
【図８】本発明の一実施の形態における組電池を示す斜視図である。
【図９】図８に示される組電池における電極タブの他の形状を示す単電池の斜視図である。
【図１０】図８に示される組電池の作用効果を説明するための図である。
【図１１】図８に示される組電池により構成される電池パックと、一般的な電池パックを示す図である。
【符号の説明】
【００５４】
１００    接合装置、
２００    超音波接合部、
３００    カシメ接合部、
４００    電極タブ、
５００    組電池、
６００    単電池、
７００    電池パック。
【図１】
2007242376.tif 000003
【図２】
2007242376.tif 000004
【図３】
2007242376.tif 000005
【図４】
2007242376.tif 000006
【図５】
2007242376.tif 000007
【図６】
2007242376.tif 000008
【図７】
2007242376.tif 000009
【図８】
2007242376.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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