(57)【要約】  バッテリの製造方法を提供する。カソードとカソードタブとを含むカソードアセンブリを設ける。カソードタブをバッテリの正端子に溶接する。溶接は円運動で作られる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリの製造方法であって、
ハウジング本体と、バッテリの正端子を画定する部分とを含むバッテリハウジングを設け、
カソードと、該カソードが前記バッテリの正端子に接続可能とされるように構成されたカソードタブと、を含む電極アセンブリを設け、
円運動で作られた溶接で、前記カソードタブと、前記バッテリの正端子とを共に、溶接することを含む方法。
【請求項２】
前記円運動は、前記同じ直径の回りに複数回繰り返される請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記溶接は、それぞれ異なる直径を有する複数の円運動で作られる請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記溶接は、第１の直径を有する第１の円運動と、前記第１の直径と異なる第２の直径を有する第２の円運動とにより作られる請求項１乃至３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記第１の円運動は、前記第２の円運動に移動する前に前記第１の直径の回りに複数回繰り返される請求項４に記載の方法。
【請求項６】
溶接は、レーザ溶接からなる請求項１乃至５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記レーザビームは、ファイバレーザを含む請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記ファイバレーザから出射された前記レーザビームは、５ミクロンから５０ミクロンまでの直径を有する請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記カソードタブは、０．０５ｍｍから０．２ｍｍまでの厚さを有する請求項１乃至８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記バッテリの正端子は、０．２ｍｍから０．５ｍｍまでの厚さを有する請求項１乃至９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記溶接の円運動は、１００ミクロンから１０００ミクロンまでの直径で作られる請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記カソードタブは、アルミニウムからなる請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記バッテリの正端子は、アルミニウムからなる請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バッテリの製造、より具体的には、完成バッテリにおいて電気的導通状態となるバッテリの一部分にカソードを溶接する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
バッテリは一般に、「缶」又は「ケーシング」と呼ばれるハウジング内に配置された、カソード、アノード、及び電解質を含有する。
【０００３】
カソードは、カソード活性材料と、導電性炭素粒子と、結合剤と、を含有する固体を含有した、スラリーの形態で調製される場合がある。結合剤を溶解し、スラリー内の固体構成要素の良好な分散及び混合を提供するために、溶媒が添加される。カソードスラリーは、薄い伝導性基材の片側又は両側上にコーティングされ、次いで、溶媒が蒸発し、基材の片側又は両側上に乾燥カソードコーティングが残るように乾燥され、カソード複合材料シートを形成する。
【０００４】
アノード材料、例えばリチウムのシート、カソード活性材料を含有するカソード複合材料シート、及びアノードとカソードとの間のセパレータを用いて、電池電極アセンブリが形成される。電極アセンブリは、例えば、米国特許第４，７０７，４２１号に示されるように、らせん状に巻き付けられ、電池ケーシングに挿入されてもよい。アノードシートの一部分（例えば、アノードタブ）は、典型的に、電池の負端子を形成する電池ケーシングに電気的に接続される。電池は、ケーシングから絶縁されたエンドキャップで閉鎖されている。カソード複合材料シートから延在するカソードタブを、電池の正端子を形成するエンドキャップに、例えば溶接により、電気的に接続する。ケーシングは、典型的には、エンドキャップの周囲縁部上で曲げられて、ケーシングの開放端部を封止している。
【０００５】
カソードタブをエンドキャップに溶接することが困難な場合もある。例えば、カソードタブ及びエンドキャップがアルミニウムで作製される場合、溶接なしで−相対的に肉薄の層を介して構成部品を結合することは困難であり、その結果、カソードタブの損傷及びカソードタブの分離に至る強度が劣る溶接部ができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第４，７０７，４２１号
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、バッテリを製造する方法を提供する。本方法は、ハウジンジ本体と、バッテリの正端子を画定する部分とを含むバッテリハウジングを設け、カソードと、カソードがバッテリの正端子に接続可能とされるように構成されたカソードタブと、を含む電極アセンブリを設け、円運動で作られた溶接で、カソードタブと、バッテリの正端子とを共に、溶接することを含む。
【０００８】
本発明はまた、本明細書に開示する方法を用いて製造されるバッテリをも対象とする。
【０００９】
本発明の１つ以上の実施形態の詳細を、添付図面及び以下の説明に記載する。本発明の他の特徴及び利点は、説明及び図面、並びに特許請求の範囲から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】円筒状バッテリの上部の断面図である。
【図２】本発明によるプロセスを示す流れ図である。
【図３】バッテリの正端子に溶接されたカソードタブの平面図である。
【図４】バッテリの正端子に溶接されたカソードタブの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本明細書で開示する方法では、カソードタブ及びバッテリの一部を円運動を用いて共に溶接して、２つの部品間に形成されるべき確かな、高強度溶接部を設ける。
【００１２】
バッテリ又は電池１０の例が図１に示される。電池１０は、ハウジング又は「缶」２０、例えばリチウム金属又はその他のアノード活性材料を含み得るアノードシート、セパレータ、及びカソードシートを含有する。カソードシート１６は、カソード活性材料を含有する。アノードがリチウム金属を含む場合、カソード活性材料は、例えば二硫化鉄（ＦｅＳ2）であってもよい。実施態様によっては、アノード、カソード、及びセパレータは、図示のように平らな電極複合材料をらせん状に巻き付けることによって調製され得る、らせん状に巻き付けられた電極アセンブリ２５を画定する。また、電池は、電解質も含む。
【００１３】
電池１０は、円筒形であってもよく、又はらせん状に巻き付けられた平らな電池若しくは角柱形電池、例えば、立方形の全体形状を有する方形電池の形態であってもよい。らせん状に巻き付けられた電池では、筐体２０の好ましい形状は、図１に示されるような円筒形である。
【００１４】
実施態様によっては、カソード活性材料をカソード基材、例えばアルミホイル又はステンレス鋼上にコーティングすることによって、カソード複合材料シートを形成する。このような実施態様では、カソード基材が集電体として機能し得る。次いで、例えばアルミニウム１１４５で形成することができるカソードタブ５８を、例えば超音波溶接によりカソード基材に取り付ける。カソードタブは任意の所望寸法を有してよい。カソードタブは、例えば約５０〜６０ｍｍの長さ、４〜６ｍｍの幅、及び０．０５〜０．１５ｍｍの厚さ、例えば０．０９〜０．１１ｍｍの厚さであってよい。厚さは、処理を容易にするように、並びに製品の通電容量を向上するように選択される。アルミニウムは、その正極性のため、及びアルミニウムが、使用中に直面する電位で電気化学的に安定であるため、好ましい。実施態様によっては、カソードタブはカソードのリードエッジに位置する。しかしながら、タブはカソード長さに沿ういずれの場所に位置してもよい。カソードタブ及びアノードタブを電極アセンブリの対向する両端部に有することが望ましい場合があり、それは、電極アセンブリの全体の長さに沿って均一な電流分布、したがって均一な放電が得られるからである。
【００１５】
電池組立作業中に、カソードタブ５８をバッテリ１０の正端子６０に接続する。正端子６０は、複数の部品を含むアセンブリを含む。正端子６０の部品のうちの１つが接続カップ２７である。接続カップ２７は、例えば、アルミニウム５０５２  Ｈ３４で作製することができ、一般に、安全弁を含む。アルミニウムカソードタブ５８をこの接続カップ２７に、例えばレーザ溶接によって溶接する。
【００１６】
カソードタブ５８、及びこのカソードタブが溶接される接続カップ２７は、一般に共に相対的に薄いため、特に溶接による損傷を受け易い。例えば、カソードタブ５８は、０．０５ｍｍから０．２ｍｍまでの厚さ、好ましくは、約０．１ｍｍの厚さであり、このカソードタブが溶接されることになる接続カップ２７は、０．２ｍｍから０．５ｍｍまでの厚さ、好ましくは、約０．３ｍｍの厚さである。
【００１７】
図２はカソードタブ５８を接続カップ２７（又はバッテリの任意の他の好適な領域）に溶接するプロセスを示す。まず、ステップ１００において、バッテリハウジングを設ける。バッテリハウジングは、ハウジング本体と、バッテリの正端子とを含有する。次に、ステップ１０２において、電極アセンブリを設ける。電極アセンブリは、カソードと、カソードをバッテリの正端子に接続可能とされるように構成されたカソードタブとを含む。電極アセンブリは、また、アノードと、セパレータとを含有してもよい。あるいは、アノード及びセパレータは、バッテリ構造によっては別個に設けてもよい。電極アセンブリを缶又はその他の好適なハウジング内に組み込み、完成バッテリにおいてハウジングを封止すると共にバッテリの正端子を形成することとなるエンドキャップアセンブリを設ける。
【００１８】
最後に、工程１０４において、カソードタブと接続カップ（又はバッテリの正端子のその他の領域）とを相互に溶接する。ファイバレーザから出射されたレーザビームを用いて溶接を行う。バッテリの正端子へのカソードタブの溶接は円運動で作られる。
【００１９】
好適なファイバレーザは、ＴｒｕＦｉｂｅｒ  ２００の商標でＴｒｕｍｐｆから市販されているレーザシステムである。ファイバレーザは、例えば、約５０Ｗから約２００Ｗまでの電力で稼動される約５ミクロンから約５０ミクロンまでの直径を有するビームを生成することができる。ビームは、約１００ｍｍ／ｓｅｃから１０００ｍｍ／ｓｅｃまでの割合で、好ましくは、約５００ｍｍ／ｓｅｃの割合で移動させてもよい。
【００２０】
実質的に、溶接前に溶接領域全体を洗浄することが好ましい。所望により、カソードタブの領域全体及び／又は接続カップの領域全体を溶接前に洗浄してもよい。
【００２１】
ここで図３及び４を参照すると、バッテリの正端子の接続カップ２７に溶接されたカソードタブ５８が図示されている。カソードタブ５８を溶接部７０で接続カップ２７に溶接する。ファイバレーザを円運動で移動させることによって溶接部７０を作成する。円運動は、広範囲な直径で作られてもよく、約１００ミクロンから約１０００ミクロンまでの範囲が好ましい。わかるように、溶接部７０は、第１の円形溶接部７２を含む。円形溶接部７２は、約３００ミクロンの直径を有する。円形溶接部７２は、単一の円運動で、又は、複数の繰り返し円運動によって作成してもよい。その後、ファイバレーザを第２のより小さい直径に調整して、第１の円形溶接部７２よりも小さい直径を有する第２の円形溶接部７４を作成する。第２の円形溶接部７４は、約２０００ミクロンの直径を有する。円形溶接部７４は、単一の円運動で、又は、複数の繰り返し円運動によって作成してもよい。その後、ファイバレーザを第３のより小さい直径に調整して、第２の円形溶接部７４よりも小さい直径を有する第３の円形溶接部７６を作成する。第３の円形溶接部７６は、約１００ミクロンの直径を有する。円形溶接部７６は、単一の円運動で、又は、複数の繰り返し円運動によって作成してもよい。溶接部は、それぞれの溶接部からの熱の流れを可能にするために互いから十分に離間されることが好ましい。
【００２２】
溶接部７０は、３つの円形溶接部を伴って図示されているが、任意の数の円形溶接部を用いて、カソードタブをバッテリの正端子に固定するために固定してもよい。
【００２３】
複数の溶接の円運動の結果、溶接部７０は、強い溶接部に備える実質的に均一な深さ８０を有する。溶接部７０の深さ８０は、約０．１ｍｍから約０．３ｍｍまで、好ましくは約０．１５ｍｍであることが好ましい。
【００２４】
本発明の多数の実施形態が記載されてきた。それにもかかわらず、本発明の趣旨及び範囲を逸脱することなく、様々な修正を行い得ることが理解されるであろう。
【００２５】
電池は、任意のサイズ、例えば、ＡＡＡＡ（４０．２×８．４ｍｍ）、ＡＡＡ（４４．５×１０．５ｍｍ）、ＡＡ（５０×１４ｍｍ）、Ｃ（４９．２×２５．５ｍｍ）、又はＤ（６０．５×３３．２ｍｍ）サイズのものであってもよい。また、電池１０は、「２／３Ａ」電池（３３．５×１６．２ｍｍ）又はＣＲ２電池（２６．６×１５．３ｍｍ）であってもよい。
【００２６】
単一のアノードタブ及び単一のカソードタブを有する電池構成体について上述したが、実施態様によって、例えば高い電流ドレインが望まれる場合には、複数のアノードタブ及び／又は複数のカソードタブを用いることも可能である。
【００２７】
本発明の方法をカソードタブをバッテリの正端子に溶接するという状況で論じたが、それぞれは、アルミニウムで構成される。その上、本方法は、他の非鉄金属溶接部上に、特に、バッテリ及び蓄電池で実行してもよい。
【００２８】
当然のことながら、本明細書の全体を通じて与えられる全ての最大数値限定は、より小さい全ての数値限定を、あたかもそのようなより小さい数値限定が本明細書に明示的に記載されているかのように包含する。本明細書を通じて記載されるあらゆる最小数値限定は、より大きいあらゆる数値限定を、そのようなより大きい数値限定が本明細書に明確に記載されているかのように含む。本明細書全体に渡って記載されるあらゆる数値範囲は、そのようなより広い数値範囲内にあるあらゆるより狭い数値範囲を、そのようなより狭い数値範囲が本明細書に全て明示的に記載されているかのように含む。
【００２９】
特に指定がない限り、本明細書の明細、実施例、及び請求の範囲における全ての割合、比率、及び百分率は重量基準であり、全ての数値限定は、当該技術分野により提供される通常の程度の精度で使用される。更に、本明細書で使用するとき、グループがグループメンバの一覧「を構成する」と記載される場合、そのグループは、また、グループメンバのその同じ一覧「から本質的になる」か、又は、「からなる」ことができる。
【００３０】
本明細書で開示する寸法及び値は、列挙された正確な数値に厳密に限られるとして理解されるべきではない。むしろ、別段の指定がない限り、かかる寸法の各々は、記載された値及びその値の周辺の機能的に同等な範囲の両方を意味するものとする。例えば、「４０ｍｍ」と開示される寸法は、「約４０ｍｍ」を意味することが意図される。
【００３１】
相互参照されるか又は関連する全ての特許又は特許出願、及び本願が優先権又はその利益を主張する任意の特許出願又は特許を含む、本願に引用される全ての文書は、特に除外すること又は限定することを明言しない限りにおいて、その全容にわたって本願に援用するものである。いずれの文献の引用も、その文献が本願で開示又は特許請求される全ての発明に対する先行技術であることを認めるものではなく、また、その文献が、単独で、あるいはあらゆる他の参照文献とのあらゆる組み合わせにおいて、かかる発明のいずれかを参照、教示、示唆又は開示していることを認めるものでもない。更に、本文書における用語の任意の意味又は定義が、参照することによって組み込まれた文書内の同じ用語の意味又は定義と競合する程度に、本文書におけるその用語に与えられた意味又は定義が適用されるものとする。
【００３２】
本発明の特定の実施形態が例示されて説明されたが、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく様々な他の変形及び変更が行われ得ることは当業者にとって明白であろう。したがって、本発明の範囲内に含まれるそのような全ての変更及び修正は、添付の特許請求の範囲にて網羅することを意図したものである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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