JP2004178860A

JP2004178860A - Electrode connection method for sheet secondary battery

Info

Publication number: JP2004178860A
Application number: JP2002341220A
Authority: JP
Inventors: Yuji Tanjo; 雄児丹上; Hideaki Horie; 英明堀江; Osamu Shimamura; 修嶋村; Takanori Ito; 孝憲伊藤; Kyoichi Watanabe; 恭一渡邉; Hironori Ozawa; 浩典小沢; Takao Takasaki; 隆雄高崎; Kazunori Ozawa; 和典小沢
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd; Enax Inc
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd; Enax Inc
Priority date: 2002-11-25
Filing date: 2002-11-25
Publication date: 2004-06-24

Abstract

【課題】シート状二次電池における電極リードとバスバーとを、低接続抵抗、高機械的強度、および低コストを実現しつつ良好に接続し得る電極接続方法を提供すること。
【解決手段】シート状の正電極およびシート状の負電極を、セパレータを介して交互に積層して形成されたシート状の内部電極対と、該内部電極対および電解液を内部に密封状態に収容する可撓性の袋状外包体２と、袋状外包体２からそれぞれ引き出された、前記正電極と接続する正極リード３ａおよび前記負電極と接続する負極リード３ｂと、からなる１個の、または、２個以上が直列あるいは並列接続されたシート状二次電池１０に対して、袋状外包体２外部でリード３ａ，３ｂにそれぞれ、金属製で板状のバスバー６ａ，６ｂを接続する電極接続方法であって、リード３ａ，３ｂとバスバー６ａ，６ｂとを超音波溶接することにより接続することを特徴とするシート状二次電池の電極接続方法である。
【選択図】図１Provided is an electrode connection method capable of satisfactorily connecting an electrode lead and a bus bar in a sheet-shaped secondary battery while realizing low connection resistance, high mechanical strength, and low cost.
A sheet-like internal electrode pair formed by alternately stacking a sheet-like positive electrode and a sheet-like negative electrode via a separator, and the internal electrode pair and the electrolyte are sealed inside. One piece of a flexible bag-shaped outer package 2 to be accommodated, and a positive electrode lead 3a connected to the positive electrode and a negative electrode lead 3b connected to the negative electrode, respectively drawn out from the bag-shaped outer package 2 Alternatively, metal plate-like bus bars 6a, 6b are connected to the leads 3a, 3b outside the bag-shaped outer package 2, respectively, for the sheet-shaped secondary batteries 10 in which two or more are connected in series or in parallel. This is an electrode connection method, wherein the leads 3a and 3b and the bus bars 6a and 6b are connected by ultrasonic welding, and is an electrode connection method for a sheet-shaped secondary battery.
[Selection diagram] Fig. 1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シート状二次電池の電極接続方法に関し、特に限定されるものではないが、例えば電気自動車（ＥＶおよびＨＥＶ）、ＵＰＳ（無停電電源装置）、ロードレベリング等の用途に好適に用いられる大容量のシート状二次電池、特にシート状リチウムイオン二次電池の電極接続方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
各種電子機器に対する小型・軽量化への要望は非常に強く、そのためには動力源である二次電池の性能向上が要求され、種々の電池の開発や改良が進められてきている。電池に期待されている特性の向上には、高電圧化、高エネルギー密度化、耐高負荷化、形状の任意化、安全性の確保等がある。リチウムイオン二次電池は、現有する電池の中で最も高電圧、高エネルギー密度、耐高負荷化が実現できる二次電池であり、現在でもその改良が盛んに進められている。
【０００３】
このリチウムイオン二次電池は、その主要な構成要素として、正極、負極および両電極間に挟まれるイオン伝導層（セパレータ）を有する。現在実用化されている丸形または角形のリチウムイオン二次電池においては、正極にはリチウムとコバルト、ニッケルまたはマンガンとの複合酸化物微粒子を電子伝導体粒子とバインダー樹脂とで混合し、アルミニウム集電体に塗布して板状としたものが、また負極には黒鉛や難黒鉛化炭素やコークスなどの炭素原子を含む微粉末をバインダー樹脂と混合し、銅集電体に塗布して板状としたものが用いられている（各電極に塗布されるこれら物質を、一般に活物質と言う）。またイオン伝導層には、ポリエチレンやポリプロピレンなどの多孔質膜を、リチウムイオンを含む非水系の溶媒で満たしたものが使用されている。
【０００４】
例えば、特開平８−８３６０８号公報には、従来の円筒型リチウムイオン二次電池の構造が開示されている。円筒型リチウムイオン二次電池においては、負極端子を兼ねるステンレス等の金属製の外装缶の内部に、正極、電解液を含浸したセパレータ（イオン伝導層）および負極を渦巻状に巻いた構造になっている電極体が収納されてなる。この円筒型リチウムイオン二次電池は、電極体を強固な外装缶に入れて加圧することで、正極、セパレータおよび負極の各面間の接触が維持されている。
また角形電池では、短冊状の電極体を束ねて角形の金属缶に入れるなどの方法により、外部から力を加えて押さえつける方法が採られている。
【０００５】
このように、現有する従来のリチウムイオン二次電池においては、正極と負極とを密着させる方法として、金属などでできた強固な外装缶を用いる方法が採られている。前述のように、外装缶がなければ電極体における面間が剥離してしまうため、電気的な接続を維持することが困難になり、電池特性が劣化してしまう。一方、この外装缶の電池全体に占める重量および体積が大きいために、電池自身のエネルギー密度を低下させるだけでなく、外装缶自身が剛直であるために電池形状が限定されてしまい、任意の形状とするのが困難である。
【０００６】
このような背景のもと、軽量化や薄型化を目指し、強固な外装缶の不要なリチウムイオン二次電池の開発が進められている。具体的には、可撓性の袋状外包体の中に、シート状の内部電極対と電解液とを封入して形成される、軽量かつ薄型で可撓性を有するシート状リチウムイオン二次電池が提案されている（例えば、特開２００１−２２９，９２４号、特開２０００−１３３，２２０号、再表９８／０４２，０３６号参照）。
【０００７】
シート状リチウムイオン二次電池においては、袋状外包体内部で各内部電極対に接続された各電極リード（端子）が袋状外包体外部に引き出されており、これにバスバーを接続することで、電流を外部に取り出したり、他のシート状リチウムイオン二次電池の電極リードと並列または直列接続させたりしている。前記電極リードと前記バスバーとの接続には、シート状リチウムイオン二次電池本体を特定の場所に固定する役割を担わせる場合もある。
【０００８】
この電極リードとバスバーとの接続には、高い電気特性を実現するために、接続抵抗を極力小さくすることが望まれる。また、シート状リチウムイオン二次電池においては、例えば電気自動車に使用する場合に、安全・安定走行の見地から高パワー化が要求され、その際、大電流放電が行われる場合があり、かかる大電流放電に対応し得るに十分な接続面積を確保することが望まれる。さらに、シート状リチウムイオン二次電池全体としての薄型化の要請から、前記リードに薄板状の金属板が用いられる場合があり、接続時の負荷や使用時の振動等により、接続部に亀裂が生じ易い。
【０００９】
電極リードとバスバーとの接続方法としては、抵抗溶接、レーザー溶接、およびリベット止め等が挙げられる。
抵抗溶接とは、接合部に大電流を流し、発熱により金属を溶融・接合することにより対象部材相互を接続する方法であるが、溶融面積を大きく取ることが困難な為、接続抵抗が大きくなってしまうという問題がある。
【００１０】
レーザー溶接とは、接合部にレーザー光線を照射して金属を溶融し、接合することにより対象部材相互を接続する方法であるが、大掛かりなレーザー発生装置が必要な為、高コストであるという問題がある。また、レーザー溶接では、溶融温度、光反射率および熱伝導率が各金属で異なるため、異種金属を接続することは困難である。さらに、レーザー溶接では、リードが複数枚ある場合に、これを積層させてバスバーに一度に接続することは不可能であり、単純な１枚のリードとバスバーとの接続のみに限られてしまう。
【００１１】
リベット止めとは、２つの部材をリベットにより貫通させ、当該リベットの両端または一方の端部をかしめることにより両部材を接続することにより対象部材相互を接続する方法であり、接続抵抗も初期の段階では小さいが、振動等により接続箇所に亀裂が生じたり、リベットが浮いたりし易く、結果として長期的に接続抵抗が増加してしまう場合がある。
【００１２】
以上のように、接続抵抗が低く、機械的強度が高く、低コストで、しかも異種金属においても良好に電極リードとバスバーとを接続し得る方法は見出されていなかった。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明の目的は、シート状二次電池における電極リードとバスバーとを、低接続抵抗、高機械的強度、および低コストを実現しつつ良好に接続し得る電極接続方法を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、以下の本発明により達成される。
すなわち本発明は、活物質が表面に塗布されたシート状の正電極およびシート状の負電極を、セパレータを介して交互に積層して形成されたシート状の内部電極対と、該内部電極対および電解液を内部に密封状態に収容する可撓性の袋状外包体と、該袋状外包体からそれぞれ引き出された、前記正電極と接続する正極リードおよび前記負電極と接続する負極リードと、からなる１個の、または、２個以上が直列あるいは並列接続されたシート状二次電池に対して、前記袋状外包体外部で前記リードにそれぞれ、金属製で板状のバスバーを接続する電極接続方法であって、
前記リードと前記バスバーとを超音波溶接することにより接続することを特徴とするシート状二次電池の電極接続方法である。
【００１５】
本発明によれば、前記リードと前記バスバーとの接続に超音波溶接を用いていることから、接続面積を広く取ることができることは勿論のこと、金属表面の酸化膜が溶接時に除去されることから、接続抵抗を低く抑えることができ、前記リードにダメージを与えることが少なく、低コストで安定的に、かつ広い面積で両者を確実に接続することができる。また、超音波溶接では、異種金属間でも接続が可能であるため、前記リードと前記バスバーとについて材質の異なるものを選択しても、良好に両者を接続することができる。
【００１６】
前記リードと前記バスバーとの接続部における超音波溶接による接続箇所の総面積Ｗ（ｃｍ^２）と、該バスバーが接続するシート状二次電池からの平均放電電流Ｉ（Ａ）との関係としては、各極において、下記式（１）を満たすことが望ましい。
Ｗ／Ｉ≧０．１・・・（１）
【００１７】
例えば電気自動車に使用する場合等、大電流放電が行われる際には、前記接続箇所の総面積をある程度大きく確保する必要があるため、上記式（１）を満たすことが望ましく、本発明のように接続に超音波溶接を採用すれば、このような、大きな接続箇所の総面積を確保することが容易である。一方、接続箇所の総面積Ｗ（ｃｍ^２）の上限は特に限定されないが、あまりに接続箇所の総面積を大きくし過ぎても無駄であり、スペース効率も低下することから、バスバーの面積の９０％以下であることが望ましい。
【００１８】
なお、本発明において「接続部」とは、前記リードと前記バスバーとが当接して両者が接続されるべき領域を概略的に表す用語であり、超音波溶接される箇所は、当該接続部の領域の一部または全部から選択される。一方、「接続箇所」とは、前記リードと前記バスバーとが超音波溶接により一体化して接続した箇所を指し、両者が物理的に接触しているに過ぎない箇所は、接続部の一部と言い得るものの、接続箇所には含まれない。
【００１９】
前記リードと前記バスバーとの接続部において、複数の接続箇所に分けて超音波溶接することが望ましい。超音波溶接であっても、広い面積を一度に溶接しようとする場合には高い出力が必要となり、前記リードに大きな負荷を与えかねない。特に前記リードとして薄い板状の金属を用いた場合には、当該負荷により前記リードに亀裂を生じてしまう可能性があるが、接続箇所を複数に分けることにより、１の接続箇所における超音波溶接の出力を低減させることができる。すなわち、接続箇所を２箇所に分ければ２分の１、３箇所に分ければ３分の１、ｎ箇所に分ければｎ分の１の、超音波溶接の出力で１箇所を接続することができ、前記リードに与える負荷を大幅に軽減することができる。したがって、特に前記リードとして薄板の金属を用いた場合にも、亀裂を生じさせてしまうことがない。
【００２０】
このように接続箇所を複数に分けた場合、１の接続箇所を溶接する際に、隣接する接続箇所のうち既に溶接が終了した箇所の溶接強度に影響を与えてしまう可能性があり、場合によっては、再剥離してしまうこともある。したがって、前記接続部における隣接する接続箇所同士の間隔としては、０．５ｍｍ以上となるようにすることが望ましい。
【００２１】
また、超音波溶接においては、前記各リードにおいて、それが接続する電極に塗布された活物質の付着強度に影響を与えてしまう可能性があり、場合によっては、活物質が脱落したり、塗布面から剥離してしまうこともある。したがって、前記各リードにおいて、それが接続する電極の活物質が塗布された部位から７ｍｍ以上離れた位置を前記接続箇所とすることが望ましい。
【００２２】
前記各リードの接続部における接続箇所が位置する領域としては、所定の長さを有するバスバーに対して効率的に接続面積を確保できるようにするため、全体として略長方形となるようにすることが望ましい。このとき、接続箇所の総面積をより大きく確保するためには、前記各リードの接続部における接続箇所の幅方向の長さの合計ができるだけ長いことが好ましく、特に、当該リードの幅と略等しいことが好ましい。
【００２３】
ここで、「全体として略長方形」とは、複数の接続箇所の位置する領域の縁端を線で結んだときに、その線により描かれる図形が長方形ないしそれに近似していることを指す。また、個々の接続箇所の形状が円形や楕円形のように矩形でない場合には、前記線で描かれる図形は、厳密には長方形になり得ないが、大略長方形と見立てられる程度の図形となっていれば、ここで言う略長方形の概念に含まれる。例えば、同一形状の円形の接続箇所が一直線状に配置されている場合に、これら接続箇所の縁端を線で結ぶことにより描かれる図形は、接続箇所の円の半径と同じＲの半円を両端に有する長方形となるが、これもここで言う略長方形の概念に含めるものとする。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を、好ましい実施形態を挙げて説明する。
図１は、本発明の電極接続方法を説明するためのシート状二次電池の一例を示す模式斜視図であり、図２は図１における左側面図である。また、図３は、図１のＡ−Ａ断面図であり、図２における円Ａ’で囲まれた部分のみが拡大されて示してある。
【００２５】
図１〜３において、１０はシート状リチウムイオン二次電池（シート状二次電池）であり、可撓性の袋状外包体２により内部電極対１および電解液５が内部に密封状態に収容されている。内部電極対１は、図３に示すように、シート状の正電極１ａとシート状の負電極１ｂとを、セパレータ１ｃを介して交互に積層してシート状に形成されており、当該内部電極対１における正電極１ａとそれぞれ個別に連結する正極リード３ａが、袋状外包体２のヒートシール部４を気密に貫通するとともにこのヒートシール部４に固着され、ヒートシール部４を貫通して外部に突出し、引き出された部分が外部リードとして用いられている。なお、図示を省略しているが、負電極１ｂにも負極リード３ｂがそれぞれ個別に連結しており、該負極リード３ｂは、図１に示されるように袋状外包体２の正極リード３ａとは反対の端面から（図面上の上下関係）、同様に気密状態で引き出されている。
【００２６】
本実施形態において、内部電極対１は、図４に示すように、各正電極１ａがアルミニウム製の正極集電体１１の両面に正極活物質１２を積層して形成されており、また、各負電極１ｂが銅製の負極集電体１３の両面に負極活物質１４を積層して形成されている。また、正極リード３ａは上記正極集電体１１と同じアルミニウム製であり、負極リード３ｂは上記負極集電体１３と同じニッケル製である。ただし、その材質としては特に限定されるものではなく、電気化学的に安定な金属材料を用いることが望ましい。なかでも、正極リード３ａとしてはアルミニウム、アルミニウム合金等を、負極リード３ｂとしては銅、ステンレス、ニッケル等を好ましいものとして例示することができる。また、正極リード３ａについては、正極集電体を形成する材質と同じ材質、例えばアルミニウムを用いるのが特に好ましく、負極リード３ｂについては、銅および／またはニッケルを用いるのが特に好ましい。
【００２７】
正極リード３ａおよび負極リード３ｂの厚さはともに１００μｍであり、その幅ＷａおよびＷｂは、ともに３０ｍｍである。本発明において、リード３ａおよび３ｂの厚さとしては、例えば５０μｍ程度以上、好ましくは１００〜２００μｍの帯状に形成されたものを使用することができる。
【００２８】
正極リード３ａおよび負極リード３ｂには、板状のバスバー６ａおよび６ｂがそれぞれ接続されている。バスバー６ａおよび６ｂの大きさは、本例においては、幅８ｍｍ、厚さ１ｍｍのものを用いた。本発明においては、これらの大きさは特に制限されるものではない。ただし、厚さについては、バスバー６ａおよび６ｂによりシート状二次電池１０を、所望のケース等にしっかりと固定する観点や、超音波溶接時に破損することが無いようにするとの観点から、０．４ｍｍ以上とすることが好ましく、０．８ｍｍ以上とすることがより好ましい。
【００２９】
バスバー６ａおよび６ｂは、本例においては銅を用いた。ただし、その材質としては特に限定されるものではなく、任意の金属材料を問題なく使用することができるが、電気伝導性に優れた金属材料を用いることが望ましい。なかでも銅、アルミニウム、ニッケル、リン青銅、黄銅等を好ましいものとして例示することができる。
【００３０】
本発明において、内部電極対１と電解液５とを内部に密封状態に収容する可撓性の袋状外包体２については、シート状二次電池の電池ケースとして使用可能な強度を有するとともに収容される電解液５に対して優れた耐電解液性を有するものであれば特に制限されるものではなく、具体的には、内面側に例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド、アイオノマー等の耐電解液性及びヒートシール性に優れた熱可塑性樹脂製の内面層を、中間に例えばアルミ箔、ステンレス箔等の可撓性及び強度に優れた金属箔製の中間層を、また、外面側に例えばポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂等の電気絶縁性に優れた絶縁樹脂製の外面層を有する三層構造のラミネートフィルムを用いて形成される可撓性の袋状外包体（再表９８／０４２，０３６号参照）を例示することができる。
【００３１】
本例においては、上記袋状外包体２は、内面側にポリエチレン製の内面層２ａを、中間にアルミ箔製の中間層２ｂを、また、外面側にナイロン製の外面層２ｃを有する三層構造のラミネートフィルムで形成されている。
セパレータ１ｃは、多孔質膜、不織布、網など、電子絶縁性で正電極１ａおよび負電極１ｂとの密着に対して充分な強度を有するものであれば、どのようなものでも使用可能である。材質は特に限定されないが、ポリエチレン、ポリプロピレンの単層多孔質膜およびこれらの多層化した多孔質膜が接着性および安全性の観点から好ましい。
【００３２】
また、イオン伝導体として用いる電解液５に供する溶剤および電解質塩としては、従来の電池に使用されている非水系の溶剤およびリチウムを含有する電解質塩が使用可能である。具体的には、溶剤として、炭酸エチレン、炭酸プロピレン、炭酸ジメチル、炭酸ジエチル、炭酸メチルエチルなどのエステル系溶剤、ジメトキシエタン、ジエトキシエタン、ジエチルエーテル、ジメチルエーテルなどのエーテル系溶剤の単独液、および前述の同一系統の溶剤同士あるいは異種系統の溶剤からなる２種の混合液が使用可能である。また電解質塩は、ＬｉＰＦ_６、ＬｉＡｓＦ_６、ＬｉＣｌＯ_４、ＬｉＢＦ_４、ＬｉＣＦ_３ＳＯ_３、ＬｉＮ（ＣＦ_３ＳＯ_２）_２、ＬｉＣ（ＣＦ_３ＳＯ_２）_３、ＬｉＮ（Ｃ_２Ｆ_５ＳＯ_２）_２などが使用可能である。
【００３３】
正極リード３ａとバスバー６ａとの間、および負極リード３ｂとバスバー６ｂとの間の接続は、本発明においては、超音波溶接により為されている。
ここで、超音波溶接について説明する。図５は、超音波溶接の概略を説明するための超音波溶接装置の概略構成図である。図５に示されるように、超音波溶接装置は、ホーン３１と、その先端に取り付けられたチップ３２と、チップ３２に対向配置されたアンビル３３とから構成される。
【００３４】
チップ３２とアンビル３３との間に接合対象となる２つの部材（ホーン側部材３４およびアンビル側部材３５）を重ねて配置し、チップ３２とアンビル３３とで挟んで加圧し、ホーン３１に超音波振動を与えると、該超音波振動がチップ３２を介してホーン側部材３４およびアンビル側部材３５に伝達され、接面効果、工作効果および熱効果により両者が接続される。
【００３５】
超音波溶接は、溶接界面を溶融せずに、あるいは極めて限られた薄層だけを溶融することができる、溶接界面における酸化膜等の不純物の摩擦によるクリーニング効果が期待できる、等の特徴を有し、接続抵抗を低く抑えることができ、接合対象となる部材に大きなダメージを与えることなく、低コストで安定的に、かつ広い面積で両者を確実に接続することができる。
本発明では、ホーン側部材３４として電極リードを、アンビル側部材３５としてバスバーを、それぞれ配することで、両者を超音波溶接することができる。
【００３６】
図６に、図１のシート状二次電池における、正極リード３ａとバスバー６ａとの間、および負極リード３ｂとバスバー６ｂとの間の接続状態を模式的に表す模式平面図を示す。図６においては、超音波溶接による接続箇所が、網掛けで表されている（正側接続箇所７ａ、負側接続箇所７ｂ）。本例においては、図６に示されるように、正側・負側ともに、複数の接続箇所７ａ，７ｂに分けて超音波溶接を行っている。接続箇所７ａ，７ｂそれぞれは、全て同一形状であり、その面積は、本例において４９ｍｍ^２である。したがって、接続箇所７ａまたは７ｂの総面積は、正負どちら側も４９×３＝１４７ｍｍ^２となっている。
【００３７】
例えば電気自動車に使用する等、大容量の電池とする場合には、そのパワーを有効に引き出すために、超音波溶接による接続箇所を広くとることが望まれる。本発明では、接続に超音波溶接を採用しているため、接続箇所を広くとることができる。
【００３８】
接続箇所７ａの総面積Ｗ（ｃｍ^２）と、該バスバーが接続するシート状二次電池からの平均放電電流Ｉ（Ａ）との関係が、下記式（１）を満たすことが好ましい。
Ｗ／Ｉ≧０．１・・・（１）
【００３９】
上記式（１）を満たすことにより、正極リード３ａと、バスバー６ａとの間における熱伝導効率と、電気伝導効率とが極めて良好となる。上記式（１）における右辺としては、特に０．１５であることが好ましい。一方、接続箇所の総面積Ｗ（ｃｍ^２）の上限は特に限定されないが、あまりに接続箇所の総面積を大きくし過ぎても無駄であり、スペース効率も低下することから、バスバーの面積の９０％以下であることが望ましい。
【００４０】
ここで接続部における接続箇所の「総面積Ｗ」とは、各接続部における超音波溶接が１つの領域によりなされている場合には、そのままその領域の面積がＷに相当するが、例えば本例の接続箇所７ａのように３箇所等、複数の領域により溶接が為されている場合には、これら複数の領域の合計面積が「総面積Ｗ」に相当する。
【００４１】
広い面積を一度に溶接しようとする場合には高い出力が必要となり、正極リード３ａおよび負極リード３ｂに大きな負荷を与えかねない。特にこれらリード３ａ，３ｂとして本例では薄膜の金属を用いており、当該負荷によりリード３ａ，３ｂに亀裂を生じてしまう可能性があるが、接続箇所７ａ，７ｂをそれぞれ３つに分けることにより、１の接続箇所における超音波溶接を３分の１の出力で接続することができ、リード３ａ，３ｂに与える負荷を大幅に軽減することができ、亀裂を生じさせてしまうことがない。
【００４２】
図７に、図１のシート状二次電池における、正極側の接続状態のみを模式的に表す模式平面図を示す。以下、図７を用い正極側を代表させて説明するが、負極側についても同様である。
接続箇所を複数に分けた場合、１の接続箇所を溶接する際に、超音波振動やそれにより生ずる熱により、隣接する接続箇所のうち既に溶接が終了した箇所の溶接強度に影響を与えてしまう可能性があり、場合によっては、再剥離してしまうこともある。したがって、隣接する接続箇所７ａ同士の間隔Ｄ１としては、０．５ｍｍ以上となるようにすることが好ましく、１ｍｍ以上となるようにすることがより好ましい。この「隣接する接続箇所同士の間隔」は、１の接続箇所に対して最も近接した接続箇所との最短距離を意味する。
【００４３】
また、正極リード３ａは、正電極１ａと接続しており、超音波溶接の際の超音波振動やそれにより生ずる熱は、正電極１ａとして正極集電体１１表面に塗布された正極活物質１２の付着強度に影響を与えてしまう可能性があり、場合によっては、正極活物質１２を剥離させてしまうこともある。したがって、正極リード３ａにおいて、それが接続する正電極１ａの正極活物質１２が塗布された部位から接続箇所７ａまでの距離Ｄ２としては、７ｍｍ以上となるようにすることが好ましく、１０ｍｍ以上となるようにすることがより好ましい。
【００４４】
接続箇所７ａが位置する領域としては、所定の長さを有するバスバー６ａに対して効率的に接続面積を確保できるようにするため、本例のように全体として略長方形となるようにすることが望ましい。このとき、接続箇所７ａの総面積をより大きく確保するためには、リード３ａの接続部における接続箇所７ａの幅方向の長さＷ１の合計（Ｗ１×３）ができるだけ長いことが好ましく、特に、リード３ａの幅Ｗ２と略等しいことが好ましい。ここで「略等しい」とは、リード（３ａ）の幅（Ｗ２）に対して、接続箇所（７ａ）の幅方向の長さ（Ｗ１）の合計（Ｗ１×３）が、±２０％以内の範囲であることを言う。接続箇所の幅方向の長さの合計を大きくするには、本例のように接続箇所を一列に配する場合には、隣接する接続箇所同士の間隔を狭める、接続箇所の分割を少なくする、等の対応が考えられるが、既述の如くこれらは他の理由から制限があるため、２列以上に配することが、効果的である。
【００４５】
図８に、本発明において採用可能な、超音波溶接による接続箇所の態様の８つの例を列挙した平面図を示す。図８の各図（Ａ）〜（Ｇ）において、接続箇所は網掛けで示されている（７Ａ〜７Ｈ）。
図８（Ａ）は、矩形でやや長めの接続箇所７Ａが２つ並列に配置された例である。接続箇所７Ａが位置する領域は、全体として長方形となっている。
【００４６】
図８（Ｂ）は、矩形で大きめの接続箇所７Ｂと、矩形で小さめの接続箇所７Ｂ’とが交互に配置された例である。接続箇所の個々の大きさは、本例に示すように必ずしも同じ大きさでなくてもよい。また、それぞれ形状を異ならせることもできる。接続箇所７Ｂ，７Ｂ’が位置する領域は、ややいびつであるものの、全体として略長方形になっていると言い得る。
【００４７】
図８（Ｃ）は、３つの矩形の接続箇所７Ｃが、一直線上に配置されていない例である。接続箇所の配置される位置は、本例に示すように必ずしも一直線上でなくてもよい。接続箇所７Ｃが位置する領域は、ややいびつであるものの、全体として略長方形になっていると言い得る。
【００４８】
図８（Ｄ）は、小さな矩形の接続箇所７Ｄが、２列に、千鳥状に配置された例である。本例に示すように、接続箇所の配置される位置は、必ずしも一直線上でなくてもよい。接続箇所７Ｃが位置する領域は、平行四辺形に近いものの、全体として略長方形になっていると言い得る。本例においては、接続箇所７Ｄの幅方向の長さの合計は、リード３ａの幅と等しい。
【００４９】
図８（Ｅ）は、小さな矩形の接続箇所７Ｅが、２列に、碁盤目状に整列して配置された例である。接続箇所７Ｅが位置する領域は、全体として長方形になっている。
【００５０】
図８（Ｆ）は、同一形状の円形の接続箇所７Ｆが、一直線状に配置された例である。本例に示すように、接続箇所の形状としては、必ずしも矩形でなくてもよく、本例の如き円形のほか、楕円形、三角形、多角形、星型、不定形等を選択することができ、複数の形状を選択してもよい。接続箇所７Ｆが位置する領域は、接続箇所の円の半径と同じＲの半円を両端に有するものの、全体として略長方形になっていると言い得る。
【００５１】
図８（Ｇ）は、矩形の接続箇所７Ｇが、扇状に並べられて配置された例である。本例に示すように、接続箇所の配置される位置は、必ずしも一直線上でなくてもよい。
図８（Ｈ）は、長方形の接続箇所７Ｈが、バスバーの辺の傾きに対して斜めになるように、かつその傾ける向きが交互になるように並べられて配置された例である。本例に示すように、溶接箇所ごとに傾きを設けてやれば、超音波溶接の際の振動の方向を変化させることができ、共振を受け難くすることができる。
【００５２】
本発明において採用可能な、超音波溶接による接続箇所の状態の例を８つ列挙して説明したが、接続箇所の配置はこれら例に限定されるものではない。
【００５３】
本発明のシート状二次電池の電極接続方法の対象となるシート状二次電池は、以上説明した、シート状二次電池が１枚の態様に限定されるものではなく、シート状二次電池が２枚以上積層され、並列接続で、または直列接続で各電極リードが束ねられて、これにバスバーを接続する場合にも本発明が適用され得る。むしろ、、シート状二次電池が２枚以上積層され各電極リードを束ねて、これにバスバーを接続する場合に、超音波溶接の有効性がいかんなく発揮される。
【００５４】
図９は、シート状二次電池が３枚積層されて、束ねられた電極リードに、本発明の電極接続方法を適用する状態を説明するための図であり、（Ａ）は模式断面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＣ−Ｃ断面図である。図９において、３枚のシート状二次電池２０−１、２０−２および２０−３が積層され、各シート状二次電池２０−１，２０−２，２０−３の袋状外包体からそれぞれ引き出された、内部の正電極（不図示）と接続する正極リード２３−１，２３−２，２３−３が束ねられ、この束ねられた部分に、バスバー２６が超音波溶接により固定されている。また、各シート状二次電池２０−１，２０−２，２０−３の袋状外包体からそれぞれ引き出された、内部の負電極と接続する負極リード２４−１，２４−２，２４−３についても束ねられ、この束ねられた部分に、負極用のバスバー２７が超音波溶接により固定されている。すなわち、本例の電極の接続は、複数のシート状二次電池の正極同士および負極同士がそれぞれ接続された並列接続となっている。
【００５５】
なお、各シート状二次電池２０−１，２０−２，２０−３は同一のものであり、第１の実施形態におけるシート状二次電池１０と同一であり、好ましい態様等も同一であるので、その詳細な説明は省略する。
【００５６】
本発明の電極接続方法によりバスバーが取り付けられたシート状二次電池は、１枚のみのものであるか積層されたものであるかは問わず、バスバーにより所望の容器に固定することで、低接続抵抗で電気特性に優れるとともに、機械的強度に優れた二次電池を低コストで製造することができる。また、シート状二次電池を並置して、各電極リードをバスバーにより並列または直列接続することで、大容量化、高出力化を実現することができる。
【００５７】
なお、本例においては、バスバー６ａおよびバスバー６ｂの断面積や材質、リード３ａおよびリード３ｂの幅や断面積、両者の接続箇所の形状や面積等が、正極と負極とでそれぞれ同一のものを例示したが、本発明において両者が必ずしも同一である必要はない。
【００５８】
【実施例】
以下、実施例を挙げて、本発明をより具体的に説明するが、本発明は、以下の実施例の内容に限定されるものではない。
＜実施例１＞
前記実施形態として挙げた、図１〜図３に示されるシート状リチウムイオン二次電池を製造した。用いた材料、形状、大きさ等は、基本的に前記実施形態で説明した通りだが、超音波溶接を行った箇所（接続箇所）は、７×７（ｍｍ）の１箇所（図６における７ａおよび７ｂで示される接続箇所の１箇所ずつ）とした。したがって接続面積は４９ｍｍ^２である。
【００５９】
また、正極リード３ａにおいて、それが接続する正電極１ａの正極活物質１２が塗布された部位から接続箇所７ａまでの距離（Ｄ２）は１０ｍｍに、負電極１ａの負極活物質１４が塗布された部位から接続箇所７ｂまでの距離も同様に１０ｍｍとした。
【００６０】
また、超音波溶接は、以下の条件により行った。
・正極リード３ａ（Ａｌ）とバスバー６ａ（Ｃｕ）との超音波溶接時の強度：１５０Ｊ
・負極リード３ｂ（Ｎｉ）とバスバー６ｂ（Ｃｕ）との超音波溶接時の強度：３００Ｊ
・圧力：２ｋｇ／ｃｍ^２
・Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ：８０％
・保持時間：０．５秒
・ホーン形状：８ｍｍ×８ｍｍ
【００６１】
※「Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ」とは、超音波溶接機の溶着項目の１つで、超音波溶接機から出力された全振動エネルギーに対して、溶着される材料に伝わった振動エネルギーの割合。材料に負担が掛からない様、適切な値に設定することが好ましい。
【００６２】
得られた試料について、正極リード３ａ（Ａｌ）とバスバー６ａ（Ｃｕ）との、および、負極リード３ｂ（Ｎｉ）とバスバー６ｂ（Ｃｕ）との、それぞれ接続抵抗を測定したところ、共に０．８ｍΩであった。さらに、この試料について、ＪＩＳＣ８７１１に準じて振動試験を行った。すなわち、二次電池を完全充電した後、２０℃の環境で、振幅０．８ｍｍ、周波数１０Ｈｚ←→５５Ｈｚ、掃引速度１Ｈｚ／分で、相互に直角に交わるＸＹＺ方向に９０分間振動した。
【００６３】
振動試験の後、電池の状態、特にリードとバスバーとの接続状態を目視にて観察したところ、いずれも漏液、安全弁の作動、破裂、発火等の問題は発生しなかった。また、上記同様接続抵抗を測定したところ、共に０．８ｍΩであり、振動試験により変動することはなかった。
【００６４】
＜比較例１＞
実施例１において、各リードとバスバーとの接続方法をリベット止めに変えたこと以外は、実施例１と同様にして、比較例１のシート状リチウムイオン二次電池を製造した。なお、用いたリベットは、正極側・負極側ともアルミニウム製で、外径３．４ｍｍ、厚さ６ｍｍのパイプ状のものを用いた。また、各リードとバスバーとには、リベットが貫通する径３．５ｍｍの孔を予め穿孔しておいた。これらリードとバスバーとをそれぞれの孔の位置を合わせて重ねた状態で、前記リベットを当該孔に貫通させた後、リベットかしめ機を用いてリベットをかしめることで各リードとバスバーとを接続した。この接続は、各接続箇所において、１箇所ずつ行った。
【００６５】
得られた試料について、正極リード３ａ（Ａｌ）とバスバー６ａ（Ｃｕ）との、および、負極リード３ｂ（Ｎｉ）とバスバー６ｂ（Ｃｕ）との、それぞれ接続抵抗を測定したところ、共に１．２ｍΩであった。さらに、この試料について、実施例１と同様にして振動試験を行った。
【００６６】
振動試験の後、電池の状態、特にリードとバスバーとの接続状態を目視にて観察したところ、いずれも漏液、安全弁の作動、破裂、発火等の問題は発生しなかったが、接続箇所に亀裂が生じ、リベットも浮いていた。また、上記同様接続抵抗を測定したところ、共に４．５ｍΩであり、振動試験により接続抵抗が大幅に上昇してしまった。
【００６７】
＜比較例２＞
実施例１において、各リードとバスバーとの接続方法を抵抗溶接に変えたこと以外は、実施例１と同様にして、比較例２のシート状リチウムイオン二次電池を製造した。なお、抵抗溶接の条件は、以下の通りである。
・電極：クロム銅
・電圧：２．５Ｖ
・時間：２．８ｍｓｅｃ
【００６８】
得られた試料について、正極リード３ａ（Ａｌ）とバスバー６ａ（Ｃｕ）との、および、負極リード３ｂ（Ｎｉ）とバスバー６ｂ（Ｃｕ）との、それぞれ接続抵抗を測定したところ、共に１．５ｍΩであった。したがって、実施例１の超音波溶接の場合に比べ、接続抵抗が約２倍にも達し、実用に供するには不利なものであった。
【００６９】
さらに、この試料について、実施例１と同様にして振動試験を行い、上記同様接続抵抗を測定したところ、電池の状態の目視観察において問題は発生せず、接続抵抗も振動試験により変動することはなく（共に１．５ｍΩであり）、振動試験により接続状態が変化することはなかった。
【００７０】
＜実施例２＞
実施例１において、各リードとバスバーとの超音波溶接を行った箇所（接続箇所）を３箇所に増やした（図６における７ａおよび７ｂで示される接続箇所と同様３箇所ずつ）こと以外は、実施例１と同様にして、実施例２のシート状リチウムイオン二次電池を製造した。したがって接続面積は１４７ｍｍ^２である。なお、隣接する接続箇所（７ａあるいは７ｂ）同士の間隔（Ｄ１）は、１．０ｍｍとした。
【００７１】
得られた試料について、正極リード３ａ（Ａｌ）とバスバー６ａ（Ｃｕ）との、および、負極リード３ｂ（Ｎｉ）とバスバー６ｂ（Ｃｕ）との、それぞれ接続抵抗を測定したところ、共に０．３ｍΩであった。さらに、この試料について、実施例１と同様にして振動試験を行った。
【００７２】
振動試験の後、電池の状態、特にリードとバスバーとの接続状態を目視にて観察したところ、いずれも漏液、安全弁の作動、破裂、発火等の問題は発生しなかった。また、上記同様接続抵抗を測定したところ、共に０．３ｍΩであり、振動試験により変動することはなかった。
【００７３】
＜実施例３＞
実施例１において、各リードとバスバーとの超音波溶接を行った面積（接続箇所の面積）を１ｃｍ^２、２ｃｍ^２、３ｃｍ^２の３水準で振ったこと以外は、実施例１と同様にして、実施例３の３種類のシート状リチウムイオン二次電池を製造した。
【００７４】
得られた各シート状二次電池表面に、熱電対を数箇所装着した状態で、電流を放電させ（４０Ｖ、１０Ａ）、放電から十分後における各シート状二次電池の表面温度をモニターし、最高温度部の温度を記録することで、各シート状二次電池表面の温度上昇を確認した。結果は図１０に示すグラフの通りとなった。
【００７５】
この結果から、バスバー（６ａまたは６ｂ）の接続部における超音波溶着の総面積Ｗ（ｃｍ^２）と、該バスバーが接続するシート状二次電池からの平均放電電流Ｉ’（Ａ）との関係が、Ｗ／Ｉ≧０．１（式（１））を満たす溶着面積Ｗ＝２（ｃｍ^２）および３（ｃｍ^２）における表面温度上昇は、極めて低く保たれていることがわかる。
【００７６】
＜実施例４＞
実施例２において、隣接する接続箇所（７ａあるいは７ｂ）同士の間隔（Ｄ１）を０．５ｍｍとしたこと以外は、実施例２と同様にして、実施例３のシート状リチウムイオン二次電池を製造した。
得られた試料について、接続箇所を確認したところ、亀裂や剥離が生じることはなく、良好に接続されていた。
【００７７】
＜実施例５＞
実施例１において、正極リード３ａにおいて、それが接続する正電極１ａの正極活物質１２が塗布された部位から接続箇所７ａまでの距離（Ｄ２）を７ｍｍに、負電極１ａの負極活物質１４が塗布された部位から接続箇所７ｂまでの距離も同様に７ｍｍとしたこと以外は、実施例２１同様にして、実施例５のシート状リチウムイオン二次電池を製造した。
得られた試料について、接続箇所を確認したところ、各極の活物質に脱落等の不具合が生じることはなく、良好に接続されていた。
【００７８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、シート状二次電池における電極リードとバスバーとを、低接続抵抗、高機械的強度（特に引っ張り強度）、および低コストを実現しつつ良好に接続し得る電極接続方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電極接続方法を説明するためのシート状二次電池の一例を示す模式斜視図である。
【図２】図１のシート状二次電池の左側面図である。
【図３】図１のシート状二次電池のＡ−Ａ断面図であり、図２における円Ａ’で囲まれた部分のみが拡大されて示してある。
【図４】図１における内部電極対を説明するための模式拡大図である。
【図５】超音波溶接の概略を説明するための超音波溶接装置の概略構成図である。
【図６】図１のシート状二次電池における、正極リードとバスバーとの間、および負極リードとバスバーとの間の接続状態を模式的に表す模式平面図である。
【図７】図１のシート状二次電池における、正極側の接続状態のみを模式的に表す模式平面図である。
【図８】本発明において採用可能な、超音波溶接による接続箇所の態様の例を列挙した平面図である。
【図９】シート状二次電池が３枚積層されて、束ねられた電極リードに、本発明の電極接続方法を適用する状態を説明するための図であり、（Ａ）は模式断面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＣ−Ｃ断面図である。
【図１０】実施例３の結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１内部電極対
１ａ正電極
１ｂ負電極
１ｃセパレータ
２袋状外包体
３ａ、２３−１，２３−２，２３−３正極リード
３ｂ、２４−１，２４−２，２４−３負極リード
４ヒートシール部
５電解液
６ａ、６ｂ、２６、２７バスバー
７ａ、７ｂ、７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄ、７Ｅ、７Ｆ、７Ｇ接続箇所
１０、２０−１，２０−２，２０−３シート状二次電池
１１正極集電体
１２正極活物質
１３負極集電体
１４負極活物質
３１ホーン
３２チップ
３３アンビル
３４ホーン側部材
３５アンビル側部材[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for connecting electrodes of a sheet-shaped secondary battery, and is not particularly limited, and is suitably used for applications such as electric vehicles (EV and HEV), UPS (uninterruptible power supply), and load leveling. The present invention relates to a method for connecting electrodes of a large-capacity sheet-shaped secondary battery, particularly a sheet-shaped lithium ion secondary battery.
[0002]
[Prior art]
There is a strong demand for various electronic devices to be smaller and lighter. To this end, the performance of secondary batteries as power sources has been required to be improved, and various batteries have been developed and improved. Improvements in characteristics expected from batteries include higher voltage, higher energy density, higher load resistance, arbitrary shape, and safety. The lithium ion secondary battery is a secondary battery capable of realizing the highest voltage, high energy density and high load resistance among existing batteries, and its improvement is being actively promoted even now.
[0003]
This lithium ion secondary battery has, as its main components, a positive electrode, a negative electrode, and an ion conductive layer (separator) sandwiched between both electrodes. In a round or square lithium ion secondary battery currently in practical use, composite oxide fine particles of lithium and cobalt, nickel or manganese are mixed with electron conductor particles and a binder resin for the positive electrode, and the aluminum collection is performed. It is coated on a current collector to form a plate, and the negative electrode is mixed with a fine powder containing carbon atoms, such as graphite, non-graphitizable carbon, and coke, with a binder resin, and coated on a copper current collector to form a plate. (These materials applied to each electrode are generally referred to as active materials). The ion conductive layer is formed by filling a porous membrane such as polyethylene or polypropylene with a non-aqueous solvent containing lithium ions.
[0004]
For example, JP-A-8-83608 discloses the structure of a conventional cylindrical lithium ion secondary battery. The cylindrical lithium ion secondary battery has a structure in which a positive electrode, a separator (ion conductive layer) impregnated with an electrolyte, and a negative electrode are spirally wound inside a metal outer can, such as stainless steel, also serving as a negative electrode terminal. Is stored. In this cylindrical lithium ion secondary battery, the electrode body is put in a strong outer can and pressurized to maintain contact between the positive electrode, the separator, and the negative electrode.
Further, in the case of a rectangular battery, a method is employed in which a rectangular electrode body is bundled and placed in a rectangular metal can to apply an external force to press it.
[0005]
As described above, in the existing conventional lithium ion secondary battery, as a method for bringing the positive electrode and the negative electrode into close contact, a method using a strong outer can made of metal or the like is adopted. As described above, without the outer can, the surfaces of the electrode body are separated, so that it is difficult to maintain the electrical connection, and the battery characteristics deteriorate. On the other hand, the weight and volume of the outer can occupying the whole battery is large, which not only lowers the energy density of the battery itself, but also limits the shape of the battery because the outer can itself is rigid, resulting in an arbitrary shape. It is difficult to do.
[0006]
Against this background, the development of lithium ion secondary batteries that do not require a strong outer can has been pursued with the aim of reducing the weight and thickness. Specifically, a lightweight, thin, and flexible sheet-like lithium ion secondary battery formed by enclosing a sheet-like internal electrode pair and an electrolytic solution in a flexible bag-like outer package. A battery has been proposed (see, for example, JP-A-2001-229,924, JP-A-2000-133,220, and Table 98 / 042,036).
[0007]
In the sheet-shaped lithium ion secondary battery, each electrode lead (terminal) connected to each internal electrode pair is drawn out of the bag-shaped outer package inside the bag-shaped outer package, and a bus bar is connected to this. The current is taken out to the outside or connected in parallel or in series with the electrode lead of another sheet-shaped lithium ion secondary battery. The connection between the electrode lead and the bus bar may have a role of fixing the sheet-shaped lithium ion secondary battery main body to a specific location.
[0008]
For the connection between the electrode lead and the bus bar, it is desired to minimize the connection resistance in order to realize high electrical characteristics. In addition, in the case of a sheet-shaped lithium ion secondary battery, for example, when used in an electric vehicle, high power is required from the viewpoint of safe and stable driving, and at that time, a large current discharge may be performed. It is desired to secure a sufficient connection area to cope with current discharge. Further, due to the demand for thinning of the sheet-like lithium ion secondary battery as a whole, a thin metal plate may be used for the lead in some cases. Easy to occur.
[0009]
Examples of a method for connecting the electrode lead and the bus bar include resistance welding, laser welding, and riveting.
Resistance welding is a method in which a large current is applied to the joint and the target members are connected to each other by melting and joining the metal by heat generation.However, it is difficult to obtain a large molten area, so the connection resistance increases. Problem.
[0010]
Laser welding is a method of irradiating a joint with a laser beam to melt the metal and joining the target members together by joining them.However, since a large-scale laser generator is required, the problem of high cost is encountered. is there. Further, in laser welding, since different metals have different melting temperatures, light reflectivities, and thermal conductivities, it is difficult to connect dissimilar metals. Further, in the case of laser welding, when there are a plurality of leads, it is impossible to stack them and connect them to the bus bar at once, and the connection is limited to a simple connection between one lead and the bus bar.
[0011]
Riveting is a method in which two members are penetrated by a rivet and both members are connected by caulking both ends or one end of the rivet to connect the target members to each other. Although small at the stage, cracks or rivets are likely to be generated at connection points due to vibration or the like, and as a result, connection resistance may increase in the long term.
[0012]
As described above, no method has been found in which the connection resistance is low, the mechanical strength is high, the cost is low, and the electrode lead and the bus bar can be connected well even with dissimilar metals.
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
Therefore, an object of the present invention is to provide an electrode connection method capable of satisfactorily connecting an electrode lead and a bus bar in a sheet-shaped secondary battery while realizing low connection resistance, high mechanical strength, and low cost. is there.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
The above object is achieved by the present invention described below.
That is, the present invention provides a sheet-like internal electrode pair formed by alternately laminating a sheet-like positive electrode and a sheet-like negative electrode having an active material applied to the surface thereof via a separator, and the internal electrode pair. And a flexible bag-shaped outer package containing the electrolyte therein in a sealed state, and a cathode lead connected to the positive electrode and a negative electrode lead connected to the negative electrode, respectively, which are pulled out from the bag-shaped outer package. A metal plate-shaped bus bar is connected to each of the leads outside the bag-shaped outer package with respect to one or two or more sheet-shaped rechargeable batteries connected in series or in parallel. An electrode connection method,
An electrode connection method for a sheet-shaped secondary battery, wherein the lead and the bus bar are connected by ultrasonic welding.
[0015]
According to the present invention, since the ultrasonic welding is used to connect the lead and the bus bar, not only the connection area can be widened, but also the oxide film on the metal surface is removed at the time of welding. Therefore, the connection resistance can be suppressed low, the lead is hardly damaged, and both can be stably connected at a low cost at a wide area. Also, in ultrasonic welding, connection can be made between different kinds of metals, so that even if different materials are selected for the lead and the bus bar, both can be connected well.
[0016]
The total area W (cm) of the connection portion by ultrasonic welding at the connection portion between the lead and the bus bar²) And the average discharge current I (A) from the sheet secondary battery to which the bus bar is connected, it is desirable that each pole satisfies the following expression (1).
W / I ≧ 0.1 (1)
[0017]
For example, when a large current discharge is performed, for example, when used in an electric vehicle, it is necessary to ensure the total area of the connection points to some extent. Therefore, it is desirable to satisfy the above expression (1). If ultrasonic welding is used for the connection, it is easy to secure the total area of such a large connection portion. On the other hand, the total area W (cm²The upper limit is not particularly limited. However, if the total area of the connection portions is too large, it is useless and the space efficiency is reduced. Therefore, the upper limit is preferably 90% or less of the bus bar area.
[0018]
In the present invention, the term “connecting portion” is a term schematically representing a region where the lead and the bus bar are in contact with each other and should be connected to each other. It is selected from part or all of the area. On the other hand, the “connection point” refers to a point where the lead and the bus bar are integrally connected by ultrasonic welding, and a point where both are only in physical contact with each other is a part of the connection part. Although it can be said, it is not included in the connection part.
[0019]
It is desirable that ultrasonic welding be performed at a connection portion between the lead and the bus bar in a plurality of connection portions. Even in the case of ultrasonic welding, when a large area is to be welded at a time, a high output is required, and a large load may be applied to the lead. In particular, when a thin plate-shaped metal is used as the lead, the load may cause a crack in the lead. However, by dividing the connection portion into a plurality of portions, ultrasonic welding at one connection portion is performed. Can be reduced. That is, if the connection part is divided into two parts, it is possible to connect one part with the output of ultrasonic welding, ie, one half if it is divided into three parts, one third if it is divided into n parts, and one hundredth of n if it is divided into n parts. The load applied to the leads can be greatly reduced. Therefore, even when a thin metal plate is used as the lead, no crack is generated.
[0020]
In the case where the connection portion is divided into a plurality of portions as described above, when one connection portion is welded, there is a possibility that the welding strength of a portion where welding has been completed among adjacent connection portions may be affected. May be peeled off again. Therefore, it is desirable that the distance between adjacent connection portions in the connection portion be 0.5 mm or more.
[0021]
Further, in ultrasonic welding, in each of the leads, there is a possibility that the adhesive strength of the active material applied to the electrode to which the lead is connected may be affected, and in some cases, the active material may fall off or be coated. It may peel off from the surface. Therefore, it is desirable that, in each of the leads, a position that is at least 7 mm away from a portion of the electrode to which the active material of the lead is applied is set as the connection portion.
[0022]
The region where the connection portion in the connection portion of each lead is located may be substantially rectangular as a whole in order to efficiently secure a connection area for a bus bar having a predetermined length. desirable. At this time, in order to ensure a larger total area of the connection portions, it is preferable that the total of the lengths of the connection portions in the width direction of the connection portions at the connection portions of the respective leads is as long as possible, particularly, substantially equal to the width of the leads Is preferred.
[0023]
Here, “substantially rectangular as a whole” means that when the edges of the regions where a plurality of connection portions are located are connected by lines, the figure drawn by the lines is rectangular or approximate. Further, when the shape of each connection portion is not rectangular such as a circle or an ellipse, the figure drawn by the line cannot be strictly a rectangle, but is a figure that can be roughly regarded as a rectangle. If so, it is included in the concept of a substantially rectangular shape here. For example, when circular connection points of the same shape are arranged in a straight line, a figure drawn by connecting the edges of these connection points with a line has a semicircle of R equal to the radius of the circle of the connection point. The rectangular shape at both ends is included in the concept of the substantially rectangular shape here.
[0024]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described with reference to preferred embodiments.
FIG. 1 is a schematic perspective view showing an example of a sheet-shaped secondary battery for describing an electrode connecting method of the present invention, and FIG. 2 is a left side view in FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. 1, and only a portion surrounded by a circle A 'in FIG. 2 is shown in an enlarged manner.
[0025]
1 to 3, reference numeral 10 denotes a sheet-shaped lithium ion secondary battery (sheet-shaped secondary battery), in which an internal electrode pair 1 and an electrolyte 5 are housed in a sealed state by a flexible bag-shaped outer package 2. Have been. As shown in FIG. 3, the internal electrode pair 1 is formed in a sheet shape by alternately stacking a sheet-like positive electrode 1a and a sheet-like negative electrode 1b via a separator 1c. A positive electrode lead 3a individually connected to the positive electrode 1a in the pair 1 passes through the heat seal portion 4 of the bag-shaped outer package 2 in an airtight manner and is fixed to the heat seal portion 4, and penetrates the heat seal portion 4. The part protruding outside and being pulled out is used as an external lead. Although not shown, a negative electrode lead 3b is also individually connected to the negative electrode 1b, and the negative electrode lead 3b is connected to the positive electrode lead 3a of the bag-shaped outer package 2 as shown in FIG. Is drawn out from the opposite end face (vertical relation in the drawing), similarly in an airtight state.
[0026]
In the present embodiment, as shown in FIG. 4, the internal electrode pair 1 is formed such that each positive electrode 1a is formed by laminating a positive electrode active material 12 on both surfaces of a positive electrode current collector 11 made of aluminum. The negative electrode 1b is formed by laminating a negative electrode active material 14 on both surfaces of a negative electrode current collector 13 made of copper. The positive electrode lead 3a is made of the same aluminum as the positive electrode current collector 11, and the negative electrode lead 3b is made of the same nickel as the negative electrode current collector 13. However, the material is not particularly limited, and it is desirable to use an electrochemically stable metal material. Among them, preferable examples of the positive electrode lead 3a include aluminum and an aluminum alloy, and examples of the preferable negative electrode lead 3b include copper, stainless steel, and nickel. For the positive electrode lead 3a, it is particularly preferable to use the same material as the material forming the positive electrode current collector, for example, aluminum, and for the negative electrode lead 3b, it is particularly preferable to use copper and / or nickel.
[0027]
The thickness of each of the positive electrode lead 3a and the negative electrode lead 3b is 100 μm, and their widths Wa and Wb are both 30 mm. In the present invention, as the thickness of the leads 3a and 3b, for example, those formed in a band shape of about 50 μm or more, preferably 100 to 200 μm can be used.
[0028]
Plate-shaped bus bars 6a and 6b are connected to the positive electrode lead 3a and the negative electrode lead 3b, respectively. In this example, the bus bars 6a and 6b had a width of 8 mm and a thickness of 1 mm. In the present invention, these sizes are not particularly limited. However, the thickness is set to 0. 0 from the viewpoint that the sheet-shaped secondary battery 10 is firmly fixed to a desired case or the like by the bus bars 6a and 6b and that it is not damaged during ultrasonic welding. It is preferably at least 4 mm, more preferably at least 0.8 mm.
[0029]
The bus bars 6a and 6b used copper in this example. However, the material is not particularly limited, and any metal material can be used without any problem. However, it is preferable to use a metal material having excellent electric conductivity. Among them, copper, aluminum, nickel, phosphor bronze, brass and the like can be exemplified as preferable ones.
[0030]
In the present invention, the flexible bag-shaped outer package 2 that houses the internal electrode pair 1 and the electrolyte solution 5 in a sealed state has strength enough to be used as a battery case for a sheet-shaped secondary battery and contains the same. There is no particular limitation as long as it has excellent electrolytic solution resistance to the electrolytic solution 5 to be prepared, and specifically, the electrolytic solution resistance such as polyethylene, polypropylene, polyamide, ionomer, etc. on the inner surface side And an inner layer made of a thermoplastic resin having excellent heat sealing properties, an intermediate layer made of a metal foil having excellent flexibility and strength such as aluminum foil and stainless steel foil in the middle, and a polyamide-based layer provided on the outer surface side, for example. A flexible bag-shaped outer package formed using a three-layer laminated film having an outer layer made of an insulating resin such as a resin or a polyester-based resin having excellent electrical insulation properties (Table 98/042) See No. 36) can be exemplified.
[0031]
In this example, the bag-shaped outer package 2 has a three-layer structure having an inner layer 2a made of polyethylene on the inner side, an intermediate layer 2b made of aluminum foil in the middle, and an outer layer 2c made of nylon on the outer side. It is formed of a laminated film having a structure.
As the separator 1c, any material such as a porous film, a non-woven fabric, and a net can be used as long as it is electronically insulative and has sufficient strength for the close contact with the positive electrode 1a and the negative electrode 1b. The material is not particularly limited, but a single-layer porous film of polyethylene or polypropylene or a multilayered porous film thereof is preferred from the viewpoint of adhesion and safety.
[0032]
As the solvent and the electrolyte salt used for the electrolyte solution 5 used as the ion conductor, a non-aqueous solvent and an electrolyte salt containing lithium used in a conventional battery can be used. Specifically, as a solvent, ethylene carbonate, propylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ester solvents such as methyl ethyl carbonate, dimethoxyethane, diethoxyethane, diethyl ether, a single solution of an ether solvent such as dimethyl ether, and It is possible to use two kinds of mixed liquids composed of the above-mentioned solvents of the same system or different types of solvents. The electrolyte salt is LiPF₆, LiAsF₆, LiClO₄, LiBF₄, LiCF₃SO₃, LiN (CF₃SO₂)₂, LiC (CF₃SO₂)₃, LiN (C₂F₅SO₂)₂Etc. can be used.
[0033]
The connection between the positive electrode lead 3a and the bus bar 6a and the connection between the negative electrode lead 3b and the bus bar 6b are made by ultrasonic welding in the present invention.
Here, the ultrasonic welding will be described. FIG. 5 is a schematic configuration diagram of an ultrasonic welding apparatus for explaining an outline of ultrasonic welding. As shown in FIG. 5, the ultrasonic welding apparatus includes a horn 31, a tip 32 attached to a tip of the horn 31, and an anvil 33 arranged to face the tip 32.
[0034]
Two members (horn-side member 34 and anvil-side member 35) to be joined are superposed and arranged between the tip 32 and the anvil 33, pressed between the chip 32 and the anvil 33 and pressurized, and the ultrasonic wave is applied to the horn 31. When the vibration is applied, the ultrasonic vibration is transmitted to the horn-side member 34 and the anvil-side member 35 via the tip 32, and they are connected by the contact surface effect, the working effect, and the thermal effect.
[0035]
Ultrasonic welding has features such as being able to melt only a very limited thin layer without melting the welding interface, and expecting a cleaning effect by friction of impurities such as oxide films at the welding interface. However, the connection resistance can be kept low, and the two members can be stably connected at a low cost at a wide area without damaging the members to be joined.
In the present invention, by arranging the electrode lead as the horn side member 34 and the bus bar as the anvil side member 35, both can be ultrasonically welded.
[0036]
FIG. 6 is a schematic plan view schematically showing a connection state between the positive electrode lead 3a and the bus bar 6a and a connection state between the negative electrode lead 3b and the bus bar 6b in the sheet secondary battery of FIG. In FIG. 6, the connection points by ultrasonic welding are represented by hatching (positive connection points 7a and negative connection points 7b). In this example, as shown in FIG. 6, the ultrasonic welding is performed on the positive side and the negative side separately at a plurality of connection points 7a and 7b. Each of the connection portions 7a and 7b has the same shape, and the area thereof is 49 mm in this example.²It is. Therefore, the total area of the connection points 7a or 7b is 49 × 3 = 147 mm on both the positive and negative sides.²It has become.
[0037]
For example, when a large-capacity battery is used, such as for use in an electric vehicle, it is desired to widen a connection portion by ultrasonic welding in order to effectively extract the power. In the present invention, since ultrasonic welding is employed for the connection, the connection portion can be widened.
[0038]
Total area W of connection part 7a (cm²) And the average discharge current I (A) from the sheet-shaped secondary battery connected to the bus bar preferably satisfies the following expression (1).
W / I ≧ 0.1 (1)
[0039]
By satisfying the above expression (1), the heat conduction efficiency and the electric conduction efficiency between the positive electrode lead 3a and the bus bar 6a are extremely improved. It is particularly preferable that the right side in the above formula (1) is 0.15. On the other hand, the total area W (cm²The upper limit is not particularly limited. However, if the total area of the connection portions is too large, it is useless and the space efficiency is reduced. Therefore, the upper limit is preferably 90% or less of the bus bar area.
[0040]
Here, the “total area W” of the connection portion in the connection portion is equivalent to W as it is when the ultrasonic welding at each connection portion is performed by one region. In the case where welding is performed by a plurality of regions, such as three connection portions 7a, the total area of the plurality of regions corresponds to “total area W”.
[0041]
When a large area is to be welded at a time, a high output is required, and a large load may be applied to the positive electrode lead 3a and the negative electrode lead 3b. Particularly, in this example, a thin film metal is used as the leads 3a and 3b, and there is a possibility that the leads 3a and 3b may be cracked by the load. However, by dividing the connection portions 7a and 7b into three parts, respectively. The ultrasonic welding at the one connection point can be connected with one-third output, the load applied to the leads 3a and 3b can be greatly reduced, and no crack is generated.
[0042]
FIG. 7 is a schematic plan view schematically showing only the connection state on the positive electrode side in the sheet-like secondary battery of FIG. Hereinafter, the positive electrode side will be described with reference to FIG. 7, but the same applies to the negative electrode side.
In the case where the connection part is divided into a plurality of parts, when one connection part is welded, the ultrasonic vibration and the heat generated thereby affect the welding strength of the part where the welding is already completed among the adjacent connection parts. There is a possibility, and in some cases, it may be peeled again. Therefore, the distance D1 between the adjacent connection portions 7a is preferably set to 0.5 mm or more, more preferably 1 mm or more. This “interval between adjacent connection points” means the shortest distance between one connection point and the closest connection point.
[0043]
Further, the positive electrode lead 3a is connected to the positive electrode 1a, and the ultrasonic vibration and the heat generated by the ultrasonic welding during the ultrasonic welding are applied to the positive electrode active material 12 applied to the surface of the positive electrode current collector 11 as the positive electrode 1a. Of the positive electrode active material 12 in some cases. Therefore, in the positive electrode lead 3a, the distance D2 from the portion of the positive electrode 1a to which the positive electrode active material 12 is connected to the connection point 7a is preferably 7 mm or more, and more preferably 10 mm or more. It is more preferable to do so.
[0044]
As a region where the connection portion 7a is located, in order to efficiently secure a connection area with respect to the bus bar 6a having a predetermined length, the region may be substantially rectangular as a whole as in this example. desirable. At this time, in order to secure a larger total area of the connection portion 7a, it is preferable that the total (W1 × 3) of the width W1 of the connection portion 7a in the width direction of the connection portion of the lead 3a is as long as possible. It is preferable that the width is substantially equal to the width W2 of the lead 3a. Here, “substantially equal” means that the sum (W1 × 3) of the width (W1) of the connection portion (7a) in the width direction is within ± 20% of the width (W2) of the lead (3a). Say that it is a range. To increase the total length in the width direction of the connection points, when arranging the connection points in a row as in this example, reduce the interval between adjacent connection points, reduce the division of the connection points, However, as described above, since these are limited for other reasons, it is effective to arrange them in two or more rows.
[0045]
FIG. 8 is a plan view listing eight examples of aspects of the connection portion by ultrasonic welding that can be employed in the present invention. In each of FIGS. 8A to 8G, connection points are shaded (7A to 7H).
FIG. 8A shows an example in which two rectangular and slightly longer connection portions 7A are arranged in parallel. The region where the connection point 7A is located is rectangular as a whole.
[0046]
FIG. 8B shows an example in which rectangular large connection portions 7B and rectangular small connection portions 7B 'are alternately arranged. The individual sizes of the connection portions do not necessarily have to be the same size as shown in this example. Further, the shapes can be different from each other. Although the areas where the connection points 7B and 7B 'are located are slightly distorted, they can be said to be substantially rectangular as a whole.
[0047]
FIG. 8C is an example in which three rectangular connection portions 7C are not arranged on a straight line. The positions where the connection portions are arranged need not necessarily be on a straight line as shown in this example. Although the region where the connection point 7C is located is slightly distorted, it can be said that the region is substantially rectangular as a whole.
[0048]
FIG. 8D shows an example in which small rectangular connection portions 7D are arranged in two rows in a staggered manner. As shown in this example, the positions where the connection portions are arranged do not necessarily have to be on a straight line. Although the region where the connection portion 7C is located is close to a parallelogram, it can be said that the region is substantially rectangular as a whole. In the present example, the total length in the width direction of the connection portion 7D is equal to the width of the lead 3a.
[0049]
FIG. 8E is an example in which small rectangular connection portions 7E are arranged in two rows in a grid pattern. The area where the connection point 7E is located is rectangular as a whole.
[0050]
FIG. 8F shows an example in which circular connection portions 7F having the same shape are arranged in a straight line. As shown in this example, the shape of the connection portion does not necessarily have to be a rectangle, and may be an ellipse, a triangle, a polygon, a star, an irregular shape, or the like, in addition to a circle as in the present example. , A plurality of shapes may be selected. Although the region where the connection point 7F is located has a semicircle of R which is the same as the radius of the circle of the connection point at both ends, it can be said that the area is substantially rectangular as a whole.
[0051]
FIG. 8G illustrates an example in which rectangular connection portions 7G are arranged in a fan shape. As shown in this example, the positions where the connection portions are arranged do not necessarily have to be on a straight line.
FIG. 8H shows an example in which rectangular connection portions 7H are arranged side by side so as to be oblique with respect to the inclination of the side of the bus bar, and in such a manner that their inclination directions are alternated. As shown in this example, if an inclination is provided for each welding location, the direction of vibration during ultrasonic welding can be changed, and resonance can be suppressed.
[0052]
Although eight examples of the state of the connection portion by the ultrasonic welding that can be adopted in the present invention are listed and described, the arrangement of the connection portion is not limited to these examples.
[0053]
The sheet-shaped secondary battery to which the electrode connection method for a sheet-shaped secondary battery of the present invention is applied is not limited to the above-described embodiment in which the sheet-shaped secondary battery is a single sheet-shaped secondary battery. The present invention can also be applied to a case where two or more sheets are stacked, and each electrode lead is bundled in a parallel connection or a series connection, and a bus bar is connected thereto. Rather, when two or more sheet-shaped secondary batteries are stacked, each electrode lead is bundled, and a bus bar is connected thereto, the effectiveness of ultrasonic welding is fully exhibited.
[0054]
FIG. 9 is a diagram for explaining a state in which the electrode connecting method of the present invention is applied to the electrode leads in which three sheet-shaped secondary batteries are stacked and bundled, (A) is a schematic cross-sectional view, (B) is a CC sectional view in (A). In FIG. 9, three sheet-shaped secondary batteries 20-1, 20-2, and 20-3 are stacked, and each of the sheet-shaped secondary batteries 20-1, 20-2, and 20-3 is stacked. Positive electrode leads 23-1, 23-2, and 23-3 connected to an internal positive electrode (not shown), respectively, are bundled, and a bus bar 26 is fixed to the bundled portion by ultrasonic welding. I have. Negative electrode leads 24-1, 24-2, and 24-3, which are pulled out from the bag-shaped outer packages of the sheet-type secondary batteries 20-1, 20-2, and 20-3, respectively, and that are connected to internal negative electrodes. The negative electrode bus bar 27 is fixed to the bundled portion by ultrasonic welding. That is, the connection of the electrodes of this example is a parallel connection in which the positive electrodes and the negative electrodes of the plurality of sheet-shaped secondary batteries are connected respectively.
[0055]
The sheet-type secondary batteries 20-1, 20-2, and 20-3 are the same, are the same as the sheet-type secondary battery 10 in the first embodiment, and have the same preferable aspects. Therefore, the detailed description is omitted.
[0056]
The sheet-shaped secondary battery to which the bus bar is attached by the electrode connection method of the present invention is fixed by a bus bar to a desired container regardless of whether it is a single battery or a stacked battery. A secondary battery having excellent electrical properties due to connection resistance and excellent mechanical strength can be manufactured at low cost. Also, by arranging the sheet-shaped secondary batteries side by side and connecting the electrode leads in parallel or in series with a bus bar, it is possible to realize a large capacity and a high output.
[0057]
In this example, the cross-sectional areas and materials of the bus bars 6a and 6b, the widths and the cross-sectional areas of the leads 3a and 3b, and the shapes and areas of the connecting portions of the bus bars 6a and 6b are the same for the positive electrode and the negative electrode. Although illustrated, both need not necessarily be the same in the present invention.
[0058]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to Examples, but the present invention is not limited to the following Examples.
<Example 1>
The sheet-shaped lithium ion secondary battery shown in FIGS. 1 to 3 as the embodiment was manufactured. The material, shape, size, etc. used were basically the same as those described in the above embodiment, but the place where ultrasonic welding was performed (connection place) was one place of 7 × 7 (mm) (7a in FIG. 6). And 7b). Therefore, the connection area is 49 mm²It is.
[0059]
In the positive electrode lead 3a, the distance (D2) from the portion where the positive electrode active material 12 of the positive electrode 1a to which the positive electrode lead 3a was connected to the connection point 7a was 10 mm, and the negative electrode active material 14 of the negative electrode 1a was applied. The distance from the site to the connection point 7b was also set to 10 mm.
[0060]
The ultrasonic welding was performed under the following conditions.
-Strength at the time of ultrasonic welding between the positive electrode lead 3a (Al) and the bus bar 6a (Cu): 150J
The strength at the time of ultrasonic welding between the negative electrode lead 3b (Ni) and the bus bar 6b (Cu): 300J
・ Pressure: 2kg / cm²
・ Amplitude: 80%
・ Holding time: 0.5 seconds
-Horn shape: 8mm x 8mm
[0061]
* "Amplitude" is one of the welding items of the ultrasonic welding machine, and is the ratio of the vibration energy transmitted to the material to be welded to the total vibration energy output from the ultrasonic welding machine. It is preferable to set an appropriate value so that a load is not applied to the material.
[0062]
When the connection resistance of the positive electrode lead 3a (Al) and the bus bar 6a (Cu) and the connection resistance of the negative electrode lead 3b (Ni) and the bus bar 6b (Cu) were measured for the obtained samples, both were 0.8 mΩ. Met. Further, this sample was subjected to a vibration test according to JIS C8711. That is, after the secondary battery was fully charged, it was vibrated in an environment of 20 ° C. at an amplitude of 0.8 mm, a frequency of 10 Hz ← → 55 Hz, and a sweep rate of 1 Hz / minute in the XYZ directions crossing each other at right angles for 90 minutes.
[0063]
After the vibration test, the state of the battery, particularly the connection between the lead and the bus bar, was visually observed. As a result, no problems such as leakage, operation of the safety valve, rupture, and ignition occurred. When the connection resistance was measured in the same manner as described above, both were 0.8 mΩ, and did not fluctuate in the vibration test.
[0064]
<Comparative Example 1>
A sheet-like lithium-ion secondary battery of Comparative Example 1 was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the method of connecting each lead and the bus bar was changed to riveting. The rivet used was a pipe-shaped rivet made of aluminum on both the positive and negative electrode sides and having an outer diameter of 3.4 mm and a thickness of 6 mm. Further, a hole having a diameter of 3.5 mm through which the rivet penetrates was previously formed in each lead and the bus bar. After the rivets were passed through the holes in a state where these leads and busbars were overlapped with their holes aligned, each lead and busbar were connected by caulking the rivets using a rivet caulking machine. . This connection was made at each connection point.
[0065]
The connection resistance of the positive electrode lead 3a (Al) and the bus bar 6a (Cu) and the connection resistance of the negative electrode lead 3b (Ni) and the bus bar 6b (Cu) were measured for the obtained samples. Met. Further, the sample was subjected to a vibration test in the same manner as in Example 1.
[0066]
After the vibration test, the condition of the battery, especially the connection between the lead and the bus bar, was visually observed.No problems such as leakage, operation of the safety valve, rupture, or ignition occurred in any case. Cracks had formed and rivets were floating. When the connection resistance was measured in the same manner as described above, both were 4.5 mΩ, and the connection resistance was significantly increased by the vibration test.
[0067]
<Comparative Example 2>
A sheet-shaped lithium ion secondary battery of Comparative Example 2 was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the method of connecting each lead and the bus bar was changed to resistance welding. In addition, the conditions of resistance welding are as follows.
・ Electrode: Chrome copper
・ Voltage: 2.5V
・ Time: 2.8 msec
[0068]
The connection resistance of the positive electrode lead 3a (Al) and the bus bar 6a (Cu) and the connection resistance of the negative electrode lead 3b (Ni) and the bus bar 6b (Cu) were measured for the obtained samples. Met. Therefore, compared to the case of the ultrasonic welding of Example 1, the connection resistance reached about twice, which was disadvantageous for practical use.
[0069]
Further, a vibration test was performed on this sample in the same manner as in Example 1, and the connection resistance was measured in the same manner as described above. As a result, no problem occurred in the visual observation of the battery state, and the connection resistance did not fluctuate in the vibration test. (Both were 1.5 mΩ), and the connection state was not changed by the vibration test.
[0070]
<Example 2>
In the first embodiment, the number of places (connection places) where ultrasonic welding was performed between each lead and the bus bar was increased to three places (three places each like the connection places indicated by 7a and 7b in FIG. 6). In the same manner as in Example 1, the sheet-shaped lithium ion secondary battery of Example 2 was manufactured. Therefore, the connection area is 147 mm²It is. The distance (D1) between adjacent connection points (7a or 7b) was 1.0 mm.
[0071]
When the connection resistance of the positive electrode lead 3a (Al) and the bus bar 6a (Cu) and the connection resistance of the negative electrode lead 3b (Ni) and the bus bar 6b (Cu) were measured for the obtained sample, both were 0.3 mΩ. Met. Further, the sample was subjected to a vibration test in the same manner as in Example 1.
[0072]
After the vibration test, the state of the battery, particularly the connection between the lead and the bus bar, was visually observed. As a result, no problems such as leakage, operation of the safety valve, rupture, and ignition occurred. When the connection resistance was measured in the same manner as described above, both were 0.3 mΩ, and did not change by the vibration test.
[0073]
<Example 3>
In Example 1, the area where each lead and the bus bar were subjected to ultrasonic welding (the area of the connection portion) was 1 cm.², 2cm²3cm²The three types of sheet-shaped lithium ion secondary batteries of Example 3 were manufactured in the same manner as in Example 1, except for shaking at three levels.
[0074]
A current is discharged (40 V, 10 A) in a state where thermocouples are mounted at several places on the surface of each of the obtained sheet-shaped secondary batteries, and the surface temperature of each sheet-shaped secondary battery after sufficient discharge is monitored. By recording the temperature of the highest temperature part, the temperature rise on the surface of each sheet-shaped secondary battery was confirmed. The results were as shown in the graph of FIG.
[0075]
From this result, the total area W (cm) of the ultrasonic welding at the connection portion of the bus bar (6a or 6b) was obtained.²) And the average discharge current I ′ (A) from the sheet-shaped secondary battery connected to the bus bar, the welding area W = 2 (cm) satisfying W / I ≧ 0.1 (Equation (1)).²) And 3 (cm²It can be seen that the surface temperature rise in ()) is kept extremely low.
[0076]
<Example 4>
In Example 2, the sheet-shaped lithium ion secondary battery of Example 3 was manufactured in the same manner as Example 2 except that the distance (D1) between adjacent connection points (7a or 7b) was 0.5 mm. Manufactured.
When the connection point of the obtained sample was checked, it was found that no cracks or peeling occurred and the sample was connected well.
[0077]
<Example 5>
In the first embodiment, in the positive electrode lead 3a, the distance (D2) from the portion where the positive electrode active material 12 of the positive electrode 1a to which the positive electrode active material 12 is connected to the connection point 7a is set to 7 mm, and the negative electrode active material 14 of the negative electrode 1a is connected. A sheet-like lithium-ion secondary battery of Example 5 was manufactured in the same manner as in Example 21 except that the distance from the applied portion to the connection portion 7b was also set to 7 mm.
When the connection of the obtained sample was confirmed, it was found that the active material of each electrode did not have any troubles such as dropping out and was well connected.
[0078]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, an electrode lead and a bus bar in a sheet-shaped secondary battery are satisfactorily connected while realizing low connection resistance, high mechanical strength (particularly tensile strength), and low cost. The resulting electrode connection method can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic perspective view showing an example of a sheet-shaped secondary battery for explaining an electrode connecting method of the present invention.
FIG. 2 is a left side view of the sheet secondary battery of FIG.
3 is a cross-sectional view of the sheet-type secondary battery taken along line AA of FIG. 1, in which only a portion surrounded by a circle A 'in FIG. 2 is enlarged;
FIG. 4 is a schematic enlarged view for explaining an internal electrode pair in FIG. 1;
FIG. 5 is a schematic configuration diagram of an ultrasonic welding device for explaining an outline of ultrasonic welding.
FIG. 6 is a schematic plan view schematically showing a connection state between a positive electrode lead and a bus bar and a connection state between a negative electrode lead and a bus bar in the sheet-like secondary battery of FIG.
7 is a schematic plan view schematically showing only a connection state on a positive electrode side in the sheet-shaped secondary battery in FIG.
FIG. 8 is a plan view enumerating examples of aspects of connection locations by ultrasonic welding that can be employed in the present invention.
9A and 9B are diagrams for explaining a state in which the electrode connecting method of the present invention is applied to an electrode lead in which three sheet-shaped secondary batteries are stacked and bundled, and FIG. 9A is a schematic cross-sectional view; (B) is a CC sectional view in (A).
FIG. 10 is a graph showing the results of Example 3.
[Explanation of symbols]
1 Internal electrode pair
1a Positive electrode
1b Negative electrode
1c separator
2 Bag-shaped outer package
3a, 23-1, 23-2, 23-3 Positive electrode lead
3b, 24-1, 24-2, 24-3 negative electrode lead
4 Heat seal part
5 Electrolyte
6a, 6b, 26, 27 busbar
7a, 7b, 7A, 7B, 7C, 7D, 7E, 7F, 7G Connection points
10, 20-1, 20-2, 20-3 Sheet secondary battery
11 positive electrode current collector
12 Cathode active material
13 Negative electrode current collector
14 Negative electrode active material
31 Horn
32 chips
33 Anvil
34 Horn side member
35 Anvil side member

Claims

A sheet-like internal electrode pair formed by alternately laminating a sheet-like positive electrode and a sheet-like negative electrode having an active material applied to the surface thereof via a separator, and the internal electrode pair and the electrolytic solution are internally formed. A flexible bag-shaped outer package housed in a sealed state, and a positive electrode lead connected to the positive electrode and a negative electrode lead connected to the negative electrode, respectively drawn out of the bag-shaped outer package. Or an electrode connection method of connecting a metal plate-shaped bus bar to the lead outside the bag-shaped outer package for a sheet-shaped secondary battery in which two or more batteries are connected in series or in parallel. hand,
An electrode connection method for a sheet-shaped secondary battery, wherein the lead and the bus bar are connected by ultrasonic welding.

The relationship between the total area W (cm ² ) of the connection portion by ultrasonic welding at the connection portion between the lead and the bus bar and the average discharge current I (A) from the sheet-shaped secondary battery connected to the bus bar is as follows. The electrode connection method for a sheet-shaped secondary battery according to claim 1, wherein each electrode satisfies the following expression (1).
W / I ≧ 0.1 (1)

3. The electrode connection method for a sheet-shaped secondary battery according to claim 1, wherein ultrasonic welding is performed separately at a plurality of connection portions at a connection portion between the lead and the bus bar. 4.

The electrode connection method for a sheet-shaped secondary battery according to claim 3, wherein ultrasonic welding is performed so that an interval between adjacent connection portions in the connection portion is 0.5 mm or more.

The sheet-like sheet according to any one of claims 1 to 4, wherein, in each of the leads, a position at least 7 mm away from a portion of the electrode to which the active material of the lead is applied is set as the connection portion. How to connect the electrodes of the next battery.

The electrode connection method for a sheet-shaped secondary battery according to any one of claims 1 to 5, wherein a region where a connection portion of the connection portion of each of the leads is located has a substantially rectangular shape as a whole.

7. The electrode connecting method for a sheet-shaped secondary battery according to claim 6, wherein a total of lengths in a width direction of connection portions of the connection portions of the respective leads is substantially equal to a width of the leads.