JP4375690B2

JP4375690B2 - 蓄電素子の電極接合方法

Info

Publication number: JP4375690B2
Application number: JP26828699A
Authority: JP
Inventors: 弘樹田平; 敦出町; 輝行岡; 利行久保; 聡田渕; 安久斎藤; 虎嗣桑原
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1999-09-22
Filing date: 1999-09-22
Publication date: 2009-12-02
Anticipated expiration: 2019-09-22
Also published as: JP2001093506A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は蓄電素子の電極接合方法の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図９は従来の蓄電素子の断面図であり、蓄電素子の一例を示す。
蓄電素子１００は、それぞれ両面に活物質を塗布した正電極板１０１及び負電極板１０２と、これらの正・負電極板１０１，１０２との間に設けたセパレータ１０３，１０３と、正電極板１０１の上部に当てた正極端子である集電板１０４と、負電極板１０２の下部に当てた負極端子である集電板１０５と、正・負電極板１０１，１０２、セパレータ１０３，１０３及び集電板１０４，１０５を収納する導電性のあるケース１０６と、このケース１０６の底部に正・負電極板１０１，１０２、セパレータ１０３，１０３及び集電板１０４，１０５を押し付ける導電板１０７と、ケース１０６の開口部に導電板１０７とともにガスケット１０８を介してかしめた蓋１０９と、ケース１０６内に注入した電解液１１１とからなる。
すなわち、正・負極板の未塗装部分に正・負極端子を当てた構造の蓄電素子である。
上記技術は、集電板１０５に負電極板１０２を押当て、正電極板１０１に集電板１０４を押当てることで電力を外部へ取出すものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
近年、ハイブリッド車、電気自動車、電動自転車等の需要により、蓄電素子に対する更なる小型化、軽量化並びに大容量化が求められ、より効率的に電力を取出すために、例えば蓄電素子の内部抵抗の低減が望まれる。また、前述の車両では、複数個の蓄電素子を使用するために、それぞれの蓄電素子の安定した品質も要求される。
蓄電素子の内部抵抗を低減するためには、集電板１０５に負電極板１０２を押当て、正電極板１０１に集電板１０４を押当てる構造を、何等かの手段で一体的に接合する方法が考えられる。
しかし、後述の図７（ａ）で詳しく説明するが、集電体及び電極にレーザー又は電子ビームを投射し、集電体及び電極の接触面を溶着させる試みがあるものの、レーザー又は電子ビームの溶接熱が拡散し、所定の接触面のみを溶着させることが困難であった。
【０００４】
そこで、本発明の目的は、集電体及び電極の接触面を良好に溶接することのできる蓄電素子の電極接合方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１の蓄電素子の電極接合方法は、集電板にほぼ直角にシート状の電極のエッジを突き当て、突き当て部分を集電板側からレーザー又は電子ビームで溶接するときに、集電板と電極との交わる２つのコーナ部にレーザー又は電子ビームの遮蔽材を詰め、溶接熱が突き当て部分の他には到達しないように遮蔽したことを特徴とする。
【０００６】
集電板にほぼ直角にシート状の電極のエッジを突き当て、集電板と電極との交わる２つのコーナ部にレーザー又は電子ビームからの溶接熱を遮蔽する遮蔽材を詰め、突き当て部分を集電板側からレーザー又は電子ビームで溶接する。
すなわち、集電板と電極との交わる２つのコーナ部に遮蔽材を詰めることで、溶接熱が突き当て部分の他には到達しないように遮蔽する。
【０００７】
請求項２は、遮蔽材をセラミックスラリーであることを特徴とする。
遮蔽材にセラミックスラリーを使用することで作業性の改善を図る。
【０００８】
請求項３は、セラミックスラリーがアルミナスラリーであることを特徴とする。
アルミナスラリーは、一般的なセラミックスラリーなので入手が容易である。従って、アルミナスラリーの在庫を減らし、在庫管理の簡素化を図るようにする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。
図１は本発明に係る蓄電素子の断面図である。
蓄電素子としてのバッテリセル５０は、電極としての正電極板５１と、電極としての負電極板５２と、これらの正・負電極板５１，５２との間に設けたセパレータ５３，５３と、正電極板５１の上部にレーザ溶接した正極端子である集電板５４と、負電極板５２の下部にレーザ溶接した負極端子である集電板５５と、正・負電極板５１，５２、セパレータ５３，５３及び集電板５４，５５を収納する導電性のあるケース５６と、このケース５６の底部５６ａ側に正・負電極板５１，５２、セパレータ５３，５３及び集電板５４，５５を押し付けるために配置した弾性部材である導電板５７と、ケース５６の上部の開口部５６ｂに導電板５７とともにガスケット５８を介してかしめた蓋５９と、ケース５６内に注入した電解液６１とからなる。なお、レーザ溶接は、電子ビーム又はレーザーを用いて溶接する一例である。
【００１０】
シート状の正電極板５１は、正電極箔５１ａと、この正電極箔５１ａの両面に塗布した活物質５１ｂ，５１ｂとからなる。なお、５１ｃ・・・（・・・は複数個を示す。以下同じ）は集電板５４にほぼ直角に突き当て、正電極箔５１ａを集電板５４に溶接するエッジとしての突き当て部分である。
シート状の負電極板５２は、負電極箔５２ａと、この負電極箔５２ａの両面に塗布した活物質５２ｂ，５２ｂとからなる。なお、５２ｃ・・・は集電板５５にほぼ直角に突き当て、負電極箔５２ａを集電板５５に溶接するエッジとしての突き当て部分である。
【００１１】
なお、６４は集電板５４と正電極板５１との交わる２つのコーナ部５１ｅ，５１ｅに詰めた遮蔽材であり、後述するように、集電板５４にほぼ直角にシート状の正電極板５１を突き当て、突き当て部分５１ｃを集電板５４側から溶接するときに、溶接熱が突き当て部分５１ｃの他には到達しないように遮蔽するものである。
６５は、遮蔽材６４と同様の機能を果たす集電板５５と負電極板５２との交わる２つのコーナ部５２ｅ，５２ｅに詰めた溶接熱を遮蔽するための遮蔽材である。
また、遮蔽材６４，６５としては、セラミックスラリーが好適であり、セラミックスラリーの中には、例えば、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）スラリー、シリカ（ＳｉＯ₂）スラリーなどがあるが、実施例ではアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）スラリーを用いた。
【００１２】
遮蔽材６４，６５にセラミックスラリーを使用することで作業性の改善を図ることができる。また、セラミックスラリーをアルミナスラリーにすることで、例えば、アルミナスラリーは一般的なセラミックスラリーなので入手が容易なので、在庫を減らし、在庫管理の簡素化を図ることができる。
以下、「遮蔽材６４，６５」を「アルミナスラリー６４，６５」と記載する。
【００１３】
セパレータ５３は、正電極板５１と負電極板５２とを絶縁するものである。
集電板５４，５５は、同一のもので、それぞれ上下逆に組込んだものであるが、説明の都合上符号を変えた。
【００１４】
このように、正極側と負極側とで共通の集電板５４，５５を用いることで、部品の種類を減らすことができ、製造コストを抑えることができる。
導電板５７は、組付時にたわませることで押圧力を発生させる押圧部５７ａを有する。
ここで、負極側の集電板５５を用いずに、ケース５６に負電極板５２をレーザ溶接してもよい。
【００１５】
図２は本発明に係る蓄電素子の分解斜視図である。
ケース５６に、円板状の集電板５５と、正電極板５１の外側にセパレータ５３、セパレータ５３の外側に負電極板５２、負電極板５２の外側にセパレータ５３を重ねて巻いたロール状電極板としての電極アセンブリ６２と、円板状の集電板５４とをこの順に挿入し、ケース５６の上端の開口部５６ｂにガスケット５８に設けた小径部５８ａを挿入し、ガスケット５８に設けた大径部５８ｂの内面に導電板５７及び蓋５９を挿入することを示す。
【００１６】
すなわち、バッテリセル５０は、ケース５６の開口部５６ｂに導電板５７及び蓋５９を挿入した後、図１に示したように、ケース５６を径内方へ絞り、ケース５６の上部を密閉したものである。
集電板５４，５５は、中央に凸部５４ａ，５５ａを形成したものである。
【００１７】
凸部５４ａは、導電板５７の押圧部５７ａに接触する部分である。
凸部５５ａは、ケース５６の底部５６ａ（図１参照）にレーザ溶接する部分である。（図１に示した５５ｂが溶接部である。）なお、凸部５５ａと底部５６ａとの結合は、他の溶接方法で行ってもよい。
ケース５６は、底部５６ａ（図１参照）を除いて外面を電気的に絶縁処理したものである。
【００１８】
図３は本発明に係る蓄電素子の電極板の説明図である。
正電極板５１は、正電極箔５１ａの一辺を除いて、活物質５１ｂを塗布したものであり、未塗装部分５１ｄ，５１ｄ（裏側の５１ｄは不図示）は、正電極板５１の上部一辺に一定の幅に確保したものである。
【００１９】
負電極板５２は、負電極箔５２ａの一辺を除いて、活物質５２ｂを塗布したものであり、未塗装部分５２ｄ，５２ｄ（裏側の５２ｄは不図示）は、負電極板５２の下部一辺に一定の幅に確保したものである。
これらの未塗装部分５１ｄ，５１ｄ，５２ｄ，５２ｄは、活物質５１ｂ，５２ｂを塗布した部分に比べて導電性がよい。
【００２０】
これらの正電極板５１及び負電極板５２を、セパレータ５３を介して活物質５１ｂ，５２ｂ部分が重なるように巻き、未塗装部分５１ｄ，５２ｄをロール状の電極アセンブリ６２の端部から突出させ、ケース５６（図２参照）に収納する。
【００２１】
上記したように、正・負電極板５１，５２を重ねてロール状の電極アセンブリ６２にしたことで、電極アセンブリ６２の端部に集電板５４，５５（図１参照）を均等に接触させてからレーザ溶接ができるため、レーザ溶接による結合をより確実にすることができ、正・負電極板５１，５２と集電板５４，５５との結合部の電気抵抗をより小さくすることができる。従って、バッテリセル５０（図１参照）の内部抵抗をより小さくすることができる。
【００２２】
以上に述べたバッテリセル５０の電極接合方法を次に説明する。
図４（ａ）〜（ｄ）は本発明に係る蓄電素子の集電板の平面図であり、集電板と正・負電極板とのレーザ溶接の形態を複数の例で示したものである。
（ａ）は、集電板５４の凸部５４ａ（又は集電板５５の凸部５５ａ）を除いて一直線状にレーザ溶接したものである。
（ｂ）は、凸部５４ａ（又は凸部５５ａ）を除いて十字状にレーザ溶接したものである。
【００２３】
（ｃ）は、凸部５４ａ（又は凸部５５ａ）を除いて６０°等間隔にレーザ溶接したものである。
（ｄ）は、凸部５４ａ（又は凸部５５ａ）を除いて４５゜等間隔にレーザ溶接したものである。
【００２４】
図５は本発明に係る蓄電素子の正・負電極板と集電板とのレーザ溶接の方法を説明する断面図である。
正電極板５１に集電板５４をレーザ溶接するには、まず、集電板５４にほぼ直角にシート状の正電極板５１を突き当て、集電板５４と正電極板５１との交わる２つのコーナ部５１ｅ，５１ｅにアルミナスラリー６４を詰め、突き当て部分５１ｃを集電板５４側からレーザ溶接するときに、溶接熱が突き当て部分５１ｃの他には到達しないように遮蔽する。
次に、集電板５４側から、正電極板５１と集電板５４との突き当て部分５１ｃの高さ位置Ｐにレーザ溶接装置ＬのレーザビームＢの焦点を合せ、集電板５４の外周側から内周側へレーザ溶接装置Ｌを移動しながら溶接を行う。
【００２５】
レーザ溶接装置Ｌが集電板５４の凸部５４ａ部に差掛かったら、一端レーザビームＢの照射を止め、凸部５４ａ部を通り過ぎたら再びレーザビームＢの照射を始めて、集電板５４の内周側から外周側へレーザ溶接装置Ｌを移動しながら溶接を行う。負電極板５２に集電板５５をレーザ溶接する場合も同様に行う。
【００２６】
図６は本発明に係る蓄電素子の製造工程のフロー図である。なお、ＳＴ××はステップ番号を示す（符号は図１及び図３参照）。
ＳＴ０１：正・負電極板５１，５２用の活物質５１ｂ，５２ｂを混練する。
ＳＴ０２：ＳＴ０１で混練した活物質５１ｂ，５２ｂをスラリー状にし、正・負電極箔５１ａ，５２ａに塗布する。ただし、前述の未塗装部分５１ｄ，５２ｄを設ける。
【００２７】
ＳＴ０３：正・負電極板５１，５２を正規寸法にカットする。
ＳＴ０４：正・負電極板５１，５２をプレスして、活物質５１ｂ，５２ｂを含めた厚さを一定にする。
ＳＴ０５：正・負電極板５１，５２を巻き取り、電極アセンブリ６２を作製する。
ＳＴ０６：集電板５５と負電極板５２との交わる２つのコーナ部５２ｅ，５２ｅにアルミナスラリー６５を詰める。
ＳＴ０７：負電極板５２に集電板５５をレーザ溶接する。
ＳＴ０８：電極アセンブリ６２及び集電板５５をケース５６に挿入する。
【００２８】
ＳＴ０９：ケース５６に集電板５５をレーザ溶接する。
ＳＴ１０：集電板５４と正電極板５１との交わる２つのコーナ部５１ｅ，５１ｅにアルミナスラリー６４を詰める。
ＳＴ１１：正電極板５１に集電板５４をレーザ溶接する。
ＳＴ１２：ケース５６内に電解液６１を注入する。
ＳＴ１３：ケース５６内にガスケット５８を介して導電板５７及び蓋５９を挿入する。
ＳＴ１４：ケース５６に導電板５７及び蓋５９を加締める。
【００２９】
図７（ａ），（ｂ）は本発明に係る蓄電素子の接合方法を示す第１作用説明図である。（ａ）は比較例を示し、（ｂ）は実施例を示す。
（ａ）において、集電板１０４にほぼ直角にシート状の正電極板１０１を突き当て、突き当て部分１０１ｃを集電板１０４側からレーザで溶接する。
レーザ溶接の熱Ｑ１・・・が矢印の如く所定部分以外にも加わるので、溶接の効率が悪化するばかりでなく、負電極板１０２を溶かす虞れがある。
【００３０】
（ｂ）において、集電板５４にほぼ直角にシート状の正電極板５１を突き当て、集電板５４と正電極板５１との交わる２つのコーナ部５１ｅ，５１ｅにアルミナスラリー６４を詰め、突き当て部分５１ｃを集電板５４側からレーザ溶接する。
集電板５４と正電極板５１との交わる２つのコーナ部５１ｅ，５１ｅに溶接熱を遮蔽するアルミナスラリー６４を詰めたので、溶接熱が突き当て部分５１ｃの他には到達しないように遮蔽する。すなわち、レーザ溶接の熱Ｑ２・・・をアルミナスラリー６４で阻止する。従って、集電板５４に正電極板５１を良好に溶接することができ、バッテリセル５０（図１参照）の信頼性を向上させることができる。
【００３１】
図８（ａ），（ｂ）は本発明に係る蓄電素子の接合方法を示す第２作用説明図である。（ａ）は比較例を示し、（ｂ）は実施例を示す。
（ａ）において、レーザ溶接装置Ｌを矢印▲１▼の如く移動すると、レーザ溶接装置Ｌは負電極板１０２の上方に位置するようになり、レーザ溶接の熱Ｑ３・・・が矢印の如く加わり負電極板１０２を溶かす虞れがある。
（ｂ）において、レーザ溶接装置Ｌを矢印▲２▼の如く移動すると、レーザ溶接装置Ｌは負電極板６２の上方に位置するようになる。しかし、レーザ溶接の熱Ｑ４・・・をアルミナスラリー６４で阻止する。従って、バッテリセル５０（図１参照）の信頼性を向上させることができる。
【００３２】
尚、図１に示すように、実施例では集電板５１と正電極板５４とをレザー溶接したが、これに限るものではなく、電子ビーム又はレーザーを用いて溶接するものであればよい。集電板５５と負電極板５２についても同様である。
【００３３】
【発明の効果】
本発明は上記構成により次の効果を発揮する。
請求項１は、集電板にほぼ直角にシート状の電極のエッジを突き当て、集電板と電極との交わる２つのコーナ部にレーザー又は電子ビームの遮蔽材を詰め、突き当て部分を集電板側からレーザー又は電子ビームで溶接するようにした。この時に、集電板と電極との交わる２つのコーナ部にレーザー又は電子ビームからの溶接熱を遮蔽する遮蔽材を詰めることで、溶接熱が突き当て部分の他には到達しないように遮蔽したので、集電板に電極を良好に溶接することができ、蓄電素子の信頼性を向上させることができる。
【００３４】
請求項２は、遮蔽材にセラミックスラリーを使用したので、蓄電素子の組立性の向上を図ることができ、作業性も良好になる。
【００３５】
請求項３は、セラミックスラリーをアルミナスラリーを用いることで、例えば、アルミナスラリーは一般的なセラミックスラリーなので入手が容易である。従って、アルミナスラリーの在庫を減らし、在庫管理の簡素化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る蓄電素子の断面図
【図２】本発明に係る蓄電素子の分解斜視図
【図３】本発明に係る蓄電素子の電極板の説明図
【図４】本発明に係る蓄電素子の集電板の平面図
【図５】本発明に係る蓄電素子の正・負電極板と集電板とのレーザ溶接の方法を説明する断面図
【図６】本発明に係る蓄電素子の製造工程のフロー図
【図７】本発明に係る蓄電素子の接合方法を示す第１作用説明図
【図８】本発明に係る蓄電素子の接合方法を示す第２作用説明図
【図９】従来の蓄電素子の断面図
【符号の説明】
５０…蓄電素子（バッテリセル）、５１，５２…電極（正・負電極板）、５４，５５…集電板、５１ｃ，５２ｃ…突き当て部分、５１ｅ，５２ｅ…コーナ部、６２，６３…遮蔽材としてのセラミックスラリー（アルミナスラリー）。

Claims

集電板にほぼ直角にシート状の電極のエッジを突き当て、突き当て部分を集電板側からレーザー又は電子ビームで溶接するときに、前記集電板と電極との交わる２つのコーナ部にレーザー又は電子ビームの遮蔽材を詰め、溶接熱が突き当て部分の他には到達しないように遮蔽したことを特徴とする蓄電素子の電極接合方法。
前記遮蔽材は、セラミックスラリーであることを特徴とする請求項１記載の蓄電素子の電極接合方法。
前記セラミックスラリーは、アルミナスラリーであることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の蓄電素子の電極接合方法。