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WO2018051756A1 - 電池の製造方法および電池の製造装置 - Google Patents

電池の製造方法および電池の製造装置 Download PDF

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WO2018051756A1
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foils
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雅俊 山下
学 太田垣
橋本　茂樹
吉尾　英明
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Jet Co Ltd
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    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the present invention relates to a battery manufacturing method and a battery manufacturing apparatus.
  • Secondary batteries such as lithium ion batteries (LIB: Lithium-ion Battery) and nickel metal hydride batteries (nickel metal hydride battery) are increasing in capacity for in-vehicle power supplies and stationary storage batteries.
  • the secondary battery includes an electrode in which a plurality of current collecting foils that are overlapped with each other are exposed at an end, and a lead that is joined to the plurality of current collecting foils. Normally, in the positive electrode, an aluminum lead is joined to an aluminum current collector foil, and in the negative electrode, a nickel or copper lead is connected to a copper current collector foil.
  • the current collector foils In order to stably join a plurality of current collector foils and leads by ultrasonic welding, the current collector foils need to be well integrated. It is required to avoid the deformation and breakage of the current collector foil as much as possible.
  • an object of the present invention is to provide a battery manufacturing method and a battery manufacturing apparatus that can reduce the occurrence of defects.
  • a predetermined region of a plurality of current collector foils that are exposed at the end portions of the electrodes and overlap each other is pressed to reduce a compression region in which the interval between adjacent current collector foils is reduced.
  • the battery manufacturing apparatus includes a compressed region in which a predetermined region of a plurality of current collector foils that are exposed at the end portions of the electrodes and overlap each other is pressed to reduce a distance between adjacent current collector foils.
  • a determination unit for determining the quality of the bonding region based on an output waveform indicating a time change in the output value of the horn.
  • a plurality of current collector foils in a region wider than the region to be joined are pressurized.
  • an air layer (air reservoir) interposed between adjacent current collector foils substantially disappears, and adjacent current collector foils are surface-to-surface. Can touch.
  • the battery manufacturing apparatus of the present invention includes a determination unit that determines whether or not the bonding region is good, in addition to the pressing unit that forms the pressing region and the bonding unit that forms the bonding region. Since the quality of the bonding region is determined based on the output waveform of the horn that forms the bonding region, the battery manufacturing apparatus of the present invention forms a bonding region in which a plurality of current collector foils are integrated, Can be judged.
  • FIG. 2A shows a 1st process
  • FIG. 2B is a schematic diagram which shows a 2nd process.
  • It is a cross-sectional photograph of the sample produced by applying the method of the embodiment.
  • It is a schematic diagram of the cross section of the sample produced by applying the conventional method.
  • It is a graph which shows the output waveform of the horn at the time of ultrasonic welding. It is a figure explaining the algorithm of the quality determination of a joining state.
  • FIG. 7A shows a 1st process
  • FIG. 7B is a schematic diagram which shows a 2nd process.
  • the battery manufacturing apparatus of the present invention includes a pressure unit, a joint unit, and a determination unit.
  • the pressurizing unit pressurizes a predetermined region of the plurality of current collector foils that are exposed at the end portions of the electrodes and overlap each other to form a compressed region in which the interval between the adjacent current collector foils is reduced.
  • the joining portion joins the regions inside the compression regions of the plurality of current collector foils by ultrasonic welding using a horn and an anvil to form a joint region in which the plurality of current collector foils are integrated.
  • a determination part determines the quality of a joining area
  • the battery 10 shown in FIG. 1 can be manufactured using the battery manufacturing apparatus of the present invention.
  • the 1 includes an electrode 12 to which a lead 20 is joined.
  • a connection terminal 22 is connected to the lead 20.
  • a plurality of wound current collecting foils 14 are overlapped and exposed.
  • the plurality of overlapping current collector foils 14 include an uncompressed region 15 and a compressed region 16. In the non-compressed region 15, the current collector foil 14 is adjacent to each other through a layer of air, so that the current collector foil 14 is not necessarily in contact with the surface.
  • region 16 is comparable as the sum total of the thickness of the current collection foil 14 contained.
  • the plurality of current collector foils 14 are joined and integrated by ultrasonic welding at a joining region 18 inside the compression region 16.
  • the lead 20 is joined to the joining region 18 of the plurality of current collector foils 14 by ultrasonic welding at the joining surface 20a.
  • the manufacturing method according to the present embodiment includes a first step of forming the compression region 16 on the plurality of overlapping current collector foils 14, and a bonding region 18 in which the plurality of current collector foils 14 are integrated inside the compression region 16. Forming a second step.
  • the first step and the second step will be described.
  • the first step is performed in the pressure unit of the manufacturing apparatus.
  • a plurality of overlapping current collecting foils 14 exposed at the ends of the electrodes 12 are pressed with a press-only machine.
  • the plurality of current collector foils 14 are arranged on the pressure die 32, and a predetermined region of the plurality of current collector foils 14 is pressurized by the pressure punch 34.
  • Such pressurization is a so-called impact press that presses an object by applying an impact force using a female die and a male die.
  • the pressure die 32 and the pressure punch 34 can be appropriately selected according to the material and number of the current collector foils 14 and the area of a predetermined region to be pressed.
  • the pressure punch 34 may be slightly tapered toward the tip.
  • any jig that can fix the plurality of current collector foils 14 in the thickness direction can be used.
  • the pressing jig 30 that can be used include resin parts.
  • the pressure in the first step (first pressure), and 120kgf / cm 2 ⁇ 600kgf / cm 2 of about be able to.
  • the first pressure can be appropriately set according to the material, thickness, number, etc. of the current collector foils so that the adjacent current collector foils are in contact with each other.
  • the first pressure can be about 500 to 1,000 kgf / cm 2 . It is desirable to set the first pressure in consideration of the area of a predetermined region of the plurality of current collector foils to be pressurized.
  • the air layer (air reservoir) between the adjacent current collector foils 14 is substantially eliminated, and the distance between the current collector foils 14 is reduced.
  • adjacent current collector foils 14 are in contact with each other to form a compressed region 16.
  • the second step is performed at the joint of the manufacturing apparatus.
  • the plurality of current collector foils 14 that have undergone the first step are arranged on the anvil 40 as shown in FIG. 2B, and the joining region 18 is joined by ultrasonic welding using the horn 42.
  • region 18 is an area
  • the inner region refers to an inner region in plan view on a plane perpendicular to the stacking direction of the plurality of current collector foils 14.
  • the horn 42 is formed with a plurality of convex portions, and has a pressing surface 42 a that presses the bonding region 18 of the plurality of current collector foils 14.
  • the anvil 40 is formed with a plurality of convex portions (not shown), and has a support surface 40a that supports the plurality of current collector foils 14 by being sandwiched between the pressing surfaces 42a of the horns 42.
  • the pressure applied in the second step can be equal to or smaller than the first pressure described above, but is preferably 1 ⁇ 2 or less of the first pressure. .
  • the second pressure is generally about several tens to several hundreds Kgf / cm 2 .
  • the ultrasonic conditions can be a frequency of 20 to 40 KHz, an output of 400 to 4000 W, and a welding time of about 0.2 to 2 seconds.
  • the horn 42 vibrates with an amplitude of about 10 to 60 ⁇ m in the x-axis direction while pressing a plurality of current collector foils 14 in the y-axis direction by passing a predetermined current.
  • the plurality of current collector foils 14 are joined by ultrasonic welding to form an integrated joining region 18.
  • the plurality of current collector foils 14 are pressurized before the plurality of current collector foils 14 are ultrasonically welded, and the interval between the adjacent current collector foils 14 is increased. Reduced (first step). Since there is substantially no air layer (air reservoir) between the adjacent current collector foils 14, the adhesion between the current collector foils 14 is improved.
  • the plurality of current collector foils 14 are joined and integrated by ultrasonic welding in a close contact state (second step). Since there is no air pool between the adjacent current collector foils 14, the possibility of deformation, wrinkles, and breakage (breakage) of the current collector foil is reduced even when ultrasonic welding is performed.
  • the plurality of current collector foils 14 are well integrated in the bonding region 18 and can avoid a decrease in strength due to poor bonding.
  • FIG. 3 shows a cross-sectional photograph of the sample 50 obtained by applying the first process and the second process described above.
  • the sample 50 includes a plurality (60 sheets) of current collecting foils 54 bonded on a base material 52.
  • a plurality of current collector foils 54 are pressed to reduce the interval between adjacent current collector foils, and then ultrasonic welding is performed so that the plurality of current collector foils 54 together with the substrate 52 are formed. Joined.
  • the current collector foil 54 in the sample 50 is integrated by laminating the surfaces in contact with each other. No defects such as deformation, wrinkle, or bending are confirmed in the current collector foil 54. Since the plurality of current collector foils 54 are well integrated, problems such as defects in bonding to the base material 52 and insufficient strength are avoided.
  • FIG. 4 is a schematic view of a cross section of a sample 60 obtained only in the second step without the first step.
  • the method of performing only ultrasonic welding in the second step corresponds to a conventional manufacturing method.
  • the sample 60 includes a plurality of current collector foils 64 bonded on a base material 62.
  • the current collecting foil 64 on the surface and in the vicinity of the surface is cut as indicated by a region 66a, and it is confirmed that the plurality of current collecting foils 64 in the inner region 68 are deformed.
  • the cutting of the current collector foil 64 also occurs in the region 66b having a large internal deformation.
  • the plurality of current collector foils 64 are subjected to ultrasonic welding in a state accompanied with an air reservoir. Air accumulation between the current collector foils causes various problems during ultrasonic welding.
  • ultrasonic welding is performed in a state where the adhesion of the plurality of current collector foils 14 is enhanced.
  • the output value (output power value) of the horn is stabilized at a predetermined value.
  • the ideal horn output value increases from the start of welding (t0), reaches the stable output value ps at time t1, and is stable until the end of welding (te), as shown by curve a in FIG.
  • the output value ps is maintained. This curve a is a good product waveform.
  • the fluctuation of the output value of the horn during the ultrasonic welding in the second step is small, and a flat portion is confirmed in a part of the output waveform.
  • the quality of the joined state can be determined while performing ultrasonic welding.
  • the determination of the quality of the bonded state is performed by the determination unit of the manufacturing apparatus.
  • the output value of the horn is not stable (FIG. 5, curves b1 and b2).
  • the curves b1 and b2 are defined as defective product waveforms.
  • the output value increases rapidly after time t2. This is due to the fact that an air pool between adjacent current collector foils becomes a resistance and a larger output is required.
  • the output value fluctuates unstablely in a smaller range.
  • the output value of the horn fluctuates in a larger range or a smaller range. For this reason, only the maximum value of the output value of the horn is used for the quality determination of the joined state, and the reliability of the quality determination is low.
  • various reference values are set as follows using the non-defective product waveform (curve a) and the defective product waveforms b1 and b2, and the quality of the joined state is determined by comparing with the reference value. be able to.
  • the output value range of (stable output value ps ⁇ 30%) is defined as a stable region Rs.
  • the lower limit and the upper limit of the stable region Rs are a warning lower limit output value w1 and a warning upper limit output value w2, respectively.
  • an output value smaller than (stable output value ps-30%) and corresponding to (stable output value ps-50%) is defined as a non-defective lower limit output value g1, and an output corresponding to (stable output value ps + 50%).
  • the value is the non-defective upper limit output value g2.
  • the non-defective product lower limit output value g1 matches the output value of the defective product waveform b2 at time t1
  • the good product upper limit output value g2 matches the output value of the defective product waveform b1 at time t1.
  • a region between the non-defective product lower limit output value g1 and the non-defective product upper limit output value g2 is defined as a non-defective product region Rg.
  • the region below the non-defective product lower limit output value g1 and the region above the non-defective product upper limit output value g2 are defective product regions.
  • the region between the non-defective product lower limit output value g1 and the warning lower limit output value w1 and the region between the non-defective product upper limit output value g2 and the warning upper limit output value w2 are defined as first and second warning regions Rw1 and Rw2.
  • a waveform c that passes from the first warning region Rw1 through the stable region Rs and reaches the second warning region Rw2 is defined as a warning waveform.
  • the reference output value P1 is set based on the non-defective waveform between the start of welding and time T1, and the warning upper and lower limits (WARNING) and abnormal upper and lower limits (ALARM) for the reference output value P1 at T1 are set.
  • WARNING warning upper and lower limits
  • ALARM abnormal upper and lower limits
  • P1 + WARNING is the warning upper limit
  • P1-WARNING is the warning lower limit
  • P1 + ALARM is the upper limit for abnormalities
  • P1-ALARM is the lower limit for abnormalities.
  • the warning upper and lower limits correspond to the warning upper limit output value w2 and the warning lower limit output value w1 in FIG.
  • the abnormal upper and lower limits correspond to the non-defective product upper limit output value g2 and the good product lower limit output value g1 in FIG.
  • the detection value at T1 of the detection waveform to be measured is determined based on the following.
  • the detection value of the detection waveform satisfies the following condition (1)
  • the detected value satisfies the following condition (4) or (5)
  • the bonded state is determined to be defective. If the detected value satisfies the following condition (2) or (3), the bonded state is not completely defective, but the reliability is determined to be low and a warning is given.
  • the reference value is set based on the non-defective waveform of the sample, and the warning upper and lower limit (WARNING) and abnormal upper and lower limit (ALARM) are set for the reference value when T2 is reached.
  • WARNING warning upper limit
  • ALARM abnormal upper and lower limit
  • (A1 + WARNING) is the warning upper limit
  • (A1-WARNING) is the warning lower limit
  • (A1 + ALARM) is the upper limit for abnormalities
  • (A1-ALARM) is the lower limit for abnormalities.
  • the bonding state is good. If the detected value between T1 and T2 satisfies the following condition (9) or (10) even once, the bonded state is determined to be defective. If the detected value between T1 and T2 satisfies the following condition (7) or (8) even once, the bonding state is not completely defective, but it is determined that the reliability is low and a warning is given.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be appropriately changed within the scope of the gist of the present invention.
  • the battery in which the plurality of current collector foils 14 are wound has been described, but the plurality of current collector foils 14 may be stacked.
  • a predetermined region of the plurality of current collector foils 14 is pressed by an impact press using a pressure die 32 and a pressure punch 34. You may pressurize by pressing an area. An air layer interposed between adjacent current collector foils can be extruded to reduce the distance between the current collector foils.
  • a lead 20 may be disposed between the plurality of current collector foils 14 and the pressure die 32 to pressurize a predetermined region of the plurality of current collector foils 14.
  • FIG. 7B by performing ultrasonic welding using the horn 42 and the anvil 40, the plurality of current collector foils 14 and the leads 20 can be integrated at the joining region 18.

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Abstract

電極（１２）の端部に露出し、互いに重なり合った複数の集電箔（１４）の所定の領域を加圧して、隣接する集電箔（１４）の間の間隔を縮小した圧縮領域（１６）を形成する第１工程と、前記複数の集電箔（１４）の前記圧縮領域（１６）の内側の領域を超音波溶接により接合して、前記複数の集電箔（１４）が一体化された接合領域（１８）を形成する第２工程とを備えることを特徴とする、不良の発生を低減することができる電池の製造方法および電池の製造装置を提供する。

Description

電池の製造方法および電池の製造装置
　本発明は、電池の製造方法および電池の製造装置に関する。
　リチウムイオン電池（LIB：Lithium-ion Battery）やニッケル水素電池（nickel metal hydride battery）などの二次電池は、車載用電源や定置用蓄電池用途として大容量化が進んでいる。二次電池は、互いに重なり合った複数の集電箔が端部に露出した電極と、複数の集電箔に接合されたリードとを備える。通常、正極では、アルミニウム製の集電箔にアルミニウム製のリードが接合され、負極では、銅製の集電箔にニッケルまたは銅製のリードが接続されている。
　二次電池は、瞬時に大電流が流れることから、複数の集電箔とリードとは、超音波を用いて一括溶接により接合されるのが一般的である（例えば、特許文献１）。二次電池は、重なり合う集電箔の枚数が多いほど電池容量が増大する。しかしながら、集電箔の枚数が増加すると集電箔とリードとを超音波溶接により安定に接合することが困難になる。
特開２００９－８７６１１号公報
　複数の集電箔とリードとを超音波溶接により安定に接合するためには、複数の集電箔が良好に一体化されている必要がある。集電箔の変形や破損は、極力回避することが求められる。
　そこで本発明は、不良の発生を低減することができる電池の製造方法および電池の製造装置を提供することを目的とする。
　本発明に係る電池の製造方法は、電極の端部に露出し、互いに重なり合った複数の集電箔の所定の領域を加圧して、隣接する集電箔の間の間隔を縮小した圧縮領域を形成する第１工程と、前記複数の集電箔の前記圧縮領域の内側の領域を超音波溶接により接合して、前記複数の集電箔が一体化された接合領域を形成する第２工程とを備えることを特徴とする。
　本発明に係る電池の製造装置は、電極の端部に露出し、互いに重なり合った複数の集電箔の所定の領域を加圧して、隣接する集電箔の間の間隔を縮小した圧縮領域を形成する加圧部と、前記複数の集電箔の前記圧縮領域の内側の領域を、ホーンおよびアンビルを用いた超音波溶接により接合して、前記複数の集電箔が一体化された接合領域を形成する接合部と、前記ホーンの出力値の時間変化を示す出力波形に基づいて、前記接合領域の良否を判定する判定部とを備えることを特徴とする。
　本発明によれば、超音波溶接により複数の集電箔を接合する前に、接合される領域より広い領域の複数の集電箔を加圧している。加圧によって複数の集電箔が圧縮されることで、隣接する集電箔の間に介在していた空気の層（エアー溜り）が実質的に消滅し、隣接する集電箔は面同士で接触することができる。
　複数の集電箔は、密着した状態で超音波溶接により接合されるので、エアー溜りに起因した問題は回避される。これによって、不良の発生を低減することができる電池を製造することが可能である。
　本発明の電池の製造装置は、加圧領域を形成する加圧部、および接合領域を形成する接合部に加えて、接合領域の良否を判定する判定部を備えている。接合領域の良否を、接合領域を形成するホーンの出力波形に基づいて判定するので、本発明の電池の製造装置は、複数の集電箔が一体化された接合領域を形成しつつ、接合領域の良否を判定することができる。
　しかも、本発明の製造装置を用いることによって、隣接する集電箔の間に介在するエアー溜りに起因した問題を回避できるので、複数の集電箔を安定に超音波溶接して一体化することができる。超音波溶接を行なう際のホーンの出力波形が安定しているので、この出力波形に基づいて接合状態の良否を容易に判定することが可能である。
実施形態の方法により製造される電池の一部を示す分解斜視図である。 実施形態の製造方法を示す模式図であり、図２Ａは第１工程を示し、図２Ｂは第２工程を示す模式図である。 実施形態の方法を適用して作製されたサンプルの断面写真である。 従来の方法を適用して作製されたサンプルの断面の模式図である。 超音波溶接時のホーンの出力波形を示すグラフである。 接合状態の良否判定のアルゴリズムを説明する図である。 変形例の製造方法を示す模式図であり、図７Ａは第１工程を示し、図７Ｂは第２工程を示す模式図である。
　以下、図面を参照して本発明に係る実施形態について詳細に説明する。
１．全体構成
　本発明の電池の製造装置は、加圧部と接合部と判定部とを備える。加圧部は、電極の端部に露出し、互いに重なり合った複数の集電箔の所定の領域を加圧して、隣接する集電箔の間の間隔を縮小した圧縮領域を形成する。接合部は、複数の集電箔の圧縮領域の内側の領域を、ホーンおよびアンビルを用いた超音波溶接により接合して、複数の集電箔が一体化された接合領域を形成する。判定部は、ホーンの出力値の時間変化を示す出力波形に基づいて、接合領域の良否を判定する。本発明の電池の製造装置を用いて、図１に示す電池１０を製造することができる。
　図１に示す電池１０は、リード２０が接合される電極１２を備える。リード２０には、接続端子２２が接続されている。電極１２の端部では、巻回された集電箔１４が複数重なり合って露出している。重なり合った複数の集電箔１４は、非圧縮領域１５と圧縮領域１６とを含む。非圧縮領域１５では、集電箔１４は空気の層を介して隣接しているので、集電箔１４は必ずしも面で接触していない。
　圧縮領域１６では、隣接する集電箔１４同士が面同士で接触している。このため、圧縮領域１６の厚さは、含まれている集電箔１４の厚さの合計と同程度である。複数の集電箔１４同士は、圧縮領域１６の内側の接合領域１８で、超音波溶接により接合されて一体化している。
　リード２０は、接合面２０ａで、複数の集電箔１４の接合領域１８に超音波溶接により接合される。
２．製造方法
　本実施形態の製造方法は、重なり合った複数の集電箔１４に圧縮領域１６を形成する第１工程と、複数の集電箔１４が一体化された接合領域１８を圧縮領域１６の内側に形成する第２工程とを含む。以下、第１工程および第２工程について説明する。
（第１工程）
　第１工程は、製造装置の加圧部で行なわれる。第１工程においては、図２Ａに示すように、電極１２の端部に露出した互いに重なり合った複数の集電箔１４をプレス専用機で加圧する。具体的には、複数の集電箔１４を加圧ダイ３２上に配置し、複数の集電箔１４の所定の領域を加圧パンチ３４で加圧する。こうした加圧は、雌型と雄型と用いて衝撃力を印加して対象をプレス加工する、いわゆるインパクトプレスである。
　加圧ダイ３２および加圧パンチ３４は、複数の集電箔１４の材質や枚数、加圧する所定の領域の面積に応じて適宜選択することができる。加圧パンチ３４は、先端に向けて若干先細りの形状であってもよい。
　加圧の際は、複数の集電箔１４の非圧縮領域１５近傍を押さえ治具３０で押さえて、複数の集電箔１４を厚さ方向で固定することが好ましい。この状態は、第２工程が終了するまで維持する。押さえ治具３０としては、複数の集電箔１４を厚さ方向で固定できる任意の治具を用いることができる。使用し得る押さえ治具３０としては、例えば、樹脂製部品が挙げられる。
　第１工程では、第２工程の２倍以上の圧力で加圧することが好ましい。例えば、第２工程で６０ｋｇｆ／ｃｍ2～３００ｋｇｆ／ｃｍ2程度の圧力を印加する場合には、第１工程の圧力（第１の圧力）は、１２０ｋｇｆ／ｃｍ2～６００ｋｇｆ／ｃｍ2程度とすることができる。第１の圧力は、隣接する集電箔が面同士で接触するように、集電箔の材質、厚さ、枚数等に応じて適宜設定することができる。例えば、銅製の集電箔を６０枚含む場合には、第１の圧力は５００～１，０００ｋｇｆ／ｃｍ2程度とすることができる。第１の圧力は、加圧される複数の集電箔の所定の領域の面積も考慮して、大きさを設定することが望まれる。
　加圧によって、隣接する集電箔１４の間の空気の層（エアー溜り）が実質的に消滅して、集電箔１４の間の間隔が縮小される。複数の集電箔１４においては、隣接する集電箔１４が面同士で接触して、圧縮領域１６が形成される。
（第２工程）
　第２工程は、製造装置の接合部で行なわれる。第２工程においては、第１工程を経た複数の集電箔１４を、図２Ｂに示すようにアンビル４０上に配置し、ホーン４２を用いて接合領域１８を超音波溶接により接合する。接合領域１８は、第１工程で複数の集電箔１４に形成された圧縮領域１６（図２Ａ）の内側の領域である。具体的には、内側の領域とは、複数の集電箔１４の積層方向に垂直な面での平面視における内側の領域をさす。
　ホーン４２は、複数の凸部が形成され、複数の集電箔１４の接合領域１８を押圧する押圧面４２ａを有している。アンビル４０は、複数の凸部（図示せず）が形成され、複数の集電箔１４をホーン４２の押圧面４２ａとの間に挟み込んで支持する支持面４０ａを有している。
　第２工程で印加される圧力（第２の圧力）は、前述の第１の圧力と同等、あるいはより小さい圧力とすることができるが、第１の圧力の１／２以下であることが好ましい。第２の圧力は、一般的には、数１０～数１００Ｋｇｆ／ｃｍ2程度である。超音波の条件は、周波数２０～４０ＫＨｚ、出力４００～４０００Ｗ、溶接時間０．２～２秒程度とすることができる。
　ホーン４２は、所定の電流を流して複数の集電箔１４をｙ軸方向に押し付けつつ、ｘ軸方向に１０～６０μｍ程度の振幅で振動する。これによって、複数の集電箔１４が超音波溶接により接合されて、一体化された接合領域１８が形成される。
３．作用および効果
　本実施形態の電池の製造方法においては、複数の集電箔１４を超音波溶接する前に、複数の集電箔１４を加圧して、隣接する集電箔１４の間の間隔を縮小している（第１工程）。隣接する集電箔１４の間に空気の層（エアー溜り）が実質的に存在しないので、集電箔１４同士の密着性が向上する。
　複数の集電箔１４は、密着した状態で超音波溶接により接合して一体化される（第２工程）。隣接する集電箔１４の間にエアー溜りが存在しないことによって、超音波溶接を行なっても、集電箔の変形やしわ、破損(破断)が生じるおそれは低減される。複数の集電箔１４は、接合領域１８で良好に一体化され、接合不良に起因した強度低下を避けることができる。
　図３には、上述の第１工程と第２工程とを適用して得られたサンプル５０の断面写真を示す。サンプル５０は、基材５２上に接合された複数（６０枚）の集電箔５４を含んでいる。サンプル５０の作製にあたっては、複数の集電箔５４を加圧して、隣接する集電箔の間の間隔を縮小した後、超音波溶接を行なって、複数の集電箔５４を基材５２とともに接合した。
　サンプル５０における集電箔５４は、面同士が接触して揃って積層されて、一体化されている。集電箔５４には、変形、しわ、折れ曲がりといった不良は確認されない。複数の集電箔５４が良好に一体化されているので、基材５２との接合における不良や強度不足の問題は回避される。
　図４は、第１工程なしに第２工程のみで得られたサンプル６０の断面の模式図である。第２工程の超音波溶接のみを行なう方法は、従来の製造方法に相当する。サンプル６０は、基材６２上に接合された複数の集電箔６４を含んでいる。表面および表面近傍の集電箔６４は領域６６ａに示すように切断され、内部の領域６８の複数の集電箔６４は、変形していることが確認される。集電箔６４の切断は、内部の変形の大きな領域６６ｂでも生じている。
　第１工程を行なわない場合には、複数の集電箔６４は、エアー溜りを伴った状態で超音波溶接に供される。集電箔の間のエアー溜りは、超音波溶接中に種々の不具合を引き起こす原因となる。
　ホーンからの超音波の伝播がエアー溜りによって妨げられることから、溶接が安定に行なわれない。ホーンから遠いアンビル側の集電箔に十分に超音波が伝播できるように、超音波の出力を高める必要がある。出力の高い超音波が印加されることで、ホーン側の集電箔がダメージを受けて、図４に示すように切断される（領域６６ａ）。隣接する集電箔の間にエアー溜りが存在することで、ホーンの横方向の振動により集電箔がずれて、破断やしわが発生する（領域６６ｂ，６８）。
　超音波溶接を行なう際、複数の集電箔に対してホーンを強く押し当てることによって、隣接する集電箔の間に介在するエアー溜りを消失させることは可能である。しかしながら、ホーンを強く押し当てた場合には、複数の集電箔とホーンとの接触抵抗が増大してホーンの横方向の振動が阻害されてしまう。
　本実施形態の製造方法では、第１工程で集電箔１４の間のエアー溜りが低減されているので、超音波溶接時のエアー溜りに起因した問題は回避することができる。超音波の伝播が良好になることから、より小さい超音波出力で溶接することが可能となる。超音波溶接時に印加するプレス圧力も最小限となるため、ホーンおよびアンビルの寿命が延びるという効果も得られる。
　上述したとおり、本実施形態の製造方法では、複数の集電箔１４の密着性を高めた状態で超音波溶接が行なわれる。超音波溶接を行なう際、隣接する集電箔１４の間にエアー溜りが存在しないので、超音波はホーン４２側からアンビル４０側の集電箔まで効率よく均一に伝播する。このため、ホーンの出力値（出力電力値）が所定の値に安定する。具体的には、理想的なホーンの出力値は、図５の曲線ａに示すように、溶接開始（t0）から増加して時間t1で安定出力値ｐｓに達し、溶接終了（te）まで安定出力値ｐｓを維持している。この曲線ａを、良品波形とする。
　本実施形態の製造方法では、第２工程の超音波溶接時におけるホーンの出力値の変動が小さく、出力波形の一部には平坦部分が確認される。この出力波形を用いて接合状態の良否を、超音波溶接しつつ判定することができる。接合状態の良否の判定は、製造装置の判定部で行なわれる。
　なお、従来の製造方法の場合には、ホーンの出力値は安定していない（図５、曲線ｂ１、ｂ２）。曲線ｂ１、ｂ２を不良品波形とする。曲線ｂ１では、時間t2以降に出力値が急激に増加している。これは、隣接する集電箔の間のエアー溜りが抵抗となって、より大きな出力が必要とされることに起因する。曲線ｂ２では、出力値はより小さい範囲で不安定に変動している。
　従来の製造方法ではホーンの出力値は、より大きい範囲またはより小さい範囲で変動している。このため、接合状態の良否判定には、ホーンの出力値の最大値のみが用いられ、良否判定の信頼性が低いものであった。
　本発明の製造方法においては、良品波形（曲線ａ）および不良品波形ｂ１、ｂ２を用いて、以下のように種々の基準値を設定し、基準値と比較して接合状態の良否を判定することができる。
　図５に示すように、（安定出力値ｐｓ±３０％）の出力値範囲を、安定領域Ｒｓとする。図５に示すとおり、安定領域Ｒｓの下限および上限は、それぞれ警告下限出力値ｗ１および警告上限出力値ｗ２とする。さらに、（安定出力値ｐｓ－３０％）より小さく、（安定出力値ｐｓ－５０％）までの間に相当する出力値を良品下限出力値ｇ１とし、（安定出力値ｐｓ＋５０％）に相当する出力値を良品上限出力値ｇ２とする。
　図５に示す例においては、良品下限出力値ｇ１は、時間t1における不良品波形ｂ２の出力値と一致し、良品上限出力値ｇ２は、時間t1における不良品波形ｂ１の出力値と一致している。図５には示していないが、良品下限出力値ｇ１と良品上限出力値ｇ２との間の領域を良品領域Ｒｇとする。良品下限出力値ｇ１より下の領域、および良品上限出力値ｇ２より上の領域は、不良品領域である。
　良品下限出力値ｇ１と警告下限出力値ｗ１との間の領域、および良品上限出力値ｇ２と警告上限出力値ｗ２との間の領域を、第１および第２の警告領域Ｒｗ1，Ｒｗ2とする。第１の警告領域Ｒｗ1から安定領域Ｒｓを通過して第２の警告領域Ｒｗ2に達する波形ｃを、警告波形とする。
　図６を参照して、接合状態の良否判定のアルゴリズムについて説明する。
　予め、上述したような方法により、複数の集電箔を密着させた後に超音波溶接を行なってサンプルを作製し、良品波形を得ておく。サンプルの検出波形において、溶接開始から時間Ｔ１までの間では、良品波形に基づいて基準出力値Ｐ１を設定し、Ｔ１での基準出力値Ｐ１に対する警告上下限（WARNING）および異常上下限（ALARM）を設定する。ここでは、(P1+WARNING)を警告上限とし、(P1-WARNING)を警告下限とする。また、(P1+ALARM)を異常上限とし、(P1-ALARM)を異常下限とする。警告上下限（WARNING）は、図５における警告上限出力値ｗ２および警告下限出力値ｗ１に相当する。異常上下限（ALARM）は、図５における良品上限出力値ｇ２および良品下限出力値ｇ１に相当する。
　測定対象の検出波形のＴ１での検出値を、以下に基づいて判定する。検出波形の検出値が、下記条件（１）を満足する場合には接合状態は良好と判定する。検出値が、下記条件（４）または（５）を満足する場合には、接合状態は不良と判定する。検出値が、下記条件（２）または（３）を満足する場合には、接合状態は完全には不良でないものの、信頼性が低いと判定して警告する。
　　　P1+WARNING　＞　検出値　＞　P1-WARNING　　条件（１）
　　　P1+WARNING　＜　検出値　＜　P1+ALARM　　　条件（２）
　　　P1-WARNING　＞　検出値　＞　P1-ALARM　　　条件（３）
　　　P1+ALARM　＜　検出値　　　　　　　　　　　条件（４）
　　　P1-ALARM　＞　検出値　　　　　　　　　　　条件（５）
　時間Ｔ１から時間Ｔ２までの間（AREA1）でも同様に、サンプルの良品波形に基づいて基準値を設定し、Ｔ２到達時の基準値に対する警告上下限（WARNING）および異常上下限（ALARM）を設定する。ここでは、(A1+WARNING)を警告上限とし、(A1-WARNING)を警告下限とする。また、(A1+ALARM)を異常上限とし、(A1-ALARM)を異常下限とする。
　測定対象の検出波形のＴ１－Ｔ２間の検出値が、下記条件（６）を常時満足する場合には、接合状態は良好と判定する。Ｔ１－Ｔ２間の検出値が、一度でも下記条件（９）または（１０）を満足した場合には、接合状態は不良と判定する。Ｔ１－Ｔ２間の検出値が、一度でも下記条件（７）または（８）を満足した場合には、接合状態は完全には不良でないものの、信頼性が低いと判定して警告する。
　　　A1+WARNING　＞　検出値　＞　A1-WARNING　　条件（６）
　　　A1+WARNING　＜　検出値　＜　A1+ALARM　　　条件（７）
　　　A1-WARNING　＞　検出値　＞　A1-ALARM　　　条件（８）
　　　A1+ALARM　＜　検出値　　　　　　　　　　　条件（９）
　　　A1-ALARM　＞　検出値　　　　　　　　　　　条件（１０）
　時間Ｔ２から時間Ｔ３までの間（AREA2）、時間Ｔ３から時間Ｔ４までの間（AREA3）、時間Ｔ４から時間Ｔ５までの間（AREA4）についても、（AREA1）の場合と同様に判定する。
　溶接開始から時間Ｔ１までの間、および（AREA1）～（AREA4）のいずれの判定も不良でない場合、サンプルは良品である。
　このように、良品波形と検出波形とを比較して、接合状態の良否を判定することができ、十分な品質管理も可能となる。さらに、良品波形を利用して、ホーンやアンビルの寿命管理を行なえるという効果も得られる。
４．変形例
　本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨の範囲内で適宜変更することが可能である。
　上記実施形態においては、複数の集電箔１４が巻回された電池について説明したが、複数の集電箔１４は積層されていてもよい。
　第１工程では、加圧ダイ３２と加圧パンチ３４とを用いたインパクトプレスにより複数の集電箔１４の所定の領域を加圧したが、ローラを用いて複数の集電箔１４の所定の領域を押圧することにより加圧してもよい。隣接する集電箔の間に介在する空気の層を押し出して、集電箔の間の間隔を縮小することができる。
　図７Ａに示すように、第１工程において、複数の集電箔１４と加圧ダイ３２との間にリード２０を配置して、複数の集電箔１４の所定の領域を加圧してもよい。次いで、図７Ｂに示すように、ホーン４２とアンビル４０とを用いて超音波溶接を行なうことによって、複数の集電箔１４とリード２０とを、接合領域１８で一体化することができる。
１０　電池
１２　電極
１４　集電箔
１６　圧縮領域
１８　接合領域
２０　リード
 

Claims (11)

  1. 　電極の端部に露出し、互いに重なり合った複数の集電箔の所定の領域を加圧して、隣接する集電箔の間の間隔を縮小した圧縮領域を形成する第１工程と、
    　前記複数の集電箔の前記圧縮領域の内側の領域を超音波溶接により接合して、前記複数の集電箔が一体化された接合領域を形成する第２工程と
    を備えることを特徴とする電池の製造方法。
  2. 　前記第１工程では、第１の圧力で前記複数の集電箔の前記所定の領域を加圧し、前記第２工程では、前記第１の圧力より小さい第２の圧力で加圧して前記接合領域を形成することを特徴とする請求項１記載の電池の製造方法。
  3. 　前記第１の圧力は、前記第２の圧力の２倍以上であることを特徴とする請求項２記載の電池の製造方法。
  4. 　前記第１工程は、前記複数の集電箔の前記所定の領域に、衝撃力を印加することを含むことを特徴とする請求項１～３のいずれか１項記載の電池の製造方法。
  5. 　前記第１工程の前に、押さえ治具により前記複数の集電箔を厚さ方向で固定し、
    　前記第２工程の後に、前記押さえ治具を取り外すことを特徴とする請求項１～４のいずれか１項記載の電池の製造方法。
  6. 　前記第１工程の前に、前記複数の集電箔の前記所定の領域にリードを接触させて配置し、前記超音波溶接により前記複数の集電箔と前記リードとを一体化することを特徴とする請求項１～５のいずれか１項記載の電池の製造方法。
  7. 　前記超音波溶接は、複数の凸部が形成され、前記複数の集電箔の前記接合領域を押圧する押圧面を有するホーンと、複数の凸部が形成され、前記複数の集電箔を前記押圧面との間に挟み込んで支持する支持面を有するアンビルとを用いて行ない、
    　前記第２工程は、前記ホーンの出力値の時間変化を示す出力波形に基づいて、前記接合領域の良否を判定することを含むことを特徴とする請求項１～６のいずれか１項記載の電池の製造方法。
  8. 　前記ホーンの前記出力値に良品上限出力値と良品下限出力値とを設定し、前記良品上限出力値と前記良品下限出力値との間を良品領域とし、前記超音波溶接の開始から終了までの間で複数点を測定して複数の測定出力値を得、
    　前記複数の測定出力値の全てが前記良品領域内である場合に、良品であると判定することを特徴とする請求項７記載の電池の製造方法。
  9. 　前記良品上限出力値より小さい警告上限出力値と、前記良品下限出力値より大きい警告下限出力値との間に安定領域を設定し、
    　前記複数の測定出力値の中の１つが前記安定領域を超え、かつ前記良品領域内にある場合に警告することを特徴とする請求項８記載の電池の製造方法。
  10. 　前記出力波形を時間毎の複数の区間に分割し、前記複数の区間のそれぞれについて、前記良品上限出力値、前記良品下限出力値、および前記安定領域を設定することを特徴とする請求項９記載の電池の製造方法。
  11. 　電極の端部に露出し、互いに重なり合った複数の集電箔の所定の領域を加圧して、隣接する集電箔の間の間隔を縮小した圧縮領域を形成する加圧部と、
    　前記複数の集電箔の前記圧縮領域の内側の領域を、ホーンおよびアンビルを用いた超音波溶接により接合して、前記複数の集電箔が一体化された接合領域を形成する接合部と、
    　前記ホーンの出力値の時間変化を示す出力波形に基づいて、前記接合領域の良否を判定する判定部とを備えることを特徴とする電池の製造装置。
     
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