电池组的极片焊接方法与流程

本发明涉及一种用于将电池组的极片彼此焊接的方法。

背景技术：

作为层叠多个电池单元而成的电池组，已知有专利文献1所记载的电池组。在专利文献1所记载的电池组中，层叠有多个电池单元，该电池单元具有由不同种类的金属形成的正电极端子和负电极端子，而且，相邻的电极端子彼此利用由金属复合材料形成的金属板相互连接起来。

另外，作为使用了层压膜的薄膜封装电池，已知有一种专利文献2所记载的薄膜封装电池。专利文献2所记载的薄膜封装电池构成为被称为极片的正极端子和负极端子向外部导出。

对于以正极端子和负极端子交替排列的方式层叠多个专利文献2的薄膜封装电池而得到的结构，在借助金属复合材料将相邻的薄膜封装电池的正极端子和负极端子接合起来的情况下，成为使板状的金属复合材料夹在正极端子和负极端子之间的三层构造。因而，在想要从两个端子中的一端子侧照射激光而将各端子与金属复合材料接合起来时，存在这样的问题：在激光到达另一端子与金属复合材料的接合面之前，由于激光的分散等，激光的强度减弱。

本发明是着眼于这样的问题而做成的，提供一种能够可靠地将极片接合于金属复合材料的两面的电池组的极片焊接方法。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2011－60623号公报

专利文献2：日本特开2014－32924号公报

技术实现要素：

在本发明中，对于层叠多个将彼此为不同种类的金属的正极极片和负极极片向外部导出的单电池而成的电池组，在隔着将各金属的层接合起来而成的金属复合材料对正极极片和负极极片进行焊接时，使第1单电池的正极极片、与第1单电池相邻的第2单电池的负极极片、金属复合材料以相同种类的金属彼此接触的方式叠合，之后，从与正极极片、负极极片以及金属复合材料的主面相交的方向中的一方向照射激光来将一极片与金属复合材料接合起来，而且，从另一方向照射激光来将另一极片与金属复合材料接合起来。

采用本发明，使金属复合材料夹在两个极片之间，从极片的两侧照射激光，因此能够将各极片与金属复合材料可靠地接合起来。

附图说明

图1是表示作为单电池的一例的层压型锂离子二次电池的概略结构的立体图。

图2是表示本发明的电池组的极片焊接方法的第1实施方式的立体图。

图3是示意性地表示图2所示的电池组的图。

图4是表示图2的极片与金属复合材料的焊接方法的图。

图5的(A)～图5的(D)是分别表示来自两侧的激光的照射轨迹的图。

图6是表示本发明的电池组的极片焊接方法的第2实施方式的立体图。

图7是示意性地表示图6所示的电池组的图。

图8是表示本发明的电池组的极片焊接方法的第3实施方式的立体图。

图9是示意性地表示图8所示的电池组的图。

具体实施方式

基于图1、图2、图3以及图4说明本发明的电池组的一实施例。图1表示作为应用本发明的电池组的极片焊接方法的薄膜封装电池的一例的锂离子二次电池1的概略结构，该二次电池1(以下，简称为“单电池”。)例如被用作用于构成电动汽车的锂离子电池组件的单电池。

如图1所示，单电池1以作为正极侧的电极端子的正极极片2和作为负极侧的电极端子的负极极片3向外部导出的状态收纳密闭于由上下两张层压膜4a、4b构成的矩形形状的层压膜外装体4。在此，极片2、3分别与单电池1内部的正极侧集电体和负极侧集电体相对应，使用彼此不同种类的金属。例如，正极极片2使用铝制极片，负极极片3使用铜制极片。将多个如此构成的扁平的单电池1层叠起来，在此基础上将它们的极片2、3接合起来，从而构成电池组。

图2是表示以正极极片2和负极极片3沿着层叠方向彼此交替配置的方式层叠多个单电池1而成的电池组5A的图。在此，层叠多个的单电池1从上方起依次为第1单电池1A、第2单电池1B、第3单电池1C···。在图2所示的例子中，第1单电池1A的负极极片3与第2单电池1B的正极极片2借助金属复合材料6接合起来，而且，第2单电池1B的负极极片3与第3单电池1C的正极极片2借助金属复合材料6接合起来，沿着层叠方向呈锯齿状依次反复进行该极片2、3之间的接合，从而构成串联型的电池组5A。在此，作为金属复合材料6，能够使用与极片2、3的金属材料相对应的铝层和铜层粘接为一体而得到的板状材料。

图3是示意性地表示图2中的串联型的电池组5A的4个单电池1A～1D的一极片列的连接状态的图。如图3所示，第1单电池1A的负极极片3向下方弯折而形成弯曲部3a，凸缘部3b自该弯曲部3a沿着大致水平方向延伸。并且，相邻的第2单电池1B的正极极片2向上方弯折而形成弯曲部2a，凸缘部2b自该弯曲部2a沿着大致水平方向延伸。并且，负极极片3的凸缘部3b和正极极片2的凸缘部2b借助金属复合材料6彼此接合起来。

图4是表示图3中的第2单电池1B的正极极片2和第1单电池1A的负极极片3这两者与金属复合材料6之间的焊接方法的图。首先，在第2单电池1B的正极极片2与第1单电池1A的负极极片3之间配置金属复合材料6，使三者叠合。其中，在配置金属复合材料6时，使金属复合材料6的铝层6a朝向正极极片2侧，使金属复合材料6的铜层6b朝向负极极片3侧，以相同种类的金属彼此接触的方式在正极极片2与负极极片3之间配置金属复合材料6。接着，利用激光焊接机(未图示)，使焦点F2对准于负极极片3与金属复合材料6(铜层6b)之间的边界面8，从负极极片3侧照射激光L2。该激光照射沿着与极片2、3以及金属复合材料6的主面正交的方向进行。具体而言，使焦点F2对准在负极极片3与金属复合材料6之间的边界面8上来照射激光L2，之后，使激光L2沿着与主面平行的方向扫描，从而沿着边界面8呈线状进行激光焊接。由此，将负极极片3与金属复合材料6的铜层6b接合起来。接着，进行工件的翻转或者激光焊接机的位置的变更，使焦点F1对准于正极极片2与金属复合材料6(铝层6a)之间的边界面7，从正极极片2侧照射激光L1。该激光照射沿着与极片2、3以及金属复合材料6的主面正交的方向且向与最初的激光L2相反的方向进行。具体而言，使焦点F1对准在正极极片2与金属复合材料6之间的边界面7上来照射激光L1，之后，使激光L1沿着与主面平行的方向扫描，从而沿着边界面7呈线状进行激光焊接。由此，将正极极片2与金属复合材料6的铝层6a接合起来。在该例中，在层叠有多个以相同种类的金属彼此接触的方式将正极极片2、负极极片3、金属复合材料6叠合起来的单电池1A、1B的状态下，照射激光。

另外，也可以是，利用两个激光焊接机从两侧同时进行从正极极片2侧的激光L1的照射和从负极极片3侧的激光L2的照射。

并且，也可以是，将各单电池的正极极片2和负极极片3中的一者与金属复合材料6接合起来，将多个这样的单电池层叠起来之后，将负极极片3和正极极片2中的另一者与金属复合材料6依次接合起来。在该情况下，针对各单电池1A，首先，将熔点较高的负极极片3(铜)与金属复合材料6接合起来，将多个这样的单电池1A层叠起来之后，将熔点较低的正极极片2(铝)与金属复合材料6依次接合起来较好。由此，在沿着层叠方向排列有多个已将负极极片3和金属复合材料6接合在一起的单电池1A的状态下，连续地进行熔点较低且接合时间较短的正极极片2与金属复合材料6之间的接合，因此能够缩短层叠的工序时间，而且，能够提高制造效率。

这样，从正极极片2和负极极片3这两侧照射激光，从而能够将正极极片2和金属复合材料6在它们的边界面7上牢固地接合起来，并且能够将负极极片3和金属复合材料6在它们的边界面8上牢固地接合起来。

另外，在图4中的极片2、3与金属复合材料6的焊接方法中，第1焦点位置F1(激光L1的焊接部位)和第2焦点位置F2(激光L2的焊接部位)被设定为在从一极片侧投影来进行观察时彼此不重叠。由此，能够抑制在金属复合材料内部产生不同种类的金属间化合物而产生脆性金属、导通电阻增大。即，在利用激光长时间照射同一部位的情况下，可能会由于不同种类的金属的熔融而产生金属间化合物，产生脆性金属、导通电阻增大，但通过如所述那样使激光L1的焊接部位与激光L2的焊接部位彼此不重叠，从而能够抑制出现这样的现象。

另外，一般，由热导率较低的金属(例如铜)形成的极片在低温时不熔融，因此需要以相对较高的温度进行激光照射，但如果像这样以高温进行激光照射，则因激光照射而产生的热量有可能向单电池1内部传导。因此，优选高温的激光照射在尽可能远离单电池1的主体部的位置进行。因而，在如所述那样使激光L1的焊接部位与激光L2的焊接部位彼此不同的情况下，优选对由热导率较高的金属形成的极片的激光照射在相对靠近单电池1的主体部的位置进行，对由热导率较低的金属形成的极片的激光照射在相对远离单电池1的主体部的位置进行。在图3的例子中，与铜相比，铝具有较高的热导率，因此激光L1在相对靠近单电池1的主体部的位置照射于铝制的正极极片2，另一方面，激光L2在比激光L1远离单电池的主体部的位置照射于铜制的负极极片3。

图5的(A)～图5的(D)是表示利用本发明的电池组的极片焊接方法的激光照射轨迹的例子的图。其中，在图5的(A)～图5的(D)中，激光的照射轨迹利用实线和虚线表示，但这些线并不表示连续地或者断续地进行激光照射，而只是概略地表示激光所描画的轨迹。实线表示来自一侧的激光L1的照射轨迹9，虚线表示来自另一侧的激光L2的照射轨迹10。另外，在图5中，为了使图简洁，而省略了配置在正极极片2与负极极片3之间的金属复合材料6。

在图5的(A)中，激光L1的照射轨迹9和激光L2的照射轨迹10均形成为直线状，彼此大致平行。另外，在图5的(B)中，激光L1的照射轨迹9和激光L2的照射轨迹10均形成为V字状，彼此大致平行。另外，在图5的(C)中，激光L1的照射轨迹9和激光L2的照射轨迹10均形成为椭圆状，呈照射轨迹9位于比照射轨迹10靠外侧的位置的双重圆状。另外，在图5的(D)中，激光L1的照射轨迹9和激光L2的照射轨迹10均呈直线状，且彼此相交，整体呈X字状。在此，激光L1的照射轨迹9和激光L2的照射轨迹10并不限定于图5的(A)～图5的(D)所示的照射轨迹的例子，只要激光L1的照射轨迹9和激光L2的照射轨迹10位于彼此不重叠的位置，则也可以是其他形态。另外，在图5的(D)中，激光L1的照射轨迹9和激光L2的照射轨迹10因一个交点而彼此局部重叠，但照射轨迹9、10的大部分不重叠，实际上不存在问题。但是，从抑制导通电阻的观点而言，优选激光L1的照射轨迹9和激光L2的照射轨迹10哪怕仅是局部也不重叠。

图6是表示用于实施本发明的电池组的极片焊接方法的第2实施方式的图，表示以一对正极极片2、2和一对负极极片3、3沿着层叠方向彼此交替配置的方式层叠多个单电池1而成的电池组5B。如图6所示，第1单电池1A的负极极片3与第4单电池1D的正极极片2借助金属复合材料6接合起来，而且，第2单电池1B的负极极片3与第1单电池1A的负极极片3连接并且第3单电池1C的正极极片2与第4单电池1D的正极极片2连接。并且，将这样的极片2、2、3、3的接合也应用于第3单电池1C的负极极片3、第4单电池1D的负极极片3以及第5单电池1E的正极极片2、第6单电池1F的正极极片2，沿着层叠方向呈锯齿状依次反复进行，从而构成两个并联单元串联连接的电池组5B。

图7是示意性地表示图6中的电池组5B的4个单电池1A～1D的一极片列的连接状态的图。在图7所示的例子中，利用与图3同样的方法，使第1单电池1A的负极极片3和第4单电池1D的正极极片2弯折，形成弯曲部3a、2a和凸缘部3b、2b，该凸缘部3b、2b借助金属复合材料6彼此接合起来。而且，使第2单电池1B的负极极片3向与第1单电池1A的负极极片3相同的方向弯折而形成弯曲部3a。之后，使第2单电池1B的负极极片3的弯曲部3a与第1单电池1A的负极极片3的弯曲部3a连接。并且，使第3单电池1C的正极极片2向与第4单电池1D的正极极片2相同的方向弯折而形成弯曲部2a。之后，使第3单电池1C的正极极片2的弯曲部2a与第4单电池1D的正极极片2的弯曲部2a连接。

图8是表示用于实施本发明的电池组的极片焊接方法的第3实施方式的图，表示以一对正极极片2、2和一对负极极片3、3沿着层叠方向彼此交替配置的方式层叠多个单电池1而成的电池组5C。在图8所示的例子中，第1单电池1A的负极极片3与第3单电池1C的正极极片2以及第4单电池1D的正极极片2借助U字状金属复合材料6接合起来，而且，第2单电池1B的负极极片3与第1单电池1A的负极极片3连接。并且，将这样的极片2、2、3、3的接合也应用于第3单电池1C的负极极片3、第4单电池1D的负极极片3以及第5单电池1E的正极极片2、第6单电池1F的正极极片2，沿着层叠方向呈锯齿状依次反复进行，从而与图6同样地构成两个并联单元串联连接的电池组5C。

图9是示意性地表示图8中的电池组5C的4个单电池1A～1D的一极片列的连接状态的图。如图9所示，第1单电池1A的负极极片3向下方弯折而形成弯曲部3a，该弯曲部3a的一端部3c包括向与单电池1的主体部相反的一侧开口的U字状部分3d。该U字状部分3d借助追随于其的U字状金属包层构件6与第3单电池1C的正极极片2和第4单电池1D的正极极片2这两者接合起来。而且，第2单电池1B的负极极片3向与第1单电池1A的负极极片3相同的方向弯折而形成弯曲部3a，第2单电池1B的负极极片3的弯曲部3a与第1单电池1A的负极极片3的弯曲部3a连接。

其中，在所述各实施例的形态中，例示了锂离子二次电池作为薄膜封装电池的一例，对其极片的焊接方法进行了说明，但作为对象的电池不一定限定于薄膜封装电池。