专利名称：电池用电极及其制造方法和制造装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及将导线连接在三元金属多孔体上而得到的电池用电极及其制造方法和制造装置。
通常，在电池用电极上设有与正极端子和集电板连接用的导线。现在，这种电池用电极采用电阻焊缝方法制造。即，如图6所示，首先，将导线21重合在三元金属多孔体20上，在这种状态下使棒状焊接用Cu电极22与导线21接触。然后，施加压力，使导线21与三元金属多孔体20紧密接触，将三元金属多孔体20作为正极、Cu电极22作为负极，在两者之间流通大电流。这样，导线21便被点焊在三元金属多孔体20上。接着，将活性物质填充在焊接了导线21的三元金属多孔体20上之后，进行轧制加工。最后，将填充了活性物质、经过轧制加工的三元金属多孔体20切断成规定尺寸，便得到电池用电极。
但是，在用电阻焊缝法来制造电池用电极的方法中，焊接用Cu电极22的寿命低，需要频繁地进行维修，故存在着难以进行连续生产、且运行成本高的问题。另外，在使用Cu电极22作为焊接用电极22的情况下，虽然焊接性能提高，但存在着产生飞溅、因Cu的混入而使短路现象增加的问题。另外，还存在有在导线21的表面、侧面等部位残留填充时进入的活性物质，在电池用电极与集电板焊接时常发生焊接不良现象，同时也常发生短路的问题。
本发明是为了解决现有技术的上述问题而研制成的，其目的在于提供可连续生产、运行成本低、且可减少与集电板焊接时的焊接不良现象，还可防止短路现象的电池用电极及其制造方法和制造装置。
为了达到上述目的，本发明的电池用电极是将导线接合在电极板上的电池用电极，其特征在于，上述导线是整个面通过超声波接合而接合在上述电极板上的。根据该电池用电极的构造，可实现接合了导线整个面的电池用电极，故可以得到在导线与电极板之间不会进入活性物质的电池用电极。将电极切断成规定尺寸时，导线也被切断，故在导线与电极板之间进入了活性物质的情况下，切断时活性物质暴露出来，易引起电极与集电板的焊接不良。但是，根据本发明的电池用电极的构造，由于得到在导线与电极板之间不会进入活性物质的电池用电极，故可以减少电极与集电板的焊接不良现象。
另外，在上述本发明的电池用电极的构成中，电极板是三元金属多孔体，最好导线接合在上述三元金属多孔体的一侧边缘部上。
在上述本发明的电池用电极的构造中，最好在超声波接合时，在接合了导线的电极板上沿着整个面形成推压痕迹。上述推压痕迹可以用于判断接合强度是否最佳，或用于判断沿着导线整个面的接合是否均匀。
本发明的电池用电极的制造方法是将导线接合在电极板上的电池用电极的制造方法，其特征在于，使用三元金属多孔体作为电极板，通过超声波接合将上述导线连续地接合在上述三元金属多孔体上后，填充活性物质，进行轧制。根据该电池用电极的制造方法，可以将导线的整个面连续地接合在三元金属多孔体上。其结果，在填充活性物质和轧制工序中，活性物质不会进入三元金属多孔体与导线之间，故可以减少电极和集电板的焊接不良现象。
在上述本发明的电池用电极的制造方法中，最好在填充活性物质、轧制以后，去除多余的活性物质。根据该理想的例子，由于可去除附着在导线部分和三元金属多孔体表面上的多余的活性物质，故可以减少最终所得到的电池用电极和集电板的焊接不良现象，并且还可防止产生短路现象。在这种情况下，最好通过吹气去除多余的活性物质。根据该理想的例子，可以简单地去除多余的活性物质。另外，通过掸刷也可获得同样的效果。这种情况下，最好对去除的多余的活性物质进行吸引、除尘。
本发明电池用电极的制造装置的构造特征在于，该电池用电极的制造装置设有超声波幅射体和砧座，其中幅射体设成圆板状，可围绕中心轴进行回转，并且可在中心轴方向上振动；砧座设成圆板状，并与上述超声波幅射体相对向地配置在与上述超声波幅射体为同一平面上，可围绕中心轴进行回转驱动，通过上述超声波幅射体和上述砧座的相对移动，上述超声波幅射体与上述砧座的圆周面之间可连续地进行压接。根据该电池用电极的制造装置的构造，由于超声波幅射体和砧座设成圆板状，故可以用带钢作为工件。其结果，电池用电极可成为带钢的连续接合，故可以将运行成本控制得较低。
在上述本发明电池用电极的制造装置的构造中，最好砧座的圆周面设成凹凸状。根据该理想的例子，可以提高对工件的保持力。在这种情况下，凸部表面的面积占有率最好为10％～50％。并且，在这种情况下，最好对砧座的圆周面进行陶瓷涂层处理或镀镍处理。另外，在这种情况下，凹部的深度最好为20μm～100μm。
在上述本发明电池用电极的制造装置的构成中，最好超声波砧座的圆周面设成平面。根据该理想的例子，由于超声波砧座的维修性能提高，超声波砧座的寿命延长，故使电池用电极的连续生产率提高。
在上述本发明电池用电极的制造装置的构造中，超声波幅射体和砧座的圆周面的宽度相同，并且最好上述超声波幅射体和上述砧座的圆周面的两边缘部进行了倒棱。根据该理想例子，由于超声波幅射体和砧座的磨损同时进行，故可以进一步提高装置的使用寿命。而且，还可以防止导线接合部和电极板边缘之间断开。
如上所述，根据本发明，可以得到可连续生产、运行成本低、且可减少与集电板之间的焊接不良现象，同时还可防止短路的电池用电极板。
图1是表示本发明一实施例所用的超声波接合机的构造图；图2是表示图1所示的超声波接合机的砧座的圆周面形状之剖面图；图3是表示用图1所示的超声波接合机对三元金属多孔体和导线进行接合时的模式图；图4是表示多余的活性物质的去除工序的模式图；图5是表示用本发明一实施例的制造方法得到的电池用电极的平面图；图6是表示现有技术的电池用电极板的一制造工序的模式图。
以下，用实施例对本发明进一步作具体说明。
在本实施例中，利用超声波振动，对作为电极板的三元金属多孔体和导线进行超声波接合(金属间结合)。图1是表示本实施例所用的超声波接合机的构造图，图2是表示该超声波接合机的砧座的圆周面形状的剖面图，图3是表示用该超声波接合机对三元金属多孔体和导线进行接合时的模式图，图4是表示多余的活性物质的去除工序的模式图，图5是表示用本实施例的制造方法得到的电池用电极的平面图。
如图1所示，超声波接合机1设有超声波幅射体2和配置于超声波幅射体2下方的砧座3作为基本构成部件。
超声波幅射体2设成直径为240mm、厚度(宽)为8mm的圆板状，通过电动机17驱动，使其围绕中心轴体4回转，并且在轴向上可移动地被支承着。振荡器5与中心轴体4相连接，该振荡器可产生频率为20 kHz的纵波超声波振动。因此，超声波幅射体2可以以振幅12μm、沿着轴向进行振动。超声波幅射体2的振幅可在11.1μm～30μm的范围内变化。
砧座3设成直径为60mm、周面的宽度为8mm的圆板形，通过中心轴体6可回转地支承在支承台7上。在这里，砧座3与超声波幅射体2相对向、且与超声波2配置在同一平面内。另外，砧座3可以中心轴体6作为回转中心进行回转。支承台7可升降地支承在底台8上，其底面与气缸9连接。另外，检测气压用的压力计10与气缸9连接。在使导线部分与超声波幅射体2相对向的状态下，将导线重合在三元金属多孔体(镍)上的工件11，配置在超声波幅射体2与砧座3之间，通过使支承台7上升，由超声波幅射体2和砧座3将工件11的导线部分夹入，并且进行加压。这时的加压力为940 N(气压0.20MPa，砧座+中心轴体+支承台的质量12kg)。工件11的供给速度为10m/分。
如上所述，在本实施例中，由于超声波幅射体2和砧座3设成圆板状，故可以使用带钢作为工件11。结果，电池用电极可成为带钢的连续接合，故可将运行成本控制得较低。
如图2所示，为了提高对工件11的保持力，砧座3的圆周面通过蚀刻处理、电沉积处理或机械加工而以几何学配置方式形成凹凸状。在这里，凸部表面的面积占有率最好为10～50％。若凸部表面的面积占有率小于10％、或超过50％，则对工件11的保持力降低，故是不理想的。在本实施例中，凸部表面的面积占有率设定为20％。另外，凹部的深度最好为20μm～100μm。凹部的深度小于20μm时，对工件11的保持力降低，故是不理想的，若凹部的深度超过100μm，则难以对进入凹部内的活性物质进行除尘，故是不希望的，该凹部已被复制在三元金属多孔体上。凹部的深度即使超过100μm，对工件11的保持力也几乎不变。在本实施例中，凹部的深度设定为80μm。设成凹凸状的砧座3的圆周面为了抑制三元金属多孔体(镍)的附着而进行陶瓷涂层处理或镀镍处理。
超声波幅射体2的圆周面为了提高维修性能而设成平面。这样，可延长超声波幅射体2的使用寿命长，提高电池用电极板的连续生产率。特别是在本实施例的情况下，超声波幅射体2和砧座3的宽度相同，磨损同时进行，故可进一步提高装置的使用寿命。另外，通过提高砧座3的加压力，可确保导线部分的保持力。
超声波幅射体2和砧座3的圆周面的两边缘部带有圆角(R面)或小的平面(C面)，进行了倒棱(参照图3)。这样，用超声波幅射体2和砧座3夹入工件11的导线部分而进行加压时，可以防止导线部分的周边被切断。
下面，对使用上述构造的超声波接合机制造电池用电极的方法加以说明。
首先，准备由宽度为150mm的镍构成的三元金属多孔体12。
然后，将通过导向机构(未图示)的宽6mm的导线13重合、配置在三元金属多孔体12的规定区域。这样，便得到工件11。
接着，在使导线部分与超声波幅射体2相对向的状态下，将工件11配置在超声波幅射体2与砧座3之间，使支承台7上升，用超声波幅射体2和砧座3夹入工件11的导线部分，并且进行加压。
然后，通过电动机17使超声波幅射体2以中心轴体4作为回转中心进行回转，同时使超声波幅射体2沿着轴向进行振动。这样，逐渐地送进工件11，导线13的整个面在三元金属多孔体12的规定区域进行超声波接合(金属间结合)(参照图3)。因此，在本实施例中，使用超声波接合机1，将导线13接合在三元金属多孔体12上，故导线13的整个面被接合在三元金属多孔体12上。结果，在后面的活性物质的填充和轧制工序中，活性物质不会进入三元金属多孔体12与导线13之间，故可以减少最终得到的电极和集电板的焊接不良现象。并且，由于不使用焊接用电极，还可防止产生飞溅、因Cu等的混入而增加短路现象。
接着，在接合了导线13后的三元金属多孔体12上填充活性物质后，进行轧制加工。
然后，如图4所示，在填充活性物质和轧制工序完毕后的三元金属多孔体12上，以导线13部分作为中心进行吹气。这样，附着在导线13部分和三元金属多孔体12表面上的多余的活性物质便被去除。结果，可以减少最终得到的电池用电极和集电板的焊接不良现象，并且还可防止出现短路。这种情况下，若采用具有直径比导线13的宽度大的吸引喷嘴14和收放在吸引喷嘴14内部的喷射喷嘴15的装置，则可以同时进行多余的活性物质的去除和除尘，故可有效地进行作业。
最后，将去除活性物质和除尘完毕的工件11切断成宽35mm×长80mm的规格。这样，便得到图5所示的在一侧边缘部具有导线13的电池用电极16。
因此，在本发明电池用电极的制造方法中，由于导线整个面接合在电极板上，故可抑制切断时导线剥离、产生毛边。另外，由于在一侧边缘部具有导线，故可容易地制造集电效率优良的电池用电极。
另外，在本实施例中，通过吹气去除多余的活性物质，但不一定局限于这种方法，例如也可以用刷子进行(这种情况下，用刷子代替图4的喷射喷嘴15)。
在本实施例中，在使导线部分与超声波幅射体2相对向的状态下，把工件11配置在超声波幅射体2与砧座3之间，但不一定局限于这种构造，也可以在使导线部分与砧座3相对向的状态下，把工件11配置在超声波幅射体2与砧压3之间。
权利要求
1．一种电池用电极，是在电极板上接合有导线的电池用电极，上述导线是整个面通过超声波接合而接合在上述电极板上的。
2．根据权利要求1所述的电池用电极，电极板是三元金属多孔体，导线接合在上述三元金属多孔体的一侧边缘部上。
3．根据权利要求1或2所述的电池用电极，超声波接合时，在接合了导线的电极板上沿着整个面形成推压痕迹。
4．一种电池用电极的制造方法，是将导线接合在电极板上的电池用电极的制造方法，其特征在于，用三元金属多孔体作为电极板，通过超声波接合工艺将上述导线连续地接合在上述三元金属多孔体上后，填充活性物质，然后进行轧制。
5．根据权利要求4所述的电池用电极的制造方法，填充活性物质、轧制以后，去除多余的活性物质。
6．根据权利要求5所述的电池用电极的制造方法，通过吹气去除多余的活性物质。
7．根据权利要求5所述的电池用电极的制造方法，通过掸刷去除多余的活性物质。
8．根据权利要求6或权利要求7所述的电池用电极的制造方法，对所去除的多余的活性物质进行吸引、除尘。
9．一种电池用电极的制造装置，该制造装置设有超声波辐射体和砧座，其中幅射体设成圆板状，可围绕中心轴进行回转，并且可在中心轴方向上振动；砧座设成圆板状，并且与上述超声波幅射体相对向地配置在与上述超声波幅射体为同一平面上，可围绕中心轴进行回转驱动，通过上述超声波幅射体和上述砧座的相对移动，上述超声波幅射体和上述砧座的圆周面之间可连续地进行压接。
10．根据权利要求9所述的电池用电极的制造装置，砧座的圆周面设成凹凸形。
11．根据权利要求10所述的电池用电极的制造装置，对砧座的圆周面进行陶瓷涂层处理或镀镍处理。
12．根据权利要求10所述的电池用电极的制造装置，凸部表面的面积占有率为10％～50％。
13．根据权利要求10所述的电池用电极的制造装置，凹部的深度为20μm～100μm。
14．根据权利要求9所述的电池用电极的制造装置，超声波幅射体的圆周面设成平面。
15．根据权利要求9所述的电池用电极的制造装置，超声波幅射体和砧座的圆周面的宽度相同，并且上述超声波幅射体和上述砧座的圆周面的两边缘部进行了倒棱。
全文摘要
一种可减少与集电板的焊接不良、并可防止短路的电池用电极。将导线重合在三元金属多孔体上的工件11在使导线部分与超声波辐射体2相对向的状态下配置在超声波辐射体2与砧座3之间，使支承台7上升，由超声波辐射体2和砧座3夹入工件11的导线部分并进行加压。然后，边通过电动机17使超声波辐射体2以中心轴体4为中心回转，边使其在轴向上以20KHz的频率振动。边逐渐地送进工件11，边将导线超声波接合(金属间结合)在三元金属多孔体上。
文档编号B23K20/10GK1317838SQ0111653
公开日2001年10月17日 申请日期2001年4月10日 优先权日2000年4月10日
发明者井上浩, 乾究, 高木贡, 法寺冈慎一 申请人:松下电器产业株式会社, 丰田自动车株式会社