专利名称：二次电池及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种二次电池及其制造方法；尤其涉及将隔着隔板巻 绕了正极电极和负极电极的巻绕组与电解液一起容纳在电池容器内、 并可以将对该巻绕组充放电的电从正极和负极的电极端子向外部取 出的电池结构。
背景技术：
混合汽车中所使用的锂二次电池需要动力辅助能力大(大电流) 的电池。因此，为了抑制由于大电流造成的发热，要求减小电池内部 的连接电阻。为了减小该电池内部的连接电阻，需要增加电池集电板 与电池巻绕组的焊接点。作为现有集电板与巻绕组的焊接方法，已知将平板集电板熔融并 并利用重力熔化滴落的方法(参照专利文件JP-A-2004-158394)。发明内容但是，在JP-A-2004-158394所公开的方法中，由于集电板为平 板，利用重力熔化滴落的长度有限。在JP-A-2004-158394中，虽然公 开了将集电板按压到巻绕组上来增加焊接点的方案，但如果巻绕组端 面的金属箔高度的偏差变大，在对金属箔施加张力而巻绕的情况下， 即使将集电板按压到金属箔上，由于金属箔不会弯曲，因此在集电板 与金属箔之间产生空隙，存在不能充分增加接触点而进行焊接的问 题。本发明是鉴于上述情况而提出的，提供一种即使集电板与巻绕组 之间空隙较大，也能够使用可焊接的接合结构来安装集电板而构成的 二次电池及其制造方法。为了解决上述问题，本发明的二次电池涉及利用将隔着隔板巻绕 了正极电极和负极电极的巻绕组与电解液一起容纳在电池容器内、并 可以将对该巻绕组充放电的电从正极和负极的电极端子向外部取出 的结构，使正极或负极的金属箔在巻绕组的至少某一个端部突出、并 将该突出的金属箔的端缘与集电板焊接而构成的二次电池。另外，在 焊接前的集电板上形成了多个凹陷，通过将这些凹陷之间的凸出部分 加热并熔化滴落来连接集电板与金属箔。另外，焊接后的集电板的焊 接位置在集电板上形成凹部。即，如果加热上述凸出部分，这些部分 的金属(焊接金属)受到重力而熔化滴落，并能够与金属箔接触，通 过将这些焊接金属固化而保证了集电板与金属箔的连接。另外，集电板的焊接位置在集电板上形成在同一侧；另外，形成该焊接位置来连 结巻绕组的两个位置的外周端。集电板外周的一部分具有向巻绕组侧弯曲而形成的外周弯曲部 分。另外，集电板的中央部分具有穿孔而形成的孔，该孔中具有向巻 绕组侧弯曲而形成的内周弯曲部分。本发明的二次电池的制造方法涉及利用将隔着隔板巻绕了正极 电极和负极电极的巻绕组与电解液一起容纳在电池容器内、并可以将使在巻绕组的至少某一个端部突出的正极或负^的:属箔的端缘与 集电板焊接而构成的二次电池的制造方法。另外，特别地，该制造方 法的特征在于包括以下工序准备集电板，该集电板在与巻绕组相接 触的面的相反一侧的表面上具有多个凹陷；将凹陷之间的凸出部分作 为焊接位置进行加热并熔化，并利用重力熔化滴落，从而将金属箔与 集电板焊接起来。本发明的进一步的特征利用下述为了实施本发明的最佳实施方 式以及附图而明了。根据本发明，即使在集电板与巻绕组之间存在大的空隙，也能够 保证稳定的焊接质量。
图l是二次电池的巻绕组的展开图。图2是第1实施例的二次电池，集电板和巻绕组的立体图。 图3是第1实施例的二次电池中，集电板与巻绕组的焊接前的状 态的立体图。图4是沿图3的线IV-IV截取的剖面图。 图5是沿图3的线V-V截取的剖面图。图6是第1实施例的二次电池中，集电板与巻绕组的焊接后的状 态的立体图。图7是沿图6的线VII-VII截取的剖面图。 图8是沿图6的线VIII-VIII截取的剖面图。 图9是二次电池的整体结构的剖面图。图IO是第2实施例的二次电池中，集电板与巻绕组焊接后的状 态的立体图。图11是第3实施例的二次电池中，集电板与巻绕组焊接后的状 态的立体图。图12是第4实施例的二次电池中，集电板与巻绕组焊接后的状 态的立体图。
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明的实施方式进行说明。但是要注意的 是，本实施方式仅为实现本发明的一个例子，并不是对本发明的限定。 另外，在各个图中相同的结构，用相同的附图标记表示。第1实施例图l是一般的巻绕组的展开图。在图1中，巻绕组5巻绕了多个 部件。巻绕组5中， 一个是两面涂布了正极活性物质2的正极箔(例 如，lOnm厚的铝箔)l，而另一个是两面涂布了负极活性物质4的负 极箔(例如，铜箔)3，进而在正极箔与负极箔之间夹着隔板10进行巻绕而形成巻绕组5。通过将该巻绕组5放入电解液中，进行充放电 以用作二次电池。图2是在巻绕组5上安装集电板6之前的状态的立体图。正极箔 1以巻绕的状态在巻绕组5的端面突出。另外，为了发挥二次电池的 功能，必须将用于传导由巻绕组5充放电的电的正极集电板6与正极 箔l连接(焊接)起来。图3是将烊接前的集电板6放置到巻绕组5上的状态的立体图。 另外，图4是沿图3中的线IV-IV截取的剖面图。本实施方式的集电 板6是切下了圆盘端部的形状，在集电板中心孔30的两侧设有与线 V-V平行(与线IV-IV垂直)的2条焊接突起部(凸出线)9和4条 凹陷(凹进线)8。另外，所配置的正极集电板6是厚度为lmm的铝 板，凹陷8例如宽度为lmm、深度为0.5mm,是通过机械加工而形 成的。另外，如图4所示，在正极集电板6上设置的凹陷8设置在与 巻绕组5相接触的面相反一侧的面上。另外，在位于2条凹陷8之间 的焊接突起部9上照射激光来将集电板6与正极箔1焊接起来。例如， 焊接条件为使用YAG激光，激光输出为900W,焊接速度为2m/分。此时，由于正极箔1的端面的高度上存在偏差，因此，正极箔1 的端部不一定全部与正极集电板6相接触。假如，即使从没有凹陷8 的状态的平面集电板的上表面照射激光，由于熔化的金属(焊接金属) 的表面张力，可能发生熔化的金属不能充分垂落，而发生焊接金属不 与具有端面高度偏差的正极箔l相接触的部分的可能。但是，在本实 施方式中，由于在焊接突起部9的两侧设有凹陷8，因此，能够减轻 由激光照射的烊接金属受到的表面张力的影响，熔化的金属充分垂落 以与巻绕组5相接触(参照图7)。图5是沿图3的线V-V截取的剖面图。如图5所示，正极集电 板6具有将平板向巻绕组5侧弯曲所形成的内周弯曲部7和外周弯曲 部ll。这是为了防止焊接变形而设置的。即，如果正极集电板6仅是 平板的话，存在因焊接而产生角变形或弯度变形的情况。但是，如果 利用上述弯曲加工，相对于正极集电板6弯曲90。的话，由于具有能够承受与集电板6相焊接时的变形的程度的强度，因此，能够实现没 有焊接变形的焊接。另外，内周弯曲部7是作为集电板的平板挤出成 形之后，利用在正中心穿孔的冲压加工而形成的；外周弯曲部11也 是利用沖压挤出材料的外周而形成的。另外，为了挤出成形集电板6， 集电板6优选为左右对称。图6是焊接后状态的立体图。根据图6所示，正极集电板6在2 条焊接金属12的位置(与焊接突起部9对应的位置)处被焊接。这 样在第1实施方式中，利用2条焊接位置能够充分保证正极集电板6 与巻绕组5的接触点数，因此，无需增大集电板6本身的尺寸。因此， 能够使集电板小型化，能够降低部件以及材料的成本。另外，根据本 实施例，由于利用同一侧的焊接位置进行焊接，因而能够减少焊接次 数，不需要转动焊接中的二次电池。因此，能够简化焊接设备。图7是沿图6的线VII-VII截取的剖面图。如图7所示，利用激 光照射焊接突起部9来熔化该部分的金属，焊接金属12由于重力而 熔化滴落。如上所述，由于凹陷8的作用，减小了表面张力对焊接金 属12的影响，焊接金属12充分熔化滴落，利用该作用来焊接正极箔 l与正极集电板6。即，通常，正极箔1的端面高度偏差为0.5mm， 整个端面不一定都与正极集电板6相接触。对此，由于在该实施例中， 焊接金属12的熔化滴落高度能够大于等于0.5mm，因此，即使正极 箔1与正极集电板6之间具有某种程度的空隙，也可以实现焊接。另 外，该实施例中，由于是熔化滴落来焊接正极集电板6与正极箔1， 因此利用在正极箔1的巻绕状态下焊接的特征，正极箔1与正极集电 板6可以大致成直角地焊接。图8是沿图6的线環-VID截取剖面图，示出了焊接金属12的中心 剖面。例如，如果将正极箔1巻绕12圏，通过将焊接位置选定为连 接巻绕组5的外周端，可以用一条焊接来实现24个位置的焊接。当 焊接位置增加时，也能够增加集电板6与正极箔1的接触位置，因此， 能够减小正极箔1与正极集电板6的连接电阻。如上所述，这是对大 电流的二次电池的情况特别有效的技术效果。另外，根据本实施方式，由于能够以1条焊接可靠地保证24个位置的接触位置，与简单的平 板集电板(参照专利文件JP-A-2004-158394 )不同，增加了接触位置， 不需要大范围焊接，焊接工序也可以在短时间内简单地进行。图9是电池整体结构的剖面图。在图9中，在电池罐18的内部， 在轴心17的周围，设置了隔着隔板10巻绕了涂布有正极活性物质2 的正极箔1和涂布有负极活性物质4的负极箔3的巻绕组5，在巻绕 组5的端部上分别露出正极箔1和负极箔3。正极箔1与正极集电板 6由图2~图8的所示的方法焊接起来，并具有通过正极集电板6、引 线13、上盖连接板16的路径导通到上盖15以与外部通电的结构。另 一方面，负极箔3也通过负极集电板20、负极接线板23与电池罐18 电连接。另外，在电池罐18内部是与这些部件一起注入电解液、利 用巻绕组5进行充放电的结构。本发明涉及正极箔1与正极集电板6、 负极箔3与负极集电板20相连接的结构。负极侧与正极侧是相同的 结构，只是材料不同。负极箔3是10nm的铜箔，负极集电板20为铜 板。另外，负极箔3与负极集电板20由负极焊接金属21焊接起来。第2实施例图IO是第2实施例的、焊接后的二次电池立体图。与第1实施 例的二次电池的差异为焊接金属12有4条，而其他的构成要素与第 l实施例相同，因此此处省略其说明。以上，利用第2实施例的接缝形状，也能够获得与第1实施例相 同的效果。第3实施例图11是第3实施例的、焊接后的二次电池的立体图。由于与第 1实施例的二次电池的差异仅为焊接金属12是两条，而其他的构成要 素相同，因此省略其说明。由于焊接位置比第1以及第2实施例的二 次电池少，因此，虽然不能实现比第1以及第2实施例更低的电阻， 但是没有实际应用上的问题。以上，利用第3实施例的接缝形状，也能够获得与第1实施例相 同的效果。第4实施例图12是第4实施例的焊接前的剖面图(相当于图4的剖面图)。 在第4实施例中，正极集电板6是由冷轧锻造(冲压加工)制成的。 因此，凹陷8为圆弧形状，存在在其外侧产生增强部分22的情况。 沖压加工具有能够比第1实施例的机械加工更加廉价地实现的优点。以上，利用第4实施例的接缝形状，也能够获得与第1实施例相 同的效果。如上所述，各实施例提供了利用将隔着隔板巻绕了正极电极和负 极电极的巻绕组与电解液一起容纳在电池容器内、并可以将对该巻绕 组充放电的电从正极和负极的电极端子向外部取出的结构，正极或负 极的金属箔在巻绕组的至少某一个端部突出、该突出的金属箔的端缘 与集电板焊接而构成的二次电池。另外，在焊接前的集电板的与巻绕 组相接触的面的相反一侧的面上形成了多个凹陷，通过将这些凹陷之 间的凸出部分加热来连接集电板与金属箔。据此，即使在集电板与巻 绕组之间存在间隙也可以进行焊接。另外，设置凹陷可以使焊接部分 以外的板厚增厚，也具有减小焊接变形的优点。另外，集电板也能够 使用挤出材料形成。另夕卜，集电板的焊接位置形成为在集电板上的同一侧连接巻绕组 的两个位置的外围端，因此，能够减少焊接次数，也能够减小集电板 上的焊接范围。因此，由于在焊接中不需要改变二次电池的方向，可 以简化焊接的工序。另外，由于能够减小焊接范围，因此，能够使集 电板小型化，降低部件的成本。由于能够充分加热并垂落金属，因此， 可以增加与金属箔的连接点，因此能够减小集电板与金属箔的连接电 阻。另外，集电板外周侧的一部分具有向巻绕组侧弯曲而形成的外周 弯曲部分。集电板的内周部具有穿孔而形成的孔，在该孔内具有向巻绕组内弯曲而形成的内周弯曲部。通过设置这种弯曲部分，能够提高 集电板的强度，能够防止由于焊接而造成的集电板变形，能够进行高 精度的焊接。另外，能够提供具有形状稳定的正极与负极的二次电池。 另外，各个实施例涉及二次电池的制造方法，即，利用将隔着隔 板巻绕了正极电极和负极电极的巻绕组与电解液一起容纳在电池容 器内、并可以将对该巻绕组充放电的电从正极和负极的电极端子向外 部取出的结构，正极或负极的金属箔在巻绕组的至少某个端部突出、 该突出的金属箔的端缘与集电板焊接而构成的二次电池的制造方法。特别地，该制造方法的特征在于包括以下工序准备集电板，该集电 板在与巻绕组相接触的面的相反一侧的表面上具有多个凹陷；将凹陷 之间的凸出部分作为焊接位置进行加热并熔化，并利用重力熔化滴 落，来将金属箔与集电板焊接起来。利用上述工序，能够消除由于焊 接金属的表面张力而引起的负面影响，能够将金属加热并充分垂落， 能够增加与金属箔的接触点。因此，能够降低集电板与金属箔的连接 电阻。
权利要求
1.一种二次电池，是利用将隔着隔板卷绕了正极电极和负极电极的卷绕组与电解液一起容纳在电池容器内、并可以将对该卷绕组充放电的电从正极和负极的电极端子向外部取出的结构，使正极或负极的金属箔在上述卷绕组的至少某一个端部突出、并将该突出的金属箔的端缘与集电板焊接而构成的二次电池，其特征在于上述集电板的焊接位置在上述集电板上形成凹部。
2. 根据权利要求1所述的二次电池，其特征在于上述集电板 的焊接位置在上述集电板上形成在同一侧。
3. 根据权利要求2所述的二次电池，其特征在于上述集电板 的焊接位置形成为连结上述巻绕组的两个位置的外周端。
4. 根据权利要求1所述的二次电池，其特征在于上述集电板的外周的一部分具有向上述巻绕组侧弯曲而形成的外周弯曲部分。
5. 根据权利要求1所述的二次电池，其特征在于上述集电板 的中央部分上具有通过沖压而形成的孔，该孔中具有向上述巻绕组侧 弯曲而形成的内周弯曲部分。
6. —种二次电池的制造方法，该二次电池是利用将隔着隔板巻 绕了正极电极和负极电极的巻绕组与电解液一起容纳在电池容器内、 并可以将对该巻绕组充放电的电从正极和负极的电极端子向外部取 出的结构，使从上述巻绕组的至少某一个端部突出的正极或负极的金 属箔的端缘与集电板焊接而构成的二次电池，所述二次电池的制造方 法的特征在于包括以下工序准备集电板，该集电板在与上述巻绕组相接触的面的相反一侧的 表面上具有多个凹陷；以及将上述凹陷之间的凸出部分作为焊接位置进行加热并熔化，并利 用重力熔化滴落，从而将金属箔与集电板焊接起来。
7. 根据权利要求6所述的二次电池的制造方法，其特征在于 上述集电板的多个凹陷设置在同一侧，将加热面设在同一侧上。8.根据权利要求6所述的二次电池的制造方法，其特征在于 上述准备集电板的工序具有将中央有孔的左右对称的平板的外周部以及构成上述孔的内周 部中的至少一者向上述巻绕组侧弯曲，形成用于防止因焊接而造成的 集电板的变形的弯曲部的工序；以及在上述平板上，通过机械加工或冲压加工形成上述多个凹陷的工序。
全文摘要
本发明提供一种二次电池。在二次电池中，为了提供即使在集电板与卷绕组之间存在空隙也能够进行焊接的结构，在正极集电板(6)上设置凹陷(8)，该凹陷(8)设置在与卷绕组(5)的相反一侧。对位于这些凹陷(8)之间的焊接突起部(9)照射激光来加热。此时，由于在正极箔(1)的端面上存在高度偏差，正极金属箔(1)不一定与正极集电板(6)接触。焊接条件是使用YAG激光，在激光输出900W、焊接速度2m/分下，加热并熔化滴落焊接突起部(9)来进行焊接。
文档编号H01M4/64GK101237068SQ200810008538
公开日2008年8月6日 申请日期2008年1月23日 优先权日2007年1月31日
发明者中井贤治, 多田明德, 荒井雅嗣, 青田欣也 申请人:日立车辆能源株式会社