电池及其制造方法与流程

1.本技术涉及电池及其制造方法。


背景技术：

2.以往，在方形二次电池中，将由金属箔的层叠部构成的电极体的未涂敷部与集电体焊接接合。这样的结构例如记载于日本特开2016-143618号公报(专利文献1)中。
3.在集电体弯曲变形的情况下，在电极体与集电体的接合部可能产生剥离。为了抑制该剥离，要求以简单的结构构成难以产生层叠部以及集电体的弯曲变形的结构。从这样的观点出发，以往的结构不一定是足够的。


技术实现要素：

4.本技术的目的在于提供一种能够抑制电极体与集电体的接合部处的剥离的电池及其制造方法。
5.本技术涉及的电池具备包括电极板的电极体，所述电极板具有电极芯体和形成在电极芯体上的电极活性物质层。层叠电极芯体而形成层叠部。层叠部具有彼此相向的第一外表面和第二外表面。层叠部的第一外表面与板状的集电体连接。在层叠部的第二外表面形成有第一凹凸区域。在位于与层叠部相反的一侧的集电体的外表面形成有第二凹凸区域。第二凹凸区域的宽度为第一凹凸区域的宽度的1.3倍以上且2.0倍以下。在层叠部与集电体连接的部分形成有弯曲部。
6.本技术涉及的电池的制造方法具备：准备包括电极板的电极体的工序，所述电极板具有电极芯体和形成在电极芯体上的电极活性物质层；层叠电极芯体，形成具有彼此相向的第一外表面和第二外表面的层叠部的工序；以及对层叠部的第一外表面与集电体进行超声波接合的工序。超声波接合的工序包括：将具有第一宽度的焊头(horn)配置在层叠部侧，并且将具有第一宽度的1.3倍以上且2.0倍以下的第二宽度的砧座(anvil)配置在集电体侧；以及通过将焊头朝向砧座按压，从而使层叠部和集电体弯曲。
7.本发明的上述以及其他目的、特征、方面以及优点将从与附图相关联地理解的与本发明相关的接下来的详细说明变得明了。
附图说明
8.图1是电池的分解立体图。
9.图2是表示电极体的结构的图。
10.图3是表示集电体与电极体的连接部的图。
11.图4是从y轴方向观察图3所示的连接部的图。
12.图5是表示对集电体与电极体进行超声波接合的工序的图。
13.图6是用于表示集电体的弯曲强度的测定方法的图。
14.图7是表示砧座宽度/焊头宽度与集电体的弯曲强度之间的关系的图。
15.图8是表示砧座宽度/焊头宽度与层叠部以及集电体的弯曲量之间的关系的图。
具体实施方式
16.以下，对本技术的实施方式进行说明。需要说明的是，对相同或相当的部分标注相同的附图标记，有时不重复其说明。
17.需要说明的是，在以下说明的实施方式中，在提及个数、量等的情况下，除了特别记载的情况之外，本技术的范围不一定限定于该个数、量等。另外，在以下的实施方式中，各个构成要素除了特别记载的情况之外，对于本技术而言不一定是必须的。
18.需要说明的是，在本说明书中，“具备(comprise)”以及“包括(include)”、“具有(have)”的记载为开放式。即，包括某个结构，但不排除包括该结构以外的其他结构。
19.图1是电池的分解立体图。如图1所示，本实施方式的电池包括方形外装体100、电极体200以及盖部件300。
20.方形外装体100具有朝向上方开口的开口部110。在方形外装体100的内部，将未图示的电解液与电极体200一起收容。电极体200以在x轴方向上排列的方式具有正极210和负极220。
21.盖部件300将方形外装体100的开口部110封口。在盖部件300的上表面，在x轴方向上隔开间隔地设置有正极外部端子310a和负极外部端子320a。在盖部件300的下表面，设置有正极侧的集电体310以及负极侧的集电体320。正极侧的集电体310与正极外部端子310a电连接。负极侧的集电体320与负极外部端子320a电连接。
22.并且，集电体310与电极体200的正极210连接，集电体320与电极体200的负极220连接。由此，电极体200的正极210以及负极220与盖部件300的正极外部端子310a以及负极外部端子320a电连接。
23.图2是表示电极体200的结构的图。如图2所示，电极体200包括构成正极210的正极板211、构成负极220的负极板221、以及隔膜230、240。
24.正极板211具有：在由铝箔构成的正极芯体(第一电极芯体)的两面形成有包含正极活性物质(例如锂镍钴锰复合氧化物等)、粘结材料(聚偏氟乙烯(pvdf)等)以及导电材料(例如碳材料等)在内的正极活性物质混合剂层(第一活性物质层)的第一区域211a；以及未形成活性物质层而露出正极芯体的第二区域211b。
25.需要说明的是，也可以在第二区域211b的一部分(与第一区域211a相邻的部分)设置包含氧化铝粒子、粘结材料以及导电材料在内的保护层(未图示)。
26.负极板221具有：在由铜箔构成的负极芯体(第二电极芯体)的两面形成有负极活性物质层(第二活性物质层)的第一区域221a；以及未形成活性物质层而露出负极芯体的第二区域221b。
27.正极板211以及负极板221隔着隔膜230、240绕x轴(卷绕轴)呈扁平状卷绕。由此，构成具有沿着x轴方向(第一方向)位于一个端部(第一端部)侧的正极210和位于另一个端部(第二端部)侧的负极220的电极体200。
28.图3是表示集电体310与电极体200的连接部的图。另外，图4是从y轴方向观察图3所示的连接部的图。需要说明的是，在以下的例子中，对正极210侧的结构进行说明，但在负极220侧与能够应用同样的结构。
29.如图3、图4所示，位于电极体200的正极210侧的端部的正极板211的第二区域211b集聚，形成层叠部210a。集电体310与层叠部210a超声波接合。由此，电极体200的正极210与盖部件300的正极外部端子310a电连接。
30.在超声波接合时，如图4所示，在电极体200的层叠部210a上形成第一凹凸区域10，在集电体310上形成第二凹凸区域20。关于第一凹凸区域10和第二凹凸区域20的形状等，在后面叙述。
31.图5是表示对集电体310与电极体200进行超声波接合的工序的图。如图5所示，使用焊头10a和砧座20a，对层叠部210a与集电体310进行超声波接合。
32.此时，焊头10a配置在层叠部210a侧，砧座20a配置在集电体310侧。砧座20a的x轴方向的宽度(第二宽度)比焊头10a的x轴方向的宽度(第一宽度)大。更具体地说，砧座20a的x轴方向的宽度为焊头10a的x轴方向的宽度的1.3倍以上且2.0倍以下的程度。
33.通过将焊头10a朝向砧座20a按压(作为一例，加压力为800n左右)并使其在箭头dr10a方向上振动，从而对层叠部210a与集电体310进行超声波接合。此时，焊头10a的振幅为10μm以上且50μm以下的程度。
34.在此，由于砧座20a的宽度比焊头10a的宽度大(1.3倍以上的程度)，因此，在将焊头10a朝向砧座20a按压的同时进行超声波接合时，如图5所示，层叠部210a和集电体310弯曲。更具体地说，层叠部210a和集电体310向集电体310的宽度方向的两端接近层叠部210a的方向弯曲。
35.如上所述，通过使层叠部210a和集电体310弯曲，在弯曲部形成拱形结构，能够提高y轴方向的力作用于集电体310时的弯曲强度(集电体310的变形难度)。其结果是，层叠部210a与集电体310的接合强度提高，即便在y轴方向的力作用于集电体310的情况下，也能够抑制层叠部210a从集电体310剥离。
36.在电池的制造工序中的拉伸检查工序、向方形外装体100的插入工序、以及电池的活化工序等中，y轴方向的力可能会作用于集电体310。此时，要求抑制层叠部210a从集电体310剥离。
37.图5所示的层叠部210a的下表面(第一外表面)与板状的集电体310连接。在层叠部210a的上表面(第二外表面)形成有与焊头10a的凹凸对应的第一凹凸区域10。在位于与层叠部210a相反的一侧的集电体310的外表面，形成有与砧座20a的凹凸对应的第二凹凸区域20。砧座20a的宽度为焊头10a的宽度的1.3倍以上且2.0倍以下的程度，因此，第二凹凸区域20的宽度为第一凹凸区域10的宽度的1.3倍以上且2.0倍以下的程度。
38.在第二凹凸区域20中，在与第一凹凸区域10重叠的区域(第一区域)和除此之外的区域(第二区域)中，凹凸图案具有互不相同的形状。
39.更具体地说，在集电体310的宽度方向(x轴方向)上，第二凹凸区域20的中央部(第一区域)与第一凹凸区域10重叠，与集电体310的宽度方向(x轴方向)的端部(第二区域)相比更深地咬入砧座20a的表面的凹凸。其结果是，在集电体310的宽度方向中央部，第二凹凸区域20的凹部的深度相对变深。
40.需要说明的是，层叠部210a和集电体310的弯曲优选在集电体310的高度方向(z轴方向)上，仅在焊头10a所处的区域、即形成第一凹凸区域10的区域形成。另外，也可以在进行超声波接合之前预先使集电体310向图5所示的方向弯曲。
41.再次参照图4，在集电体310的宽度方向(x轴方向)上，第二凹凸区域20的中心形成在从集电体310的中心偏离的位置。但是，第二凹凸区域20的中心也可以与集电体310的中心一致。
42.同样在图4的例子中，在集电体310的宽度方向(x轴方向)上，第二凹凸区域20形成为到达集电体310的端部。但是，第二凹凸区域20也可以不必到达集电体310的宽度方向端部。
43.例如，在集电体310的宽度为6.8mm左右、厚度为0.8mm左右时，层叠部210a和集电体310的弯曲量(h)、以及第二凹凸区域20的凹部的最大深度均优选为0.2mm以上的程度。即，层叠部210a和集电体310的弯曲量(h)、以及第二凹凸区域20的凹部的最大深度均优选为集电体310的宽度的3％以上的程度(0.2/6.8≈0.0294)。另外，层叠部210a和集电体310的弯曲量(h)、以及第二凹凸区域20的凹部的最大深度均优选为集电体310的厚度的25％以上的程度(0.2/0.8＝0.25)。
44.通过确保该程度的弯曲量，能够提高与层叠部210a接合的集电体310的弯曲强度，提高抑制层叠部210a从集电体310剥离的效果。
45.图6是用于表示集电体310的弯曲强度的测定方法的图。如图6所示，将设置在夹具400的前端的爪400a插入层叠部210a与集电体310之间并向箭头dr400方向拉伸，使其拉伸载荷增大，测定集电体310变形而从层叠部210a剥离时的载荷，作为“弯曲强度[n]”。
[0046]
图7是表示砧座20a的宽度和焊头10a宽度之比(砧座宽度/焊头宽度)与集电体的弯曲强度之间的关系的图。图7中的纵轴是通过使用图6所示的夹具400的方法测出的“弯曲强度[n]”，图7中的横轴是根据焊头10a和砧座20a的宽度求出的“砧座宽度/焊头宽度”的值。在此，作为焊头10a，使用宽度为4.8mm以下的焊头，作为砧座20a，使用宽度为6mm以下的砧座。集电体310的宽度为6.8mm。
[0047]
如图7所示，示出在砧座宽度/焊头宽度大于1.3的情况下(砧座宽度/焊头宽度＝1.4、1.6、2)，弯曲强度[n]相对变高。
[0048]
图8是表示砧座宽度/焊头宽度与层叠部以及集电体的弯曲量之间的关系的图。图8中的纵轴是层叠部210a和集电体310的弯曲量，图8中的横轴与图7相同，是根据焊头10a和砧座20a的宽度求出的“砧座宽度/焊头宽度”的值。
[0049]
如图8所示，示出在砧座宽度/焊头宽度大于1.3的情况下(砧座宽度/焊头宽度＝1.4、1.6、2)，弯曲量[mm]相对增大(h≥0.2mm)。
[0050]
根据图7、图8所示的结果，示出通过以砧座宽度/焊头宽度为1.3以上程度的方式设定焊头10a和砧座20a的宽度，能够提高与层叠部210a接合的集电体310的弯曲强度，抑制层叠部210a从集电体310剥离。
[0051]
对本发明的实施方式进行了说明，但本次公开的实施方式应被理解为在所有方面都是例示而不是限制性的。本发明的范围由权利要求书示出，意在包括与权利要求书等同的意思及范围内的所有变更。