二次电池
阅读说明：本技术 二次电池 (Secondary battery ) 是由 播磨幸男 于 2019-07-22 设计创作，主要内容包括：二次电池具备：电池壳体,其具有开口；电极体,其具有正极板和负极板并且该电极体插入于电池壳体；封口板,其将开口封口；以及外部端子,其安装于封口板,在正极板的封口板侧的一端和负极板的封口板侧的一端分别设有集电极耳,集电极耳借助配置于电极体与封口板之间的集电端子构件与外部端子电连接,利用超声波将集电极耳与集电端子构件接合,在集电极耳与集电端子构件的接合区域,利用由超声波进行的接合,集电极耳的接合部分成为凹形状,电极体侧的端部的接合部分的凹形状的深度小于该电极体侧的端部的接合部分以外的接合部分的凹形状的深度。(A secondary battery is provided with: a battery case having an opening; an electrode body that has a positive electrode plate and a negative electrode plate and is inserted into the battery case; a sealing plate that seals the opening; and an external terminal attached to the sealing plate, wherein a current collecting tab is provided at each of one end of the positive electrode plate on the sealing plate side and one end of the negative electrode plate on the sealing plate side, the current collecting tab is electrically connected to the external terminal via a current collecting terminal member disposed between the electrode body and the sealing plate, the current collecting tab is joined to the current collecting terminal member by ultrasonic waves, a joining portion of the current collecting tab is formed into a concave shape by the ultrasonic waves in a joining region of the current collecting tab and the current collecting terminal member, and a depth of the concave shape of the joining portion at the end on the electrode body side is smaller than a depth of the concave shape of the joining portion other than the joining portion at the end on the.)
技术领域
本发明涉及二次电池。
背景技术
近年来，锂离子二次电池优选作为车辆搭载用电源、或个人计算机和便携式终端的电源来使用。作为这种锂离子二次电池的一种，已知一种具备正负电极隔着隔膜交替地层叠的电极体的电池构造。例如，在专利文献1中，公开了一种锂离子二次电池，其将多个正极和负极与隔膜交替地层叠而成的电极体收纳于方形壳体。在该公报中，在正极和负极由各自的基材层(金属箔)构成的突出部(极耳)层叠多个而形成极耳部，该极耳部通过超声波接合而与正极集电体和负极集电体接合。并且，正极集电体和负极集电体分别与设于方形壳体的盖体的外方的正极端子和负极端子电连接。
在专利文献2中，层压形锂离子二次电池的耳部(极耳)与引线极耳被超声波焊接。并且，公开了：该电池由于在运送时、使用时的振动而产生引线极耳破裂的问题，但其原因是由超声波焊接形成的焊接部的成为埋入有四棱台形状的形状的凹部形状。为了解决该问题，公开有：设为在焊接痕形成倒角轮廓线，以消除凹形状的锐利的四角的形状。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2018-139191号公报
专利文献2：日本特开2013-165054号公报
发明内容
在像专利文献1那样构成的锂离子二次电池中，以如下顺序进行组装，即在组装工序中将电极体收纳于方形壳体，之后利用盖体关闭方形壳体的开口。此时，以极耳部与正极集电体和负极集电体接合后利用盖体在方形壳体加盖的顺序进行组装，但在该加盖之际，对极耳部与正极集电体和负极集电体施加应力。即，在将极耳部与正极集电体和负极集电体超声波接合之际，在不向两者施加应力的状态下进行接合，但在组装时成为在使由金属箔构成的极耳部弯折的状态下，即向极耳部施加应力的状态下加盖。
特别地，近年来，强烈要求提高每单位体积的电池容量，因此需要设法尽可能增大电池壳体内的正极和负极所占的体积比例。因此，正极和负极以外的构件在电池壳体内能够占有的空间渐渐减少。根据这样的情况，在上述的组装工序中，极耳部与正极集电体和负极集电体收纳于非常小的空间，其结果，向极耳部与正极集电体和负极集电体的接合部施加较大的应力而进行收纳。
极耳部由金属箔构成，因此当施加应力时弯曲，但正极集电体和负极集电体由金属板构成，因此在组装时的应力的程度下不会弯曲。在该情况下，当施加应力时极耳部弯曲，正极集电体和负极集电体不弯曲，因此由弯曲产生的应力集中于极耳部与正极集电体和负极集电体的接合部，因此在接合部的端部，极耳部有可能断裂。在此，明确了即使应用专利文献2所公开的技术，也不能完全应对弯曲，仍然有可能断裂。
本发明是鉴于该点而完成的发明，其目的在于提供一种二次电池，该二次电池具有能够在组装工序中防止集电极耳的断裂的构造。
本发明的二次电池具有如下结构：该二次电池具备：电池壳体，其具有开口；电极体，其具有正极板和负极板并且该电极体插入于所述电池壳体；封口板，其将所述开口封口；以及外部端子，其安装于封口板，在所述正极板的所述封口板侧的一端和所述负极板的所述封口板侧的一端分别设有集电极耳，所述集电极耳借助配置于所述电极体与所述封口板之间的集电端子构件与所述外部端子电连接，利用超声波将所述集电极耳与所述集电端子构件接合，在所述集电极耳与所述集电端子构件的接合区域，利用由所述超声波进行的接合，所述集电极耳的接合部分成为凹形状，所述电极体侧的端部的接合部分的所述凹形状的深度小于所述电极体侧的端部的接合部分以外的接合部分的所述凹形状的深度。
所述电极体侧的端部的接合部分的所述凹形状的深度优选为所述电极体侧的端部的接合部分以外的所述接合部分的所述凹形状的深度的50％以上且80％以下。
所述集电极耳也可以存在多个并且由金属箔构成。
根据本发明，能够在组装二次电池时可靠地防止集电极耳的断裂。
附图说明
图1是示意性地表示实施方式的二次电池的剖视图。
图2是表示电极体的结构的示意图。
图3是示意性地表示层叠正极板、负极板以及隔膜的状态的图。
图4是层叠正极集电极耳并且使正极集电极耳载置于正极侧集电端子构件的示意立体图。
图5是将正极集电极耳与正极侧集电端子构件超声波接合的示意立体图。
图6是放大表示正极集电极耳与正极侧集电端子构件超声波接合的部分的示意俯视图。
图7是表示正极集电极耳与正极侧集电端子构件超声波接合的状态的示意立体图。
图8是表示将正极侧集电端子构件载置于封口板之上的状态的示意立体图。
图9是表示将正极侧集电端子构件与正极侧端子连接构件焊接起来的状态的示意立体图。
图10是表示将电极体与封口板一起插入于电池壳体的状态的示意剖视图。
图11是表示用封口板将插入了电极体后的电池壳体封口的状态的示意剖视图。
图12是表示参考方式的用封口板将插入了电极体后的电池壳体封口的状态的示意剖视图。
图13是参考方式的超声波接合部分的放大示意图。
图14是实施方式的超声波接合部分的放大示意图。
图15是参考方式所使用的超声波接合装置的局部放大示意图。
图16是实施方式所使用的超声波接合装置的局部放大示意图。
具体实施方式
以下，基于附图对本发明的实施方式详细地进行说明。以下的优选的实施方式的说明本质上只不过是示例而已，并没有意图限制本发明、其适用对象或其用途。在以下的附图中，为了说明的简洁化，用相同的附图标记表示实质上具有相同功能的构成要素。另外，以下的附图是示意性地表示，因此例如省略应绘于截面的剖面线，或省略一部分构件，或根据不同的部分而变更尺寸的比例尺。
(实施方式1)
在本实施方式的锂离子二次电池中，如图1所示在具有开口的电池壳体60收纳有电极体10，封口板62将电池壳体60的开口封口。对于电极体10，如图2所示，正极板1与负极板2在它们之间隔着隔膜3而层叠多张，在正极板1的一端(上侧端部)设有正极集电极耳20，在负极板2的一端设有负极集电极耳22。正极集电极耳20和负极集电极耳22由金属箔构成。
在电极体10中，多个正极集电极耳20集束而与正极侧集电端子构件30接合，多个负极集电极耳22集束而与负极侧集电端子构件32接合。附图标记24是集束的正极集电极耳20载置于正极侧集电端子构件30的部分，附图标记26是集束的负极集电极耳22载置于负极侧集电端子构件32的部分。正极侧集电端子构件30和负极侧集电端子构件32由金属板构成。
正极侧集电端子构件30借助正极侧端子连接构件34而与安装于封口板62的外表面侧的正极端子(正极侧的外部端子)50电连接，负极侧集电端子构件32借助负极侧端子连接构件36而与安装于封口板62的外表面侧的负极端子(负极侧的外部端子)52电连接。正极侧端子连接构件34和负极侧端子连接构件36由金属板构成。此外，在正极侧集电端子构件30和正极侧端子连接构件34与封口板62之间配置有正极侧绝缘构件90，在负极侧集电端子构件32和负极侧端子连接构件36与封口板62之间配置有负极侧绝缘构件92。
接着，用图3到图7对正极集电极耳20与正极侧集电端子构件30的接合进行说明。此外，负极集电极耳22与负极侧集电端子构件32的接合也与正极侧同样地进行。
图3是仅在正极集电极耳20所突出的一侧表示图2所示的使正极板1、负极板2以及隔膜3层叠而形成电极体10的状态的图。使这些多个正极集电极耳20集束而层叠并且载置于正极侧集电端子构件30之上(图4)。
并且，如图5所示，使用超声波接合装置100而使正极集电极耳20与正极侧集电端子构件30接合。超声波接合装置100利用设有用于接合的多个压花(突起部)40的焊头42和砧座45夹着要接合的构件来进行超声波接合。将正极侧集电端子构件30的与载置正极集电极耳20的面相反的面载置于砧座45，从正极集电极耳20的上表面按压压花40，利用超声波使焊头42振动并且下降。这样，压花40使正极集电极耳20压缩而凹陷，并且正极集电极耳20与正极侧集电端子构件30利用由超声波振动产生的摩擦热而被加热从而接合。此外，压花40是四棱台形状的突起，因此接合部分71成为与压花40的形状对应的凹形状。
在图6中表示从上方观察接合后的正极集电极耳20与正极侧集电端子构件30的状态。另外在图7中表示从斜上方观察到的状态。在接合区域70，凹形状的接合部分71在相对于正极集电极耳20的长度方向(从正极主体延伸的方向)垂直的方向上相邻地排列有多个而构成列，该列在正极集电极耳20的长度方向上相邻地排列有多个。通过像这样紧密地形成有多个接合部分71，来提高接合强度。接合部分71排列而成的列分类为由在电极体10侧的端部排列的接合部分71构成的端部侧的列72和端部以外的列73。对此进行后述。
以下，用图8到图11对图7所示的状态以后的组装工序进行说明。
如图8所示，预先将封口板62、正极端子50、正极侧绝缘构件90以及正极侧端子连接构件34连接、固定，在它们一体而成的构件上载置接合有正极集电极耳20的正极侧集电端子构件30。正极侧集电端子构件30将同与正极集电极耳20接合的接合面相反的一侧的面载置于上述的构件。另外，正极侧集电端子构件30以与正极侧端子连接构件34相邻的方式载置。
接着如图9所示，焊接正极侧集电端子构件30与正极侧端子连接构件34之间的相邻部分而形成焊接部分78。例如利用激光焊接进行该焊接。
在图9所示的焊接后，使封口板62沿箭头A的方向旋转，如图10所示将电极体10插入于电池壳体60。此时如果将封口板62靠近电池壳体60，则正极集电极耳20向电池壳体60的外侧突出，因此使用压入构件120以将正极集电极耳20收纳于电池壳体60的内侧的方式压入正极集电极耳20。在图10中，通过使压入构件120与正极集电极耳20抵接，并且向左侧方向移动来压入正极集电极耳20。
并且，如图11所示利用封口板62将电池壳体60封口，对封口板62与电池壳体60进行焊接并且将它们固定、密封。像这样完成了本实施方式的锂离子二次电池。
接着一边与参考方式相比较一边对本实施方式的集电极耳与集电端子构件的接合状态进行说明。
图12是参考方式的锂离子二次电池的示意剖视图。在参考方式中，电极体10与封口板62之间的距离比本实施方式的距离大。因此，在参考方式中即使在利用封口板62将电池壳体60封口的状态下，正极集电极耳20的弯曲程度也较小。另外，在将电极体10插入于电池壳体60的过程中，正极集电极耳20不会向电池壳体60的外侧突出，不需要如本实施方式的图10所示那样利用压入构件120压入正极集电极耳20。因此在参考方式中与本实施方式相比，不发生由压入引起的正极集电极耳20的弯曲。
当正极集电极耳20弯曲时，施加使正极集电极耳20与正极侧集电端子构件30的接合分离的应力。该应力首先集中于正极集电极耳20与接合区域70之间的分界部分，即设于电极体10侧的端部那一侧的接合部分。在参考方式中，多个接合部分71全部具有相同深度的凹形状，但正极集电极耳20的弯曲程度较小，因此即使应力集中于被设于电极体10侧的端部那一侧的接合部分71，应力本身也较小，接合不会剥离，正极集电极耳20不会破裂。
另一方面，在本实施方式中，与参考方式相比，正极集电极耳20的弯曲程度较大。特别地，在将电极体10插入于电池壳体60的过程中，在利用压入构件120压入时弯曲程度变得最大，并且施加使正极集电极耳20与正极侧集电端子构件30的接合分离的应力。如果是这样的状况，则明确了在参考方式的接合部分，在设于电极体10侧的端部那一侧的接合部分，存在正极集电极耳20破裂的情况。
对破裂的部分进行了研究，可知：接合部分变薄，在该厚度下无法承受应力而破裂。在该参考方式中，如图13所示，电极体10侧的端部的列的端部侧接合部分75的凹形状的深度115与该端部侧接合部分75以外的接合部分71的凹形状的深度112相同。这是由于使用图15所示的超声波接合装置101来进行超声波接合，且形成端部侧接合部分75的端部侧压花40a的高度L1与该端部侧压花40a以外的压花40的高度相同。
在超声波接合中，通过按压压花40并且施加由超声波产生的振动，从而多个正极集电极耳20间的间隙消失，且与压花40的顶端面接触的部分被向其周围按压扩张，正极集电极耳20本身的厚度变小。该厚度越小，正极集电极耳20与正极侧集电端子构件30之间的接合强度越提高，接合部分的电阻变得越低。然而正极集电极耳20本身的厚度变小，因此对于应力的机械强度变小。
即使正极集电极耳20的厚度变小，但若是与正极侧集电端子构件30牢固地接合的部分，即使施加使正极集电极耳20弯曲时的应力也不会破裂。然而，在正极集电极耳20，由于充分接合的部分与未接合的部分之间的分界部分是厚度变小且本身也几乎没有接合或接合不充分的状态，因此存在在施加了前述的应力的情况下破裂的情况。
为了避免这样的状况，如图14所示，在本实施方式中，在电极体10侧的端部的列72的端部侧接合部分75和端部以外的列73的接合部分71，使端部侧接合部分75的凹形状的深度111小于端部以外的列73的接合部分71的凹形状的深度112。为了形成这样的接合，使用图16所示的超声波接合装置100。形成端部侧接合部分75的端部侧压花40b的高度L2小于端部侧压花40b以外的压花40的高度。
在此，端部侧接合部分75的凹形状的深度111优选为端部以外的列73的接合部分71的凹形状的深度112的50％以上且80％以下。如果深度111不足深度112的50％，则接合强度不充分，在正极集电极耳20大幅弯曲的情况下，端部侧接合部分75的接合有可能脱开。另外，如果深度111比深度112的80％大，则在正极集电极耳20大幅弯曲的情况下正极集电极耳20有可能产生断裂。此外，由端部以外的列73的接合部分71来保证接合区域70所要求的接合强度与电阻的降低。
根据本实施方式，即使因组装电池时或使用电池时的振动、冲击而正极集电极耳20和负极集电极耳22大幅弯曲，也能够防止正极集电极耳20和负极集电极耳22断裂，能够降低组装时的产品不良率并且能够设为耐振动、耐冲击的能力较高的电池。
(其他实施方式)
上述的实施方式是本申请发明的示例，本申请发明不限定于这些例子，也可以在这些例子中组合众所周知的技术、惯用技术、公知技术，或进行局部置换。另外本领域技术人员容易想到的改变发明也包含于本申请发明中。
附图标记说明
1、正极板；2、负极板；10、电极体；20、正极集电极耳；22、负极集电极耳；30、正极侧集电端子构件；32、负极侧集电端子构件；50、正极端子(外部端子)；52、负极端子(外部端子)；60、电池壳体；62、封口板；70、接合区域；71、接合部分；72、端部侧的列(由电极体侧的端部的接合部分构成的列)；73、端部以外的列(由电极体侧的端部以外的接合部分构成的列)。