電池のタブ溶接方法及び溶接装置
【課題】 電池要素を金属ケースに封入する構造の二次電池の製造工程における、タブと電池ヘッダの溶接を高精度で行う溶接方法及び溶接装置を提供すること。
【解決手段】 キャリア１１に電池要素を固定した状態で、タブの位置をレーザー寸法測定器で検出し、そのデータに基づいて、キャリアの移動停止装置を作動させ、キャリア１１を適正な位置に設置し、順次、第１の溶接ヘッド及び第２の溶接ヘッドを用いて、正負のタブを電池ヘッダに設けられた電極端子に溶接する。
【解決手段】 キャリア１１に電池要素を固定した状態で、タブの位置をレーザー寸法測定器で検出し、そのデータに基づいて、キャリアの移動停止装置を作動させ、キャリア１１を適正な位置に設置し、順次、第１の溶接ヘッド及び第２の溶接ヘッドを用いて、正負のタブを電池ヘッダに設けられた電極端子に溶接する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有底の金属ケースに電池要素を封入した構造の二次電池に関し、特に電池要素の電極体に接続されたタブを、金属ケースを封口する電池ヘッダに設けられた電極端子に溶接する方法と、それに用いられる溶接装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
携帯型機器用の電源として、リチウムイオン電池を代表とする二次電池が多用されている。これらの電池は、金属箔などからなる集電体の表面に、電極活物質の層を設けた正負の電極体を、セパレータを介して巻き回して得られる巻回素子、または、正負の電極体を、セパレータを介して交互に積層して得られる積層素子からなる電池要素を、金属ケースや金属箔と高分子材料フィルムを積層したラミネートフィルムに封入した構造である。
【０００３】
金属ケースに電池要素を封入する場合、正負の電極体から電流を取り出すには、それぞれの電極体に接合した正極タブと負極タブの一方を、金属ケースの開口部を封口する金属板からなる電池ヘッダに、絶縁部材を介して設けられた電極端子に接合し、他方を金属ケースに接合するという構造が用いられることがある。
【０００４】
図３は、電池要素を金属ケースに封入した構造の二次電池の一例を示す斜視図である。図３において、３１は電池ヘッダ、３２、３３はタブ、３４は絶縁部材、３５は電極端子、３６は電池要素、３７は金属ケースである。図３に示した例では、電池要素３６の正負の電極体に接続してある一方のタブを、電池ヘッダ３１に絶縁部材３４を介して設けられている電極端子３５に接続し、他方のタブを金属ケース３７に接続した後、電解液を注入し、電池ヘッダ３１を、金属ケース３７に溶接して二次電池とする。
【０００５】
このような構造の二次電池の製造工程において、タブの接続を自動化するには、電池要素をキャリアに固定し、溶接装置における所要の設置位置まで移動させて停止した状態で、溶接装置に固定された溶接ヘッドを用いて、タブを電池ヘッダの所定の位置に溶接するという方法が採られる。このような製造工程で問題となるのは、キャリア自体の位置は必要な精度で制御可能であっても、キャリアの中で位置ずれを生じる部材の位置を制御できないことである。
【０００６】
具体的には、タブは、薄い帯状の導電性材料からなるため容易に変形する。また、場合によっては、タブと電極体の接続位置がずれることもある。特に、巻回終端タブは、巻回誤差の蓄積によりタブ位置がずれやすい。このため、タブと電極端子との溶接位置合わせ精度の制御が不十分となり、溶接の信頼性低下に繋がることがある。
【０００７】
タブと電極の溶接を自動的に行う技術として、特許文献１には、保持具に取り付けた電極体と溶接棒を所定の位置関係に保った状態で一定方向に移動させると、移動に伴って、溶接棒が負極タブに接触して溶接を行うという、電池の負極溶接方法およびその装置が開示されている。
【０００８】
【特許文献１】特開平１１−２３３０９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１に開示されているのは、負極タブを電極体を封入する金属ケースに溶接する構造にのみ適用される技術であり、汎用性に欠け、前記の課題解決に繋がるものではない。従って、本発明の課題は、電池要素を金属ケースに封入する構造の二次電池の製造工程における、タブと電池ヘッダの溶接を高精度で行う溶接方法及び溶接装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、前記課題の解決のため、溶接が必要な位置の検出方法を再検討した結果なされたものである。
【００１１】
即ち、本発明の電池のタブ溶接方法は、キャリアに保持固定された電池要素に接続されてなる正極タブ及び負極タブの位置を予め光学的に検出し、検出した位置データに基づいて前記キャリアの位置を調整し、前記正極タブ及び負極タブの少なくともいずれかと、電池ヘッダに設けられた電極端子との溶接を行うことを特徴とする。
【００１２】
つまり、本発明においては、従来のようにキャリアの位置を検出するのではなく、キャリアに固定され、次工程での処理が必要な部分、つまり溶接を施すべきタブの位置を光学的に検出するので、溶接の位置精度を向上することができる。
【００１３】
また、本発明の溶接方法を実現するために、本発明の溶接装置は、電池要素を保持固定するキャリアと、前記キャリアを直線上の任意の位置に移動停止する移動停止装置と、前記電池要素に接続されてなる正極タブ及び負極タブの位置を光学的に検出する検出装置と、前記正極タブ及び負極タブを電池ヘッダの正極端子及び負極端子に溶接する溶接ヘッドを具備していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
従って、本発明によれば、電池素子を金属ケースに封入した構造の二次電池における、タブと電池ヘッダの溶接を高い精度で行うことが可能となり、不良率の低減とそれに伴う製造コスト低減、信頼性向上を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
次に、図を参照して、本発明の実施の形態について説明する。図１は、本発明に係る溶接装置の構成を模式的に示した図である。図１において、１０ａはレーザー寸法測定器の投光側、１０ｂはレーザー寸法測定器の受光側、１０ｃはレーザー寸法測定器の制御器であり、検出装置を構成する。また、１１はキャリア、１２は第１の溶接ヘッド、１３は第２の溶接ヘッドである。
【００１６】
また、図２は、本発明に係るタブと電池ヘッダの溶接工程を模式的に示した図である。図２において、２０は電池要素、２１は正極タブ、２２は負極タブ、２３は電池ヘッダ、２４はボールネジ、２５はサーボモータ、２６はタブ位置測定位置、２７は負極タブ溶接位置、２８は正極タブ溶接位置である。ボールネジ２４とサーボモータは、キャリアの移動停止装置を構成している。
【００１７】
なお、電池要素２０には、帯状に形成した正極と負極の電極体を、セパレータを介して巻き回した巻回素子などを用いることができる。具体的には、正極電極体は、たとえばアルミニウム箔からなる集電体の表面に、フッ化ビニリデンをＮ−メチルピロリドンに溶解して得られる溶液に、コバルト酸リチウムやマンガン酸リチウムの粉末を分散させたペーストを塗布することで、正極電極活物質層を形成して得られる。
【００１８】
また、負極電極体は、たとえば銅箔からなる集電体の表面に、フッ化ビニリデンを溶解して得られる溶液に、グラファイトやカーボンブラックを分散させたペーストを塗布することで、負極電極活物質層を形成して得られる。これらの正負の電極体に介在させるセパレータには、多孔質のポリエチレンフィルムなどが用いられる。また電解液には、プロピレンカーボネートに六フッ化リン酸リチウムを溶解した溶液などが用いられる。
【００１９】
この例では、正負のタブを両方とも電池ヘッダ２３に溶接し、図の下部に矢印に示した方向に個々の作業を順に行う。つまり、キャリア１１に電池要素２０を固定し、サーボモータ２５によりボールネジ２４を作動、停止させることで、キャリア１１をタブ位置測定位置２６に設置する。ここで、キャリア１１の位置と、正極タブ２１と負極タブ２２のキャリア１１内における位置を測定し、測定データを制御器１０ｃに送信する。
【００２０】
制御器１０ｃは、送信されたデータに基づき、適正な負極タブ溶接位置２７と、キャリア１１を移動すべき距離を算出し、サーボモータ２５を作動、停止させて、キャリア１１を負極タブ溶接位置に設置する。負極タブ溶接位置２７では、第１の溶接ヘッド１２を作動させて、負極タブ２２を電池ヘッダ２３に設けられた負極電極端子（図示せず）に溶接する。
【００２１】
次に、制御器１０ｃは、送信されたデータに基づき、適正な正極タブ溶接位置２８と、キャリア１１を移動すべき距離を算出し、サーボモータ２５を作動、停止させて、キャリア１１を正極タブ溶接位置２８に設置する。正極タブ溶接位置２８では、第２の溶接ヘッド１３を作動させて、正極タブを電池ヘッダ２３に設けられた正極電極端子（図示せず）に溶接する。
【００２２】
ここでは、キャリア１１に電池要素２０を固定して、正負のタブを電池ヘッダ２３に溶接する例を示したが、電池要素２０を金属ケースに挿入した状態でキャリア１１に固定すれば、正負のタブの溶接に引き続き、電解液を注した後、電池ヘッダ２３を金属ケースの開口部に溶接し、封口する作業を行うことも可能である。
【００２３】
以上に説明したように、本発明によれば、電池要素を金属ケースに封入した構造の二次電池における、タブと電池ヘッダの溶接を高精度で行うことが可能となり、不良率低減によって製造コストを低下し、信頼性が向上した二次電池を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に係る溶接装置の構成を模式的に示した図。
【図２】本発明に係るタブと電池ヘッダの溶接工程を模式的に示した図。
【図３】電池素子を金属ケースに封入した構造の二次電池の一例を示す斜視図。
【符号の説明】
【００２５】
１０ａ （レーザー寸法測定器の）投光側
１０ｂ （レーザー寸法測定器の）受光側
１０ｃ （レーザー寸法測定器の）制御器
１１ キャリア
１２ 第１の溶接ヘッド
１３ 第２の溶接ヘッド
２０，３６ 電池要素
２２ 負極タブ
２３，３１ 電池ヘッダ
２４ ボールネジ
２５ サーボモータ
２６ タブ位置測定位置
２７ 負極タブ溶接位置
２８ 正極タブ溶接位置
２１ 正極タブ
３２，３３ タブ
３４ 絶縁部材
３５ 電極端子
３７ 金属ケース
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有底の金属ケースに電池要素を封入した構造の二次電池に関し、特に電池要素の電極体に接続されたタブを、金属ケースを封口する電池ヘッダに設けられた電極端子に溶接する方法と、それに用いられる溶接装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
携帯型機器用の電源として、リチウムイオン電池を代表とする二次電池が多用されている。これらの電池は、金属箔などからなる集電体の表面に、電極活物質の層を設けた正負の電極体を、セパレータを介して巻き回して得られる巻回素子、または、正負の電極体を、セパレータを介して交互に積層して得られる積層素子からなる電池要素を、金属ケースや金属箔と高分子材料フィルムを積層したラミネートフィルムに封入した構造である。
【０００３】
金属ケースに電池要素を封入する場合、正負の電極体から電流を取り出すには、それぞれの電極体に接合した正極タブと負極タブの一方を、金属ケースの開口部を封口する金属板からなる電池ヘッダに、絶縁部材を介して設けられた電極端子に接合し、他方を金属ケースに接合するという構造が用いられることがある。
【０００４】
図３は、電池要素を金属ケースに封入した構造の二次電池の一例を示す斜視図である。図３において、３１は電池ヘッダ、３２、３３はタブ、３４は絶縁部材、３５は電極端子、３６は電池要素、３７は金属ケースである。図３に示した例では、電池要素３６の正負の電極体に接続してある一方のタブを、電池ヘッダ３１に絶縁部材３４を介して設けられている電極端子３５に接続し、他方のタブを金属ケース３７に接続した後、電解液を注入し、電池ヘッダ３１を、金属ケース３７に溶接して二次電池とする。
【０００５】
このような構造の二次電池の製造工程において、タブの接続を自動化するには、電池要素をキャリアに固定し、溶接装置における所要の設置位置まで移動させて停止した状態で、溶接装置に固定された溶接ヘッドを用いて、タブを電池ヘッダの所定の位置に溶接するという方法が採られる。このような製造工程で問題となるのは、キャリア自体の位置は必要な精度で制御可能であっても、キャリアの中で位置ずれを生じる部材の位置を制御できないことである。
【０００６】
具体的には、タブは、薄い帯状の導電性材料からなるため容易に変形する。また、場合によっては、タブと電極体の接続位置がずれることもある。特に、巻回終端タブは、巻回誤差の蓄積によりタブ位置がずれやすい。このため、タブと電極端子との溶接位置合わせ精度の制御が不十分となり、溶接の信頼性低下に繋がることがある。
【０００７】
タブと電極の溶接を自動的に行う技術として、特許文献１には、保持具に取り付けた電極体と溶接棒を所定の位置関係に保った状態で一定方向に移動させると、移動に伴って、溶接棒が負極タブに接触して溶接を行うという、電池の負極溶接方法およびその装置が開示されている。
【０００８】
【特許文献１】特開平１１−２３３０９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１に開示されているのは、負極タブを電極体を封入する金属ケースに溶接する構造にのみ適用される技術であり、汎用性に欠け、前記の課題解決に繋がるものではない。従って、本発明の課題は、電池要素を金属ケースに封入する構造の二次電池の製造工程における、タブと電池ヘッダの溶接を高精度で行う溶接方法及び溶接装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、前記課題の解決のため、溶接が必要な位置の検出方法を再検討した結果なされたものである。
【００１１】
即ち、本発明の電池のタブ溶接方法は、キャリアに保持固定された電池要素に接続されてなる正極タブ及び負極タブの位置を予め光学的に検出し、検出した位置データに基づいて前記キャリアの位置を調整し、前記正極タブ及び負極タブの少なくともいずれかと、電池ヘッダに設けられた電極端子との溶接を行うことを特徴とする。
【００１２】
つまり、本発明においては、従来のようにキャリアの位置を検出するのではなく、キャリアに固定され、次工程での処理が必要な部分、つまり溶接を施すべきタブの位置を光学的に検出するので、溶接の位置精度を向上することができる。
【００１３】
また、本発明の溶接方法を実現するために、本発明の溶接装置は、電池要素を保持固定するキャリアと、前記キャリアを直線上の任意の位置に移動停止する移動停止装置と、前記電池要素に接続されてなる正極タブ及び負極タブの位置を光学的に検出する検出装置と、前記正極タブ及び負極タブを電池ヘッダの正極端子及び負極端子に溶接する溶接ヘッドを具備していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
従って、本発明によれば、電池素子を金属ケースに封入した構造の二次電池における、タブと電池ヘッダの溶接を高い精度で行うことが可能となり、不良率の低減とそれに伴う製造コスト低減、信頼性向上を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
次に、図を参照して、本発明の実施の形態について説明する。図１は、本発明に係る溶接装置の構成を模式的に示した図である。図１において、１０ａはレーザー寸法測定器の投光側、１０ｂはレーザー寸法測定器の受光側、１０ｃはレーザー寸法測定器の制御器であり、検出装置を構成する。また、１１はキャリア、１２は第１の溶接ヘッド、１３は第２の溶接ヘッドである。
【００１６】
また、図２は、本発明に係るタブと電池ヘッダの溶接工程を模式的に示した図である。図２において、２０は電池要素、２１は正極タブ、２２は負極タブ、２３は電池ヘッダ、２４はボールネジ、２５はサーボモータ、２６はタブ位置測定位置、２７は負極タブ溶接位置、２８は正極タブ溶接位置である。ボールネジ２４とサーボモータは、キャリアの移動停止装置を構成している。
【００１７】
なお、電池要素２０には、帯状に形成した正極と負極の電極体を、セパレータを介して巻き回した巻回素子などを用いることができる。具体的には、正極電極体は、たとえばアルミニウム箔からなる集電体の表面に、フッ化ビニリデンをＮ−メチルピロリドンに溶解して得られる溶液に、コバルト酸リチウムやマンガン酸リチウムの粉末を分散させたペーストを塗布することで、正極電極活物質層を形成して得られる。
【００１８】
また、負極電極体は、たとえば銅箔からなる集電体の表面に、フッ化ビニリデンを溶解して得られる溶液に、グラファイトやカーボンブラックを分散させたペーストを塗布することで、負極電極活物質層を形成して得られる。これらの正負の電極体に介在させるセパレータには、多孔質のポリエチレンフィルムなどが用いられる。また電解液には、プロピレンカーボネートに六フッ化リン酸リチウムを溶解した溶液などが用いられる。
【００１９】
この例では、正負のタブを両方とも電池ヘッダ２３に溶接し、図の下部に矢印に示した方向に個々の作業を順に行う。つまり、キャリア１１に電池要素２０を固定し、サーボモータ２５によりボールネジ２４を作動、停止させることで、キャリア１１をタブ位置測定位置２６に設置する。ここで、キャリア１１の位置と、正極タブ２１と負極タブ２２のキャリア１１内における位置を測定し、測定データを制御器１０ｃに送信する。
【００２０】
制御器１０ｃは、送信されたデータに基づき、適正な負極タブ溶接位置２７と、キャリア１１を移動すべき距離を算出し、サーボモータ２５を作動、停止させて、キャリア１１を負極タブ溶接位置に設置する。負極タブ溶接位置２７では、第１の溶接ヘッド１２を作動させて、負極タブ２２を電池ヘッダ２３に設けられた負極電極端子（図示せず）に溶接する。
【００２１】
次に、制御器１０ｃは、送信されたデータに基づき、適正な正極タブ溶接位置２８と、キャリア１１を移動すべき距離を算出し、サーボモータ２５を作動、停止させて、キャリア１１を正極タブ溶接位置２８に設置する。正極タブ溶接位置２８では、第２の溶接ヘッド１３を作動させて、正極タブを電池ヘッダ２３に設けられた正極電極端子（図示せず）に溶接する。
【００２２】
ここでは、キャリア１１に電池要素２０を固定して、正負のタブを電池ヘッダ２３に溶接する例を示したが、電池要素２０を金属ケースに挿入した状態でキャリア１１に固定すれば、正負のタブの溶接に引き続き、電解液を注した後、電池ヘッダ２３を金属ケースの開口部に溶接し、封口する作業を行うことも可能である。
【００２３】
以上に説明したように、本発明によれば、電池要素を金属ケースに封入した構造の二次電池における、タブと電池ヘッダの溶接を高精度で行うことが可能となり、不良率低減によって製造コストを低下し、信頼性が向上した二次電池を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に係る溶接装置の構成を模式的に示した図。
【図２】本発明に係るタブと電池ヘッダの溶接工程を模式的に示した図。
【図３】電池素子を金属ケースに封入した構造の二次電池の一例を示す斜視図。
【符号の説明】
【００２５】
１０ａ （レーザー寸法測定器の）投光側
１０ｂ （レーザー寸法測定器の）受光側
１０ｃ （レーザー寸法測定器の）制御器
１１ キャリア
１２ 第１の溶接ヘッド
１３ 第２の溶接ヘッド
２０，３６ 電池要素
２２ 負極タブ
２３，３１ 電池ヘッダ
２４ ボールネジ
２５ サーボモータ
２６ タブ位置測定位置
２７ 負極タブ溶接位置
２８ 正極タブ溶接位置
２１ 正極タブ
３２，３３ タブ
３４ 絶縁部材
３５ 電極端子
３７ 金属ケース
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極タブ及び負極タブを接続した電池要素をキャリアに保持固定し、前記正極タブ及び前記負極タブの位置を予め光学的に検出し、検出した位置データに基づいて前記キャリアの位置を調整し、前記正極タブ及び負極タブの少なくともいずれかと、電池ヘッダに設けられた電極端子との溶接を行うことを特徴とする電池のタブ溶接方法。
【請求項２】
電池要素を保持固定するキャリアと、前記キャリアを直線上の任意の位置に移動停止する移動停止装置と、前記電池要素に接続されてなる正極タブ及び負極タブの位置を光学的に検出する検出装置と、前記正極タブ及び負極タブを電池ヘッダの正極端子及び負極端子に溶接する溶接ヘッドを有することを特徴とする電池タブの溶接装置。
【請求項１】
正極タブ及び負極タブを接続した電池要素をキャリアに保持固定し、前記正極タブ及び前記負極タブの位置を予め光学的に検出し、検出した位置データに基づいて前記キャリアの位置を調整し、前記正極タブ及び負極タブの少なくともいずれかと、電池ヘッダに設けられた電極端子との溶接を行うことを特徴とする電池のタブ溶接方法。
【請求項２】
電池要素を保持固定するキャリアと、前記キャリアを直線上の任意の位置に移動停止する移動停止装置と、前記電池要素に接続されてなる正極タブ及び負極タブの位置を光学的に検出する検出装置と、前記正極タブ及び負極タブを電池ヘッダの正極端子及び負極端子に溶接する溶接ヘッドを有することを特徴とする電池タブの溶接装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００６−５９７２９（Ｐ２００６−５９７２９Ａ）
【公開日】平成１８年３月２日（２００６．３．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２４１８０１（Ｐ２００４−２４１８０１）
【出願日】平成１６年８月２３日（２００４．８．２３）
【出願人】（０００１３４２５７）ＮＥＣトーキン株式会社 (1,832)
【出願人】（３０２０６７０８４）ＮＥＣトーキン栃木株式会社 (44)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年３月２日（２００６．３．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年８月２３日（２００４．８．２３）
【出願人】（０００１３４２５７）ＮＥＣトーキン株式会社 (1,832)
【出願人】（３０２０６７０８４）ＮＥＣトーキン栃木株式会社 (44)
【Ｆターム（参考）】
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