(57)【要約】【課題】非水系二次電池において、長手方向両端に集電体露出部を有する捲回型電極群と、集電端子板とを大きな接合面積で強固にかつ安定的に接合させ、大電流放電に適した集電構造体を得る。【解決手段】  捲回型電極群１の長手方向両端部に配置される集電体露出部２０、２１に接続部２０ｘ、２１ｘを形成し、この接続部２０ｘ、２１ｘを介して捲回型電極群１と、集電端子板とを溶接により接合する。接続部２０ｘ、２１ｘは、集電体露出部２０、２１に複数の切り込み２２を入れ、集電体露出部に繋がる複数の小片２３を作製し、複数の小片２３の集電体露出部２０、２１に繋がる側とは反対側の端部を集束して一体化した部分として形成される。こうして得られる集電構造体を用いると、内部抵抗が小さく、高出力特性に優れる電池が得られる。【選択図】図４
2010061893.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極集電体および正極活物質層を備えかつ幅方向の端部に正極集電体露出部を有する正極と、負極集電体および負極活物質層を備えかつ幅方向の端部に負極集電体露出部を有する負極との間に多孔質絶縁層を介在させて渦巻き状に捲回してなり、長手方向の一端に正極集電体露出部が配置され、他端に負極集電体露出部が配置される捲回型電極群と、正極集電体露出部に溶接により接続される正極集電端子板と、負極集電体露出部に溶接により接続される負極集電端子板と、非水電解質とを含む非水系二次電池であって、
正極集電体露出部および負極集電体露出部の少なくとも一方は、その端部に、正極集電端子板または負極集電端子板に溶接により接続される接続部を有し、
接続部は、正極集電体露出部および負極集電体露出部から選ばれる集電体露出部の端部に複数の切り込みを入れて、集電体露出部に繋がる複数の小片を形成し、複数の小片から選ばれる２以上の小片の端部を集束して一体化して形成される非水系二次電池。
【請求項２】
複数の切り込みは、正極集電体露出部および負極集電体露出部から選ばれる集電体露出部の端面において、捲回型電極群の捲回軸を中心にして放射状に形成される請求項１に記載の非水系二次電池。
【請求項３】
複数の切り込みは、正極集電体露出部および負極集電体露出部から選ばれる集電体露出部の端面において、複数の小片が同じ寸法になるように形成される請求項１に記載の非水系二次電池。
【請求項４】
正極集電体の表面に正極活物質層を形成し、幅方向の端部に正極集電体露出部を有する正極を得る正極作製工程と、
負極集電体の表面に正極活物質層を形成し、幅方向の端部に負極集電体露出部を有する負極を得る負極作製工程と、
正極と負極との間に多孔質絶縁層を介在させて捲回し、長手方向の一方の端部に正極集電体露出部が配置され、かつ他端に負極集電体露出部が配置された捲回型電極群を得る電極群作製工程と、
正極集電体露出部および負極集電体露出部から選ばれる少なくとも一方の集電体露出部の端部に複数の切込みを入れて、集電体露出部に繋がる複数の小片を形成し、複数の小片から選ばれる２以上の小片の端部を集束して一体化して接続部を形成する接続部形成工程と、
集電体露出部の端部に形成された接続部と集電端子板とを当接させ、その当接部分を溶接により接続する集電構造体作製工程とを含む非水系二次電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非水系二次電池およびその製造方法に関する。より詳しくは、本発明は主に、非水系二次電池における、集電端子板を電極板に取り付ける方法の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近において、駆動用電源などに用いられる二次電池は重要なキーデバイスとしてその開発が進められている。中でもニッケル水素蓄電池やリチウムイオン二次電池は小型かつ軽量で、高エネルギー密度を有することから携帯電話を始めとする民生用機器のみならず、電気自動車や電動工具にまで広く使用されている。特にリチウムイオン二次電池が駆動用電源として注目され、さらなる高容量化、さらなる高出力化に向けた開発が活発に行われている。駆動用電源として用いられる二次電池には、大電流放電が要求される。このため、二次電池の構造、特に、集電構造に工夫を加えた二次電池が提案されている。
【０００３】
たとえば、タブレス集電構造が知られている。タブレス集電構造とは、正極板、負極板およびセパレータを含む電極群において、電極群の一方の端部に正極板の集電体露出部が配置され、他方の端部に負極板の集電体露出部が配置され、それぞれの集電体露出部にタブを介することなく集電端子板が接続された構造である。タブレス集電構造では、その両端部のほぼ全面に集電体露出部を配置しているので、両端部全面に集電端子板を接続でき、電気抵抗を小さくできる。したがって、タブレス集電構造は大電流放電に適している。タブレス集電構造を効率良く機能させるためには、正極板および負極板の集電体露出部の端部を集電端子板にそれぞれ確実に接続する必要がある。
【０００４】
タブレス集電構造を有する電極群については、種々の提案がなされている。たとえば、正極板集電体露出部と負極板集電体露出部とが両端部に配置された積層型電極群と、２つの集電端子板とを含み、集電体露出部と集電端子板との接続部分において、集電体露出部の端部の周囲には、集電端子板に含有される金属からなるフィレットが形成される電池が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。この電池は、集電端子板の集電体露出部との接続面に凹部を形成し、この凹部に集電体露出部の端部を挿入し、電子ビームまたはレーザ照射により溶接することにより製造される。特許文献１の技術によれば、集電体と集電端子板とを確実に接続できる。
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の電池の製造方法では、正極板または負極板の厚みや、セパレータの厚みによって集電体間の距離が変わるため、それに応じて、集電端子板の凹部を形成する必要がある。また、タブレス集電構造を有する電極群では、両端部に正極板および負極板の集電体露出部の端部が複数配置されているため、これらの端部を集電端子板に形成された凹部に挿入するためには、精密な位置合せが必要になる。したがって、製造工程が複雑になり、部分的な接続不良、不良品率の上昇、製造コストの高騰などの問題が発生するおそれがある。
【０００６】
また、タブレス集電構造を有する捲回型電極群において、該電極群の両端部に配置される正極および負極の集電体露出部の端部を、該電極群の捲回軸方向から押圧して平坦部を形成し、この平坦部と集電端子板とを溶接した二次電池が提案されている（たとえば、特許文献２参照）。特許文献２では、特許文献１のような電極群の集電体露出部と集電端子板との位置合せは不要になり、簡単な方法で集電端子板を集電体の端部に接続できる。
【０００７】
しかしながら、現状では、二次電池の大容量化、小型化などを図る上で、正極板および負極板に含まれる集電体をさらに薄肉化することが必須になっている。薄肉化された集電体は十分な機械的強度を有していないため、これを捲回軸方向から押圧すると、折れ曲がり方が不均一になり、平坦部を形成することが困難になる。特にリチウムイオン二次電池では、集電体には厚み２０μｍ程度のアルミニウム箔や銅箔が用いられるため、押圧によって平坦部を形成することはきわめて困難である。平坦部が形成されない場合は、集電体と集電端子板との接続が不十分になるおそれがある。
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−１７２７８０号公報
【特許文献２】特開２０００−２９４２２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、正極集電体端部および負極集電体端部の少なくとも一方が、安定的にかつ確実に接続され、大電流放電に適した非水系二次電池およびその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、正極集電体および正極活物質層を備えかつ幅方向の端部に正極集電体露出部を有する正極と、負極集電体および負極活物質層を備えかつ幅方向の端部に負極集電体露出部を有する負極との間に多孔質絶縁層を介在させて渦巻き状に捲回してなり、長手方向の一端に正極集電体露出部が配置され、他端に負極集電体露出部が配置される捲回型電極群と、正極集電体露出部に溶接により接続される正極集電端子板と、負極集電体露出部に溶接により接続される負極集電端子板と、非水電解質とを含む非水系二次電池であって、
正極集電体露出部および負極集電体露出部の少なくとも一方は、その端部に、正極集電端子板または負極集電端子板に溶接により接続される接続部を有し、
接続部は、正極集電体露出部および負極集電体露出部から選ばれる集電体露出部の端部に複数の切り込みを入れて、集電体露出部に繋がる複数の小片を形成し、複数の小片から選ばれる２以上の小片の端部を集束して一体化して形成される非水系二次電池に係る。
【００１１】
本発明の１つの実施形態では、複数の切り込みは、正極集電体露出部および負極集電体露出部から選ばれる集電体露出部の端面において、捲回型電極群の捲回軸を中心にして放射状に形成されることが好ましい。
本発明の他の実施形態では、複数の切り込みは、正極集電体露出部および負極集電体露出部から選ばれる集電体露出部の端面において、複数の小片が同じ寸法になるように形成されることが好ましい。
【００１２】
また、本発明は、正極集電体の表面に正極活物質層を形成し、幅方向の端部に正極集電体露出部を有する正極を得る正極作製工程と、
負極集電体の表面に正極活物質層を形成し、幅方向の端部に負極集電体露出部を有する負極を得る負極作製工程と、
正極と負極との間に多孔質絶縁層を介在させて捲回し、長手方向の一方の端部に正極集電体露出部が配置され、かつ他端に負極集電体露出部が配置された捲回型電極群を得る電極群作製工程と、
正極集電体露出部および負極集電体露出部から選ばれる少なくとも一方の集電体露出部の端部に複数の切込みを入れて、集電体露出部に繋がる複数の小片を形成し、複数の小片から選ばれる２以上の小片の端部を集束して一体化して接続部を形成する接続部形成工程と、
集電体露出部の端部に形成された接続部と集電端子板とを当接させ、その当接部分を溶接により接続する集電構造体作製工程とを含む非水系二次電池の製造方法に係る。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、集電体露出部に複数の切り込みを入れ、複数の小片（集電体片）を作製し、複数の小片から選ばれる２以上の小片の端部を集束して一体化した接続部を介して、集電体露出部と集電端子板とを溶接する構成を採る。前記接続部は、たとえば、一枚の小片に比べて面積が大きい。したがって、接続部と集電端子板とを溶接すると、集電端子板を構成する金属の一部が溶融して接続部側に垂れ込むことにより、両者の接合面積が大きくなる。その結果、捲回型電極群と集電端子板とが広い面積で接続され、これら両者間での抵抗が小さくなり、安定した出力特性を有し、大電流放電に適した非水系二次電池が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の非水系二次電池は、捲回型電極群と集電端子板とを、集電体露出部に形成される接続部を介して接続することを特徴とし、それ以外は従来の非水系二次電池と同様の構成を採ることができる。本発明の非水系二次電池は、電解質として非水電解質を含む二次電池であり、具体的には、たとえば、リチウムイオン二次電池、ニッケル水素蓄電池、タブレス集電構造を有する電気化学素子（たとえばコンデンサなど）などが挙げられる。
【００１５】
本発明の非水系二次電池は、たとえば、捲回型電極群１、正極用集電端子板１２、負極用集電端子板１３、非水系電解質および図示しない電池ケースを含み、タブレス構造を有することを特徴とする。すなわち、電極群１に含まれる正極１０と正極用集電端子板１２とが、タブを介することなく接続されている。また、電極群１に含まれる負極１１と負極用集電端子板１３とが、タブを介することなく接続されている。
【００１６】
図１は、本発明の非水系二次電池に含まれる捲回型電極群１（以下単に「電極群１」とする）の外観を示す斜視図である。図２は、正極１０の構成を簡略化して示す平面図である。図３は、負極１１の構成を簡略化して示す平面図である。図４は、接続部２０ｘ（または接続部２１ｘ）を示す平面図である。図５は、図４に示す接続部２０ｘ（または接続部２１ｘ）の縦断面図である。図６は、接続部２０ｘ（または接続部２１ｘ）を形成するための切り込み２２を入れた正極集電体露出部２０（または負極集電体露出部２１）の端面２０ａ（または端面２１ａ）を示す平面図である。図６では、切り込み２２を一点破線で示している。図９は、正極用集電端子板１２の構成を簡略化して示す斜視図である。図１０は、負極用集電端子板１３の構成を簡略化して示す斜視図である。
【００１７】
電極群１は、正極１０、負極１１および図示しない多孔質絶縁層を含む。電極群１は、たとえば、正極１０と負極１１との間に多孔質絶縁層を介在させて渦巻き状に捲回することにより作成される。このとき、正極１０の集電体露出部２０が電極群１の長手方向の一端部に配置され、かつ負極１１の集電体露出部２１が電極群１の長手方向の他端部に配置されるように、正極１０と負極１１とが重ね合わされ、捲回される。
【００１８】
電極群１には、円柱などの軸心に相当する捲回軸がある。捲回軸は、巻回軸とも言われ、電極群１をその長手方向に貫通する仮想線であり、その周囲に、正極１０、多孔質絶縁層、負極１１および多孔質絶縁層からなる積層体が捲回される。電極群１の長手方向に垂直な方向の断面においては、捲回軸は該断面のほぼ中心に位置する。該断面がほぼ真円である場合、捲回軸は円の中心に位置する。また、電極群１には、捲回軸に沿って中空部が存在する。
【００１９】
電極群１では、上記したように、その長手方向の一端に正極集電体露出部２０が配置され、他端に負極集電体露出部２１が配置されている。以下において、特に断らない限り、これらを集電体露出部２０、２１と総称する。集電体露出部２０、２１には、図４に示すように、それぞれ接続部２０ｘ、２１ｘが設けられている。接続部２０ｘ、２１ｘは、たとえば、正極集電体露出部２０の、電極群１の長手方向の端面２０ａに、複数の切り込み２２を入れて複数の小片２３を形成し、小片２３を集束して一体化することにより形成される。なお、本明細書では、正極集電体露出部２０に切り込み２２を入れることにより形成される片は、集電体露出部２０よりも寸法が小さいので、小片２３と呼んでいる。
【００２０】
切り込み２２は、たとえば、図６に示すように形成される。図６では、正極集電体露出部２０の、電極群１の長手方向の端面２０ａに、該端面２０ａから電極群１の内部に向けて、８本の切り込み２２が入れられている。本実施形態では、切り込み２２は、端面２０ａにおける中心（捲回軸１ａ）から放射状に８本形成されているが、これに限定されず、各種条件に応じて、切り込み２２の入れ方、本数、深さなどを適宜選択できる。各種条件とは、たとえば、得ようとする電池の寸法、集電体および集電端子板の材質、集電体の厚さなどである。
【００２１】
切り込み２２は、たとえば、セラミックカッターなどのカッターを用いて入れられる。カッターによる正極集電体１５の切断は、正極集電体露出部２０の端面２０ａにおいて、捲回軸１ａから正極集電体露出部２０の外方に向けて行うのが好ましい。これにより、切り込み２２を容易に形成できる。
【００２２】
図１１は、集電体露出部２０、２１の端面２０ａ、２１ａに切り込み２２を入れる方法を簡略化して示す斜視図である。図１１に示すように、電極群１の長手方向が鉛直方向に一致するように電極群１を支持した状態で、電極群１の鉛直方向下方からカッター２９により切り込み２２を入れるのが好ましい。これにより、切りくずが発生しても、切りくずが電極群１の内部に混入するのを防止できる。さらに、集塵機を利用すると、切りくずをさらに効率的に回収できる。
【００２３】
複数の切り込み２２を入れることにより、小片２３が形成される。小片２２は、電極群１の長手方向において、一端が正極集電体露出部２０に繋がり、他端が遊端になっている。他端とは、正極集電体露出部２０に繋がる側とは反対側の端部である。複数の小片２２は、電極群１の長手方向に垂直な方向の長さが同じでもよくまたは異なっていてもよい。小片２２の遊端を集束して一体化することにより、接続部２０ｘが形成される。接続部２０ｘにおいては、図５に示すように、複数の小片２２の先端部分が互いにほぼ平行に集束され、一体化されている。
【００２４】
複数の小片２２の遊端を一体化する方法としては、たとえば、複数の小片２２を集束し、これを２枚の平板で挟む方法が挙げられる。小片２２は金属なので、小片２２を重ね合わせた束を２枚の平板で挟むと、束が一定の方向にクセ付けされ、一体化される。平板表面に、少なくとも１つの小さな突起を設けておくと、突起部分では大きな力を付与できるので、クセ付けが容易になる。突起は、一方の平板に設けるのが好ましい。
【００２５】
小片２２の集束数は特に制限されないが、少なくとも２以上、好ましくは３〜２０、さらに好ましくは５〜１５である。小片２２の集束数を多くすると、接続部２０ｘの集電端子板との接合面積が増加し、接続部２０ｘの数が減る。一方、小片２２の集束数を少なくすると、接続部２０ｘの集電端子板との接合面積が減少し、接続部２０ｘの数が増加する。したがって、集電体および集電端子板の材質、厚さ、得ようとする電池の寸法などに応じて、小片２２の集束数、および接続部２０ｘの個数を適宜選択すればよい。接続部２１ｘも、接続部２０ｙと同様にして形成される。
【００２６】
本実施形態では、捲回軸１ａを中心にして、放射状に１２個の接続部２０ｘが形成されている。なお、本実施形態の接続部２０ｘ、２１ｘは、長手方向に垂直な方向の断面径が比較的小さい電極群１に形成するのに適している。
【００２７】
また、本実施形態では、負極集電体露出部２１の端面２１ａにも、接続部２０ｘを形成するのと同様の方法により、捲回軸１ａを中心にして、放射状に１２個の接続部２１ｘが形成されている。また、本実施形態では、集電体露出部２０、２１の両方に接続部２０ｘ、２１ｘを形成しているが、それに限定されず、集電体露出部２０、２１のいずれか一方に接続部２０ｘまたは接続部２１ｘを形成してもよい。但し、本発明の目的を達成する上では、集電体露出部２０、２１の両方に、接続部２０ｘ、２１ｘを形成するのが好ましい。
【００２８】
図７は、別形態の接続部２５ｘ（または接続部２６ｘ）を示す平面図である。図８は、接続部２５ｘ（または接続部２６ｘ）を形成するための切り込み２７を入れた正極集電体露出部２０の端面２０ａ（または負極集電体露出部２１の端面２１ａ）を示す平面図である。図８では、切り込み２２を一点破線で示している。
【００２９】
図８に示すように、正極集電体露出部２０の端面２０ａおよび負極集電体露出部２１の端面２１ａに８本の切れ込み２７を入れている。具体的には、集電体露出部端面２０ａ、２１ａの捲回軸（中心軸）１ａを中心にして、中心から半径方向に延びる平行な一対の切れ込み２７と、それに隣り合う平行な一対の切れ込み２７との成す角が９０°になるように計８本の切れ込み２７を入れている。それぞれの切り込み２７は最内周から最外周まで達している。
【００３０】
８本の切り込み２７を入れることにより、平行な一対の切り込み２７の間に、複数の小片２８が形成される。小片２８は、小片２３と同様に、電極群１の長手方向において、一端が集電体露出部２０、２１に繋がり、他端が遊端になっている。これらの小片２８の遊端を、半径方向に複数枚ずつ重ね合わせて集束し、一体化処理を施すことにより、接続部２５ｘ、２６ｘが形成される。なお、本実施形態の接続部２５ｘ、２６ｘは、長手方向に垂直な方向の断面径が比較的大きい電極群１に形成するのに適している。
【００３１】
本実施形態では、１２個の接続部２５ｘ、２６ｘが形成されるが、それに限定されず、１または２以上の個数から各種条件に応じて適宜選択できる。各種条件とは、たとえば、正極集電体１５、１７および集電端子板の材質および厚さ、得ようとする電池の種類、平行な一対の切り込み２７間の長さなどである。具体的な個数としては、たとえば、平行な一対の切り込み２７を１つだけ入れてもよく、また、平行な一対の切り込み２７を５個以上入れてもよい。
【００３２】
電極群１を構成する正極１０、負極１１および多孔質絶縁層は、たとえば、次のような構成を有している。
正極１０は、図２に示すように、正極集電体１５および正極活物質層１６を含み、幅方向の一端に正極集電体露出部２０を有する長尺シートである。正極集電体１５は、長手方向と幅方向とを有する長尺状の金属シートである。金属シートとは、具体的には、金属箔、金属フィルムなどである。
【００３３】
正極活物質層１６に含有される成分は、得ようとする電池の種類に応じて、適宜選択される。たとえば、リチウムイオン二次電池を作製する場合、正極活物質層１６は、リチウム化合物などの正極活物質、炭素材料などの導電剤、各種合成樹脂などの結着材を含有する。また、正極活物質層１６は、正極集電体１５の厚み方向の両面に形成される。但し、正極１０の幅方向の一端には、正極活物質層１６が形成されない正極集電体露出部２０が存在する。正極集電体露出部２０は、正極１０の幅方向の一端において、正極１０の長手方向に帯状に延びる領域である。正極集電体露出部２０は、電極群１の作製に伴って捲回され、電極群１の長手方向の一端に配置される。
【００３４】
負極１１は、図３に示すように、負極集電体１７および負極活物質層１８を含み、幅方向の一端部に負極集電体露出部２１を有する長尺シートである。負極集電体１７は、長手方向と幅方向とを有する長尺状の金属シートである。金属シートとは、具体的には、金属箔、金属フィルムなどである。負極活物質層１８に含有される成分は、得ようとする電池の種類に応じて、適宜選択される。たとえば、リチウムイオン二次電池を作製する場合、負極活物質層１８は、黒鉛などの炭素材料である負極活物質、各種合成樹脂などの結着材を含有するか、または合金系負極活物質の真空蒸着膜である。合金系負極活物質には、たとえば、珪素、珪素酸化物、錫、錫酸化物などがある。また、負極活物質層１８は、負極集電体１７の厚み方向の両面に形成される。
【００３５】
負極１１の幅方向の一端には、負極活物質層１７が形成されない負極集電体露出部２１が存在する。負極集電体露出部２１は、負極１１の幅方向の一端において、負極板１１の長手方向に帯状に延びる領域である。負極集電体露出部２１は、電極群１の作製に伴って捲回され、電極群１の長手方向の他端に配置される。
【００３６】
多孔質絶縁層には、たとえば、多孔質フィルム、多孔質絶縁膜、多孔質フィルムと多孔質絶縁膜との積層体などを使用できる。多孔質フィルムは、たとえば、合成樹脂からなる微多孔フィルムである。合成樹脂には、たとえば、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィンを使用できる。多孔質絶縁膜は、金属酸化物などの無機フィラーと合成樹脂などの結着材とから形成される。結着材として用いられる合成樹脂は、活物質層を形成するための結着材と同様のものを使用できる。
【００３７】
電極群１は、たとえば、正極１０と負極１１との間に多孔質絶縁層を介在させて重ね合わせ、これを捲回することにより作製できる。このとき、正極活物質層１６と負極活物質層１８とが多孔質絶縁層を介して対向し、正極集電体露出部２０および負極集電体露出部２１が重ね合わせ物の幅方向においてそれぞれ一方および他方の端部に位置するように、正極１０と負極１１とを重ね合わせる。これにより、電極群１の長手方向の両端部において、正極集電体露出部２０および負極集電体露出部２１が、多孔質絶縁層と多孔質絶縁層との間から渦巻状に突出する。
【００３８】
正極集電端子板１２は、正極集電体露出部２０の接続部２５と接続される。接続方法については、後述する。正極集電端子板１２は、図９に示すように、集電体露出部２０の断面形状に対応する形状を有する金属製板状部材である。本実施形態では、正極集電端子板１２は、ほぼ円形である。また、正極集電端子板１２には、該端子板１２を集電体露出部２０の先端部分に載せたときに、電極群１の中空部に連通するように、貫通孔１２ａが形成されている。なお、本実施形態では、貫通孔１２ａは円形であるが、それに限定されず、任意の形状に形成できる。また、貫通孔１２ａを形成しなくてもよい。
【００３９】
これにより、正極集電端子板１２を接続した後でも、電極群１の中空部の通気性が保持される。その結果、負極集電端子板１３と負極集電体露出部２１の接続部２５と接続する際に、電極群１内の減圧度の調整が容易になり、前記接続を容易に実施できる。また、正極集電端子板１２には、予め、正極リード１４が接続されている。
正極集電端子板１２の材質は金属であれば特に制限されないが、たとえば、アルミニウム、アルミニウム合金、チタン、ステンレス鋼などである。正極集電端子板１２の材質は、正極集電体１５の材質と同じであることが好ましい。
【００４０】
負極集電端子板１３は、負極集電体露出部２１の接続部２６と接続される。接続方法については、後述する。の構成を示す斜視図である。負極集電端子板１３は、図１０に示すように、負極集電体露出部２１の断面形状に対応する形状を有する金属製板状部材である。本実施形態では、負極集電端子板１３の形状はほぼ円形である。
【００４１】
また、負極集電端子板１３には、貫通孔１３ａが形成されている。貫通孔１３ａはＵ字状の形状を有し、Ｕ字の両端にある２本の直線の間隔が、電極群１の中空部の最大径よりも僅かに大きくなるように形成するのが好ましい。これにより、長手方向が鉛直方向に一致するように電極群１を支持する場合に、電極群１内部において、気流の方向が鉛直方向下方である減圧状態を作り易くなる。なお、本実施形態ではＵ字状の貫通孔１３ａが形成されるが、それに限定されず、他の任意の形状の貫通孔を形成してもよい。さらに、貫通孔を形成しなくてもよい。
【００４２】
また、負極集電端子板１３の材質は金属であれば特に制限されないが、たとえば、銅、銅合金、ニッケル、ステンレス鋼などである。負極集電端子板１３の材質は、負極負極集電体１７の材質と同じであることが好ましい。
【００４３】
また、非水電解質は、得ようとする電池の種類に応じて適宜選択される。たとえば、電池がリチウムイオン二次電池である場合、非水電解質は、下記の溶質（支持塩）および非水溶媒を含み、さらに必要に応じて各種添加剤を含む。
【００４４】
溶質としては、この分野で常用されるものを使用でき、たとえば、ＬｉＣｌＯ4、ＬｉＢＦ4、ＬｉＰＦ6、ＬｉＡｌＣｌ4、ＬｉＳｂＦ6、ＬｉＳＣＮ、ＬｉＣＦ3ＳＯ3、ＬｉＣＦ3ＣＯ2、ＬｉＡｓＦ6、ＬｉＢ10Ｃｌ10、低級脂肪族カルボン酸リチウム、ＬｉＣｌ、ＬｉＢｒ、ＬｉＩ、ＬｉＢＣｌ4、ホウ酸塩類、イミド塩類などが挙げられる。ホウ酸塩類としては、ビス（１，２−ベンゼンジオレート（２−）−Ｏ，Ｏ’）ホウ酸リチウム、ビス（２，３−ナフタレンジオレート（２−）−Ｏ，Ｏ’）ホウ酸リチウム、ビス（２，２’−ビフェニルジオレート（２−）−Ｏ，Ｏ’）ホウ酸リチウム、ビス（５−フルオロ−２−オレート−１−ベンゼンスルホン酸−Ｏ，Ｏ’）ホウ酸リチウムなどが挙げられる。
【００４５】
イミド塩類としては、ビストリフルオロメタンスルホン酸イミドリチウム（（ＣＦ3ＳＯ2）2ＮＬｉ）、トリフルオロメタンスルホン酸ノナフルオロブタンスルホン酸イミドリチウム（（ＣＦ3ＳＯ2）（Ｃ4Ｆ9ＳＯ2）ＮＬｉ）、ビスペンタフルオロエタンスルホン酸イミドリチウム（（Ｃ2Ｆ5ＳＯ2）2ＮＬｉ）などが挙げられる。溶質は１種を単独で用いてもよくまたは必要に応じて２種以上を組み合わせて用いてもよい。溶質の非水溶媒に対する溶解量は、０．５〜２モル／Ｌの範囲内とすることが望ましい。
【００４６】
非水溶媒としては、この分野で常用されるものを使用でき、たとえば、環状炭酸エステル、鎖状炭酸エステル、環状カルボン酸エステルなどが挙げられる。環状炭酸エステルとしては、たとえば、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、エチレンカーボネート（ＥＣ）などが挙げられる。鎖状炭酸エステルとしては、たとえば、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）などが挙げられる。環状カルボン酸エステルとしては、たとえば、γ−ブチロラクトン（ＧＢＬ）、γ−バレロラクトン（ＧＶＬ）などが挙げられる。非水溶媒は１種を単独でまたは２種以上を組み合わせて使用できる。
【００４７】
添加剤としては、たとえば、充放電効率を向上させる材料、電池を不活性化させる材料などが挙げられる。充放電効率を向上させる材料は、たとえば、負極上で分解してリチウムイオン伝導性の高い被膜を形成し、充放電効率を向上させる。具体例としては、たとえば、ビニレンカーボネート（ＶＣ）、４−メチルビニレンカーボネート、４，５−ジメチルビニレンカーボネート、４−エチルビニレンカーボネート、４，５−ジエチルビニレンカーボネート、４−プロピルビニレンカーボネート、４，５−ジプロピルビニレンカーボネート、４−フェニルビニレンカーボネート、４，５−ジフェニルビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネート（ＶＥＣ）、ジビニルエチレンカーボネート、これらのカーボネート類の水素原子の一部がフッ素原子で置換された化合物などが挙げられる。充放電効率を向上させる材料は１種を単独でまたは２種以上を組み合わせて使用できる。
【００４８】
電池を不活性化させる材料は、たとえば、電池の過充電時に分解して電極表面に被膜を形成することによって電池を不活性化する。このような材料としては、たとえば、ベンゼン誘導体が挙げられる。ベンゼン誘導体としては、フェニル基と、フェニル基に隣接する環状化合物基とを含むベンゼン化合物が挙げられる。環状化合物基としては、たとえば、フェニル基、環状エーテル基、環状エステル基、シクロアルキル基、フェノキシ基などが好ましい。ベンゼン誘導体の具体例としては、たとえば、シクロヘキシルベンゼン、ビフェニル、ジフェニルエーテルなどが挙げられる。ベンゼン誘導体は１種を単独でまたは２種以上を組み合わせて使用できる。ただし、ベンゼン誘導体の非水電解質における含有量は、非水溶媒１００体積部に対して１０体積部以下であることが好ましい。
【００４９】
本発明の非水系二次電池は、たとえば、正極作製工程、負極作製工程、電極群作製工程、接続部形成工程および集電構造体作製工程を含む製造方法により作製できる。
［正極作製工程および負極作製工程］
正極作製工程では、正極集電体１５の両面に正極活物質層１６が形成され、かつ幅方向の一端に、正極活物質層１６が形成されない正極集電体露出部２０を有する正極１０を得る。正極集電体１５および正極活物質層１６は、得ようとする電池の種類に応じて適宜選択できる。また、負極作製工程では、負極集電体１７の両面に負極活物質層１８が形成され、かつ幅方向の一端部に、負極活物質層１８が形成されない負極集電体露出部２１を有する負極１１を得る。負極集電体１７および負極活物質層１８は、得ようとする電池の種類に応じて適宜選択できる。
【００５０】
［電極群作製工程］
本工程では、電極群１を作製する。電極群１は、たとえば、正極１０と負極１１との間に多孔質絶縁層を介在させて重ね合わせ、これを捲回することにより作製できる。このとき、正極活物質層１６と負極活物質層１８とが多孔質絶縁層を介して対向し、正極集電体露出部２０および負極集電体露出部２１が重ね合わせ物の幅方向においてそれぞれ一方の端部および他方の端部に位置するように、正極１０と負極１１とを重ね合わせる。これにより、電極群１の長手方向の両端部において、正極集電体露出部２０および負極集電体露出部２１が、多孔質絶縁層と多孔質絶縁層との間から渦巻状に突出する。
【００５１】
［接続部形成工程］
本工程では、電極群１の集電体露出部２０、２１に接続部２０ｘ、２１ｘを形成する。接続部２０ｘ、２１ｘは、集電体露出部２０、２１の端面２０ａ、２１ａに、複数の切り込み２２を入れて複数の小片２３を作製し、複数の小片２３の遊端を集束して一体化することにより形成できる。接続部２０ｘ、２１ｘを形成する方法は、図４〜図８および図１１に基づいて上記に示した通りである。したがって、ここでは説明を省略する。
【００５２】
［集電構造体作製工程］
本工程では、集電体露出部２０、２１の接続部２０ｘ、２１ｘと集電端子板１２、１３とを当接させ、その当接部分を溶接により接続し、集電構造体を作製する。接続部２０ｘ、２１ｘと集電端子板とは、たとえば、当接工程、溶融工程および接合工程を含む方法により接続できる。
【００５３】
当接工程では、集電体露出部２０、２１の先端部分に図示しない集電端子板の一方の表面を当接させる。溶融工程では、集電端子板の接続部２０ｘ、２１ｘとの当接部分をその反対側の面から溶融させる。接合工程では、集電端子板の溶融部分を電極群１側に引き込んで、集電体露出部２０、２１と集電端子板とを接合する。これにより、正極１０、負極１１と集電端子板とが安定的にかつ強固に接続される。
【００５４】
図１２Ａ〜図１２Ｄは、集電構造体作製工程の一例を示す斜視図である。図１２Ａ〜図１２Ｃでは、当接工程が実施される。図１２Ｄでは、溶融工程および接合工程が実施される。本実施形態では、図１２Ａ〜図１２Ｄでは、正極集電体露出部２０と正極集電端子１２とを接続している。なお、図１２Ａ〜図１２Ｄでは、接続部２０ｘ、２１ｘの図示を省略する。また、正極集電端子板１２には予め正極リード１４が接続されているが、図１２Ａ〜図１２Ｄでは、正極リード１４の図示を省略する。
【００５５】
図１２Ａに示す工程では、電極群１を容器３０に収容する。容器３０は円筒状容器であり、電極群１の捲回軸が延びる方向と鉛直方向とが一致するように、電極群１を収容する。このとき、電極群１の上端部（集電体露出部２０または集電体露出部２１先端部分）が、容器３０の上端部よりも５ｍｍ程度上方に位置するように、電極群１を収容するのが好ましい。本実施の形態では、集電体露出部２０を上にして電極群１を容器３０内に収容している。
【００５６】
図１２Ｂに示す工程では、電極群１を収容した容器３０を昇降手段３６の上に載置した状態で、溶接用台座３３の鉛直方向下方に配置する。溶接用台座３３は、水平台３４および支持部材３５を含む。水平台３４は本実施の形態ではほぼ方形の板状部材であり、その中央部分に穴３４ａが形成されている。穴３４ａには、電極群１の集電体露出部２０が挿通される。したがって、穴３４ａは、集電体露出部２０の断面形状に対応する形状を有することが好ましい。
【００５７】
４つの支持部材３５は、水平台３４の四隅の下面に取り付けられ、水平台３４を水平方向に支持する。昇降手段３６は、容器３０を鉛直方向に上下動させる。昇降手段３６には、たとえば、油圧プレスなどが用いられる。なお、容器３０を上昇させた時に、電極群１の集電体露出部２０を水平台３４の穴３４ａに挿通可能にするように、溶接用台座３３の下に配置される。
【００５８】
図１２Ｃに示す工程では、まず、昇降手段３６により容器３０を上昇させ、電極群１の集電体露出部２０を水平台３４の穴３４ａに挿通させる。このとき、集電体露出部２０の少なくとも先端部分が水平台３４の上面よりも上に位置するように容器３０を上昇させる。また、容器３０の上端部に配置されているＯリング３７と水平台３４の下面とが密着している。
【００５９】
次に、集電体露出部２０の先端部分に正極集電端子板１２を載せ、押え板３１により、集電体露出部２０の接続部２０ｘと正極集電端子板１２の一方の表面とが当接した状態で、正極集電端子板１２を固定する。このとき、接続部２０ｘが複数の正極集電体１５を束ねて一体化した構造を有するため、接続部２０ｘと正極集電端子板１２との接触面積が大きくなる。これにより、正極板１１と正極集電端子板１２との接続部分の抵抗が低くなり、大電流放電が可能な二次電池用電極群が得られる。
【００６０】
図１２Ｄに示す工程では、集電体露出部２０の先端部分と正極集電端子板１２とを接合し、正極板１１と正極集電端子板１２とを接続する。これは、たとえば、アーク溶接法、好ましくはＴＩＧ（Tungsten  Inert  Gas）溶接法で常用される溶接用電極を用いて行われる。
【００６１】
具体的には、図１２Ｄに示すように、正極集電端子板１２の、集電体露出部２０の接続部２０ｘへの当接面とは反対側の表面（以下「反対面」とする）に、溶接用電極３２からエネルギーを照射する。このとき、反対面の全面にエネルギーを照射する必要はなく、前記当接面に対応する位置に、部分的にエネルギーを照射するのが好ましい。これにより、正極集電端子板１２が厚み方向に溶融し、少なくとも、集電体露出部２０の接続部２０ｘとの当接部分が溶融する。
【００６２】
このとき、正極集電端子板１２の溶融部分は自重により正極１０側に引き込まれ、集電体露出部２０の接続部２０ｘ周辺に付着して固化する。これにより、集電体露出部２０の接続部２０ｘと正極集電端子板１２とが確実にかつ安定的に接合される。これにより、正極接続工程が終了し、電極群１と正極集電端子板１２との接合体（以下「正極接合体」とする）が得られる。
【００６３】
集電体露出部２１の接続部２１ｘと、負極集電端子板１３との接続は、接続部２０ｘと正極集電端子板１２との接続と同様にして実施できる。すなわち、図１２Ａに示すように、集電体露出部２１が鉛直方向上方に位置するように、正極接合体を再度容器３０に収容する。次に、図１２Ｂに示すように、正極接合体を収容した容器３０を昇降手段３６の上に載置した状態で、溶接用台座３３の下に配置する。さらに、図１２Ｃに示すように、集電体露出部２１の接続部２１ｘに負極集電端子板１３を載置し、押え板３１により負極集電端子板１３を固定する。このとき、集電体露出部２１の接続部２１ｘと負極集電端子板１３の一方の表面とは当接状態にある。
【００６４】
引き続き、図１２Ｄに示すように、負極集電端子板１３の接続部２１ｘとの当接部分を溶融させ、集電体露出部２１の先端部２１ｘと負極集電端子板１３とを接合する。これにより、負極集電端子板１３が負極１１ひいては電極群１に接続され、タブレス集電構造を有する集電構造体が得られる。この集電構造体は、二次電池に用いるのが好ましい。
【００６５】
本発明は、上記のように、捲回型電極群の長手方向の両端に配置した集電体露出部と、集電端子板とを溶接により接続するに際し、集電体露出部に接続部を形成し、この接続部と集電端子板とを接続する構成を採る。これにより、集電体露出部ひいては集電体と集電端子板との接合をより強固にできる。その理由について、図１３Ａ〜図１３Ｃおよび図１４Ａ〜図１４Ｃを示して考察する。図１３Ａ〜１２Ｃおよび図１４Ａ〜１３Ｃは、集電体露出部の接続部と集電端子板との接合過程を簡略化して示す縦断面図である。なお、図１３Ａ〜図１３Ｃおよび図１４Ａ〜図１４Ｃでは、接続部の図示を省略する。
【００６６】
図１３Ａでは、集電体露出部２０、２１と集電端子板１２、１３とを当接させ、集電端子板１２、１３の接続部との当接部分を、溶接により溶融させる。図１３Ｂでは、集電端子板１２、１２の溶融部分がドーム状の溶融塊２４になって、鉛直方向下方に垂れ込み、同時に接続部も溶融する。この状態で溶融金属が冷えて固まる。図１３Ｃでは、溶融金属が固まることにより、集電体露出部２０、２１と集電端子板１２、１３とが接合される。
【００６７】
しかしながら、集電体露出部２０、２１を構成する正極集電体１５、１７の間隔が広くなると、溶接を行っても図１４Ｃに示すように集電端子板１２、１３と集電体露出部２０、２１が接合できない。この理由は以下のように考えている。
【００６８】
図１４Ａでは、図１３Ａと同様に、集電体露出部２０、２１と集電端子板１２、１３とを当接させ、集電端子板１２、１３の接続部との当接部分を、溶接により溶融させる。図１４Ｂでは、集電端子板１２、１２の溶融部分がドーム状の溶融塊２４になって、鉛直方向下方に垂れ込み、同時に接続部も溶融する。ドーム状の溶融塊２４が生成するのは、金属の自重による。溶融塊２４が冷えて再度固化する時は、徐々に固化するため、溶融時よりも溶融塊２４の大きさが小さくなる。
【００６９】
図１４Ｂでは、溶融塊２４と集電板１５、１７とが接しているにもかかわらず、図１４Ｃでは、冷えて固まっていくと溶融塊２４の寸法が小さくなるため、接合部分が切れてしまう。一方、図１３Ａの場合には、集電板１５、１７の枚数が多いため、表面張力によって集電板１５、１７側に引っ張る力が大きくなり、溶融塊２４の寸法が小さくなるのが防止されていると考えられる。
【００７０】
このことから、集電体露出部を構成する集電板が一定の間隔を有していないと、集電端子板と集電体露出部との溶接は接合の強度や接合面積がばらつくことになる。
従来の製造法では、電極群に集電端子板を接合する場合に、集電体露出部と集電端子板をある程度し圧接しなくてはならず、結果として集電体露出部が座屈または湾曲し、集電板の間隔に粗密が生じる。また、集電体露出部を電極群の中心方向に曲げて平端面を作成する方法でも、集電体露出部の集電板の間隔には粗密ができることは避けられない。このような状態で集電端子板を配してＴＩＧ溶接を行うと、集電体露出部が粗なところでは接合が出来ないなどの不具合が生じる。
【００７１】
これに対し、本発明では、集電体露出部の集電板にクセ付けを行い、接続部を形成し、接続部を溶接するので、上記の様な問題は発生せず、接合の信頼性が向上することになる。
【００７２】
また、従来技術では、集電端子板の最外周や最内周（中空部近傍）をＴＩＧ溶接すると、集電端子板上での放熱方向が限られて熱がこもり、その部分には穴が開くという問題が発生する。このため、電極群の最外周付近や最内周付近の集電体露出部は集電端子板と溶接できなかった。しかしながら、本発明では、集電体露出部を形成する集電板を電極体最外周では内周側に集め、電極群の最内周付近では外周側に集めることで、集電端子板の最外周や最内周付近で溶接する必要が無くなり、前記のような穴が開くなどの不具合を回避することができる。
【００７３】
図１４は、本発明の実施形態の１つである二次電池４０の構成を簡略化して示す縦断面図である。二次電池１は、本発明の二次電池用電極群の製造方法により製造されるタブレス集電構造の二次電池用集電構造体４１を含むことを特徴とする。
二次電池４０は、電極群４１、封口板４２、ガスケット４３および電池缶４４を含む。
【００７４】
集電構造体４１は、電極群１、正極集電端子１２および負極集電端子１３を含む。電極群１は、前記したように、正極１０と負極１１とをセパレータ４５を介して重ね合わせ、さらに捲回することにより作製される。電極群１の長手方向において、電極群１の一方の端部には正極１０の集電体露出部２０が配置され、他方には負極板１１の集電体露出部２１が配置されている。集電体露出部２０の先端部分は、タブを介することなく、正極集電端子板１２の表面に直接接合されている。集電体露出部２１の先端部分は、タブを介することなく、負極集電端子板１３の表面に直接接合されている。電極群１には、二次電池１の電池種に応じて、適切な電解液が含浸される。
【００７５】
電極群１に含まれるセパレータ４５には、合成樹脂製多孔質フィルム、金属酸化物および結着材を含有する多孔質絶縁膜、前記合成樹脂製多孔質フィルムと前記多孔質絶縁膜との積層体などを使用できる。
【００７６】
正極集電端子板１２は、円盤状の金属板であり、その中央部には電極群１の捲回軸に沿って延びる中空部に連通する貫通孔１２ａが形成されている。正極集電端子板１２には、正極リード１４の一端が接続されている。正極リード１４の他端は正極端子を有する封口板４２に接続されている。本実施の形態では、正極集電端子板１２はアルミニウム製である。一方、負極集電端子板１３は円盤状の金属板であり、電池缶４４の負極端子になる底部の内壁に直接接続されている。本実施の形態では、負極集電端子板１３は銅製である。
【００７７】
封口板４２は、電池缶４４の内部に電極群１を収納した後に、ガスケット４３を介して電池缶４４の開口に装着され、電池缶４４を封口するとともに、その頂部に正極端子となる突起を有している。ガスケット４３には、たとえば、合成樹脂製のものが用いられる。電池缶４４は、有底円筒状の容器部材であり、その内部に電極群１および電解液を収容する。電池缶４４の底面が負極端子になる。電池缶４４には、たとえば、鉄製のものが用いられる。
【００７８】
二次電池４０は、たとえば、次のようにして作製される。まず、電池缶４４内に集電構造体４１を収容する。このとき、負極集電端子板１３を電池缶４４の下面内壁に接触させ、抵抗溶接によって負極集電端子板１３と電池缶４４とを接合する。また、正極集電端子板１２に取り付けられた正極リード１４を介して正極集電端子板１２を封口板４２に接続する。そして、非水電解質溶液を電池缶４４内に注入した後、電池缶４４の開口を、ガスケット４３を介して封口板４２で封口する。これにより、二次電池４０を製造することができる。
【実施例】
【００７９】
以下に実施例および比較例を挙げ、本発明をさらに具体的に説明する。
（実施例１）
（１）正極板の作製
コバルト酸リチウム粉末（正極活物質）８５重量部、炭素粉末（導電剤）１０重量部およびポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ、結着材）５重量部を適量のＮ−メチル−２−ピロリドンに溶解または分散させ、正極合剤スラリーを調製した。この正極合剤スラリーを、厚さ１５μｍ、幅５６ｍｍのアルミニウム箔（正極集電体）の両面に幅方向の長さ５０ｍｍで塗布し、正極合剤スラリーを乾燥して圧延し、正極板を作製した。正極板の幅方向の一端には、幅６ｍｍにわたって正極合剤スラリーを塗布せず、帯状の集電体露出部とした。正極板の正極活物質層が形成された部分の厚みは１００μｍであった。
【００８０】
（２）負極板の作製
人造黒鉛粉末（負極活物質）９５重量部およびＰＶＤＦ（結着材）５重量部を適量のＮ−メチル−２−ピロリドンに分散または溶解させ、負極合剤スラリーを調製した。この負極合剤スラリーを、厚さ１０μｍ、幅５７ｍｍの銅箔（負極集電体）の両面に幅方向の長さ５２ｍｍで塗布し、負極合剤を乾燥して圧延して、負極板を作製した。負極板の幅方向の一端には、幅５ｍｍにわたって負極合剤スラリーを塗布せず、帯状の集電体露出部とした。負極板の負極活物質層が形成された部分の厚みは１００μｍであった。
【００８１】
（３）電極群の作製
正極板と負極板とをセパレータを介して重ね合わせ、これを渦巻状に捲回して電極群を作製した。セパレータには、幅５３ｍｍ、厚さ２５μｍのポリプロピレン樹脂製微多孔フィルムを用いた。セパレータは、正極板の正極活物質層と負極板の負極活物質層との間に配置した。電極群の捲回軸が延びる方向において、電極群の一端には正極板の集電体露出部が渦巻状に配置され、他端には負極板の集電体露出部が渦巻状に配置されていた。
【００８２】
（４）集電端子板の作製
アルミニウム板を、厚さ１ｍｍ、直径３２ｍｍの円盤状に成型し、このアルミニウム板をプレスで打ち抜いて、円盤の中央に直径１０ｍｍの貫通孔を形成し、正極用の集電端子板を作製した。
【００８３】
同様に、銅板を、厚さ０．５ｍｍ、直径３２ｍｍの円盤状に成型し、この銅板をプレスで打ち抜いて、中央にＵ字形の貫通孔を形成し、負極用の集電端子板を作製した。なお、前記貫通孔は、Ｕ字の２つの先端を結ぶ直線の中点と曲線部分（Ｒ部）の先端とを結ぶ直線の中点が円盤状集電端子板の中心になるように加工した。またＵ字の２つの平行な直線の先端間距離は５ｍｍで、２つの先端を結ぶ直線の中点とＲ部先端までの距離は５ｍｍで、Ｕ字形貫通口の幅は幅１ｍｍである。
【００８４】
（５）接続部の形成
セラミックカッターを用いて、正極集電体露出部２０の端面２０ａおよび負極集電体露出部２１の端面２１ａに、それぞれ８本の切れ込み２２を入れた。具体的には、図６に示すように、８本の切れ込み２２は集電体露出部端面２０ａ、２１ａの捲回軸（中心軸）１ａから放射線状に最内周から最外周まで入れた。切り込みの深さは、正極集電体露出部２０および負極集電体露出部２１ともに３ｍｍとした。
【００８５】
さらに、図６に示すように、切れ込み２２を入れることによって形成される小片２３の５〜１０枚を２つの板で挟んでくせ付けを行い、集束して一体化し、１２個の接続部２０ｘ、２１ｘを形成した。なお、本実施例では、１２個の接続部２０ｘ、２１ｘを形成したが、それに限定されず、得ようとする電池の直径に応じて接続部の個数を任意の範囲から適宜選択できる。
【００８６】
（６）集電体露出部と集電端子板との接合
電極群の正極集電体露出部の１０個の接続部に正極集電端子板を当接させ、ＴＩＧ溶接により１０個の接続部と正極集電端子板とを接合した。ＴＩＧ溶接は、電流値８０Ａ、溶接時間３０ｍｓ、４００Ｈｚ交流で行った。次に、電極群の負極集電体露出部の接続部に負極集電端子板を当接させ、ＴＩＧ溶接により接続部と負極集電端子板とを接合した。ＴＩＧ溶接は、電流値１８０Ａ、溶接時間３０ｍｓの直流で行った。なお、正負極とも、接続部１個ずつにＴＩＧ溶接を行った。
【００８７】
（７）非水電解質の調製
エチレンカーボネートとエチルメチルカーボネートとを体積比１：１で混合して非水溶媒を調製し、この非水溶媒に溶質（六フッ化リン酸リチウム、ＬｉＰＦ6）を１．２モル／リットルの割合で溶解させて、非水電解質を調製した。
【００８８】
（８）円筒型リチウムイオン二次電池の作製
上記で得られた捲回型電極群と集電端子板との接合体（以下「集電構造体」とする）を、長手方向の一端に開口を有する有底円筒型電池容器に挿入した。負極集電端子板を電池容器に抵抗溶接した。負極集電端子板と電池容器との間に絶縁板を配置した。次に正極集電部板と封口板との間にアルミニウム製の正極リード板を介在させた状態で、正極集電部板と封口板とをレーザ溶接した。その後、非水電解質溶液を電池内に注入した後、電池缶の開口を、ガスケットを介してかしめ付けて封口した。
【００８９】
正極集電端子板と負極集電端子板との間に５００Ｖの電圧を印加して電極群の絶縁抵抗を測定し、５０ＭΩ以下の電極群は絶縁不良と判断した。次に、電池容器を加熱して乾燥させた後、電池容器に非水電解質を注入した。さらに、ガスケットを介して封口板を電池容器でかしめて封止し、直径３２．７ｍｍ、高さ６５ｍｍ、設計容量５０００ｍＡｈの円筒型リチウムイオン二次電池を作製した。
【００９０】
（実施例２）
接続部の形成を次のようにして実施する以外は、実施例１と同様にして、直径３２．７ｍｍ、高さ６５ｍｍ、設計容量５０００ｍＡｈの円筒型リチウムイオン二次電池を作製した。
【００９１】
セラミックカッターを用いて、正極集電体露出部２０の端面２０ａおよび負極集電体露出部２１の端面２１ａに８本の切れ込み２７を入れた。具体的には、図８に示すように、集電体露出部端面２０ａ、２１ａの捲回軸（中心軸）１ａを中心にして、平行な一対の切れ込みと、それに隣り合う平行な一対の切れ込みとの成す角が９０°になるように計８本の切れ込み２７を入れた。それぞれの切り込み２７は最内周から最外周まで入れた。切り込みの深さは、正極集電体露出部２０ａおよび負極集電体露出部２１ａともに３ｍｍとした。こうして形成される複数の小片２８を実施例１と同様にして集束し、１２個の接続部２５ｘ、２６ｘを形成した。
【００９２】
（実施例３）
接続部の形成を次のようにして実施する以外は、実施例１と同様にして、直径３２．７ｍｍ、高さ６５ｍｍ、設計容量５０００ｍＡｈの円筒型リチウムイオン二次電池を作製した。
【００９３】
セラミックカッターを用いて、正極集電体露出部および負極集電体露出部に２本の切れ込みを入れた。２本の切れ込みは集電体露出部端面の捲回軸（中心軸）から放射線状に最内周から最外周まで入れた。この２本の切れ込みを延長した場合に集電体露出部端面の中心で交わる角度は３０°とした。切り込みの深さは、正極集電体露出部および負極集電体露出部ともに３ｍｍとした。
【００９４】
この２本の切れ込みで挟まれる小片５〜１０枚を２つの板で挟んでくせ付けを行い、集束して一体化し、集電体露出部端面の半径方向に一列に並ぶ４個の接続部を形成した。なお、４個の接続部をＴＩＧ溶接によりそれぞれ集電端子板と接合することにより、集電体露出部と集電端子板とを接合した。
【００９５】
（比較例１）
実施例１と同様にして作製された捲回型電極群の両端にある集電体露出部の端面を、それぞれ捲回軸方向に押圧することにより、平坦部を形成した。この平坦部に集電端子板を当接させ、ＴＩＧ溶接により平坦部と集電端子板とを接合した。ＴＩＧ溶接の溶接条件および溶接位置は、実施例１と同様である。すなわち、実施例１において、１０個の接続部がＴＩＧ溶接されたのと同じ位置に、ＴＩＧ溶接を行った。このようにして得られる集電構造体を用い、実施例１と同様にして、直径３２．７ｍｍ、高さ６５ｍｍ、設計容量５０００ｍＡｈの円筒型リチウムイオン二次電池を作製した。
【００９６】
（比較例２）
実施例１と同様にして作製された捲回型電極群の両端にある集電体露出部の端面に集電端子板を当接させ、ＴＩＧ溶接により平坦部と集電端子板とを接合した。ＴＩＧ溶接の溶接条件および溶接位置は、実施例１と同様である。すなわち、実施例１において、１０個の接続部がＴＩＧ溶接されたのと同じ位置に、ＴＩＧ溶接を行った。このようにして得られる集電構造体を用い、実施例１と同様にして、直径３２．７ｍｍ、高さ６５ｍｍ、設計容量５０００ｍＡｈの円筒型リチウムイオン二次電池を作製した。
【００９７】
（試験例１）
［集電端子板溶接の評価］
実施例１〜３および比較例１〜２で得られた電池の各々５０個について、正極集電端子板および負極集電端子板を溶接した時点で、正極集電端子板と負極集電端子板との間に５００Ｖの電圧を印加して電極群の絶縁抵抗を測定した。５０ＭΩ以下の電極群は絶縁不良と判断した。結果を表１に示す。
【００９８】
［外観の評価］
接合後の集電端子板に溶接により貫通孔が開いているか否かを目視で観察し、貫通孔が開いている電池を不良とした。表１に示す。
【００９９】
【表１】
2010061893.tif 000003
【０１００】
表１から、実施例１〜３の集電構造体では電極群の絶縁抵抗不良は無く、さらに外観検査でも集電端子板に貫通孔が開くという不具合が認められないことが明らかである。一方、比較例１および２の集電構造体で絶縁抵抗不良および外観不良が発生している。これは、ＴＩＧ溶接による集電端子板の溶解部分に、集電体露出部が位置しないためと考えられる。また、集電端子板の溶解部分に、接合を確実にするだけの枚数の集電板が存在していないため、前記のような不良が発生するものと考えられる。
【０１０１】
（試験例２）
絶縁抵抗測定で問題のない電極群、それぞれ１０個用いて、正極集電端子板および負極集電端子板の溶接強度を測定するため、引っ張り試験を実施した。試験には島津製作所製のオートグラフＡＧ−ＩＳを使用した。１ｍｍ／分の速度で電極群から集電端子板が完全に外れるまで引っ張り、その時の最大値を測定値とした。結果を表２に示す。
【０１０２】
【表２】
2010061893.tif 000004
【０１０３】
表２から、実施例１および２の溶接強度は、比較例１および２に比べて大きく、ばらつきが小さいことが明らかである。実施例３では溶接点の数が少ないため、実施例１および２に比べて引張り強度は小さいが、やはりばらつきは少なく安定している。したがって、実施例３の電池も、実施例１および２の電池と同様に、問題なく使用できる。一方、比較例１および２の中には、引張り強度の大きいものもあるが、逆に非常に小さいものもある。このように、強度のばらつきが少ない電池を安定して製造ができないことが、大きな問題である。
【０１０４】
（試験例２）
［初期充放電］
さらに絶縁抵抗測定で問題のない集電構造体を用いて、上記のように最終形態まで電池を作成し、室温下で次のような充放電を行った。初期充放電として（１）から（４）の工程を３回繰り返し実施した。
【０１０５】
（１）１．４Ａの定電流で電池電圧が４．２Ｖに達するまでの充電
（２）２０分間の無負荷状態
（３）１．４Ａの定電流で電池電圧が３．０Ｖに達するまでの放電
（４）２０分間の無負荷状態
【０１０６】
［エージング］
初期充放電を行った後、上記（１）の工程をもう一度行い、電池を充電状態にした。この状態で温度４５℃の環境下で７日間放置するエージング処理を行った。
【０１０７】
（電池の評価）
［初期容量］
上記のエージングが終了した電池を２５℃の環境下で１０時間放置した後、下記（５）〜（８）の工程を１サイクルとし、３サイクル目の放電容量を電池容量とした。
（５）２．５の定電流で電池電圧が３．０Ｖに達するまで放電
（６）２０分間の無負荷状態
（７）２．５Ａの定電流で電池電圧が４．２Ｖに達するまで充電
（８）２０分間の無負荷状態
【０１０８】
［ＤＣ−ＩＲ］
電池各１０個を２．５Ａの定電流充電によって、その電池容量の６０％分だけ充電した。これを２５℃の環境下で１０時間放置した後、（１０）〜（２１）の工程で定電流充放電を行い、電池容量およびＤＣ−ＩＲ値を求めた。なお放電中に電池電圧が２．０Ｖを下回った場合、試験を終了してさらなる放電は行わないようにした。なお、放電において、各電流値で電流が印加されてから１０秒後の電圧を読み取り、電流−電圧特性（Ｉ−Ｖ特性）図を作成し、そのグラフの傾きをＤＣ−ＩＲとした。結果を表３に示す。
【０１０９】
（１０）１時間率（５．０Ａ）で１０秒間放電、その後３０秒間の無負荷状態
（１１）１時間率（５．０Ａ）で１０秒間充電、その後３０秒間の無負荷状態
（１２）１／２時間率（１０Ａ）で１０秒間放電、その後３０秒間の無負荷状態
（１３）１／２時間率（１０Ａ）で１０秒間充電、その後３０秒間の無負荷状態
（１４）１／５時間率（２５Ａ）で１０秒間放電、その後３０秒間の無負荷状態
（１５）１／５時間率（２５Ａ）で１０秒間充電、その後３０秒間の無負荷状態
（１６）１／１０時間率（５０Ａ）で１０秒間放電、その後６０秒間の無負荷状態
（１７）１／５時間率（２５Ａ）で２０秒間充電、その後６０秒間の無負荷状態
（１８）１／２０時間率（１００Ａ）で１０秒間放電、その後６０秒間の無負荷状態
（１９）１／５時間率（２５Ａ）で４０秒間充電、その後６０秒間の無負荷状態
（２０）１／３０時間率（１５０Ａ）で１０秒間放電、その後６０秒間の無負荷状態
（２１）１／５時間率（２５Ａ）で６０秒間、その後６０秒間の無負荷状態
【０１１０】
【表３】
2010061893.tif 000005
【０１１１】
表３から、実施例１〜３の電池は、比較例１および２の電池に比べてＤＣ−ＩＲが低く安定していることがわかる。この理由も、上記の内容と同じであると考えられる。本発明の電池では、集電体露出部端面に接続部を形成することにより、接続部の形成位置を狙って溶接を実施できるため、集電端子板と集電体露出部との接合面積が十分に確保される。その結果、内部抵抗が低くかつ安定化するものと考えられる。
【０１１２】
実施例１および２の電池に比べて、実施例３の電池ではＤＣ−ＩＲ値が若干高くなっている。これは、溶接点の数によるものと考えられる。溶接点は多いほうが好ましい。但し、実施例３の電池と比較例１および２の電池との比較から、実施例３のように接続部の列を１列だけにして集電端子板と接合しても、従来の電池よりもＤＣ−ＩＲを低く安定させ得ることが判る。抵抗をさらに低減化する必要があれば、接続部を複数列形成し、集電端子板と溶接することで目的が達せられる。
【産業上の利用可能性】
【０１１３】
本発明の非水系二次電池は、信頼性の高い端面集電法によって製造されているので、たとえば、高出力を必要とする電動工具、電気自動車などの駆動用電源、大容量のバックアップ用電源、蓄電用電源などとして有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１１４】
【図１】本発明の非水系二次電池に含まれる捲回型電極群の外観を示す斜視図である。
【図２】正極の構成を簡略化して示す平面図である。
【図３】負極の構成を簡略化して示す平面図である。
【図４】接続部を示す平面図である。
【図５】接続部の縦断面図である。
【図６】図４に示す接続部を形成するための切り込みを入れた正極集電体露出部を示す平面図である。
【図７】別形態の接続部を示す平面図である。
【図８】図７に示す接続部を形成するための切り込みを入れた正極集電体露出部を示す平面図である。
【図９】正極用集電端子板の構成を簡略化して示す斜視図である。
【図１０】負極用集電端子板の構成を簡略化して示す斜視図である。
【図１１】集電体露出部の端面に切り込みを入れる方法を簡略化して示す斜視図である。
【図１２Ａ】集電構造体作製工程の一例を示す斜視図である。
【図１２Ｂ】集電構造体作製工程の一例を示す斜視図である。
【図１２Ｃ】集電構造体作製工程の一例を示す斜視図である。
【図１２Ｄ】集電構造体作製工程の一例を示す斜視図である。
【図１３Ａ】集電体露出部の接続部と集電端子板との接合過程を簡略化して示す縦断面図である。
【図１３Ｂ】集電体露出部の接続部と集電端子板との接合過程を簡略化して示す縦断面図である。
【図１３Ｃ】集電体露出部の接続部と集電端子板との接合過程を簡略化して示す縦断面図である。
【図１４Ａ】集電体露出部の接続部と集電端子板との接合過程を簡略化して示す縦断面図である。
【図１４Ｂ】集電体露出部の接続部と集電端子板との接合過程を簡略化して示す縦断面図である。
【図１４Ｃ】集電体露出部の接続部と集電端子板との接合過程を簡略化して示す縦断面図である。
【図１５】本発明の実施形態の１つである二次電池の構成を簡略化して示す縦断面図である。
【符号の説明】
【０１１５】
１  電極群
１０  正極
１１  負極
１５  正極集電体
１６  正極活物質層
１７  負極集電体
１８  負極活物質層
２０  正極集電体露出部
２１  負極集電体露出部
２０ｘ、２１ｘ、２５ｘ、２６ｘ  接続部
２２、２７  切り込み
２３、２８  小片
２９  カッター
【図１】
2010061893.tif 000006
【図２】
2010061893.tif 000007
【図３】
2010061893.tif 000008
【図４】
2010061893.tif 000009
【図５】
2010061893.tif 000010
【図６】
2010061893.tif 000011
【図７】
2010061893.tif 000012
【図８】
2010061893.tif 000013
【図９】
2010061893.tif 000014
【図１０】
2010061893.tif 000015
【図１１】
2010061893.tif 000016
【図１２Ａ】
2010061893.tif 000017
【図１２Ｂ】
2010061893.tif 000018
【図１２Ｃ】
2010061893.tif 000019
【図１２Ｄ】
2010061893.tif 000020
【図１３Ａ】
2010061893.tif 000021
【図１３Ｂ】
2010061893.tif 000022
【図１３Ｃ】
2010061893.tif 000023
【図１４Ａ】
2010061893.tif 000024
【図１４Ｂ】
2010061893.tif 000025
【図１４Ｃ】
2010061893.tif 000026
【図１５】
2010061893.tif 000027