(57)【要約】【課題】二次電池におけるセルの体積効率の向上を可能にする二次電池および集電端子の溶接方法を提供する。【解決手段】巻回型の電極体３を備え、電極体３の端部において、電極用合材が未塗工である集電箔３２ａが積層された部位である集電部８を有し、集電端子６を、集電箔３２ａの端面に溶接するものであって、集電端子６は、集電箔３２ａの端面に、複数の溶接点でスポット溶接されることにより溶接されるものであり、スポット溶接による複数の溶接点ｐ・ｐ・・・を、集電箔３２ａに平行な方向（Ｚ方向）において隣接する任意の二つの溶接点ｐ・ｐの配置において、集電部８における集電箔３２ａに平行な方向（Ｚ方向）に向けて、隣接する集電箔３２ａ・３２ａ・・・の離間距離の平均値Ｌ以下の距離ｂでずれるように配置し、かつ、各集電箔３２ａ・３２ａ・・・の積層方向（Ｙ方向）に向けて、平均値Ｌに比して小さい距離ｃでずれるように配置する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
巻回型または積層型の電極体を備え、
前記電極体の端部において、電極用合材が未塗工である集電箔が積層された部位である集電部を有し、
集電端子を、前記集電部における前記集電箔の端面に溶接する構成の二次電池であって、
前記集電端子は、前記集電部における前記集電箔の端面に、複数の溶接点でスポット溶接されることにより溶接されるものであり、
スポット溶接による複数の溶接点は、
前記集電箔に平行な方向において隣接する任意の二つの溶接点が、
前記集電部における前記集電箔に平行な方向に向けて、
隣接する前記集電箔の離間距離の平均値以下の距離でずれるように配置され、
かつ、
前記集電部における前記集電箔の積層方向に向けて、
隣接する前記集電箔の離間距離の平均値に比して小さい距離でずれるように配置されている、
ことを特徴とする二次電池。
【請求項２】
集電端子を、
電極用合材が未塗工である集電箔が積層された部位である集電部を有する電極体の前記集電箔の端面に溶接する集電端子の溶接方法であって、
前記集電端子を、前記集電箔の端面に、複数の溶接点でスポット溶接し、
スポット溶接による複数の溶接点を、
前記集電箔に平行な方向において隣接する任意の二つの溶接点が、
前記集電部における前記集電箔に平行な方向に向けて、
隣接する前記集電箔の離間距離の平均値以下の距離でずれるように配置し、
かつ、
前記集電部における前記集電箔の積層方向に向けて、
隣接する前記集電箔の離間距離の平均値に比して小さい距離でずれるように配置する、
ことを特徴とする集電端子の溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池および集電端子の溶接方法の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、二次電池に備えられる集電端子は、該二次電池を構成するケースの内部に収容された電極体に対して、溶接を行うことで、電気的に接続されるとともに機械的に接合される構成とするのが一般的である。
このような構成である二次電池は、例えば、以下に示す特許文献１にその技術が開示され、公知となっている。
特許文献１に開示されている二次電池では、巻回型の電極体の端部において、集電箔を束ねた部位を形成し、その部位に集電端子を、集電箔の積層方向に向けて溶接する構成としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−２４３５２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に開示されている二次電池では、集電端子を溶接する部位において、電極箔を束ねているため、その周囲において窪みが形成されるような態様を有している。
また、このような二次電池において、集電箔における未塗工部の範囲は、集電箔を束ねるのに必要な範囲を考慮して設定されている。
このため、特許文献１に開示されている二次電池では、電極体を電池ケースに収めた状態においては、集電箔を束ねた部位の周囲には空隙部が形成され、また、集電箔における未塗工部の設定範囲を狭めることも困難であるため、二次電池におけるセルの体積効率を向上させることが困難であった。
【０００５】
本発明は、斯かる現状の課題を鑑みてなされたものであり、二次電池におけるセルの体積効率の向上を可能にする二次電池および集電端子の溶接方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【０００７】
即ち、請求項１においては、巻回型または積層型の電極体を備え、前記電極体の端部において、電極用合材が未塗工である集電箔が積層された部位である集電部を有し、集電端子を、前記集電部における前記集電箔の端面に溶接する構成の二次電池であって、前記集電端子は、前記集電部における前記集電箔の端面に、複数の溶接点でスポット溶接されることにより溶接されるものであり、スポット溶接による複数の溶接点は、前記集電箔に平行な方向において隣接する任意の二つの溶接点が、前記集電部における前記集電箔に平行な方向に向けて、隣接する前記集電箔の離間距離の平均値以下の距離でずれるように配置され、かつ、前記集電部における前記集電箔の積層方向に向けて、隣接する前記集電箔の離間距離の平均値に比して小さい距離でずれるように配置されているものである。
【０００８】
請求項２においては、集電端子を、電極用合材が未塗工である集電箔が積層された部位である集電部を有する電極体の前記集電箔の端面に溶接する集電端子の溶接方法であって、前記集電端子を、前記集電箔の端面に、複数の溶接点でスポット溶接し、スポット溶接による複数の溶接点を、前記集電箔に平行な方向において隣接する任意の二つの溶接点が、前記集電部における前記集電箔に平行な方向に向けて、隣接する前記集電箔の離間距離の平均値以下の距離でずれるように配置し、かつ、前記集電部における前記集電箔の積層方向に向けて、隣接する前記集電箔の離間距離の平均値に比して小さい距離でずれるように配置するものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
【００１０】
請求項１においては、集電部において、集電箔を束ねる必要がないため、集電部を小さくすることができ、集電箔における未塗工部の設定範囲を狭めることができるため、二次電池におけるセルの体積効率を向上させることができる。
【００１１】
請求項２においては、集電部を小さくしながら、集電端子を、集電部に対して確実に溶接することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に係る二次電池の全体構成を示す斜視模式図。
【図２】本発明の一実施形態に係る二次電池に備えられる電極体および集電端子を示す模式図、（ａ）正面図、（ｂ）側面図。
【図３】本発明の一実施形態に係る集電端子の溶接方法によるスポット溶接の実施状況を示す模式図、（ａ）二次電池の正面側から見た図、（ｂ）二次電池の側面側から見た図。
【図４】二次電池の側面側から見たスポット溶接箇所の部分拡大模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
次に、発明の実施の形態を説明する。
本発明の一実施形態に係る二次電池の全体構成について、図１および図２を用いて説明をする。
尚、以下では、説明の便宜上、図１に示すように、二次電池の幅方向をＸ方向、二次電池の厚み方向をＹ方向、二次電池の高さ方向をＺ方向と規定して説明をする（以下、その他の各図においても同じ）。
【００１４】
図１に示す如く、本実施形態の一実施形態に係る二次電池１は、一面（上面）が開口した有底角筒形状のケース本体２１と、平板状に形成されケース本体２１の開口部を閉塞する蓋体２２とで構成される電池ケース２に、電解液とともに電極体３を収容して構成されている。
【００１５】
電池ケース２は、一面（上面）が開口した直方体状の有底角筒形状に形成されるケース本体２１の開口部を、平板状の蓋体２２にて閉塞した角型ケースに構成されている。
蓋体２２の長手方向一端部（図１における左端部）には正極端子４ａが設けられ、蓋体２２の長手方向他端部（図１における右端部）には負極端子４ｂが設けられている。
【００１６】
電極体３は、正極３１、負極３２、およびセパレータ３３を、正極３１と負極３２との間にセパレータ３３が介在するように積層し、積層した正極３１、負極３２、およびセパレータ３３を巻回して扁平させることにより構成されている。
【００１７】
そして、図１および図２（ａ）（ｂ）に示す如く、電極体３の幅方向（即ち、Ｘ方向）における両端部には、一対の集電端子５・６を備える構成としている。
尚、図示を省略しているが、集電端子５は、正極端子４ａと電気的に接続されており、また集電端子６は、負極端子４ｂと電気的に接続されている。
【００１８】
正極３１は、正極活物質、導電材、および結着材等の電極材料を溶媒とともに混練して得られた正極合材ペーストを、箔状に形成される集電体の表面（片面又は両面）に塗布するとともに乾燥・加圧して作製することができる。
そして、正極３１の一部には、正極合材ペーストを未塗工として、集電体がそのまま露出する部位であって、該正極３１を集電端子５と電気的に接続し、また、機械的に接合するための部位である集電部７を形成している。
【００１９】
負極３２は、負極活物質や増粘剤や結着材等の電極材料を混練して得られた負極合材ペーストを、箔状に形成される集電体の表面（片面又は両面）に塗布するとともに乾燥・加圧して作製することができる。
そして、負極３２の一部には、負極合材ペーストを未塗工として、集電体がそのまま露出する部位であって、該負極３２を集電端子６と電気的に接続し、また、機械的に接合するための部位である集電部８を形成している。
【００２０】
また、セパレータ３３は、例えば多孔質ポリオレフィン系樹脂で構成されるシート状部材であり、正極３１と負極３２との間に配置される。
【００２１】
電池ケース２に電極体３および電解液を収容して二次電池１を構成する際には、まず電極体３の正極３１側の集電端子５および負極３２側の集電端子６に、それぞれ蓋体２２の正極端子４ａおよび負極端子４ｂを接続して、電極体３を蓋体２２に組み付けて、蓋体サブアッシーを形成する。
その後、電極体３および電解液をケース本体２１内に収容するとともに、ケース本体２１の開口部に蓋体２２を嵌合して、蓋体２２とケース本体２１とを溶接により密封することにより、二次電池１を構成する。
【００２２】
次に、電極体３と各集電端子５・６との接合方法について、図３および図４を用いて説明をする。
尚、本実施形態では、各集電端子５・６のうち、負極端子４ｂに対応する負極側の集電端子６の接合方法について説明するが、正極端子４ａに対応する正極側の集電端子５の接合方法も同様であるため、電極体３に対する集電端子５の接合方法に関する説明は適宜省略している。
【００２３】
図３（ａ）（ｂ）に示す如く、二次電池１（図１参照）を構成する電極体３は、該電極体３のＸ方向における一端部（ここではＸ方向正側の端部）において、集電部８を備えている。
【００２４】
集電部８は、電極体３を構成する負極３２の一部であって、負極合材ペーストが塗工されておらず、負極３２を構成する集電体たる集電箔３２ａが露出している部位である。
そして、図４に示すように、集電部８では、Ｚ方向に対して平行な複数の集電箔３２ａ・３２ａ・・・が、Ｙ方向に向けて複数積層される態様で現れている。
【００２５】
そして、二次電池１において、集電端子６は、集電部８に対して、スポット溶接により接合される構成としており、集電部８に対して集電端子６を宛がうとともに、集電端子６に対してＸ方向（即ち、集電箔３２ａ・３２ａ・・・の積層方向に直交する方向）の正側からレーザー光を照射して、溶射材料を用いることなく、電極体３の一端部（即ち集電部８）の端面と集電端子６を溶接により接合する構成としている。
【００２６】
また同様に、二次電池１（図１参照）を構成する電極体３は、該電極体３のＸ方向における他端部（ここではＸ方向負側の端部）において、集電部７を備えている。
集電部７は、電極体３を構成する正極３１の一部であって、正極合材ペーストが塗工されておらず、正極３１を構成する集電体たる集電箔３１ａ（図４参照）が露出している部位である。
そして、集電部７においても、Ｚ方向に対して平行な複数の集電箔３１ａが、Ｙ方向に向けて複数積層される態様で現れている。
【００２７】
そして、二次電池１において、集電端子５は、集電部７に対して、スポット溶接により接合される構成としており、集電部７に対して集電端子５を宛がうとともに、集電端子５に対してＸ方向の負側からレーザー光を照射して、溶射材料を用いることなく、電極体３の他端部（即ち集電部７）の端面と集電端子５を溶接により接合する構成としている。
【００２８】
尚、本実施形態では、巻回型の電極体３を有する二次電池１を例示して説明をしているが、本発明に係る二次電池における電極体は、例えば、積層型の電極体であってもよく、電極体の端部において、電極用合材が未塗工である集電箔が、積層された状態で現れる態様の電極体であればよい。
【００２９】
また、このときのスポット溶接は、ＹＺ平面における各溶接点の配置に特徴を有している。
尚、ここで言う「溶接点」とは、スポット溶接による一点の溶接箇所を意味しており、また「溶接点の配置」とは、所定の半径を有し略円形である溶接点の中心位置の配置を意味している。
【００３０】
図３（ｂ）および図４に示す如く、電極体３の集電部８に対して、集電端子６をスポット溶接により接合するとき、ＹＺ平面における各溶接点ｐ・ｐ・・・の配置は、Ｚ方向（即ち、各集電箔３２ａ・３２ａ・・・に平行な方向）において隣接する任意の二つの各溶接点ｐ・ｐは、Ｚ方向に距離ｂだけずれている。
尚、以下では、この距離ｂをズレ量ｂとも呼ぶ。
【００３１】
またさらに、Ｚ方向において隣接する任意の二つの各溶接点ｐ・ｐは、Ｙ方向（即ち、集電部８における各集電箔３２ａ・３２ａ・・・の積層方向）に距離ｃだけずれている。
尚、以下では、この距離ｃをズレ量ｃとも呼ぶ。
【００３２】
また、厳密には、電極体３のＺ方向における両端部においても、集電箔３２ａ・３２ａ・・・がＺ方向に積層された態様で現れる部位が存在するが、本実施形態において、各集電箔３２ａ・３２ａ・・・の「積層方向」という場合には、この部位の積層方向は含まない。
【００３３】
尚、図４においては、電極体３の集電部８とスポット溶接による溶接点ｐのみを図示しており、説明を容易にするために、集電端子６の図示を省略している。
また、図３（ｂ）では、溶接点ｐの配置をわかりやすく示すために、集電端子６が存在する範囲からはみ出した部位にも溶接点ｐを表示しているが、実際の溶接点ｐは、集電端子６が存在している範囲のみに配置される。
【００３４】
ここで、二次電池１における溶接点ｐの配置の具体例を説明する。
本実施形態に係る二次電池１では、集電部８における集電箔３２ａの厚みｄが１０〜１５μｍ程度であり、隣接する各集電箔３２ａ・３２ａ・・・の離間距離の平均値Ｌが３００μｍ程度となっている。
【００３５】
そして、本発明の一実施形態に係る二次電池１およびこのような二次電池１における集電端子の溶接方法では、スポット溶接における溶接点ｐの直径ａを２００〜３００μｍとし、集電箔３２ａにＺ方向において隣接する各溶接点ｐ・ｐの、Ｚ方向へのズレ量ｂを２００〜３００μｍとし、さらに、Ｙ方向へのズレ量ｃを１０〜３０μｍとしている。
尚、Ｙ方向において隣り合う各溶接点ｐ・ｐ・・・のズレ量は、直径ａに比して大きい距離であって、スポット溶接が可能な範囲で、できる限り小さい距離とするのが望ましい。
【００３６】
即ち、本発明の一実施形態に係る二次電池１および集電端子６の溶接方法では、各溶接点ｐ・ｐ・・・の各集電箔３２ａ・３２ａ・・・に平行な方向（Ｚ方向）へのズレ量ｂ（本実施形態では２００〜３００μｍ）を、各集電箔３２ａ・３２ａ・・・の離間距離の平均値Ｌ（本実施形態では３００μｍ）以下としている。
また、本発明の一実施形態に係る二次電池１および集電端子６の溶接方法では、各溶接点ｐ・ｐ・・・の各集電箔３２ａ・３２ａ・・・の積層方向（Ｚ方向）へのズレ量ｃ（本実施形態では１０〜３０μｍ）を、各集電箔３２ａ・３２ａ・・・の離間距離の平均値Ｌ（本実施形態では３００μｍ）に比して小さくしている。
【００３７】
このような規則性によって、スポット溶接における各溶接点ｐ・ｐ・・・をずらすことにより、集電部８において接合に寄与する溶接点数を確保することができ、集電部８に対する集電端子６の接合強度を確保することができる。
【００３８】
また、溶接点ｐの直径ａ、Ｚ方向へのズレ量ｂ、Ｙ方向へのズレ量ｃを適宜調整することによって、集電部８に対する集電端子６の接合強度を調整し、スポット溶接における溶接条件を最適化することもできる。
【００３９】
尚、二次電池１において、ズレ量ｂおよびズレ量ｃは、「０」でない値を設定している。
仮に、ズレ量ｃを「０」とすれば、Ｚ方向において隣接する各溶接点ｐ・ｐ・・・の配置が、隣接する各集電箔３２ａ・３２ａの中間に位置してしまう場合が生じ、Ｚ方向に並んだ各溶接点ｐ・ｐ・・・が全て接合に寄与しないことになる可能性が生じるためである。
一方、二次電池１のように、離間距離の平均値Ｌ（本実施形態では３００μｍ）に比して小さい距離で、ズレ量ｃ（但し、ｃは「０」でない）を設定すれば、接合に寄与しない溶接点ｐが生じる割合を低減させることができる。
【００４０】
また、二次電池１のように、離間距離の平均値Ｌ（本実施形態では３００μｍ）以下の距離で、ズレ量ｂ（但し、ｂは「０」でない）を設定すれば、スポット溶接における各溶接点ｐ・ｐ・・・の密度を高めることができ、接合に寄与しない溶接点ｐが生じる割合を低減させることができる。
【００４１】
また、本発明の一実施形態に係る二次電池１では、集電箔３２ａの端面に集電端子６をスポット溶接する構成であるため、負極３２を構成する集電箔３２ａにおいて未塗工部として残す範囲を縮小することができ、また、正極３１においても、これと同様のことが言える。
これにより、二次電池１では、正極３１および負極３２における合材層の表面積を拡大することが可能になり、二次電池１におけるセルの体積効率の向上を図ることができる。
【００４２】
さらに、本発明の一実施形態に係る二次電池１では、各集電端子５・６を接合するために電極体３の両端部の集電部７・８を束ねる必要がなく、また、電極体３および各集電端子５・６の外形形状をより直方体に近い形状とすることができる。
このため、電極体３および各集電端子５・６をケース本体２１に収めたときに、ケース本体２１と電極体３等の間に生じる空隙を減らすことができるため、これによっても、二次電池１におけるセルの体積効率の向上を図ることができる。
【００４３】
即ち、本発明の一実施形態に係る二次電池１は、巻回型の電極体３を備え、電極体３の端部において、電極用合材が未塗工である集電箔３１ａが積層された部位である集電部７を有し、集電端子５を、集電箔３１ａの端面に溶接するものであって、集電端子５は、集電箔３１ａの端面に、複数の溶接点でスポット溶接されることにより溶接されるものであり、スポット溶接による複数の溶接点ｐ・ｐ・・・は、集電箔３１ａに平行な方向（Ｚ方向）において隣接する任意の二つの溶接点ｐ・ｐが、集電部７における各集電箔３１ａ・３１ａ・・・に平行な方向（Ｚ方向）に向けて、隣接する各集電箔３１ａ・３１ａ・・・の離間距離の平均値Ｌ（本実施形態では３００μｍ）以下の距離たる距離ｂ（本実施形態では２００〜３００μｍ）でずれるように配置され、かつ、集電部７における各集電箔３１ａ・３１ａ・・・の積層方向（Ｙ方向）に向けて、前記平均値Ｌに比して小さい距離ｃ（本実施形態では１０〜３０μｍ）でずれるように配置されているものである。
また、本発明の一実施形態に係る二次電池１は、巻回型の電極体３を備え、電極体３の端部において、電極用合材が未塗工である集電箔３２ａが積層された部位である集電部８を有し、集電端子６を、集電箔３２ａの端面に溶接するものであって、集電端子６は、集電箔３２ａの端面に、複数の溶接点でスポット溶接されることにより溶接されるものであり、スポット溶接による複数の溶接点ｐ・ｐ・・・は、集電箔３２ａに平行な方向（Ｚ方向）において隣接する任意の二つの溶接点ｐ・ｐが、集電部８における各集電箔３２ａ・３２ａ・・・に平行な方向（Ｚ方向）に向けて、隣接する各集電箔３２ａ・３２ａ・・・の離間距離の平均値Ｌ（本実施形態では３００μｍ）以下の距離ｂ（本実施形態では２００〜３００μｍ）でずれるように配置され、かつ、集電部８における各集電箔３２ａ・３２ａ・・・の積層方向（Ｙ方向）に向けて、前記平均値Ｌに比して小さい距離ｃ（本実施形態では１０〜３０μｍ）でずれるように配置されているものである。
【００４４】
このような構成により、各集電部７・８において、集電箔３１ａ・３１ａ・・・および集電箔３２ａ・３２ａ・・・を束ねる必要がないため、各集電部７・８を小さくすることができ、各集電箔３１ａ・３２ａにおける未塗工部の設定範囲を狭めることができるため、二次電池１におけるセルの体積効率を向上させることができる。
【００４５】
また、本発明の一実施形態に係る集電端子の溶接方法は、集電端子５を、電極用合材が未塗工である集電箔３１ａが積層された部位である集電部７を有する電極体３の集電箔３１ａの端面に溶接する溶接方法であって、集電端子５を、集電箔３１ａの端面に、複数の溶接点ｐ・ｐ・・・でスポット溶接し、スポット溶接による複数の溶接点ｐ・ｐ・・・を、集電箔３１ａに平行な方向（Ｚ方向）において隣接する任意の二つの溶接点ｐ・ｐが、集電部７における各集電箔３１ａ・３１ａ・・・に平行な方向（Ｚ方向）に向けて、隣接する各集電箔３１ａ・３１ａ・・・の離間距離の平均値Ｌ（本実施形態では３００μｍ）以下の距離ｂ（本実施形態では２００〜３００μｍ）でずれるように配置し、かつ、集電箔７における各集電箔３１ａ・３１ａ・・・の積層方向（Ｙ方向）に向けて、前記平均値Ｌに比して小さい距離ｃ（本実施形態では１０〜２０μｍ）でずれるように配置するものである。
さらに、本発明の一実施形態に係る集電端子の溶接方法は、集電端子６を、電極用合材が未塗工である集電箔３２ａが積層された部位である集電部８を有する電極体３の集電箔３２ａの端面に溶接する溶接方法であって、集電端子６を、集電箔３２ａの端面に、複数の溶接点ｐ・ｐ・・・でスポット溶接し、スポット溶接による複数の溶接点ｐ・ｐ・・・を、集電箔３２ａに平行な方向（Ｚ方向）において隣接する任意の二つの溶接点ｐ・ｐが、集電部８における各集電箔３２ａ・３２ａ・・・に平行な方向（Ｚ方向）に向けて、隣接する各集電箔３２ａ・３２ａ・・・の離間距離の平均値Ｌ（本実施形態では３００μｍ）以下の距離ｂ（本実施形態では２００〜３００μｍ）でずれるように配置し、かつ、集電箔８における各集電箔３２ａ・３２ａ・・・の積層方向（Ｙ方向）に向けて、前記平均値Ｌに比して小さい距離ｃ（本実施形態では１０〜２０μｍ）でずれるように配置するものである。
【００４６】
このような構成により、各集電部７・８を小さくしながら、各集電端子５・６を、各集電部７・８に対して確実に溶接することができる。
【符号の説明】
【００４７】
１      二次電池
３      電極体
５      集電端子
６      集電端子
７      集電部
８      集電部
３１    正極
３１ａ  集電箔
３２    負極
３２ａ  集電箔
【図１】
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【図２】
2014086225.tif 000004
【図３】
2014086225.tif 000005
【図４】
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