(57)【要約】  第１電極の一端部は、電極群の一端面において、第２電極の端部およびセパレータの端部よりも突出しており、突出する第１電極の端部は、第１電極芯材の露出部を有し、第１電極芯材の露出部は、第１集電板の一方の面の接続部と溶接されており、第１集電板の他方の面には、接続部の裏面部を除く領域に、絶縁層が形成されている電池とすることで、電極群の一端面から突出した電極芯材の露出部を、集電板の所望の接続部と確実に溶接することができる。
2009153914.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１電極と第２電極とを、セパレータを介して、捲回もしくは積層してなる電極群と、第１電極と電気的接続を有する第１集電板とを具備し、
第１電極は、第１電極芯材および第１電極芯材に形成された第１電極合剤層を含み、
第２電極は、第２電極芯材および第２電極芯材に形成された第２電極合剤層を含み、
第１電極の一端部は、前記電極群の一端面において、第２電極の端部および前記セパレータの端部よりも突出しており、前記突出する第１電極の端部は、第１電極芯材の露出部を有し、
第１電極芯材の前記露出部は、第１集電板の一方の面の接続部と溶接されており、
第１集電板の他方の面には、前記接続部の裏面部を除く領域に、絶縁層が形成されている、電池。
【請求項２】
第１電極芯材の前記露出部と、第１集電板の接続部とが、アーク溶接により接続されている、請求項１記載の電池。
【請求項３】
前記絶縁層の厚さが、５μｍ以上である、請求項１記載の電池。
【請求項４】
前記絶縁層が、セラミックス粒子を含む、請求項１記載の電池。
【請求項５】
前記第１集電板が波形の凹凸を厚み方向に有し、前記接続部が前記凹凸の凹面に位置する、請求項１記載の電池。
【請求項６】
（i）第１電極芯材に第１電極合剤層を形成することにより、一端部に第１電極芯材の露出部を有する第１電極を得る工程、
（ii）第２電極芯材に第２電極合剤層を形成することにより、第２電極を得る工程、
（iii）第１電極と第２電極とを、セパレータを介して、捲回もしくは積層することにより、一端面において、第２電極の端部および前記セパレータの端部よりも第１電極芯材の前記露出部が突出した電極群を構成する工程、
（iv）一方の面に接続予定部を有し、他方の面に、前記接続予定部の裏面部を除く領域に、絶縁層が形成されている第１集電板を準備する工程、および
（v）第１集電板の前記他方の面からアークを放射して、第１電極芯材の前記露出部を、第１集電板の前記接続予定部と溶接する工程、を有する電池の製造方法。
【請求項７】
（i）第１電極芯材に第１電極合剤層を形成することにより、一端部に第１電極芯材の露出部を有する第１電極を得る工程、
（ii）第２電極芯材に第２電極合剤層を形成することにより、第２電極を得る工程、
（iii）第１電極と第２電極とを、セパレータを介して、捲回もしくは積層することにより、一端面において、第２電極の端部および前記セパレータの端部よりも第１電極芯材の前記露出部が突出した電極群を構成する工程、
（iv）一方の面に接続予定部を有する第１集電板を準備する工程、
（v）第１集電板の他方の面に、前記接続予定部と対向する開口を有する絶縁性マスクを配置する工程、および
（vi）第１集電板の前記他方の面からアークを放射して、第１電極芯材の前記露出部を、第１集電板の前記接続予定部と溶接する工程、を有する電池の製造方法。
【請求項８】
工程（vi）の後、第１集電板の前記他方の面から、前記絶縁性マスクを撤去する工程を有する、請求項７記載の電池の製造方法。
【請求項９】
前記第１集電板が波形の凹凸を厚み方向に有し、前記接続予定部が前記凹凸の凹面に位置する、請求項６記載の電池の製造方法。
【請求項１０】
前記第１集電板が波形の凹凸を厚み方向に有し、前記接続予定部が前記凹凸の凹面に位置する、請求項７記載の電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、様々な機器の駆動用電源として好適な電池に関し、特に低抵抗で大電流放電に適した集電構造を有する電池およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
非水電解質二次電池、ニッケル水素二次電池、ニッケルカドミウム二次電池等の二次電池は、様々な機器の駆動用電源として用いられている。二次電池の用途は、携帯電話を始めとする民生用機器から電気自動車や電動工具など、様々である。なかでも非水電解質二次電池は、小型、軽量で高エネルギー密度を有するため注目を集めている。近年、二次電池の更なる高エネルギー密度化および高出力化に向けての開発が活発化している。【０００３】
民生用機器に使用されている二次電池、例えば非水電解質二次電池は、一般に、電極群および電解質を収容する有底の金属製電池ケースと、電池ケースの開口を塞ぐ封口板とを具備する。封口板は、内部端子となる金属製フィルタと、外部端子となる金属製キャップとを有し、これらの間には、通常、安全弁とＰＴＣ素子が介在している。安全弁は、例えば金属薄膜と防爆弁体からなる。金属製キャップとＰＴＣ素子と安全弁の周縁部に、樹脂製インナーガスケットを介して、金属製フィルタの周囲をかしめることにより、封口板が構成されている。【０００４】
安全弁を構成する金属薄膜と防爆弁体とは、それぞれの中央部で溶接され、電気的に導通している。電池が誤って過充電され、電池内圧が異常に上昇した際には、金属薄膜が破断して、電流経路が遮断される。その際、電池内部のガスは外部へ放出される。大電流放電を必要とする高出力用途では、このような安全機能を確保しつつ、経時変化や温度変化に対する内部抵抗の変動を抑制し、大電流を効率的に出力させる必要がある。【０００５】
大型リチウムイオン二次電池において大電流を効率的に出力させる技術として、特許文献１は、電極を構成する金属材料（芯材）の耳の部分（端部）を導電体で挟み、該端部と導電体とを溶接して集電部を形成することを提案している。【０００６】
一方、特許文献２は、電極芯材の端部を電極群から突出させ、該突出部を集電板と接合した電池を提案している。集電板は切り欠いた溝部を有し、溝部の周縁部で集電板と突出部の先端とが接合される。この提案によれば、集電板と突出部との接合領域を小さく設定するとともに、接合部の強度を向上させることができるようである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平７−２６３０２９号公報
【特許文献２】特開２００３−３６８３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１および特許文献２では、電極群と集電部材（導電体もしくは集電板）とを溶接する手段として、アーク溶接法、レーザ溶接法および電子ビーム溶接法を示している。しかし、溶接の際には、集電部材を固定する治具が所定位置からずれたり、アークなどのエネルギー源が意図した方向に飛ばなかったりする。このような場合、意図した溶接部から外れた点で電極芯材と集電部材とが溶接される可能性がある。【０００９】
また、アークが散乱もしくは乱反射すると、熱エネルギーにより集電板に穴が開き、集電板の下にある電極芯材を損傷する可能性もある。その結果、電極群と集電板との溶接部の信頼性が低下する。アークのエネルギー強度を制御し、散乱もしくは乱反射を防止することは容易ではない。【００１０】
以上の理由から、特許文献１および特許文献２の方法で電池を量産すると、製造歩留まりの低下を招くことになる。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、集電板と電極群とを、意図した接続部で確実に溶接することを目的の一つとする。
本発明は、第１電極と第２電極とを、セパレータを介して、捲回もしくは積層してなる電極群と、第１電極と電気的接続を有する第１集電板とを具備し、第１電極は、第１電極芯材および第１電極芯材に形成された第１電極合剤層を含み、第２電極は、第２電極芯材および第２電極芯材に形成された第２電極合剤層を含み、第１電極の一端部は、前記電極群の一端面において、第２電極の端部および前記セパレータの端部よりも突出しており、前記突出する第１電極の端部は、第１電極芯材の露出部を有し、第１電極芯材の前記露出部は、第１集電板の一方の面の接続部と溶接されており、第１集電板の他方の面には、接続部の裏面部を除く領域に、絶縁層が形成されている電池に関する。【００１２】
本発明は、また、第１電極と第２電極とを、セパレータを介して、捲回もしくは積層してなる電極群と、第１電極と電気的接続を有する第１集電板と、第２電極と電気的接続を有する第２集電板とを具備し、第１電極は、第１電極芯材および第１電極芯材に形成された第１電極合剤層を含み、第２電極は、第２電極芯材および第２電極芯材に形成された第２電極合剤層を含み、第１電極の一端部は、前記電極群の一端面において、第２電極の端部および前記セパレータの端部よりも突出しており、前記突出する第１電極の端部は、第１電極芯材の露出部を有し、第２電極の一端部は、前記電極群の別の端面において、第１電極の端部および前記セパレータの端部よりも突出しており、前記突出する第２電極の端部は、第２電極芯材の露出部を有し、第１電極芯材の前記露出部は、第１集電板の一方の面の接続部（第１接続部）と溶接されており、第１集電板の他方の面には、第１接続部の裏面部を除く領域に、絶縁層が形成されており、第２電極芯材の前記露出部は、第２集電板の一方の面の接続部（第２接続部）と溶接されており、第２集電板の他方の面には、第２接続部の裏面部を除く領域に、絶縁層が形成されている電池に関する。【００１３】
本発明は、（i）第１電極芯材に第１電極合剤層を形成することにより、一端部に第１電極芯材の露出部を有する第１電極を得る工程、（ii）第２電極芯材に第２電極合剤層を形成することにより、第２電極を得る工程、（iii）第１電極と第２電極とを、セパレータを介して、捲回もしくは積層することにより、一端面において、第２電極の端部および前記セパレータの端部よりも第１電極芯材の前記露出部が突出した電極群を構成する工程、（iv）一方の面に接続予定部を有し、他方の面に、前記接続予定部の裏面部を除く領域に、絶縁層が形成されている第１集電板を準備する工程、（v）第１集電板の前記他方の面からアークを放射して、第１電極芯材の前記露出部を、第１集電板の前記接続予定部と溶接する工程、を有する電池の製造方法に関する。【００１４】
本発明は、また、（i）第１電極芯材に第１電極合剤層を形成することにより、一端部に第１電極芯材の露出部を有する第１電極を得る工程、（ii）第２電極芯材に第２電極合剤層を形成することにより、一端部に第２電極芯材の露出部を有する第２電極を得る工程、（iii）第１電極と第２電極とを、セパレータを介して、捲回もしくは積層することにより、一端面において、第２電極の端部および前記セパレータの端部よりも第１電極芯材の前記露出部が突出し、別の端面において、第１電極の端部および前記セパレータの端部よりも第２電極芯材の前記露出部が突出した電極群を構成する工程、（iv）一方の面に接続予定部（第１接続予定部）を有し、他方の面に、第１接続予定部の裏面部を除く領域に、絶縁層が形成されている第１集電板と、一方の面に接続予定部（第２接続予定部）を有し、他方の面に、第２接続予定部の裏面部を除く領域に、絶縁層が形成されている第２集電板を準備する工程、（v）第１集電板の前記他方の面からアークを放射して、第１電極芯材の前記露出部を、第１集電板の第１接続予定部と溶接し、第２集電板の前記他方の面からアークを放射して、第２電極芯材の前記露出部を、第２集電板の第２接続予定部と溶接する工程、を有する電池の製造方法に関する。【００１５】
上記構成において、接続部（接続予定部）の裏面部の一部にも絶縁層が形成されていてもよい。また、接続部（接続予定部）の裏面部を除く領域の少なくとも一部に絶縁層が形成されていれば、一定の効果が得られる。
絶縁層は、集電板の周縁部側面にも形成されていることが好ましい。周縁部側面の絶縁層は、アークの散乱を防止するだけでなく、電池ケースと集電板との電気的接続を防止する役割を有する。【００１６】
本発明は、（i）第１電極芯材に第１電極合剤層を形成することにより、一端部に第１電極芯材の露出部を有する第１電極を得る工程、（ii）第２電極芯材に第２電極合剤層を形成することにより、第２電極を得る工程、（iii）第１電極と第２電極とを、セパレータを介して、捲回もしくは積層することにより、一端面において、第２電極の端部および前記セパレータの端部よりも第１電極芯材の前記露出部が突出した電極群を構成する工程、（iv）一方の面に接続予定部を有する第１集電板を準備する工程、（v）第１集電板の他方の面に、前記接続予定部と対向する開口を有する絶縁性マスクを配置する工程、（vi）第１集電板の前記他方の面からアークを放射して、第１電極芯材の前記露出部を、第１集電板の前記接続予定部と溶接する工程、を有する電池の製造方法に関する。工程（vi）の後、絶縁性マスクは、第１集電板の前記他方の面から撤去する。【００１７】
本発明は、また、（i）第１電極芯材に第１電極合剤層を形成することにより、一端部に第１電極芯材の露出部を有する第１電極を得る工程、（ii）第２電極芯材に第２電極合剤層を形成することにより、一端部に第２電極芯材の露出部を有する第２電極を得る工程、（iii）第１電極と第２電極とを、セパレータを介して、捲回もしくは積層することにより、一端面において、第２電極の端部および前記セパレータの端部よりも第１電極芯材の前記露出部が突出し、別の端面において、第１電極の端部および前記セパレータの端部よりも第２電極芯材の前記露出部が突出した電極群を構成する工程、（iv）一方の面に接続予定部（第１接続予定部）を有する第１集電板と、一方の面に接続予定部（第２接続予定部）を有する第２集電板を準備する工程、（v）第１集電板の他方の面に、第１接続予定部と対向する開口を有する絶縁性マスクを配置する工程、（vi）第１集電板の前記他方の面からアークを放射して、第１電極芯材の前記露出部を、第１集電板の第１接続予定部と溶接する工程、（vii）第２集電板の他方の面に、第２接続予定部と対向する開口を有する絶縁性マスクを配置する工程、（viii）第２集電板の前記他方の面からアークを放射して、第２電極芯材の前記露出部を、第２集電板の第２接続予定部と溶接する工程、を有する電池の製造方法に関する。工程（vi）および工程（viii）の後、絶縁性マスクは、第１集電板および第２集電板の前記他方の面から撤去する。【００１８】
絶縁層の厚さは、５μｍ以上が好適である。
絶縁層は、セラミックス粒子を含むことができる。
第１集電板および第２集電板は、波形の凹凸を厚み方向に有することが好ましい。この場合、第１集電板および第２集電板の接続部は、前記凹凸の凹面に設定することが好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、集電板と電極群とを、意図した接続部で確実に溶接することができる。すなわち、第１電極芯材の露出部と、第１集電板の接続部との接続を、確実に行うことができ、信頼性の高い電池を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１Ａ】第１電極の構成を示す図である。
【図１Ｂ】第２電極の構成を示す図である。
【図１Ｃ】捲回型の電極群の一例を示す斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る電池の縦断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る集電板の断面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る絶縁性マスクの断面図である。
【図５】本発明の別の一実施形態に係る電池の縦断面図である。
【図６】本発明の別の一実施形態に係る集電板の断面図である。
【図７】本発明の更に別の一実施形態に係る集電板の断面図である。
【図８】集電板に設ける接続予定部のパターンを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の実施形態について図面を参照しながら説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されない。
【００２２】
第１実施形態
図１Ａ〜図１Ｃは、本実施形態に係る電極群の構造模式図である。図２は、本実施形態に係る電池の縦断面模式図である。
本実施形態にかかる電池は、いわゆるタブレス構造を有し、円筒状の電極群４と、円盤状の第１集電板１０と、円盤状の第２集電板２０とを備える。第１電極１および第２電極２は、それぞれタブを介することなく、第１集電板１０および第２集電板２０に接続されている。
【００２３】
電極群４は、帯状の第１電極１と、帯状の第２電極２とを、帯状のセパレータ３を介して、捲回することにより構成されている。
第１電極１は、シート状の第１電極芯材と、その両面に形成された第１電極合剤層１ｂとを含む。第１電極１の長手方向に沿う一端部には、第１電極芯材の露出部１ａが形成されている。同様に、第２電極２は、第２電極芯材と、その両面に形成された第２電極合剤層２ｂとを含む。第２電極２の長手方向に沿う一端部には、第２電極芯材の露出部２ａが形成されている。
【００２４】
各電極芯材の露出部は、集電板の接続部に溶接するための部位である。電極群を構成する際には、第１電極芯材の露出部１ａと第２電極芯材の露出部２ａとを、互いに反対側に配置して、第１電極と第２電極とをセパレータを介して積層し、捲回する。その結果、柱状の電極群４の一端面、すなわち一方の底面には、第１電極芯材の露出部１ａが配置され、他方の底面には、第２電極芯材の露出部２ａが配置される。
【００２５】
溶接を容易化する観点から、電極群４の一方の底面において、第１電極芯材の露出部１ａは、第２電極２の端部およびセパレータ３の端部よりも外側に突出している。同様に、電極群４の他方の底面において、第２電極芯材の露出部２ａは、第１電極１の端部およびセパレータ３の端部よりも外側に突出している。
【００２６】
更に、第１電極と第２電極との短絡を確実に防止する観点から、第１電極芯材の露出部１ａが配された電極群の底面において、セパレータ３の端部は、第２電極２の端部よりも外側に突出していることが望ましい。同様に、第２電極芯材の露出部２ａが配された電極群の底面では、セパレータ３の端部は、第１電極１の端部よりも外側に突出していることが望ましい。
【００２７】
第１電極芯材の露出部１ａは、第１集電板１０の一方の面において、接続部１０ａに溶接されている。第１集電板１０の他方の面には、絶縁層１４が形成されている。同様に、第２電極芯材の露出部２ａは、第２集電板２０の一方の面において、接続部２０ａに接続されている。第２集電板２０の他方の面には、絶縁層２４が形成されている。
【００２８】
第１集電板１０および第２集電板２０は、それぞれ金属製であり、円盤状の形状を有する。正極と接続される集電板は、アルミニウムなどの金属からなり、負極と接続される集電板は、銅、鉄などの金属からなることが好ましい。集電板の形状は、特に限定されないが、当接することとなる電極群の端面を完全に覆う形状が好ましい。よって、集電板の形状は、電極群の端面の形状により相違する。集電板の厚さは、特に限定されないが、例えば０．５〜２ｍｍである。集電板には、１つ以上の貫通孔が形成されていてもよい。
【００２９】
図３に第１集電板１０の拡大図を示す。第１集電板の中央には、貫通孔１０ｂが形成されている。貫通孔１０ｂは、ガスの排出を促進したり、電極群による電解液の含浸を促進したりする作用を有する。例えば、電池の底部に溜まったガスは、電極群の中空部分を通り、集電板の貫通孔から電極群の外部に抜ける。
第１集電板の一方の面（電極群４との当接面）は、第１電極芯材の露出部１ａとの接続部１０ａを有し、第１集電板の他方の面には、接続部１０ａの裏面部１５を除いて、絶縁層１４が形成されている。
【００３０】
第１集電板は、貫通孔１０ｂが電極群４の中空部分に連通するように、電極群４の一方の底面に配置されている。電極群４の底面は、第１集電板側から見て完全に覆われることが好ましい。この状態で溶接が行われる。すなわち、第１集電板の接続部１０ａに、第１電極芯材の露出部１ａを接触させ、絶縁層１４が形成された方からアーク放電などによりエネルギーを放射する。その際、アークは絶縁層１４が形成された部分には放射されない。アークは接続部１０ａの裏面部１５、すなわち絶縁層１４が配置されていない第１集電板の金属面に集中して照射される。その結果、接続部１０ａを意図した部分に限定することが可能となり、効率良く溶接が完了する。
【００３１】
第２集電板２０は、第１集電板１０とほぼ同様の構造を有し、第２電極芯材の露出部２ａとの接続部２０ａと、接続部２０ａの裏面部２５を除く領域に形成された絶縁層２４とを有する。第２集電板２０は、中央に貫通孔を有さず、電池ケース５の底部との接続部となる中央溶接部２０ｂを有するが、第２集電板の構造は特に限定されない。第２集電板２０は、貫通孔を有しても良く、中央溶接部２０ｂが無くてもよい。
【００３２】
第１集電板の接続部１０ａおよび第２集電板の接続部２０ａは、絶縁層の形成パターンによって、任意に制御することができる。
【００３３】
電極芯材の露出部と集電板の接続予定部とを溶接する手法としては、アーク溶接、レーザ溶接、電子ビーム溶接等の溶接法を採用することができる。ただし、溶接のためのエネルギーを、絶縁層１４で被覆されていない接続予定部の裏面部に効率良く照射する観点からは、アーク溶接を採用することが好ましい。アーク溶接としては、ＴＩＧ（タングステンイナートガス）溶接、ミグ溶接、マグ溶接、炭酸ガスアーク溶接などが挙げられるが、ＴＩＧ溶接が特に好ましい。ＴＩＧ溶接は、集電板が銅、アルミニウムなどで構成されている場合に特に有効である。また、ＴＩＧ溶接の場合、集電板だけを溶融させることができるため、電極芯材を損傷せず、信頼性の高い溶接を容易に行うことができると考えられる。リチウムイオン二次電池などの場合、電極芯材の厚みは、例えば１０〜３０μｍ程度である。よって、電極芯材の座屈による短絡等の不良を抑制する観点からも、ＴＩＧ溶接が好ましい。
【００３４】
集電板の表面に形成する絶縁層の厚さは、５μｍ以上であることが好ましく、１０〜１００μｍであることが更に好ましい。絶縁層の厚さが５μｍ未満である場合、アーク溶接の際に、アークが絶縁層を避けて金属面に効率良く照射されない場合がある。
【００３５】
絶縁層は、セラミックス粒子を含むことが好ましい。セラミックスは絶縁性が良好であり、融点が高く、反応性が低いため、絶縁層の材料として好適である。セラミックスには、酸化物、炭化物、窒化物、ホウ化物等を用いることができる。具体的には、アルミナ、マグネシアなどを用いることができるが、特に限定されない。セラミックス粒子の平均粒径は、特に限定されないが、例えば０．１〜２μｍであることが好ましい。
【００３６】
以下、本実施形態に係る電池の製造方法について順を追って説明する。
（i）第１電極を作製する。図１Ａに示すような第１電極１は、例えば、第１電極芯材に、露出部１ａを残して、第１電極合剤層１ｂを形成することにより得ることができる。
【００３７】
（ii）第２電極を作製する。図１Ｂに示すような第２電極２は、例えば、第２電極芯材に、露出部２ａを残して、第２電極合剤層２ｂを形成することにより得ることができる。ただし、第２電極芯材の露出部２ａを残すことは必須ではない。
【００３８】
電極芯材は、金属製であり、正極の場合、アルミニウム、ニッケル、マグネシウムなどが用いられ、負極の場合、銅、鉄、ニッケルなどが用いられる。電極芯材の形態は、特に限定されないが、例えば帯状の箔、シートなどの形態を有する。この場合、第１電極芯材の露出部は、帯状電極の長手方向に沿う一端部に形成される。箔やシートは、多孔質材料で構成されていてもよい。
【００３９】
（iii）第１電極と第２電極とを、セパレータを介して、捲回もしくは積層することにより、一端面において、第２電極の端部およびセパレータの端部よりも第１電極芯材の露出部が突出した電極群を構成する。図１Ｃに示すような電極群４は、第１電極芯材の露出部１ａおよび第２電極芯材の露出部２ａが、互いに反対方向に配置され、かつ、セパレータ３の端部よりも突出するように、第１電極１、第２電極２およびセパレータ３を配置し、渦巻き状に捲回して形成する。
【００４０】
ここで、セパレータ３は、樹脂製の微多孔膜であってもよく、金属酸化物などのフィラーと結着剤とを含む多孔質絶縁膜であってもよく、樹脂製の微多孔膜と多孔質絶縁膜との積層体であってもよい。
【００４１】
（iv）一方の面に接続予定部を有し、他方の面に接続予定部と対向する部分を除いて絶縁層が形成されている集電板を準備し、（v）集電板の他方の面からアークを放射して、電極芯材の露出部と集電板の接続予定部とを溶接する。図１Ｃに示すような電極群４を用いる場合には、図２、図３に示すような第１集電板１０および第２集電板２０を用意する。第１集電板１０および第２集電板２０の電極群４との当接面の裏面には、部分的に金属面１５、２５を残して、絶縁層１４、２４がそれぞれ形成されている。
【００４２】
絶縁層１４、２４を形成する手法としては、絶縁材料の塗布、噴霧、スパッタ等が挙げられる。例えば、セラミックス粒子と結着剤と液状成分とを混合して絶縁ペーストを調製し、絶縁ペーストを集電板の所定面に塗布し、乾燥させる。ただし、均一に絶縁層を形成できる手法であれば、これらには限定されない。
【００４３】
次に、第１集電板１０を、電極群４の一端面に、絶縁層１４を外側にして配置する。続いて、第１集電板１０と第１電極芯材の露出部１ａとを、アーク溶接により、互いに接合する。具体的には、第１集電板の接続部１０ａの裏面部１５から離れた位置に、溶接用の電極を配置し、アークを放射して、第１集電板の接続部１０ａを溶融させる。ＴＩＧ溶接等のアーク溶接を用いると、アークは絶縁層１４が形成されていない金属面に確実に照射され、接続部１０ａを溶融させることができる。これにより、第１集電板１０と電極群４とを接合できる。
【００４４】
その後、第２集電板２０を、電極群４の他方の端面に、絶縁層２４を外側にして配置する。そして、第１集電板の場合と同様の操作により、第２集電板２０と電極群４とを接合する。
【００４５】
その後、両集電板が溶接された電極群４を、電池ケース５に収容する。このとき、第２集電板２０を電池ケース５の下面に接触させる。第１集電板１０は、リード６を介して、封口板７に接続する。そして、非水電解質を電池ケース５内に注入し、次いで、封口板７の周縁に配されたガスケット８に電池ケースの開口端をかしめることにより、電池を密封する。電池ケース５は、開口付近に、内側に凹んだ溝部を有し、溝部には、第１集電板１０との絶縁を確保するための絶縁部材１７が設けられている。
【００４６】
以上のように、第１集電板１０および第２集電板２０には、電極群との接続部の裏面部を除いて、絶縁層が形成されている。よって、集電板を電極群に溶接する際、絶縁層が形成されていない金属面だけにアークが照射される。この場合、アークは確実に集電板の金属面に照射される。よって、電極群と集電板との相対的な位置関係さえ固定されていれば、溶接用の電極の設置位置が多少ずれていようとも、所望の接合部において集電板と電極群とを接合することができる。その結果、電極群と集電板との接合不具合を大幅に低減でき、歩留まりの低下を回避することが可能になる。
【００４７】
第２実施形態
図４は、本実施形態に係る電池の製造方法で用いる絶縁性マスクの断面図を示している。図５は、本実施形態に係る製造方法で作製された電池の縦断面図である。
本実施形態では、第１集電板および第２集電板の少なくとも一方の構造が、第１実施形態とは異なり、その集電板と電極群との溶接方法も異なる。図５に示す電池は、第１集電板１０および第２集電板２０に絶縁層が形成されていない点以外、第１実施形態と同様の構造を有する。
【００４８】
本実施形態においては、第１集電板１０と電極群４との溶接、および、第２集電板２０と電極群４との溶接の際、集電板の電極群４との当接面の裏面に、絶縁性マスク２７を配置する。絶縁性マスク２７は、集電板の接続予定部に対応した位置に、１つ以上の開口２８を有する。
【００４９】
各集電板の一方の面を、電極群の端面に当接し、他方の面から絶縁性マスクを介してアークを放射することにより、電極芯材の露出部を、集電板の接続予定部に溶接する。その際、ＴＩＧ溶接等のアーク溶接を用いると、絶縁性マスクの開口２８に集中してアークが照射される。よって、所望の接合部において集電板と電極群とを接合することができる。その結果、電極群と集電板との接合不具合を大幅に低減でき、歩留まりの低下を回避することが可能になる。溶接の終了後、絶縁性マスク２７を集電板の他方の面から撤去する。
【００５０】
第３実施形態
本実施形態に係る集電板は、第１実施形態および第２実施形態とは形状が異なる。図６は、本実施形態に係る集電板の一例の断面図である。集電板３０は、波形の凹凸を厚み方向に有する。電極群が円筒状であり、集電板が円盤状である場合、集電板の一方の面または他方の面から見て、同心円状に凹凸が形成されている状態が好ましい。ただし、集電板の一方の面または他方の面から見た凹凸の形状は、特に限定されず、電極群の端面から突出する電極芯材の露出部の形状に沿った形状であれば良い。断面における波の形状も特に限定されず、例えば凸部の先端および凹部の末端は、鋭角状に尖っていてもよく、曲線でもよい。
【００５１】
集電板３０の一方の面には、凸面３０ｂの先端３３付近を除いて、絶縁層３４が形成されている。電極群の端面から突出する電極芯材の露出部は、集電板の他方の面における凹面３０ａに収容され、電極芯材の露出部と集電板の凹面とが互いに勘合した状態となる。よって、電極芯材の露出部と集電板の接続部との位置合わせが容易となるだけでなく、溶接強度が高くなり、集電効率が向上する。このような集電板を用い、アーク溶接を行う場合、凸面３０ｂの先端３３付近に集中してアークが飛散するため、意図した接続部３５で確実な溶接が可能となる。
【００５２】
第４実施形態
本実施形態に係る集電板は、絶縁層を有さない点以外、第３実施形態と同様の構造を有する。図７は、本実施形態に係る集電板の一例の断面図である。集電板５０は、波形の凹凸を厚み方向に有する。電極群の端面から突出する電極芯材の露出部は、集電板の他方の面における凹面５０ａに収容され、電極芯材の露出部と集電板の凹面とが互いに勘合した状態となる。
【００５３】
溶接の際には、凸面の先端５３付近、すなわち接続部５５に対応した開口を有する絶縁性マスクを介して、アークを集電板に照射する。アークは、絶縁性マスクには照射されず、開口から露出する凸面の先端５３付近に集中して照射される。よって、意図した接続部５５で確実な溶接が可能となる。
【実施例】
【００５４】
以下、本発明を円筒型リチウムイオン二次電池に適用した実施例について説明する。
《実施例１》
（１）正極の作製
正極活性物質であるコバルト酸リチウム粉末８５重量部と、導電剤である炭素粉末１０重量部と、結着剤であるポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）５重量部と、適量のＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）とを混合し、正極合剤ペーストを調製した。【００５５】
正極合剤ペーストを、厚み１５μｍで、幅５６ｍｍのアルミニウム箔からなる正極芯材の両面に塗布した。ただし、正極芯材の長手方向に沿う一端部に幅６ｍｍの正極芯材の露出部を残し、正極合剤ペーストの塗膜の幅は５０ｍｍとした。その後、塗膜を乾燥させ、圧延し、厚み１５０μｍの正極を得た。【００５６】
（２）負極の作製
負極活性物質である人造黒鉛粉末９５重量部と、結着剤であるＰＶＤＦを５重量部と、適量のＮＭＰと混合して、負極合剤ペーストを調製した。【００５７】
負極合剤ペーストを、厚み１０μｍで、幅５７ｍｍの銅箔からなる負極芯材の両面に塗布した。ただし、負極芯材の長手方向に沿う一端部に幅５ｍｍの負極芯材の露出部を残し、負極合剤ペーストの塗膜の幅は５２ｍｍとした。その後、塗膜を乾燥させ、圧延し、厚み１６０μｍの負極を得た。【００５８】
（３）電極群の作製
正極と負極との間に、幅５３ｍｍで、厚み２５μｍのポリプロピレン樹脂製微多孔膜をセパレータとして介在させ、これらを渦巻き状に捲回して電極群を作製した。ただし、図１Ｃに示すように、正極芯材の露出部と負極芯材の露出部とを、互いに反対側に配置し、正極芯材の露出部を一方の底面から、負極芯材の端面を他方の底面から突出させた。【００５９】
正極と負極との短絡を防止する観点から、正極芯材の露出部が配された電極群の底面では、セパレータの端部を負極の端部よりも外側に突出させた。また、負極芯材の露出部が配された電極群の底面では、セパレータ３の端部を正極の端部よりも外側に突出させた。【００６０】
（４）集電板の作製
厚み０．８ｍｍのアルミニウム板から、プレス加工により、直径２４ｍｍの円盤状の正極集電板を打ち抜いた。正極集電板の中央には直径７ｍｍの貫通孔を形成した。
同様に、厚み０．６ｍｍの銅板から、プレス加工により、直径２４ｍｍの円盤状の負極集電板を打ち抜いた。ただし、負極集電板には貫通孔は形成しなかった。【００６１】
正極集電板および負極集電板それぞれの一方の面に、直径２ｍｍφの接続予定部を想定し、他方の面の所定領域には絶縁層を形成した。図８に示すように、接続予定部４２は、集電板４０の径方向に３点ずつ、十字状に設けることとした。ここで、正極集電板には、絶縁層を、接続予定部の裏面部およびリード溶接予定部を除く領域に形成した。また、負極集電板には、絶縁層を、接続予定部の裏面部および電池ケース底部との溶接予定部を除く領域に形成した。【００６２】
絶縁層は、絶縁ペーストを用いて形成した。まず、セラミックス粒子である平均粒径０．５μｍのアルミナ４８重量部と、ポリアクリロニトリル変性ゴムからなる結着剤４重量部とを、約４０重量部のＮＭＰと混合して、絶縁ペーストを調製した。得られた絶縁ペーストを、集電板の所定面に８０μｍの厚さで塗布し、その後、塗膜を乾燥することにより、絶縁層を形成した。【００６３】
（５）集電板の溶接
正極芯材の露出部が突出した電極群の端面に、正極集電板を当接し、ＴＩＧ溶接により、正極芯材の露出部を正極集電板の接続予定部に溶接した。ＴＩＧ溶接の条件は、電流値を１００Ａとし、溶接時間を１００ｍｓとした。
同様に、負極芯材の露出部が突出した電極群の端面に、負極集電板を当接し、ＴＩＧ溶接により、負極芯材の露出部を負極集電板の接続予定部に溶接した。ＴＩＧ溶接の条件は、電流値を１３０Ａとし、溶接時間を５０ｍｓとした。【００６４】
（６）電池の作製
図２に示すような電池を以下の要領で作製した。
上記のように集電構造を形成した電極群を、上部が開口した円筒型の有底電池ケースに挿入した。その際、負極集電板を電池ケースの底部側に配した。その後、負極集電板を電池ケースの底部に抵抗溶接した。また、アルミニウム製の正極リードを介して、正極集電板を封口板に接続した。正極集電板と封口板との間には、短絡防止のための絶縁部材を配置した。【００６５】
エチレンカーボネートとエチルメチルカーボネートとの体積比１：１の混合溶媒に、六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ6）を１ｍｏｌ／Ｌの濃度で溶解させて、非水電解質を調製した。電池ケースを加熱して乾燥させた後、電池ケースに非水電解質を注入し、電極群に十分に非水電解質を含浸させた。【００６６】
その後、ガスケットを介して封口板に電池ケースの開口端をかしめ、電池ケースの開口を封口した。こうして直径２６ｍｍ、高さ６５ｍｍの円筒型リチウムイオン二次電池（サンプル１）を完成させた。サンプル１の電池容量は２６００ｍＡｈとした。【００６７】
《実施例２》
以下の点以外、実施例１と同様の円筒型リチウムイオン二次電池（サンプル２）を作製した。
正極集電板および負極集電板に絶縁層を形成する工程をそれぞれ省略した。ただし、ＴＩＧ溶接の際、接続予定部を有する一方の面を電極群の端面に当接し、他方の面には、厚さ１ｍｍの窒化珪素からなる絶縁マスクを配置した。
絶縁マスクは、直径２ｍｍφの接続予定部の裏面部を除いて、集電板の他方の面を完全に覆う構造とした。溶接後、絶縁性マスクは集電板から撤去した。【００６８】
《実施例３》
集電板の構造を変更した点以外、実施例１と同様の円筒型リチウムイオン二次電池（サンプル３）を作製した。集電板は以下の要領で作製した。
厚み０．８ｍｍのアルミニウム板から正極集電板を打ち抜く際、プレス金型を変更し、断面Ｖ字状の波形の凹凸を形成した。凹凸の振幅（高さ）は１ｍｍとし、凸部の先端および凹部の末端の角度は１２０°とした。凹凸の形状は、集電板の一方の面から見て同心円状であり、円盤の径方向に隣接する凹部同士もしくは凸部同士の間隔は２ｍｍとした。【００６９】
同様に、厚み０．６ｍｍの銅板から負極集電板を打ち抜く際、プレス金型を変更し、正極集電板と同様の波形の凹凸を形成した。
両集電板において、絶縁層を形成する領域は、実施例１と同様とした。【００７０】
《実施例４》
絶縁層を形成しなかった点以外、実施例３と同様の正極集電板および負極集電板を作製し、実施例２と同様に、絶縁性マスクを用いて、円筒型リチウムイオン二次電池（サンプル４）を作製した。【００７１】
《比較例１》
絶縁性マスクを用いなかった点以外、実施例２と同様に、円筒型リチウムイオン二次電池（サンプル５）を作製した。【００７２】
《比較例２》
絶縁性マスクを用いなかった点以外、実施例４と同様に、円筒型リチウムイオン二次電池（サンプル６）を作製した。【００７３】
［評価方法］
サンプル１〜６のリチウムイオン二次電池を、各５０個準備し、以下のような評価を行った。
（極板群の端面と集電板との接合部の外観検査）
集電板を溶接した直後に、接合部を視認により観察した。結果を表１の「接合部の状態」欄に示す。
サンプル１〜４では、接続部において、未接合不良（集電板からの溶融金属が電極群の端面に到達していない状態）および電極芯材の破損は観察されなかった。一方、サンプル５、６では、全ての電池において、接続部に未接合不良が観察された。【００７４】
（引張強度の測定）
サンプル１〜６の電池を５個ずつ抜き取って、ＪＩＳ  Ｚ２２４１に基づいて、接続部の引張強度を測定した。具体的には、引張試験機の一方の治具に電極群を保持させ、引張試験機の他方の治具に集電板を保持させた状態で、一定の速度で、引張試験機の軸方向（電極群と集電板とが互いに離れる方向）に引張り、接続部が破壊したときの荷重を引張強度とした。測定結果を表１の「引張強度」欄に示す。
サンプル１〜４では、全ての電池で引張強度が５０Ｎまたは５５Ｎ以上であり、高い強度であった。一方、サンプル５では、５個のうちの１個において、引張強度が２０Ｎ以下のものがあった。また、サンプル６でも、５個のうちの１個において、引張強度が３０Ｎ以下のものがあった。【００７５】
（電池の内部抵抗の測定）
サンプル１〜６の電池の内部抵抗を測定した。具体的には、各電池に対して、１２５０ｍＡの定電流で４．２Ｖまで充電した後、１２５０ｍＡの定電流で３．０Ｖまで放電する充放電サイクルを３回繰り返した。その後、１ｋＨｚの交流を電池に印加して、電池の内部抵抗を測定し、接続状態を評価した。結果を表１の「内部抵抗」欄に示す。
サンプル１、２では、内部抵抗の平均値は５ｍΩ、サンプル３、４では内部抵抗の平均値は４ｍΩであり、そのばらつきはいずれも５％程度であった。一方、サンプル５では、内部抵抗の平均値は１０ｍΩであり、そのばらつきは３０％以上であった。また、サンプル６では、内部抵抗の平均値は５ｍΩであり、そのばらつきは１０％以上であった。【００７６】
（出力電流の測定）
サンプル１〜６の電池の内部抵抗の測定値（Ｒ）から、平均出力電流（Ｉ）を計算した。電池を４．２Ｖまで充電した後、３Ｖまで放電した場合、Ｒ（抵抗）×Ｉ（電流）＝Δ１．２Ｖ（電圧）である。よって、Ｉ（電流）＝Δ１．２（電圧）／Ｒ（抵抗）となる。結果を表１に示す。【００７７】
【表１】
2009153914.tif 000003
【００７８】
表１に示すように、本発明を適用した電池は、大電流放電が可能であり、高性能電池を安定して製造できることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
本発明は、例えばリチウムイオン二次電池、ニッケル水素電池二次電池等の密閉型蓄電池に適用できる。本発明は、捲回型のみならず、扁平型や積層型の電極群を有する電池にも適用でき、更には、二次電池と同様の集電構造を有する電気化学素子（例えば乾電池やコンデンサなど）に適用してもよい。【００８０】
本発明は、大電流放電に適した集電構造を有する密閉型二次電池において特に有用であり、高出力を必要とする電動工具や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、蓄電用電源等に適用できる。
【符号の説明】
【００８１】
１    第１電極
１ａ  第１電極芯材の露出部
１ｂ  第１電極合剤層
２    第２電極
２ａ  第２電極芯材の露出部
２ｂ  第２電極合剤層
３    セパレータ
４    電極群
５    電池ケース
６    リード
７    封口板
８    ガスケット
１０    第１集電板
１０ａ、２０ａ、３５、５５  接続部
１０ｂ  貫通孔
１４、２４、３４    絶縁層
１５、２５    裏面部（金属面）
１７    絶縁部材
２０    第２集電板
２０ｂ  中央溶接部
２７    絶縁性マスク
２８    開口
３０、５０    集電板
３０ａ、５０ａ  凹面
３０ｂ、５０ｂ  凸面
３３、５３    凸部の先端
４０    集電板
４２    接続予定部
【図１Ａ】
2009153914.tif 000004
【図１Ｂ】
2009153914.tif 000005
【図１Ｃ】
2009153914.tif 000006
【図２】
2009153914.tif 000007
【図３】
2009153914.tif 000008
【図４】
2009153914.tif 000009
【図５】
2009153914.tif 000010
【図６】
2009153914.tif 000011
【図７】
2009153914.tif 000012
【図８】
2009153914.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成22年4月16日(2010.4.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、様々な機器の駆動用電源として好適な電池に関し、特に低抵抗で大電流放電に適した集電構造を有する電池およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
非水電解質二次電池、ニッケル水素二次電池、ニッケルカドミウム二次電池等の二次電池は、様々な機器の駆動用電源として用いられている。二次電池の用途は、携帯電話を始めとする民生用機器から電気自動車や電動工具など、様々である。なかでも非水電解質二次電池は、小型、軽量で高エネルギー密度を有するため注目を集めている。近年、二次電池の更なる高エネルギー密度化および高出力化に向けての開発が活発化している。
【０００３】
民生用機器に使用されている二次電池、例えば非水電解質二次電池は、一般に、電極群および電解質を収容する有底の金属製電池ケースと、電池ケースの開口を塞ぐ封口板とを具備する。封口板は、内部端子となる金属製フィルタと、外部端子となる金属製キャップとを有し、これらの間には、通常、安全弁とＰＴＣ素子が介在している。安全弁は、例えば金属薄膜と防爆弁体からなる。金属製キャップとＰＴＣ素子と安全弁の周縁部に、樹脂製インナーガスケットを介して、金属製フィルタの周囲をかしめることにより、封口板が構成されている。
【０００４】
安全弁を構成する金属薄膜と防爆弁体とは、それぞれの中央部で溶接され、電気的に導通している。電池が誤って過充電され、電池内圧が異常に上昇した際には、金属薄膜が破断して、電流経路が遮断される。その際、電池内部のガスは外部へ放出される。大電流放電を必要とする高出力用途では、このような安全機能を確保しつつ、経時変化や温度変化に対する内部抵抗の変動を抑制し、大電流を効率的に出力させる必要がある。
【０００５】
大型リチウムイオン二次電池において大電流を効率的に出力させる技術として、特許文献１は、電極を構成する金属材料（芯材）の耳の部分（端部）を導電体で挟み、該端部と導電体とを溶接して集電部を形成することを提案している。
【０００６】
一方、特許文献２は、電極芯材の端部を電極群から突出させ、該突出部を集電板と接合した電池を提案している。集電板は切り欠いた溝部を有し、溝部の周縁部で集電板と突出部の先端とが接合される。この提案によれば、集電板と突出部との接合領域を小さく設定するとともに、接合部の強度を向上させることができるようである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平７−２６３０２９号公報
【特許文献２】特開２００３−３６８３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１および特許文献２では、電極群と集電部材（導電体もしくは集電板）とを溶接する手段として、アーク溶接法、レーザ溶接法および電子ビーム溶接法を示している。しかし、溶接の際には、集電部材を固定する治具が所定位置からずれたり、アークなどのエネルギー源が意図した方向に飛ばなかったりする。このような場合、意図した溶接部から外れた点で電極芯材と集電部材とが溶接される可能性がある。
【０００９】
また、アークが散乱もしくは乱反射すると、熱エネルギーにより集電板に穴が開き、集電板の下にある電極芯材を損傷する可能性もある。その結果、電極群と集電板との溶接部の信頼性が低下する。アークのエネルギー強度を制御し、散乱もしくは乱反射を防止することは容易ではない。
【００１０】
以上の理由から、特許文献１および特許文献２の方法で電池を量産すると、製造歩留まりの低下を招くことになる。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、集電板と電極群とを、意図した接続部で確実に溶接することを目的の一つとする。
本発明は、第１電極と第２電極とを、セパレータを介して、捲回もしくは積層してなる電極群と、第１電極と電気的接続を有する第１集電板とを具備し、第１電極は、第１電極芯材および第１電極芯材に形成された第１電極合剤層を含み、第２電極は、第２電極芯材および第２電極芯材に形成された第２電極合剤層を含み、第１電極の一端部は、前記電極群の一端面において、第２電極の端部および前記セパレータの端部よりも突出しており、前記突出する第１電極の端部は、第１電極芯材の露出部を有し、第１電極芯材の前記露出部は、第１集電板の一方の面の接続部と溶接されており、第１集電板の他方の面には、接続部の裏面部を除く領域に、絶縁層が形成されている電池に関する。
【００１２】
本発明は、また、第１電極と第２電極とを、セパレータを介して、捲回もしくは積層してなる電極群と、第１電極と電気的接続を有する第１集電板と、第２電極と電気的接続を有する第２集電板とを具備し、第１電極は、第１電極芯材および第１電極芯材に形成された第１電極合剤層を含み、第２電極は、第２電極芯材および第２電極芯材に形成された第２電極合剤層を含み、第１電極の一端部は、前記電極群の一端面において、第２電極の端部および前記セパレータの端部よりも突出しており、前記突出する第１電極の端部は、第１電極芯材の露出部を有し、第２電極の一端部は、前記電極群の別の端面において、第１電極の端部および前記セパレータの端部よりも突出しており、前記突出する第２電極の端部は、第２電極芯材の露出部を有し、第１電極芯材の前記露出部は、第１集電板の一方の面の接続部（第１接続部）と溶接されており、第１集電板の他方の面には、第１接続部の裏面部を除く領域に、絶縁層が形成されており、第２電極芯材の前記露出部は、第２集電板の一方の面の接続部（第２接続部）と溶接されており、第２集電板の他方の面には、第２接続部の裏面部を除く領域に、絶縁層が形成されている電池に関する。
【００１３】
本発明は、（i）第１電極芯材に第１電極合剤層を形成することにより、一端部に第１電極芯材の露出部を有する第１電極を得る工程、（ii）第２電極芯材に第２電極合剤層を形成することにより、第２電極を得る工程、（iii）第１電極と第２電極とを、セパレータを介して、捲回もしくは積層することにより、一端面において、第２電極の端部および前記セパレータの端部よりも第１電極芯材の前記露出部が突出した電極群を構成する工程、（iv）一方の面に接続予定部を有し、他方の面に、前記接続予定部の裏面部を除く領域に、絶縁層が形成されている第１集電板を準備する工程、（v）第１集電板の前記他方の面からアークを放射して、第１電極芯材の前記露出部を、第１集電板の前記接続予定部と溶接する工程、を有する電池の製造方法に関する。
【００１４】
本発明は、また、（i）第１電極芯材に第１電極合剤層を形成することにより、一端部に第１電極芯材の露出部を有する第１電極を得る工程、（ii）第２電極芯材に第２電極合剤層を形成することにより、一端部に第２電極芯材の露出部を有する第２電極を得る工程、（iii）第１電極と第２電極とを、セパレータを介して、捲回もしくは積層することにより、一端面において、第２電極の端部および前記セパレータの端部よりも第１電極芯材の前記露出部が突出し、別の端面において、第１電極の端部および前記セパレータの端部よりも第２電極芯材の前記露出部が突出した電極群を構成する工程、（iv）一方の面に接続予定部（第１接続予定部）を有し、他方の面に、第１接続予定部の裏面部を除く領域に、絶縁層が形成されている第１集電板と、一方の面に接続予定部（第２接続予定部）を有し、他方の面に、第２接続予定部の裏面部を除く領域に、絶縁層が形成されている第２集電板を準備する工程、（v）第１集電板の前記他方の面からアークを放射して、第１電極芯材の前記露出部を、第１集電板の第１接続予定部と溶接し、第２集電板の前記他方の面からアークを放射して、第２電極芯材の前記露出部を、第２集電板の第２接続予定部と溶接する工程、を有する電池の製造方法に関する。
【００１５】
上記構成において、接続部（接続予定部）の裏面部の一部にも絶縁層が形成されていてもよい。また、接続部（接続予定部）の裏面部を除く領域の少なくとも一部に絶縁層が形成されていれば、一定の効果が得られる。
絶縁層は、集電板の周縁部側面にも形成されていることが好ましい。周縁部側面の絶縁層は、アークの散乱を防止するだけでなく、電池ケースと集電板との電気的接続を防止する役割を有する。
【００１６】
本発明は、（i）第１電極芯材に第１電極合剤層を形成することにより、一端部に第１電極芯材の露出部を有する第１電極を得る工程、（ii）第２電極芯材に第２電極合剤層を形成することにより、第２電極を得る工程、（iii）第１電極と第２電極とを、セパレータを介して、捲回もしくは積層することにより、一端面において、第２電極の端部および前記セパレータの端部よりも第１電極芯材の前記露出部が突出した電極群を構成する工程、（iv）一方の面に接続予定部を有する第１集電板を準備する工程、（v）第１集電板の他方の面に、前記接続予定部と対向する開口を有する絶縁性マスクを配置する工程、（vi）第１集電板の前記他方の面からアークを放射して、第１電極芯材の前記露出部を、第１集電板の前記接続予定部と溶接する工程、を有する電池の製造方法に関する。工程（vi）の後、絶縁性マスクは、第１集電板の前記他方の面から撤去する。
【００１７】
本発明は、また、（i）第１電極芯材に第１電極合剤層を形成することにより、一端部に第１電極芯材の露出部を有する第１電極を得る工程、（ii）第２電極芯材に第２電極合剤層を形成することにより、一端部に第２電極芯材の露出部を有する第２電極を得る工程、（iii）第１電極と第２電極とを、セパレータを介して、捲回もしくは積層することにより、一端面において、第２電極の端部および前記セパレータの端部よりも第１電極芯材の前記露出部が突出し、別の端面において、第１電極の端部および前記セパレータの端部よりも第２電極芯材の前記露出部が突出した電極群を構成する工程、（iv）一方の面に接続予定部（第１接続予定部）を有する第１集電板と、一方の面に接続予定部（第２接続予定部）を有する第２集電板を準備する工程、（v）第１集電板の他方の面に、第１接続予定部と対向する開口を有する絶縁性マスクを配置する工程、（vi）第１集電板の前記他方の面からアークを放射して、第１電極芯材の前記露出部を、第１集電板の第１接続予定部と溶接する工程、（vii）第２集電板の他方の面に、第２接続予定部と対向する開口を有する絶縁性マスクを配置する工程、（viii）第２集電板の前記他方の面からアークを放射して、第２電極芯材の前記露出部を、第２集電板の第２接続予定部と溶接する工程、を有する電池の製造方法に関する。工程（vi）および工程（viii）の後、絶縁性マスクは、第１集電板および第２集電板の前記他方の面から撤去する。
【００１８】
絶縁層の厚さは、５μｍ以上が好適である。
絶縁層は、セラミックス粒子を含むことができる。
第１集電板および第２集電板は、波形の凹凸を厚み方向に有することが好ましい。この場合、第１集電板および第２集電板の接続部は、前記凹凸の凹面に設定することが好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、集電板と電極群とを、意図した接続部で確実に溶接することができる。すなわち、第１電極芯材の露出部と、第１集電板の接続部との接続を、確実に行うことができ、信頼性の高い電池を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１Ａ】第１電極の構成を示す図である。
【図１Ｂ】第２電極の構成を示す図である。
【図１Ｃ】捲回型の電極群の一例を示す斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る電池の縦断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る集電板の断面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る絶縁性マスクの断面図である。
【図５】本発明の別の一実施形態に係る電池の縦断面図である。
【図６】本発明の別の一実施形態に係る集電板の断面図である。
【図７】本発明の更に別の一実施形態に係る集電板の断面図である。
【図８】集電板に設ける接続予定部のパターンを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の実施形態について図面を参照しながら説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されない。
【００２２】
第１実施形態
図１Ａ〜図１Ｃは、本実施形態に係る電極群の構造模式図である。図２は、本実施形態に係る電池の縦断面模式図である。
本実施形態にかかる電池は、いわゆるタブレス構造を有し、円筒状の電極群４と、円盤状の第１集電板１０と、円盤状の第２集電板２０とを備える。第１電極１および第２電極２は、それぞれタブを介することなく、第１集電板１０および第２集電板２０に接続されている。
【００２３】
電極群４は、帯状の第１電極１と、帯状の第２電極２とを、帯状のセパレータ３を介して、捲回することにより構成されている。
第１電極１は、シート状の第１電極芯材と、その両面に形成された第１電極合剤層１ｂとを含む。第１電極１の長手方向に沿う一端部には、第１電極芯材の露出部１ａが形成されている。同様に、第２電極２は、第２電極芯材と、その両面に形成された第２電極合剤層２ｂとを含む。第２電極２の長手方向に沿う一端部には、第２電極芯材の露出部２ａが形成されている。
【００２４】
各電極芯材の露出部は、集電板の接続部に溶接するための部位である。電極群を構成する際には、第１電極芯材の露出部１ａと第２電極芯材の露出部２ａとを、互いに反対側に配置して、第１電極と第２電極とをセパレータを介して積層し、捲回する。その結果、柱状の電極群４の一端面、すなわち一方の底面には、第１電極芯材の露出部１ａが配置され、他方の底面には、第２電極芯材の露出部２ａが配置される。
【００２５】
溶接を容易化する観点から、電極群４の一方の底面において、第１電極芯材の露出部１ａは、第２電極２の端部およびセパレータ３の端部よりも外側に突出している。同様に、電極群４の他方の底面において、第２電極芯材の露出部２ａは、第１電極１の端部およびセパレータ３の端部よりも外側に突出している。
【００２６】
更に、第１電極と第２電極との短絡を確実に防止する観点から、第１電極芯材の露出部１ａが配された電極群の底面において、セパレータ３の端部は、第２電極２の端部よりも外側に突出していることが望ましい。同様に、第２電極芯材の露出部２ａが配された電極群の底面では、セパレータ３の端部は、第１電極１の端部よりも外側に突出していることが望ましい。
【００２７】
第１電極芯材の露出部１ａは、第１集電板１０の一方の面において、接続部１０ａに溶接されている。第１集電板１０の他方の面には、絶縁層１４が形成されている。同様に、第２電極芯材の露出部２ａは、第２集電板２０の一方の面において、接続部２０ａに接続されている。第２集電板２０の他方の面には、絶縁層２４が形成されている。
【００２８】
第１集電板１０および第２集電板２０は、それぞれ金属製であり、円盤状の形状を有する。正極と接続される集電板は、アルミニウムなどの金属からなり、負極と接続される集電板は、銅、鉄などの金属からなることが好ましい。集電板の形状は、特に限定されないが、当接することとなる電極群の端面を完全に覆う形状が好ましい。よって、集電板の形状は、電極群の端面の形状により相違する。集電板の厚さは、特に限定されないが、例えば０．５〜２ｍｍである。集電板には、１つ以上の貫通孔が形成されていてもよい。
【００２９】
図３に第１集電板１０の拡大図を示す。第１集電板の中央には、貫通孔１０ｂが形成されている。貫通孔１０ｂは、ガスの排出を促進したり、電極群による電解液の含浸を促進したりする作用を有する。例えば、電池の底部に溜まったガスは、電極群の中空部分を通り、集電板の貫通孔から電極群の外部に抜ける。
第１集電板の一方の面（電極群４との当接面）は、第１電極芯材の露出部１ａとの接続部１０ａを有し、第１集電板の他方の面には、接続部１０ａの裏面部１５を除いて、絶縁層１４が形成されている。
【００３０】
第１集電板は、貫通孔１０ｂが電極群４の中空部分に連通するように、電極群４の一方の底面に配置されている。電極群４の底面は、第１集電板側から見て完全に覆われることが好ましい。この状態で溶接が行われる。すなわち、第１集電板の接続部１０ａに、第１電極芯材の露出部１ａを接触させ、絶縁層１４が形成された方からアーク放電などによりエネルギーを放射する。その際、アークは絶縁層１４が形成された部分には放射されない。アークは接続部１０ａの裏面部１５、すなわち絶縁層１４が配置されていない第１集電板の金属面に集中して照射される。その結果、接続部１０ａを意図した部分に限定することが可能となり、効率良く溶接が完了する。
【００３１】
第２集電板２０は、第１集電板１０とほぼ同様の構造を有し、第２電極芯材の露出部２ａとの接続部２０ａと、接続部２０ａの裏面部２５を除く領域に形成された絶縁層２４とを有する。第２集電板２０は、中央に貫通孔を有さず、電池ケース５の底部との接続部となる中央溶接部２０ｂを有するが、第２集電板の構造は特に限定されない。第２集電板２０は、貫通孔を有しても良く、中央溶接部２０ｂが無くてもよい。
【００３２】
第１集電板の接続部１０ａおよび第２集電板の接続部２０ａは、絶縁層の形成パターンによって、任意に制御することができる。
【００３３】
電極芯材の露出部と集電板の接続予定部とを溶接する手法としては、アーク溶接、レーザ溶接、電子ビーム溶接等の溶接法を採用することができる。ただし、溶接のためのエネルギーを、絶縁層１４で被覆されていない接続予定部の裏面部に効率良く照射する観点からは、アーク溶接を採用することが好ましい。アーク溶接としては、ＴＩＧ（タングステンイナートガス）溶接、ミグ溶接、マグ溶接、炭酸ガスアーク溶接などが挙げられるが、ＴＩＧ溶接が特に好ましい。ＴＩＧ溶接は、集電板が銅、アルミニウムなどで構成されている場合に特に有効である。また、ＴＩＧ溶接の場合、集電板だけを溶融させることができるため、電極芯材を損傷せず、信頼性の高い溶接を容易に行うことができると考えられる。リチウムイオン二次電池などの場合、電極芯材の厚みは、例えば１０〜３０μｍ程度である。よって、電極芯材の座屈による短絡等の不良を抑制する観点からも、ＴＩＧ溶接が好ましい。
【００３４】
集電板の表面に形成する絶縁層の厚さは、５μｍ以上であることが好ましく、１０〜１００μｍであることが更に好ましい。絶縁層の厚さが５μｍ未満である場合、アーク溶接の際に、アークが絶縁層を避けて金属面に効率良く照射されない場合がある。
【００３５】
絶縁層は、セラミックス粒子を含むことが好ましい。セラミックスは絶縁性が良好であり、融点が高く、反応性が低いため、絶縁層の材料として好適である。セラミックスには、酸化物、炭化物、窒化物、ホウ化物等を用いることができる。具体的には、アルミナ、マグネシアなどを用いることができるが、特に限定されない。セラミックス粒子の平均粒径は、特に限定されないが、例えば０．１〜２μｍであることが好ましい。
【００３６】
以下、本実施形態に係る電池の製造方法について順を追って説明する。
（i）第１電極を作製する。図１Ａに示すような第１電極１は、例えば、第１電極芯材に、露出部１ａを残して、第１電極合剤層１ｂを形成することにより得ることができる。
【００３７】
（ii）第２電極を作製する。図１Ｂに示すような第２電極２は、例えば、第２電極芯材に、露出部２ａを残して、第２電極合剤層２ｂを形成することにより得ることができる。ただし、第２電極芯材の露出部２ａを残すことは必須ではない。
【００３８】
電極芯材は、金属製であり、正極の場合、アルミニウム、ニッケル、マグネシウムなどが用いられ、負極の場合、銅、鉄、ニッケルなどが用いられる。電極芯材の形態は、特に限定されないが、例えば帯状の箔、シートなどの形態を有する。この場合、第１電極芯材の露出部は、帯状電極の長手方向に沿う一端部に形成される。箔やシートは、多孔質材料で構成されていてもよい。
【００３９】
（iii）第１電極と第２電極とを、セパレータを介して、捲回もしくは積層することにより、一端面において、第２電極の端部およびセパレータの端部よりも第１電極芯材の露出部が突出した電極群を構成する。図１Ｃに示すような電極群４は、第１電極芯材の露出部１ａおよび第２電極芯材の露出部２ａが、互いに反対方向に配置され、かつ、セパレータ３の端部よりも突出するように、第１電極１、第２電極２およびセパレータ３を配置し、渦巻き状に捲回して形成する。
【００４０】
ここで、セパレータ３は、樹脂製の微多孔膜であってもよく、金属酸化物などのフィラーと結着剤とを含む多孔質絶縁膜であってもよく、樹脂製の微多孔膜と多孔質絶縁膜との積層体であってもよい。
【００４１】
（iv）一方の面に接続予定部を有し、他方の面に接続予定部と対向する部分を除いて絶縁層が形成されている集電板を準備し、（v）集電板の他方の面からアークを放射して、電極芯材の露出部と集電板の接続予定部とを溶接する。図１Ｃに示すような電極群４を用いる場合には、図２、図３に示すような第１集電板１０および第２集電板２０を用意する。第１集電板１０および第２集電板２０の電極群４との当接面の裏面には、部分的に金属面１５、２５を残して、絶縁層１４、２４がそれぞれ形成されている。
【００４２】
絶縁層１４、２４を形成する手法としては、絶縁材料の塗布、噴霧、スパッタ等が挙げられる。例えば、セラミックス粒子と結着剤と液状成分とを混合して絶縁ペーストを調製し、絶縁ペーストを集電板の所定面に塗布し、乾燥させる。ただし、均一に絶縁層を形成できる手法であれば、これらには限定されない。
【００４３】
次に、第１集電板１０を、電極群４の一端面に、絶縁層１４を外側にして配置する。続いて、第１集電板１０と第１電極芯材の露出部１ａとを、アーク溶接により、互いに接合する。具体的には、第１集電板の接続部１０ａの裏面部１５から離れた位置に、溶接用の電極を配置し、アークを放射して、第１集電板の接続部１０ａを溶融させる。ＴＩＧ溶接等のアーク溶接を用いると、アークは絶縁層１４が形成されていない金属面に確実に照射され、接続部１０ａを溶融させることができる。これにより、第１集電板１０と電極群４とを接合できる。
【００４４】
その後、第２集電板２０を、電極群４の他方の端面に、絶縁層２４を外側にして配置する。そして、第１集電板の場合と同様の操作により、第２集電板２０と電極群４とを接合する。
【００４５】
その後、両集電板が溶接された電極群４を、電池ケース５に収容する。このとき、第２集電板２０を電池ケース５の下面に接触させる。第１集電板１０は、リード６を介して、封口板７に接続する。そして、非水電解質を電池ケース５内に注入し、次いで、封口板７の周縁に配されたガスケット８に電池ケースの開口端をかしめることにより、電池を密封する。電池ケース５は、開口付近に、内側に凹んだ溝部を有し、溝部には、第１集電板１０との絶縁を確保するための絶縁部材１７が設けられている。
【００４６】
以上のように、第１集電板１０および第２集電板２０には、電極群との接続部の裏面部を除いて、絶縁層が形成されている。よって、集電板を電極群に溶接する際、絶縁層が形成されていない金属面だけにアークが照射される。この場合、アークは確実に集電板の金属面に照射される。よって、電極群と集電板との相対的な位置関係さえ固定されていれば、溶接用の電極の設置位置が多少ずれていようとも、所望の接合部において集電板と電極群とを接合することができる。その結果、電極群と集電板との接合不具合を大幅に低減でき、歩留まりの低下を回避することが可能になる。
【００４７】
第２実施形態
図４は、本実施形態に係る電池の製造方法で用いる絶縁性マスクの断面図を示している。図５は、本実施形態に係る製造方法で作製された電池の縦断面図である。
本実施形態では、第１集電板および第２集電板の少なくとも一方の構造が、第１実施形態とは異なり、その集電板と電極群との溶接方法も異なる。図５に示す電池は、第１集電板１０および第２集電板２０に絶縁層が形成されていない点以外、第１実施形態と同様の構造を有する。
【００４８】
本実施形態においては、第１集電板１０と電極群４との溶接、および、第２集電板２０と電極群４との溶接の際、集電板の電極群４との当接面の裏面に、絶縁性マスク２７を配置する。絶縁性マスク２７は、集電板の接続予定部に対応した位置に、１つ以上の開口２８を有する。
【００４９】
各集電板の一方の面を、電極群の端面に当接し、他方の面から絶縁性マスクを介してアークを放射することにより、電極芯材の露出部を、集電板の接続予定部に溶接する。その際、ＴＩＧ溶接等のアーク溶接を用いると、絶縁性マスクの開口２８に集中してアークが照射される。よって、所望の接合部において集電板と電極群とを接合することができる。その結果、電極群と集電板との接合不具合を大幅に低減でき、歩留まりの低下を回避することが可能になる。溶接の終了後、絶縁性マスク２７を集電板の他方の面から撤去する。
【００５０】
第３実施形態
本実施形態に係る集電板は、第１実施形態および第２実施形態とは形状が異なる。図６は、本実施形態に係る集電板の一例の断面図である。集電板３０は、波形の凹凸を厚み方向に有する。電極群が円筒状であり、集電板が円盤状である場合、集電板の一方の面または他方の面から見て、同心円状に凹凸が形成されている状態が好ましい。ただし、集電板の一方の面または他方の面から見た凹凸の形状は、特に限定されず、電極群の端面から突出する電極芯材の露出部の形状に沿った形状であれば良い。断面における波の形状も特に限定されず、例えば凸部の先端および凹部の末端は、鋭角状に尖っていてもよく、曲線でもよい。
【００５１】
集電板３０の一方の面には、凸面３０ｂの先端３３付近を除いて、絶縁層３４が形成されている。電極群の端面から突出する電極芯材の露出部は、集電板の他方の面における凹面３０ａに収容され、電極芯材の露出部と集電板の凹面とが互いに勘合した状態となる。よって、電極芯材の露出部と集電板の接続部との位置合わせが容易となるだけでなく、溶接強度が高くなり、集電効率が向上する。このような集電板を用い、アーク溶接を行う場合、凸面３０ｂの先端３３付近に集中してアークが飛散するため、意図した接続部３５で確実な溶接が可能となる。
【００５２】
第４実施形態
本実施形態に係る集電板は、絶縁層を有さない点以外、第３実施形態と同様の構造を有する。図７は、本実施形態に係る集電板の一例の断面図である。集電板５０は、波形の凹凸を厚み方向に有する。電極群の端面から突出する電極芯材の露出部は、集電板の他方の面における凹面５０ａに収容され、電極芯材の露出部と集電板の凹面とが互いに勘合した状態となる。
【００５３】
溶接の際には、凸面の先端５３付近、すなわち接続部５５に対応した開口を有する絶縁性マスクを介して、アークを集電板に照射する。アークは、絶縁性マスクには照射されず、開口から露出する凸面の先端５３付近に集中して照射される。よって、意図した接続部５５で確実な溶接が可能となる。
【実施例】
【００５４】
以下、本発明を円筒型リチウムイオン二次電池に適用した実施例について説明する。
《実施例１》
（１）正極の作製
正極活性物質であるコバルト酸リチウム粉末８５重量部と、導電剤である炭素粉末１０重量部と、結着剤であるポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）５重量部と、適量のＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）とを混合し、正極合剤ペーストを調製した。
【００５５】
正極合剤ペーストを、厚み１５μｍで、幅５６ｍｍのアルミニウム箔からなる正極芯材の両面に塗布した。ただし、正極芯材の長手方向に沿う一端部に幅６ｍｍの正極芯材の露出部を残し、正極合剤ペーストの塗膜の幅は５０ｍｍとした。その後、塗膜を乾燥させ、圧延し、厚み１５０μｍの正極を得た。
【００５６】
（２）負極の作製
負極活性物質である人造黒鉛粉末９５重量部と、結着剤であるＰＶＤＦを５重量部と、適量のＮＭＰと混合して、負極合剤ペーストを調製した。
【００５７】
負極合剤ペーストを、厚み１０μｍで、幅５７ｍｍの銅箔からなる負極芯材の両面に塗布した。ただし、負極芯材の長手方向に沿う一端部に幅５ｍｍの負極芯材の露出部を残し、負極合剤ペーストの塗膜の幅は５２ｍｍとした。その後、塗膜を乾燥させ、圧延し、厚み１６０μｍの負極を得た。
【００５８】
（３）電極群の作製
正極と負極との間に、幅５３ｍｍで、厚み２５μｍのポリプロピレン樹脂製微多孔膜をセパレータとして介在させ、これらを渦巻き状に捲回して電極群を作製した。ただし、図１Ｃに示すように、正極芯材の露出部と負極芯材の露出部とを、互いに反対側に配置し、正極芯材の露出部を一方の底面から、負極芯材の端面を他方の底面から突出させた。
【００５９】
正極と負極との短絡を防止する観点から、正極芯材の露出部が配された電極群の底面では、セパレータの端部を負極の端部よりも外側に突出させた。また、負極芯材の露出部が配された電極群の底面では、セパレータ３の端部を正極の端部よりも外側に突出させた。
【００６０】
（４）集電板の作製
厚み０．８ｍｍのアルミニウム板から、プレス加工により、直径２４ｍｍの円盤状の正極集電板を打ち抜いた。正極集電板の中央には直径７ｍｍの貫通孔を形成した。
同様に、厚み０．６ｍｍの銅板から、プレス加工により、直径２４ｍｍの円盤状の負極集電板を打ち抜いた。ただし、負極集電板には貫通孔は形成しなかった。
【００６１】
正極集電板および負極集電板それぞれの一方の面に、直径２ｍｍφの接続予定部を想定し、他方の面の所定領域には絶縁層を形成した。図８に示すように、接続予定部４２は、集電板４０の径方向に３点ずつ、十字状に設けることとした。ここで、正極集電板には、絶縁層を、接続予定部の裏面部およびリード溶接予定部を除く領域に形成した。また、負極集電板には、絶縁層を、接続予定部の裏面部および電池ケース底部との溶接予定部を除く領域に形成した。
【００６２】
絶縁層は、絶縁ペーストを用いて形成した。まず、セラミックス粒子である平均粒径０．５μｍのアルミナ４８重量部と、ポリアクリロニトリル変性ゴムからなる結着剤４重量部とを、約４０重量部のＮＭＰと混合して、絶縁ペーストを調製した。得られた絶縁ペーストを、集電板の所定面に８０μｍの厚さで塗布し、その後、塗膜を乾燥することにより、絶縁層を形成した。
【００６３】
（５）集電板の溶接
正極芯材の露出部が突出した電極群の端面に、正極集電板を当接し、ＴＩＧ溶接により、正極芯材の露出部を正極集電板の接続予定部に溶接した。ＴＩＧ溶接の条件は、電流値を１００Ａとし、溶接時間を１００ｍｓとした。
同様に、負極芯材の露出部が突出した電極群の端面に、負極集電板を当接し、ＴＩＧ溶接により、負極芯材の露出部を負極集電板の接続予定部に溶接した。ＴＩＧ溶接の条件は、電流値を１３０Ａとし、溶接時間を５０ｍｓとした。
【００６４】
（６）電池の作製
図２に示すような電池を以下の要領で作製した。
上記のように集電構造を形成した電極群を、上部が開口した円筒型の有底電池ケースに挿入した。その際、負極集電板を電池ケースの底部側に配した。その後、負極集電板を電池ケースの底部に抵抗溶接した。また、アルミニウム製の正極リードを介して、正極集電板を封口板に接続した。正極集電板と封口板との間には、短絡防止のための絶縁部材を配置した。
【００６５】
エチレンカーボネートとエチルメチルカーボネートとの体積比１：１の混合溶媒に、六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ6）を１ｍｏｌ／Ｌの濃度で溶解させて、非水電解質を調製した。電池ケースを加熱して乾燥させた後、電池ケースに非水電解質を注入し、電極群に十分に非水電解質を含浸させた。
【００６６】
その後、ガスケットを介して封口板に電池ケースの開口端をかしめ、電池ケースの開口を封口した。こうして直径２６ｍｍ、高さ６５ｍｍの円筒型リチウムイオン二次電池（サンプル１）を完成させた。サンプル１の電池容量は２６００ｍＡｈとした。
【００６７】
《実施例２》
以下の点以外、実施例１と同様の円筒型リチウムイオン二次電池（サンプル２）を作製した。
正極集電板および負極集電板に絶縁層を形成する工程をそれぞれ省略した。ただし、ＴＩＧ溶接の際、接続予定部を有する一方の面を電極群の端面に当接し、他方の面には、厚さ１ｍｍの窒化珪素からなる絶縁マスクを配置した。
絶縁マスクは、直径２ｍｍφの接続予定部の裏面部を除いて、集電板の他方の面を完全に覆う構造とした。溶接後、絶縁性マスクは集電板から撤去した。
【００６８】
《実施例３》
集電板の構造を変更した点以外、実施例１と同様の円筒型リチウムイオン二次電池（サンプル３）を作製した。集電板は以下の要領で作製した。
厚み０．８ｍｍのアルミニウム板から正極集電板を打ち抜く際、プレス金型を変更し、断面Ｖ字状の波形の凹凸を形成した。凹凸の振幅（高さ）は１ｍｍとし、凸部の先端および凹部の末端の角度は１２０°とした。凹凸の形状は、集電板の一方の面から見て同心円状であり、円盤の径方向に隣接する凹部同士もしくは凸部同士の間隔は２ｍｍとした。
【００６９】
同様に、厚み０．６ｍｍの銅板から負極集電板を打ち抜く際、プレス金型を変更し、正極集電板と同様の波形の凹凸を形成した。
両集電板において、絶縁層を形成する領域は、実施例１と同様とした。
【００７０】
《実施例４》
絶縁層を形成しなかった点以外、実施例３と同様の正極集電板および負極集電板を作製し、実施例２と同様に、絶縁性マスクを用いて、円筒型リチウムイオン二次電池（サンプル４）を作製した。
【００７１】
《比較例１》
絶縁性マスクを用いなかった点以外、実施例２と同様に、円筒型リチウムイオン二次電池（サンプル５）を作製した。
【００７２】
《比較例２》
絶縁性マスクを用いなかった点以外、実施例４と同様に、円筒型リチウムイオン二次電池（サンプル６）を作製した。
【００７３】
［評価方法］
サンプル１〜６のリチウムイオン二次電池を、各５０個準備し、以下のような評価を行った。
（極板群の端面と集電板との接合部の外観検査）
集電板を溶接した直後に、接合部を視認により観察した。結果を表１の「接合部の状態」欄に示す。
サンプル１〜４では、接続部において、未接合不良（集電板からの溶融金属が電極群の端面に到達していない状態）および電極芯材の破損は観察されなかった。一方、サンプル５、６では、全ての電池において、接続部に未接合不良が観察された。
【００７４】
（引張強度の測定）
サンプル１〜６の電池を５個ずつ抜き取って、ＪＩＳ  Ｚ２２４１に基づいて、接続部の引張強度を測定した。具体的には、引張試験機の一方の治具に電極群を保持させ、引張試験機の他方の治具に集電板を保持させた状態で、一定の速度で、引張試験機の軸方向（電極群と集電板とが互いに離れる方向）に引張り、接続部が破壊したときの荷重を引張強度とした。測定結果を表１の「引張強度」欄に示す。
サンプル１〜４では、全ての電池で引張強度が５０Ｎまたは５５Ｎ以上であり、高い強度であった。一方、サンプル５では、５個のうちの１個において、引張強度が２０Ｎ以下のものがあった。また、サンプル６でも、５個のうちの１個において、引張強度が３０Ｎ以下のものがあった。
【００７５】
（電池の内部抵抗の測定）
サンプル１〜６の電池の内部抵抗を測定した。具体的には、各電池に対して、１２５０ｍＡの定電流で４．２Ｖまで充電した後、１２５０ｍＡの定電流で３．０Ｖまで放電する充放電サイクルを３回繰り返した。その後、１ｋＨｚの交流を電池に印加して、電池の内部抵抗を測定し、接続状態を評価した。結果を表１の「内部抵抗」欄に示す。
サンプル１、２では、内部抵抗の平均値は５ｍΩ、サンプル３、４では内部抵抗の平均値は４ｍΩであり、そのばらつきはいずれも５％程度であった。一方、サンプル５では、内部抵抗の平均値は１０ｍΩであり、そのばらつきは３０％以上であった。また、サンプル６では、内部抵抗の平均値は５ｍΩであり、そのばらつきは１０％以上であった。
【００７６】
（出力電流の測定）
サンプル１〜６の電池の内部抵抗の測定値（Ｒ）から、平均出力電流（Ｉ）を計算した。電池を４．２Ｖまで充電した後、３Ｖまで放電した場合、Ｒ（抵抗）×Ｉ（電流）＝Δ１．２Ｖ（電圧）である。よって、Ｉ（電流）＝Δ１．２（電圧）／Ｒ（抵抗）となる。結果を表１に示す。
【００７７】
【表１】
2009153914.tif 000014
【００７８】
表１に示すように、本発明を適用した電池は、大電流放電が可能であり、高性能電池を安定して製造できることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
本発明は、例えばリチウムイオン二次電池、ニッケル水素電池二次電池等の密閉型蓄電池に適用できる。本発明は、捲回型のみならず、扁平型や積層型の電極群を有する電池にも適用でき、更には、二次電池と同様の集電構造を有する電気化学素子（例えば乾電池やコンデンサなど）に適用してもよい。
【００８０】
本発明は、大電流放電に適した集電構造を有する密閉型二次電池において特に有用であり、高出力を必要とする電動工具や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、蓄電用電源等に適用できる。
【符号の説明】
【００８１】
１    第１電極
１ａ  第１電極芯材の露出部
１ｂ  第１電極合剤層
２    第２電極
２ａ  第２電極芯材の露出部
２ｂ  第２電極合剤層
３    セパレータ
４    電極群
５    電池ケース
６    リード
７    封口板
８    ガスケット
１０    第１集電板
１０ａ、２０ａ、３５、５５  接続部
１０ｂ  貫通孔
１４、２４、３４    絶縁層
１５、２５    裏面部（金属面）
１７    絶縁部材
２０    第２集電板
２０ｂ  中央溶接部
２７    絶縁性マスク
２８    開口
３０、５０    集電板
３０ａ、５０ａ  凹面
３０ｂ、５０ｂ  凸面
３３、５３    凸部の先端
４０    集電板
４２    接続予定部
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１電極と第２電極とを、セパレータを介して、捲回もしくは積層してなる電極群と、第１電極と電気的接続を有する第１集電板とを具備し、
第１電極は、第１電極芯材および第１電極芯材に形成された第１電極合剤層を含み、
第２電極は、第２電極芯材および第２電極芯材に形成された第２電極合剤層を含み、
第１電極の一端部は、前記電極群の一端面において、第２電極の端部および前記セパレータの端部よりも突出しており、前記突出する第１電極の端部は、第１電極芯材の露出部を有し、
第１電極芯材の前記露出部は、第１集電板の一方の面の接続部と溶接されており、
第１集電板の他方の面には、前記接続部の裏面部を除く領域に、絶縁層が形成されている、電池。
【請求項２】
第１電極芯材の前記露出部と、第１集電板の接続部とが、アーク溶接により接続されている、請求項１記載の電池。
【請求項３】
前記絶縁層の厚さが、５μｍ以上である、請求項１記載の電池。
【請求項４】
前記絶縁層が、セラミックス粒子を含む、請求項１記載の電池。
【請求項５】
前記第１集電板が波形の凹凸を厚み方向に有し、前記接続部が前記凹凸の凹面に位置する、請求項１記載の電池。
【請求項６】
（i）第１電極芯材に第１電極合剤層を形成することにより、一端部に第１電極芯材の露出部を有する第１電極を得る工程、
（ii）第２電極芯材に第２電極合剤層を形成することにより、第２電極を得る工程、
（iii）第１電極と第２電極とを、セパレータを介して、捲回もしくは積層することにより、一端面において、第２電極の端部および前記セパレータの端部よりも第１電極芯材の前記露出部が突出した電極群を構成する工程、
（iv）一方の面に接続予定部を有し、他方の面に、前記接続予定部の裏面部を除く領域に、絶縁層が形成されている第１集電板を準備する工程、および
（v）第１集電板の前記他方の面からアークを放射して、第１電極芯材の前記露出部を、第１集電板の前記接続予定部と溶接する工程、を有する電池の製造方法。
【請求項７】
（i）第１電極芯材に第１電極合剤層を形成することにより、一端部に第１電極芯材の露出部を有する第１電極を得る工程、
（ii）第２電極芯材に第２電極合剤層を形成することにより、第２電極を得る工程、
（iii）第１電極と第２電極とを、セパレータを介して、捲回もしくは積層することにより、一端面において、第２電極の端部および前記セパレータの端部よりも第１電極芯材の前記露出部が突出した電極群を構成する工程、
（iv）一方の面に接続予定部を有する第１集電板を準備する工程、
（v）第１集電板の他方の面に、前記接続予定部と対向する開口を有する絶縁性マスクを配置する工程、および
（vi）第１集電板の前記他方の面からアークを放射して、第１電極芯材の前記露出部を、第１集電板の前記接続予定部と溶接する工程、を有する電池の製造方法。
【請求項８】
工程（vi）の後、第１集電板の前記他方の面から、前記絶縁性マスクを撤去する工程を有する、請求項７記載の電池の製造方法。
【請求項９】
前記第１集電板が波形の凹凸を厚み方向に有し、前記接続予定部が前記凹凸の凹面に位置する、請求項６記載の電池の製造方法。
【請求項１０】
前記第１集電板が波形の凹凸を厚み方向に有し、前記接続予定部が前記凹凸の凹面に位置する、請求項７記載の電池の製造方法。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１Ａ】
2009153914.tif 000015
【図１Ｂ】
2009153914.tif 000016
【図１Ｃ】
2009153914.tif 000017
【図２】
2009153914.tif 000018
【図３】
2009153914.tif 000019
【図４】
2009153914.tif 000020
【図５】
2009153914.tif 000021
【図６】
2009153914.tif 000022
【図７】
2009153914.tif 000023
【図８】
2009153914.tif 000024
【国際調査報告】
2009153914.tif 000025
2009153914.tif 000026
2009153914.tif 000027
2009153914.tif 000028