(57)【要約】  一対の電極板を備えた電極板装置であり、電極板が異種材料（ａ、ｂ）から形成された集電体を備えており、電極タップがそれぞれの集電体に形成されており、且つ各集電体の電極タップを除いた各集電体の少なくとも一つの主面に電極活物質が適用されている構造に構成されている電極板装置において、材料（ｂ）から形成された金属片が、材料（ａ）から形成された集電体の端部に溶着されて前記電極タップを形成しており、電極活物質は金属片が前記集電体に溶着された後に集電体に適用されたものである、電極板装置が開示されている。さらに、この電極板装置の製造方法も開示されている。本発明による電極板は、電極板を備えた２個のバッテリーセルを互いに直列に接続してバッテリーモジュールを製造するとき、カソード端子とアノード端子との間の溶接性を向上できる効果がある。さらに、本発明による電極板は、塩を含む雰囲気中での耐腐食性を向上できる効果がある。
2009541971.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の電極板を備えた電極板装置であって、
前記電極板が、前記電極板が異種材料（ａ、ｂ）から形成された集電体を備えており、電極タップがそれぞれの集電体に形成されており、且つ各集電体の電極タップを除いた各集電体の少なくとも一つの主面に電極活物質が適用されている構造に構成されてなり、
前記材料（ｂ）から形成された金属片が、前記材料（ａ）から形成された集電体の端部に溶着されて前記電極タップを形成しており、
前記電極活物質が前記金属片が前記集電体に溶着された後に前記集電体に適用されたものである、電極板装置。
【請求項２】
前記金属片の前記集電体への溶着がレーザーシーム溶接又は抵抗溶接によりおこなわれたものである、請求項１に記載の電極板装置。
【請求項３】
前記材料（ｂ）から形成された前記金属片が、前記材料（ａ）から形成された前記集電体、あるいは前記集電体から突き出ている小さな溶着部に直接溶着されている、請求項１に記載の電極板装置。
【請求項４】
前記電極板対のうちの一つの電極板、すなわち、前記材料（ａ）から形成された前記電極板がアルミニウムから形成された集電体を備えており、
前記電極板対のうちの他の電極板、すなわち、前記材料（ｂ）から形成された前記電極板が銅から形成された集電体を備えている、請求項１に記載の電極板装置。
【請求項５】
銅から形成された金属片がアルミニウムから形成された前記集電体に溶着されて電極タップ（第一電極タップ）を形成しており、
銅から形成された前記集電体が前記集電体と同じ材料、すなわち、銅から形成されている電極タップ（第二電極タップ）を備えており、
前記電極タップが前記集電体から延びている、請求項４に記載の電極板装置。
【請求項６】
前記第一電極タップと前記第二電極タップが同じ長さを有している、請求項１に記載の電極板装置。
【請求項７】
アルミニウムから形成された前記集電体が、そこから突出した溶着部を有しており、
前記溶着部の長さが前記第二電極タップの長さの１／４〜２／３であり、
銅から形成された金属片がアルミニウムから形成された前記集電体の前記溶着部に溶着されて、前記第二電極タップとほぼ同じ大きさの前記第一電極タップを形成している、請求項６に記載の電極板装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の電極板装置の製造方法であって、
（ｉ）材料（ｂ）から形成された複数の金属片を、材料（ａ）から形成された長いシート状集電体（Ａ）に溶着して、複数の電極タップ（第一電極タップ）を形成する工程と、
（ｉｉ）前記第一電極タップを形成した領域を除く前記集電体（Ａ）の少なくとも一つの主面に電極活物質を適用する工程と、
（ｉｉｉ）材料（ｂ）から形成された長いシート状集電体（Ｂ）の少なくとも一つの主面に電極活物質を適用するが、但し、前記集電体（Ｂ）から延びている前記集電体（Ｂ）と同じ材料（ｂ）から形成された複数の電極タップ（第二電極タップ）が形成された領域を除いて適用する工程と、
（ｉｖ）前記活物質を適用した前記２つの集電体（Ａ、Ｂ）を、前記電極タップの少なくとも一つを含む所定のサイズに切断する工程を含む、製造方法。
【請求項９】
前記工程（ｉ）の代わりに、材料（ｂ）から形成された長い金属ストリップを、材料（ａ）から形成された前記長いシート状集電体（Ａ）に溶着して、前記電極タップ（第一電極タップ）に相当する領域を形成することを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
電極アセンブリを備えたバッテリーセルであって、
前記電極アセンブリが、請求項１〜７のいずれか１項に記載の複数の電極板が順次積層されている構造に構成されてなり、
前記電極タップと同じ材料から形成された電極リードが前記電極板から突き出ている電極タップの端部に接続されている、バッテリーセル。
【請求項１１】
前記電極リードが、超音波溶接により前記電極タップに接続されている、請求項１０に記載のバッテリーセル。
【請求項１２】
前記電極リードが、銅から形成されたものである、請求項１０に記載のバッテリーセル。
【請求項１３】
前記電極アセンブリが、金属層と樹脂層とを含む積層シートから形成されたバッテリーケースに取り付けられたものである、請求項１０に記載のバッテリーセル。
【請求項１４】
前記電極リードがバッテリーケースと接触している領域に、絶縁フィルムが、前記電極リードの上面と下面に取り付けられて、前記バッテリーケースと前記電極リードとの間の絶縁がなされている、請求項１３に記載のバッテリーセル。
【請求項１５】
高出力且つ大容量の中型又は大型バッテリーモジュールであって、
前記バッテリーモジュールが請求項１０に記載の複数のバッテリーセルを単位セルとして備えているものである、バッテリーモジュール。
【請求項１６】
前記バッテリーセルの少なくとも一部が互いに直列に接続されて、前記バッテリーセルのカソードとアノードが互いに直結し、前記バッテリーモジュールの高出力を可能にしている、請求項１５に記載のバッテリーモジュール。
【発明の詳細な説明】
【発明の分野】
【０００１】
本発明は、バッテリーセル用電極板に関する。より詳細には、本発明は、一対の電極板を備えた電極板装置であり、前記電極板が異種材料（ａ、ｂ）から形成された集電体を備えており、電極タップがそれぞれの集電体に形成されており、且つ各集電体の電極タップを除いた各集電体の少なくとも一つの主面に電極活物質が適用されている構造に構成されている電極板装置において、前記材料（ｂ）から形成された金属片が、前記材料（ａ）から形成された集電体の端部に溶着されて前記電極タップを形成しており、前記電極活物質は前記金属片が前記集電体に溶着された後に前記集電体に適用されたものである、電極板装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、充放電できる二次電池が、ワイヤレス携帯機器用エネルギー源として広く使用されている。また、二次電池は、化石燃料を用いた既存のガソリン自動車及びディーゼル自動車により生じる空気汚染等の問題を解決するために開発された電気自動車（ＥＶ）及びハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）用電源としてもかなり注目されている。
【０００３】
小型携帯機器は、各機器には一つ又は数個のバッテリーセルを使用している。一方、車両等の中型又は大型装置では、中型又は大型装置には高出力及び大容量が必要であることから、複数の互いに電気的に接続されたバッテリーセルを備えた中型又は大型バッテリーモジュールが使用されている。
【０００４】
好ましくは、中型又は大型バッテリーモジュールは、可能ならば小サイズ、軽重量で製造される。このため、高集積度で積層でき且つ重量対容量比が小さい、角柱バッテリー又はポーチ状バッテリーを、通常中型又は大型バッテリーモジュールのバッテリーセルとして使用する。とりわけ、現在、被覆部材としてアルミニウム積層シートを使用したポーチ状バッテリーに大きな関心がもたれるようになってきている。これは、ポーチ状バッテリーが軽量であること、ポーチ状バッテリーの製造コストが低いことによる。
【０００５】
ポーチ状バッテリーは、カソードとアノードとの間にそれぞれセパレータを配置しながら複数のカソードと複数のアノードとを順次積層した構造に構成された電極アセンブリを備えている。カソードとアノードから、複数のカソードタップ及び複数のアノードタップが突き出ている。これらのカソードタップ及びアノードタップは、溶着によりそれぞれカソードリード及びアノードリードに結合されて外部入力端子及び外部出力端子を形成している。ポーチ状バッテリーでは、カソードは通常アルミニウムから形成されており、一方、アノードは通常銅から形成されている。具体的には、各カソードを構成しているカソード集電体、カソードタップ及びカソードリードはアルミニウムから形成されており、一方、各アノードを構成しているアノード集電体、アノードタップ及びアノードリードは銅から形成されている。したがって、カソード及びアノードを構成している部品が溶着により互いに結合しているけれども、多量の熱は発生しない。
【０００６】
一方、中型又は大型バッテリーモジュールでは、高出力を得るために、バッテリーセルが互いに直列に接続されている。
【０００７】
ポーチ状バッテリーセルは、アルミニウムから形成されたカソードリードと銅から形成されたアノードリードとの間に位置するカップリングを介して互いに接続されている。この接続は溶着によりおこなうことができる。しかしながら、異種材料から形成された２つの電極リードを溶着により互いに結合したときには、多量の熱が発生する。発生した熱は、電極集電体に適用した電極活物質に伝わり、その結果、電極活物質が劣化する。また、バッテリーセルが、塩等の腐食を生じる材料を含む環境にさらされると、アルミニウムの腐食性が比較的大きいために、バッテリーセル間の接続部で腐食が生じる可能性が高くなる。
【０００８】
上記の問題を解決するために、日本国特許公開公報第２００４−２４７２４４号は、銅とアルミニウムから形成されたカソードリード及び銅から形成されたアノードリードを用いてバッテリーセルを構成する技術を開示している。具体的には、銅をカソードリードのアルミニウム端に接合し、接合領域を電気絶縁部材で覆って、カソードリードとアノードリードが、それらの間の電気接続領域が同じ材料から形成されるようにすることにより、溶接プロセスが熱を発生することなく容易におこなうことができる。しかしながら、カソードリードの銅部とアルミニウム部の間の接合領域は、溶着ではなく樹脂を適用することにより形成されたものであり、そして銅部とアルミニウム部が互いに接触しているので、この接合領域での銅とアルミニウムとの間の結合力は小さい。さらに、バッテリーセルの電気電導中の接続抵抗が増加する。さらに、銅／アルミニウム接合領域が電極リード上に位置しており、したがって、銅／アルミニウム接合領域がバッテリーケースの封止領域に隣接する可能性がある。このため、バッテリーケースの封止部のサイズを大きくする必要がある。一方、電極アセンブリと封止部との間の空間、すなわち、電極タップと電極リードが互いに結合されている領域の空間が増加するので、バッテリーの安全性が低下するとともに、バッテリーのサイズが増加する。
【０００９】
また、日本国特許公開公報第２００５−３３９９３１号は、銅から形成されたアノードリードの他にアルミニウムから形成されたカソードリードを備えた各バッテリーセルの外に突き出ているアノードリードの突出部をアルミニウムでコーティングし、カソードリードとアノードリードにスルーホールを形成することにより、溶着せずにバッテリーセル間を結合し、したがって、バッテリーセル間の結合領域での腐食を防止する技術を開示している。
【００１０】
しかしながら、上記の技術では、アノードリードにアルミニウムをコーティングする過程でメッキ等の追加のプロセスが必要である。その結果、製造方法が複雑であり、したがって、バッテリーセルの製造コストが増加する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
したがって、バッテリーセルを互いに直列に接続する際のカソードリードとアノードリードとの間の溶接性を向上、及び塩を含む雰囲気中での腐食抵抗を向上させる技術が非常に必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
したがって、本発明は、上記の問題及び解決すべき他の技術上の問題を解決するためになされたものである。
【００１３】
本発明の目的は、２つの隣接するバッテリーセルを互いに直列に接続してバッテリーモジュールを製造する際のカソードリードとアノードリードとの溶接性を向上することができる電極板を提供することである。
【００１４】
本発明の別の目的は、塩を含む雰囲気中での腐食抵抗を向上させることができる電極板を提供することである。
【００１５】
本発明のさらなる目的は、上記電極板の製造方法、上記電極板の製造方法により製造された電極板を備えたバッテリーセル、及び複数のバッテリーセルを単位セルとして備えた中型又は大型のバッテリーモジュールを提供することである。
【００１６】
本発明の一態様によれば、上記及び他の目的は、一対の電極板を備えた電極板装置であり、前記電極板が異種材料（ａ、ｂ）から形成された集電体を備えており、電極タップがそれぞれの集電体に形成されており、且つ各集電体の電極タップを除いた各集電体の少なくとも一つの主面に電極活物質が適用されている構造に構成されている電極板装置において、前記材料（ｂ）から形成された金属片が、前記材料（ａ）から形成された集電体の端部に溶着されて前記電極タップを形成しており、前記電極活物質は前記金属片が前記集電体に溶着された後に前記集電体に適用されたものである、電極板装置を提供することにより達成することができる。
【００１７】
本発明による電極板においては、カソード集電体及びアノード集電体は異種材料（ａ、ｂ）から形成され、一方、カソード集電体及びアノード集電体から突き出た電極タップは同じ材料（ｂ）から形成されている。
【００１８】
したがって、バッテリーセルを本発明による電極板を用いて製造するとき、バッテリーセルから突き出たカソードタップ及びアノードタップを、同じ材料から形成するので、カソードタップ及びアノードタップと同じ材料から形成された電極リードをカソードタップ及びアノードタップに結合することができる。
【００１９】
その結果、複数のバッテリーセルを互いに電気的に接続するとき、同じ材料から形成された電極リードを互いに結合することにより、電極タップと電極リードとの間の溶接性及びそれぞれの電極リード間の溶接性が向上する。また、異種材料間の結合領域は電極タップ上に位置しているので、バッテリーセルのサイズは増加せず、そして従来のバッテリーセルとサイズが同じであるバッテリーケースの封止部での封止性は減少しない。さらに、材料（ａ）が比較的高い耐腐食性を有している場合には、材料（ａ）をバッテリーセルの内部に位置されることにより、塩を含む雰囲気中での耐腐食性を向上させる。
【００２０】
好ましくは、金属片の集電体への溶着は、レーザーシーム溶接又は抵抗溶接によりおこなう。一般的に、レーザーシーム溶接又は抵抗溶接により、高結合力が得られる。しかしながら、結合領域では多量の熱が発生する。したがって、レーザーシーム溶接又は抵抗溶接を、電極活物質が適用された集電体から突き出ている電極タップに対しておこなうと、溶接熱が集電体に伝わり、その結果、電極活物質が劣化し、したがって、結合力が低下する。このため、溶接プロセスは、結合力は低いけれども溶接熱量が比較的小さいことから、通常超音波溶接方法を用いておこなう。
【００２１】
一方、本発明によれば、金属片を集電体に溶着して電極タップを形成した後、電極活物質を集電体に適用する。その結果、高結合力が得られるレーザーシーム溶接又は抵抗溶接を使用することができる。
【００２２】
材料（ｂ）から形成された金属片を、材料（ａ）から形成された集電体に直接溶着してもよい。しかしながら、好ましくは、材料（ｂ）から形成された金属片を、集電体から突き出た小サイズの溶着部に溶着する。集電体の溶着部により、金属片の溶接操作がさらに容易になる。
【００２３】
好ましい実施態様によれば、電極板対を構成している電極板のうちの一つ、すなわち、材料（ａ）から形成された電極板はアルミニウムから形成された集電体を備えており、電極板対を構成している電極板のうちの他の電極板、すなわち、材料（ｂ）から形成された電極板は銅から形成された集電体を備えている。例えば、アルミニウムから形成された集電体をカソード板として使用するとき、銅から形成された集電体をアノード板として使用してもよい。
【００２４】
この場合、銅から形成された金属片をアルミニウムから形成された集電体に溶着して電極タップ（第一電極タップ）を形成し、銅から形成された集電体は集電体と同じ材料、すなわち、銅から形成された電極タップ（第二電極タップ）を備えている。電極タップは集電体から延びている。好ましくは、第一電極タップと第二電極タップは、同じ長さを有している。好ましい実施態様によれば、上記したように、アルミニウムから形成された前記集電体が、そこから突出した溶着部を有しており、前記溶着部の長さが前記第二電極タップの長さの１／４〜２／３であり、銅から形成された金属片がアルミニウムから形成された前記集電体の前記溶着部に溶着されて、前記第二電極タップとほぼ同じ大きさの前記第一電極タップを形成している。
【００２５】
本発明の別の態様によれば、上記したように構成された電極板の製造方法であって、（ｉ）材料（ｂ）から形成された複数の金属片を、材料（ａ）から形成された長いシート状集電体（Ａ）に溶着して、複数の電極タップ（第一電極タップ）を形成する工程と；（ｉｉ）前記第一電極タップを形成した領域を除く前記集電体（Ａ）の少なくとも一つの主面に電極活物質を適用する工程と；（ｉｉｉ）材料（ｂ）から形成された長いシート状集電体（Ｂ）の少なくとも一つの主面に電極活物質を適用するが、但し、前記集電体（Ｂ）から延びている前記集電体（Ｂ）と同じ材料（ｂ）から形成された複数の電極タップ（第二電極タップ）が形成された領域を除いて適用する工程と；（ｉｖ）前記活物質を適用した前記２つの集電体（Ａ、Ｂ）を、前記電極タップの少なくとも一つを含む所定のサイズに切断する工程とを含む、製造方法が提供される。
【００２６】
好ましい実施態様によれば、前記方法は、前記工程（ｉ）の代わりに、材料（ｂ）から形成された長い金属ストリップを、材料（ａ）から形成された前記長いシート状集電体（Ａ）に溶着して、前記電極タップ（第一電極タップ）に相当する領域を形成する工程を含む。この場合、金属ストリップを工程（ｉｖ）で第一電極タップの形態に切断してもよい。
【００２７】
本発明の別の態様によれば、上記したように構成した電極板を備えたバッテリーセルが提供される。具体的には、バッテリーセルは、複数の電極板が順次積層されている構造に構成された電極アセンブリを備えており、前記電極板と同じ材料から形成された電極リードが前記電極板から突き出ている電極タップの端部に接続されている。
【００２８】
電極リードは、種々の方法で電極タップに接続できる。好ましくは、電極リードは、超音波溶接により電極タップに接続されている。この理由は、同じ材料から形成された電極タップと電極リードを互いに接続するとき、超音波溶接のみを使用して所望の結合力を十分に得ることができるからである。すなわち、集電体に適用した電極活物質への熱伝導を最小限に抑えながら、電極タップと電極リードとの間の電気的接続をおこなうことができる。
【００２９】
一方、電極リードを電極タップに接続した後に、電極活物質を集電体に適用するとき、電極タップと電極リードとの間の接続は上記したようにレーザーシーム溶接又は抵抗溶接によりおこなうことができる。
【００３０】
電極リードが電極リードを接続した電極タップと同じ材料から形成されている限り、電極リードの材料は特に限定されない。すなわち、電極リードは種々の材料から形成することができる。具体的には、本発明によるバッテリーセルのカソードタップ及びアノードタップの外端は上記したように同じ材料から形成されており、したがって、カソードタップ及びアノードタップに接続したカソードリード及びアノードリードは同じ材料から形成されていてもよい。
【００３１】
この構造では、電極リードが銅から形成されていることが好ましい。
【００３２】
本発明によるバッテリーセルは、積層シート、好ましくは金属層及び樹脂層を備えたアルミニウム積層シートから形成されたバッテリーセルに取り付けられた電極アセンブリを備えたポーチ状バッテリーに使用することが好ましい。
【００３３】
好ましくは、絶縁フィルムが、前記電極リードの上面と下面であって、前記電極リードがバッテリーケースと接触している領域に取り付けられていることにより、前記バッテリーケースと前記電極リードとの間の絶縁がなされている。
【００３４】
本発明のさらなる態様によれば、高出力且つ大容量の中型又は大型バッテリーモジュールであって、前記バッテリーモジュールが複数のバッテリーセルを単位セルとして備えているものである、バッテリーモジュールが提供される。
【００３５】
好ましくは、前記バッテリーセルのカソードとアノードが互いに直結するように、前記バッテリーセルの少なくとも一部が互いに直列に接続されていることにより、前記バッテリーモジュールの高出力を可能にしている。本発明によるバッテリーモジュールにおいて、カソードリードとアノードリードは同じ材料から形成されており、したがって、追加のバスバーを用いることなくバッテリーセル間に所望の電気的接続をおこなうことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
本発明の上記及び他の目的、特徴及び他の利点は、添付図面とともに以下の詳細な説明からより明瞭に理解できるであろう。
【図１】本発明の好ましい実施態様による複数の電極板を備えたバッテリーセルを示す分解斜視図である。
【図２】バッテリーセルを組み立てた後の図１に示すバッテリーセルの正面透視図である。
【図３】本発明の典型的な方法によるカソード板の製造方法を示す正面図である。
【図４】本発明の典型的な方法によるカソード板の製造方法を示す正面図である。
【図５】本発明の典型的な方法によるカソード板の製造方法を示す正面図である。
【図６】本発明の別の典型的な方法によるカソード板の製造方法を示す正面図である。
【図７】本発明の別の典型的な方法によるカソード板の製造方法を示す正面図である。
【図８】本発明の別の典型的な方法によるカソード板の製造方法を示す正面図である。
【図９】２つのバッテリーセル（それらのうちの一つは図１に示すものである）を互いに接続することにより製造されたバッテリーモジュールを示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
ここで、本発明の好ましい実施態様を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。しかしながら、本発明の範囲は、説明する実施態様には限定されない。
【００３８】
図１は、本発明の好ましい実施態様による複数の電極板を備えたバッテリーセルを示す分解斜視図である。説明の面からの便宜上、図面では一部の電極タップを省略している。
【００３９】
図１では、バッテリーセル６００は、電極アセンブリ４００を備えている。電極アセンブリ４００は、複数のカソード板１００、１０１、１０２・・・と複数のアノード板２００、２０１、２０２・・・とを順次積層した構造であって、カソード板１００、１０１、１０２・・・とアノード板２００、２０１、２０２・・・とのそれぞれの間にセパレータ３００を配置してバッテリーケース５００に取り付けた構造に構成されている。
【００４０】
カソード板１００は、カソード活物質１２０をカソード集電体１１０に適用して備えている。カソードタップ１３０は、カソード板１００の反対端から突き出ている。各カソードタップ１３０は、銅から形成された金属片（以下、銅片１５０と称する）をアルミニウムから形成されたカソード集電体１１０から突き出た小サイズの溶着部１４０に溶着された構造に構成されている。
【００４１】
一方、アノード板２００は、アノード活物質２２０をアノード集電体２１０に適用して備えている。アノードタップ２３０は、アノード板２００の反対端から突き出ている。
【００４２】
カソード板１００、１０１、１０２・・・とアノード板２００、２０１、２０２・・・が積層された構造において、カソード板１００、１０１、１０２・・・及びアノード板２００、２０１、２０２・・・から突き出ている複数のカソードタップ１３０及び複数のアノードタップ２３０はそれぞれ更なる電極リード４１０及び更なる電極リード４２０に接続されている。この構造は、バッテリーセルを組み立てた後の図１のバッテリーセルを模式的に示している図２の正面透視図に明瞭に示されている。
【００４３】
図２において、バッテリーセル６００は、カソードリード４１０とアノードリード４２０がバッテリーケース５００の対向端からバッテリーケース５００の外に突き出ている構造に構成されている。
【００４４】
カソードリード４１０とアノードリード４２０は、銅から形成されている。カソードリード４１０とアノードリード４２０は、それぞれカソードタップ１３０及びアノードタップ２３０の銅片１５０に接続されている。更なる絶縁フィルム４３０が、バッテリーケース５００の封止領域２１０のカソードリード４１０及びアノードリード４２０に適用されている。
【００４５】
図３〜図５は、本発明の典型的な方法によるカソード板の製造方法を示す模式的正面図である。
【００４６】
これらの図において、複数の銅片１５０、１５１、１５２・・・が、長いシート型アルミニウム集電体１１０ａの所定の領域に溶接で固定されており、カソード活物質１２０が集電体１１０ａに適用されており、そしてこの集電体１１０ａを図５に示すように切断してカソード板１１０を製造する。カソード板１１０は、カソードタップ１３０を備えていてもよい。このカソードタップ１３０は、銅片１５０、１５１、１５２・・・がチャンファー構造Ａに固定されている集電体１１０aの領域の対向側部を切断することによる、銅片１５０とアルミニウム集電体１１０ａとの間の溶着部１４０により構成されている。
【００４７】
図６〜図８は、本発明の別の典型的な方法によるカソード板の製造方法を示す模式的正面図である。
【００４８】
これらの図に示されている製造方法は、長い銅ストリップ１６０が溶接によりアルミニウム集電体１１０ａに固定された後銅ストリップ１６０を切断することを除いて、図３及び図４に示した製造方法と同じである。
【００４９】
図９は、２つのバッテリーセル（それらのうちの一つは図１に示すものである）を互いに接続することにより製造されたバッテリーモジュールを示す模式的斜視図である。
【００５０】
図９において、バッテリーモジュール７００は、２つのバッテリーセル（第一バッテリーセル１００及び第二バッテリーセル１０１）を備えている。第一バッテリーセル１００はカソードリード４１０とアノードリード４２０を有しており、第二バッテリーセル１０１はカソードリード４１２とアノードリード４２２を有しており、カソードリード４１０、４１２及びアノードリード４２０、４２２の全ては銅から形成され、カソードリード４１０、４１２及びアノードリード４２０、４２２はそれぞれバッテリーセル１００及び１０１の対向端から突き出ている。これらの２つのバッテリーセル１００及び１０１は、第一バッテリーセル１００のカソードリード４１０と第二バッテリーセル１０１のアノードリード４２２との間の結合により互いに直列に接続されている。このとき、カソードリード４１０とアノードリード４２２の両方が銅から形成されているので、カソードリード４１０とアノードリード４２２とを溶接により容易に結合することができる。
【実施例】
【００５１】
以下、本発明の実施例をより詳細に説明する。しかしながら、本発明の範囲は、これらの実施例には限定されない。
【００５２】
［実施例１］
長さ５ｃｍ、幅１ｃｍ及び厚さ５００μｍの２枚の矩形銅シートを銅シートの長手方向に約１ｃｍだけ銅シートの端部が互いに重なるように超音波溶接機上に配置し、溶接ヘッドを銅シート間の重なり領域と接触させ、周波数約４０ＫＨｚの超音波エネルギーを銅シート間の重なり領域に加えた。このようにして、超音波溶接をおこなった。
【００５３】
［比較例１］
長さ５ｃｍ、幅１ｃｍ及び厚さ５００μｍの矩形銅シートと、矩形銅シートと同じサイズの矩形アルミニウムシートを使用した以外は、２枚の金属シートを実施例１と同様の方法により超音波溶接で互いに固定した。
【００５４】
［実験例１］
実施例１及び比較例１で溶着した金属シートの溶着強さを、ＡＳＴＭ試験法により測定した。測定結果から、実施例１で溶着した金属シートの溶着強さは１１．１ｋｇ／ｃｍ２であることが分かった。一方、測定結果から、比較例１で溶着した金属シートの溶着強さは７．８ｋｇ／ｃｍ２であることが分かった。この結果が得られた理由は、同じ材料（銅）のシート間の溶接性が異種材料（銅とアルミニウム）のシート間の溶接性よりも優れていたことによる。
【００５５】
［実施例２］
２−１カソード板の製造
図６に示すように、長い銅ストリップを、長いシート型アルミニウム箔の所定の領域にレーザーシーム溶接により接続した。ＬｉＣｏＯ２９５重量％と、Ｓｕｐｅｒ−Ｐ（導電剤）２．５重量％と、ＰＶｄｆ（結合剤）２．５重量％とを、溶媒としてのＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）に添加することにより調製したカソード混合物スラリーを、アルミニウム箔の対向主面に適用した。続いて、図８に示すようにアルミニウム箔を切断して、一方の側にカソードタップを形成したカソード板を製造した。
【００５６】
２−２．アノード板の製造
人工黒鉛９５重量％と、Ｓｕｐｅｒ−Ｐ（導電剤）２．５重量％と、ＰＶｄｆ（結合剤）２．５重量％とを、溶媒としてのＮＭＰに添加することにより調製したアノード混合物スラリーを、長いシート型銅箔の対向主面に適用した。続いて、銅箔を切断して図８に示すチャンファー構造として、一方の側にアノードタップが形成されたアノード板を製造した。
【００５７】
２−３．バッテリーセルの製造
上記２−１に記載した方法により製造したカソード板と上記２−２に記載した方法により製造したアノード板を積層した。この際、セパレータを各カソード板とアノード板との間に配置した。カソード板及びアノード板の対向端から突き出ているカソードタップとアノードタップを、銅から形成されたカソードリード及び銅から形成されたアノードリードにそれぞれ接続した。この電極アセンブリをバッテリーケースに取り付け、電解質を電極アセンブリに注入した。このようにして、バッテリーセルを製造した。
【００５８】
２−４．バッテリーモジュールの製造
上記２−３に記載した方法で製造した３個のバッテリーセルを、互いに直列に接続してバッテリーモジュールを製造した。超音波溶接により、バッテリーセルの電極リード間の接続をおこなった。
【００５９】
［比較例２］
各カソード板が一端にアルミニウムから形成されたカソードタップを備えたものであり、そして各カソードリードがアルミニウムから形成されたものであることを除いて、実施例２と同様の方法によりバッテリーモジュールを製造した。
【００６０】
［実験例２］
実施例２で製造したバッテリーモジュールの電極リードと比較例２で製造したバッテリーモジュールの電極リードとの間の結合力の差を確認するために、電極リード間の接続領域を、接続領域が破壊されるまで電極リードを引っ張って、接続領域の引張り力を測定した。測定結果から、実施例１で製造したバッテリーセルを備えたバッテリーモジュールの電極リード間の結合力は、比較例１で製造したバッテリーセルを備えたバッテリーモジュールの電極リード間の結合力の約１．５倍であった。この結果が得られた理由は、同じ材料、すなわち、銅から形成されたカソードリードとアノードリードを互いに結合した実施例２で製造したバッテリーモジュールが、カソードリードとアノードリードを超音波溶接により互いに結合したときに、比較例２で製造したバッテリーモジュールよりも優れた結合力を有していることによるものである。
【００６１】
［比較例３］
電極活物質をカソード集電体の対向主面に適用し、銅タップを、カソード集電体の電極活物質が適用されなかった領域にレーザーシーム溶接により接続した後、カソード集電体を切断した以外は、実施例２の上記２−１〜２−３に記載の方法によりバッテリーセルを製造した。
【００６２】
［比較例４］
バッテリーセルを互いに直列に接続するときに、電極リード間の結合をレーザーシーム溶接によりおこなった以外は、実施例２と同様の方法でバッテリーモジュールを製造した。
【００６３】
［実験例３］
最初に、実施例２及び比較例３で製造したバッテリーセルのサイクル特性を、１０Ｃレートパルスサイクル条件で試験した。試験結果から、比較例３で製造したバッテリーセルが、充放電サイクル中に、実施例２で製造したバッテリーセルよりも早く容量の減少が生じることが分かった。具体的には、比較例３で製造したバッテリーセルの容量は、実施例２で製造したバッテリーセルの容量と比較して１００サイクルで約２０％減少した。また、比較例３で製造したバッテリーセルの容量は、実施例２で製造したバッテリーセルの容量と比較して２００サイクルで約２８％減少した。この結果が得られたのは、活物質を適用して備えているカソード集電体に対してレーザーシーム溶接をおこなったときに活物質の一部が伝導熱で劣化したことによるものである。
【００６４】
さらに、実施例２及び比較例４で製造したバッテリーモジュールのサイクル特性を、１０Ｃレートパルスサイクル条件で試験した。試験結果から、比較例４で製造したバッテリーモジュールの出力が、実施例２で製造したバッテリーモジュールの出力と比較して２００サイクルで約３４％減少した。また、比較例４で製造したバッテリーモジュールの容量は、実施例２で製造したバッテリーモジュールの容量と比較して２００サイクルで約２６％減少した。この結果が得られた理由は、電極リードを接続するのにレーザーシーム溶接をおこなったときに、発生した高温の熱により活物質の一部が劣化したために、比較例４で製造したバッテリーモジュールの容量及び出力が高出力条件でかなり減少したことにある。一方、実施例２で製造したバッテリーモジュールについては、電極リード間の接続を熱の発生量が比較的すくない超音波溶接によりおこなったので、実施例２で製造したバッテリーモジュールは、高出力充放電条件であっても、高出力及び高容量維持率を示した。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
以上の説明から明らかなように、本発明による電極板は、電極板を備えた２個のバッテリーセルを互いに直列に接続してバッテリーモジュールを製造するとき、カソード端子とアノード端子との間の溶接性を向上できる効果がある。さらに、本発明による電極板は、塩を含む雰囲気中での耐腐食性を向上できる効果がある。
【００６６】
本発明の好ましい実施態様を説明の目的で開示したが、当業者には、添付の特許請求の範囲に開示されている本発明の範囲及び精神から逸脱することなく、種々の修正、追加及び置換が可能であることは理解できるであろう。
【図１】
2009541971.tif 000003
【図２】
2009541971.tif 000004
【図３】
2009541971.tif 000005
【図４】
2009541971.tif 000006
【図５】
2009541971.tif 000007
【図６】
2009541971.tif 000008
【図７】
2009541971.tif 000009
【図８】
2009541971.tif 000010
【図９】
2009541971.tif 000011
【国際調査報告】
2009541971.tif 000012
2009541971.tif 000013
2009541971.tif 000014