(57)【要約】【課題】溶接エネルギーが集電端子のスリットを通り抜けることによる電極体への損傷の発生が抑制された、二次電池の製造方法を提供する。【解決手段】ここに開示される二次電池の製造方法は、切欠き部を有する集電タブを備える正負の電極が複数積層されている電極体の該集電タブを、スリットを有する集電端子の該スリットに挿入して、溶接を行なう工程を包含する。前記工程は、前記集電タブの切欠き部に、該切欠き部に勘合する樹脂部材を挿入すること、前記集電端子のスリットに前記集電タブを挿入して前記樹脂部材の上方に前記集電端子を配置すること、前記集電端子のスリットの幅方向に圧力を印加すること、および前記集電端子のスリットから前記集電タブが突出した側において溶接を行なって前記集電タブと前記集電端子とを接合すること、を包含する。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
切欠き部を有する集電タブを備える正負の電極が複数積層されている電極体の該集電タブを、スリットを有する集電端子の該スリットに挿入して、溶接を行なう工程を包含する、二次電池の製造方法であって、
前記工程が、
前記集電タブの切欠き部に、該切欠き部に勘合する樹脂部材を挿入すること、
前記集電端子のスリットに前記集電タブを挿入して前記樹脂部材の上方に前記集電端子を配置すること、
前記集電端子のスリットの幅方向に圧力を印加すること、および
前記集電端子のスリットから前記集電タブが突出した側において溶接を行なって前記集電タブと前記集電端子とを接合すること、
を包含することを特徴とする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、二次電池の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、リチウムイオン二次電池等の二次電池は、パソコン、携帯端末等のポータブル電源や、電気自動車（ＥＶ）、ハイブリッド自動車（ＨＶ）、プラグインハイブリッド自動車（ＰＨＶ）等の車両駆動用電源などに好適に用いられている。
【０００３】
一般的なリチウムイオン二次電池は、正負の電極が積層された電極体と、非水電解質とが電池ケースに収容されている構成を有する。このような電極体は、通常、電極集電端子を介して、電池ケースに設けられた電極外部端子に電気的に接続される。このような構成のリチウムイオン二次電池を製造するに際し、電極に集電タブを設け、当該集電タブを、スリットを備える集電端子の該スリットに挿入し、集電タブのスリットから突出した部分と集電端子とをレーザ溶接することが行なわれている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、集電タブに切欠き部を設けることが知られている（例えば、特許文献２および３参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−０２５９５１号公報
【特許文献２】特開２０１２−０１４９３５号公報
【特許文献３】特開２００７−３３５２９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明者らの検討によれば、電極体の集電タブのスリットから突出した部分と集電端子とをレーザ等のエネルギー線によって溶接する際に、エネルギー線が集電端子のスリットを通り抜けることにより、電極体に損傷を与える場合があることを見出した。すなわち、溶接エネルギーがスリットを通り抜けることにより、電極体に損傷を与える場合があることを見出した。
【０００７】
そこで本発明の目的は、切欠き部を有する集電タブを備える正負の電極が複数積層されている電極体の該集電タブを、スリットを有する集電端子の該スリットに挿入して、溶接を行なう工程を備える二次電池の製造方法であって、当該工程において、溶接エネルギーが集電端子のスリットを通り抜けることによる電極体への損傷の発生が抑制された、製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
ここに開示される二次電池の製造方法は、切欠き部を有する集電タブを備える正負の電極が複数積層されている電極体の該集電タブを、スリットを有する集電端子の該スリットに挿入して、溶接を行なう工程を包含する。前記工程は、前記集電タブの切欠き部に、当該切欠き部に勘合する樹脂部材を挿入すること、前記集電端子のスリットに前記集電タブを挿入して前記樹脂部材の上方に前記集電端子を配置すること、前記集電端子のスリットの幅方向に圧力を印加すること、および前記集電端子のスリットから前記集電タブが突出した側において溶接を行なって前記集電タブと前記集電端子とを接合すること、を包含する。
【０００９】
このような構成によれば、集電端子のスリットの長さ方向の集電タブの端部において、溶接エネルギー（特にエネルギー線）がスリットから通り抜けた場合でも、集電タブの切欠き部に挿入された樹脂部材が電極体を遮蔽することにより、溶接エネルギーが電極体に到達することを防ぐことができる。また、スリットへの圧力印加により、集電タブ同士がそれぞれ密着し、また集電タブが集電端子と密着していることにより、溶接エネルギー（特にエネルギー線）がスリットから通り抜け難くなっている。
したがって、このような構成によれば、溶接エネルギー（特にエネルギー線）が集電端子のスリットを通り抜けることによる電極体への損傷の発生が抑制された、二次電池の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池の製造方法において使用される電極体の平面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池の製造方法において使用される電極体の一部の分解斜視図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池の製造方法における樹脂部材の挿入操作を説明するための簡略図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池の製造方法における集電タブの集電端子への挿入操作を説明するための簡略図である。
【図５】本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池の製造方法におけるスリットへの圧力印加操作を説明するための簡略図である。
【図６】本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池の製造方法におけるエネルギー線による溶接操作を説明するための簡略図である。
【図７】本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池の製造方法で製造される、リチウムイオン二次電池の外形を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照しながら、本発明による実施の形態を説明する。なお、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄（例えば、本発明を特徴付けない二次電池の一般的な構成および製造プロセス）は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。また、以下の図面においては、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付して説明している。また、各図における寸法関係（長さ、幅、厚さ等）は実際の寸法関係を反映するものではない。
【００１２】
なお、本明細書において「二次電池」とは、繰り返し充放電可能な蓄電デバイス一般をいい、いわゆる蓄電池ならびに電気二重層キャパシタ等の蓄電素子を包含する用語である。
また、本明細書において「リチウムイオン二次電池」とは、電荷担体としてリチウムイオンを利用し、正負極間におけるリチウムイオンに伴う電荷の移動により充放電が実現される二次電池をいう。
【００１３】
本実施形態に係る二次電池の製造方法は、切欠き部を有する集電タブを備える正負の電極が複数積層されている電極体の該集電タブを、スリットを有する集電端子の該スリットに挿入して、エネルギー線による溶接を行なう工程を包含する。当該工程において少なくとも、該集電タブの切欠き部に、該切欠き部に勘合する樹脂部材を挿入すること（樹脂部材の挿入）、該集電端子のスリットに該集電タブを挿入して該樹脂部材の上方に該集電端子を配置すること（集電タブの集電端子への挿入）、該集電端子のスリットの幅方向に圧力を印加すること（スリットへの圧力印加）、および該集電端子のスリットから該集電タブが突出した側において溶接を行なって該集電タブと該集電端子とを接合すること（溶接）が行なわれる。
【００１４】
図１は、本実施形態に係る二次電池（ここでは、リチウムイオン二次電池）の製造方法に用いられる電極体１０の平面図であり、図２は、当該電極体１０の一部の分解斜視図である。図面中の符号Ｗはリチウムイオン二次電池の幅方向を示し、符号Ｄはリチウムイオン二次電池の厚み方向を示し、符号Ｈはリチウムイオン二次電池の高さ方向を示している。
まず、上記の工程を行なう準備として、図１および図２に示すような、切欠き部２８，３８を有する集電タブ２６，３６を備える正負の電極２０，３０が複数積層されている電極体１０を作製する。
電極体１０は、図２に示すように、正極２０と負極３０とがセパレータ４０を介して積層された構造を有する。図では省略されているが、複数の正極２０および複数の負極３０が、交互に積層される。電極体１０の積層方向は、ここでは厚み方向Ｄである。
【００１５】
正極２０は、正極集電体２２と、その表面に形成された正極活物質層２４とを備えている。正極集電体２２には、例えば、アルミニウム箔等の金属箔が好適に使用される。図示例では、正極活物質層２４は、正極集電体２２の両面に設けられている。また、幅方向Ｗにおいて、正極活物質層２４は正極集電体２２の全幅と同じ幅で形成されている。
【００１６】
正極活物質層２４は、正極活物質を含有する。正極活物質には、従来からリチウムイオン二次電池に正極活物質として用いられる物質の一種または二種以上を特に限定なく使用することができる。その例としては、リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物（例、ＬｉＮｉ１／３Ｃｏ１／３Ｍｎ１／３Ｏ２等）、リチウムニッケル複合酸化物（例、ＬｉＮｉＯ２等）、リチウムコバルト複合酸化物（例、ＬｉＣｏＯ２等）、リチウムニッケルマンガン複合酸化物（例、ＬｉＮｉ０．５Ｍｎ１．５Ｏ４等）などのリチウム遷移金属複合酸化物が挙げられる。正極活物質層２４は、上述した正極活物質の他に、アセチレンブラック（ＡＢ）等の導電材や、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、スチレンブタジエンラバー（ＳＢＲ）等のバインダを含有していてもよい。
【００１７】
正極２０は、正極活物質層２４が形成されておらず、正極活物質層２４が形成されている部分よりも上向きに突出した突出部分２６を有している。この突出部分２６では、正極活物質層２４が形成されていないため、正極集電体２２が露出している。この突出部分２６により、正極集電タブ２６が形成されている。突出した正極集電タブ２６の根元部分の側縁部に正極集電タブ切欠き部２８が形成されている。ここでは、正極集電タブ２６の根元部分の両方の側縁部に正極集電タブ切欠き部２８が形成されている。
なお、正極集電タブ２６の形状および正極集電タブ切欠き部２８の形状は図示したものに限られず、溶接の実施の容易さ等を考慮して適宜設計することができる。
また、正極集電タブ２６は、電極体１０の上方から突出しているが、これに限られず、例えば、電極体１０の側方から突出していてもよい。
【００１８】
負極３０は、負極集電体３２と、その表面に形成された負極活物質層３４とを備えている。負極集電体３２には、例えば、銅箔等の金属箔が好適に使用される。図示例では、負極活物質層３４は、負極集電体３２の両面に設けられている。また、幅方向Ｗにおいて、負極活物質層３４は負極集電体３２の全幅と同じ幅で形成されている。
【００１９】
負極活物質層３４は、負極活物質を含有する。負極活物質としては、従来からリチウムイオン二次電池に負極活物質として用いられる物質の一種または二種以上を特に限定なく使用することができる。その例としては、グラファイトカーボン、アモルファスカーボンなどの炭素系材料、リチウム遷移金属酸化物、リチウム遷移金属窒化物などが挙げられる。負極活物質層３４は、上述した負極活物質の他に、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、スチレンブタジエンラバー（ＳＢＲ）等のバインダや、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）等の増粘剤を含有していてもよい。
【００２０】
負極３０は、負極活物質層３４が形成されておらず、負極活物質層３４が形成されている部分よりも上向きに突出した突出部分３６を有している。この突出部分３６では、負極活物質層３４が形成されていないため、負極集電体３２が露出している。この突出部分３６により、負極集電タブ３６が形成されている。突出した負極集電タブ３６の根元部分の側縁部に負極集電タブ切欠き部３８が形成されている。ここでは、負極集電タブ３６の根元部分の両方の側縁部に負極集電タブ切欠き部３８が形成されている。
なお、負極集電タブ３６の形状および負極集電タブ切欠き部３８の形状は図示したものに限られず、溶接の実施の容易さ等を考慮して適宜設計することができる。
また、負極集電タブ３６は、電極体１０の上方から突出しているが、これに限られず、例えば、電極体１０の側方から突出していてもよい。
【００２１】
セパレータ４０は、正極２０と負極３０とを隔てる絶縁性の部材である。この例では、セパレータ４０は、微小な孔を複数有する所定幅のシート材で構成されている。セパレータ４０には、例えば、多孔質ポリオレフィン系樹脂で構成された単層構造のセパレータ或いは積層構造のセパレータを用いることができる。セパレータ４０は、耐熱層（ＨＲＬ）を有していてもよい。
【００２２】
正極２０は、公知方法により従い作製することができる。例えば、正極集電体２２上に正極活物質層２４の構成成分を含有するペーストを塗布する。このとき、正極集電体２２の一の端部に沿ってペーストが塗布されていない部分を設けるように塗布する。すなわち、正極集電体２２が一の端部に沿って露出するように塗布する。塗布したペーストを乾燥し、必要に応じプレス処理して正極活物質層２４を形成する。正極集電体２２が露出した部分を、切欠き部２８を有する正極集電タブ２６が形成されるようにカットする。
負極３０は、公知方法により従い作製することができる。例えば、負極集電体３２上に負極活物質層３４の構成成分を含有するペーストを塗布する。このとき、負極集電体３２の一の端部に沿ってペーストが塗布されていない部分を設けるように塗布する。すなわち、負極集電体３２が一の端部に沿って露出するように塗布する。塗布したペーストを乾燥し、必要に応じプレス処理して負極活物質層３４を形成する。負極集電体３２が露出した部分を、切欠き部３８を有する負極集電タブ３６が形成されるようにカットする。
セパレータ４０は、公知方法に従い作製することができる。
複数の正極２０および複数の負極３０を、セパレータ４０を介在させながら、公知方法に従い積層することにより、電極体１０を作製することができる。
【００２３】
（樹脂部材の挿入）
図３は、樹脂部材の挿入操作を説明するための簡略図である。
次に、図３に示すように、準備した電極体１０に対し、集電タブの切欠き部（正極集電タブ２６の切欠き部２８および負極集電タブ３６の切欠き部３８）に、当該切欠き部に勘合する樹脂部材５０を挿入する。したがって、樹脂部材５０の一部が、当該切欠き部に収容される。
樹脂部材５０を構成する樹脂としては、耐熱性が高い樹脂が好ましく、特に、融点が１５０℃以上の樹脂が好ましい。
正極集電タブ切欠き部２８および負極集電タブ切欠き部３８は、それぞれ正極集電タブ２６および負極集電タブ３６の根元側に位置しており、当該部位において、破断のおそれがある。樹脂部材５０は、正極集電タブ２６および負極集電タブ３６の破断を防止する保護部材として機能し得る。
【００２４】
（集電タブの集電端子への挿入）
図４は、集電タブの集電端子への挿入操作を説明するための簡略図である。
この操作において、スリットを備える正極集電端子６２、およびスリットを備える負極集電端子６３を用意する。そして、図４に示すように、正極集電端子６２のスリットおよび負極集電端子６３のスリットに、正極集電タブ２６および負極集電タブ３６をそれぞれ挿入する。これにより正極集電端子６２および負極集電端子６３を、樹脂部材５０の上方に配置する。このとき、正極集電端子６２から正極集電タブ２６の一部（上部）が突出し、また負極集電端子６３から負極集電タブ３６の一部（上部）が突出した状態となるようにする。
【００２５】
（スリットへの圧力印加）
図５は、スリットへの圧力印加操作を説明するための簡略図である。具体的には、図５は、正極集電端子６２のスリット６２ａを有する部分を通常の使用状態における上方からみた上面図であり、複数の（ここでは３つの）スリット６２ａに正極集電タブ２６が挿入されている状態が示されている。通常、複数の正極集電タブ２６が纏められて、一つのスリット６２ａに挿入される。また、スリット６２ａの一方の端部には、樹脂部材５０が露出している。説明の便宜上、図５では、正極２０側の状態のみを示しているが、負極３０側も同様の状態にある。
この操作において、図５に示すように正極集電端子６２のスリット６２ａの幅方向（図面の矢印の方向）に圧力を印加する。これにより、正極集電タブ２６同士を密着させ、また正極集電タブ２６と正極集電端子６２とを密着させる。
負極３０側に対しても同様にして、負極集電端子６３のスリットの幅方向に圧力を印加する。これにより、負極集電タブ同士を密着させ、負極集電タブ３６と負極集電端子６３とを密着させる。
圧力の印加は適切な治具や装置などを用いて行なうことができる。
なお、スリットを有する集電端子は公知技術であり、正極集電端子６２の形状（特に、スリットの数、寸法等）は、図示したものに限られず、リチウムイオン二次電池の形状に応じて適宜設計すればよい。負極集電端子６３の形状についても同様である。
【００２６】
（溶接）
図６は、溶接操作（ここでは、エネルギー線による溶接操作）を説明するための簡略図である。
この操作において、図６に示すように、集電端子（正極集電端子６２および負極集電端子６３）のスリットからから集電タブ（正極集電タブ２６および負極集電タブ３６）が突出した側から（すなわち、上方から）、エネルギー線７０による溶接を行なう。これにより、正極集電タブ２６および負極集電タブ３６を、正極集電端子６２および負極集電端子６３に、それぞれ接合する。
エネルギー線７０による溶接は、正極集電タブ２６および負極集電タブ３６を融解することによって、それぞれ正極集電端子６２および負極集電端子６３と接合可能である限り、その種類には限定はないが、例えば、レーザ溶接、電子ビーム溶接であり、好適にはレーザ溶接である。エネルギー線７０による溶接は、常法に従い行なうことができる。好適には、エネルギー線７０による溶接は、正極集電タブ２６および負極集電タブ３６のスリットから突出した部分がすべて融解するように行なう。当該部分がすべて融解するように行なうことにより、正極集電端子６２および負極集電端子６３の上方に突出する部分がなくなるため、これらと電極外部端子とを接続する際のスペースを少なくすることができる。したがって、これによってエネルギー密度がより高いリチウムイオン二次電池の設計が可能になる。
【００２７】
ここで、正極集電端子６２および負極集電端子６３のスリットに沿った方向（スリットの長さ方向）の、正極集電タブ２６および負極集電タブ３６の端部において、エネルギー線７０がスリットから通り抜けた場合でも、正極集電タブ切欠き部２８および負極集電タブ切欠き部３８に挿入された樹脂部材５０が電極体１０を遮蔽することにより、エネルギー線７０が電極体１０に到達することを防ぐことができる。
また、スリットへの圧力印加により、正極集電タブ２６同士および負極集電タブ３６同士がそれぞれ密着しており、また、正極集電タブ２６および負極集電タブ３６が、正極集電端子６２および負極集電端子７３とそれぞれ密着していることにより、エネルギー線７０がスリットから通り抜け難くなっている。
【００２８】
したがって、本実施形態に係る二次電池の製造方法によれば、エネルギー線７０による溶接を行なう際に、エネルギー線７０が集電端子のスリットを通り抜けることによる電極体１０への損傷の発生を抑制することができる。
具体的に例えば、エネルギー線７０が電極体１０に到達した場合には、正極２０の正極活物質層２４や、負極３０の負極活物質層３４が破損して滑落し、これにより電池性能の低下が起こり得る。また、滑落した正極活物質層２４や負極活物質層３４は導電性異物となり、この導電性異物は内部短絡の原因となり得る。したがって、本実施形態に係る二次電池の製造方法によれば、このような電池性能の低下や内部短絡を抑制することができる。
また、電極体１０の中でもセパレータ４０は最も熱に弱い部材であり、溶接エネルギーが熱として電極体１０に到達した場合には、熱により融解（すなわち、電極体１０のセパレータ４０が損傷）して内部短絡を起こし得る。特に、溶接エネルギーにより融解した金属性の部材がスリットを通り抜けて電極体１０に到達した場合には、熱により融解して内部短絡を起こし得る。
さらに、正極集電タブ２６および負極集電タブ３６に、正極集電タブ切欠き部２８および負極集電タブ切欠き部３８がそれぞれ形成されることにより、溶接の際に電極体１０へ熱として溶接エネルギーが拡散することを減少することができ、電極体１０（特にセパレータ４０）への熱による損傷を抑制することができる。
したがって、本実施形態に係る二次電池の製造方法によれば、このような電極体１０への溶接エネルギーによる損傷を抑制することができる。したがって、溶接の例として上記では、エネルギー線７０による溶接について説明したが、エネルギー線７０による溶接以外の溶接（例、ＴＩＧ溶接）方法も、本実施形態に係る二次電池の製造方法に採用し得る。
【００２９】
本実施形態に係る二次電池の製造方法では、以上のようにして得られた正極集電端子６２および負極集電端子６３が接合された電極体１０を用いて、二次電池を構築する工程がさらに行なわれる。
当該工程は、公知方法に従い行なうことができ、当該工程の具体例について以下説明する。一例として図７に、本実施形態に係る二次電池の製造方法で製造される、リチウムイオン二次電池１００の外形を示す。
【００３０】
まず、電池ケース８０を用意する。電池ケース８０は、開口部を有するケース本体８２と、当該開口部を塞ぐケース蓋体８４とから構成される。電池ケース８０の素材は、例えば、アルミニウム等である。ケース蓋体８４には、電池ケース８０の内圧が所定レベル以上に上昇した場合に該内圧を開放するように設定された薄肉の安全弁９２が設けられている。また、ケース蓋体８４には、非水電解液を注入するための注液口９４が設けられている。
また、電極体１０の正極集電端子６２および負極集電端子６３をそれぞれ、ケース蓋体８４の外部側に設けられた、正極外部端子２９および負極外部端子３９と接合する。
続いて、電極体１０をケース本体８２に収容しつつ、ケース本体８２の開口部をケース蓋体８４で塞ぎ、次いでケース本体８２とケース蓋体８４とを封止する。
そして、非水電解液を注液口９４から注入し、注液口９４を封止する。非水電解液としては、従来のリチウムイオン二次電池と同様のもの（例えば、カーボネート類等の非水溶媒に、リチウム塩等の支持塩を溶解させた非水電解液等）を使用することができる。
このようにして、リチウムイオン二次電池１００を構築することができる。
【００３１】
上記において、二次電池の例としてリチウムイオン二次電池について説明したが、本実施形態に係る二次電池の製造方法は、リチウムイオン二次電池に限られず、他の二次電池にも適用可能である。
【００３２】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、請求の範囲を限定するものではない。請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
【符号の説明】
【００３３】
１０    電極体
２０    正極
２２    正極集電体
２４    正極活物質層
２６    正極集電タブ
２８    正極集電タブ切欠き部
２９    正極外部端子
３０    負極
３２    負極集電体
３４    負極活物質層
３６    負極集電タブ
３８    負極集電タブ切欠き部
４０    セパレータ
５０    樹脂部材
６２    正極集電端子
６３    負極集電端子
７０    エネルギー線
８０    電池ケース
１００  リチウムイオン二次電池
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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