(57)【要約】【課題】集電部と導電部材との間での溶接不良に起因して出力が低下することを抑制できる蓄電装置を提供すること。【解決手段】負極電極１４と正極電極１３とが層状に重なった電極組立体１２と、電極組立体１２と電気的に接続された導電部材と、電解質とを有する二次電池であって、負極電極１４は、純鉄製の金属箔１４ａと、金属箔１４ａの一部を覆う活物質層１４ｂと、金属箔１４ａの一部であって活物質層１４ｂで覆われていない負極タブ１４ｃと、を有し、金属箔１４ａのうち、負極タブ１４ｃと導電部材とを抵抗溶接した先端部１４ｅを除く部分は銅めっき層１９で覆われている一方で、先端部１４ｅは銅めっき層１９で覆われていない。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
負極電極と正極電極とが層状に重なった電極組立体と、前記電極組立体と電気的に接続された導電部材と、電解質とを有する蓄電装置であって、
前記負極電極は、純鉄製の金属箔と、前記金属箔の一部を覆う活物質層と、前記金属箔の一部であって前記活物質層で覆われていない集電部と、を有し、
前記金属箔のうち、前記集電部と前記導電部材とを抵抗溶接した溶接部を除く部分の少なくとも一部は、銅層で覆われている一方で、前記溶接部は、銅層で覆われていないことを特徴とする蓄電装置。
【請求項２】
前記電極組立体は、前記集電部が層状に重なった集電部群を有し、
前記集電部は前記集電部群として前記導電部材と抵抗溶接されている請求項１に記載の蓄電装置。
【請求項３】
前記銅層は、前記金属箔において前記活物質層で覆われた部分の全体を覆っている請求項１又は２に記載の蓄電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、蓄電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ＥＶ（Electric Vehicle）やＰＨＶ（Plug in Hybrid Vehicle）などの車両には、電動機などへの供給電力を蓄える蓄電装置としてリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池などが搭載されている。
【０００３】
例えば特許文献１に示されるように、この種の二次電池は、電極が層状に重なった電極組立体を有する。そして、電極組立体の縁部から突出し、且つ各電極のタブが層状に重なったタブ群と、ケースの外部に突出する端子等の導電部材とは、例えば抵抗溶接により接合されている。抵抗溶接は、タブ群と導電部材とを一対の溶接電極により挟持した状態で通電することにより行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２９８８２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、電極の金属箔として銅箔を用いる場合、該銅箔の一部であるタブは、銅の体積抵抗率が比較的低いことに起因して、抵抗溶接のときに発熱し難い。また、タブでは、銅の熱伝導性が比較的高いことに起因して、抵抗溶接のときに発生した熱が拡散し易い。このため、タブと導電部材とを抵抗溶接する場合には、溶接不良が生じ易くなる。そして、仮に、タブと導電部材との間で溶接不良が生じた場合には、二次電池としての出力低下が生じる虞がある。
【０００６】
この発明は、上記従来技術に存在する問題点に着目してなされたものであり、その目的は、集電部と導電部材との間での溶接不良に起因して出力が低下することを抑制できる蓄電装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決する蓄電装置は、負極電極と正極電極とが層状に重なった電極組立体と、前記電極組立体と電気的に接続された導電部材と、電解質とを有する蓄電装置であって、前記負極電極は、純鉄製の金属箔と、前記金属箔の一部を覆う活物質層と、前記金属箔の一部であって前記活物質層で覆われていない集電部と、を有し、前記金属箔のうち、前記集電部と前記導電部材とを抵抗溶接した溶接部を除く部分の少なくとも一部は銅層で覆われている一方で、前記溶接部は銅層で覆われていないことを要旨とする。
【０００８】
この構成によれば、金属箔が銅層で覆われていることから、純鉄製の負極電極の金属箔が腐食することを抑制できる。そして、溶接部が銅層で覆われていないことから、溶接部を銅層で覆った構成と比較して、導電部材と集電部とを抵抗溶接するときに発熱し易く、且つ発生した熱が拡散し難い。したがって、集電部と導電部材とを抵抗溶接するときに溶接不良が発生し、該溶接不良に起因して蓄電装置として出力が低下することを抑制できる。
【０００９】
上記蓄電装置について、前記電極組立体は、前記集電部が層状に重なった集電部群を有し、前記集電部は前記集電部群として前記導電部材と抵抗溶接されていることが好ましい。この構成によれば、集電部が層状に重なった集電部群として抵抗溶接する場合であっても、溶接不良が発生することを抑制し、蓄電装置として出力が低下することを抑制できる。
【００１０】
上記蓄電装置について、前記銅層は、前記金属箔において前記活物質層で覆われた部分の全体を覆っていることが好ましい。この構成によれば、純鉄製の負極電極の金属箔が腐食することをさらに抑制できる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、集電部と導電部材との間での溶接不良に起因して出力が低下することを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】二次電池を模式的に示す断面図。
【図２】電極組立体を模式的に示す斜視図。
【図３】（ａ）及び（ｂ）は、二次電池の製造方法を説明するための模式図。
【図４】二次電池の製造方法を説明するための模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、蓄電装置の一実施形態について説明する。
図１に示すように、蓄電装置としての二次電池１０は、直方体状のケース１１と、該ケース１１に収容された電極組立体１２とを有する。二次電池１０は、リチウムイオン二次電池である。ケース１１は、有底四角筒状のケース本体１１ａと、ケース本体１１ａの開口部を塞ぐ蓋１１ｂとを有する。ケース１１は、例えばアルミニウムやステンレスなどの金属製である。また、ケース１１には、電解質（電解液）１１ｃが収容されている。
【００１４】
図２に示すように、電極組立体１２は、複数の正極電極１３と複数の負極電極１４とが層状に重なった積層型の電極組立体である。電極組立体１２において、正極電極１３と負極電極１４とは、間に介在するセパレータ１５により相互に絶縁されている。
【００１５】
正極電極１３は、略矩形状である正極用の金属箔１３ａと、その両面において金属箔１３ａを覆う正極用の活物質層１３ｂと、金属箔１３ａの一部であって活物質層１３ｂで覆われていない正極タブ１３ｃとを有する。正極タブ１３ｃは、金属箔１３ａの一縁部（端部）から突出している。金属箔１３ａは、アルミニウム製である。
【００１６】
負極電極１４は、略矩形状である負極用の金属箔１４ａと、その両面において金属箔１４ａを覆う負極用の活物質層１４ｂと、金属箔１４ａの一部であって活物質層１４ｂで覆われていない集電部としての負極タブ１４ｃとを有する。負極タブ１４ｃは、金属箔１４ａの一縁部（端部）から突出している。
【００１７】
本実施形態の金属箔１４ａは、純鉄製である。純鉄（電磁軟鉄）は、例えば炭素含有量が０．０２％以下であって、１００℃における体積抵抗率が１４．２μΩｃｍ以下の鉄系材料である。金属箔１４ａのうち、負極タブ１４ｃの先端部１４ｅを除く部分の全体は、銅層としての銅めっき層１９によって覆われている。即ち、銅めっき層１９は、金属箔１４ａのうち、活物質層１４ｂで覆われた部分の全体を覆っている。その一方で、金属箔１４ａのうち、負極タブ１４ｃの先端部１４ｅは、銅めっき層１９によって覆われていない。即ち、負極タブ１４ｃの先端部１４ｅでは、金属箔１４ａが露出している。
【００１８】
一般に銅の熱伝導率は、純鉄の熱伝導率よりも高い。また、一般に、１００℃における銅の体積抵抗率は、例えば２．２３μΩｃｍであり、純鉄の体積抵抗率より小さい。また、銅は、リチウム電位に対して３Ｖ以下でリチウムと合金化しない金属である。
【００１９】
図１に示すように、電極組立体１２は、縁部１２ａから突出し、且つ複数の正極タブ１３ｃが層状に重なった正極タブ群１３ｄを有する。また、電極組立体１２は、縁部１２ａから突出し、且つ複数の負極タブ１４ｃが層状に重なった集電部群としての負極タブ群１４ｄを有する。
【００２０】
また、二次電池１０は、ケース１１の外側に突出するように蓋１１ｂに固定された外部端子として正極端子１６と負極端子１７とを有する。正極タブ群１３ｄを構成する各正極タブ１３ｃは、金属製である矩形板状の導電部材２１の基端部と抵抗溶接されている。導電部材２１の先端部は、正極端子１６のうちケース１１の内側に突出する端部と接合されている。正極端子１６と正極タブ群１３ｄとは、導電部材２１によって電気的に接続されている。
【００２１】
負極タブ群１４ｄを構成する各負極タブ１４ｃの先端部１４ｅは、金属製である矩形板状の導電部材２２の基端部と抵抗溶接されている。したがって、本実施形態の先端部１４ｅは溶接部となる。導電部材２２の先端部は、負極端子１７のうちケース１１の内側に突出する端部と接合されている。負極端子１７と負極タブ群１４ｄとは、導電部材２２によって電気的に接続されている。
【００２２】
次に、二次電池１０の製造方法について、作用とともに説明する。
図３（ａ）に示すように、まず、純鉄製である帯状の金属箔１４ａを用意する。次に、帯状の金属箔１４ａの一部をマスキング材としてのマスキングテープ２４によって覆うマスキング工程を行う。マスキング工程では、帯状の金属箔１４ａの両面において、金属箔１４ａの幅方向の縁部２５に沿ってマスキングテープ２４を貼付する。即ち、金属箔１４ａの両面において、縁部２５を除いた部分は、マスキングテープ２４によって覆われていないことで、金属箔１４ａが露出する。
【００２３】
次に、マスキングを施した金属箔１４ａを銅めっき処理するめっき工程を行う。めっき工程では、金属箔１４ａの両面を処理浴に浸漬する無電解めっき処理により行う。めっき工程により、金属箔１４ａには、マスキングテープ２４の表面を含み、その全体に銅めっき層１９が形成される。
【００２４】
次に、金属箔１４ａからマスキングテープ２４を除去するマスキング除去工程を行う。マスキング除去工程では、金属箔１４ａからマスキングテープ２４を除去することで、縁部２５に沿って金属箔１４ａが露出する露出部２６が形成される。次に、銅めっき層１９を形成した金属箔１４ａを洗浄する洗浄工程を行う。
【００２５】
次に、図３（ｂ）に示すように、金属箔１４ａの両面に負極用の活物質を含むペースト状の活物質合剤を塗布して活物質層１４ｂを形成する塗布工程を行う。塗布工程では、金属箔１４ａにおいて銅めっき層１９が形成された領域に対して、金属箔１４ａの長手方向に沿って連続的に活物質合剤を塗布する。
【００２６】
次に、金属箔１４ａに形成した活物質層１４ｂを乾燥させる乾燥工程を行う。乾燥工程は、例えば活物質層１４ｂを形成した金属箔１４ａを乾燥炉に通過させて行う。続けて、乾燥させた活物質層１４ｂを圧縮する圧縮工程を行う。圧縮工程は、例えば活物質層１４ｂを形成した金属箔１４ａを一対のプレスロールの間を通過させて行う。これにより、帯状の負極電極１４が完成される。
【００２７】
次に、帯状の負極電極１４を所定形状に切断してシート状の負極電極１４に成形する成型工程を行う。成型工程では、図中において二点鎖線で示すように、負極タブ１４ｃの先端部１４ｅが露出部２６に配置されるようにして、帯状の負極電極１４を上述した電極形状に打ち抜き加工する。これにより、負極タブ１４ｃの先端部１４ｅにおいて、金属箔１４ａが露出する一方で、その他の部分が銅めっき層１９（活物質層１４ｂ）で覆われた負極電極１４を得ることができる。
【００２８】
次に、負極電極１４と、別の工程を経て用意された正極電極１３及びセパレータ１５とを積層して電極組立体１２を形成する積層工程を行う。積層工程では、電極組立体１２の縁部に正極タブ群１３ｄ、及び負極タブ群１４ｄが形成されるように、正極電極１３、負極電極１４、及びセパレータ１５を相互に整合させて積層する。
【００２９】
次に、電極組立体１２の正極タブ群１３ｄと導電部材２１とを抵抗溶接する第１溶接工程を行う。第１溶接工程では、正極タブ群１３ｄと導電部材２１とを重ね合わせた積層体を第１溶接電極と第２溶接電極とで挟持するとともに、両溶接電極間で通電することにより抵抗溶接を行う。
【００３０】
次に、図４に示すように、電極組立体１２の負極タブ群１４ｄと導電部材２２とを抵抗溶接する第２溶接工程を行う。なお、図４では、説明の便宜のため、４枚の負極タブ１４ｃを有する負極タブ群１４ｄを図示しているが、実際にはより多数の負極タブ１４ｃが重なって負極タブ群１４ｄが形成されている。第２溶接工程では、負極タブ群１４ｄと導電部材２２とを重ね合わせた積層体を第１溶接電極４０ａと第２溶接電極４０ｂとで挟持するとともに、両溶接電極４０ａ，４０ｂの間で通電することにより抵抗溶接を行う。
【００３１】
このとき、両溶接電極４０ａ，４０ｂによって、負極タブ１４ｃの先端部１４ｅにおいて、積層体を挟持するようにする。前述のように、先端部１４ｅは、銅より体積抵抗率が高い純鉄製の金属箔１４ａが露出している。このため、本実施形態では、銅めっき層１９で覆った構成や、金属箔１４ａそのものを銅箔とする構成と比較して、両溶接電極４０ａ，４０ｂの間における負極タブ群１４ｄの抵抗値が高くなり、通電時に効率的に発熱させることができる。
【００３２】
さらに、本実施形態では、銅めっき層１９で覆った構成や、金属箔１４ａそのものを銅箔とする構成と比較して、負極タブ群１４ｄの熱伝導率が低くなり、通電時に発生した熱が拡散することを低減できる。このため、本実施形態では、負極タブ群１４ｄと導電部材２２とを効率的且つ確実に溶融させ、溶接不良が発生することを抑制できる。
【００３３】
特に、本実施形態において、各負極タブ１４ｃは負極タブ群１４ｄとして纏めて導電部材２２と抵抗溶接されている。このような構成の場合、溶接工程を簡略化できる反面、負極電極１４の面方向に熱が拡散し易くなる傾向があるが、本実施形態では、純鉄製の金属箔１４ａが露出した先端部１４ｅで抵抗溶接することから、このような熱の拡散を低減して溶接不良の発生を抑制できる。
【００３４】
次に、電極組立体１２をケース本体１１ａに収容するとともに、正極端子１６及び負極端子１７を突出させた状態でケース本体１１ａの開口部を塞ぐように蓋１１ｂを組み付ける組立工程を行う。次に、ケース１１に電解質１１ｃを充填する充填工程を行う。そして、充填工程を経て、二次電池１０が完成される。
【００３５】
上記実施形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。
（１）負極電極１４の金属箔１４ａは、銅めっき層１９で覆われていることから、純鉄製の金属箔１４ａが充放電に伴って腐食することを抑制できる。そして、負極タブ１４ｃの先端部１４ｅは、銅めっき層１９で覆われていないことから、先端部１４ｅを銅めっき層１９で覆った構成と比較して、導電部材２２と負極タブ１４ｃとを抵抗溶接するときに発熱し易く、且つ発生した熱が拡散し難い。したがって、負極タブ１４ｃと導電部材２２とを抵抗溶接するときに溶接不良が発生し、該溶接不良に起因して二次電池１０として出力が低下することを抑制できる。
【００３６】
（２）負極タブ１４ｃが層状に重なった負極タブ群１４ｄとして抵抗溶接する場合であっても、溶接不良が発生することを抑制し、二次電池１０として出力が低下することを抑制できる。
【００３７】
（３）銅めっき層１９は、金属箔１４ａにおいて活物質層１４ｂで覆われた部分の全体を覆っている。したがって、純鉄製の金属箔１４ａが腐食することをさらに抑制できる。
実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
【００３８】
○  銅めっき層１９は、負極タブ１４ｃと導電部材２２とを抵抗溶接する部分に形成されていなければ、金属箔１４ａを覆う範囲を変更してもよい。例えば、銅めっき層１９は、金属箔１４ａのうち負極タブ１４ｃを除いた部分の一部を覆っていてもよい。また、銅めっき層１９は、負極タブ１４ｃを覆っていなくてもよい。即ち、負極タブ１４ｃは、その全体において金属箔１４ａが露出していてもよい。
【００３９】
○  金属箔１４ａを覆う銅層は、電解めっき処理や蒸着により形成されていてもよい。
○  各負極タブ１４ｃと導電部材２２とは、各別に抵抗溶接されていてもよい。即ち、負極タブ１４ｃは、負極タブ群１４ｄとして纏めて導電部材２２と抵抗溶接されていなくてもよい。
【００４０】
○  負極タブ１４ｃは、負極電極１４の縁部に沿って延びる帯状であってもよい。即ち、負極タブ１４ｃの形状は適宜変更できる。
○  負極タブ１４ｃと導電部材２２とは、負極タブ１４ｃの基端部において抵抗溶接されていてもよい。この場合、負極タブ１４ｃの基端部が溶接部となり、該基端部に銅めっき層１９を形成しないようにするとよい。
【００４１】
○  負極電極１４において、活物質層１４ｂは、金属箔１４ａの一方の面を覆っていてもよい。正極電極１３についても同様に変更できる。
○  負極電極１４において、活物質層１４ｂは、負極タブ１４ｃの一部を覆っていてもよい。正極電極１３についても同様に変更できる。
【００４２】
○  電極組立体１２において、正極タブ群１３ｄや負極タブ群１４ｄは、別々の縁部に設けられていてもよい。また、電極組立体１２は、正極タブ群１３ｄ及び負極タブ群１４ｄの一方又は両方を複数有していてもよい。
【００４３】
○  第２溶接工程は、他の工程と順番を入れ替えてもよい。例えば、第２溶接工程は、第１溶接工程の前に行ってもよい。
○  金属箔１４ａを電極形状に打ち抜き加工してから銅めっき層１９を形成し、その後に活物質層１４ｂを形成してもよい。
【００４４】
○  電極組立体１２は、捲回型の電極組立体であってもよい。この場合、電極組立体１２は、帯状の正極電極１３と帯状の負極電極１４との間に帯状のセパレータ１５を介在させた状態で捲回して形成される。
【００４５】
○  ケース１１の形状は、収容される電極組立体１２の形状に対応させて適宜変更してもよい。
○  二次電池１０は、リチウムイオン二次電池に限らず、ニッケル水素二次電池やニッケルカドミウム二次電池等の他の二次電池であってもよい。
【００４６】
○  二次電池に限らず、例えば、電気二重層キャパシタやリチウムイオンキャパシタ等のようなキャパシタとして具体化してもよい。
上記実施形態から把握できる技術的思想を以下に記載する。
【００４７】
（イ）前記純鉄は、炭素含有量が０．０２％以下の鉄系材料であることが好ましい。
（ロ）前記蓄電装置は二次電池であることが好ましい。
（ハ）純鉄製の金属箔と、前記金属箔の一部を覆う活物質層と、前記金属箔の一部であって前記活物質層で覆われていない集電部と、を有することを特徴とする負極電極。
【符号の説明】
【００４８】
１０…二次電池（蓄電装置）、１１ｃ…電解質、１２…電極組立体、１３…正極電極、１４…負極電極、１４ａ…金属箔、１４ｂ…活物質層、１４ｃ…負極タブ（集電部）、１４ｄ…負極タブ群（集電部群）、１４ｅ…先端部（溶接部）、１９…銅めっき層（銅層）、２２…導電部材。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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