(57)【要約】【課題】内部抵抗を小さく抑えることができるリチウムイオン二次電池を提供する。【解決手段】リチウムイオン二次電池は、正極板および負極板がセパレータを介して捲回された捲回群を有している。捲回群の上部には正極合剤無塗着部１の端部が突出しており、下部には負極合剤無塗着部の端部が突出している。集電円盤７は、捲回群の両端面にそれぞれ対向するように配置されており、材質にそれぞれ正極集電体および負極集電体と同じ材質が使用されている。正極側では正極合剤無塗着部１の端部が集電円盤７の捲回群側の面に複数の接合部で接合されており、負極側では負極合剤無塗着部の端部が集電円盤７の捲回群側の面に複数の接合部で接合されている。接合部のうち一部の接合部が正極合剤無塗着部１との接合端部から集電円盤７にかけて徐々に広がった拡幅状を呈した接合部２５を形成している。接合部２５の体積が増大する。【選択図】図９
2008293681.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極活物質を主体とする正極合剤が集電体に塗着された正極板と、負極活物質を主体とする負極合剤が集電体に塗着された負極板とがセパレータを介して配置された電極体を有するリチウムイオン二次電池において、前記正極板および負極板の集電体の少なくとも一方は端部が前記電極体の端面から突出して配置されており、前記集電体の端部は該集電体と同材質で前記電極体の端面と対向するように配置された集電部材の前記電極体側の面に複数の接合部で接合されており、前記接合部のうち少なくとも一部は前記集電体との接合端部から前記集電部材にかけて徐々に広がった拡幅状を呈していることを特徴とするリチウムイオン二次電池。
【請求項２】
前記拡幅状を呈した接合部の数は、前記接合部の全数に対する割合が８０％以上であることを特徴とする請求項１に記載のリチウムイオン二次電池。
【請求項３】
前記接合部は前記集電部材の前記電極体側の面で曲線状または複数の直線状に配列されており、前記集電部材は前記電極体側の面で前記配列された接合部のうち隣り合う接合部の間に突状部を有していることを特徴とする請求項１に記載のリチウムイオン二次電池。
【請求項４】
前記突状部の先端は、前記拡幅状を呈した接合部の広がり開始位置より前記集電部材側に位置していることを特徴とする請求項３に記載のリチウムイオン二次電池。
【請求項５】
前記拡幅状を呈した接合部の広がり開始位置は、前記セパレータの端縁の位置より前記集電部材側に位置していることを特徴とする請求項４に記載のリチウムイオン二次電池。
【請求項６】
前記拡幅状を呈した接合部は、前記集電体との接合端部が鋭角状であることを特徴とする請求項４に記載のリチウムイオン二次電池。
【請求項７】
前記電極体の端面から端部が突出した集電体は、一側の側縁に前記正極合剤ないし負極合剤の無塗着部が形成されており、前記無塗着部の一部又は全部が前記セパレータの端縁から突出し該無塗着部の突出した端部が前記電極体の端面から突出していることを特徴とする請求項１に記載のリチウムイオン二次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はリチウムイオン二次電池に係り、特に、正極活物質を主体とする正極合剤が集電体に塗着された正極板と、負極活物質を主体とする負極合剤が集電体に塗着された負極板とがセパレータを介して配置された電極体を有するリチウムイオン二次電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
リチウム二次電池を代表するリチウムイオン二次電池は、高容量、高エネルギー密度であることから、環境問題に対応した電気自動車、ハイブリッド自動車の電源用や電動工具用の電池として注目されている。電気自動車には加速性能や登坂性能等が要求されており、その電源用の電池には大電流充放電に対応した高率指向のリチウムイオン二次電池が求められている。このような高率指向の電池では、出力性能を向上させるために内部抵抗を低減することが重要視されている。
【０００３】
通常、リチウムイオン二次電池では、正負極板は活物質を含む合剤が集電体にそれぞれ塗着されており、活物質の反応で発生する電子が集電体から集電部材に集電され電池外部に取り出される。集電体には、導電性を有する金属等の箔、膜や穿孔板等が使用されている。集電体から集電部材に電子を集電するために、集電体の端部を短冊櫛歯状に加工しておき集電部材に接続する技術や、集電体に取り付けた集電タブで集電体および集電部材間を接続する技術が採用されている。例えば、集電体に複数の集電タブを取り付け、集電タブの端部をまとめて端子に接続する技術が開示されている（特許文献１参照）。
【０００４】
ところが、集電体に短冊櫛歯状の加工を施したり集電タブを取り付けたりする技術では、加工や取り付けの作業に時間を要するため、工業的量産時に製造効率を低下させることがある。また、短冊櫛歯状に加工するため、集電体の捨て代が多くなり材料歩留が低くなる等の問題もある。このような集電体を用いた場合は、正負極板をセパレータを介して捲回し電極体を作製する際に、捲回の回転遠心力で短冊櫛歯状の端部や集電タブが放射状にひろがり、集電タブ等が電極体に咬み込まれることがある。この結果、正負極間の絶縁が損なわれ短絡が生じ、いわゆる工程不良へと繋がる。更に、集電タブ等が電極体の端面を覆うように曲げられて集電部材の側縁に接続されるため、電解液の浸透を妨げることとなる。この結果、電解液注液時の所要時間が長くなり（仕掛リードタイムが増加し）、コストアップに繋がる要因となる。これらを解決するために、両面に突状部を形成した集電部材の一面側の突状部を層状に配置された集電体の端縁に接触させ、他面側の突状部にエネルギー線を照射することで集電部材と集電体とを溶接する技術が開示されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２８３８２４号公報
【特許文献２】特開２００４−１７２０３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献２の技術では、短冊櫛歯状の加工や集電タブが不要なため、上述した加工等に要する時間等の問題は生じないものの、集電部材の両面に突状部が形成されているため、溶接により形成される溶融部分が大きくなりすぎることがある。集電体と集電部材との接合部分の体積が大きくなることで内部抵抗の低減は期待されるが、集電部材に集電体が接触していない部分にも溶融部分が形成されるため、余剰体積分の溶接を余儀なくされることでコスト高の要因となる。また、溶融部分が大きくなるため、セパレータの損傷や正負極間の短絡を招くおそれもある。集電構造や集電部分の状況により内部抵抗の増大や信頼性の低下等の影響が大きくなるおそれがあるため、とりわけ、高率指向のリチウムイオン二次電池では、工業的量産を考慮した上で、性能品質や信頼性を確保することが重要となる。
【０００７】
本発明は上記事案に鑑み、内部抵抗を小さく抑えることができるリチウムイオン二次電池を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明は、正極活物質を主体とする正極合剤が集電体に塗着された正極板と、負極活物質を主体とする負極合剤が集電体に塗着された負極板とがセパレータを介して配置された電極体を有するリチウムイオン二次電池において、前記正極板および負極板の集電体の少なくとも一方は端部が前記電極体の端面から突出して配置されており、前記集電体の端部は該集電体と同材質で前記電極体の端面と対向するように配置された集電部材の前記電極体側の面に複数の接合部で接合されており、前記接合部のうち少なくとも一部は前記集電体との接合端部から前記集電部材にかけて徐々に広がった拡幅状を呈していることを特徴とする。
【０００９】
本発明では、正極板および負極板の集電体の少なくとも一方の突出した端部が該集電体と同材質の集電部材の電極体側の面に複数の接合部で接合されており、接合部のうち少なくとも一部が集電体との接合端部から集電部材にかけて徐々に広がった拡幅状を呈しているため、拡幅状を呈する分で接合部の体積が増大するので、内部抵抗を小さく抑えることができる。
【００１０】
本発明において、拡幅状を呈した接合部の数の接合部の全数に対する割合を８０％以上とすることが好ましい。接合部が集電部材の電極体側の面で複数の曲線状または直線状に配列され、集電部材が電極体側の面で配列された接合部のうち隣り合う接合部の間に突状部を有していてもよい。このとき、突状部の先端が拡幅状を呈した接合部の広がり開始位置より集電部材側に位置していれば、拡幅状の接合部を形成しやすくすることができる。また、拡幅状を呈した接合部の広がり開始位置がセパレータの端縁の位置より集電部材側に位置していれば、集電体と集電部材との接合時にセパレータの損傷を防止することができる。拡幅状を呈した接合部が集電体との接合端部を鋭角状としてもよい。また、電極体の端面から端部が突出した集電体が一側の側縁に正極合剤ないし負極合剤の無塗着部が形成されており、無塗着部の一部又は全部がセパレータの端縁から突出し該無塗着部の突出した端部が電極体の端面から突出しているようにすれば、集電体の端部と集電部材との接合を容易にすることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、正極板および負極板の集電体の少なくとも一方の突出した端部が該集電体と同材質の集電部材の電極体側の面に複数の接合部で接合されており、接合部のうち少なくとも一部が集電体との接合端部から集電部材にかけて徐々に広がった拡幅状を呈しているため、拡幅状を呈する分で接合部の体積が増大するので、内部抵抗を小さく抑えることができる、という効果を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照して、本発明を適用した円筒型リチウムイオン二次電池の実施の形態について説明する。
【００１３】
（構成）
図１に示すように、本実施形態の円筒型リチウムイオン二次電池２０は、正極板および負極板がセパレータを介して対向するように断面渦巻状に捲回された電極体としての捲回群６を有している。捲回群６は、上部に開口部が形成された電池容器１０に収容されている。
【００１４】
捲回群６の捲回中心には、円筒状でポリプロピレン樹脂製の軸芯１２が使用されている。図４に示すように、捲回群６は、正極板２と負極板４とが、これら両極板が直接接触しないようにポリエチレン製等のセパレータ５を介して重ねられ、軸芯１２の周囲に捲回されている。セパレータ５は、本例では、厚さが３０μｍ、幅（軸芯１２の長手方向の長さ）が９１ｍｍに設定されている。正極板２、負極板４およびセパレータ５は、正極板２に形成された正極合剤無塗着部１と負極板４に形成された負極合剤無塗着部３とが、それぞれ捲回群６の互いに反対側の両端面に位置するように重ねられている。正極合剤無塗着部１および負極合剤無塗着部３は、それぞれセパレータ５から２ｍｍはみ出した位置に配置されている。すなわち、捲回群６の上部には正極板２を構成する正極集電体のアルミニウム箔が突出しており、下部には負極板４を構成する負極集電体の圧延銅箔が突出している。
【００１５】
正極板２、負極板４およびセパレータ５が捲回された捲回群６では、セパレータ５からそれぞれはみ出した正極合剤無塗着部１および負極合剤無塗着部３のそれぞれ一部又は全部がセパレータ５の端縁から突出しており、突出した端部がそれぞれ捲回群６の両端面から突出している。正極板２、負極板４およびセパレータ５の長さを調整することで、捲回群６の外径（直径として）が３８±０．１ｍｍに調整されている。捲回群６の内径（直径として）は軸芯１２の外径と同じ９ｍｍとなる。捲回群６の周面全周には、捲回群６が巻き解けないように、ポリイミド製基材の片面にヘキサメタアクリレート等の粘着剤が塗着された粘着テープが貼り付けられており、捲回群６の巻き終わりの終端部分が固定されている。この捲回群６では、正極板２、負極板４ともに層状に５０回捲回されており、すなわち、５０層の積層体が形成されている。
【００１６】
図１に示すように、捲回群６の上側には正極板からの電位を集電するアルミニウム製の集電円盤７が配置されており、下側には負極板からの電位を集電する銅製の集電円盤７が配置されている。すなわち、集電円盤７は捲回群６の両端面にそれぞれ対向するように配置されており、集電円盤７の材質にはそれぞれ正極集電体および負極集電体と同じ材質が使用されている。正極側、負極側のいずれの集電円盤７も同じ形状に形成されている。
【００１７】
図５および図７（Ａ）に示すように、集電円盤７は、本例では、直径が３８．５ｍｍ、厚さが０．２ｍｍに設定されている。集電円盤７の中央部には、捲回群６側に軸芯１２に固定するための円筒状の突部が形成されている（図１も参照。）。集電円盤７は、一面側に断面台形状の突状部８を有しており、他面側の突状部８に対応する部分が平面状に形成されている。突状部８は、集電円盤７の半径方向に沿う放射状に４箇所に形成されている。突状部８の大きさは、図６（Ａ）に示すように、集電円盤７の厚さ０．２ｍｍに対し、上底の幅が０．２ｍｍ、下底の幅が０．６ｍｍ、高さが０．８ｍｍに設定されている。突状部８の長さ（集電円盤７の半径方向の長さ）は、捲回群６の上部に突出したアルミニウム箔（負極側では、捲回群６の下部に突出した圧延銅箔）の中心側の位置から外周側の位置までに対応するように設定されている。換言すれば、突状部８は、捲回群６の（軸芯１２を除く）最内周から最外周までの位置に対応するように形成されている。
【００１８】
また、集電円盤７の突状部８を有していない部分、すなわち、突状部８同士の間の扇状の部分には、電池作製における非水電解液注液時に非水電解液の通液経路となる複数のスリット９が形成されている。スリット９は、集電円盤７の半径方向を長径とする長円状で４箇所に形成されている。
【００１９】
図１に示すように、集電円盤７は、中央部に形成された円筒状の突部で軸芯１２の上端部および下端部にそれぞれ固定されている。正極側では、集電円盤７の下面に、捲回群６の上部に突出した正極合剤無塗着部１（アルミニウム箔）の端部がレーザ溶接により複数の接合部で接合されている。一方、負極側では、集電円盤７の上面に、捲回群６の下部に突出した負極合剤無塗着部３（圧延銅箔）の端部がレーザ溶接により複数の接合部で接合されている。正極側、負極側ともに、接合部の形状は同じように形成されているため、以下、説明を簡単にするために正極側についてのみ説明する。
【００２０】
図９に示すように、捲回群６の上部に突出した正極合剤無塗着部１の端部と集電円盤７との接合部は、突状部８の位置に対応するように形成されており、集電円盤７の下面（捲回群６側の面）で複数の直線状、すなわち、４箇所の放射直線状に配列されている。接合部のうち少なくとも一部、すなわち、接合部の全数の８０％以上が正極合剤無塗着部１との接合端部から集電円盤７にかけて徐々に広がった拡幅状を呈した接合部２５を形成している。換言すれば、接合部２５は、直線状に配列した方向（集電円盤７の半径方向）の断面の形状が正極合剤無塗着部１の厚さに対して徐々に広がった拡幅状を呈している。接合部２５の拡幅状に広がる広がり開始位置Ｓ、すなわち、正極合剤無塗着部１との接合端は、捲回群６を構成するセパレータ５の端縁より上方（集電円盤７側）に位置している。また、広がり開始位置Ｓにおける接合部２５の広がり角度Ｐは鋭角に形成されている。換言すれば、正極合剤無塗着部１との接合端部で接合部２５が鋭角状となる。
【００２１】
集電円盤７の下面には、正極合剤無塗着部１が接合された接合部の隣り合う接合部同士の間（アルミニウム箔のない部分）に、正極合剤無塗着部１の表面に沿う方向の断面の形状が下方（捲回群６側）に丸みを帯びた（断面半円状の）突部が形成されている。この突部の先端は、接合部２５の広がり開始位置Ｓより上方（集電円盤７側）に位置している。
【００２２】
レーザ溶接時には、集電円盤７に形成された突状部８が溶融すると共に、集電円盤７の一部が溶融して集電円盤７の下面７ａから下方に垂下して断面半円状の突部が形成される。更に、正極合剤無塗着部１が集電円盤７に当接している部分では、下面７ａから垂下した溶融部分が正極合剤無塗着部１の端部の両面を濡らすように垂れ下がり、正極合剤無塗着部１の端部が溶融部分に溶かし込まれて一体化され、断面半円状の突部より下側に拡幅状の接合部２５が形成される。このため、断面半円状の突部は接合部２５に含まれている。また、集電円盤７と正極合剤無塗着部１の端部とを接合する前では、正極合剤無塗着部１の端縁が集電円盤７の下面７ａに当接しているが、溶接により接合した後では、正極合剤無塗着部１の元々の端部は接合部２５に一体化されるため、接合部２５の広がり開始位置Ｓが正極合剤無塗着部１の端となる。
【００２３】
正極側の集電円盤７の上方には、正極外部端子を兼ねる円盤状の上蓋１１が配置されている。集電円盤７の中央部上面には、厚さ０．３ｍｍ、幅１６ｍｍのアルミニウム製の正極リード１４の一端が溶接されている。正極リード１４の他端と、上蓋１１を構成する円盤１６の下面とがレーザ溶接で接合されている。一方、負極側の集電円盤７の下方には、厚さ０．５ｍｍのニッケル製で中央部が捲回群６と反対側に突出した円板状の負極リード１３が配置されている。負極リード１３の外周部上面は、集電円盤７の下面に超音波溶接で接合されている。負極リード１３の中央部下面は、負極外部端子を兼ねる電池容器１０の内底面に抵抗溶接で接合されている。電池容器１０には、ニッケルめっきが施された鉄製の有底円筒状容器が用いられており、本例では、厚さが０．５ｍｍに設定されている。なお、電池容器１０には、底面の外側からレーザ光が照射され、負極リード１３と電池容器１０との溶接箇所が増やされている。
【００２４】
上蓋１１は、図８に示すように、アルミニウム製のキャップ１７、アルミニウム製の円盤１６で形成されている。キャップ１７は、中央部が捲回群６と反対側（電池外部側）に突出しており、キャップ１７の厚さは、本例では、１ｍｍに設定されている。円盤１６は、電池容器１０の開口部を覆うように、円盤状で中央部が捲回群６側に突出した皿状の形状を呈している。円盤１６の厚さは、本例では、０．５ｍｍに設定されている。円盤１６の外周部は、全周がキャップ１７の外周部の上面側に折り返されている。外周部の全周にわたって、折り返された上面側から折り返された部分に向けて（図８の黒矢印Ａ方向）レーザ溶接が施されている。
【００２５】
図１に示すように、上蓋１１は、電池容器１０の上部の開口部にポリプロピレン樹脂製のガスケット１５を介してカシメ固定されている。このため、電池容器１０は上蓋１１で封口密閉されている。また、電池容器７内には、非水電解液が注液されている。非水電解液には、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートとの体積比２：３の混合溶媒中へ６フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ６）を１モル／リットル溶解させたものが用いられている。
【００２６】
捲回群６を構成する正極板２は、図２に示すように、正極集電体としてアルミニウム箔を有している。アルミニウム箔の厚さは、本例では、２０μｍに設定されている。アルミニウム箔の両面には、正極活物質を含む正極合剤が略均等に塗着されている。正極活物質には、例えば、化学式ＬｉＭｎ２Ｏ４で表されるマンガン酸リチウム等のリチウム遷移金属複酸化物の粉末が用いられている。正極合剤には、正極活物質、主たる導電材として黒鉛粉末、副たる導電材としてアセチレンブラックおよびバインダ（結着剤）としてポリフッ化ビニリデン（以下、ＰＶＤＦと略記する。）が、例えば、質量比８５：８：２：５となるように配合されている。アルミニウム箔への正極合剤の塗着時には、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（以下、ＮＭＰと略記する。）等の分散溶媒で粘度調整されスラリが調製される。正極板２は、乾燥後プレスされ、幅８８ｍｍの帯状に形成されている。アルミニウム箔の長寸方向一側の側縁には、幅６ｍｍの正極合剤無塗着部１が形成されている。
【００２７】
一方、負極板４は、図３に示すように、負極集電体として圧延銅箔を有している。圧延銅箔の厚さは、本例では、２０μｍに設定されている。圧延銅箔の両面には、負極活物質としてリチウムイオンを可逆に吸蔵、放出可能な易黒鉛化性炭素等の炭素材料の粉末を含む負極合剤が略均等に塗着されている。負極合剤には、例えば、易黒鉛化性炭素粉末の９２質量部に８質量部のＰＶＤＦが配合されている。圧延銅箔への負極合剤の塗着時には、ＮＭＰ等の分散溶媒で粘度調整されスラリが調製される。負極板４は、乾燥後プレスされ、幅８９ｍｍの帯状に形成されている。圧延銅箔の長寸方向一側の側縁には、正極板２と同様に、幅３ｍｍの負極合剤無塗着部３が形成されている。なお、負極活物質の圧延銅箔への塗着量は、初充電時に正極板２から放出されるリチウムイオン量と初充電時に負極板４に吸蔵されるリチウムイオン量とが１：１となるように調整されている。
【００２８】
（電池組立）
リチウムイオン二次電池２０は、次のようにして組み立てられる。まず、捲回群６の上端面に集電円盤７を載置し、捲回群６の上端面に位置する正極合剤無塗着部１の端部に集電円盤７の他面（突状部８が形成されていない面）の平面状の部分を当接させる。突状部８の上方（集電円盤７の上方）から、突状部８の長手方向（集電円盤７の半径方向）に沿ってレーザ光を照射する。レーザ光の照射により突状部８および集電円盤７の一部を溶融させることで、レーザ光照射面の背面（集電円盤７の下面）側と、該背面に当接した各周（５０層）の正極合剤無塗着部１の端部とを接合する。すなわち、レーザ光照射により突状部８および集電円盤７の一部が溶融すると、重力で溶融部分が集電円盤７の下面側に垂下して突部が形成される。突部は、レーザ光の照射による溶接軌跡を形成する。レーザ光照射後は、この突部が溶融痕跡として残り、突状部８が形成されていた部分が略平坦となる。４つの突状部８について、順次突状部８の上面側からレーザ光を照射し、下面に当接する正極合剤無塗着部１の端部を溶接する。次に、負極合剤無塗着部１の端部と集電円盤７とについても、正極合剤無塗着部１と集電円盤７との溶接と同様にして溶接する。このとき、正極側の集電円盤７を溶接した捲回群６の上下を反対にして負極合剤無塗着部３を上側にして行う。
【００２９】
ここで、レーザ溶接について説明する。図７（Ｂ）に示すように、集電円盤７に形成された突状部８に上方からレーザ光を照射すると、突状部８および集電円盤７の一部が溶融し、重力で溶融部分が集電円盤７の下面側に垂下して断面半円状の突部２２が形成される。突部２２は突状部８に対応するように形成され、この突部２２が捲回群６の正極合剤無塗着部１の間（負極合剤無塗着部３の間も同じ。）に入り込む。レーザ光照射後は、溶融部分が垂下して形成された突部２２が冷却固化し溶融痕跡として残る。このため、正極合剤無塗着部１の端部（負極合剤無塗着部３の端部）が集電円盤７に接合される。このとき、突状部８の上底面の位置が集電円盤７の上面の位置まで下がり略平坦となる。
【００３０】
次いで、負極側の集電円盤７の捲回群６と反対側の面に負極リード１３を超音波接合法で取り付ける。負極リード１３を取り付けた捲回群６を電池容器１０に負極リード１３が電池容器１０の底面側となるように収容する。負極リード１３の下面と電池容器１０の内底面とを抵抗溶接で接合する。接合後、電池容器１０の底面の外側からレーザ光を照射し、負極リード１３と電池容器１０との溶接箇所を増加させる。
【００３１】
続いて、正極側の集電円盤７の上面に正極リード１４の一端を溶接で接合し、他端を上蓋１１を構成する円盤１６の下面に溶接で接合する。次に、電池容器１０内に非水電解液を注液する。非水電解液の注液量は、本例では、５０ｇに設定されている。非水電解液注液後、ガスケット１５を介して上蓋１１を電池容器１０の開口部にカシメ固定して封口密閉し、リチウムイオン二次電池２０を完成させた。
【実施例】
【００３２】
次に、本実施形態に従い、作製したリチウムイオン二次電池２０の実施例について説明する。
【００３３】
（実施例１）
実施例１では、正極側、負極側の集電円盤７に正極合剤無塗着部１の端部、負極合剤無塗着部３の端部をそれぞれレーザ溶接するときに、突状部８の上底面にジャストフォーカス、送り速度を、正極側の溶接では５ｍ／分、負極側の溶接では４ｍ／分に設定した。レーザの照射出力は、正極側の溶接では６５０Ｗ、負極側の溶接では６００Ｗに設定した。
【００３４】
得られた捲回群６を任意に抜き取り、溶接軌跡に沿う方向、すなわち突部２２に沿う方向でアルミニウム箔の断面方向に切断し、接合部を観察した。接合部の状況は、後述する全ての実施例の差に至らないほどの軽微な差はあるものの正極側、負極側ともにほぼ同一であった。図９に示すように、接合部２５は、正極合剤無塗着部１との接合端部から集電円盤７にかけて徐々に（次第に）広がった拡幅状で溶接がなされていた。このような状況は１本の溶接軌跡（４つの放射直線状の部分のうち１つ）について、５０層ある正極合剤無塗着部１の接合部のうち、平均３５層の接合部で観察された。このことから、接合部２５は接合部の全数に対する百分率が７０％であることが判った。広がり開始位置Ｓの広がり角度Ｐは鋭角であり、接合部２５は鋭角状を呈した。隣り合う接合部２５の間では、集電円盤７の下面に突部２２が形成されていた。突部２２の先端位置は、広がり開始位置Ｓより集電円盤７側に位置していた。
【００３５】
接合部２５が形成された３５層以外の１５層では、図１０に示すように、正極合剤無塗着部１の厚さから徐々に広がった形状ではない接合部２６が形成された。換言すれば、５０層のうち平均１５層の接合部では、拡幅状の溶接がなされていないこととなる。接合部２６の接合部全数に対する百分率が３０％となる。
【００３６】
得られたリチウムイオン二次電池２０の任意の１０個について、交流インピーダンスを測定した。交流インピーダンスの測定では、リチウムイオン二次電池２０を室温にて２Ａ定電流で４．０Ｖまで充電した後、引続き４．０Ｖ定電圧で電流が０．１Ａに垂下するまで充電し、１ｋＨｚの交流インピーダンスを周囲環境温度、電池温度ともに２５±０．５℃の条件下で測定した（本実施例以下の実施例についても同様にした。）。実施例１のリチウムイオン二次電池２０では、交流インピーダンスが平均２．４７ｍΩであった。
【００３７】
（実施例２）
実施例２では、レーザ溶接するときのレーザの照射出力を、正極側の溶接では７００Ｗ、負極側の溶接では６３０Ｗとした以外は実施例１と同様にした。接合部２５が形成されている状況は１本の溶接軌跡について、平均４０層、接合部全数に対して８０％であった。広がり開始位置Ｓの広がり角度Ｐは鋭角であった。隣り合う接合部２５の間には突部２２が形成されており、突部２２の先端位置が広がり開始位置Ｓより集電円盤７側に位置していた。接合部２６が形成されている箇所は、５０層あたり平均１０層、接合部全数に対して２０％であった。実施例２のリチウムイオン二次電池２０の任意の１０個について、交流インピーダンスを測定した結果、平均２．０７ｍΩであった。
【００３８】
（実施例３）
実施例３では、レーザ溶接するときのレーザの照射出力を、正極側の溶接では７５０Ｗ、負極側の溶接では６５０Ｗとした以外は実施例１と同様にした。接合部２５が形成されている状況は１本の溶接軌跡について、平均４６層、接合部全数に対して９２％であった。広がり開始位置Ｓの広がり角度Ｐは鋭角であった。隣り合う接合部２５の間には突部２２が形成されており、突部２２の先端位置が広がり開始位置Ｓより集電円盤７側に位置していた。接合部２６が形成されている箇所は、５０層あたり平均４層、接合部全数に対して８％であった。実施例３のリチウムイオン二次電池２０の任意の１０個について、交流インピーダンスを測定した結果、平均２．００ｍΩであった。
【００３９】
（実施例４）
実施例４では、レーザ溶接するときのレーザの照射出力を、正極側の溶接では９００Ｗ、負極側の溶接では７５０Ｗとした以外は実施例１と同様にした。接合部２５が形成されている状況は１本の溶接軌跡について、平均３８層、接合部全数に対して７６％であった。広がり開始位置Ｓの広がり角度Ｐは鋭角であった。隣り合う接合部２５の間には突部２２が形成されており、突部２２の先端位置が広がり開始位置Ｓより集電円盤７側に位置していた。接合部２６が形成されている箇所は、５０層あたり平均４層、接合部全数に対して８％であった。５０層のうち残り８層については、正極合剤無塗着部１ないし負極合剤無塗着部３の溶断が観察された。実施例４のリチウムイオン二次電池２０の任意の１０個について、交流インピーダンスを測定した結果、平均２．３８ｍΩであった。
【００４０】
（実施例５）
実施例５では、レーザ溶接するときのレーザの照射出力を、正極側の溶接では５５０Ｗ、負極側の溶接では５００Ｗとした以外は実施例１と同様にした。正極側、負極側ともに接合部の溶接軌跡に沿う断面形状は、正極合剤無塗着部１（負極合剤無塗着部３）との接合端部から集電円盤７にかけて徐々に広がった形状を呈していた。図８に示すように、接合部２７は拡幅状に形成されており、広がり開始位置Ｓの広がり角度Ｐは鈍角であった。接合部２７が形成されている状況は１本の溶接軌跡について、平均３０層、接合部全数に対して６０％であった。隣り合う接合部２７の間には突部２２が形成されており、突部２２の先端位置が広がり開始位置Ｓより集電円盤７側に位置していた。接合部２６が形成されている箇所は、５０層あたり平均２０層、接合部全数に対して４０％であった。実施例５のリチウムイオン二次電池２０の任意の１０個について、交流インピーダンスを測定した結果、平均２．５６ｍΩであった。
【００４１】
（実施例６）
実施例６では、突状部８の大きさを変えた集電円盤７を用いた。すなわち、図６（Ｂ）に示すように、集電円盤７の厚さ０．２ｍｍに対し、上底の幅が０．４ｍｍ、下底の幅が１．０ｍｍ、高さが１．２ｍｍに設定されている。レーザ溶接するときのレーザの照射出力を、正極側の溶接では９００Ｗ、負極側の溶接では７５０Ｗとした以外は実施例１と同様にして電池を作製したところ、１０個中１個に内部短絡症状が観察されたので、電池を分解調査した。接合部は、拡幅状に形成されていたが、広がり開始位置Ｓがセパレータ５の端縁より内側（集電円盤７と反対側）に形成されており、セパレータ５の一部に溶融欠損が観察された。このことから、実施例６においては、集電円盤７の突状部８の体積が増加しているため、溶接時のレーザ光照射による溶融垂下量が大きくなり形成される突部２２が大きくなるので、接合部の広がり開始位置Ｓがセパレータ５の端縁より捲回群６側に形成されたものと考えられる。このため、セパレータ５の溶融欠損箇所で正極板と負極板とが接触し内部短絡が生じたものと推定される。
【００４２】
（実施例７）
実施例７では、正極合剤無塗着部１の幅を５ｍｍ、負極合剤無塗着部３の幅を２ｍｍとし、正極合剤無塗着部１および負極合剤無塗着部３のいずれについても捲回群６を形成するときのセパレータ５からのはみ出し量を１ｍｍとした以外は実施例１と同様にした。得られたリチウムイオン二次電池２０では、１０個中１個に内部短絡症状が観察されたので、電池を分解調査した。接合部は、拡幅状に形成されていたが、広がり開始位置Ｓがセパレータ５の端縁より内側に形成されており、セパレータ５の一部に溶融欠損が観察された。このことから、実施例７においては、正極合剤無塗着部１および負極合剤無塗着部３のセパレータ５からのはみ出し量を小さくしたため、接合部の広がり開始位置Ｓがセパレータ５の端縁より捲回群６側に形成されたものと考えられる。このため、セパレータ５の溶融欠損箇所で正極板と負極板とが接触し内部短絡が生じたものと推定される。
【００４３】
以上説明した各実施例のうち実施例１〜実施例５について、レーザ溶接するときのレーザの照射出力を変えたことによる接合部の状況を比較して説明する。接合部の観察結果、交流インピーダンスの測定結果を下表１にまとめて示す。なお、表１において、広がりのある溶接率は接合部２５の接合部全数に対する百分率（図９参照）、広がりのない溶接率は接合部２６の接合部全数に対する百分率（図１０参照）をそれぞれ示し、角度は広がり開始位置Ｓの広がり角度Ｐを示す。
【００４４】
【表１】
2008293681.tif 000003
【００４５】
表１に示すように、実施例１〜実施例５では、いずれも拡幅状の接合部２５が形成されていたが、レーザ光の照射出力を変えることで、接合部全体の状況が変化することが判った。広がりのある溶接率が高い程、交流インピーダンスが低くなり、電池性能に優れることが判った。特に、広がりのある溶接率が８０％以上の実施例２、実施例３では、交流インピーダンスを一層低くすることができることが明らかとなった。広がりのない接合部２６では、十分な溶接量（体積）が得られず、集電円盤７と正極合剤無塗着部１や負極合剤無塗着部３との間の電気抵抗が下がらなかったものと推察できる。レーザ光の照射出力を高くした実施例４では、照射エネルギーが強すぎたため、正極合剤無塗着部１ないし負極合剤無塗着部３の溶断が発生し、広がりのある溶接率が上がらなかったと考えられる。逆に、照射エネルギーが不足する実施例５では、接合部が略円錐状に形成されるものの、広がり開始位置Ｓの広がり角度Ｐが鈍角の接合部２７が形成され、広がりのある溶接率も十分ではない。
【００４６】
従って、集電円盤７に形成する突状部８の大きさ、レーザ溶接するときの照射出力を調整することで、接合部２５が形成される割合を増加させることができ、その結果、交流インピーダンスを低下させることのできることが判明した。このようなリチウムイオン二次電池２０は、内部抵抗が低減するため、大電流充放電のなされる電動工具やハイブリッド車等の電源用の高率指向の用途に好適に使用することができる。
【００４７】
（作用等）
次に、本実施形態のリチウムイオン二次電池２０の作用等について説明する。
【００４８】
本実施形態では、捲回群６の両端面にそれぞれ対向するように集電円盤７が配置されており、正極合剤無塗着部１の端部および負極合剤無塗着部３の端部がそれぞれ集電円盤７の捲回群６側の面にレーザ溶接により複数の接合部で接合されている。接合部うち一部の接合部が集電円盤７にかけて徐々に広がった拡幅状を呈した接合部２５を形成している。複数の接合部が形成されるため、集電経路が増加し内部抵抗を低減することができる。更には、拡幅状を呈する分で接合部２５の体積が増大するので、内部抵抗を小さく抑えることができる。また、本実施形態では、拡幅状を呈した接合部２５の接合部全数に対する割合を８０％以上とすることで接合部の体積を増大させることができるため、交流インピーダンスを低減することができる（実施例２、実施例３参照）。更に、本実施形態では、接合部２５が鋭角状、すなわち、広がり開始位置Ｓの広がり角度Ｐが鋭角のため、広がり角度Ｐが鈍角の場合と比較して体積の増大量を大きくすることができる。このため、内部抵抗を一層小さく抑えることができる（図９、図１１参照）。
【００４９】
また、本実施形態では、集電円盤７に放射状の突状部８を形成しておき、この突状部８にレーザ光を照射することで集電円盤７に正極合剤無塗着部１の端部（負極合剤無塗着部３の端部）が接合される。このため、接合部は集電円盤７の捲回群６側の面で直線状に配列される。レーザ光の照射を直線状に走査することで接合部が形成されるため、容易に接合することができる。また、本実施形態では、集電円盤７の捲回群６側の面には、直線状に形成された接合部のうち隣り合う接合部間に突部２２が形成される。この突部２２の先端は接合部２５の広がり開始位置Ｓより集電円盤７側に位置している。突部２２はレーザ溶接するときに溶融した突状部８、集電円盤７の一部が捲回群６側に垂下することで形成されるが、突部２２の先端が接合部２５の広がり開始位置Ｓより集電円盤７側のため、溶融部分が正極合剤無塗着部１、負極合剤無塗着部３に沿って更に垂下し略円錐状の接合部２５を形成しやすくすることができる。
【００５０】
更に、本実施形態では、接合部２５の広がり開始位置Ｓがセパレータ５の端縁の位置より集電円盤７側に位置している。このため、レーザ溶接するときに接合部２５や突部２２の溶融部分がセパレータ５に接触せず、レーザ溶接に伴う熱がセパレータ５に伝わりにくくなるので、セパレータ５の溶融損傷を防止することができる。
【００５１】
また更に、本実施形態では、正極側、負極側の集電円盤７の捲回群６側の面に正極合剤無塗着部１、負極合剤無塗着部３がそれぞれ接合される。このため、正極板、負極板をそれぞれ構成する集電体を短冊櫛歯状に加工したり、集電体に集電タブを取り付けたりする場合と比較して、加工や取り付けの時間が不要となり、製造効率を向上させることができる。また、短冊櫛歯状に加工したり集電タブを取り付けたりした正極板、負極板を捲回する場合と比較して、捲回群６の作製時に集電タブ等が咬み込まれた状態で巻き取られることがないので、正負極間の絶縁が損なわれるような工程不良のポテンシャルも完全に排除することができる。更に、集電タブ等では捲回群の端面を覆うように集合され集電円盤の側縁に接合されるのに対して、本実施形態では、正極合剤無塗着部１、負極合剤無塗着部３が捲回群６の端面を覆うことがなく、また、集電円盤７にスリット９が形成されているため、非水電解液の捲回群６への浸透経路を確保することができる。これにより、非水電解液が捲回群６に浸透する時間を短縮することができ、仕掛リードタイムの増加に繋がるような要因も完全に排除することができる。従って、上述した接合部２５が形成されることで交流インピーダンスを低減することができる上に、内部短絡や電圧低下を引き起こすポテンシャルを排除可能となるので、高性能、高信頼性のリチウムイオン二次電池を得ることができる。
【００５２】
なお、本実施形態では、電極体として正極板、負極板を捲回した捲回群６を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、矩形状や円形状等の正極板、負極板をセパレータを介して積層した積層電極群としてもよい。また、本実施形態では、正極側、負極側共に集電円盤７を配置する例を示したが、本発明はこれに制限されるものではない。例えば、負極側に集電円盤７を配置することなく、負極合剤無塗着部３の端部を直接電池容器１０の内底面にレーザ溶接で接合してもよい。このことは、例えば、電池容器１０に負極集電体と同じ材質を使用するようにすることで実現することができる。また、本実施形態では、電池容器１０が負極外部端子を兼ね、上蓋１１が正極外部端子を兼ねる例を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、電池容器１０を正極外部端子とし、上蓋１１を負極外部端子としてもよい。
【００５３】
また、本実施形態では、集電円盤７に放射状の突状部８を形成する例を示したが、本発明はこれに制限されるものではなく、例えば、インボリュート曲線等の曲線状で複数の突状部を形成してもよい。また、放射状の突状部８の数についても４つに制限されるものではなく、例えば、３つや６つとしてもよい。更に、全ての放射状の突状部８が集電円盤７の中心部から周縁部にわたって形成される必要はなく、例えば、一部については半径方向の中途から周縁部にわたって形成するようにしてもよい。
【００５４】
更に、本実施形態では、集電部材として集電円盤７を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、レーザ溶接に要する突状部８が形成されていればよい。例えば、積層電極群を用いる場合には、矩形状の集電部材としてもよく、形状に制限されるものではない。また、本実施形態では、レーザ溶接により形成される接合部２５が拡幅状を呈している。集電円盤７の突状部８に対し上方からレーザ光を照射することで溶融部分が重力で垂下し接合部２５が形成されるため、一般には、接合部２５が略円錐状となる。例えば、レーザ溶接時に集電円盤７が傾いたりした場合には、断面形状が非対称となり拡幅状となる。従って、本発明は接合部が拡幅状に形成されていればよく、対称性に制限されるものではない。
【００５５】
また更に、本実施形態では、アルミニウム箔、圧延銅箔の両面にそれぞれ正極合剤、負極合剤を塗着し正極板２、負極板４を構成する例を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、捲回群６において、正極合剤塗着面と負極合剤塗着面とが対向しない部分では、部分的に片面のみの塗着部が形成されていてもかまわない。また、電池の形状や大きさについても、特に制限のないことはもちろんである。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明は内部抵抗を小さく抑えることができるリチウムイオン二次電池を提供するため、リチウムイオン二次電池の製造、販売に寄与するので、産業上の利用可能性を有する。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明を適用した実施形態の円筒型リチウムイオン二次電池の概略を示す断面図である。
【図２】実施形態の円筒型リチウムイオン二次電池を構成する正極板を模式的に示す平面図である。
【図３】円筒型リチウムイオン二次電池を構成する負極板を模式的に示す平面図である。
【図４】円筒型リチウムイオン二次電池の捲回群を構成する正極板、負極板およびセパレータの位置関係を模式的に示す説明図である。
【図５】円筒型リチウムイオン二次電池に用いられた集電円盤の斜視図である。
【図６】集電円盤に形成された突状部の断面図であり、（Ａ）は実施例１〜実施例５および実施例７に用いた集電円盤の突状部、（Ｂ）は実施例６に用いた集電円盤の突状部をそれぞれ示す。
【図７】集電円盤の突状部をレーザ溶接するときの溶接部分の形状を示し、（Ａ）は溶接前の集電円盤の平面図、（Ｂ）は溶接後の形状で（Ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
【図８】円筒型リチウムイオン二次電池を構成する上蓋の断面図である。
【図９】円筒型リチウムイオン二次電池の集電円盤と正極合剤無塗着部の端部との接合部で鋭角状で略円錐状に形成された接合部を模式的に示す断面図である。
【図１０】円筒型リチウムイオン二次電池の集電円盤と正極合剤無塗着部の端部との接合部で広がりのない形状に形成された接合部を模式的に示す断面図である。
【図１１】円筒型リチウムイオン二次電池の集電円盤と正極合剤無塗着部の端部との接合部で鈍角状で略円錐状に形成された接合部を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
【００５８】
１  正極合剤無塗着部（集電体の一部）
２  正極板
３  負極合剤無塗着部（集電体の一部）
４  負極板
５  セパレータ
６  捲回群（電極体）
７  集電円盤（集電部材）
２０  円筒型リチウムイオン二次電池（リチウムイオン二次電池）
２５  接合部
【図１】
2008293681.tif 000004
【図２】
2008293681.tif 000005
【図３】
2008293681.tif 000006
【図４】
2008293681.tif 000007
【図５】
2008293681.tif 000008
【図６】
2008293681.tif 000009
【図７】
2008293681.tif 000010
【図８】
2008293681.tif 000011
【図９】
2008293681.tif 000012
【図１０】
2008293681.tif 000013
【図１１】
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