(57)【要約】【課題】箔体の損傷を抑制し集電部材と箔体とを確実に接合した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備えている。捲回群の上部、下部には正極合剤未塗着部の端部、負極合剤未塗着部の端部がそれぞれ突出している。集電円盤７は捲回群の両端面にそれぞれ対向して配置されている。集電円盤７は、捲回群と反対側の面に突状部８と、捲回群と対向し突状部８に対応する位置に平面部とを有している。突状部８は放射状に形成されている。正極合剤未塗着部の端部、負極合剤未塗着部の端部をそれぞれ集電円盤７の平面部に当接させて突状部８にレーザ照射することで接合されている。集電円盤７の平面部が正極合剤未塗着部の端部、負極合剤未塗着部の端部にほぼ一様に当接する。【選択図】図５
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【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箔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箔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群を備え、少なくとも前記正極板および負極板の一方の箔体の端部が前記電極群の端面から突出するとともに、前記少なくとも一方の箔体から集電するための集電部材が前記電極群の端面と対向して配置され、前記集電部材と前記箔体の端部とが接合された接合部が該集電部材の前記電極群と対向する面側から突出するように形成されたリチウムイオン二次電池において、前記集電部材は、前記電極群と反対側の面に中央部から外縁部に向けて延設された複数の突状部と、前記電極群と対向し前記突状部に対応する位置に設けられた平面部とを有しており、前記接合部は、前記平面部に前記箔体の端部を当接させて、前記突状部を溶融し前記平面部から突出させることで形成したものであることを特徴とするリチウムイオン二次電池。
【請求項２】
前記突状部は、直線状ないし曲線状に延設されており、断面略台形を呈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３】
前記集電部材は、前記突状部の両側に沿うように一対の溝が形成されていることを特徴とする請求項２に記載のリチウムイオン二次電池。
【請求項４】
前記集電部材は、前記突状部の突出高さをＨとし、前記突状部の基部の幅をＷ２とし、前記集電部材の厚さをｔとしたときに、Ｈ≧Ｗ２およびＨ＞ｔの関係を満たすことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のリチウムイオン二次電池。
【請求項５】
前記集電部材は、前記突状部の突出高さをＨとし、前記突状部の基部の幅をＷ２とし、前記集電部材の厚さをＴとし、前記集電部材の前記溝が形成された部分の厚さをｔとし、前記一対の溝の溝幅をそれぞれＬ１およびＬ２としたときに、Ｈ≧Ｗ２、Ｈ＞ｔ、Ｈ＋ｔ＞ＴおよびＬ１＋Ｌ２≧Ｗ２の関係を満たす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６】
前記集電部材は、該集電部材に接合される箔体と同材質であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のリチウムイオン二次電池。
【請求項７】
前記接合部は、前記突状部にレーザ光を照射することで形成されたものであることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載のリチウムイオン二次電池。
【請求項８】
前記集電部材は、前記突状部の先端部の幅が前記レーザ光の焦点スポット径より大きいことを特徴とする請求項７に記載のリチウムイオン二次電池。
【請求項９】
前記電極群の端面から端部が突出した箔体は、一側の側縁に前記正極合剤ないし負極合剤の未塗着部が形成されており、前記未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未塗着部の端部が前記電極群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箔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箔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群を備え、少なくとも正極板および負極板の一方の箔体の端部が電極群の端面から突出するとともに、少なくとも一方の箔体から集電するための集電部材が電極群の端面と対向して配置され、集電部材と箔体の端部とが接合された接合部が該集電部材の電極群と対向する面側から突出するように形成された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体、膜や穿孔板等が使用されるが、エネルギー密度等の観点から箔体を使用することが一般的である。箔体から集電部材に電子を集電するために、箔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、箔体に取り付けた集電タブで箔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、箔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外部端子を兼ねる集電部材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、箔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、箔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。このような箔体を用いた場合は、正負極板をセパレータを介して捲回し電極群を作製する際に、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、集電タブ等が電極群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、集電タブ等が電極群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箔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箔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。箔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、セパレータの損傷や正負極間の短絡を招くおそれがあり、集電部材に箔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。また、電極群の端面に配置した集電部材が箔体の端部と接合されるため、接合作業が比較的簡便で作業効率の向上も期待されるが、箔体と集電部材とでは厚さの差が大きすぎるため、電気的に低抵抗で接合することが難しい、という問題がある。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、箔体の損傷を抑制し集電部材と箔体とを確実に接合した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箔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箔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群を備え、少なくとも前記正極板および負極板の一方の箔体の端部が前記電極群の端面から突出するとともに、前記少なくとも一方の箔体から集電するための集電部材が前記電極群の端面と対向して配置され、前記集電部材と前記箔体の端部とが接合された接合部が該集電部材の前記電極群と対向する面側から突出するように形成されたリチウムイオン二次電池において、前記集電部材は、前記電極群と反対側の面に中央部から外縁部に向けて延設された複数の突状部と、前記電極群と対向し前記突状部に対応する位置に設けられた平面部とを有しており、前記接合部は、前記平面部に前記箔体の端部を当接させて、前記突状部を溶融し前記平面部から突出させることで形成したものであることを特徴とする。
【０００９】
本発明では、集電部材が、電極群と反対側の面に中央部から外縁部に向けて延設された複数の突状部と、電極群と対向し突状部に対応する位置に設けられた平面部とを有しており、集電部材と箔体の端部との接合部が、集電部材の平面部に箔体の端部を当接させて、突状部を溶融し平面部から突出させることで形成したものであるため、集電部材の平面部が箔体の端部にほぼ一様に当接するので、箔体を損傷させることなく集電部材と箔体の端部とを確実に接合することができる。
【００１０】
本発明において、突状部が直線状ないし曲線状に延設されており、断面略台形を呈しているようにしてもよい。集電部材が、突状部の突出高さをＨとし、突状部の基部の幅をＷ２とし、集電部材の厚さをｔとしたときに、Ｈ≧Ｗ２およびＨ＞ｔの関係を満たすことが好ましい。また、集電部材の突状部の両側に沿うように一対の溝が形成されていてもよい。このとき、集電部材が、突状部の突出高さをＨとし、突状部の基部の幅をＷ２とし、集電部材の厚さをＴとし、集電部材の溝が形成された部分の厚さをｔとし、一対の溝の溝幅をそれぞれＬ１およびＬ２としたときに、Ｈ≧Ｗ２、Ｈ＞ｔ、Ｈ＋ｔ＞ＴおよびＬ１＋Ｌ２≧Ｗ２の関係を満たすことが好ましい。集電部材を該集電部材に接合される箔体と同材質としてもよい。また、集電部材と箔体の端部との接合部が集電部材の突状部にレーザ光を照射することで形成されたものとしてもよい。集電部材の突状部の先端部の幅がレーザ光の焦点スポット径より大きいことが好ましい。また、電極群の端面から端部が突出した箔体は、一側の側縁に正極合剤ないし負極合剤の未塗着部が形成されており、未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未塗着部の端部が電極群の端面から突出しているようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、集電部材が、電極群と反対側の面に中央部から外縁部に向けて延設された複数の突状部と、電極群と対向し突状部に対応する位置に設けられた平面部とを有しており、集電部材と箔体の端部との接合部が、集電部材の平面部に箔体の端部を当接させて、突状部を溶融し平面部から突出させることで形成したものであるため、集電部材の平面部が箔体の端部にほぼ一様に当接するので、箔体を損傷させることなく集電部材と箔体の端部とを確実に接合することができる、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群としての捲回群６を備えている。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、ポリプロピレン樹脂製で中空円筒状の軸芯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（図４では、軸芯１２を捨象している）。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未塗着部１と負極板４に形成された負極合剤未塗着部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。正極合剤未塗着部１および負極合剤未塗着部３は、それぞれセパレータ５の端縁から２ｍｍはみ出した位置に配置されている。
【００１５】
捲回群６では、正極合剤未塗着部１および負極合剤未塗着部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。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層状に突出しており、下部には負極板４を構成する負極集電体の圧延銅箔が層状に突出している。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の上方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部材としての集電円盤７が配置されており、下方には負極板からの電位を集電する銅製の集電部材としての集電円盤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して配置されており、集電円盤７の材質にはそれぞれ正極板を構成する箔体（集電体）および負極板を構成する箔体（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（Ａ）に示すように、集電円盤７は、本例では、直径が３８．５ｍｍ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、捲回群６と反対側の面に断面略台形の連続した突状部８を有しており、捲回群６と対向し突状部８に対応する位置に平面部を有している。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。すなわち、突状部８は、集電円盤７の中央部から外縁部に向けて延設されている。突状部８の寸法は、図６（Ａ）に示すように、集電円盤７の厚さｔ、上底幅（台形の先端部の幅）Ｗ１、下底幅（台形の基部の幅）Ｗ２、突出高さＨとしたときに、Ｈ≧Ｗ２およびＨ＞ｔの関係を満たすように設定されている。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、正極側および負極側の集電円盤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未塗着部１（アルミニウム箔）の端部を当接させてレーザ溶接により突状部８を溶融し平面部から突出させることで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未塗着部３（圧延銅箔）の端部を当接させてレーザ溶接により突状部８を溶融し平面部から突出させることで複数の接合部で接合されている。正極側、負極側ともに、正極合剤未塗着部１、負極合剤未塗着部３と集電円盤７との接合部は、集電円盤７の捲回群６と対向する面側から突出するように形成されている。
【００２０】
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の他端は、上蓋１１を構成する円盤１６の下面に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。
【００２１】
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、全周にわたってキャップ１７の外周部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。
【００２２】
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。
【００２３】
捲回群６を構成する正極板２は、図２に示すように、正極板を構成する箔体としての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のほぼ一様で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の正極合剤未塗着部１が形成されている。上述したように、捲回群６の作製時には正極合剤未塗着部１がセパレータ５の端縁から２ｍｍはみ出した位置に配置されるため、正極合剤未塗着部１の一部が捲回群６の端面から突出していることとなる。
【００２４】
一方、負極板４は、図３に示すように、負極板を構成する箔体としての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のほぼ一様で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の負極合剤未塗着部３が形成されている。上述したように、捲回群６の作製時には負極合剤未塗着部３がセパレータ５の端縁から２ｍｍはみ出した位置に配置されるため、負極合剤未塗着部３の一部が捲回群６の端面から突出していることとなる。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。
【００２５】
（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未塗着部１の端部に集電円盤７の平面部を当接させる。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。このとき、レーザ光の焦点スポット径を、突状部８の上底幅Ｗ１より小さくなるように設定する。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の平面部）と、該背面に当接した各周（５０層）の正極合剤未塗着部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の平面部から垂下（突出）する。溶融部分は、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、この垂下した部分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の上方からレーザ光を照射することで、正極合剤未塗着部１の端部と集電円盤７の平面部とを溶接する。次に、負極合剤未塗着部３の端部と集電円盤７とについても、正極合剤未塗着部１の端部と集電円盤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未塗着部３を上側にして行う。
【００２６】
ここで、レーザ溶接について詳述する。正極側、負極側で同じように溶接されるため、正極側についてのみ説明する。突状部８の長手方向に沿って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の下面の平面部から下方に断面半円状に垂下する。溶融部分は突状部８に対応するように形成され、この溶融部分が捲回群６の正極合剤未塗着部１同士の間に入り込む。溶融部分が正極合剤未塗着部１の端部の両面を濡らすように垂れ下がり、正極合剤未塗着部１の端部が溶融部分に溶かし込まれて一体化される。レーザ光照射後は、垂下した溶融部分が冷却固化し溶融痕跡として残る。このため、突状部８の長手方向に沿う複数箇所で正極合剤未塗着部１の端部が集電円盤７に接合される。正極合剤未塗着部１の端部と集電円盤７との接合部は、集電円盤７の捲回群６と対向する面側から突出するように形成される。
【００２７】
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。
【００２８】
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】
【００２９】
次に、本実施形態に従い、集電円盤７の材質、突状部８の寸法およびレーザ溶接時の照射出力を変えて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。なお、比較のために作製した比較例のリチウムイオン二次電池についても併記する。
【００３０】
実施例、比較例では、正極側、負極側の集電円盤７に正極合剤未塗着部１の端部、負極合剤未塗着部３の端部をそれぞれレーザ溶接するときの条件を次のように設定した。すなわち、突状部８の上面にジャストフォーカスとし、レーザ光の送り速度を、正極側、負極側共に５ｍ／分に設定した。また、レーザ光の焦点スポット径を０．１ｍｍに設定した。レーザ光の照射出力は、突状部８がレーザ光の照射により溶融して溶融部分が下方に垂下し、突状部８の上面が実質的に周囲面（突状部８以外の集電円盤７の上面）とほぼ同じか少なくとも突状部８の突出高さの２０％程度になるように策定した。照射出力が強すぎると、レーザ光が集電円盤７を貫通しアルミニウム箔や圧延銅箔を溶断させ、反対に照射出力が弱すぎると、溶融部分が十分に垂下せずアルミニウム箔や圧延銅箔との溶接確率が低下する。この条件は、レーザ光照射による溶融部分が集電円盤７の下面から下方に垂下し、アルミニウム箔、圧延銅箔との溶接に適切であることを実験的に求めたものである。
【００３１】
（実施例１）
実施例１では、集電円盤７の材質を正極側ではアルミニウム、負極側では銅とした。レーザ光の照射出力は、正極側の溶接では６００Ｗ、負極側の溶接では５５０Ｗにそれぞれ設定した。また、集電円盤７の寸法は、下表１に示すように、厚さｔ＝０．２ｍｍとし、上底幅Ｗ１＝０．２ｍｍ、下底幅Ｗ２＝０．８ｍｍ、突出高さＨ＝１．０ｍｍとした。このため、Ｈ≧Ｗ２およびＨ＞ｔの関係を満たしている。
【００３２】
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、１ｋＨｚ交流インピーダンス（１ｋＨｚＡＣＲ）を測定した。１ｋＨｚ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、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、比較例についても同様にした。）。下表１に示すように、実施例１のリチウムイオン二次電池２０では、１ｋＨｚ交流インピーダンスの平均値が０．２１ｍΩであった。
【００３３】
【表１】
2008305731.tif 000003
【００３４】
（実施例２）
実施例２では、寸法が異なる以外は実施例１と同じ形状、材質の集電円盤７を用いた。集電円盤７の寸法は、表１に示すように、厚さｔ＝０．７ｍｍ、上底幅Ｗ１＝０．４ｍｍ、下底幅Ｗ２＝０．８ｍｍ、突出高さＨ＝０．８ｍｍとした。このため、Ｈ≧Ｗ２およびＨ＞ｔの関係を満たしている。また、レーザ光の照射出力を、正極側の溶接では６５０Ｗ、負極側の溶接では５８０Ｗにそれぞれ設定した。実施例２のリチウムイオン二次電池２０では、１ｋＨｚ交流インピーダンスの平均値が０．２４ｍΩであった。
【００３５】
（実施例３）
実施例３では、材質を正極側ではアルミニウム、負極側ではニッケルとし、寸法が異なる以外は実施例１と同じ形状の集電円盤７を用いた。集電円盤７の寸法は、表１に示すように、厚さｔ＝０．２ｍｍ、上底幅Ｗ１＝０．２ｍｍ、下底幅Ｗ２＝０．８ｍｍ、突出高さＨ＝１．０ｍｍとした。このため、Ｈ≧Ｗ２およびＨ＞ｔの関係を満たしている。また、レーザ光の照射出力を、正極側の溶接では６００Ｗ、負極側の溶接では４５０Ｗにそれぞれ設定した。実施例３のリチウムイオン二次電池２０では、１ｋＨｚ交流インピーダンスの平均値が０．２４ｍΩであった。
【００３６】
（実施例４）
実施例４では、正極側、負極側共に、集電円盤７に実施例１と異なる形状のものを用いた。すなわち、図５（Ｂ）に示すように、集電円盤７には、突状部８の両側に突状部８に沿うように（突状部８を間に挟むように）一対の溝１８ａ、１８ｂが形成されている。溝１８ａ、１８ｂは、集電円盤７の４箇所に２本ずつ形成されている。集電円盤７は、捲回群６と対向し溝１８ａ、１８ｂおよび突状部８に対応する部分に平面部を有している。溝１８ａ、１８ｂおよび突状部８の寸法は、図６（Ｂ）に示すように、集電円盤７の厚さＴとし、突状部８の上底幅（台形の先端部の幅）Ｗ１、下底幅（台形の基部の幅）Ｗ２、突出高さＨとし、溝１８ａの溝幅Ｌ１、溝１８ｂの溝幅Ｌ２、溝１８ａ、１８ｂが形成された部分の集電円盤７の溝部厚さｔとしたときに、Ｈ≧Ｗ２、Ｈ＞ｔ、Ｈ＋ｔ＞ＴおよびＬ１＋Ｌ２≧Ｗ２の関係を満たすように設定されている。溝１８ａ、１８ｂおよび突状部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、溝１８ａ、１８ｂおよび突状部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。
【００３７】
表１に示すように、実施例４では、集電円盤７の材質を正極側ではアルミニウム、負極側では銅とした。レーザ光の照射出力は、正極側の溶接では６００Ｗ、負極側の溶接では５５０Ｗに設定した。また、集電円盤７の寸法は、厚さＴ＝１．０ｍｍ、溝部厚さｔ＝０．２、上底幅Ｗ１＝０．２ｍｍ、下底幅Ｗ２＝０．８ｍｍ、突出高さＨ＝１．０ｍｍ、溝幅Ｌ１＝溝幅Ｌ２＝１．０ｍｍとした。このため、Ｈ≧Ｗ２、Ｈ＞ｔ、Ｈ＋ｔ＞ＴおよびＬ１＋Ｌ２≧Ｗ２の関係を満たしている。実施例４のリチウムイオン二次電池２０では、１ｋＨｚ交流インピーダンスの平均値が０．２１ｍΩであった。
【００３８】
（実施例５）
実施例５では、寸法が異なる以外は実施例４と同じ形状、材質の集電円盤７を用いた。集電円盤７の寸法は、表１に示すように、厚さＴ＝１．４ｍｍ、溝部厚さｔ＝０．７、上底幅Ｗ１＝０．４ｍｍ、下底幅Ｗ２＝０．８ｍｍ、突出高さＨ＝０．８ｍｍ、溝幅Ｌ１＝溝幅Ｌ２＝０．４ｍｍとした。このため、Ｈ≧Ｗ２、Ｈ＞ｔ、Ｈ＋ｔ＞ＴおよびＬ１＋Ｌ２≧Ｗ２の関係を満たしている。また、レーザ光の照射出力を、正極側の溶接では６５０Ｗ、負極側の溶接では５８０Ｗにそれぞれ設定した。実施例５のリチウムイオン二次電池２０では、１ｋＨｚ交流インピーダンスの平均値が０．２４ｍΩであった。
【００３９】
（実施例６）
実施例６では、材質を正極側ではアルミニウム、負極側ではニッケルとし、寸法が異なる以外は実施例４と同じ形状の集電円盤７を用いた。集電円盤７の寸法は、表１に示すように、厚さＴ＝１．０ｍｍ、溝部厚さｔ＝０．２、上底幅Ｗ１＝０．２ｍｍ、下底幅Ｗ２＝０．８ｍｍ、突出高さＨ＝１．０ｍｍ、溝幅Ｌ１＝溝幅Ｌ２＝１．０ｍｍとした。このため、Ｈ≧Ｗ２、Ｈ＞ｔ、Ｈ＋ｔ＞ＴおよびＬ１＋Ｌ２≧Ｗ２の関係を満たしている。また、レーザ光の照射出力を、正極側の溶接では６００Ｗ、負極側の溶接では４５０Ｗにそれぞれ設定した。実施例５のリチウムイオン二次電池２０では、１ｋＨｚ交流インピーダンスの平均値が０．２４ｍΩであった。
【００４０】
（実施例７）
実施例７では、寸法が異なる以外は実施例１と同じ形状、材質の集電円盤７を用いた。集電円盤７の寸法は、表１に示すように、厚さｔ＝１．０ｍｍ、上底幅Ｗ１＝０．４ｍｍ、下底幅Ｗ２＝１．０ｍｍ、突出高さＨ＝０．８ｍｍとした。このため、Ｈ＜Ｗ２、Ｈ＜ｔとなり、Ｈ≧Ｗ２およびＨ＞ｔの関係を満たしていない。また、レーザ光の照射出力を、正極側の溶接では７００Ｗ、負極側の溶接では６１０Ｗにそれぞれ設定した。実施例７のリチウムイオン二次電池２０では、１ｋＨｚ交流インピーダンスの平均値が０．２８ｍΩであった。
【００４１】
（実施例８）
実施例８では、寸法が異なる以外は実施例４と同じ形状、材質の集電円盤７を用いた。集電円盤７の寸法は、表１に示すように、厚さＴ＝１．６ｍｍ、溝部厚さｔ＝１．０、上底幅Ｗ１＝０．４ｍｍ、下底幅Ｗ２＝１．０ｍｍ、突出高さＨ＝０．８ｍｍ、溝幅Ｌ１＝溝幅Ｌ２＝０．４ｍｍとした。このため、Ｈ＜Ｗ２、Ｈ＜ｔ、Ｌ１＋Ｌ２＜Ｗ２となり、Ｈ＋ｔ＞Ｔの関係は満たしているが、Ｈ≧Ｗ２、Ｈ＞ｔおよびＬ１＋Ｌ２≧Ｗ２の関係は満たしていない。また、レーザ光の照射出力を、正極側の溶接では７００Ｗ、負極側の溶接では６１０Ｗにそれぞれ設定した。実施例８のリチウムイオン二次電池２０では、１ｋＨｚ交流インピーダンスの平均値が０．２８ｍΩであった。
【００４２】
（比較例１）
比較例１では、寸法が異なる以外は実施例１と同じ形状、材質の集電円盤７を用いた。集電円盤７の寸法は、表１に示すように、厚さｔ＝０．４ｍｍ、上底幅Ｗ１＝０．４ｍｍ、下底幅Ｗ２＝０．４ｍｍ、突出高さＨ＝０．８ｍｍとした。このため、Ｈ≧Ｗ２およびＨ＞ｔの関係は満たしているが、突状部の形状が断面矩形状となる。また、レーザ光の照射出力を、正極側の溶接では６００Ｗ、負極側の溶接では５５０Ｗにそれぞれ設定した。比較例１のリチウムイオン二次電池では、１ｋＨｚ交流インピーダンスの平均値が０．２８ｍΩであった。また、集電円盤７のレーザ光の照射面には溶接時に発生したと思われる複数のスパッタ（飛散した溶融金属）が付着しており、溶接部の断面にはブローホール（金属ガスの空洞）が観察された。
【００４３】
（実施例９）
実施例９では、寸法が異なる以外は実施例１と同じ形状、材質の集電円盤７を用いた。集電円盤７の寸法は、表１に示すように、厚さｔ＝０．４ｍｍ、上底幅Ｗ１＝０．０５ｍｍ、下底幅Ｗ２＝０．８ｍｍ、突出高さＨ＝０．８ｍｍとした。このため、Ｈ≧Ｗ２およびＨ＞ｔの関係は満たしているが、上底幅Ｗ１がレーザ光の焦点スポット径（０．１ｍｍ）より小さくなっている。また、レーザ光の照射出力を、正極側の溶接では６００Ｗ、負極側の溶接では５５０Ｗにそれぞれ設定した。実施例９のリチウムイオン二次電池２０では、１ｋＨｚ交流インピーダンスの平均値が０．２５ｍΩであった。また、集電円盤７のレーザ光の照射面には溶接時に発生したと思われる複数のスパッタが付着しており、溶接部の断面にはブローホールが観察された。
【００４４】
（比較例２）
比較例２では、寸法が異なる以外は実施例４と同じ形状の集電円盤７を用いた。集電円盤７の寸法は、表１に示すように、厚さＴ＝１．０ｍｍ、溝部厚さｔ＝０．５ｍｍ、上底幅Ｗ１＝０．５ｍｍ、下底幅Ｗ２＝０．５ｍｍ、突出高さＨ＝０．５ｍｍ、溝幅Ｌ１＝溝幅Ｌ２＝０．５ｍｍとした。このため、Ｈ＝ｔ、Ｈ＋ｔ＝Ｔとなり、Ｈ≧Ｗ２およびＬ１＋Ｌ２≧Ｗ２の関係は満たしているが、Ｈ＞ｔおよびＨ＋ｔ＞Ｔの関係を満たしておらず、突状部の断面形状が矩形状となる。また、レーザ光の照射出力を、正極側の溶接では６００Ｗ、負極側の溶接では５５０Ｗにそれぞれ設定した。比較例２のリチウムイオン二次電池では、１ｋＨｚ交流インピーダンスの平均値が０．３０ｍΩであった。また、集電円盤７のレーザ光の照射面には溶接時に発生したと思われる複数のスパッタが付着しており、溶接部の断面にはブローホールが観察された。さらには、一部のアルミニウム箔、圧延銅箔に溶断が観察された。
【００４５】
（実施例１０）
実施例１０では、寸法が異なる以外は実施例４と同じ形状の集電円盤７を用いた。集電円盤７の寸法は、表１に示すように、厚さＴ＝１．２ｍｍ、溝部厚さｔ＝０．４、上底幅Ｗ１＝０．０５ｍｍ、下底幅Ｗ２＝０．８ｍｍ、突出高さＨ＝０．８ｍｍ、溝幅Ｌ１＝溝幅Ｌ２＝０．５ｍｍとした。このため、Ｈ＋ｔ＝Ｔとなり、Ｈ≧Ｗ２、Ｈ＞ｔおよびＬ１＋Ｌ２≧Ｗ２の関係は満たしているが、Ｈ＋ｔ＞Ｔの関係を満たしておらず、上底幅Ｗ１がレーザ光の焦点スポット径より小さくなっている。また、レーザ光の照射出力を、正極側の溶接では６００Ｗ、負極側の溶接では５５０Ｗにそれぞれ設定した。実施例１０のリチウムイオン二次電池２０では、１ｋＨｚ交流インピーダンスの平均値が０．２５ｍΩであった。また、集電円盤７のレーザ光の照射面には溶接時に発生したと思われる複数のスパッタが付着しており、溶接部の断面にはブローホールが観察された。さらには、一部のアルミニウム箔、圧延銅箔に溶断が観察された。
【００４６】
各実施例および比較例のリチウムイオン二次電池について、集電円盤と正極合剤未塗着部１、負極合剤未塗着部３との接合状況について説明する。表１に示すように、比較例１、比較例２のリチウムイオン二次電池では、突状部の断面形状が略台形を呈していない（Ｗ１＝Ｗ２）ため、レーザ光の照射エネルギーにより上面側（突状部の先端側）で初期溶融するものの、溶融伝播する基部側の体積が不足することから溶融伝播過程でキーホール（集電円盤に対する窪み）が深く発生しやすくなり、また、溶融体が暴れることからスパッタやブローホールが発生し、さらには集電円盤７の平面部に当接しているアルミニウム箔や圧延銅箔の溶断に繋がったものと思われる。
【００４７】
これに対して、突状部８を有し、各寸法がＨ≧Ｗ２、Ｈ＞ｔの関係を満たす集電円盤７（図５（Ａ）参照。）を用いた実施例１、実施例２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低く抑えられている。これは、レーザ光の照射エネルギーが、突状部８に初期集中し突状部８の全体に伝播することで、効率よく溶接に使われたためと推定している。また、実施例３、実施例６のリチウムイオン二次電池２０では、負極側の集電円盤７の材質に負極集電体の材質と異なるニッケルを用いたため、交流インピーダンスが若干上昇する傾向が確認された。この溶接箇所ではニッケルと銅との合金が形成されているものと思われるが、ニッケルと銅とでは全率固溶するものの合金の比抵抗がニッケル、銅のそれぞれ単独の場合と比較して高くなることが知られていることから、交流インピーダンスの上昇に繋がったものと思われる。また、ニッケル以外の材質でも溶接は可能であるが、溶接箇所における合金組成が安定しないため、溶接箇所の強度や交流インピーダンスに少なからず影響を及ぼすことを避けることが難しいと考えられる。
【００４８】
また、溝１８ａ、１８ｂおよび突状部８を有し、各寸法がＨ≧Ｗ２、Ｈ＞ｔ、Ｈ＋ｔ＞Ｔ、およびＬ１＋Ｌ２≧Ｗ２の関係を満たす集電円盤７（図５（Ｂ）参照。）を用いた実施例４、実施例５のリチウムイオン二次電池２０でも、交流インピーダンスが低く抑えられている。この場合も、レーザ光の照射エネルギーが効率よく溶接に使われたためと推定している。一方、実施例８のリチウムイオン二次電池２０では、溝幅Ｌ１、Ｌ２の総和が下底幅Ｗ２より小さく（Ｌ１＋Ｌ２＜Ｗ２）、また厚さｔが突出高さＨより大きくなっている（Ｈ＜ｔ）。このため、溝１８ａおよび溝１８ｂの底の部分（溝部厚さｔと溝幅Ｌ１、Ｌ２とでなす部分）の体積が大きくなり、即ち熱容量が大きくなるので、レーザ光の照射エネルギーによる溶融が妨げられ交流インピーダンスが上昇したものと推定している。また、溝１８ａ、１８ｂの底の部分を伝って照射エネルギーが溝１８ａ、１８ｂの外側の集電円盤７側に逸散してしまい、溶融が不十分となったためと推定している。実施例７のリチウムイオン二次電池２０においても、突出高さＨが下底幅Ｗ２より小さく（Ｈ＜Ｗ２）、また厚さｔが突出高さＨより大きくなっている（Ｈ＜ｔ）。このため、実施例８と同様に交流インピーダンスが上昇したものと考えられる。
【００４９】
更に、実施例９、実施例１０のリチウムイオン二次電池２０では、突状部８の上底幅Ｗ１が、レーザ光の焦点スポット径より小さいため、照射初期にエネルギー逃げが生じ、突状部８の効率の良い溶融が妨げられたものと推定している。突状部８を効率よく溶融させるためには、突状部８に対するレーザ光の照射出力を高めることが必要となり、これは、スパッタやブローホールの発生を招く結果となった。スパッタは電池内に異物混入を生じさせるポテンシャルを生み出し、ブローホールは溶接部の強度を低下させるポテンシャルを生み出すこともある。
【００５０】
（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。
【００５１】
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、正極合剤未塗着部１の端部および負極合剤未塗着部３の端部がそれぞれ集電円盤７の捲回群６と対向する面にレーザ溶接により複数の接合部で接合されている。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。また、本実施形態では、集電円盤７が、捲回群６側の面に平面部を有し捲回群６と反対側の面に複数の突状部８を有している。このため、集電円盤７の平面部に正極合剤未塗着部１の端部、負極合剤未塗着部３の端部をそれぞれ当接させて、レーザ溶接で突状部８を溶融し平面部から突出（垂下）させることで集電円盤７と正極合剤未塗着部１、負極合剤未塗着部３とがそれぞれ接合されるので、正極合剤未塗着部１や負極合剤未塗着部３を損傷することなく接合し内部抵抗を小さく抑えることができる。また、正極板２、負極板４の幅がほぼ一様なことから、捲回群６の両端面からそれぞれ突出した正極合剤未塗着部１、負極合剤未塗着部３の端縁が平面状に揃っているため、集電円盤７の平面部を当接させることで確実に接合することができる。
【００５２】
また、本実施形態では、レーザ溶接により突状部８および集電円盤７の一部が溶融して集電円盤７の下面から溶融部分が垂下することで集電円盤７と正極合剤未塗着部１、負極合剤未塗着部３とがそれぞれ接合される。このため、正極合剤未塗着部１、負極合剤未塗着部３の厚さと集電円盤７の厚さとの差が大きすぎる（正極合剤未塗着部１の厚さ、負極合剤未塗着部３の厚さがいずれも２０μｍ、集電円盤７の厚さが０．２〜１．６ｍｍ）場合でも、電気的に低抵抗な状態で接合することができる（表１参照）。
【００５３】
更に、本実施形態では、集電円盤７が放射状の突状部８を有しており、この突状部８にレーザ光を照射することで集電円盤７に正極合剤未塗着部１の端部、負極合剤未塗着部３の端部がそれぞれ接合される。レーザ光を突状部８に沿って直線状に走査することで接合されるため、容易に接合することができる。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溶融部分が正極合剤未塗着部１、負極合剤未塗着部３に沿って更に垂下し接合しやすくすることができる。
【００５４】
また更に、本実施形態では、突状部８が断面略台形を呈しており、突状部８の寸法が突出高さＨ、下底幅Ｗ２、集電部材の厚さｔとしたときに、Ｈ≧Ｗ２およびＨ＞ｔの関係を満たすように設定されている（実施例１、２、３、７、９）。このため、レーザ溶接時に集電円盤７の下面から垂下する溶融部分の大きさが調整されることから、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。また、溶融部分を接合に十分な大きさとできるため、集電円盤７と正極合剤未塗着部１、負極合剤未塗着部３とが確実に接合される。Ｈ＜Ｗ２では垂下する溶融部分が小さくなり、Ｈ≦ｔでは突状部８が溶融しても厚さｔが大きいことから十分に溶融せず集電円盤７の下面から溶融部分が垂下しにくくなる。この結果、集電円盤７と正極合剤未塗着部１、負極合剤未塗着部３との接合が不十分となるおそれがある。
【００５５】
更にまた、本実施形態では、突状部８の両側に溝１８ａ、１８ｂが形成された集電円盤７の例を示した（実施例４、５、６、８、１０）。この集電円盤７では、溝１８ａ、１８および突状部８の寸法が、突出高さＨ、下底幅Ｗ２、集電円盤７の厚さＴ、溝１８ａ、１８ｂが形成された部分の厚さｔ、溝１８ａの溝幅Ｌ１および溝１８ｂの溝幅Ｌ２としたときに、Ｈ≧Ｗ２、Ｈ＞ｔ、Ｈ＋ｔ＞ＴおよびＬ１＋Ｌ２≧Ｗ２の関係を満たすように設定されている。このため、レーザ溶接時に照射エネルギーが散逸することなく突状部８および溝１８ａ、１８ｂが形成された部分の集電円盤７が溶融して溶融部分が捲回群６側に垂下する。これにより、正極合剤未塗着部１、負極合剤未塗着部３をそれぞれ確実に集電円盤７に接合することができる。Ｈ＜Ｗ２では垂下する溶融部分が小さくなり、Ｈ≦ｔでは突状部８が溶融しても溶融部分が垂下しにくくなる。Ｈ＋ｔ≦Ｔでは、突状部８の上面の位置が集電円盤７の上面の位置より低くなるため、レーザ光を突状部８の上方から照射しにくくなり突状部８を十分に溶融させることが難しくなる。また、Ｌ１＋Ｌ２＜Ｗ２では、レーザ光の照射エネルギーが散逸してしまうことがある。この結果、集電円盤７と正極合剤未塗着部１、負極合剤未塗着部３との接合が不十分となるおそれがある。
【００５６】
また、本実施形態では、正極側、負極側共に、集電円盤７の材質がそれぞれ接合される正極合剤未塗着部１、負極合剤未塗着部３と同じに設定されている。このため、レーザ溶接では、同材質の部材を溶接することとなるため、接合強度の向上を図ることができる。更に、本実施形態では、突状部８の上底幅Ｗ１（先端部の幅）がレーザ光の焦点スポット径より大きく設定されている。このため、照射したレーザ光のエネルギーが突状部８の溶融に有効に利用されるので、スパッタやブローホール等の溶接欠陥を生じることなく接合することができる。
【００５７】
更に、本実施形態では、正極側、負極側共に、集電円盤７の捲回群６と対向する面に正極合剤未塗着部１、負極合剤未塗着部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箔体を短冊櫛歯状に加工したり、箔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、箔体の捨て代等の材料歩留まりを低下させることなく、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、正極合剤未塗着部１、負極合剤未塗着部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。
【００５８】
以上説明したように、集電円盤７に形成する突状部８や溝１８ａ、１８ｂの寸法、レーザ溶接するときの照射出力を調整することで、集電円盤７および正極合剤未塗着部１、負極合剤未塗着部３の接合を容易にすることができ、その結果、交流インピーダンスを低減することのできることが判明した。また、集電円盤７を用いた集電構造とすることで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２０を得ることができる。このようなリチウムイオン二次電池２０では、内部抵抗の低減に加え工業的量産を鑑みたときの性能品質や信頼性の向上、コストや仕掛リードタイムの低減を図ることができるため、大電流充放電のなされる電動工具等の高率指向の用途に好適に使用することができ、電気自動車やハイブリッド車等の電源用といった地球環境保全のためにますます期待の高まる世界規模の産業界への大きな貢献が期待される。
【００５９】
なお、本実施形態では、電極体として正極板２、負極板４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、負極合剤未塗着部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するようにしてもよい。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し、電池容器１０が底面の外側に集電円盤７と同様の突状部８を有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。
【００６０】
また、本実施形態では、突状部８を断面略台形とする例を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、突状部８の角部分が丸面取りされた形状としてもよい。例えば、図７（Ａ）、（Ｂ）に示すように、突状部８の上面側の角部や、溝１８ａ、１８ｂの角部に丸面取り加工を施してもよく、面取り加工の有無が上述した効果を左右するものではない。また、集電円盤７の製作過程で突状部８や溝１８ａ、１８ｂを形成するときに、切削加工だけではなく、プレス加工を施すことも可能である。
【００６１】
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、本発明は円盤状の集電部材に限定されるものではなく、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い。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。直線状の突状部と曲線状の突状部とを組み合わせることも可能である。更に、放射状や曲線状の突状部８の数についても特に制限されるものではない。また、全ての放射状の突状部８が集電円盤７の中央部から外縁部に向けて延設される必要はなく、例えば、一部については半径方向の中途から外縁部に向けて延設するようにしてもよい。
【００６２】
また更に、本実施形態では、特に言及していないが、本発明は突状部８に照射するレーザ溶接に用いるレーザ装置に制限されるものではない。例えば、レーザ装置としては、ファイバーレーザ装置やパルスＹＡＧレーザ装置等を用いればよく、装置、方式が上述した効果に影響を及ぼすものではない。
【００６３】
更にまた、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】
【００６４】
本発明は箔体の損傷を抑制し集電部材と箔体とを確実に接合した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】
【００６５】
【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る集電円盤の斜視図であり、（Ａ）は突状部を有する集電円盤、（Ｂ）は突状部の両側に一対の溝が形成された集電円盤をそれぞれ示す。
【図６】集電円盤の突状部の形状を示す断面図であり、（Ａ）は図５（Ａ）におけるＡ−Ａ断面、（Ｂ）は図５（Ｂ）におけるＢ−Ｂ断面をそれぞれ示す。
【図７】別の態様の集電円盤の突状部の形状を示す断面図であり、（Ａ）は面取り加工が施された突状部、（Ｂ）は両側に面取り加工が施された一対の溝が形成され、面取り加工が施された突状部をそれぞれ示す。
【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。
【符号の説明】
【００６６】
１  正極合剤未塗着部（箔体の一部）
２  正極板
３  負極合剤未塗着部（箔体の一部）
４  負極板
５  セパレータ
６  捲回群（電極群）
７  集電円盤（集電部材）
８  突状部
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）
【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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【図８】
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