(57)【要約】【課題】リード板に破損がなく容積効率に優れた大電流用二次電池の製造方法を提供する。【解決手段】円筒型リチウムイオン二次電池２０を、仮止め工程で、１０枚のアルミニウム薄板１４の一側端部を仮止めした後、他側を湾曲状に折り曲げて、他側端部を仮止めして集電リード板７及び蓋板リード板５を作製し、接続工程で、集電リード板７及び蓋板リード板５の一側端部の仮止め部９、８をそれぞれ正極集電板６と蓋板ケース４とに超音波溶接し、集電リード板７及び蓋板リード板５の他側端部の仮止め部９、８同士を正極集電板６に略平行に重ね合わせて超音波溶接し、上蓋１５をカシメ封口して作製する。仮止め時にアルミニウム薄板１４がずれるのを抑制し、集電リード板７及び蓋板リード板５が収容される空間Ｓの縦方向のサイズを小さくする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属製の有底電池容器内に、正、負極を有する電極群と電解液とが収容され、前記電極群の上部に配置された集電部材と金属製の蓋とがリード板により接続され、前記蓋により前記電池容器の開口が封口された二次電池において、前記リード板は、薄板を複数枚積層して構成されたことを特徴とする二次電池。
【請求項２】
前記リード板は２個のリード板で構成され、一方のリード板が一側端部で前記蓋に接続され他側で湾曲状に折り曲げられており、他方のリード板が一側端部で前記集電部材に接続され他側で湾曲状に折り曲げられており、前記２個のリード板の他側端部同士が重ね合わされて接続されたことを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
【請求項３】
正、負極を有する電極群の上部に配置した集電部材と、金属製の蓋とを複数枚の薄板を積層した２個のリード板により接続する接続工程の後、前記蓋により前記電池容器の開口を封口する二次電池の製造方法であって、前記接続工程の前に、前記複数枚の薄板を予め束ねて仮止めする仮止め工程を含むことを特徴とする二次電池の製造方法。
【請求項４】
前記仮止め工程は、前記複数枚の薄板を予め束ねた一側端部を仮止めし、前記薄板の他側を湾曲状に折り曲げ、前記薄板の他側端部を仮止めすることを特徴とする請求項３に記載の二次電池の製造方法。
【請求項５】
前記接続工程は、前記仮止め工程で仮止めした２個のリード板の一側端部をそれぞれ前記集電部材と前記蓋とに接続した後、前記２個のリード板の他側端部同士を接続することを特徴とする請求項４に記載の二次電池の製造方法。
【請求項６】
前記仮止め及び接続に超音波溶接を用いることを特徴とする請求項３乃至請求項５のいずれか一項に記載の二次電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、二次電池及び二次電池の製造方法に係り、特に、金属製の有底電池容器内に、正、負極を有する電極群と電解液とが収容され、電極群の上部に配置された集電部材と金属製の蓋とがリード板により接続され、蓋により前記電池容器の開口が封口された二次電池及び二次電池の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、二次電池は、電池缶内に、集電用の集電部材が上部に配置された極板群が収容され、上蓋により電池缶の開口が封口されている。集電部材に集電した電気を電池の外部に導出するために、集電部材と上蓋とがリード板により接続されている。図４に示すように、極板群を構成する正極２２と上蓋を構成する蓋板２３とを接続するリード板２１が折り曲げられて構成された技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この二次電池を大電流用に適合させるためには、当然断面積の大きいリード板が要求され、リード板の厚さが大きくなる。リード板の厚さが大きくなると、折り曲げにくくなり、リード板を収容するための空間の高さが大きくなる。リード板が収容される空間は、発電には関与しない空間であり、電池にとっては、空間の高さは小さい方がよい。
【０００４】
また、特に、リチウムイオン二次電池の場合では、通常、リード板にアルミニウム材が用いられる。アルミニウム材を蓋板や集電部材に接続するときに、抵抗溶接やレーザ溶接が用いられる。
【０００５】
【特許文献１】
特開平第９−９２３２９号公報（図１、段落番号「００３１」「００３２」）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記公報の技術では、リード板が収容される空間を小さくすることはできるが、リード板の断面積を確保できず大電流を得ることができない。また、リード板の厚さを大きくすると、リード板の断面積を確保することはできるが、リード板の折り曲げの曲率半径が大きくなり、リード板の収容される空間の高さを小さくすることは難しい。更に、リチウムイオン二次電池の場合では、リード板にアルミニウム材が用いられているため、無理してリード板を小さく折り曲げると亀裂を生じ破損する、という問題点がある。
【０００７】
また、アルミニウム材の接続に抵抗溶接を用いると、酸化膜やアルミニウム材の電極付着の問題で生産性が安定しない。一方、レーザ溶接を用いると、アルミニウム材のレーザ光の反射率が大きいため、高出力のレーザ溶接装置が必要となりコスト高になる。更に、アルミニウム材は融点が低いためレーザ光を吸収すると溶融が急激に進むため、溶融制御が難しい。そして、アルミニウム材は、凝固時の体積収縮率が大きく溶接箇所が割れやすいためレーザ溶接が難しい、という問題点がある。
【０００８】
本発明は上記事案に鑑み、リード板に破損がなく容積効率に優れた大電流用二次電池及び該製造方法を提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の第１の態様は、金属製の有底電池容器内に、正、負極を有する電極群と電解液とが収容され、前記電極群の上部に配置された集電部材と金属製の蓋とがリード板により接続され、前記蓋により前記電池容器の開口が封口された二次電池において、前記リード板は、薄板を複数枚積層して構成された。第１の態様では、リード板が薄板を複数枚積層して構成されたため、大電流を許容する断面積を確保することができる。
【００１０】
第１の態様において、リード板は２個のリード板で構成され、一方のリード板が一側端部で蓋に接続され他側で湾曲状に折り曲げられており、他方のリード板が一側端部で集電部材に接続され他側で湾曲状に折り曲げられており、２個のリード板の他側端部同士を重ね合わせて接続すれば、リード板が収容される空間が小さくなり体積効率を高めることができる。
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明の第２の態様は、正、負極を有する電極群の上部に配置した集電部材と、金属製の蓋とを複数枚の薄板を積層した２個のリード板により接続する接続工程の後、前記蓋により前記電池容器の開口を封口する二次電池の製造方法であって、前記接続工程の前に、前記複数枚の薄板を予め束ねて仮止めする仮止め工程を含む。第２の態様では、集電部材と蓋とをリード板により接続する接続工程の前に、複数枚の薄板を予め束ねて仮止めするため、接続工程で複数枚の薄板がずれることを抑制することができる。
【００１２】
第２の態様において、仮止め工程で、複数枚の薄板を予め束ねた一側端部を仮止めし、薄板の他側を湾曲状に折り曲げ、薄板の他側端部を仮止めすれば、薄板の他側端部を折り曲げるときに、各薄板の曲率の違いにより他端の長さが変わるので、薄板を破損することなく折り曲げることができると共に、リード板が収容される空間を小さくして体積効率を高めることができる。また、接続工程で、仮止め工程で仮止めした２個のリード板の一側端部をそれぞれ集電部材と蓋とに接続した後、２個のリード板の他側端部同士を接続すれば、湾曲状の２個のリード板の他側端部同士を重ね合わせて接続できるので、リード板が収容される空間を小さくして体積効率を更に高めることができる。このとき、仮止め及び接続に超音波溶接を用いることで、リード板の接続箇所の強度の大きくして接続の信頼性を向上させることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明を円筒型リチウムイオン二次電池の作製方法について適用した実施の形態について説明する。
【００１４】
平均粒径１０μｍのマンガン酸リチウム（ＬｉＭｎ２Ｏ４）の粉末、平均粒径３μｍの炭素粉末及び結着剤のポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を溶媒のＮメチル２ピロリドンに分散させ混合してスラリを作製し、スラリを正極集電体となる厚さ２０μｍのアルミニウム箔の両表面に塗布、乾燥、プレスして一体化し、スラリの塗布部の幅が９４ｍｍとなるように一側を切断し、他側に集電するための一部を残して短冊状に裁断して作製した。
【００１５】
一方、平均粒径２０μｍの炭素粒子、結着剤のＰＶＤＦを溶媒のＮメチル２ピロリドンに分散させ混合してスラリを作製し、スラリを負極集電体となる厚さ１０μｍの銅箔の両表面に塗布、乾燥後、プレスして一体化し、スラリの塗布部の幅が９４．５ｍｍとなるように一側を切断し、他側に集電するための一部を残して短冊状に裁断して作製した。なお、正極集電体及び負極集電体の集電するために残した部分を、それぞれ正、負極タブとした。
【００１６】
図１に示すように、正極と負極とを厚さ２５μｍ、幅１００ｍｍのポリエチレン製微多孔薄膜のセパレータを介して外径９ｍｍ、内径７ｍｍ、高さ１００ｍｍのポリプロピレン製捲き芯３の周りに捲回し、極板群２を作製した。このとき、正極タブ及び負極タブを極板群２の互いに反対側の両端面に位置するように配置した。極板群２の外径を、３８ｍｍとした。
【００１７】
次に、複数枚のアルミニウム薄板を予め束ねて仮止めする仮止め工程について説明する。
【００１８】
図２（Ａ）に示すように、幅６ｍｍ、厚さ０．１０ｍｍのアルミニウムＡ３００３材を長さ５０ｍｍに切断してアルミニウム薄板１４とし、予め１０枚束ねて積層する。次に、図２（Ｂ）に示すように、束ねて積層したアルミニウム薄板１４の一側端部を超音波溶接で仮止めして仮止め部９とする。束ねて積層したアルミニウム薄板１４の一側端部を、ホーンと、固定されたアンビルとの間に挟み、ホーンに超音波振動を加え超音波溶接する。次いで、図２（Ｃ）に示すように、一側端部を仮止めしたアルミニウム薄板１４の他側を湾曲状に折り曲げた後、超音波溶接で他側端部を仮止めし仮止め部９とし、先端の不要部分を切除して集電リード板７を作製する。次に、図３（Ａ）に示すように、別のアルミニウム薄板１４を予め１０枚束ねて積層し、図３（Ｂ）に示すように、束ねて積層したアルミニウム薄板１４の一側端部を超音波溶接で仮止めして仮止め部８とする。そして、図３（Ｃ）に示すように、一側端部を仮止めしたアルミニウム薄板１４の他側を湾曲状に折り曲げた後、他側端部を仮止めし仮止め部８とし、先端の不要部分を切除して蓋板リード板５を作製する。
【００１９】
次に、仮止め工程で仮止めした集電リード板７及び蓋板リード板５を用いて、捲き芯３の上部に配置される環状の正極集電板６と、後述する上蓋を構成する金属製の蓋板ケース４とを接続する接続工程について説明する。
【００２０】
図２（Ｄ）に示すように、両端部に仮止め部９を有する集電リード板７の一側端部の仮止め部９を、正極集電板６の上面に超音波溶接する。一方、図３（Ｄ）に示すように、両端部に仮止め部８を有する蓋板リード板５の一側端部の仮止め部８を、周縁部が略垂直に折り曲げられた蓋板ケース４の底面に超音波溶接する。次に、図３（Ｅ）に示すように、蓋板ケース４に、電池内圧が所定圧に達すると開裂する開裂弁１１、開裂弁１１を支持する合成樹脂製で円環状のゴムシール１０を介して中央に凸部が形成された金属製のトップキャップ１２を載置する。次いで、トップキャップ１２の周縁部を蓋板ケース４の周縁部でカシメて、蓋板リード板５の仮止め部８が超音波溶接された上蓋１５を作製する。
【００２１】
捲き芯３の上下端に正、負極集電板を挿入して固定し、正、負極集電板の周縁に正、負極集電タブをそれぞれ超音波溶接し、負極集電板に断面逆ハット状の負極リード板を溶接する。深絞り成形しニッケルメッキを施した直径４０ｍｍ、厚さ０．５ｍｍの金属製の有底円筒状電池缶１内に極板群２を収容し、電池缶１と負極リード板とを抵抗溶接する。電池缶１の上端部近傍に溝を付け、カシメ用のパッキン１３を電池缶１内に挿入した状態で、集電リード板７の他側端部の仮止め部９を持ち上げ電池缶１の外に出す。蓋板リード板５の他側端部の仮止め部８と、持ち上げた仮止め部９とを超音波溶接する。
【００２２】
二次電池３０内に非水電解液を所定量注入した後、蓋板リード板５と集電リード板７とを曲げて、正極集電板６の上面と蓋板ケース４の底面とで画定される空間Ｓ内に収容し、上蓋１５の周縁部と電池缶１とをパッキン１３を介してカシメて電池缶１の開口を封口した。非水電解液には、例えば、６フッ化リン酸リチウムや４フッ化ホウ酸リチウムをエチレンカーボネート、ジメチルカーボネートなどの有機溶媒に１モル／リットル程度溶解した電解液を用いた。
【００２３】
従って、電池缶１内に極板群２と非水電解液とが収容されており、電池缶１の開口が上蓋１５により封口されている。電極群２の上部に固定された正極集電板６の上面には、集電リード板７の一側端部の仮止め部９が超音波溶接されている。集電リード板７の他側は湾曲状に折り曲げられており、蓋板リード板５の他側は湾曲状に折り曲げられている。また、蓋板ケース４の底面には蓋板リード板５の一側端部の仮止め部８が超音波溶接されており、集電リード板７の他側端部の仮止め部９と蓋板リード板５の他側端部の仮止め部８とが、正極集電板６に略平行に重ね合わされて超音波溶接されている。
【００２４】
次に、本実施形態の二次電池２０の作用等について説明する。
【００２５】
本実施形態の二次電池２０は、アルミニウム薄板１４を１０枚積層して蓋板リード板５及び集電リード板７とするため、大電流を許容する断面積を確保できる。このため、大電流用の二次電池２０とすることができる。また、集電リード板７及び蓋板リード板５の他側端部の仮止め部９、８同士が正極集電板６に略平行に重ね合わされて超音波溶接されている。このため、蓋板リード板５及び集電リード板７が収容される空間Ｓの縦方向のサイズを小さくすることができる。従って、大電流用二次電池２０の体積効率を向上させることができる。
【００２６】
また、本実施形態の二次電池２０では、正極集電板６、蓋板ケース４に、集電リード板７、蓋板リード板５をそれぞれ超音波溶接する前に、仮止め工程で１０枚のアルミニウム薄板１４の一側端部を仮止めしたので、正極集電板６、蓋板ケース４に集電リード板７、蓋板リード板５をそれぞれ超音波溶接するときにアルミニウム薄板１４がずれるのを抑制することができる。
【００２７】
更に、本実施形態の二次電池２０では、仮止め工程で、１０枚のアルミニウム薄板１４の一側端部を仮止めした後、他側を湾曲状に折り曲げて、他側端部を仮止めして集電リード板７及び蓋板リード板５を作製する。このため、アルミニウム薄板１４を折り曲げるときに、各薄板の曲率の違いにより他端の長さが変わる。従って、アルミニウム薄板１４を破損することなく折り曲げることができるので、空間Ｓの縦方向のサイズを小さくして電池の体積効率を高めることができる。
【００２８】
また、本実施形態の二次電池２０では、トップキャップ１２の中央に凸部が形成されているため、上蓋１５には構造上空間が形成されている。上蓋１５を作製した後、蓋板リード板５の仮止め部８を、直接、蓋板ケース４に超音波溶接することはできない。このため、本実施形態では、上蓋１５を組み立てる前の部品の段階（図３（Ｄ）参照）で、集電リード板７の仮止め部９を正極集電板６に超音波溶接し、蓋板リード板５の仮止め部８を蓋板ケース４に超音波溶接する。超音波溶接後、集電リード板７と蓋板リード板５との他側端部の仮止め部９、８同士を超音波溶接する。これにより、正極集電板６に略平行に集電リード板７及び蓋板リード板５の他側端部の仮止め部９、８同士を重ね合わせて超音波溶接することができる。
【００２９】
更に、本実施形態の二次電池２０では、蓋板リード板５及び集電リード板７のの仮止め部８、９の接続に超音波溶接を用いる。このため、抵抗溶接を用いる場合の酸化膜やアルミニウム材の電極付着の問題を回避できるので、生産性を安定させることができる。また、レーザ溶接を用いる場合に溶接箇所が割れるのを回避することができるので、溶接箇所の強度を確保して仮止め部８、９の接続の信頼性を向上させることができる。
【００３０】
なお、本実施形態では、接続工程で、集電リード板７の仮止め部９を正極集電板６に超音波溶接した後に、蓋板リード板５の仮止め部８を蓋板ケース４に超音波溶接する例を示したが、順番はこれに限定されず逆にしてもよい。
【００３１】
また、本実施形態では、集電リード板７及び蓋板リード板５に幅６ｍｍ、厚さ０．１０ｍｍのアルミニウム薄板１４をそれぞれ１０枚用いる例を示したが、これらの数値は限定されるものではなく、例えば、より薄いアルミニウム薄板をより多く積層するようにしてもよい。このようにすれば、よりアルミニウム薄板を湾曲状により小さく折り曲げて、電池の体積効率を向上させることができる。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の第１の態様によれば、リード板が薄板を複数枚積層して構成されたため、大電流を許容する断面積を確保することができ、リード板は２個のリード板で構成され、一方のリード板が一側端部で蓋に接続され他側で湾曲状に折り曲げられており、他方のリード板が一側端部で集電部材に接続され他側で湾曲状に折り曲げられており、２個のリード板の他側端部同士を重ね合わせて接続すれば、リード板が収容される空間が小さくなり体積効率を高めることができるでき、第２の態様によれば、集電部材と蓋とをリード板により接続する接続工程の前に、複数枚の薄板を予め束ねて仮止めするため、接続工程で複数枚の薄板がずれることを抑制することができ、仮止め工程で、複数枚の薄板を予め束ねた一側端部を仮止めし、薄板の他側を湾曲状に折り曲げ、薄板の他側端部を仮止めすれば、薄板の他側端部を折り曲げるときに、各薄板の曲率の違いにより他端の長さが変わるので、薄板を破損することなく折り曲げることができ、リード板が収容される空間を小さくして体積効率を高めることができる、という効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用可能な実施形態の円筒型リチウムイオン二次電池の断面図である。
【図２】実施形態の円筒型リチウムイオン二次電池の集電リード板の仮止め工程及び接続工程を示す断面図であり、（Ａ）はアルミニウム薄板を予め束ねて積層した状態、（Ｂ）はアルミニウム薄板の一側端部を仮止めした状態、（Ｃ）はアルミニウム薄板の他側を湾曲状に折り曲げて他側端部を仮止めした状態、（Ｄ）は集電リード板の一側端部を正極集電板に超音波溶接した状態を示す。
【図３】実施形態の円筒型リチウムイオン二次電池の蓋板リード板の仮止め工程及び接続工程を示す断面図であり、（Ａ）はアルミニウム薄板を予め束ねて積層した状態、（Ｂ）はアルミニウム薄板の一側端部を仮止めした状態、（Ｃ）はアルミニウム薄板の他側を湾曲状に折り曲げて他側端部を仮止めした状態、（Ｄ）は蓋板リード板の一側端部を蓋板ケースに超音波溶接した状態、（Ｅ）は蓋板ケースの周縁をカシメて上蓋を作製した状態を示す。
【図４】従来の二次電池の断面図である。
【符号の説明】
１  電池缶（電池容器）
２  極板群（電極群）
４  蓋板ケース
５  蓋板リード板（リード板）
６  正極集電板（集電部材）
７  集電リード板（リード板）
８、９  仮止め部
１２  トップキャップ
１４  アルミニウ薄板（薄板）
１５  上蓋（蓋）
２０  円筒型リチウムイオン二次電池（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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