(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の端部に積層された正極芯体の露出部を有し、他方の端部に積層された負極芯体の露出部を有する偏平状の電極体を備え、
前記積層された正極芯体の露出部及び前記積層された負極芯体の露出部の少なくとも一方の積層された芯体の露出部において、前記芯体の積層方向における一方の最外面に集電体が取り付けられ、他方の最外面に集電体受け部品が取り付けられた密閉型電池であって、
前記集電体と前記集電体受け部品とが取り付けられている前記積層された芯体、前記集電体及び前記集電体受け部品は、正極側及び負極側の少なくとも一方が、それぞれ銅又は銅合金製、あるいはアルミニウム又はアルミニウム合金製であり、
前記集電体及び集電体受け部品はそれぞれ、前記少なくとも一方の積層された芯体の露出部の積層方向における最外面の外側に配置されると共に前記少なくとも一方の積層された芯体の露出部の積層方向における最外面に抵抗溶接された部分を含む平坦部と、前記平坦部から延びており、前記少なくとも一方の積層された芯体の根本側に前記少なくとも一方の積層された芯体から離間する方向に折り曲げられた第１の折り曲げ部を備えていることを特徴とする密閉型電池。
【請求項２】
前記偏平状の電極体は、巻回電極体であり、
前記積層された正極芯体の露出部は、前記正極芯体の露出部が巻回されることにより積層されており、
前記積層された負極芯体の露出部は、前記負極芯体の露出部が巻回されることにより積層されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の密閉型電池。
【請求項３】
前記集電体及び前記集電体受け部品は、前記少なくとも一方の積層された芯体の先端側に第２の折り曲げ部を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の密閉型電池。
【請求項４】
前記集電体と前記集電体受け部品とが取り付けられている前記積層された芯体、前記集電体及び前記集電体受け部品は、負極側であり、それぞれ銅又は銅合金製であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の密閉型電池。
【請求項５】
前記集電体及び集電体受け部品の平坦部の抵抗溶接された部分は少なくとも２箇所であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の密閉型電池。
【請求項６】
前記密閉型電池はリチウムイオン非水電解質二次電池であり、
開口部を有する電池外装缶と、
前記開口部を封止する封口板と、
前記正極芯体に電気的に接続され、前記封口板に絶縁部材を介して固定される正極端子と、
前記負極芯体に電気的に接続され、前記封口板に絶縁部材を介して固定される負極端子と、
を備え、
前記偏平状の電極体は、巻回電極体であり、
前記巻回電極体は、前記巻回電極体の巻回軸が前記封口板と平行になるように、前記電池外装缶に収納されている、
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の密閉型電池。
【請求項７】
以下の（１）〜（３）の工程を含むことを特徴とする密閉型電池の製造方法。
（１）一方の端部にアルミニウム又はアルミニウム合金製の積層された正極芯体の露出部を有し、他方の端部に銅又は銅合金製の積層された負極芯体の露出部を有する偏平状の電極体を形成する工程、
（２）前記積層された正極芯体の露出部及び前記積層された負極芯体の露出部の少なくとも一方の積層された芯体の露出部において、
芯体の積層方向における一方の最外面に、平坦部と、前記平坦部から延びており、前記少なくとも一方の積層された芯体の露出部の根本側に前記少なくとも一方の積層された芯体の露出部から離間する方向に折り曲げられた第１の折り曲げ部を備えた銅又は銅合金製、あるいはアルミニウム又はアルミニウム合金製の集電体を当接し、
他方の最外面に、平坦部と、前記平坦部から延びており、前記少なくとも一方の積層された芯体の露出部の根本側に前記少なくとも一方の積層された芯体の露出部から離間する方向に折り曲げられた第１の折り曲げ部を備えた銅又は銅合金製、あるいはアルミニウム又はアルミニウム合金製の集電体受け部品を当接する工程、
（３）前記集電体及び集電体受け部品を、抵抗溶接用電極棒で互いに押圧した状態で、前記抵抗溶接用電極棒間に電流を流して抵抗溶接する工程。
【請求項８】
前記（１）の工程において、前記偏平状の電極体は、巻回電極体であり、
前記積層された正極芯体の露出部は、正極芯体の露出部が巻回されることにより積層されており、
前記積層された負極芯体の露出部は、負極芯体の露出部が巻回されることにより積層されている、
ことを特徴とする請求項７に記載の密閉型電池の製造方法。
【請求項９】
前記（２）の工程において、前記集電体及び集電体受け部品として前記少なくとも一方の積層された芯体の露出部の先端側に設けられた第２の折り曲げ部を備えているものを用いることを特徴とする請求項７又は８に記載の密閉型電池の製造方法。
【請求項１０】
前記（２）の工程において、前記集電体及び集電体受け部品の少なくとも一方側の平坦部には他方に向かって突出する突起が形成されたものを使用し、
前記（３）の工程において、電流密度１００Ａ／ｍｍ２以上の電流を流して抵抗溶接することを特徴とする請求項７〜９のいずれかに記載の密閉型電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、帯状の正負両電極を帯状のセパレータを介して巻回又は積層した偏平状の電極体を備えた密閉型電池及びその製造方法に関し、特に電気自動車、ハイブリッド電気自動車等の大電流用途に使用される密閉型電池及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
環境保護運動の高まりを背景として二酸化炭素ガス等の排出規制が強化されており、自動車業界ではガソリン、ディーゼル油、天然ガス等の化石燃料を使用する自動車だけでなく、電気自動車（ＥＶ）やハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）の開発が活発に行われている。加えて、近年の化石燃料の価格の急激な高騰はこれらのＥＶやＨＥＶの開発を進める追い風となっている。
【０００３】
このようなＥＶ、ＨＥＶ用電池としては、一般にニッケル−水素二次電池やリチウムイオン二次電池が使用されているが、環境対応だけでなく、自動車としての基本性能、すなわち、走りの能力の高度化も要求されるようになってきている。そのため、単に電池容量を大きくすることのみならず、自動車の加速性能や登坂性能に大きな影響を及ぼすために電池出力を大きくすることも必要である。ところが、高出力の放電を行うと電池に大電流が流れるため、電極体の芯体と集電体との間の接触抵抗による発熱が大きくなる。したがって、ＥＶ、ＨＥＶ用電池は、大型で、大容量であるだけでなく、大電流を取り出せることが必要とされることから、電池内部の電力損失を防止して発熱を低下させるために、これらの電極体の芯体と集電体との間の溶接不良を防止して内部抵抗を低下させることについても種々の改良が行われてきている。
【０００４】
電極体の芯体と集電体を電気的に接合する方法としては、機械的なカシメ、溶接等の方法があるが、高出力が要求される電池の集電方法としては融接である溶接が適している。また、リチウムイオン二次電池の電極体材料としては、低抵抗化を実現するため銅（銅合金）又はアルミニウム（アルミニウム合金）が使用されるが、銅（銅合金）及びアルミニウム（アルミニウム合金）はその特性として、電気抵抗が小さく、熱伝導率が大きいため、溶接するためには非常に大きなエネルギーが必要となる。
【０００５】
このような発電要素の芯体と集電体との間の溶接方法としては、従来から以下の方法が知られている。
（１）レーザ溶接法（下記特許文献１参照）
（２）超音波溶接法（下記特許文献２参照）
（３）抵抗溶接法（下記特許文献３参照）
【０００６】
レーザ溶接法においては、金属溶接用に広く使用されているＹＡＧ（イットリウム−アルミニウム−ガーネット）レーザ光に対する反射率が銅ないし銅合金で約９０％、アルミニウムないしアルミニウム合金で約８０％と高いため、高エネルギーのレーザ光が必要である。また、表面状態の影響により溶接性が大きく変わること、及び、他材質のレーザ溶接の場合と同様に、スパッタの発生が不可避であるという問題点が存在する。
【０００７】
超音波溶接においても、被溶接材料である銅（銅合金）及びアルミニウム（アルミニウム合金）の熱伝導率が大きいことから、大きなエネルギーが必要となり、また、溶接時の超音波振動によって負極合剤の脱落が生じる。そのため、下記特許文献２に開示されている発明では、超音波溶接時に発電要素である電極体を圧縮し、脱落した負極活物質が電極体内に浸入しないようにしている。
【０００８】
更に、抵抗溶接においては、被溶接材料である銅（銅合金）及びアルミニウム（アルミニウム合金）の電気抵抗が小さいこと及び熱伝導率が大きいことから、短時間に大電流の投入が必要であること、溶接時に電極棒と集電体との融接が発生することがあること、溶接部以外での融解やスパークの発生が生じるという問題点が存在している。
【０００９】
【特許文献１】特開２００１−１６０３８７号公報
【特許文献２】特開２００７−０５３００２号公報
【特許文献３】特開２００６−３１０２５４号公報
【特許文献４】特開２００２−００８７０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述のように３種類の溶接方法には一長一短があるが、生産性及び経済性を考慮すると、従来から金属間の溶接法として広く使用されている抵抗溶接法とすることが望ましい。しかしながら、特に両端にそれぞれ正極芯体及び負極芯体の露出部を有するＥＶ、ＨＥＶ用の角形電池の巻き取り電極体（上記特許文献４参照）における集電体や集電体受け部品を抵抗溶接するには、巻き取り電極体の積層数が多いため、確実に溶接させるためには多大な溶接エネルギーを必要とする。しかも、抵抗溶接に際して溶接エネルギーを大きくすると、集電体や集電体受け部品のエッジ部が融解したりエッジ部からスパークが発生することがあると共に、抵抗溶接用電極棒と集電体ないし集電体受け部品が溶着してしまう虞がある。
【００１１】
このように集電体や集電体受け部品のエッジ部が融解したりエッジ部でスパークが発生すると、その部分が変色するだけでなく、融解した金属やスパークによって発生した導電性の金属粒子が電極体の内部に浸入して内部短絡を起こす虞がある。また、通常は集電体や集電体受け部品のエッジ部と芯体の根本側（活物質合剤が塗布されている側）が近接しているため、集電体や集電体受け部品のエッジ部が融解したりエッジ部でスパークが発生すると、芯体の根本側（活物質合剤が塗布されている側）に損傷を与えてしまう虞もある。更に、抵抗溶接用電極棒と集電体ないし集電体受け部品が溶着してしまうと抵抗溶接用電極棒と集電体ないし集電体受け部品を切り離すのに多大な労力を要するようになる。
【００１２】
本発明は、上述のような従来技術の問題点を解決するために開発されたものであり、その目的は、両端にそれぞれ複数枚の正極芯体及び負極芯体が露出した偏平状の電極体と、少なくとも一方の前記複数枚の芯体の両側に抵抗溶接された集電体及び集電体受け部品を備える密閉型電池において、集電体や集電体受け部品には、エッジ部の融解跡やスパークの発生跡が存在しないと共に抵抗溶接用電極棒との融接跡も存在せず、かつ、芯体に損傷がなく、抵抗溶接部の信頼性の高い密閉型電池及びその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】
【００１３】
上記目的を達成するため、本発明の密閉型電池は、
一方の端部に積層された正極芯体の露出部を有し、他方の端部に積層された負極芯体の露出部を有する偏平状の電極体を備え、
前記積層された正極芯体の露出部及び前記積層された負極芯体の露出部の少なくとも一方の積層された芯体の露出部において、前記芯体の積層方向における一方の最外面に集電体が取り付けられ、他方の最外面に集電体受け部品が取り付けられた密閉型電池であって、
前記集電体と前記集電体受け部品とが取り付けられている前記積層された芯体、前記集電体及び前記集電体受け部品は、正極側及び負極側の少なくとも一方が、それぞれ銅又は銅合金製、あるいはアルミニウム又はアルミニウム合金製であり、
前記集電体及び集電体受け部品はそれぞれ、前記少なくとも一方の積層された芯体の露出部の積層方向における最外面の外側に配置されると共に前記少なくとも一方の積層された芯体の露出部の積層方向における最外面に抵抗溶接された部分を含む平坦部と、前記平坦部から延びており、前記少なくとも一方の積層された芯体の根本側に前記少なくとも一方の積層された芯体から離間する方向に折り曲げられた第１の折り曲げ部を備えていることを特徴とする。
【００１４】
本発明の密閉型電池においては、少なくとも一方の芯体、集電体及び集電体受け部品はそれぞれ銅又は銅合金製、あるいはアルミニウム又はアルミニウム合金製であることが必要である。銅（銅合金）及びアルミニウム（アルミニウム合金）は、常用されている導電性金属のうち特に電気抵抗が低くかつ熱伝導率が大きいため、抵抗溶接時には特に大電流を流す必要がある。そのため、集電体及び集電体受け部品は、溶接部以外の部分で融解したり、エッジ部でスパークが発生し易い。しかしながら、本発明の密閉型電池によれば、集電体及び集電体受け部品として、それぞれ芯体と接していると共に抵抗溶接された部分を含む平坦部と、前記平坦部から延びており、前記芯体の根本側に前記芯体から離間する方向に折り曲げられた第１の折り曲げ部を有するものを用いたため、第１の折り曲げ部が放熱用フィンの役割を果たす。そのため、芯体、集電体及び集電体受け部品がそれぞれ銅又は銅合金製、あるいはアルミニウム又はアルミニウム合金製のものであっても、抵抗溶接時に集電体や集電体受け部品のエッジ部の折り曲げ部が形成された側が融解することがなくなると共に、抵抗溶接用電極棒と集電体や集電体受け部品とが融接することがなくなる。
【００１５】
なお、集電体及び集電体受け部品の厚さは０．１〜５ｍｍが好ましい。厚さが０．１ｍｍ未満であると抵抗溶接時に広範囲に亘って融解してしまうことがあるので好ましくない。また、厚さが５ｍｍ以上であると逆に抵抗溶接時に融解し難くなるので、より大電流密度が必要となるため、好ましくない。また、第１の折り曲げ部の長さは１ｍｍ以上であれば所定の効果を生じる。この長さの上限は密閉型電池の空間容積によって定まるが、あまり長くなると密閉型電池の電池外装缶との短絡が生じるので好ましくない。
【００１６】
加えて、本発明の密閉型電池においては、集電体及び集電体受け部品のそれぞれのエッジ部は、互いに離間した位置に存在し、しかも芯体からも離間した位置に存在するため、集電体及び集電体受け部品のエッジからスパークが発生することがなくなる。また、集電体及び集電体受け部品の第１の折り曲げ部は芯体の根本側に前記芯体から離間する方向に折り曲げられており、この折り曲げ部はＲが形成された状態となるので、芯体を損傷することが少なくなると共に芯体側の位置決め手段としての機能も果たす。そのため、集電体や集電体受け部品の位置ズレも少なくなる。
【００１７】
従って、本発明によれば、集電体や集電体受け部品は、エッジ部の融解やスパークによる変色がなく、抵抗溶接用電極棒との間の溶接痕もなく、しかも、芯体の損傷、集電体や集電体受け部品の位置ズレも少なく、抵抗溶接部の信頼性の高い密閉型電池が得られる。
【００１８】
また、本発明の密閉型電池においては、前記偏平状の電極体は、巻回電極体であり、前記積層された正極芯体の露出部は、前記正極芯体の露出部が巻回されることにより積層されており、前記積層された負極芯体の露出部は、前記負極芯体の露出部が巻回されることにより積層されているものとすることが好ましい。このような構成を備えていると、構成が簡単でありながら、大容量かつ大電流充放電可能な密閉電池が得られる。
【００１９】
また、本発明の密閉型電池においては、前記集電体及び前記集電体受け部品は、前記少なくとも一方の積層された芯体の先端側に第２の折り曲げ部を備えていることが好ましい。
【００２０】
このような構成を備えていると、第２の突起も第１の突起の場合と同様に放熱用フィンとしての役割を果たすため、上記本発明の効果が良好に奏されるようになる。なお、第２の折り曲げ部の長さは、第１の折り曲げ部と同様に、１ｍｍ以上であれば所定の効果を奏する。
【００２１】
また、本発明の密閉型電池においては、前記集電体と前記集電体受け部品とが取り付けられている前記積層された芯体、前記集電体及び前記集電体受け部品は、負極側であり、それぞれ銅又は銅合金製のものとすることができる。
【００２２】
また、本発明の密閉型電池においては、前記集電体及び集電体受け部品の平坦部の抵抗溶接された部分は少なくとも２箇所であることが好ましい。
【００２３】
このような構成とすれば、より芯体と集電体との間の内部抵抗を低くすることができるので、上記本発明の効果を奏しながらも、より大電流を取り出すことができる密閉型電池が得られる。
【００２４】
また、本発明においては、前記密閉型電池はリチウムイオン非水電解質二次電池であり、開口部を有する電池外装缶と、前記開口部を封止する封口板と、前記正極芯体に電気的に接続され、前記封口板に絶縁部材を介して固定される正極端子と、前記負極芯体に電気的に接続され、前記封口板に絶縁部材を介して固定される負極端子と、を備え、前記偏平状の電極体は、巻回電極体であり、前記巻回電極体は、前記巻回電極体の巻回軸が前記封口板と平行になるように、前記電池外装缶に収納されていることが好ましい。
【００２５】
リチウムイオン非水電解質二次電池は、負極芯体として汎用的に銅又は銅合金からなるものが使用されている。そのため、係る態様の密閉型電池では本発明の上記効果が顕著に表れる。なお、リチウムイオン非水電解質二次電池では、正極芯体、正極用集電体はアルミニウム又はアルミニウム合金製のものが汎用的に使用されており、この正極芯体と正極用集電体との溶接でも同様の効果が得られる。
【００２６】
更に、上記第２の目的を達成するため、本発明の密閉型電池の製造方法は、以下の（１）〜（３）の工程を含むことを特徴とする。
（１）一方の端部にアルミニウム又はアルミニウム合金製の積層された正極芯体の露出部を有し、他方の端部に銅又は銅合金製の積層された負極芯体の露出部を有する偏平状の電極体を形成する工程、
（２）前記積層された正極芯体の露出部及び前記積層された負極芯体の露出部の少なくとも一方の積層された芯体の露出部において、
芯体の積層方向における一方の最外面に、平坦部と、前記平坦部から延びており、前記少なくとも一方の積層された芯体の露出部の根本側に前記少なくとも一方の積層された芯体の露出部から離間する方向に折り曲げられた第１の折り曲げ部を備えた銅又は銅合金製、あるいはアルミニウム又はアルミニウム合金製の集電体を当接し、
他方の最外面に、平坦部と、前記平坦部から延びており、前記少なくとも一方の積層された芯体の露出部の根本側に前記少なくとも一方の積層された芯体の露出部から離間する方向に折り曲げられた第１の折り曲げ部を備えた銅又は銅合金製、あるいはアルミニウム又はアルミニウム合金製の集電体受け部品を当接する工程、
（３）前記集電体及び集電体受け部品を、抵抗溶接用電極棒で互いに押圧した状態で、前記抵抗溶接用電極棒間に電流を流して抵抗溶接する工程。
【００２７】
係る態様の密閉型電池の製造方法によれば、上記本発明の効果を奏する密閉型電池を容易に製造することができる。なお、この場合においては、前記（１）の工程において、前記偏平状の電極体は、巻回電極体であり、前記積層された正極芯体の露出部は、正極芯体の露出部が巻回されることにより積層されており、前記積層された負極芯体の露出部は、負極芯体の露出部が巻回されることにより積層されているものとしてもよい。さらに、前記（２）の工程において、集電体及び集電体受け部品として少なくとも一方の積層された芯体の露出部の先端側に設けられた第２の折り曲げ部を備えているものを用いてもよい。
【００２８】
また、係る態様の密閉型電池の製造方法においては、前記（２）の工程において、前記集電体及び集電体受け部品の少なくとも一方側の平坦部には他方に向かって突出する突起が形成されたものを使用し、
前記（３）の工程において、電流密度１００Ａ／ｍｍ２以上の電流を流して抵抗溶接することすることが好ましい。
【００２９】
係る態様の密閉型電池の製造方法によれば、芯体、集電体及び集電体受け部品が、電気抵抗が低く、かつ、熱伝導率が非常に大きいことが知られている銅（銅合金）又はアルミニウム（アルミニウム合金）からなるものであっても、良好に抵抗溶接することができるようになる。なお、芯体、集電体及び集電体受け部品がそれぞれ銅又は銅合金製、あるいはアルミニウム又はアルミニウム合金製からなる場合、抵抗溶接時の電流密度が１００Ａ／ｍｍ２未満であると発熱が低いために良好に抵抗溶接することができなくなる。電流密度が大きければ大きいほど良好に抵抗溶接できるが、最適な抵抗溶接時の電流密度は集電体及び集電体受け部品の大きさによっても変化するし、しかもあまり大きすぎても不経済であり、また集電体及び集電体受け部品が過度に融接したり、抵抗溶接用電極棒と集電体ないし集電体受け部品との間の融接が生じるようになる。そのため、抵抗溶接時の電流密度の上限値は実験的に定めればよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、実施例、比較例と共に図面を参照して本発明の最良の実施形態を説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための密閉型非水電解質二次電池の製造方法を例示するものであって、本発明をこの密閉型非水電解質二次電池の製造方法に特定することを意図するものではなく、特許請求の範囲に含まれるその他の実施形態のものも等しく適応し得るものである。
【００３１】
なお、図１Ａは実施例の密閉型電池の内部構造を示す正面図であり、図１Ｂは図１ＡのＩＢ−ＩＢ線に沿った断面図である。図２は実施例の密閉型電池の図１ＡにおけるII−II線に沿った拡大断面図である。図３は上側から見た実施例１の密閉型電池の抵抗溶接部の温度分布を表すコンピュータシミュレーション図である。図４は下側から見た実施例１の密閉型電池の抵抗溶接部の温度分布を表すコンピュータシミュレーション図である。図５Ａ〜図５Ｃは本発明で使用し得る集電体及び集電体受け部品の断面図である。図６は実施例２の密閉型電池の図１ＡにおけるII−II線に沿った拡大断面図である。図７は上側から見た実施例２の密閉型電池の抵抗溶接部の温度分布を表すコンピュータシミュレーション図である。図８は下側から見た実施例２の密閉型電池の抵抗溶接部の温度分布を表すコンピュータシミュレーション図である。図９は比較例１の密閉型電池の図１ＡにおけるII−II線に沿った拡大断面図である。図１０は上側から見た実施例３の密閉型電池の抵抗溶接部の温度分布を表すコンピュータシミュレーション図である。図１１は下側から見た実施例３の密閉型電池の抵抗溶接部の温度分布を表すコンピュータシミュレーション図である。図１２は上側から見た実施例４の密閉型電池の抵抗溶接部の温度分布を表すコンピュータシミュレーション図である。図１３は下側から見た実施例４の密閉型電池の抵抗溶接部の温度分布を表すコンピュータシミュレーション図である。
【００３２】
最初に各実施例及び各比較例に共通する密閉型の非水電解質二次電池を図１Ａ及び図１Ｂを用いて説明する。この非水電解質二次電池１０は、正極極板（図示せず）と負極極板（図示せず）とがセパレータ（図示せず）を介して巻回された偏平状の巻き取り電極体１１を、角形の電池外装缶１２の内部に収容し、封口板１３によって電池外装缶１２を密閉したものである。
【００３３】
この偏平状の巻き取り電極体１１は、巻回軸方向の両端部に正極合剤、負極合剤を塗布しない正極芯体露出部１４、負極芯体露出部１５を備えている。正極芯体露出部１４は正極集電体１６を介して正極端子１７に接続され、負極芯体露出部１５は負極集電体１８１を介して負極端子１９に接続されている。正極端子１７、負極端子１９はそれぞれ絶縁部材２０、２１を介して封口板１３に固定されている。
【００３４】
この角形の非水電解質二次電池は、偏平状の巻き取り電極体１１を電池外装缶１２内に挿入した後、封口板１３を電池外装缶１２の開口部にレーザ溶接し、その後電解液注液孔（図示せず）から非水電解液を注液して、この電解液注液孔を密閉することにより作製される。なお、電解液としては、例えばエチレンカーボネートとジエチルカーボネートを体積比で３：７となるように混合した溶媒に対し、ＬｉＰＦ６を１モル／Ｌとなるように溶解した非水電解液を使用し得る。
【００３５】
次に、各実施例及び各比較例に共通する偏平状の巻き取り電極体１１の具体的製造方法について説明する。
［正極板の作製］
正極板は次のようにして作製した。まず、正極活物質としてのコバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ２）粉末９４質量％と、導電剤としてのアセチレンブラックあるいはグラファイト等の炭素系粉末３質量％と、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶｄＦ）よりなる結着剤３質量％とを混合し、得られた混合物にＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）からなる有機溶剤を加えて混練して正極活物質合剤スラリーを調製した。次いで、アルミニウム箔（例えば、厚さが２０μｍのもの）からなる正極芯体を用意し、上述のようにして作製した正極活物質合剤スラリーを正極芯体の両面に、均一に塗布して正極活物質合剤層を塗布した。この際、正極活物質合剤層の一方側には、正極活物質合剤スラリーの塗布されていない所定幅（ここでは１２ｍｍとした）の非塗布部（正極芯体露出部）が正極芯体の端縁に沿って形成されるように塗布した。この後、正極活物質合剤層を形成した正極芯体を乾燥機中を通過させて、スラリー作製時に必要であったＮＭＰを除去して乾燥させた。乾燥後に、ロールプレス機により厚みが０．０６ｍｍとなるまで圧延して正極板を作製した。このようにして作製した正極板を幅が１００ｍｍとなる短冊状に切り出し、幅が１０ｍｍの帯状のアルミニウムからなる正極芯体露出部を設けた正極板を得た。
【００３６】
［負極板の作製］
負極板は次のようにして作製した。まず、負極活物質としての天然黒鉛粉末９８質量％と、結着剤としてのカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）及びスチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）をそれぞれ１質量％ずつ混合し、水を加えて混練して負極活物質合剤スラリーを調製した。次いで、銅箔（例えば、厚みが１２μｍのもの）からなる負極芯体を用意し、上述のようにして作製した負極活物質合剤スラリーを負極芯体の両面に均一に塗布して、負極活物質合剤層を形成した。この場合、負極活物質合剤層の一方の側には、負極活物質合剤スラリーの塗布されていない所定幅（ここでは１０ｍｍとした）の非塗布部（負極芯体露出部）が負極芯体の端縁に沿って形成されるように塗布した。この後、負極活物質合剤層を形成した負極芯体を乾燥機中を通過させて乾燥させた。乾燥後に、ロールプレス機により厚みが０．０５ｍｍとなるまで圧延して負極板を作製した。このようにして作製した負極板を幅が１１０ｍｍとなる短冊状に切り出し、幅が８ｍｍの帯状の負極芯体露出部を設けた負極板を得た。
【００３７】
［巻き取り電極体の作製］
上述のようにして得られた正極板の正極芯体露出部と負極板の負極芯体露出部とがそれぞれ対向する電極の活物質合剤層と重ならないようにずらして、ポリエチレン製の多孔質セパレータ（厚みが０．０２２ｍｍで、幅が１００ｍｍのもの）を介して巻回し、両側にそれぞれ複数のアルミニウム箔からなる正極芯体露出部１４と、銅箔からなる負極芯体露出部１５が形成された実施例及び比較例で使用する偏平状の巻き取り電極体１１を作製した。この正極芯体露出部１４及び負極芯体露出部１５におけるそれぞれの芯体数は、巻き取り電極体１１の設計容量によって変化するが、一般的には数十枚〜数百枚積層された状態となっている。
【００３８】
［集電体の抵抗溶接］
このようにして作製された偏平状の巻き取り電極体１１の負極芯体露出部１５には銅製の負極集電体１８１及び負極集電体受け部品１８２を抵抗溶接によって取り付けるが、実施例１、実施例２及び比較例１のそれぞれにおいて銅製の負極集電体１８１及び負極集電体受け部品１８２の形状を種々変更して抵抗溶接を行った。なお、負極集電体１８１と負極集電体受け部品１８２とは実施例１、実施例２及び比較例１ごとに互いに同一形状かつ同一寸法のものを用いているので、以下においては負極集電体１８１の場合に代表させてその具体的構成を説明することとする。
【００３９】
［実施例１］
実施例１で使用した銅製の負極集電体１８１は、図２に示したように、負極芯体露出部１５と接している平坦部１８ａと、この平坦部１８ａから延びており、負極芯体露出部１５の根本側（巻き取り電極体１１側）に負極芯体露出部１５から上方に離間する方向に折り曲げられた第１の折り曲げ部１８ｂと、負極芯体露出部１５の先端側に上方に折り曲げられた第２の折り曲げ部１８ｃとを備えている。この負極集電体１８１は、断面が実質的に拡幅Ｕ字状となっており、平坦部１８ａと第１の折り曲げ部１８ｂとの外面及び平坦部１８ａと第２の折り曲げ部１８ｃとの境界部の外面はＲが付いた状態（曲線状態）となっている。ここで使用した負極集電体１８１の厚さは１．２ｍｍであり、また、負極集電体１８１の平坦部１８ａの中央部には負極集電体受け部品１８２側に向かって高さ０．２ｍｍの突起（プロジェクション）１８ｄが形成されている。
【００４０】
このような同形状及び同寸法の銅製の負極集電体１８１及び負極集電体受け部品１８２を、それぞれの平坦部１８ａに形成された突起１８ｄ部分が対向するように、負極芯体露出部１５の両側から挟み込む。この際、負極集電体１８１及び負極集電体受け部品１８２の第１の折り曲げ部１８ｂが巻き取り電極体１１側に寄せて挟み込む。すなわち、負極芯体露出部１５は、図２に示したように、厚さが厚い巻き取り電極体１１側から集められて厚さが薄くなるように積層された状態となっている。そのため、負極集電体１８１及び負極集電体受け部品１８２の第１の折り曲げ部１８ｂを巻き取り電極体１１側に寄せると、それぞれの平坦部１８ａと第１の折り曲げ部１８ｂとの境界部のＲのついた外面が負極芯体露出部１５に当接するので、一定位置に位置決めされる。
【００４１】
この状態で、負極集電体１８１及び負極集電体受け部品１８２を両側から抵抗溶接装置（図示せず）の一対の抵抗溶接用電極棒３１ａ及び３１ｂで押圧し、所定電流を流して抵抗溶接を行う。この一対の抵抗溶接用電極棒３１ａ及び３１ｂは、銅又は銅合金製であり、負極集電体１８１及び負極集電体受け部品１８２の第１の折り曲げ部１８ｂ及び第２の折り曲げ部１８ｃとは接触しないようにするため、第１の平坦部１８ａの幅よりも僅かに小さいものを採用する。
【００４２】
このように抵抗溶接用電極棒３１ａ及び３１ｂを負極集電体１８１及び負極集電体受け部品１８２のサイズに合わせて可能な限り太くするのは、密閉型電池の容積が限られているために負極集電体１８１及び負極集電体受け部品１８２のサイズを自由に大きくすることができないこと、及び、抵抗溶接用電極棒３１ａ及び３１ｂが細いと抵抗溶接時に短時間に１００Ａ／ｍｍ２以上（１０ｋＡ／ｃｍ２以上）もの大電流が流れるために抵抗溶接用電極棒３１ａ及び３１ｂ自体が融解してしまうためである。
【００４３】
なお、ここでは、負極集電体１８１及び負極集電体受け部品１８２の第１の折り曲げ部１８ｂ及び第２の折り曲げ部１８ｃの長さ、すなわち、実質的には抵抗溶接用電極棒３１ａ及び３１ｂのエッジ部分から第１の折り曲げ部１８ｂ及び第２の折り曲げ部１８ｃのエッジ部分との間の長さＬ＝２ｍｍのものを使用した。このような構成の負極集電体１８１、負極集電体受け部品１８２、抵抗溶接用電極棒３１ａ及び３１ｂを用い、短時間に３００Ａ／ｍｍ２の電流を流して抵抗溶接を行ったところ、良好に抵抗溶接できることが確認された。なお、抵抗溶接は機械的強度の確保と電池の内部抵抗値低減のために、２点以上で行うとよい。
【００４４】
ここで、念のために本発明の効果を再確認するため、有限要素法を用いて溶接時の温度分布をシミュレーションにより計算した結果を図３及び図４に示す。図３及び図４においては、白色の部分が最も温度が高く、黒色の部分が最も温度が低いことを示している。この図３及び図４に示した結果から、負極集電体１８１のエッジ部Ｘでの高温化が防止できており、第１の折り曲げ部１８ｂ及び第２の折り曲げ部１８ｃの熱バランスも均等化されていることが確認できている。
【００４５】
なお、実施例１では負極集電体１８１及び負極集電体受け部品１８２の厚さとして１．２ｍｍのものを使用したが、これらの厚さは０．１ｍｍ〜５ｍｍの範囲で適宜に選択すればよい。負極集電体１８１及び負極集電体受け部品１８２の厚さは、０．１ｍｍ未満であると抵抗溶接時に広範囲に亘って融解してしまうし、また、５ｍｍ以上であると逆に抵抗溶接時に融解し難くなるのでより大電流密度が必要となる。また、負極集電体１８１及び負極集電体受け部品１８２の平坦部１８ａの中央部に形成した突起１８ｄの高さは０．２ｍｍとしたが、この突起１８ｄの高さは０．２ｍｍ以上であれば良好な電流集中作用を奏することができる。この突起１８ｄの高さの最適な上限値は、負極集電体１８１及び負極集電体受け部品１８２の間に配置されている負極芯体露出部１５の厚さ（ないしは積層枚数）によって変化するが、０．５〜１ｍｍ程度でもよい。更に、実施例１では第１の折り曲げ部１８ｂ及び第２の折り曲げ部１８ｃの長さＬ＝２ｍｍのものを用いたが、この長さＬは１ｍｍ以上であれば実質的に放熱フィンとしての効果を生じる。この長さＬは長い方がよいが、密閉型電池の空間容積に限りがあるため、あまり長くなると密閉型電池の電池外装缶との短絡が生じるので好ましくない。
【００４６】
更に、実施例１で使用した負極集電体１８１及び負極集電体受け部品１８２の断面形状として拡幅Ｕ字状のものを使用した例を示したが、これに限らず、図５Ａ〜図５Ｃに示したような断面形状のものも使用し得る。何れの場合も、負極芯体露出部１５の根本側（巻き取り電極体１１側）の第１の折り曲げ部１８ｂは、負極芯体露出部１５から上方に離間する方向に折り曲げられていればよく、第２の折り曲げ部１８ｃは負極芯体露出部１５と直接接触しない限りはどのような方向に折り曲げられていても良い。
【００４７】
［実施例２］
実施例２としては、図６に示したように、負極集電体１８１'及び負極集電体受け部品１８２'として実施例１で使用した負極集電体１８１及び負極集電体受け部品１８２において第２の折り曲げ部１８ｃを取り去ったものを使用し、その他の条件は実施例１の場合と同様にして抵抗溶接を行った。この場合、第２の折り曲げ部１８ｃが存在しないためにこの部分での放熱が不十分となり、負極集電体１８１'（及び負極集電体受け部品１８２'）のエッジ部Ｘが溶解すると共に、負極集電体１８１'と抵抗溶接棒３１ａとが融接してしまった。このようにエッジ部Ｘが溶解してしまうと、その部分が変色するだけでなく、融解した金属やスパークによって発生した導電性の金属粒子が巻き取り電極体１１の内部に浸入して内部短絡を起こす可能性が生じる。
【００４８】
ここで、念のために実施例２の効果を再確認するため、有限要素法を用いて溶接時の温度分布をシミュレーションにより計算した結果を図７及び図８に示す。この図７及び図８に示した結果から、負極集電体１８１'の第１の折り曲げ部１８ｂ側では放熱効果が良好なため、温度上昇が抑えられているが、エッジ部Ｘ側では抵抗溶接部と同レベルの高温になっており、これにより負極集電体１８１'のエッジ部Ｘと負極芯体露出部１５の先端部との間で融接が発生し、また負極集電体１８１'が必要以上に高温になるため、抵抗溶接用電極棒３１ａと負極集電体１８１'との融接も発生することが確認できた。ただし、以下に示す比較例１と比べると、第１の折り曲げ部１８ｂ側の溶解が防げるため、比較例１の場合よりは有利な効果が得られる。
【００４９】
［比較例１］
比較例１としては、図９に示したように、負極集電体１８１"及び負極集電体受け部品１８２"として、実施例１で使用した負極集電体１８１及び負極集電体受け部品１８２において第１及び第２の折り曲げ部１８ｂ、１８ｃを取り去ったものを使用し、その他の条件は実施例１の場合と同様にして抵抗溶接を行った。この場合、第１及び第２の折り曲げ部１８ｂ、１８ｃが存在しないためにこの部分での放熱が不十分となり、負極集電体１８１"のエッジ部Ｘが溶解するだけでなく、負極集電体１８１"の巻き取り電極体１１側のエッジ部Ｙ側も溶解してしまい、更に、負極集電体１８１'と抵抗溶接棒３１ａとが融接してしまった。特に負極集電体１８１"の巻き取り電極体１１側のエッジ部Ｙ側が溶解してしまうと、負極芯体露出部１５の根本側が溶解して穴が開いてしまうし、融解した金属やスパークによって発生した導電性の金属粒子が巻き取り電極体１１の内部に浸入して内部短絡を起こす可能性がより大きくなってしまう。
【００５０】
［実施例３］
実施例３として、アルミニウム製の正極芯体露出部１４に接続するアルミニウム製の正極集電体１６及び正極集電体受け部品についても、平坦部１６ａ、第１の折り曲げ部１６ｂ及び第２の折り曲げ部１６ｃを有する実施例１と同様の形状のものを用いて実験を行った。実施例３の効果を再確認するため、有限要素法を用いて溶接時の温度分布をシミュレーションにより計算した結果を図１０及び図１１に示す。図１０及び図１１においては、白色の部分が最も温度が高く、黒色の部分が最も温度が低いことを示している。この図１０及び図１１に示した結果から、正極集電体１６のエッジ部Ｘでの高温化が防止できており、第１の折り曲げ部１６ｂ及び第２の折り曲げ部１６ｃの熱バランスも均等化されていることが確認できる。このように、アルミニウム製の正極集電体についても、実施例１と同様の効果が得られることが分かる。
【００５１】
［実施例４］
実施例４として、正極芯体露出部１４に接続するアルミニウム製の正極集電体１６'及び正極集電体受け部品についても、実施例２と同様の形状で実験を行った。実施例４の効果を再確認するため、有限要素法を用いて溶接時の温度分布をシミュレーションにより計算した結果を図１２及び図１３に示す。この図１２及び図１３に示した結果から、正極集電体１６'の第１の折り曲げ部１６ｂ側では放熱効果が良好なため、温度上昇が抑えられているが、エッジ部Ｘ側では抵抗溶接部と同レベルの高温になっており、これにより正極集電体１６'のエッジ部Ｘと正極芯体露出部１４の先端部との間で融接が発生し、また正極集電体１６'が必要以上に高温になるため、抵抗溶接用電極棒３１ａと正極集電体１６'との融接も発生することが確認できた。ただし、上述の比較例１と比べると、第１の折り曲げ部１６ｂ側の溶解が防げるため、比較例１の場合よりは有利な効果が得られる。
【００５２】
なお、銅（銅合金）は、アルミニウム（アルミニウム合金）に比べ、より電気抵抗が小さく、より熱伝導率が大きいため、芯体、集電体及び集電体受け部品がそれぞれ銅又は銅合金製である場合、より顕著に本発明の効果が現れる。
【００５３】
実施例においては、正極極板及び負極極板の間にセパレータを介在させて互いに偏平状に巻回した巻回電極体を用いた場合について説明したが、本発明の二次電池は、電極体が正極極板及び負極極板の間にセパレータを介在させて互いに積層した積層型の電極体の場合においても同様の作用・効果を生じる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】図１Ａは実施例の密閉型電池の内部構造を示す正面図であり、図１Ｂは図１ＡのＩＢ−ＩＢ線に沿った断面図である。
【図２】実施例の密閉型電池の図１ＡにおけるII−II線に沿った拡大断面図である。
【図３】上側から見た実施例１の密閉型電池の抵抗溶接部の温度分布を表すコンピュータシミュレーション図である。
【図４】下側から見た実施例１の密閉型電池の抵抗溶接部の温度分布を表すコンピュータシミュレーション図である。
【図５】図５Ａ〜図５Ｃは本発明で使用し得る集電体及び集電体受け部品の断面図である。
【図６】実施例２の密閉型電池の図１ＡにおけるII−II線に沿った拡大断面図である。
【図７】上側から見た実施例２の密閉型電池の抵抗溶接部の温度分布を表すコンピュータシミュレーション図である。
【図８】下側から見た実施例２の密閉型電池の抵抗溶接部の温度分布を表すコンピュータシミュレーション図である。
【図９】比較例１の密閉型電池の図１ＡにおけるII−II線に沿った拡大断面図である。
【図１０】上側から見た実施例３の密閉型電池の抵抗溶接部の温度分布を表すコンピュータシミュレーション図である。
【図１１】下側から見た実施例３の密閉型電池の抵抗溶接部の温度分布を表すコンピュータシミュレーション図である。
【図１２】上側から見た実施例４の密閉型電池の抵抗溶接部の温度分布を表すコンピュータシミュレーション図である。
【図１３】下側から見た実施例４の密閉型電池の抵抗溶接部の温度分布を表すコンピュータシミュレーション図である。
【符号の説明】
【００５５】
１０：非水電解質二次電池  １１：巻き取り電極体  １２：電池外装缶  １３：封口板
１４：正極芯体露出部  １５：負極芯体露出部  １６、１６'：正極集電体  １６ａ：平坦部  １６ｂ：第１の折り曲げ部  １６ｃ：第２の折り曲げ部  １７：正極端子  １８１、１８１'、１８１"：負極集電体  １８２、１８２'、１８２"：負極集電体受け部品  １８ａ：平坦部  １８ｂ：第１の折り曲げ部  １８ｃ：第２の折り曲げ部  １８ｄ：突起（プロジェクション）  １９：負極端子  ３１ａ、３１ｂ：抵抗溶接用電極棒
【図１】
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【図２】
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【図５】
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【図６】
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【図９】
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【図３】
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【図４】
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【図７】
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【図８】
0005355929.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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