(57)【要約】 【課題】封口部材の電極端子に接合した電極リードの屈曲を小さくすること。【解決手段】正極および負極と、前記正極および前記負極にはさまれたセパレータとの積層物の捲回物と、かつ前記正極に接続した正極リードと、前記負極に接続した負極リードとを有する電極群と、前記電極群を収容する収容穴および前記電極群の捲回軸と交差する底面を有する筐体と、前記収容穴を塞ぐ封口部材と、を有する収容ケースと、を有する二次電池であって、前記封口部材は、貫通穴を有する封口プレートと、前記貫通穴を跨ぎ、前記電極群の捲回軸に沿った貫通孔を有する電極端子と、前記電極端子の二次電池の外部側の開口部を塞ぐキャップと、を有し、前記正極リードおよび前記負極リードの一方は、前記貫通孔の内側面に接合される二次電池。【選択図】図２
2012124008.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極および負極と、前記正極および前記負極にはさまれたセパレータとの積層物の捲回物と、かつ前記正極に接続した正極リードと、前記負極に接続した負極リードとを有する電極群と、
前記電極群を収容する収容穴および前記電極群の捲回軸と交差する底面を有する筐体と、前記収容穴を塞ぐ封口部材と、を有する収容ケースと、
を有する二次電池であって、
前記封口部材は、貫通穴を有する封口プレートと、前記貫通穴を跨ぎ、前記電極群の捲回軸に沿った貫通孔を有する電極端子と、前記電極端子の二次電池の外部側の開口部を塞ぐキャップと、を有し、
前記正極リードおよび前記負極リードの一方は、前記貫通孔の内側面に接合される二次電池。
【請求項２】
前記正極リードおよび前記負極リードの一方は、前記キャップと、前記封口プレートとの間の前記貫通孔の内側面に接合される、請求項１に記載の二次電池。
【請求項３】
前記貫通孔の内側面に接合された前記正極リードまたは前記負極リードは、前記電極群から突出し、
前記電極群から前記貫通孔の内側面に接合された前記正極リードまたは前記負極リードが突出した位置は、前記捲回軸に沿って、前記貫通孔に重なる、請求項１に記載の二次電池。
【請求項４】
前記電極端子は、前記封口プレートの貫通穴の縁を挟むように括れる、請求項１に記載の二次電池。
【請求項５】
前記筐体は、２以上の前記収容穴を有し、
前記２以上の収容穴を塞ぐ、前記封口部材は、互いに連結されており、
前記連結された封口部材は、２以上の貫通穴を有する前記封口プレートと、前記２以上の貫通穴を跨ぐ２以上の前記電極端子と、を有する、請求項１に記載の二次電池。
【請求項６】
前記正極リードおよび前記負極リードの他方は、前記筐体に接合される、請求項１に記載の二次電池。
【請求項７】
請求項１の二次電池を製造する方法であって、
前記収容穴を有する筐体を準備するステップと、
前記収容穴に前記電極群を挿入するステップと、
前記キャップを有さない前記封口部材を収容穴にセットし、かつ前記電極端子の貫通孔に前記正極リードおよび負極リードの一方を通過させるステップと、
前記正極リードおよび負極リードの一方を前記電極端子の貫通孔の内側面に接合するステップと、
前記電極端子の貫通孔を通して前記収容穴内に電解液を注入するステップと、
前記キャップで前記電極端子の貫通孔の二次電池の外部側の開口部を塞ぐステップと、を有する、二次電池の製造方法。
【請求項８】
前記正極リードおよび前記負極リードの一方は、前記電極端子の貫通孔の内側面にウェッジボンド、攪拌接合または超音波接合で接合される請求項７に記載の二次電池の製造方法。
【請求項９】
前記貫通穴を有する前記封口プレートを準備するステップと、
無底の筒体からなるリベット部と、前記リベット部を通過するシャフトと、前記リベット部の先端部から突出した前記シャフトの先端に接続した母材と、を有するブラインドリベットの前記リベット部を、前記封口プレートの貫通穴に挿入するステップと、
前記シャフトを引き込み、前記母材で前記リベット部の先端部を潰すステップと、
前記リベット部から前記シャフトおよび前記母材を取り外すステップと、を有する、前記封口部材を用意するステップをさらに含む、請求項７に記載の二次電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ニッケル水素電池やニッケルカドミウム電池、リチウム電池、リチウムイオン電池などの二次電池が携帯電子機器等に広く使用されつつある。このような二次電池は３〜４Ｖの高い起電力を有するという特徴があり、その優れた性能が注目されている。
【０００３】
このような二次電池の製造方法は：シート状の正極および負極と、正極および負極間に配置されたシート状のセパレータとからなる積層物を渦巻状に捲回し、電極群を形成するステップと；電極群を筐体内に収容するステップと；電極群の一方の電極から突出したリードを筐体の底部に接合するステップと；電極群の他方の電極から突出したリードを封口部材に接合するステップと；筐体の開口部に封口部材を取り付けるステップとを有する（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
電極群から突出したリードを封口部材に接合する手法としては、超音波接合が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
このように、筐体に接合されていない状態の封口部材に、電極群から突出した電極リードを接合した後に、筐体を封口部材で塞ぐ方法で製造された二次電池では、電極リードが、筐体に接合した封口部材と電極群との間隔よりも長くなる。このため、このような方法で製造された二次電池では、封口部材と電極群との間で電極リードが撓み、封口部材に接合した電極リードの屈曲が大きくなることがあった（例えば、特許文献３参照）。
【０００６】
図１は、特許文献３に開示された二次電池の断面図を示す。図１に示されるように二次電池１０は、筐体９と、筐体９内に収容され、電極リード２０を有する電極群８と、電極リード２０と接合した電極端子１８を有し、かつ筐体９を塞ぐ封口部材１６と、を有する。図１に示されるように電極端子１８に接合された電極リード２０は、大きく屈曲している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平０８−２９３２９９号公報
【特許文献２】特開平０６−１８７９６８号公報
【特許文献３】特開２００３−１０９６５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献３に開示されたように電極リードが屈曲すると、二次電池の使用中、電極リードが屈曲点で発熱し、二次電池の性能を低下させることがある。
【０００９】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、電極リードの屈曲が小さく、使用中に性能が低下しない二次電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第１は、以下に示す二次電池に関する。
［１］正極および負極と、前記正極および前記負極にはさまれたセパレータとの積層物の捲回物と、かつ前記正極に接続した正極リードと、前記負極に接続した負極リードとを有する電極群と、前記電極群を収容する収容穴および前記電極群の捲回軸と交差する底面を有する筐体と、前記収容穴を塞ぐ封口部材と、を有する収容ケースと、を有する二次電池であって、前記封口部材は、貫通穴を有する封口プレートと、前記貫通穴を跨ぎ、前記電極群の捲回軸に沿った貫通孔を有する電極端子と、前記電極端子の二次電池の外部側の開口部を塞ぐキャップと、を有し、前記正極リードおよび前記負極リードの一方は、前記貫通孔の内側面に接合される二次電池。
［２］前記正極リードおよび前記負極リードの一方は、前記キャップと、前記封口プレートとの間の前記貫通孔の内側面に接合される、［１］に記載の二次電池。
［３］前記貫通孔の内側面に接合された前記正極リードまたは前記負極リードは、前記電極群から突出し、前記電極群から前記貫通孔の内側面に接合された前記正極リードまたは前記負極リードが突出した位置は、前記捲回軸に沿って、前記貫通孔に重なる、［１］または［２］に記載の二次電池。
［４］前記電極端子は、前記封口プレートの貫通穴の縁を挟むように括れる、［１］〜［３］のいずれか一つに記載の二次電池。
［５］前記筐体は、２以上の前記収容穴を有し、前記２以上の収容穴を塞ぐ、前記封口部材は、互いに連結されており、前記連結された封口部材は、２以上の貫通穴を有する前記封口プレートと、前記２以上の貫通穴を跨ぐ２以上の前記電極端子と、を有する、［１］〜［４］のいずれか一つに記載の二次電池。
［６］前記正極リードおよび前記負極リードの他方は、前記筐体に接合される、［１］〜［５］のいずれか一つに記載の二次電池。
【００１１】
本発明の第２は、以下に示す二次電池の製造方法に関する。
［７］［１］〜［６］のいずれか一つに二次電池を製造する方法であって、前記収容穴を有する筐体を準備するステップと、前記収容穴に前記電極群を挿入するステップと、前記キャップを有さない前記封口部材を収容穴にセットし、かつ前記電極端子の貫通孔に前記正極リードおよび負極リードの一方を通過させるステップと、前記正極リードおよび負極リードの一方を前記電極端子の貫通孔の内側面に接合するステップと、前記電極端子の貫通孔を通して前記収容穴内に電解液を注入するステップと、前記キャップで前記電極端子の貫通孔の二次電池の外部側の開口部を塞ぐステップと、を有する、二次電池の製造方法。
［８］前記正極リードおよび前記負極リードの一方は、前記電極端子の貫通孔の内側面にウェッジボンド、攪拌接合または超音波接合で接合される［７］に記載の二次電池の製造方法。
［９］前記貫通穴を有する前記封口プレートを準備するステップと、無底の筒体からなるリベット部と、前記リベット部を通過するシャフトと、前記リベット部の先端部から突出した前記シャフトの先端に接続した母材と、を有するブラインドリベットの前記リベット部を、前記封口プレートの貫通穴に挿入するステップと、前記シャフトを引き込み、前記母材で前記リベット部の先端部を潰すステップと、前記リベット部から前記シャフトおよび前記母材を取り外すステップと、を有する前記封口部材を用意するステップをさらに含む、［７］または［８］に記載の二次電池の製造方法。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の二次電池では、封口部材の電極端子に接合した電極リードの屈曲が小さい。このため本発明の二次電池では、使用時に電極端子に接合した電極リードの発熱が少ない。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】特許文献３に開示された二次電池の断面図
【図２】実施の形態１の二次電池の断面図
【図３】実施の形態１の電極群の斜視図
【図４】実施の形態１の電極群の断面図
【図５】実施の形態１の二次電池の製造フローを示す図
【図６】実施の形態１の封口部材の製造フローを示す図
【図７】実施の形態２の二次電池の断面図
【図８】実施の形態２の封口部材の製造フローを示す図
【図９】実施の形態３の封口部材の製造フローを示す図
【図１０】実施の形態４の封口部材の製造フローを示す図
【図１１】実施の形態５の二次電池の分解斜視図
【図１２】実施の形態５の二次電池の断面図
【図１３】実施の形態５の連結封口部材の製造フローを示す図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の二次電池は、電極群、電極群を収容する収容ケースを有する。また本発明の二次電池は、電解液を有する。以下それぞれの構成部材について説明する。
【００１５】
１）収容ケース
収容ケースは、電極群と電解液とを収容する収容穴を有する筐体と、筐体の収容穴を塞ぐ封口部材と、を有する。収容ケースは、電気が取り出せるように一部または全部が導電性である。筐体が有する収容穴の数は１つであってもよいし（実施の形態１、２参照）、複数であってもよい（実施の形態３参照）。筐体が複数の収容穴を有する場合、各収容穴に電極群および電解液が収容される。また筐体は、後述する電極群の捲回軸と交差する底面を有する。
【００１６】
収容穴の形状は、収容される電極群の形状によって適宜選択される。例えば、電極群が円柱の場合、収容穴も円柱状であり；電極群が角柱である場合、収容穴も角柱状である。
【００１７】
筐体は、少なくとも一部が導電体であることが好ましい。このような、筐体の材料の例には、アルミニウムや、マグネシウム、鉄、ニッケル、カーボン、銅およびこれらの合金などが含まれる。また、後述するように、筐体には正極リードおよび負極リードの一方が接合されることが好ましく、筐体の材料は、後述する正極リードまたは負極リードのいずれが筐体に接合されるかによって適宜選択される。例えば正極リードが筐体に接合される場合、筐体の材料はアルミニウムやアルミニウムの合金が好ましい。負極リードが筐体に接合される場合、筐体の材料は、鉄やニッケル、銅などが好ましい。二次電池の軽量化の観点からは、筐体の材料は、アルミニウムやアルミニウムの合金であることが好ましい。
【００１８】
筐体の側部と底部とは一体的に作製されてもよいし（実施の形態１および２参照）、筐体の側部と、筐体の底部とを別々に作製した後、筐体の側部と、筐体の底部とを接合してもよい（実施の形態３参照）。
【００１９】
筐体の作製方法は特に限定されないが、例えば押し出し成形やインパクト成形、しぼり加工などで作製される。押し出し成形とは、加熱したビレットをダイス金型を通して押し出すことで、材料の形状を成形する方法である。押し出し成形によれば低コストで筐体を作製することができる。押出し成形によって作製された部材は、押出形材とも称される。
【００２０】
封口部材は、封口プレートと、電極端子と、キャップとを有する。封口プレートは、貫通穴を有する板状の部材である。封口プレートは、筐体に接合することで、筐体の収容穴を塞ぐ。封口プレートは導電性であっても、非導電性であってもよい。
【００２１】
電極端子は、封口プレートの貫通穴を跨ぐ導電性部材である。電極端子には、後述する正極リードおよび負極リードのいずれか一方が接合される。したがって、電極端子は正極または負極端子として機能する。
【００２２】
電極端子の材料は、電極端子が正極端子または負極端子として機能するかに応じて適宜選択される。例えば、電極端子が正極端子として機能する場合、電極端子の材料の例にはアルミニウムが含まれる。一方、電極端子が負極端子として機能する場合、電極端子の材料の例には、鉄やニッケル、銅などが含まれる。
【００２３】
本発明は、電極端子が、電極群の捲回軸に沿った貫通孔を有する。また正極リードおよび負極リードのいずれか一方は、電極端子の貫通孔の内側面に接合されることを特徴とする。
【００２４】
キャップは電極端子の貫通孔の開口部を塞ぐ導電性部材である。より具体的には、キャップは電極端子の貫通孔の開口部のうち、二次電池の外側の開口部を塞ぐ。
【００２５】
封口部材の構造は特に限定されないが、電極端子が、封口プレートの貫通穴の縁を挟むように括れを有することが好ましい（図２参照）。このように電極端子が、封口プレートの貫通穴の縁を挟むことで、封口プレートと電極端子との間から電解液が漏れにくくなり、収容穴から電解液が漏れ出すことを防止できる。
【００２６】
また、筐体が複数の収容穴を有する場合、電極端子が、封口プレートの貫通穴の縁を挟むように構成されていると、各収容穴を塞ぐ封口部材を連結することができる（実施の形態３、図１２、図１３Ａ〜Ｃ参照）。
【００２７】
また、電極端子は封口プレートの貫通穴を跨ぐので、封口プレートと電極群との間および封口プレートとキャップとの間には、隙間が形成される（図２参照）。
【００２８】
封口部材の形成方法は、特に限定されないが、例えば、封口プレートの貫通孔に電極端子半製品を挿入するステップと、電極端子半製品の挿入方向先端部を潰すステップとを有する（実施の形態１、２および４参照）。また、電極端子半製品に代えて、ブラインドリベットを用いてもよい（実施の形態３参照）。
【００２９】
２）電極群
電極群は、正極と、負極と、正極と負極との間に配置されたセパレータとからなる積層物の捲回物を有する（図３参照）。また電極群は、正極に接続した正極リードと、負極に接続した負極リードとを有する。正極リードおよび負極リードは電極群から捲回軸方向に突出する。電極群は柱状であれば、円柱状であっても、角柱状であってもよい。
【００３０】
正極は、正極集電体および正極集電体上に配置された正極合剤層を有する。負極は、負極集電体および負極集電体上に配置された負極合剤層を有する。
【００３１】
正極集電体および負極集電体は、正極合剤層または負極合剤層を保持するとともに集電機能を有する電極基体である。正極集電体および負極集電体は、例えば、アルミニウム箔、銅箔、ニッケル箔などの金属箔などからユニットの種類に応じて適宜選択される。例えば、ユニットがリチウムイオン電池として機能する場合、正極集電体はアルミニウム箔であり、負極集電体は銅箔である。一般的には、正極集電体としては厚さ５〜３０μｍのアルミニウム箔やアルミニウム合金箔が用いられ、負極集電体としては厚さ５〜２５μｍの銅箔が用いられることが多い。
【００３２】
正極合剤層は、正極活物質の粒子を結着材で結着させて形成された層である。結着材は、集電体と活物質との間および活物質間を結着させる。正極合剤層は、導電材を含み、さらに他の物質を含んでいてもよい。また、正極合剤層は一般的に、図４に示されたように、正極集電体の両方の面上に配置されている。
【００３３】
正極活物質の粒子の材料は、例えば、コバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム、マンガン酸リチウムなどのリチウム遷移金属酸化物や、ＦｅＳ、ＴｉＳ２などの遷移金属硫化物、ポリアニリン、ポリピロールなどの有機化合物、これらの化合物を部分的に元素置換したものなどである。正極活物質の粒子の平均粒径は、１〜１００μｍである。
【００３４】
正極合剤層に含まれる結着材の材料は、特に限定されないが、例えば、フッ素原子を含む樹脂やアクリレート単位を有するゴム粒子結着材などの熱可塑性樹脂である。フッ素原子を含む樹脂の例には、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）やポリフッ化ビニリデンの変性体、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などが含まれる。結着材の材料には、さらに反応性官能基が導入されたアクリレートモノマー、またはアクリレートオリゴマーが含まれていてもよい。
【００３５】
導電材の例には、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラックおよびサーマルブラックなどのカーボンブラック、ならびに各種グラファイトが含まれる。
【００３６】
負極合剤層は、負極活物質の粒子を結着材で結着して形成された層である。負極合剤層は、導電材を含み、さらに他の物質を含んでいてもよい。また、負極合剤層は一般的に、図４に示されたように、負極集電体の両方の面上に配置されている。
【００３７】
負極活物質の材料は、例えば、グラファイトやコークスなどの炭素系活物質、金属リチウム、リチウム遷移金属窒化物、またはシリサイドなどのシリコン系複合材料である。
負極合剤層に含まれる結着材の材料の例には、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）およびその変性体、スチレン−ブタジエン共重合体ゴム粒子（ＳＢＲ）およびその変性体などが含まれる。また負極合剤層に含まれる導電材は、正極合剤層に含まれる導電材と同じであってよい。
【００３８】
セパレータは、正極と負極とを絶縁し、かつ正極と負極との間のイオン伝導性を確保する部材である。セパレータの材料は、電源装置の使用時に安定な素材であれば特に限定されず、例えば、絶縁性の高分子多孔フィルムである。セパレータは、例えば、アルミナシリカ、酸化マグネシウム、酸化チタン、ジルコニア、炭化ケイ素、窒化ケイ素などの無機物粒子や、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリアクリロニトリル、ポリメチルメタクリレート、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリイミドなどの有機物粒子、前記無機物粒子と有機物粒子との混合物、結着材、溶媒、各種添加剤などを混合したものを、塗布し、乾燥させ、圧延することにより作製することができる。セパレータの厚みは、特に限定されないが、例えば１０〜２５μｍである。
【００３９】
正極リードおよび負極リードは、電極群から、電極群の捲回軸に沿って突出した導電性部材である。正極リードの材料は例えばアルミなどが含まれる。一方負極リードの材料は例えば鉄や、ニッケル、銅などである。電極リードの形状は特に限定されないが、例えば短冊形状であることが好ましい（図３参照）。
【００４０】
上述したように本発明では、電極端子に接合する電極リード（正極リードまたは負極リード）が、電極端子の貫通孔の内側面に接合されることを特徴とする。この構成により、キャップを有さない封口部材を収容穴にセットした後に、正極リードおよび負極リードの一方を、電極端子の貫通孔の内側面に接合することができる（図５Ｄ参照）。このように、本発明では、封口部材で収容穴を塞いだ後に、正極リードおよび負極リードの一方を、電極端子の貫通孔の内側面に接合できるので、電極端子に接合する正極リードまたは負極リード（以下「端子接合リード」とも称する）を短くし、かつ端子接合リードの屈曲を小さくすることができる（図２参照）。
【００４１】
ここで「端子結合リードの屈曲が小さい」とは、端子結合リードが全く屈曲しないか、または端子結合リードの屈曲部の曲率半径が端子結合リードの板厚以上であることを意味する。例えば端子結合リードの板厚が０．１５ｍｍの場合は、端子結合リードの曲率半径は０．１５ｍｍ以上である。このように本発明では接合リードの屈曲が小さいので、二次電池の使用時に接合リードが発熱しにくい。
【００４２】
また、端子接合リードの突出位置は、電極端子の貫通孔と、電極群の捲回軸に沿って重なることが好ましい。端子接合リードの突出位置を電極端子の貫通孔に重ねることで、端子接合リードの屈曲をより小さくすることができる（図２参照）。
【００４３】
端子接合リードを電極端子の貫通孔の内側面に接合する方法は特に限定されないが、ウェッジボンド、攪拌接合または超音波接合が好ましい。ウェッジボンド、攪拌接合または超音波接合で端子接合リードを接合する場合、微小短絡不良（ＯＣＶ不良)の原因となる火花が発生しないからである。
【００４４】
また、端子接合リードを電極端子の貫通孔の内側面に超音波接合した場合、端子接合リードは、キャップと封口プレートとの間の貫通孔の内側面に接合される（図５Ｄ参照）。
【００４５】
一方、正極リードおよび負極リードのうち、電極端子に接合しない他方は、筐体に接合されることが好ましい。筐体に接合した正極リードまたは負極リード（以下「筐体接合リード」とも称する）は、筐体の収容穴の内側面に結合されてもよいし（図２参照）、底面に接合されてもよい。
【００４６】
３）電解液
電解液は、溶媒と、電解質とを含む。
【００４７】
溶媒は、二次電池の種類によって適宜選択される。例えば二次電池がリチウムイオン電池として機能する場合、溶媒は非水系溶媒である。非水系溶媒の例には、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、ジエチルカーボネート、γーブチロラクトン、スルホラン、アセトニトリル、１，２−ジメトキエタン、１，３−ジメトキシプロパン、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフラン、γーブチロラクトンなどが含まれる。これらの非水系溶媒は、単独で使用されてもよいし、２種以上を混合して使用されてもよい。
【００４８】
一方、二次電池がニッケル−水素電池や、ニッケル−カドミウム電池、空気亜鉛電池、リチウム空気電池などとして機能する場合、溶媒は水である。
【００４９】
電解質も、二次電池の種類によって適宜選択される。例えば二次電池がリチウムイオン電池として機能する場合、電解質の例は、過塩素酸リチウム（ＬｉＣｌＯ4）、六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ６）、ホウフッ化リチウム（ＬｉＢＦ４）、六フッ化砒素リチウム（ＬｉＡｓＦ６）、トリフルオロメタスルホン酸リチウム（ＬｉＣＦ３ＳＯ３）、ビストリフルオロメチルスルホニルイミドリチウム［ＬｉＮ（ＣＦ３ＳＯ２）２］などのリチウム塩を含む。
【００５０】
一方、二次電池がニッケル水素電池やニッケルカドミウム電池、空気亜鉛電池として機能する場合、電解質の例は、水酸化カリウムなどを含む。
【００５１】
電解液は、封口部材で収容穴にセットする前に、収容穴に注入してもよいが、キャップを有さない封口部材を収容穴にセットした後に、電極端子の貫通孔を通して注入してもよい。また、電解液を、キャップを有さない封口部材を収容穴にセットした後に、電極端子の貫通孔を通して注入する場合、端子接合リードを電極端子の貫通孔の内側面に接合した後、電解液を注入することが好ましい。端子接合リードを電極端子に接合した後、電解液を注入することで、端子接合リードが電極端子に接合するまえに、電解液によって変成することを防止することができる。
【００５２】
以下、本発明を図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明するが、本発明は図示された実施の形態に限定されない。
【００５３】
［実施の形態１］
実施の形態１では端子結合リードが負極リードである形態について説明する。
【００５４】
図２は、実施の形態１の二次電池１００の断面図である。図２に示されるように、二次電池１００は、収容ケース１１０と、電極群１２０と、を有する。
【００５５】
収容ケース１１０は、収容穴１１１を有する筐体１１３と、封口部材１３０とを有する。筐体１１３は、例えばアルミニウムからなる導電性部材である。また、筐体１１３は１つの収容穴１１１を有する。収容穴１１１には、電極群１２０が収容されている。
【００５６】
封口部材１３０は、筐体１１３の収容穴１１１を塞ぐ部材である。図２に示されるように封口部材１３０は、貫通穴を有する封口プレート１３３と、封口プレート１３３の貫通穴を跨ぐ電極端子１３１と、キャップ１３９とを有する。電極端子１３１は貫通孔１３７を有する。貫通孔１３７の内側面には負極リード１５０が接合されている。
【００５７】
また、電極端子１３１は、封口プレート１３３の貫通穴の縁を挟むように括れている。電極端子１３１の括れ１３２は封口プレート１３３に包囲されている。また、電極端子１３１と、プレート１３３との間には、絶縁部材１３５が配置される。これにより、電極端子１３１と、筐体１１３とが絶縁される。
【００５８】
キャップ１３９は、貫通孔１３７の二次電池の外側の開口部を閉じる部材である。キャップ１３９が、貫通孔１３７を閉じることで、筐体１１３内の電解液が外部に漏れ出すことが防止される。
【００５９】
封口プレート１３３と電極群１２０との間および封口プレート１３３とキャップ１３９との間には、隙間が形成されている。
【００６０】
図３は、電極群１２０の分解斜視図である。図３に示されるように電極群１２０は、円柱状である。電極群１２０は、積層物１２７を捲回することで形成される。また電極群１２０からは、封口部材１３０側に正極リード１４０と、負極リード１５０とが突出している。負極リード１５０のうち電極群１２０から突出した領域の長さ１５０Ｌは、例えば６〜１５ｍｍである。
【００６１】
図４は、図３の積層物１２７の一点鎖線Ａによる断面図である。図４に示されるように、積層物１２７は、シート状の正極１２１、シート状の負極１２３およびシート状のセパレータ１２５からなる。また。正極１２１は、正極集電体１２１ａと正極集電体１２１ａを挟む正極合剤層１２１ｂとからなり；負極１２３は、負極集電体１２３ａと負極集電体１２３ａを挟む負極合剤層１２３ｂとからなる。
【００６２】
また、本実施の形態では、正極１２１の集電体１２１ａがセパレータ１２５および負極１２３よりも長くされていることが好ましい。このように正極１２１の集電体１２１ａをセパレータ１２５および負極１２３よりも長くすることで、電極群１２０の外周を、強度の低い合剤層ではなく、比較的強度の高い正極１２１の集電体１２１ａで覆うことができる。
【００６３】
次に、再び図２を参照しながら正極リード１４０および負極リード１５０について説明する。
【００６４】
電極群１２０から突出した正極リード１４０は、筐体１１３の収容穴１１１の内側面に接合される。
【００６５】
電極群１２０から突出した負極リード１５０は、電極端子１３１の貫通孔１３７の内側面に接合される。また、負極リード１５０の突出位置は、電極端子１３１の貫通孔１３７と、電極群１２０の捲回軸に沿って重なる。また、負極リード１５０は、封口プレート１３３とキャップ１３９との間の貫通孔１３７の内側面に接合される。
【００６６】
このようの本実施の形態では、負極リード１５０の屈曲が小さいので、二次電池の使用中に負極リード１５０が発熱することを抑制することができる。
【００６７】
次に、本実施の形態の二次電池１００の製造方法について、図５Ａ〜図５Ｆを参照しながら説明する。
【００６８】
二次電池１００の製造方法は、例えば、１）筐体１１３を準備する第１ステップ（図５Ａ参照）と、２）筐体１１３の収容穴１１１に、電極群１２０を挿入する第２ステップ（図５Ｂ）と、３）キャップ１３９を有さない封口部材１３０を収容穴１１１にセットする第３ステップ（図５Ｃ）と、４）負極リード１５０を電極端子１３１の貫通孔１３７の内側面に接合する第４ステップ（図５Ｄ参照）と、５）電極端子１３１の貫通孔１３７を通して、電解液を収容穴１１１に注入する第５ステップ（図５Ｅ参照）と、６）キャップ１３９で電極端子１３１の貫通孔１３７の二次電池外側の開口部を塞ぐ第６ステップ（図５Ｆ参照）と、を有する。
【００６９】
図５Ａは、第１ステップを示す。図５Ａに示されるように第１ステップでは、筐体１１３を準備する。筐体１１３は、例えば、絞り加工や、インパクト成形で作製すればよい。
【００７０】
図５Ｂは、第２ステップを示す。図５Ｂに示されるように第２ステップでは、筐体１１３の収容穴１１１に、電極群１２０を挿入する。電極群１２０は電極群１２０の捲回軸に沿って収容穴１１１に挿入される。電極群１２０からは、正極リード１４０および負極リード１５０が突出している。
【００７１】
図５Ｃは、第３ステップを示す。図５Ｃに示されるように第３ステップでは、キャップ１３９を有さない封口部材１３０を収容穴１１１にセットする。より具体的には、負極リード１５０が電極端子１３１の貫通孔１３７を通過するように、キャップ１３９を有さない封口部材１３０を収容穴１１１にセットする。
【００７２】
また、第２ステップと第３ステップとの間に電極群１２０から突出した正極リード１４０を、例えば超音波接合で筐体１１３の収容穴１１１の内側面に接合してもよい。
【００７３】
図５Ｄは、第４ステップを示す。図５Ｄに示されるように第４ステップでは、負極リード１５０を電極端子１３１の貫通孔１３７の内側面に接合する。
【００７４】
負極リード１５０を、電極端子１３１の貫通孔１３７の内側面に接合するには、負極リード１５０を、貫通孔１３７の内側面に超音波接合すればよい。より具体的には、電極端子１３１のうち、封口プレート１３３から突出した領域および負極リード１５０を、超音波ヘッドの、ホーン１６０と、アンビル１６１とで挟むことで、負極リード１５０を貫通孔１３７の内側面に押し当て；ホーン１６０を振動させることで、負極リード１５０を貫通孔１３７の内側面に接合すればよい。
【００７５】
図５Ｄに示されるように、超音波ヘッドの、ホーン１６０およびアンビル１６１は、封口プレート１３３が障害となって、封口プレート１３３よりも電極群１２０側の筒体１３１ａを挟むことはできない。このため負極リード１５０を超音波接合で筒体１３１ａに接合する場合、負極リード１５０は、封口プレート１３３から二次電池の外側に突出した筒体１３１ａの内側面に接合される。
【００７６】
このように、本実施の形態では、封口部材１３０で、収容穴１１１を塞いだ後で、負極リード１５０を電極端子１３１の貫通孔１３７の内側面に接合しているので、負極リード１５０を短くすることができる。このように負極リード１５０を短くすることで、負極リード１５０の屈曲を小さくすることができる。
【００７７】
また、本実施の形態では微小短絡不良の原因となる火花が発生しない超音波接合で、負極リード１５０を、貫通孔１３７の内側面に接合しているので、微小短絡不良の発生率が低い。このため、出力が高い二次電池が得られる。
【００７８】
図５Ｅは、第５ステップを示す。図５Ｅに示されるように、第５ステップでは、電極端子１３１の貫通孔１３７を通して、電解液を収容穴１１１に注入する。
【００７９】
図５Ｆは、第６ステップを示す。図５Ｆに示されるように第６ステップでは、キャップ１３９で電極端子１３１の貫通孔１３７の二次電池外側の開口部を塞ぐ。キャップ１３９で電極端子１３１の貫通孔１３７を塞ぐには、キャップ１３９を電極端子１３１に溶接すればよい。キャップ１３９を電極端子１３１に溶接する手段には、レーザ溶接、熱溶着、ロウ付け、プレス、摩擦接などが含まれる。
【００８０】
次に、本実施の形態の封口部材１３０を用意するステップについて、図６Ａ〜図６Ｃを用いて説明する。図６Ａ〜図６Ｃに示されるように、封口部材１３０の形成方法は、貫通穴を有する封口プレート１３３を準備するステップ（図６Ａ）と、封口プレート１３０の貫通穴に、電極端子半製品１３１ａを挿入するステップ（図６Ｂ）と、電極端子半製品１３１ａの挿入方向先端部を潰すステップ（図６Ｃ）とを有する。
【００８１】
電極端子半製品１３１ａは、挿入方向の後端部が広げられた筒体である。このような、電極端子半製品１３１ａは例えば、プレス加工によって筒体の一方の端部を広げることで形成されうる。
【００８２】
また、電極端子半製品１３１ａの挿入方向先端部を潰すには、例えば、バルジ成形を用いればよい。
【００８３】
［実施の形態２］
実施の形態１では、端子接合リード（負極リード１５０）の一部が屈曲を有する形態について説明した。実施の形態２では、端子接合リード（負極リード１５０）が屈曲を有さない形態について説明する。
【００８４】
図７は、実施の形態２の二次電池２００の断面図である。実施の形態１の二次電池１００と同一の構成部材については、同一の符号を付し、説明を省略する。
【００８５】
図７に示されるように、二次電池２００の封口部材２３０は、電極端子２３１を有する。電極端子２３１は、キャップ１３９と封口プレート１３３との間に、封口プレートによって囲まれた括れ１３２と同じ内径を有する領域２３２を有する。
【００８６】
このように、キャップ１３９と封口プレート１３３との間の電極端子２３１に括れと同じ内径を有する領域２３２を設けることで、負極リード１５０が屈曲することなく電極端子２３１に接合されることができる。
【００８７】
次に、本実施の形態の封口部材２３０を用意するステップについて、図８Ａ〜図８Ｃを用いて説明する。図８Ａ〜図８Ｃに示されるように、封口部材２３０の形成方法は、貫通穴を有する封口プレート１３３を準備するステップ（図８Ａ）と、封口プレート１３０の貫通穴に、電極端子半製品２３１ａを挿入するステップ（図８Ｂ）と、電極端子半製品２３１ａの挿入方向先端部を潰すステップ（図８Ｃ）とを有する。
【００８８】
電極端子半製品２３１ａは例えば、筒体の一方の端部をへら絞り加工することによって形成されうる。また、電極端子半製品１３１ａの挿入方向先端部をつぶすには、例えば、バルジ成形を用いればよい。
【００８９】
このように本実施の形態では、実施の形態１よりも端子接合リードの屈曲がさらに小さいので、実施の形態１の効果に加えて、二次電池の使用中に負極リード１５０が発熱することをより効果的に防止することができる。
【００９０】
［実施の形態３］
実施の形態３では、ブラインドリベットを用いて、封口部材用意するステップについて説明する。
【００９１】
図９Ａ〜図９Ｄは、本実施の形態の封口部材の形成方法を示す。図９Ａ〜図９Ｄに示されるように、本実施の形態の封口部材３３０の形成方法は、貫通穴を有する封口プレート１３３を準備する第１ステップ（図９Ａ）と、封口プレートの貫通穴に、ブラインドリベット１８０のリベット部１８１を挿入する第２ステップ（図９Ｂ）と、シャフト１８３を引き込み、母材１８５で、リベット部１８１の先端部を潰す第３ステップ（図９Ｃ）と、シャフト１８３および母材１８５をリベット部１８１から取り外す第４ステップ（図９Ｄ）とを有する。
【００９２】
第２ステップで準備するブラインドリベット１８０は、リベット部１８１と、シャフト１８３と、母材１８５とを有する。
【００９３】
リベット部１８１は、先端部と後端部を有する無底の筒体である。リベット部１８１は後端部にフランジ１８２を有する。シャフト１８３は、リベット部１８１を通過する。母材１８５は、リベット部１８１の先端部から突出したシャフトの先端に接続される。母材１８５の幅は、リベット部１８１の外径よりも大きい。このようなブラインドリベット１８０の例には、福井鋲螺株式会社製のＧＴステンレスタイプのブラインドリベットが含まれる。第２ステップでは、リベット部１８１は、先端部側から封口プレート１３０の貫通穴に挿入される。
【００９４】
第３ステップでは、フランジ１８２を受け部１８９で押さえながら、シャフト１８３を引き込む。上述のように母材１８５の幅はリベット部１８５の外径よりも大きいので、シャフト１８３を引き込むことで、シャフト１８３の先端に接続された母材１８５によって、リベット部１８１の先端部が潰される。
【００９５】
第４ステップでは、シャフト１８３および母材１８５をリベット部１８１から取り外す。シャフト１８３および母材１８５をリベット部１８１から取り外すには、シャフト１８３と母材１８５とを分断すればよい。シャフト１８３と母材１８５とを分断するには、シャフト１８３を引き込む力を強めればよい。シャフト１８３を引き込む力を強めれば、シャフト１８３と母材１８５との接続が破断し、シャフト１８３と母材１８５とが分断される。シャフト１８３および母材１８５をリベット部１８１から取り外すことで、貫通孔を有する電極端子３３１が形成される。
【００９６】
第４ステップ後、さらにプレス加工などによって形成された電極端子３３１の形状を整えてもよい。
【００９７】
リベット部１８１からシャフト１８３および母材１８５を取り外すことで、電極端子３３１が形成される。このように、本実施の形態では、電極端子半製品として、加工が容易なブラインドリベットを用いるので、封口部材の生産性が高い。
【００９８】
［実施の形態４］
実施の形態４では、鍛造によって作製された電極端子半製品を用いて、封口部材を用意するステップについて説明する。
【００９９】
図１０Ａ〜図１０Ｃは、本実施の形態の封口部材の形成方法を示す。図１０Ａ〜図１０Ｃに示されるように、本実施の形態の封口部材４３０の形成方法は、貫通穴を有する封口プレート１３３を準備するステップ（図１０Ａ）と、封口プレート１３０の貫通穴に、電極端子半製品４３１ａを挿入するステップ（図１０Ｂ）と、電極端子半製品４３１ａの挿入方向先端部を潰すステップ（図１０Ｃ）とを有する。
【０１００】
本実施の形態では、電極端子半製品４３１ａは例えば、鍛造によって作製される。鍛造によって作製された電極端子半製品４３１ａは、ツバ４３２を有する。
【０１０１】
電極端子半製品４３１ａの挿入方向先端部をつぶすには、例えば、ハトメ加工を用いればよい。
【０１０２】
このように、本実施の形態では、鍛造によって電極端子半製品４３１ａを準備するので、電極端子半製品４３１ａの剛性が高い。このため、本実施の形態では、電極端子４３１と封口プレート１３３との接合強度を高めることができ、電極端子４３１と封口プレート１３３との接合部から、電解液が漏れる恐れが低い。
【０１０３】
［実施の形態５］
実施の形態１および２では、筐体が１つの収容穴を有する形態について説明した。実施の形態５では、筐体が複数の収容穴を有する形態について説明する。
【０１０４】
図１１は、実施の形態５の二次電池５００の分解斜視図である。図１２は、図１１における一点鎖線Ａによる二次電池５００の断面図である。図１１および図１２に示されるように、二次電池５００は、収容ケース５１０および電極群１２０を有する。
【０１０５】
収容ケース５１０は、複数の収容穴１１１を有する筐体５１３を有する。各収容穴１１１には、電極群１２０が収容されている。このように、本実施の形態では収容ケース５１０は、複数の電極群１２０を収容する。
【０１０６】
また、筐体５１３は、底板５１１を有する。このような筐体５１３は、貫通孔を有する側部に底板５１１を接合することで形成される。また、底板５１１には、防爆弁が形成されていてもよい。
【０１０７】
本実施の形態では、各収容穴１１１を塞ぐ各封口部材は互いに連結され、１つの連結封口部材５３０を構成する。連結封口部材５３０は、複数の貫通穴を有する封口プレート５３３と、封口プレート５３３の貫通穴を跨ぐ複数の電極端子１３１とを有する。
【０１０８】
次に図１３Ａ〜図１３Ｃを参照しながら連結封口部材５３０の製造方法について説明する。連結封口部材５３０の製造方法は、１）複数の貫通穴を有する封口プレート５３３を準備する第１ステップ（図１３Ａ）と、２）封口プレート５３３の各貫通穴に電極端子半製品１３１ａを挿入する第２ステップ（図１３Ｂ）と、３）封口プレート５３３の各貫通穴に挿入された電極端子半製品１３１ａの挿入方向先端部を潰し、括れを有する電極端子１３１を形成するステップ（図１３Ｃ）とを、有する。
【０１０９】
第１ステップで準備する封口プレート５３３の貫通穴の縁は、絶縁部材１３５で覆われていてもよい（図１３Ａ）。
【０１１０】
このように、本実施の形態では、封口プレート５３３を変形するのではなく、電極端子１３１（電極端子半製品１３１ａ）を変形させることで、電極端子１３１（電極端子半製品１３１ａ）を封口プレート５３３に固定しているので、簡便に連結封口部材５３０を形成することができる。
【０１１１】
このように、本実施の形態では１つの連結封口部材５３０で、筐体５１３が有する複数の収容穴１１１を一度に塞ぐことができる。これにより、各収容穴１１１を塞ぐ各封口部材が連結されていない場合と比較して、二次電池の組み立てプロセスが簡便になる。
【０１１２】
このように、１つの収容ケースに複数の電極群を収容することで、実施の形態１の効果に加えて、より容量の大きい二次電池を提供することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１１３】
本発明の二次電池は発熱が少なく、かつ高い出力を有するので、電気自動車などの車両用二次電池、電子機器のバックアップ二次電池および家庭用の二次電池として好適に用いることができる。
【符号の説明】
【０１１４】
１００、２００、５００  二次電池
１１０、５１０  収容ケース
１１１  収容穴
１１３、５１３  筐体
１２０  電極群
１２１  正極
１２１ａ  正極集電体
１２１ｂ  正極合剤層
１２３  負極
１２３ａ  負極集電体
１２３ｂ  負極合剤層
１２５  セパレータ
１３０、２３０、３３０、４３０  封口部材
１３１、２３１、３３１、４３１  電極端子
１３１ａ、２３１ａ、４３１ａ  電極端子半製品
１３３、５３３  封口プレート
１３５  絶縁部材
１３７  貫通孔
１３９  キャップ
１４０  正極リード
１５０  負極リード
１６０  ホーン
１６１  アンビル
１８０  ブラインドリベット
１８１  リベット部
１８２  フランジ
１８３  シャフト
１８５  母材
１８９  受け部
５３０  連結封口部材
【図１】
2012124008.tif 000003
【図２】
2012124008.tif 000004
【図３】
2012124008.tif 000005
【図４】
2012124008.tif 000006
【図５】
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【図６】
2012124008.tif 000008
【図７】
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【図８】
2012124008.tif 000010
【図９】
2012124008.tif 000011
【図１０】
2012124008.tif 000012
【図１１】
2012124008.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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