(57)【要約】【課題】円筒形リチウムイオン電池の改善された製造方法を提供する。【解決手段】電極群６を円筒形のケース１に収納する。ケース１の中心に向かって凸の形状を有するストッパ１１（第二かしめ部）がケース１の高さ方向に関してセパレータ２４の上端よりも上の位置に形成されるように、ケース１の側面部１ａを成形する。正極リード７及び負極リード８が封口体３を通じてケース１の外部に延びるように、ケース１の開口部に封口体３を装着する。電極群６とケース１の底部１ｂとの間に隙間ＳＨ1が生じるように、封口体３をストッパ１１に向けて押し付けながら正極リード７及び負極リード８の少なくとも一方をケース１の外に向けて引っ張る。隙間ＳＨ1が生じた状態を維持しながら、封口体３がケース１に固定されるようにストッパ１１よりも上の位置でケース１の側面部１ａをかしめる。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
リチウムイオンを吸蔵及び放出しうる正極活物質を含む正極板と、リチウムイオンを吸蔵及び放出しうる負極活物質を含む負極板と、前記正極板と前記負極板との間に配置されたセパレータと、前記正極板に接続された正極リードと、前記正極リードと同じ方向に延びるように前記負極板に接続された負極リードとを有する巻回された電極群を準備する工程と、
前記電極群を円筒形のケースに収納する工程と、
前記ケースの中心に向かって凸の形状を有するストッパが前記ケースの高さ方向に関して前記セパレータの上端よりも上の位置に形成されるように、前記ケースの側面部を成形する工程と、
前記正極リード及び前記負極リードが封口体を通じて前記ケースの外部に延びるように、前記ケースの開口部に前記封口体を装着する工程と、
前記電極群と前記ケースの底部との間に隙間が生じるように、前記封口体を前記ストッパに向けて押し付けながら前記正極リード及び前記負極リードの少なくとも一方を前記ケースの外部に向けて引っ張る工程と、
前記隙間が生じた状態を維持しながら、前記封口体が前記ケースに固定されるように前記ストッパよりも上の位置で前記ケースの前記側面部をかしめる工程と、
を含む、円筒形リチウムイオン電池の製造方法。
【請求項２】
前記封口体がゴム弾性を有する材料でできている、請求項１に記載の円筒形リチウムイオン電池の製造方法。
【請求項３】
前記ケースの前記側面部を成形する工程において、円環かつ溝の形状を有するかしめ部を前記ストッパとして形成する、請求項１又は２に記載の円筒形リチウムイオン電池の製造方法。
【請求項４】
前記ストッパを形成した時点において、前記ストッパと前記セパレータの前記上端との間に予備隙間が形成され、
前記正極リード及び／又は前記負極リードを引っ張る工程を実施したときの前記電極群の変位量が、前記高さ方向に関する前記予備隙間の寸法よりも小さい、請求項１〜３のいずれか１項に記載の円筒形リチウムイオン電池の製造方法。
【請求項５】
前記電極群を前記ケースに収納した後で前記ケースに非水電解液を注入する工程、又は前記ケースに収納する前に前記電極群に非水電解液を含浸させる工程をさらに含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の円筒形リチウムイオン電池の製造方法。
【請求項６】
前記正極リード及び前記負極リードから選ばれる少なくとも一方が突起部を有し、
前記封口体に形成された貫通孔の中で前記突起部が前記封口体に保持されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の円筒形リチウムイオン電池の製造方法。
【請求項７】
前記正極活物質及び前記負極活物質から選ばれる少なくとも１つが遷移金属を含む金属酸化物である、請求項１〜６のいずれか１項に記載の円筒形リチウムイオン電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、円筒形リチウムイオン電池の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
二次電池は、ノート型パソコンを始めとした様々なポータブル機器に使用されている。ポータブル機器の長時間駆動及び携帯性の向上といった要望を受け、二次電池には更なる軽量化、エネルギー密度の向上及び信頼性の向上が求められている。近年は、地球環境保全の目的で、二次電池を使用したシステムの提案が活発になされている。例えば、車両分野では、モータと内燃機関とを備えたハイブリッド車両、及び、モータのみを備えた電動車両が普及しつつある。電力貯蔵の分野では、太陽光等の自然エネルギーを有効活用するために、二次電池を用いた比較的大容量の蓄電システムが提案されている。
【０００３】
ポータブル機器向けのリチウムイオン二次電池では、電極群を収納するためのケースとして、ラミネート加工されたアルミニウム箔製のケース、及び、金属で作られた扁平な角形ケースが広く使用されている。他方、使用期間の長さ、使用環境の厳しさ、蓄電容量の大きさ等を考慮すると、エネルギー分野向けの二次電池では、電極群を収納するためのケースとして、金属で作られた円筒形のケースが有力である。
【０００４】
円筒形のケースは、例えば、特許文献１及び非特許文献１に記載されているように、封口板で閉じられている。電極群の上面及び下面には、それぞれ、電極群とケースとの接触を防ぐための絶縁板が配置されている。電極群に接続された２つのリードは、ケース及び封口板にそれぞれ溶接されている。封口板は、安全装置の役割も担っており、比較的複雑な構造を有する。
【０００５】
具体的に、非特許文献１は、絶縁リング、ガスケット、ＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）素子、ラプチャー等の部品で構成された封口板を開示している。特許文献１及び非特許文献１からも理解できるように、円筒形のケースを使用した二次電池の部品点数は比較的多い。このことは、二次電池のコストの低減及び生産性の向上の妨げとなっている。
【０００６】
また、円筒形のケースを用いた二次電池には、次のような問題も存在する。リードをケース又は封口板に溶接するために、レーザ溶接、抵抗溶接、スポット溶接、超音波溶接等の各種溶接方法が採用される。何れの溶接方法を採用する場合においても、溶接条件の安定領域が比較的狭いことに起因して、溶接部位毎に溶接条件を精密に管理する必要がある。このような精密な管理を行ったとしても、例えば溶接電流が過多となった場合には、溶接部位に孔があいたり、溶接時に融けた金属がスパッタリングの火花により金属ヒュームとなって飛散したりする。飛散した金属（金属粉）は、ケース内に異物として混入し、電池の内部短絡を引き起こす原因となりうる。このように、従来の二次電池の製造工程には溶接工程が含まれており、溶接工程においては、溶接条件を精密に管理する必要がある。このことは、二次電池のコストの低減の妨げとなっている。
【０００７】
部品点数の削減、生産性の向上及びコストの低減を目的として、特許文献２は、簡素な構造の非水電解液電池を開示する。特許文献２の電池は、ゴム製の封口体を備えている。電極板に固定された２つのリードが外部端子を兼ねている。特許文献２の電池によれば、リードをケースや封口板に溶接する必要がない。また、絶縁板を省略できる可能性もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１１−８６８６８号公報
【特許文献２】特開平１０−３０８２０６号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】芳尾真幸、小沢昭弥編、「リチウムイオン二次電池−材料と応用」、第２版、日刊工業新聞社、２００１年１月２７日、ｐ．１７５−１７６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、特許文献２に開示された電池を製造するとき、次のような問題が発生する可能性がある。以下に説明する技術事項は、特許文献２に記載されておらず、本発明者らの知見によるものである。
【００１１】
まず、電極群が比較的軽い場合について説明する。図１１の左図に示すように、電極群９０をケース９１に収容して電解液を注入した後、封口体９２に形成された貫通孔にリード９３及び９４を通し、封口体９２をケース９１に装着する。この時点において、電極群９０はケース９１の底部に接触している。次に、封口体９２がケース９１に固定されるように、ケース９１の側面部をかしめる。このとき、封口体９２の下側部分に対応した位置（矢印で示された位置）でケース９１をかしめると、図１１の右図に示すように、封口体９２が上に向って変形しながら（反りながら）ケース９１に固定される。その結果、電極群９０がリード９３及び９４とともに上に引っ張り上げられ、電極群９０とケース９１の底部との間に隙間が生じる。このような隙間を確保できるのであれば、電極群９０とケース９１の底部との間に絶縁板を設ける必要が無いかもしれない。
【００１２】
次に、電極群が比較的重い場合について説明する。電極群が重いと、電極群を引っ張り上げるのに大きい力が必要となる。そのため、図１２に示すように、封口体９２の下側部分に対応した位置でケース９１をかしめたとしても、封口体９２が上に向かって殆ど変形せず、電極群９０とケース９１の底部との間に隙間を生じさせることもできない。結果として、電極群９０とケース９１の底部との間の絶縁板が不可欠となる。
【００１３】
こうした事情に鑑み、本発明は、円筒形リチウムイオン電池の改善された製造方法を提供することを目的とする。より詳細には、本発明は、電極群とケースの底部との間に確実に隙間を生じさせることができる技術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】
【００１４】
すなわち、本発明は、
リチウムイオンを吸蔵及び放出しうる正極活物質を含む正極板と、リチウムイオンを吸蔵及び放出しうる負極活物質を含む負極板と、前記正極板と前記負極板との間に配置されたセパレータと、前記正極板に接続された正極リードと、前記正極リードと同じ方向に延びるように前記負極板に接続された負極リードとを有する巻回された電極群を準備する工程と、
前記電極群を円筒形のケースに収納する工程と、
前記ケースの中心に向かって凸の形状を有するストッパが前記ケースの高さ方向に関して前記セパレータの上端よりも上の位置に形成されるように、前記ケースの側面部を成形する工程と、
前記正極リード及び前記負極リードが封口体を通じて前記ケースの外部に延びるように、前記ケースの開口部に前記封口体を装着する工程と、
前記電極群と前記ケースの底部との間に隙間が生じるように、前記封口体を前記ストッパに向けて押し付けながら前記正極リード及び前記負極リードの少なくとも一方を前記ケースの外部に向けて引っ張る工程と、
前記隙間が生じた状態を維持しながら、前記封口体が前記ケースに固定されるように、前記ストッパよりも上の位置で前記ケースの前記側面部をかしめる工程と、
を含む、円筒形リチウムイオン電池の製造方法を提供する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、電極群を円筒形のケースに収納した後で、ケースの中心に向かって凸の形状を有するストッパをケースの側面部に形成する。封口体をケースに装着した後、封口体を上から押しても封口体はストッパよりも下に落ちない。封口体をストッパに押し付けながらリードをケースの外部に向けて引っ張ることにより、ケースの底部から電極群を離すことができる。電極群がケースの底部から離れるかどうかは、電極群の重量に依存しない。すなわち、本発明の方法によれば、電極群とケースの底部との間に確実に隙間を生じさせることができる。
【００１６】
また、電極群とケースの底部との間に隙間を生じさせた状態を維持しつつ、ストッパよりも上の位置でケースの側面部をかしめる。電極群は、封口体に吊るされた状態でケースに固定される。電池の完成後も電極群とケースの底部との間の隙間が維持されるので、電極群とケースの底部との間の絶縁板を省略できる。
【００１７】
また、正極リード及び負極リードは、封口体を通じてケースの外部まで延びている。このような構造によれば、リードをケース又は封口体に溶接する必要がない。溶接工程を省略できるので、金属粉がケース内に残留することに基づく信頼性の低下、作業環境の悪化等の諸問題も起こりにくい。
【００１８】
このように、本発明の方法によれば、簡便な構造の円筒形リチウムイオン電池を安定して製造できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態に係る円筒形リチウムイオン電池の断面図
【図２】図１に示す円筒形リチウムイオン電池の電極群の分解斜視図
【図３】第一かしめ部と第二かしめ部の部分断面図
【図４】正極板及び負極板の展開平面図
【図５】正極リード及び負極リードの平面図
【図６】図１に示す円筒形リチウムイオン電池の製造方法を説明する工程図
【図７】引っ張り工程における電極群の変位量を説明する概略図
【図８】変形例に係る円筒形リチウムイオン電池の断面図
【図９】別の変形例に係る円筒形リチウムイオン電池の断面図
【図１０】さらに別の変形例に係る円筒形リチウムイオン電池の部分断面図
【図１１】特許文献２に開示された電池の一製造工程を説明する概略図
【図１２】特許文献２に開示された電池を製造するときに発生する可能性がある問題を説明する概略図
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照しつつ本発明の一実施形態を説明する。ただし、本発明はこれらに限定されない。
【００２１】
図１に示すように、本実施形態の円筒形リチウムイオン電池１００は、円筒形のケース１、ケース１に収納された電極群６、及びケース１の開口部に固定された封口体３を備えている。
【００２２】
図２に示すように、電極群６は、正極板２０、正極リード７、負極板２５、負極リード８及び２つのセパレータ２４で構成されている。セパレータ２４は、それぞれ、正極板２０と負極板２５との間に配置されている。正極リード７及び負極リード８は、それぞれ、正極板２０及び負極板２５に接続されている。電極群６は、全体として円筒の形状を有する。
【００２３】
図１に示すように、封口体３には、２つの貫通孔１３が形成されている。貫通孔１３は、正極リード７又は負極リード８の直径と等しいか、それよりも少し小さい直径を有する。正極リード７及び負極リード８は、それぞれ、貫通孔１３を通ってケース１の外部まで延びている。すなわち、正極リード７及び負極リード８は、同じ方向に延びている。本実施形態では、ケース１の高さ方向に関して、正極リード７の長さは、負極リード８の長さに一致している。
【００２４】
ケース１は、側面部１ａ及び底部１ｂを有する。側面部１ａには、第一かしめ部１０及び第二かしめ部１１が形成されている。第一かしめ部１０は、ケース１の高さ方向に関して、封口体３の上面３ｐと封口体３の下面３ｑとの間において、ケース１の中心（電極群６の中心軸）に向かって突出している。第一かしめ部１０は、円環かつ溝の形状を有するようにケース１の周方向に沿って形成されている。この構成によれば、封口体３に対して、周方向に均一な圧縮荷重を付与できる。
【００２５】
第二かしめ部１１は、ケース１の高さ方向に関して、セパレータ２４（図２）の上端よりも上の位置に形成されている。第二かしめ部１１は、ケース１の中心に向かって凸の形状を有しており、封口体３がケース１の中に落下することを妨げるストッパとして機能する。封口体３の下面３ｑが第二かしめ部１１に接しており、これにより、封口体３が第二かしめ部１１によって支持されている。第一かしめ部１０と同じように、第二かしめ部１１も円環かつ溝の形状を有するようにケース１の周方向に沿って形成されている。ただし、封口体３を支持するストッパとしての機能を発揮できる限りにおいて、第二かしめ部１１の形状、寸法、位置、個数等は特に限定されない。例えば、ケース１の周方向に沿って等角度間隔で複数の第二かしめ部が形成されていてもよい。
【００２６】
本実施形態において、第一かしめ部１０は相対的に浅く形成され、第二かしめ部１１は相対的に深く形成されている。すなわち、図３に示すように、ケース１の中心線ＣＬから第一かしめ部１０までの距離Ｌ1は、中心線ＣＬから第二かしめ部１１までの距離Ｌ2よりも大きい。このような関係によれば、ガスの発生により電池１００の内部の圧力が上昇した場合に、封口体３の変形をより効果的に抑制することができる。ただし、第一かしめ部１０の深さが、第二かしめ部１１の深さに一致していてもよい。第一かしめ部１０が相対的に深く形成され、第二かしめ部１１が相対的に浅く形成されていてもよい。なお、中心線ＣＬからかしめ部が形成されていない部分までの距離がＬ0のとき、第一かしめ部１０の深さは、Ｌ0−Ｌ1で表される。同様に、第二かしめ部１１の深さは、Ｌ0−Ｌ2で表される。
【００２７】
ケース１は、また、Ｕ字状に曲げられた開口端部１２（第三かしめ部）を有する。開口端部１２は、封口体３の上面３ｐに接しており、これにより、ケース１の中に押し込む方向の荷重を封口体３に付与している。すなわち、封口体３は、ケース１の高さ方向に関して第二かしめ部１１及び開口端部１２に挟まれている。第二かしめ部１１及び開口端部１２から封口体３に対して、ケース１の高さ方向の荷重がかけられている。これにより、封口体３の変位が防止され、ケース１の内部の気密性が向上する。
【００２８】
ケース１の内部における電極群６の位置は、封口体３に保持された正極リード７及び負極リード８によって決められている。電極群６とケース１の底部１ｂとの間には、隙間ＳＨ1が形成されている。電極群６の本体部分（リード７及び８を除いた部分）と封口体３の下面３ｑとの間にも隙間ＳＨ2が形成されている。さらに、第二かしめ部１１と電極群６の本体部分との間に隙間ＳＨ3が形成されている。このように、電極群６の本体部分が第二かしめ部１１及び底部１ｂから離れている。そのため、電極群６の本体部分の上面及び下面に絶縁板を配置する必要がない。ただし、電極群６の本体部分の上面及び下面に絶縁板が設けられていてもよい。
【００２９】
次に、各部品について詳細に説明する。
【００３０】
<<ケース>>
ケース１は、側面部１ａ、底部１ｂ及び開口部を有する。ケース１の材料としては、軽量性及び加工性の観点から、アルミニウム、アルミニウム合金等の金属を好適に使用できる。かしめ強度を比較的容易に高めることができるという理由から、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｓｉ等の元素を微量添加したアルミニウム合金が好ましい。
【００３１】
<<封口体>>
封口体３は、弾性材料で構成されている。詳細には、封口体３は、ゴム弾性を有する材料（エラストマー）でできており円柱の形状を有する。封口体３の直径は、ケース１の開口部の直径と同じかそれよりも少し大きい。封口体３の材料としては、エチレンプロピレンジエンゴム（ＥＰＤＭ）、イソブチレンイソプレンゴム（ＩＩＲ）、ブタジエンスチレンゴム（ＳＢＲ）等を使用できる。
【００３２】
<<正極板>>
図４に示すように、正極板２０は、正極集電体２１と、正極集電体２１の片面又は両面に設けられた正極活物質層２２とを有する。正極活物質層２２は、例えば、正極活物質、結着剤及び導電助剤で構成されている。
【００３３】
正極集電体２１は、導電性を有するシート状の部材であり、典型的には金属箔で構成されている。金属箔に代えて、多数の孔を有する部材（金属メッシュ、パンチングメタル、エキスパンドメタル）も使用できる。正極集電体２１の材料としては、アルミニウム、アルミニウム合金等の金属を好適に使用できる。
【００３４】
正極活物質としては、二酸化マンガン（ＭｎＯ2）、リチウムマンガン複合酸化物（例えばＬｉxＭｎ2Ｏ4又はＬｉxＭｎＯ2）、リチウムニッケル複合酸化物（例えばＬｉxＮｉＯ2）、リチウムコバルト複合酸化物（例えばＬｉxＣｏＯ2）、リチウムニッケルコバルト複合酸化物（例えばＬｉＮｉ1-yＣｏyＯ2）、リチウムマンガンコバルト複合酸化物（例えばＬｉxＭｎyＣｏ1-yＯ2）、スピネル型リチウムマンガンニッケル複合酸化物（ＬｉxＭｎ2-yＮｉyＯ4）、オリビン構造を有するリチウムリン酸化物（ＬｉxＦｅＰＯ4）等の酸化物を使用できる。上記化学式の「ｘ」及び「ｙ」は、それぞれ、０〜１の範囲の値でありうる。
【００３５】
好ましい正極活物質として、リチウムマンガン複合酸化物、リチウムニッケル複合酸化物、リチウムコバルト複合酸化物、リチウムニッケルコバルト複合酸化物、スピネル型リチウムマンガンニッケル複合酸化物、リチウムマンガンコバルト複合酸化物、リチウムリン酸鉄が挙げられる。これらは、金属リチウムの電位に対して例えば３．０〜５．０Ｖの充放電電位を有する。
【００３６】
導電剤としては、アセチレンブラック、カーボンブラック、黒鉛等の炭素材料を使用できる。結着剤としては、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、フッ素ゴム、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）等の樹脂材料を使用できる。
【００３７】
<<負極>>
図４に示すように、負極板２５は、負極集電体２６と、負極集電体２６の片面又は両面に設けられた負極活物質層２７とを有する。負極活物質層２７は、例えば、負極活物質、結着剤及び導電助剤で構成されている。
【００３８】
負極集電体２６も導電性を有するシート状の部材であり、典型的には金属箔で構成されている。金属箔に代えて、多数の孔を有する部材（金属メッシュ、パンチングメタル、エキスパンドメタル）も使用できる。負極集電体２６の材料としては、ニッケル、ニッケル合金、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金等の金属を好適に使用できる。
【００３９】
負極活物質としては、金属リチウム、リチウム合金、リチウムチタン複合酸化物（例えばＬｉ4Ｔｉ5Ｏ12）、リチウムイオンを吸蔵及び放出できる炭素材料、リチウムと合金を形成しうる材料（いわゆる合金系活物質）等を使用できる。炭素材料としては、グラファイトが代表的である。合金系活物質としては、スズ、スズ合金、シリコン及びシリコン合金が挙げられる。充放電効率及びサイクル寿命の観点から、炭素材料又はリチウムチタン複合酸化物を好適に使用できる。
【００４０】
負極板２５の結着剤及び導電助剤としては、正極板２０と同じものを使用できる。
【００４１】
負極板２５（詳細には負極活物質層２７）が、金属リチウムの電位に対して１．０Ｖ以上貴な電位を有する負極活物質を含む場合、負極集電体２６は、好ましくはアルミニウム又はアルミニウム合金でできている。この構成によれば、アルミニウム製のケース１に負極板２５が触れた場合であっても、ケース１の溶出を防止できる。言い換えれば、上記構成によれば、アルミニウム製のケース１の使用が許される。アルミニウム製のケース１は、円筒形リチウムイオン電池１００の軽量化に寄与する。
【００４２】
金属リチウムの電位に対して１．０Ｖ以上貴な電位を有する負極活物質として、リチウムとチタンとを含む複合酸化物が挙げられる。具体的には、化学式Ｌｉ4+xＴｉ5Ｏ12（０≦ｘ≦３）で表され、スピネル型構造を有するチタン酸リチウムが挙げられる。
【００４３】
<<セパレータ>>
セパレータ２４としては、多孔質フィルム、不織布等を使用できる。多孔質フィルムとしては、ポリエチレン又はポリプロピレンでできたものを例示できる。不織布としては、セルロース又はポリビニルアルコール（ＰＶＡ）でできたものを例示できる。
【００４４】
<<非水電解液>>
正極板２０、負極板２５及びセパレータ２４には、非水電解液が含浸されている。非水電解液は、電解質及び有機溶媒を含む。有機溶媒としては、エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、ビニレンカーボネート（ＶＣ）等の環状カーボネートを使用できる。ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、メチルエチルカーボネート（ＭＥＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）等の鎖状カーボネート、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、２メチルテトラヒドロフラン（２ＭｅＴＨＦ）等の環状エーテル、ジメトキシエタン（ＤＭＥ）等の鎖状エーテル、アセトニトリル（ＡＮ）、スルホラン（ＳＬ）等も使用できる。これらの有機溶媒は、単独又は２種以上の混合物の形態で使用できる。
【００４５】
電解質としては、過塩素酸リチウム（ＬｉＣｌＯ4）、六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ6）、四フッ化ホウ酸リチウム（ＬｉＢＦ4）等のリチウム塩が挙げられる。化学的安定性と高誘電率化の観点から、六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ6）を主たる電解質として用いることが好ましい。「主たる電解質」とは、モル比にて最も多く含まれた電解質を意味する。電解質は、有機溶媒に対して、例えば０．５〜２．０ｍｏｌ／Ｌの濃度で溶解している。
【００４６】
<<リード>>
図５に示すように、正極リード７は、正極集電体２１に固定された第一部分７ａと、ケース１の外部に延びている第二部分７ｂと、第一部分７ａと第二部分７ｂとを接続している第三部分７ｃとで構成されている。第一部分７ａは、正極集電体２１に溶接等により固定しうるように板状に成形された部分である。第二部分７ｂ及び第三部分７ｃは、それぞれ、一定の直径を有する丸棒状の部分である。第三部分７ｃは、第二部分７ｂの直径よりも大きい直径を有する。第三部分７ｃが封口体３に保持されている。本明細書において、「リードの直径」は、第三部分７ｃの直径を表す。
【００４７】
負極リード８も正極リード７と同じ構造を有している。すなわち、負極リード８は、負極集電体２６に固定された第一部分８ａと、ケース１の外部に延びている第二部分８ｂと、第一部分８ａと第二部分８ｂとを接続している第三部分８ｃとで構成されている。第一部分８ａは、負極集電体２６に溶接等により固定しうるように板状に成形された部分である。第二部分８ｂ及び第三部分８ｃは、それぞれ、一定の直径を有する丸棒状の部分である。第三部分８ｃは、第二部分８ｂの直径よりも大きい直径を有する。第三部分８ｃが封口体３に保持されている。負極リード８の直径は、正極リード７の直径と同じであることが好ましい。
【００４８】
リード７及び８の材料としては、アルミニウム、アルミニウム合金、ニッケル、ニッケル合金、銅、銅合金、ステンレス等の金属を使用できる。
【００４９】
次に、図１に示す電池１００の製造方法を説明する。
【００５０】
図６に示すように、まず、巻回された電極群６を以下の方法で作製する（ＳＴＥＰ１）。正極板２０及び負極板２５は、公知の方法に従って作製できる。具体的には、活物質、導電助剤、結着剤及び溶媒を含む合剤を長尺の集電体に塗布する。集電体上に形成された合剤層を乾燥させた後、合剤層と集電体とをプレスすれば、帯状の電極板（正極板２０及び負極板２５）が得られる。正極板２０に正極リード７を溶接等により固定する。同様に、負極板２５に負極リード８を溶接等により固定する。巻かれた電極群６が形成されるように、正極板２０、負極板２５及びセパレータ２４を巻回する。電極群６は、好ましくは、ケース１の開口部の直径よりも少し小さい直径を有する。
【００５１】
次に、電極群６をケース１に収納する（ＳＴＥＰ２）。この時点において、電極群６はケース１の底部１ｂに接していてもよい。電極群６がケース１の底部１ｂに接していると、第二かしめ部１１を形成するときに電極群６にダメージが及ぶことを防止できる。
【００５２】
次に、第二かしめ部１１が形成されるようにケース１の側面部１ａを成形する（ＳＴＥＰ３）。第二かしめ部１１は、公知の溝入れ加工によって形成されうる。例えば、溝入れ加工に適した形状の先端部を有する円盤状の金型を回転させながらケース１の側面部１ａに接触させる。これにより、円環かつ溝の形状を有する第二かしめ部１１を形成できる。ただし、第二かしめ部１１を形成する方法及び装置は特に限定されない。非特許文献１に開示された封口板をケースの開口部に固定する装置、すなわち、一般的なリチウムイオン電池の製造過程で使用される溝入れ加工装置を使用できる。
【００５３】
第二かしめ部１１の最大深さ（図３において、Ｌ0−Ｌ2）は、例えば、０．５〜４．０ｍｍである。第二かしめ部１１の最大深さを適切な範囲に調整することで、ケース１の強度を維持しつつ、封口体３を確実に支持できる第二かしめ部１１を形成できる。封口体３をケース１に装着し、封口体３を上から押しても封口体３の位置が変化しないように、第二かしめ部１１が形成されている。
【００５４】
次に、ケース１に所定量の非水電解液を注入する（ＳＴＥＰ４）。非水電解液は１回で注入してもよいし、数回に分けて注入してもよい。ケース１に非水電解液を注入した後、電極群６への非水電解液の含浸を促進するために、大気圧よりも減圧された環境下で電極群６を脱気させてもよい。同様に、非水電解液の粘度を下げて電極群６への非水電解液の含浸を促進するために、加温状態で非水電解液をケース１に注入してもよい。例えば、ケース１、電極群６及び非水電解液を室温よりも高い温度に加熱しつつ、非水電解液をケース１に注入する。もちろん、非水電解液のみを加熱してもよいし、ケース１及び電極群６のみを加熱してもよい。加熱温度としては、例えば３０〜４５℃が適切である。
【００５５】
本実施形態では、電極群６をケース１に収納し、さらに、第二かしめ部１１を形成した後でケース１に非水電解液を注入する。しかし、非水電解液をケース１に注入する工程の実施時期は、電極群６に非水電解液を含浸させることができる限りにおいて、何ら限定されない。例えば、電極群６をケース１に収納する工程と、ケース１に非水電解液を注入する工程と、第二かしめ部１１が形成されるようにケース１の側面部１ａを成形する工程とをこの順番で実施してもよい。さらに、ケース１に収納する前に電極群６に非水電解液を予め含浸させてもよい。
【００５６】
次に、正極リード７及び負極リード８が封口体３を通じてケース１の外部に延びるように、ケース１の開口部に封口体３を装着する（ＳＴＥＰ５）。すなわち、封口体３を第二かしめ部１１の位置までケース１に挿入する。第二かしめ部１１がストッパとして機能するので、封口体３を第二かしめ部１１よりも下に押し込むことはできない。
【００５７】
さらに、封口体３を第二かしめ部１１に向けて押し付けながら正極リード７及び負極リード８の少なくとも一方をケース１の外部に向けて引っ張る（ＳＴＥＰ６）。これにより、電極群６とケース１の底部１ｂとの間に隙間ＳＨ1が形成される。封口体３が第二かしめ部１１に向けて押し付けられているので、正極リード７及び／又は負極リード８を引っ張ったとしても、封口体３は動かない。
【００５８】
また、電極群６の本体部分と第二かしめ部１１との間に隙間ＳＨ3が形成されている。すなわち、ケース１の高さ方向に関して第二かしめ部１１と電極群６の本体部分の上端（セパレータ２４の上端）との間に隙間ＳＨ3が形成されるように、正極リード７及び／又は負極リード８を引っ張り上げる量を調節する。正極リード７及び負極リード８が封口体３に保持されているので、電極群６は封口体３から吊り下げられた状態になる。
【００５９】
図７に示すように、ストッパとしての第二かしめ部１１を形成した時点において、第二かしめ部１１と電極群６の本体部分（セパレータ２４の上端）との間に予備隙間ＳＨ0が形成されている。予備隙間ＳＨ0が高さ方向にＷ0の寸法を有しているものとする。正極リード７及び／又は負極リード８を引っ張る工程を実施したときの電極群６の変位量Ｗ1は、予備隙間ＳＨ0の寸法Ｗ0よりも小さい。これにより、電極群６とケース１の底部との間に隙間ＳＨ1を形成しつつ、電極群６が第二かしめ部１１に接触することを防止できる。
【００６０】
なお、封口体３の上方向への変位を防止できる限りにおいて、封口体３に加えるべき荷重の大きさは特に限定されない。適切な大きさの荷重を封口体３に加えることにより、封口体３の変形を防止できる。封口体３に荷重を加える方法も特に限定されない。正極リード７及び負極リード８を避けて荷重を加える観点から、パイプの形状を有する治具で封口体３を押すことができる。
【００６１】
次に、隙間ＳＨ1が生じた状態を維持しながら、封口体３がケース１に固定されるように、第二かしめ部１１よりも上の位置でケース１の側面部１ａをかしめる（ＳＴＥＰ７）。これにより、第一かしめ部１０が形成される。第一かしめ部１０の最大深さ（図３において、Ｌ0−Ｌ1）は、例えば、０．５〜１．５ｍｍである。さらに、ケース１の開口端部１２をケース１の内側に曲げる。第一かしめ部１０により、封口体３の貫通孔１３に収縮応力が発生し、正極リード７及び負極リード８を所定の位置に固定できる。第一かしめ部１０及び開口端部１２は、第二かしめ部１１と同様に、公知の方法で形成できる。第一かしめ部１０及び開口端部１２の形成順序は特に限定されず、第一かしめ部１０及び開口端部１２をこの順番で形成してもよいし、この逆の順番で形成してもよいし、略同時に形成してもよい。
【００６２】
封口体３に上から荷重を加えつつ、第一かしめ部１０を形成することが好ましい。このようにすれば、封口体３が上から押された状態でケース１に固定されるので、上に向かって殆ど変形しない（反りにくい）。そのため、ケース１に一定の寸法及び一定の内容量を付与しやすい。第一かしめ部１０を形成するときに電解液がケース１から漏れることも防止できる。また、製造された電池１００の信頼性も高まる。
【００６３】
なお、第一かしめ部１０を形成するべき位置は、高さ方向に関して第二かしめ部１１よりも上の位置であれば特に限定されない。本実施形態では、高さ方向に関する上面３ｐと下面３ｑとの中間位置に第一かしめ部１０の最深部が一致している。この構成によれば、封口体３に不均一な圧縮応力が発生したり、下に向かって反るように封口体３が変形したりすることを防止できる。結果として、ケース１の容積の減少によって、電解液がケース１から漏れたり、電極群６がケース１の底部１ｂに接触したりすることを防止できる。
【００６４】
以上に説明した各工程を実施することにより、図１に示す円筒形リチウムイオン電池１００が得られる。
【００６５】
なお、本実施形態の製造方法は、正極活物質及び負極活物質から選ばれる少なくとも１つが遷移金属を含む金属酸化物である場合、つまり、電極群６の比重が比較的大きい場合に特に有効である。その理由は、図１１及び図１２を参照して説明した通りである。
【００６６】
（変形例）
図８に示すように、変形例に係る円筒形リチウムイオン電池１０２は、突起部７ｄを有する正極リード１７及び突起部８ｄを有する負極リード１８を備えている点で図１に示す電池１００と異なる。同一の参照符号で示すように、電池１０２のその他の構成は、図１に示す電池１００と同一であり、それらの説明を省略する。
【００６７】
正極リード１７は、２つの貫通孔１３の一方の中で突起部７ｄが封口体３に保持されるように封口体３の貫通孔１３に挿し込まれている。同様に、負極リード１８は、２つの貫通孔１３の他方の中で突起部８ｄが封口体３に保持されるように封口体３の貫通孔１３に挿し込まれている。高さ方向に関して、突起部７ｄの位置が突起部８ｄの位置に一致している。
【００６８】
正極リード１７は、図５を参照して説明した第一部分７ａ、第二部分７ｂ及び第三部分７ｃに加えて、突起部７ｄを有する。突起部７ｄは、第三部分７ｃに設けられている。つまり、正極リード１７は、開放端側に突起部７ｄを有している。突起部７ｄは、第三部分７ｃから径方向の外側に向かって突出している。つまり、突起部７ｄは、第三部分７ｃの直径よりも大きい直径を有する。
【００６９】
本変形例において、ケース１の高さ方向に垂直な方向から見たとき、突起部７ｄは、矩形の形状を有する。正極リード１７の軸方向から見たとき、突起部７ｄは、円の形状を有する。これらの構造は、負極リード１８にも採用されている。本変形例では、リード１７及び１８は、それぞれ、突起部７ｄ及び８ｄを１つのみ有する。ただし、１つのリードに複数の突起部が設けられていてもよい。第三部分７ｃ及び８ｃの各直径は、例えば、０．５〜５ｍｍの範囲にある（図５参照）。突起部７ｄ及び８ｄの各直径は、例えば、０．６〜７ｍｍの範囲にある。封口体３の貫通孔１３の内径は、例えば、０．２〜４．９ｍｍの範囲にある。
【００７０】
本変形例によれば、正極リード１７及び負極リード１８は、それぞれ、開放端側に突起部７ｄ及び８ｄを有している。第一かしめ部１０を形成するときに封口体３に作用する押圧力により、正極リード１７及び負極リード１８が貫通孔１３の中で封口体３にそれぞれ食い込み、正極リード１７及び負極リード１８が封口体３に固定される。これにより、封口体３を介して電極群６をケース１に対して固定することができる。また、突起部７ｄ及び８ｄは、貫通孔１３の中で封口体３から弾性力を受け、封口体３に保持される。言い換えれば、突起部７ｄ及び８ｄによって貫通孔１３が塞がれている。これにより、外部からケース１の内部への水分の透過を防止でき、電池１０２の信頼性を高めることができる。また、突起部７ｄ及び８ｄが貫通孔１３の中で封口体３にそれぞれ食い込むので、封口体３を介して電極群６をケース１に対して固定する効果を強めることができる。
【００７１】
また、電極群６の重量に基づいてリード１７及び１８に荷重が加えられたとしても、各貫通孔１３の中で突起部７ｄ及び８ｄがしっかりと保持されているので、リード１７及び１８に対する機械的ストレスを抑制できる。従って、封口体３に対するリード１７及び１８の位置ずれを防止できる。そのため、リード１７及び１８の位置ずれに基づくケース１の内部への水分透過を防止できる。すなわち、貫通孔１３と正極リード１７との間の微小な隙間、又は貫通孔１３と負極リード１８との間の微小な隙間を通じたケース１の内部への水分透過を防止できる。
【００７２】
本変形例において、第一かしめ部１０は、高さ方向に関して、突起部７ｄ（又は８ｄ）の下端と封口体３の下面３ｑとの間に設けられている。つまり、かしめの効果を最も多く得ることができる位置よりもケース１の開口部に近い位置に突起部７ｄ（又は８ｄ）が位置している。このような構成によれば、高さ方向に関して、第一かしめ部１０と突起部７ｄとの２箇所で正極リード１７を封口体３に対して固定することが可能になる。同様に、第一かしめ部１０と突起部８ｄとの２箇所で負極リード１８を封口体３に対して固定することが可能となる。その結果、電極群６を支持する効果が一層強化される。また、水分透過の防止効果を高めることができる。
【００７３】
本変形例では、第一かしめ部１０の最も窪んだ位置Ｈ１が、高さ方向に関して、突起部７ｄ（又は８ｄ）の下端と封口体３の下面３ｑとの間に位置している。従って、突起部７ｄ（又は８ｄ）よりも少し下の位置で、封口体３に最大の圧縮荷重が付与される。本実施形態では、高さ方向に関して、第一かしめ部１０の一部が突起部７ｄ及び８ｄに重なっている。
【００７４】
もちろん、突起部７ｄ及び８ｄの位置は上記の位置に限定されない。例えば、高さ方向に関して、封口体３の上面３ｐから突起部７ｄまでの距離が、封口体３の下面３ｑから突起部７ｄまでの距離に一致するように、封口体３と突起部７ｄとの位置関係が定められていてもよい。このことは、突起部８ｄについても同じである。また、高さ方向に関して、第一かしめ部１０が突起部７ｄ及び８ｄに重ならないように、第一かしめ部１０及び突起部７ｄ及び８ｄの位置を規定することも可能である。
【００７５】
なお、正極リード及び負極リードの一方にのみ突起部が設けられていてとしても、上述した効果は得られる。
【００７６】
リード１７及び１８が突起部７ｄ及び８ｄを有していたとしても、図６を参照して説明した製造方法を実施するのに支障は無い。すなわち、正極リード１７の突起部７ｄ及び負極リード１８の突起部８ｄが各貫通孔１３の中で封口体３に保持されるように、正極リード１７及び負極リード１８を挿し込み、封口体３をケース１の開口部に装着する。その後、封口体３を第二かしめ部１１に向けて押し付けながら正極リード１７及び／又は負極リード１８を引っ張り、電極群６とケース１の底部１ｂとの間に隙間ＳＨ1を形成する。ケース１の高さ方向に関して封口体３の上面３ｐと封口体３の下面３ｑとの間において封口体３に加わる径方向の圧縮荷重を増加させるように、ケース１の側面部１ａをかしめる。これにより、第一かしめ部１０を形成する。
【００７７】
突起部の形状も特に限定されない。図９に示す別の変形例において、正極リード１７の突起部７ｅ及び負極リード１８の突起部８ｅは、それぞれ、ケース１の高さ方向に垂直な方向から見たとき、ケース１の開口部側に位置している短辺と、ケース１の底面側に位置している長辺とを含む台形の形状を有する。このような形状の突起部７ｅ及び８ｅが設けられていると、封口体３の貫通孔１３にリード１７及び１８を比較的スムーズに挿入できるので、円筒形リチウムイオン電池１０４の組み立て時の作業性が向上する。また、電極群６を支える機能の向上も期待できる。
【００７８】
また、図１０に示すように、正極リード１７と封口体３との接触界面のうち、突起部７ｄが保持されている位置を基準としてケース１の開口部に近い部分に封止剤１５が充填されていてもよい。同様に、負極リード１８と封口体３の接触界面のうち、突起部８ｄが保持されている位置を基準としてケース１の開口部に近い部分に封止剤１５が充填されていてもよい。封止剤１５は、外部への電解液の漏れ及び蒸発を防止する役割と、外部からケース１の内部への水分の侵入を防止する役割とを担う。封止剤１５によれば、リード１７及び１８が電極群６を支える機能を一層高めることもできる。
【００７９】
封止剤１５としては、アスファルト、コールタール等のピッチ、ピッチと他の材料（鉱物油、シリコンゴム等）との混合物、スチレンブタジエンゴム、ブタジエンゴム等のエラストマーを主成分として含む材料等を使用できる。なお、「主成分」とは、質量比で最も多く含まれた成分を意味する。
【００８０】
貫通孔１３に封止剤１５を充填する範囲、方法及びタイミング等は特に限定されない。例えば、封口体３の装着後、正極リード１７と封口体３との接触界面（微小隙間）のうち、突起部７ｄが保持されている位置を基準としてケース１の開口部に近い部分に封止剤１５を充填する。封止剤１５の充填には、例えば細い先端を有するディスペンサを使用できる。同様に、負極リード１８と封口体３の接触界面のうち、突起部８ｄが保持されている位置を基準としてケース１の開口部に近い部分に封止剤１５を充填する。これにより、正極リード１７と貫通孔１３との間の隙間、及び負極リード１８と貫通孔１３との間の隙間を確実に封じることができる。
【００８１】
また、封止剤１５は、突起部７ｄ及び８ｄの下側に充填されていてもよい。すなわち、正極リード１７と封口体３との接触界面のうち、突起部７ｄ（又は７ｅ）が保持されている位置を基準として電極群６に近い部分に封止剤１５が充填されていてもよい。同様に、負極リード１８と封口体３の接触界面のうち、突起部８ｄ（又は８ｅ）が保持されている位置を基準として電極群６に近い部分に封止剤１５が充填されていてもよい。このような構成によれば、ケース１の内部への水分透過をより確実に防止できる。
【００８２】
封止剤１５は、突起部を有さないリードを用いた電池（例えば図１の電池１００）の封口体に形成された貫通孔に充填されていてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００８３】
本発明は、エネルギー分野向けの円筒形リチウムイオン電池、例えば、一般家庭用の蓄電システムに好適である。
【符号の説明】
【００８４】
１  ケース
１ａ  側面部
１ｂ  底部
３  封口体
６  電極群
７，１７  正極リード
７ａ，８ａ  第一部分
７ｂ，８ｂ  第二部分
７ｃ，８ｃ  第三部分
７ｄ，８ｄ，７ｅ，８ｅ  突起部
８，１８  負極リード
１０  第一かしめ部
１１  第二かしめ部（ストッパ）
１２  開口端部（第三かしめ部）
１３  貫通孔
２０  正極板
２１  正極集電体
２２  正極活物質層
２４  セパレータ
２５  負極板
２６  負極集電体
２７  負極活物質層
１００，１０２，１０４  円筒形リチウムイオン電池
ＳＨ1，ＳＨ2，ＳＨ3  隙間
【図１】
2012155957.tif 000003
【図２】
2012155957.tif 000004
【図３】
2012155957.tif 000005
【図４】
2012155957.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2012155957.tif 000010
【図９】
2012155957.tif 000011
【図１０】
2012155957.tif 000012
【図１１】
2012155957.tif 000013
【図１２】
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