(57)【要約】【課題】電極体および集電板の間で所望の接合強度が得られるとともに、良好な電池性能が実現される二次電池の製造方法、を提供する。【解決手段】二次電池の製造方法は、電極体３１と、電極体３１から電気を取り出すための集電板５１とを備える二次電池を製造する方法である。集電板５１には、座ぐり面５３を有する座ぐり穴５２と、座ぐり面５３にスリット状に開口する貫通孔５４とが形成される。貫通孔５４のスリット幅が、そのスリット幅と同方向における座ぐり穴５２の幅の１０％以上７０％以下である。二次電池の製造方法は、座ぐり穴５２および貫通孔５４のうちの少なくとも座ぐり穴５２にロウ材６１を設ける工程と、座ぐり面５３の直上のロウ材６１に向けてレーザを照射することにより、集電板５１および電極体３１をロウ材６１を介して接合する工程とを備える。【選択図】図１３
2016039077.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極体と、前記電極体から電気を取り出すための集電板とを備える二次電池を製造する方法であって、
前記集電板には、座ぐり面を有する座ぐり穴と、前記座ぐり面にスリット状に開口する貫通孔とが形成され、
前記貫通孔のスリット幅が、そのスリット幅と同方向における前記座ぐり穴の幅の１０％以上７０％以下であり、
前記座ぐり穴および前記貫通孔のうちの少なくとも前記座ぐり穴にロウ材を設ける工程と、
前記座ぐり面の直上の前記ロウ材に向けてレーザを照射することにより、前記集電板および前記電極体を前記ロウ材を介して接合する工程とを備える、二次電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、二次電池の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の二次電池の製造方法に関して、たとえば、特開２０１３−４４３０号公報には、電極板と集電部材との間のロウ接をより多数の箇所で行なうことを目的とした、電池の製造方法が開示されている（特許文献１）。特許文献１に開示された電池の製造方法においては、集電部材に形成されたスリットにロウ材を充填し、そのロウ材に半導体レーザ光を照射することにより、巻回型の電極体における電極板の端部に、集電部材を接合する。
【０００３】
このほか、特開２００９−２７７６４３号公報（特許文献２）、特開２０１３−２１０７９号公報（特許文献３）、特開２０１４−１９２６８号公報（特許文献４）、特開２００１−９３５０５号公報（特許文献５）および特開２００４−３４４９２６号公報（特許文献６）にも、各種の二次電池の製造方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−４４３０号公報
【特許文献２】特開２００９−２７７６４３号公報
【特許文献３】特開２０１３−２１０７９号公報
【特許文献４】特開２０１４−１９２６８号公報
【特許文献５】特開２００１−９３５０５号公報
【特許文献６】特開２００４−３４４９２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述の特許文献１に開示されるように、ロウ材を用いて、電極体（電極板）および集電板（集電部材）を接合する二次電池の製造方法が知られている。
【０００６】
このような二次電池の製造方法においては、ロウ材にレーザを照射するため、溶融したロウ材の粘度が低くなりすぎる場合がある。この場合、電極体の内部にロウ材が流れ込んで、電極体および集電板の間で所望の接合強度が得られないおそれがある。また、レーザ照射により発生するスパッタが電極体に向けて飛散すると、二次電池の電池性能に影響を与えるおそれがある。
【０００７】
そこでこの発明の目的は、上記の課題を解決することであり、電極体および集電板の間で所望の接合強度が得られるとともに、良好な電池性能が実現される二次電池の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に従った二次電池の製造方法は、電極体と、電極体から電気を取り出すための集電板とを備える二次電池を製造する方法である。集電板には、座ぐり面を有する座ぐり穴と、座ぐり面にスリット状に開口する貫通孔とが形成される。貫通孔のスリット幅が、そのスリット幅と同方向における座ぐり穴の幅の１０％以上７０％以下である。二次電池の製造方法は、座ぐり穴および貫通孔のうちの少なくとも座ぐり穴にロウ材を設ける工程と、座ぐり面の直上のロウ材に向けてレーザを照射することにより、集電板および電極体をロウ材を介して接合する工程とを備える。
【０００９】
このような構成によれば、集電板および電極体の接合時、座ぐり面の直上のロウ材に向けてレーザを照射する。これにより、レーザ照射によって上昇したロウ材の外周縁の温度を利用して、貫通孔付近のロウ材を溶融させるため、ロウ材の粘度が低くなりすぎることを防止できる。また、レーザを照射する先には座ぐり面が存在するため、レーザの照射によって発生するスパッタが、電極体に向けて飛散することを防止できる。したがって、本発明によれば、電極体および集電板の間で所望の接合強度が得られるとともに、良好な電池性能を実現できる。
【発明の効果】
【００１０】
以上に説明したように、この発明に従えば、電極体および集電板の間で所望の接合強度が得られるとともに、良好な電池性能が実現される二次電池の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】二次電池の外観を示す斜視図である。
【図２】図１中のＩＩ−ＩＩ線上に沿った二次電池を示す断面図である。
【図３】図１中の二次電池に設けられた電極体の外観を示す図である。
【図４】図３中のＩＶ−ＩＶ線上に沿った電極体を示す断面図である。
【図５】図４中の２点鎖線Ｖで囲まれた範囲を拡大して示す電極体の断面図である。
【図６】図１中の二次電池において、電極体および集電板の接合構造を示す斜視図である。
【図７】図６中のＶＩＩ−ＶＩＩ線上に沿った二次電池を示す断面図である。
【図８】図６中の矢印ＶＩＩＩに示す方向から見た集電板を単体で示す正面図である。
【図９】図８中のＩＸ−ＩＸ線上に沿った集電板を示す断面図である。
【図１０】図８中のＸ−Ｘ線上に沿った集電板を示す断面図である。
【図１１】この発明の実施の形態における二次電池の製造方法の工程を示すフロー図である。
【図１２】集電板および電極体の接合工程を示す正面図である。
【図１３】図１２中のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線上に沿った集電板および電極体の接合工程を示す断面図である。
【図１４】図１２中のＸＩＶ−ＸＩＶ線上に沿った集電板および電極体の接合工程を示す断面図である。
【図１５】実施例１〜４および比較例１〜２における、貫通孔のスリット幅Ｂ１および座ぐり穴の幅Ｂ２の比率を示す表である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下で参照する図面では、同一またはそれに相当する部材には、同じ番号が付されている。
【００１３】
図１は、二次電池の外観を示す斜視図である。図１を参照して、まず、本実施の形態における二次電池の製造方法を用いて製造される二次電池１０の構造について説明する。
【００１４】
二次電池１０は、複数個が直列に組み合わされて組電池とされ、ハイブリッド自動車に搭載されている。その組電池は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関とともにハイブリッド自動車の動力源とされている。
【００１５】
二次電池１０は、ケース１５と、蓋体２５と、正極端子２１Ｐおよび負極端子２１Ｎと、正極側集電板５１Ｐおよび負極側集電板５１Ｎと、電極体３１とを有する。なお、正極端子２１Ｐおよび負極端子２１Ｎを特に区別しない場合には、外部端子２１といい、正極側集電板５１Ｐおよび負極側集電板５１Ｎを特に区別しない場合には、集電板５１という。二次電池１０は、正極側および負極側で同じ端子構造を有する。
【００１６】
ケース１５は、一方向に開口された略直方体のケース形状を有し、その内部には、電解液とともに電極体３１が収容されている。蓋体２５は、平板形状を有し、ケース１５の開口部を塞ぐように設けられている。ケース１５および蓋体２５は、アルミニウム等の金属から形成されている。
【００１７】
外部端子２１は、ケース１５の外部に設けられている。集電板５１は、ケース１５の内部に設けられている。集電板５１は、電極体３１から外部端子２１に向けて電気を取り出すための部材として設けられている。
【００１８】
図２は、図１中のＩＩ−ＩＩ線上に沿った二次電池を示す断面図である。図１および図２を参照して、二次電池１０は、集電端子２７と、第１絶縁部材２２と、第２絶縁部材２３とをさらに有する。
【００１９】
外部端子２１は、ケース１５の外部において、蓋体２５上に重ね合わされている。第１絶縁部材２２は、蓋体２５と外部端子２１とを電気的に絶縁するように、両者の間に介挿されている。集電端子２７は、ケース１５の内部から蓋体２５を貫通し、ケース１５の外部に突出するように設けられている。ケース１５の外部に突出する集電端子２７の端部が加締められることによって、外部端子２１が蓋体２５に対して固定されている。第２絶縁部材２３は、ケース１５の内部に設けられている。第２絶縁部材２３は、蓋体２５と集電端子２７とを電気的に絶縁するように、両者の間に介挿されている。
【００２０】
集電板５１は、集電端子２７と一体に設けられている。集電板５１は、平板形状を有する。集電板５１は、集電端子２７が位置する蓋体２５の直下から、蓋体２５より離れる方向に延出している。集電板５１が電極体３１に接合されることによって、ケース１５の内外にそれぞれ設けられた電極体３１および外部端子２１が、互いに電気的に接続されている。
【００２１】
図３は、図１中の二次電池に設けられた電極体の外観を示す図である。図４は、図３中のＩＶ−ＩＶ線上に沿った電極体を示す断面図である。図５は、図４中の２点鎖線Ｖで囲まれた範囲を拡大して示す電極体の断面図である。
【００２２】
図３から図５を参照して、電極体３１は、巻回型の電極体である。電極体３１は、正極シート３２、負極シート３３および２枚のセパレータ３７からなる積層体３５が、図３中に示す仮想上の中心軸１０１を中心に巻回されることによって形成されている。積層体３５は、中心軸１０１に直交する平面で切断した場合の断面形状が、長円となるように巻回されている。
【００２３】
正極シート３２は、略矩形の帯形状を有する。正極シート３２は、アルミニウム箔またはアルミニウム合金箔から形成されている。正極シート３２の両面には、正極活物質を含有するペーストが塗布されている。負極シート３３は、略矩形の帯形状を有する。負極シート３３は、電解銅箔から形成されている。負極シート３３の両面には、負極活物質を含有するペーストが塗布されている。正極シート３２の長手方向に延びる端辺３６Ｐに沿って、ペーストが塗布されていないペースト未塗布部３８が設けられ、負極シート３３の長手方向に延びる端辺３６Ｎに沿って、ペーストが塗布されていないペースト未塗布部３９が設けられている。
【００２４】
セパレータ３７は、短手方向の長さが正極シート３２および負極シート３３よりも小さく形成された略矩形の帯形状を有する。セパレータ３７としては、たとえば、多孔質のポリプロピレン樹脂シートを使用することができる。
【００２５】
各積層体３５において、正極シート３２、セパレータ３７、負極シート３３およびセパレータ３７が挙げた順に重ね合わされている。このとき、正極シート３２にペーストが塗布された領域と、負極シート３３にペーストが塗布された領域とが、セパレータ３７を介して向かい合う。正極シート３２のペースト未塗布部３８は、セパレータ３７の長手方向に延びる一方の端辺から露出し、負極シート３３のペースト未塗布部３９は、セパレータ３７の長手方向に延びる他方の端辺から露出する。
【００２６】
正極シート３２のペースト未塗布部３８が中心軸１０１を中心とした半径方向に多層に重なって、正極側集電芯体３４Ｐが構成され、負極シート３３のペースト未塗布部３９が中心軸１０１を中心とした半径方向に多層に重なって、負極側集電芯体３４Ｎが構成されている（以下、正極側集電芯体３４Ｐおよび負極側集電芯体３４Ｎを特に区別しない場合には、集電芯体３４という）。
【００２７】
図６は、図１中の二次電池において、電極体および集電板の接合構造を示す斜視図である。図７は、図６中のＶＩＩ−ＶＩＩ線上に沿った二次電池を示す断面図である。
【００２８】
図１、図６および図７を参照して、集電板５１は、表面５１ａと、表面５１ａの裏側に配置される裏面５１ｂとを有する。正極側集電芯体３４Ｐは、正極側集電板５１Ｐの裏面５１ｂに当接し、負極側集電芯体３４Ｎは、負極側集電板５１Ｎの裏面５１ｂに当接している。
【００２９】
二次電池１０は、ロウ材６１をさらに有する。ロウ材６１を用いて、正極側集電芯体３４Ｐが正極側集電板５１Ｐに接合され、負極側集電芯体３４Ｎが負極側集電板５１Ｎに接合されている。二次電池１０は、正極側および負極側において、同じ電極体３１および集電板５１の接合構造を有する。
【００３０】
図８は、図６中の矢印ＶＩＩＩに示す方向から見た集電板を単体で示す正面図である。図９は、図８中のＩＸ−ＩＸ線上に沿った集電板を示す断面図である。図１０は、図８中のＸ−Ｘ線上に沿った集電板を示す断面図である。
【００３１】
図８から図１０を参照して、集電板５１には、座ぐり穴５２および貫通孔５４が形成されている。座ぐり穴５２は、表面５１ａから凹む凹形状を有する。座ぐり穴５２は、表面５１ａから凹む底部に座ぐり面５３を有する。貫通孔５４は、集電板５１の裏面５１ｂから表面５１ａに向けて延び、座ぐり面５３に開口している。座ぐり面５３は、貫通孔５４の開口面の外周縁に沿って設けられている。
【００３２】
表面５１ａを正面から見た場合に、座ぐり穴５２および貫通孔５４は、図８中の矢印１１０に示す方向が長手方向となり、図８中の矢印１２０に示す方向が短手方向となるスリット形状を有する。本実施の形態では、座ぐり穴５２および貫通孔５４が、長円形状の開口を有する。
【００３３】
貫通孔５４のスリット幅Ｂ１（貫通孔５４の短手方向の長さ）は、そのスリット幅と同方向における座ぐり穴５２の幅Ｂ２（座ぐり穴５２の短手方向の長さ）の１０％以上７０％以下である（Ｂ２×０．１≦Ｂ１≦Ｂ２×０．７）。
【００３４】
本実施の形態では、座ぐり穴５２および貫通孔５４が、その長手方向と、電極体３１の巻回半径方向（図４中の積層体３５が多層に重なる半径方向）とが一致するように設けられている。座ぐり穴５２および貫通孔５４は、集電端子２７から離れる方向に距離を隔てた２箇所に設けられている。なお、本発明において、座ぐり穴５２および貫通孔５４が設けられる数や位置は特に限定されない。
【００３５】
図６および図７を参照して、ロウ材６１は、座ぐり穴５２および貫通孔５４のうちの少なくとも座ぐり穴５２に設けられている。本実施の形態では、ロウ材６１が、座ぐり穴５２および貫通孔５４の双方に設けられている。ロウ材６１は、貫通孔５４から裏面５１ｂ側に盛り上がった形態で設けられている。
【００３６】
集電板５１および電極体３１は、ロウ材６１を介して互いに接合されている。より具体的には、集電板５１の裏面５１ｂに当接された集電芯体３４は、裏面５１ｂから盛り上がったロウ材６１により保持されている。
【００３７】
図１１は、この発明の実施の形態における二次電池の製造方法の工程を示すフロー図である。続いて、この発明の実施の形態における二次電池の製造方法を用いて、図１中の二次電池１０を製造する工程について説明する。
【００３８】
図１１を参照して、まず、正極シート３２、セパレータ３７および負極シート３３を用いて、積層体３５を作製する。積層体３５を巻回することにより、図３中の電極体３１を得る。
【００３９】
次に、座ぐり穴５２および貫通孔５４のうちの少なくとも座ぐり穴５２（本実施の形態では、座ぐり穴５２および貫通孔５４）にロウ材６１を設ける。セパレータ３７から露出する集電芯体３４を集電板５１の裏面５１ｂに当接させる。ロウ材６１へのレーザ照射により、集電板５１および電極体３１をロウ材６１を介して互いに接合する。
【００４０】
図１２は、集電板および電極体の接合工程を示す正面図である。図１３は、図１２中のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線上に沿った集電板および電極体の接合工程を示す断面図である。図１４は、図１２中のＸＩＶ−ＸＩＶ線上に沿った集電板および電極体の接合工程を示す断面図である。
【００４１】
図１２から図１４を参照して、上記の集電板５１および電極体３１の接合工程に際しては、座ぐり面５３の直上のロウ材６１に向けてレーザを照射する。図１２中の２点鎖線１３０に示すように、座ぐり面５３の直上のロウ材６１にレーザを照射させながら、座ぐり面５３に沿って周回するようにレーザを走査する。
【００４２】
このような工程によれば、レーザ照射に伴って、溶融状態のロウ材６１が貫通孔５４を通じて裏面５１ｂ側に流出し、集電芯体３４の端部を保持する。この際、レーザ照射によって上昇したロウ材６１の外周縁の温度を利用して、貫通孔５４付近のロウ材６１を溶融するため、ロウ材６１の粘度が低くなりすぎることを防止できる。これにより、ロウ材６１を集電芯体３４の端部に留めて、集電板５１および電極体３１の接合により効果的に寄与させることができる。
【００４３】
また、座ぐり面５３がレーザの遮蔽板として機能するため、集電板５１の裏面５１ｂ側にレーザが突き抜けるということがない。これにより、レーザ照射により発生するロウ材６１のスパッタが電極体３１の内部に進入することを防止することができる。また、レーザがロウ材６１に照射されるため、集電芯体３４の材質（アルミニウム，銅）に起因するレーザの反射を抑制することができる。これにより、低エネルギでのロウ接が可能となる。
【００４４】
本実施の形態における二次電池の製造方法では、貫通孔５４のスリット幅Ｂ１が、そのスリット幅と同方向における座ぐり穴５２の幅Ｂ２の１０％以上７０％以下に設定されている。
【００４５】
貫通孔５４のスリット幅Ｂ１を、座ぐり穴５２の幅Ｂ２の７０％以下とすることにより、上記の座ぐり面５３によるレーザの遮蔽効果を十分に得ることができる。これにより、集電芯体３４においてスパッタによる微小短絡の発生を確実に防ぎ、二次電池１０の信頼性を高めることができる。
【００４６】
また、貫通孔５４のスリット幅Ｂ１を、座ぐり穴５２の幅Ｂ２の１０％以上とすることにより、溶融状態のロウ材６１が貫通孔５４を通じて裏面５１ｂ側に流出する量を十分に確保することができる。これにより、ロウ材６１による集電板５１および電極体３１の接合強度を高めることができる。
【００４７】
図１１を参照して、次に、電極体３１をケース１５に挿入する。蓋体２５をケース１５にレーザ溶接することにより、ケース１５の開口部を密閉する。次に、蓋体２５に設けられた注液孔を通じて、ケース１５内に電解液を注入する。電極体３１に電解液を含浸させる。最後に、ケース１５を封缶することにより、図１中の二次電池１０が完成する。
【００４８】
このように構成された、この発明の実施の形態における二次電池の製造方法によれば、電極体３１および集電板５１の間で所望の接合強度を有するとともに、良好な電池性能を備えた二次電池１０を得ることができる。
【００４９】
（実施例）
図１５は、実施例１〜４および比較例１〜２における、貫通孔のスリット幅Ｂ１および座ぐり穴の幅Ｂ２の比率を示す表である。図１５中の貫通孔５４のスリット幅Ｂ１および座ぐり穴５２の幅Ｂ２の比率を有する集電板５１を用い、上記の二次電池の製造方法に従って、二次電池を１０個ずつ作製した。
【００５０】
この際、厚み１．５ｍｍを有するアルミニウム製の正極端子２１Ｐおよび正極側集電板５１Ｐと、厚み１ｍｍを有する銅製の負極端子２１Ｎおよび負極側集電板５１Ｎとを用いた。座ぐり穴５２の幅Ｂ２を１ｍｍとし、角部に３０°の面取りを設け、座ぐり穴５２の除いた集電板５１の厚みを０．５ｍｍとした。貫通孔５４の長手方向の長さを１０ｍｍとした。
【００５１】
電極体３１の作製においては、正極シート３２として、厚み１５μｍを有するアルミニウム箔を用い、負極シート３３として、厚み１０μｍを有する電解銅箔を用いた。電池容量が４Ａｈとなるように、正極シート３２、セパレータ３７および負極シート３３をカットし、これらの積層体３５を巻回した。
【００５２】
集電板５１および電極体３１の接合においては、貫通孔５４のスリット幅方向の中心から片側で４ｍｍ離れた位置の直上でレーザ照射を行なった。
【００５３】
作製された二次電池のそれぞれについて、充放電サイクルを１００サイクル繰り返す充放電試験を実施した。試験後、２次電池を分解して、集電板５１および電極体３１の接合状態および接合強度を確認した。
【００５４】
貫通孔５４のスリット幅Ｂ１および座ぐり穴５２の幅Ｂ２の比率を１０％以上７０％以下とした実施例１〜４では、充放電試験において、微小短絡に起因する不具合は確認されなかった。また、分解後において、集電板５１および電極体３１の接合状態および接合強度とも異常は確認されなかった。
【００５５】
一方、貫通孔５４のスリット幅Ｂ１および座ぐり穴５２の幅Ｂ２の比率を７％とした比較例１では、作製された１０個全ての二次電池で接合強度が低い状態が確認された。これは、座ぐり穴５２の幅に対して貫通孔５４のスリット幅が小さすぎたため、集電板５１および電極体３１の接合に必要なロウ材６１が十分に供給されなかったためと考えらえる。充放電試験では、内部抵抗の上昇は確認されなかった。
【００５６】
結果、接合強度は低いものの、導電性の確保に必要な接合状態は得られたものと推察される。また、微小短絡の発生が確認されなかったため、レーザ照射時に電極体３１内部へのスパッタの進入はなかったものと推察される。
【００５７】
また、貫通孔５４のスリット幅Ｂ１および座ぐり穴５２の幅Ｂ２の比率を７５％とした比較例２では、充放電試験において、内部短絡に起因する不具合が１０個中３個の二次電池で確認された。これは、座ぐり面５３によるレーザの遮蔽効果が十分に得られなかったためと考えられる。また、分解後においては、ロウ材６１の抜け落ちに起因する接合強度の低いものが確認された。
【００５８】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
この発明は、たとえば、ハイブリッド自動車に動力源として搭載される二次電池の製造に利用される。
【符号の説明】
【００６０】
１０  二次電池、１５  ケース、２１  外部端子、２１Ｎ  負極端子、２１Ｐ  正極端子、２２  第１絶縁部材、２３  第２絶縁部材、２５  蓋体、２７  集電端子、３１  電極体、３２  正極シート、３３  負極シート、３４  集電芯体、３４Ｎ  負極側集電芯体、３４Ｐ  正極側集電芯体、３５  積層体、３６Ｎ，３６Ｐ  端辺、３７  セパレータ、３８，３９  ペースト未塗布部、５１  集電板、５１Ｎ  負極側集電板、５１Ｐ  正極側集電板、５１ａ  表面、５１ｂ  裏面、５２  座ぐり穴、５３  座ぐり面、５４  貫通孔、６１  ロウ材、１０１  中心軸。
【図１】
2016039077.tif 000003
【図２】
2016039077.tif 000004
【図３】
2016039077.tif 000005
【図４】
2016039077.tif 000006
【図５】
2016039077.tif 000007
【図６】
2016039077.tif 000008
【図７】
2016039077.tif 000009
【図８】
2016039077.tif 000010
【図９】
2016039077.tif 000011
【図１０】
2016039077.tif 000012
【図１１】
2016039077.tif 000013
【図１２】
2016039077.tif 000014
【図１３】
2016039077.tif 000015
【図１４】
2016039077.tif 000016
【図１５】
2016039077.tif 000017