(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極集電体に正極材料を付着させた正極板と負極集電体に負極材料を付着させた負極板とをセパレータを介して積層した極板群を電解液とともに電池容器内に収容した二次電池の製造方法において、
前記極板群の少なくとも一側部において何れかの極板の集電体を突出させ、集電板に、前記集電体の前記突出部に向けて突出する突条部を突設し、該突条部を、前記集電体の突出部の先端に押圧させることにより前記集電体に塑性変形された平坦部を形成し、前記突条部で、前記集電体の平坦部と前記集電板とを溶接したことを特徴とする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】
本発明は二次電池に関し、特に正極集電体に正極材料を付着させた正極板と負極集電体に負極材料を付着させた負極板とをセパレータを介して積層した極板群を電解液とともに電池容器内に収容した二次電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子機器の小型化、軽量化が急速に進んでおり、その電源としての電池に対しても小型・軽量化と高容量化の要望が高まっている。
【０００３】
その要望に対して、負極活物質として炭素系材料を用い、正極活物質にＬｉＣｏＯ2 などのリチウム含有遷移金属酸化物を用いたリチウムイオン二次電池が各社で実用化されている。このリチウムイオン二次電池は、負極活物質として金属リチウムあるいはリチウム合金を用いたリチウム二次電池のように充電により負極上へのリチウムの析出が発生しないため、良好なサイクル特性が得られている。そのため、現在電子機器への搭載が進むなど、リチウムイオン二次電池の開発が盛んに行われている。
【０００４】
また、地球環境問題、あるいはエネルギー問題を解決する手段としても、リチウムイオン二次電池の開発が盛んに行われている。地球環境を良好に保全しつつ電力の安定確保を図っていく方策の一つとして負荷の平準化技術の実用化が望まれているが、一般家庭などで小規模に夜間電力を貯蔵する電池電力貯蔵装置を普及させると、大きな負荷平準化効果が期待できる。また、自動車の排気ガスによる大気汚染やＣＯ2 による温暖化防止を図るために、動力源の全部又は一部を二次電池によって得るようにした電気自動車の普及も望まれている。このため、家庭用の電池電力貯蔵装置や電気自動車の動力源として、単電池容量が１００Ａｈ程度の大型のリチウムイオン二次電池の開発も行われている。
【０００５】
この種のリチウムイオン二次電池の構造は、図５に示すように、正極集電体２１ｂに正極材料２１ａを付着させた正極板２１と、負極集電体２２ｂに負極材料２２ａを付着させた負極板２２とをセパレータ２３を介して渦巻き状に積層した極板群３０を電解液とともに電池缶２５と電池蓋２６とから成る電池容器２４内に収容し、正極集電体２１ｂの適所に一端を接合した正極集電タブ２８の他端を正極端子となる電池蓋２６の内面に接続し、負極集電体２２ｂの適所に一端を接合した負極集電タブ２９の他端を負極端子となる電池缶２５の内底面に接続して構成されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記構成の二次電池では、正極板２１及び負極板２２の１箇所から集電タブ２８、２９を介して電流を取り出すようにしているので、正極板２１や負極板２２から集電タブ２８、２９までの平均距離が長くまた集電タブ２８、２９の面積も小さいために電気抵抗が大きく、集電効率が悪いために大電流で充放電を行うと温度が上昇して寿命が短くなるという問題があった。
【０００７】
なお、このような問題を解消する手段として、例えば特開平８−１１５７４４号公報には、両極板の集電体をそれぞれ反対側の側部に突出させてその突出部の先端部にそれぞれリード線を配置した状態でセパレータを介して両極板を巻回することにより、両端にリード線と集電体の端縁にて形成された正極端面と負極端面を有する極板群を構成し、これら正極端面と負極端面にそれぞれの端子を接続したものが開示されている。しかし、リード線が必要となるとともに製造工程も複雑になるため、コスト高になるという問題がある。
【０００８】
また、特開平１０−２１９５３号公報には、両極板の集電体をそれぞれ反対側の側部に突出させ、それらの先端部を正極端子及び負極端子に弾性的に圧接させるようにしたものが開示されている。しかし、集電体の先端部を弾性範囲内で鋭角状に曲げ、その弾性復元力で端子に接続しているだけであるため、電気的な接続が不安定で、振動を受けるような使用状態では電池出力の安定性に欠けるという問題がある。
【０００９】
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、集電効率が高く、充放電時の温度上昇を小さくでき、かつ安価な構成で安定的に充放電できる二次電池を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の二次電池の製造方法は、正極集電体に正極材料を付着させた正極板と負極集電体に負極材料を付着させた負極板とをセパレータを介して積層した極板群を電解液とともに電池容器内に収容した二次電池の製造方法において、極板群の少なくとも一側部において何れかの極板の集電体を突出させ、集電板に、集電体の突出部に向けて突出する突条部を突設し、突条部を、集電体の突出部の先端に押圧させることにより集電体に塑性変形された平坦部を形成し、突条部で、集電体の平坦部と集電板とを溶接したことにより、集電体の一側部にて形成された平坦部に集電板が接合されるので集電効率が高く、充放電時の温度上昇を小さくでき、かつ集電体自身で平坦部を形成しているので安価に構成できるとともにその平坦部に集電板を接合しているので振動等に対しても安定した構造となり、安定的に充放電でき、さらに、集電板と平坦部が突条部で確実に接し、集電板と集電体のより確実な接合状態が得られる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の二次電池の一実施形態のリチウムイオン二次電池について、図面を参照して説明する。
【００１５】
（参考形態）
図１において、１は正極板、２は負極板で、微多孔ポリエチレンフィルムから成るセパレータ３を介して互いに対向された状態で渦巻き状に巻回されて極板群１０が構成され、この極板群１０が電解液とともに電池容器４内に収納配置されている。電池容器４は負極端子となる円筒容器状の電池缶５と正極端子となる電池蓋６にて構成され、電池缶５の上端開口部内周と電池蓋６の外周との間に介装された絶縁パッキン７にて相互に絶縁されるとともに電池容器４が密閉されている。なお、極板群１０と電池缶５の内周との間にもセパレータ３は介装されている。
【００１６】
正極板１は、正極集電体１ｂの両面に正極材料１ａを塗工して構成されるとともに、その正極集電体１ｂの一側部（図示例では上側部）が正極材料１ａの塗工部より突出されている。また、負極板２は、負極集電体２ｂの両面に負極材料２ａを塗工して構成されるとともに、その負極集電体２ｂの他側部（図示例では下側部）が負極材料２ａの塗工部より突出されている。セパレータ３は正極板１及び負極板２の塗工部の両側縁よりも外側に突出されている。
【００１７】
そして、正極集電体１ｂのセパレータ３より突出した部分を押圧することによって正極集電体１ｂの突出部を塑性変形させて平坦部１１が形成され、この平坦部１１に正極集電板８が接合されている。同様に、負極集電体２ｂのセパレータ３より突出した部分を押圧することによって負極集電体２ｂの突出部を塑性変形させて平坦部１２が形成され、この平坦部１２に負極集電板９が接合されている。これら正極集電板８及び負極集電板９はそれぞれ電池蓋６と電池缶５に接続されている。８ａ、９ａは、集電板８、９を電池蓋６の内面及び電池缶５の内底面に接合するためその外周から延出された接続片である。
【００１８】
正極板１、負極板２、及び電解液について詳細に説明すると、正極集電体１ｂはアルミ箔などから成り、その両面に正極活物質と結着剤を含む正極材料１ａを塗工して正極板１が構成されており、その正極活物質としては、ＬｉＣｏＯ2 、ＬｉＭｎ2 Ｏ4 、ＬｉＮｉＯ2 、若しくはこれらＣｏ、Ｍｎ、Ｎｉの一部を他の遷移金属で置換したもの、あるいはそれ以外のリチウム含有遷移金属酸化物が用いられる。特に、地球上に豊富に存在し、低価格であるＬｉＭｎ2 Ｏ4 などのＭｎ系リチウム含有遷移金属酸化物が適している。
【００１９】
負極集電体２ｂは銅箔などから成り、その両面に負極活物質と結着剤を含む負極材料２ａを塗工して負極板２が構成されており、その負極活物質としては、グラファイト、石油コークス類、炭素繊維、有機高分子焼成物などの炭素質材料を用いるか、リチウムを吸蔵、放出可能な金属、あるいは酸化物、若しくはこれらの複合化材料が用いられる。
【００２０】
また、電解液は、溶質として６フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ6 ）、過塩素酸リチウム（ＬｉＣｌＯ4 ）、ホウフッ化リチウム（ＬｉＢＦ4 ）などのリチウム塩、溶媒としてエチレンカーボネイト（ＥＣ）、プロピレンカーボネイト（ＰＣ）、ジエチレンカーボネイト（ＤＥＣ）、エチレンメチルカーボネイト（ＥＭＣ）などの非水溶媒単独、若しくはそれらの混合溶媒を用い、この溶媒に溶質を０．５ mol／dm3 〜２ mol／dm3 の濃度に溶解したものが使用される。
【００２１】
具体例を示すと、正極板１は、電解二酸化マンガン（ＥＭＤ：ＭｎＯ2 ）と炭酸リチウム（Ｌｉ2 ＣＯ3 ）とをＬｉ／Ｍｎ＝１／２となるように混合し、８００℃で２０時間大気中で焼成して製造した正極活物質のＬｉＭｎ2 Ｏ4 と、導電剤のアセチレンブラックと、結着剤のポリフッ化ビニリデンとを、それぞれ重量比で９２：３：５の割合で混合したものを正極材料１ａとした。なお、正極材料１ａをペースト状に混練するために結着剤としてのポリフッ化ビニリデンはＮメチルピロリドンディスパージョン液を用いた。上記混合比率は固形分としての割合である。この正極材料ペーストを、厚み２０μｍのアルミ箔から成る正極集電体１ｂの両面に一側縁部に幅１０ｍｍの非塗工部を残した状態で塗工し、正極材料層を形成した。正極材料層の両膜厚は同じで、塗工、乾燥後の両膜厚の和は２８０μｍで、正極板１の厚さを３００μｍとした。その後、正極板１の厚みが２００μｍになるように直径３００ｍｍのプレスロールにより圧縮成形した。このとき、正極材料密度は３．０ｇ／ｃｍ3 であった。
【００２２】
負極板２は、人造黒鉛と結着剤のスチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）とを重量比９７：３の割合で混合したものを負極材料２ａとした。なお、負極材料２ａをペースト状に混練するために結着剤としてのスチレンブタジエンゴムは水溶性のディスパージョン液を用いた。上記混合比率は固形分としての割合である。この負極合剤ペーストを厚み１４μｍの銅箔から成る負極集電体２ｂの両面に一側縁部に幅１０ｍｍの非塗工部を残した状態で塗工し、負極材料層を形成した。その後、負極板２の厚みが１７０μｍになるように直径３００ｍｍのプレスロールにより圧縮成形した。このとき、負極材料密度は１．４ｇ／ｃｍ3 であった。
【００２３】
電解液は、エチレンカーボネイト（ＥＣ）とジエチレンカーボネイト（ＤＥＣ）を体積比１：１の配合比で混合した混合溶媒に、溶質として６フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ6 ）を１ mol／dm3 の濃度に溶解したものを用いた。
【００２４】
このリチウムイオン二次電池の製造に当たっては、上記のようにして作製した正極板１と負極板２をセパレータ３を介して対向させかつそれらの集電体１ｂ、２ｂの突出部を両端に突出させた状態で渦巻き状に巻回して極板群１０を形成し、この極板群１０を、図２に示すように、円筒容器状の成形治具１３内に挿入配置し、成形治具１３の一端開口から押圧具１４にて押圧する。すると、集電体１ｂ、２ｂの突出部が仮想線で示すように径方向内側に向けて略９０°折り曲がるように塑性変形され、平坦部１１、１２が形成される。即ち、正極板１及び負極板２が渦巻き状に巻回されているので、集電体１ｂ、２ｂの突出部が径方向外側には屈折せず、全体が略均等に逐次径方向内側に向けて折り曲げるように塑性変形されることになり、多少の皺を生じさせながらも全体として平坦部１１、１２が形成されることになる。
【００２５】
次いで、平坦部１１、１２を形成した極板群１０を成形治具１３から取り出し、図３に示すように、集電板８、９を平坦部１１、１２に押し付けるように配置して両者を圧接させた状態で、集電板８、９の表面の周方向複数箇所を中心部から外周縁まで放射状にレーザビーム１５を照射することによって集電板８、９と平坦部１１、１２をレーザ溶接する。その後、この集電板８、９を接合した極板群１０を電池缶５内に電解液とともに収容して真空含浸させ、電池蓋６で密閉するとともに、集電板８、９と電池蓋６と電池缶５をそれぞれレーザ溶接等にて接続する。
【００２６】
以上の構成のリチウムイオン二次電池によれば、正極板１と負極板２をセパレータ３を介して渦巻き状に巻回し、その両端に両極板の集電体１ｂ、２ｂをそれぞれ突出させた極板群１０を設け、極板群１０の両端から突出している各集電体１ｂ、２ｂにて形成された平坦部１１、１２に集電板８、９が接合されているので集電効率が高く、充放電時の温度上昇を小さくできる。しかも、平坦部１１、１２は、集電体１ｂ、２ｂ自身で形成しているので安価に構成できるとともにその平坦部１１、１２に集電板８、９を接合しているので振動等に対しても安定した構造となり、安定的に充放電できる。
【００２７】
また、極板群１０の両端部を巻回軸芯方向に押圧して平坦部１１、１２を形成しているので、集電板８、９を接合するための集電体１ｂ、２ｂの平坦部１１、１２を押圧によって能率良く形成することができる。
【００２８】
また、平坦部１１、１２に向けて集電板８、９を押圧し、圧接させた状態で周方向複数箇所を放射方向にレーザ溶接しているので、集電体１ｂ、２ｂの側端縁の多数箇所を集電板８、９に簡単に一体溶着することができ、高い集電効率を作業性良く達成することができる。
【００２９】
（実施形態）
上記参考形態の説明では、集電板８、９として全面が平板状のものを例示したが、図４に示すように、集電板８、９に、極板群１０の集電体１ｂ、２ｂの突出部に向けて突出する突条部１６を放射状に突出形成し、その突条部１６を突出部に食い込むように集電板８、９を押圧し、突出部に平坦部１１、１２を形成した状態で突条部１６に沿ってレーザ溶接するようにしてもよい。
【００３０】
このように集電板８、９に突条部１６を突設し、これを集電体１ｂ、２ｂの突出部に押圧してレーザ溶接すると、集電板８、９と突出部に形成された平坦部１１、１２が突条部１６を介して確実に接し、集電板８、９と集電体１ｂ、２ｂのより確実な接合状態が得られる。
【００３１】
【発明の効果】
本発明の二次電池の製造方法によれば、以上の説明から明らかなように、極板群の少なくとも一側部において何れかの極板の集電体を突出させ、集電板に、集電体の突出部に向けて突出する突条部を突設し、突条部を、集電体の突出部の先端に押圧させることにより集電体に塑性変形された平坦部を形成し、突条部で、集電体の平坦部と集電板とを溶接したことにより、集電効率が高く、充放電時の温度上昇を小さくでき、かつ集電体自身で平坦部を形成しているので安価に構成できるとともにその平坦部に集電板を接合しているので振動等に対しても安定した構造となり、安定的に充放電でき、さらに、集電板と平坦部が突条部で確実に接し、集電板と集電体のより確実な接合状態が得られる。
【００３４】
また、集電板に、集電体の平坦部に向けて突出する突条部を突設し、突条部を押圧させることにより集電体の平坦部を形成すると共に、突条部で集電体と集電板を溶接すると、集電板と平坦部が突条部で確実に接し、集電板と集電体のより確実な接合状態が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の二次電池の参考形態の縦断面図である。
【図２】  同参考形態における極板群の集電体の突出部に平坦部を形成する工程の縦断面図である。
【図３】  同参考形態における極板群の集電体の平坦部に集電板を接合する工程の斜視図である。
【図４】  本発明の二次電池の製造方法の実施形態における集電板及びその接合状態を示す斜視図である。
【図５】  従来例の二次電池の縦断面図である。
【符号の説明】
１ 正極板
１ａ 正極材料
１ｂ 正極集電体
２ 負極板
２ａ 負極材料
２ｂ 負極集電体
３ セパレータ
４ 電池容器
８ 正極集電板
９ 負極集電板
１０ 極板群
１１ 平坦部
１２ 平坦部
１３ 成形治具
１４ 押圧具
１５ レーザービーム
１６ 突条部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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