JP2007324015A - 二次電池およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高出力で大電流での充放電を可能とする抵抗が小さく信頼性に優れた集電構造を有する二次電池を提供する。
【解決手段】正極集電体上に正極合剤塗工部１ｂと幅方向の一端に設けられた正極合剤未塗工部１ａを有する正極板１と、負極集電体上に負極合剤塗工部２ｂと幅方向の一端に設けられた負極合剤未塗工部２ａを有する負極板２と、少なくとも正極板１の正極合剤塗工部１ｂと負極板２の負極合剤塗工部２ｂに対向して設けられたセパレータ３とを長手方向に捲回して構成された電極群４と、正極合剤未塗工部１ａおよび負極合剤未塗工部２ａの幅より小さく刃先形状の突条部１２ａを有する正極集電部材１０および負極集電部材１１と、を少なくとも備え、正極集電部材１０および負極集電部材１１の突条部１２ａと正極合剤未塗工部１ａおよび負極合剤未塗工部２ａの電極群４に設けられた切り込み部を介して接続して構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、高出力化を図ったリチウムイオン二次電池に関し、特に低抵抗で大電流充放電に適した集電構造に関するものである。

近年、各種電子機器の小型・軽量化に伴い、その駆動電源となる二次電池が重要なキーデバイスの一つとして、その開発が進められている。その中でも、ニッケル水素蓄電池やリチウムイオン二次電池などの二次電池は、軽量、小型で高エネルギー密度であることから、携帯電話を始めとして民生用機器から電気自動車や電動工具の駆動用電源など各種用途に展開されている。最近では、特に、リチウムイオン二次電池が駆動用電源として注目され、高容量化・高出力化に向けて、開発が活発化している。

駆動用電源として用いられる電池には、大きな出力電流が要求され、電池構造、特に集電構造に工夫を加えた電池が提案されている。

例えば、大きな出力電流を得るために電極面積を大きくできる、正極集電体に正極合剤を塗布した正極板と負極集電体に負極合剤を塗布した負極板とをセパレータを介して対向させて捲回した電極群構成が用いられる。そして、この電極群を一方の電池端子を兼ねる円筒状の電池容器に収納し、電池容器の開口部は他方の電池端子を兼ねる封口板で封口することで二次電池が作製される。一般に、負極集電体は電池容器に、正極集電体は封口板に、それぞれ直接あるいは集電板、集電タブやリード板などの集電部材を介してできるだけ接続抵抗を小さくして電気的に接続されている。

さらに、各集電体と電池容器あるいは封口板との接続には、低抵抗でかつ正極板、負極板の全面に亘り均一に電流を流すとともに、電池内に占める接続部分の容積をできるだけ小さくする集電構造が必要である。

従来、このような要求を満たす集電構造として、以下に示すようなタブレス構造を有する二次電池が開示されている（例えば、特許文献１および特許文献２参照）。

すなわち、特許文献１に記載の二次電池は、正極集電体および負極集電体に切り欠き部を複数箇所に設け、この切り欠き部の板部材を平面に対して折り曲げてエッジ部を形成している。そして、この折り曲げたエッジ部を、電極群の両端から突出した集電条の端面と溶接した集電構造を有している。

また、特許文献２に記載の二次電池は、集電板の中央付近から外縁部にまたがった長方形状の切り欠き部を複数箇所に設け、この切り欠き部の縁部には下向きリブ状突起片を形成している。そして、このリブ状突起片を、電極群の両端から突出した集電体の端面部分に食い込ませて溶接した集電構造を有している。

これらにより、各集電部材と接続される電極群の集電条や集電体との抵抗溶接時の無効電流を小さくして、効率よく均一に溶接できるとしている。

なお、本明細書中においては、正極と負極とを独立して示す必要がない場合には、単に合剤塗工部、合剤未塗工部、集電体、集電部材のように記す場合がある。
特開平１０−１８８９９７号公報 特開平１１−１６７９１４号公報

しかしながら、特許文献１や特許文献２は、アルカリ蓄電地の集電構造に関するもので、各集電部材と接続される電極群の集電条や集電体の板厚は２００μｍ程度を有している。そのため、集電部材と電極群の集電条や集電体を抵抗溶接する場合において、加圧に対する耐力が大きく電極群の集電条や集電体の折れ曲がりなどを生じにくいものである。

しかし、リチウムイオン二次電池などにおいては、高容量化を実現するためには、各集電体の占める容積はできるだけ小さくすることが必要であるため、各集電体に、厚さが１０数ミクロン程度の薄い金属箔が用いられる。

そのため、電極群から突出させた各合剤未塗工部である集電体は、機械的な強度が弱く、集電部材を接続する際に加える加圧で合剤未塗工部が折れ曲がり、合剤塗工部の合剤層に歪が発生し合剤が集電体から剥離や破損するという問題があった。

また、特許文献１や特許文献２に示されている集電部材で、電極群から突出させた各集電体と接続する場合、集電体の折れ曲がりにより集電部材との均一な接触ができないため、確実で均一な溶接ができないという課題があった。その結果、接続抵抗が高くなり大電流充放電特性が得られなかった。

本発明は、上記課題を解決するものであり、電極群の合剤未塗工部である集電体の折れ曲がりを防止するとともに、集電部材と集電体との均一な接続により大電流充放電を実現した二次電池を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の二次電池は、正極集電体上に正極合剤塗工部と正極合剤未塗工部を有する正極板と、負極集電体上に負極合剤塗工部と負極合剤未塗工部を有する負極板と、正極合剤塗工部と負極合剤塗工部に対向して設けられたセパレータとを捲回した電極群と、正極合剤未塗工部および負極合剤未塗工部の幅より小さく刃先形状の突条部を有する正極集電部材および負極集電部材と、正極合剤未塗工部および負極合剤未塗工部の電極群に設けられた切り込み部を介して接続した構成を有するものである。

これにより、電極群から突出させた合剤未塗工部に溶接時の加圧が加わっても集電体の折れ曲がりを防止できる。また、合剤未塗工部である集電体に切り込み部を予め設けるため集電部材の突条部と均一な接続が得られる。

本発明の二次電池およびその製造方法によれば、集電部材と電極群の未塗工部である集電体との溶接による接続を確実に行うことにより大電流での充放電を実現した二次電池が得られる。

本発明の第１の発明は、正極集電体上に正極合剤塗工部と幅方向の一端に設けられた正極合剤未塗工部を有する正極板と、負極集電体上に負極合剤塗工部と幅方向の一端に設けられた負極合剤未塗工部を有する負極板と、少なくとも正極板の正極合剤塗工部と負極板の負極合剤塗工部に対向して設けられたセパレータとを長手方向に捲回して構成された電極群と、正極合剤未塗工部および負極合剤未塗工部の幅より小さく刃先形状の突条部を有する正極集電部材および負極集電部材と、を少なくとも備え、正極集電部材および負極集電部材の突条部と正極合剤未塗工部および負極合剤未塗工部の電極群に設けられた切り込み部を介して接続する構成を有する。

これにより、溶接時の加圧による合剤未塗工部の折れ曲がりを防止するとともに、集電部材の突条部と集電体との均一な接続を実現できる。その結果、接続抵抗の小さい大電流の充放電を可能とした二次電池が得られる。

本発明の第２の発明は、第１の発明において、突条部の少なくとも刃先形状の位置に、ろう材を設けるものである。

これにより、ろう材が合剤未塗工部の切り込み部で溶融して広がり接続する面積が増えるため、さらに低抵抗な接続を実現できる。また、ろう材は比較的低い温度で溶融するので、セパレータに対して熱の影響を与えず信頼性の高い二次電池が得られる。

本発明の第３の発明は、第１の発明および第２の発明において、正極合剤塗工部と正極合剤未塗工部および負極合剤塗工部と負極合剤未塗工部との境界部から正極合剤未塗工部および負極合剤未塗工部の切り込み部までの間に補強層を設けるものである。

これにより、溶接時の加圧により合剤未塗工部の折れ曲がりを確実に防止し、さらに信頼性に優れた二次電池が得られる。

本発明の第４の発明は、正極集電体上に正極合剤塗工部と幅方向の一端に設けられた正極合剤未塗工部を有する正極板を形成するステップと、負極集電体上に負極合剤塗工部と幅方向の一端に設けられた負極合剤未塗工部を有する負極板を形成するステップと、少なくとも正極板の正極合剤塗工部と負極板の負極合剤塗工部に対向して設けられたセパレータとを長手方向に捲回して電極群を形成するステップと、電極群の正極合剤未塗工部および負極合剤未塗工部に切り込み部を形成するステップと、正極合剤未塗工部および負極合剤未塗工部の幅より小さく刃先形状の突条部を有する正極集電部材および負極集電部材の突条部と切り込み部とを接続するステップと、を含む二次電池の製造方法である。

これにより、溶接時の加圧による合剤未塗工部の折れ曲がりを防止するとともに、集電部材の突条部と集電体との均一な接続を実現し接続抵抗が小さく大電流の充放電を可能とした二次電池を作製できる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、二次電池として、リチウムイオン二次電池などの非水電解質二次電池を例に説明する。また、本発明は、本明細書に記載された基本的な特徴に基づく限り、以下に記載の内容に限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における二次電池の概略断面図である。また、図２（ａ）は同実施の形態で用いる正極板の展開図で、図２（ｂ）は同実施の形態で用いる負極板の展開図である。また、図３（ａ）は同実施の形態で用いる電極群の斜視図で、図３（ｂ）は図３（ａ）のＡ−Ａ線断面部分拡大図である。さらに、図４（ａ）は同実施の形態で用いる集電部材の平面図で、図４（ｂ）は図４（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。

図１において、円筒型の非水電解質二次電池（以下、「電池」と記す）は、例えばアルミニウム箔からなる正極集電体に正極合剤が塗工された正極板１と、例えば銅箔からなる負極集電体に負極合剤が塗工された負極板２と、正極板１と負極板２間に、例えば厚み２５μｍのポリプロピレン樹脂製の微多孔フィルムからなるセパレータ３を配して渦巻き状に捲回された電極群４を備えている。

ここで、正極板１は、図２（ａ）に示すように正極集電体の幅方向の一端から長手方向に帯状に設けられた正極合剤未塗工部１ａと正極合剤塗工部１ｂが設けられている。

また、負極板２は、図２（ｂ）に示すように負極集電体の幅方向の一端から長手方向に帯状に設けられた負極合剤未塗工部２ａと負極合剤塗工部２ｂが設けられている。なお、正極合剤未塗工部１ａおよび負極合剤未塗工部２ａは、正極集電体および負極集電体が露出した部分を示したものであり、理解を助けるために別の表現で表している。

このとき、電極群４は、図３（ａ）に示すように、少なくとも正極板１の正極合剤塗工部１ｂと負極板２の負極合剤塗工部２ｂの間に介在するセパレータ３を介して、その幅方向において正極合剤未塗工部１ａと負極合剤未塗工部２ａが互いに反対方向にセパレータ３の端縁から突出した状態で捲回されている。

また、電極群４は、図３（ｂ）に示すように、正極合剤未塗工部１ａおよび負極合剤未塗工部２ａの端面から切り込み部９が設けられている。ここで、切り込み部９は、電極群４の正極合剤塗工部１ｂおよび負極合剤塗工部２ｂには到達しないように設けることが必要がある。

そして、図４（ａ）に示すように、電極群４の切り込み部９の位置に対応して設けられた突条部１２ａを有する正極集電部材１０および負極集電部材１１を接触させる。そして、接触させた状態で、正極集電部材１０、負極集電部材１１に形成した切り欠き部１２を介して、例えば抵抗溶接により、各合剤未塗工部である各集電体と各集電部材を接続して電極群ユニットを構成する。ここで、正極集電部材１０、負極集電部材１１に設けた突条部１２ａは、電極群４に設けた切り込み部９に、低い加圧で装着できるように先端に刃先形状を有するとともに、少なくとも各合剤未塗工部の幅よりも小さく（狭く）設けられている。

さらに、切り込み部９は、各集電部材と同じ形状の治具で形成することができるため、切り込み部９が低い加圧で均一な高さに設けることができる。これにより、正極集電部材１０、負極集電部材１１の突条部１２ａと正極合剤未塗工部１ａ、負極合剤未塗工部２ａである各集電体とが均一な面で接触できる。その結果、各集電部材と集電体の抵抗溶接時に、各集電体の折れ曲がりを未然に防止できる。さらに、均一な接触により、均一な電気的な接続を確実に得ることができる。

なお、上記では、切り込み部９に突条部１２ａを接触させる例で説明したが、各集電体の折れ曲がりが問題ない場合には、集電部材の突条部を切り込み部に押し込んでもよい。これにより、さらに集電体と集電部材との接触の均一性を向上させ、より確実な接続が得られる。

さらに、正極集電部材１０および負極集電部材１１を備えた電極群ユニットを電池容器１３に内蔵し、負極集電部材１１を電池容器１３の底部に、正極集電部材１０を絶縁板１４を間に設けて、正極リード１５を介して封口板１６と接続する。そして、電池容器１３に非水電解質（図示せず）を注入し、ガスケット１７を介して封口板１６をかしめる。

上記構成により、正極合剤未塗工部である正極集電体および負極合剤未塗工部である負極集電体が正極集電部材および負極集電部材と均一に接続されて、接続抵抗に小さい、大電流の充放電を実現した二次電池が得られる。また、刃先形状の突条部を切り込み部に当接あるいは低い加圧での接触で均一な接続ができるため、集電体の折れ曲がりを防止することができる。

本発明の実施の形態１によれば、正極合剤未塗工部で示す正極集電体および負極合剤未塗工部で示す負極集電体と、正極集電部材および負極集電部材とを小さい接続抵抗で接続できるため、大電流の充放電に適した二次電池を実現できる。られる。また、刃先形状の突条部を切り込み部に当接あるいは低い加圧での接触で均一な接続ができるため、集電体の折れ曲がりを防止し、信頼性に優れた二次電池が得られる。

ここで、正極集電体は、金属製の薄箔からなるアルミニウムの箔や穿孔体などを用いることができる。また、正極集電部材は、アルミニウムなどが用いられる。

そして、正極合剤は、正極活物質、導電剤や結着剤からなる。具体的には、正極活物質としては、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複合酸化物やそれらの変性体などを用いることができる。変性体として、アルミニウム、マグネシウムなどの元素を含有させることができる。また、コバルト、ニッケルおよびマンガン元素を混合して含有させることもできる。導電剤としては、正極電位下で安定な黒鉛・カーボンブラック・金属粉末などが用いられる。さらに、結着剤としては、正極電位下で安定なポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）・ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などが用いられる。

一方、負極集電体は、金属製の薄箔からなる銅箔や銅穿孔体などを用いることができる。また、負極集電部材は、銅やニッケル、ニッケルめっき鋼板などが用いられる。

そして、負極合剤は、負極活物質、導電剤や結着剤からなる。具体的には、負極活物質としては、天然黒鉛、人造黒鉛、アルミニウムやそれを主体とする種々の合金、酸化スズなどの金属酸化物や金属窒化物を用いることができる。また、導電剤としては、負極電位下で安定な黒鉛・カーボンブラック・金属粉末などが用いられる。さらに、結着剤としては、負極電位下で安定なスチレン−ブタジエン共重合体ゴム（ＳＢＲ）・カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）などが用いられる。

また、非水電解質としては、非水電解液やポリマー材料に非水電解液を含ませたゲル電解質が用いられる。そして、非水電解液は非水溶媒、溶質や添加剤とからなる。溶質として、六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ_６）、四フッ化ホウ酸リチウム（ＬｉＢＦ_４）などのリチウム塩が用いられる。非水溶媒としては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネートなどの環状カーボネート類や、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネートおよびエチルメチルカーボネートなどの鎖状カーボネート類などを用いることが好ましいが、これらに限定されるものではない。なお、非水溶媒は、１種を単独で用いてもよいが、２種以上を組み合わせてもよい。添加剤としては、ビニレンカーボネート、シクロヘキシルベンゼン、ジフェニルエーテルなどが用いられる。

以下、本発明の実施の形態１における二次電池の作製方法について説明する。特に、本発明の実施の形態１における二次電池の電極群ユニットについては、図５を用いて詳細に説明する。図５は、二次電池の電極群ユニットの製造方法を説明する要部工程断面図である。

まず、例えば正極活物質としてコバルト酸リチウムを、導電剤として黒鉛および結着剤としてポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）とを用いてそれらを混練し正極合剤を作製し、アルミニウム箔などの正極集電体に塗工する。このとき、正極集電体の幅方向の一端に長手方向に正極合剤未塗工部１ａを形成して正極板１を作製する。

つぎに、例えば負極活物質として天然黒鉛を、導電剤として黒鉛および結着剤としてスチレン−ブタジエン共重合体ゴム（ＳＢＲ）とを用いてそれらを混練し負極合剤を作製し、銅箔などの負極集電体に塗工する。このとき、負極集電体の幅方向の一端に長手方向に負極合剤未塗工部２ａを形成して負極板２を作製する。

つぎに、上記正極板１と負極板２を、例えばポリオレフィンなどの微多孔膜からなるセパレータを介して正極合剤未塗工部１ａおよび負極合剤未塗工部２ａが互いに反対方向において幅方向に突出させて捲回し、電極群４を形成する。

以下、図５を用いて電極群ユニットの作製方法について説明する。

まず、図５（ａ）に示すように、電極群４から互いに反対方向に突出した正極合剤未塗工部１ａおよび負極合剤未塗工部２ａである各集電体に切り込み部形成治具２０を押し付けて、図５（ｂ）に示すような切り込み部９を形成する。ここで、切り込み部形成治具２０は、例えば以下で述べる正極集電部材や負極集電部材と同じ形状を有することが好ましい。これにより、低い加圧で切り込み部を形成できるとともに、切り込み部の位置を同じにできるため各集電部材の組み込みが容易となる。具体的には、切り込み部形成治具２０は、先端から２５°のテーパを有する幅５０μｍの凸部２１を備えるものである。

つぎに、図５（ｃ）に示すように、切り込み部９と同じ形状の突条部１２ａを有する正極集電部材１０および負極集電部材１１の突条部１２ａを、各合剤未塗工部で示す集電体の切り込み部９の位置に合わせて配置する。

つぎに、図５（ｄ）に示すように、各集電部材の突条部１２ａを切り込み部９に嵌めこむ。なお、この場合、図５（ｅ）に示すように各集電部材を加圧して切り込み部に押し込んでもよい。

そして、図５（ｄ）または図５（ｅ）の状態で、図４（ａ）で示した切り欠き部１２で対向する突条部１２ａに電流を流して、各集電部材と各合剤未塗工部で示す集電体とを抵抗溶接する。以上の工程により、電極群ユニットが作製される。

つぎに、例えば鉄、ニッケルやステンレスなどからなる電池容器１３に各集電部材を備えた電極群ユニットを挿入し、電池容器１３の底部に負極集電部材１１を抵抗溶接する。同様に、正極端子を兼ねた封口板１６と正極集電部材１０とをレーザ溶接して接続する。

つぎに、エチレンカーボネートなどの非水溶媒と六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ_６）などの溶質からなる非水電解質を減圧下で電池容器１３内に注入する。

つぎに、正極端子を兼ねた封口板１６を電池容器１３に挿入し、例えば樹脂製のガスケット１７を介して封口板１６と電池容器１３の周縁をかしめて封口することにより、二次電池を作製できる。

なお、上記では切り込み部形成治具を用いて切り込み部を形成する例で説明したが、これに限られない。例えば、レーザを用いて切り込み部を形成してもよい。この場合には、レーザで溶融した各集電体が電極群に残留しないように、例えば吸引しながら、あるいは自重で落下するように下向きに保持した状態で形成することが好ましい。

（実施の形態２）
図６は、本発明の実施の形態２における二次電池の集電部材の断面図である。ここで、実施の形態２は、集電部材の突条部の少なくとも先端の位置にろう材を設けた点で実施の形態１と異なるものであり、他の構成は同様である。

つまり、図６に示すように、正極集電部材１０の突条部１２ａには、例えばアルミ合金からなるろう材２５を形成した。負極集電部材１１の突条部１２ａには、例えばニッケル合金からなるろう材２５を形成した。そして、上記ろう材２５を介して正極集電部材１０と正極合剤未塗工部１ａで示す正極集電体とを、負極集電部材１１と負極合剤未塗工部２ａで示す負極集電体とを、例えば抵抗溶接して電極群ユニットを作製する。

そして、上記電極群ユニットを実施の形態１と同様な方法により二次電池を構成する。

本発明の実施の形態２によれば、ろう材が正極合剤未塗工部および負極合剤未塗工部の切り込み部で溶融して広がるため、接続面積が増え、さらに低抵抗での接続が得られる。また、ろう材は比較的低い温度で溶融するので、セパレータへの熱による影響を低減できるため信頼性の高い二次電池を実現できる。

以下に、ろう材２５の形成方法について説明する。

まず、正極集電部材１０の油分を洗浄除去し所要箇所、例えば突条部１２ａの折り曲げ角度９０°の位置にアルミ合金φ０．５ｍｍの線材を必要量に切断して設置する。

つぎに、ろう材２５を設置した正極集電部材１０を、６１５℃で１１分程度、真空炉で加熱しリフローする。

そして、リフローした後、正極集電部材１０をプレスして、その反りを矯正するとともに、ろう材２５のリフロー部を平滑化して正極集電部材１０を得る。

また、負極集電部材１１の油分を洗浄除去し所要箇所、例えば突条部１２ａの折り曲げ角度９０°の位置にニッケル合金粉末をバインダーでスラリー状にしたものを必要量塗着する。

つぎに、ろう材２５を塗着した負極集電部材１１を、４５０℃〜８００℃で３０分〜１０分程度、真空炉で加熱しリフローする。

そして、リフローした後、負極集電部材１１をプレスして、その反りを矯正するとともに、ろう材２５のリフロー部を平滑化して負極集電部材１１を得る。

なお、本実施の形態においては、正極集電部材１０、負極集電部材１１にろう材をリフローする例で説明したが、これに限られない。例えば、加熱溶着や接着剤を用いてろう材を貼り付けてもよい。また、アルミブレージングシートやろう材に近い材質の合金を無電解めっき法などによって形成してもよい。

（実施の形態３）
図７は、本発明の実施の形態３における二次電池の概略断面図である。また、図８（ａ）は同実施の形態で用いる正極板の展開図で、図８（ｂ）は同実施の形態で用いる負極板の展開図である。ここで、実施の形態３は、各集電体の合剤塗工部と合剤未塗工部の境界部から少なくとも切り込み部までの間に補強層を設けた点で実施の形態１と異なるものであり、他の構成は同様である。

つまり、図８（ａ）に示すように、正極板１の正極合剤塗工部１ｂと正極合剤未塗工部１ａの境界部１ｃから、少なくとも切り込み部（図示せず）までの間に補強層３０を設けた構成である。同様に、図８（ｂ）に示すように、負極板２の負極合剤塗工部２ｂと負極合剤未塗工部２ａの境界部２ｃから、少なくとも切り込み部（図示せず）までの間に補強層３０を設けた構成である。ここで、補強層３０は、各合剤塗工部の厚みと同程度またはそれよりも薄い厚みに形成することが好ましい。これにより、電極群の捲回数が減少せず電池特性を維持したまま集電体の折れ曲がりを防止して信頼性を向上させることができる。

そして、上記正極板１と負極板２を実施の形態１と同様な方法により、捲回して電極群ユニットを構成し、図７に示すような二次電池を構成する。

本発明の実施の形態３によれば、補強層により各集電体と各集電部材との抵抗溶接時の加圧により発生しやすい各合剤未塗工部で示す集電体の折れ曲がりを確実に防止し、さらに信頼性に優れた二次電池が得られる。

以下、補強層の形成方法について説明する。

まず、例えばアルミナなどの無機酸化物フィラー、結着剤と適量のＮ−メチル−２−ピロリドン（以下、「ＮＭＰ」と記す）混練し、補強層用のスラリーを作製した。

つぎに、得られたスラリーを正極合剤未塗工部１ａ、負極合剤未塗工部２ａの正極合剤塗工部１ｂ、負極合剤塗工部２ｂとの境界部から、以降の工程で形成される切り込み部の間に、正極合剤塗工部１ｂ、負極合剤塗工部２ｂの厚みと同じ厚みになるように塗布した後、乾燥させて補強層を形成する。

以下に、本発明の実施の形態における具体的な実施例について説明する。

（実施例１）
実施例１は、上記実施の形態１を具体化した一例である。

（１）正極板の作製
リチウムイオンを吸蔵・放出可能な正極板を、以下の方法で作製した。

まず、正極合剤として、コバルト酸リチウム粉末を８５重量部、導電剤として炭素粉末を１０重量部、および結着剤としてポリフッ化ビニリデン（以下、「ＰＶＤＦ」と記す）のＮＭＰ溶液をＰＶＤＦが５重量部相当を混合した。

つぎに、得られた混合物を厚み１５μｍで幅５６ｍｍのアルミニウム箔の正極集電体の両面にドクターブレード法を用いて幅５０ｍｍの正極合剤塗工部に塗布し、乾燥した後、圧延して厚みが１５０μｍで、幅６ｍｍの正極合剤未塗工部を設けた正極板を得た。

（２）負極板の作製
リチウムイオンを吸蔵・放出可能な負極板を、以下の方法で作製した。

まず、負極合剤として、人造黒鉛粉末を９５重量部、および結着剤としてＰＶＤＦのＮＭＰ溶液をＰＶＤＦが５重量部相当を混合した。

つぎに、得られた混合物を厚み１０μｍ、幅５７ｍｍの銅箔の負極集電体の両面にドクターブレード法を用いて幅５２ｍｍの負極合剤塗工部に塗布し、乾燥した後、負極合剤塗工部を圧延して厚みが１６０μｍで、幅５ｍｍの負極合剤未塗工部を設けた負極板を作製した。

（３）電極群の作製
上記のようにして作製した正極板の正極合剤塗工部と負極板の負極合剤塗工部は少なくとも覆うように、幅５３ｍｍで厚み２５μｍのポリプロピレン樹脂製微多孔フィルムよりなるセパレータを対向して配置し渦巻き状に捲回した。そして、て、渦巻き状に捲回し、その両端から突出した正極合剤未塗工部および負極合剤未塗工部の端面から、切り込み部形成治具を用いて、押圧力２Ｎで加圧し深さ１ｍｍのテーパ状の切り込み部を形成し電極群を得た。このとき、切り込み部形成治具として、以下で述べる集電部材の突条部と同じ形状を備えたものを用いた。

（４）集電部材の作製
正極集電部材は、以下の方法により作製した。

まず、中央部に直径７ｍｍの孔を有する直径２４ｍｍの形状に厚みが０．２ｍｍのアルミニウム板をプレスで打ち抜いてドーナッツ状の円板に形成した。つぎに、ドーナッツ状の円板の孔に接しない位置から外周縁に向かい長方形状に４箇所の切り欠き部を形成した。そして、切り欠き部の端面からアルミニウム板を平面に対して９０°に折り曲げて高さ０．７ｍｍの突条部を形成した。さらに、突条部の先端を平面に対して２５°の傾斜で研磨して、先端を刃先形状とした厚み５０μｍの正極集電部材を作製した。

また、負極集電部材は、正極集電部材と同様の方法で、厚みが０．２ｍｍの銅板を用いて作製した。

（５）電極群ユニットの作製
上記のようにして作製した電極群の切り込み部と各集電部材の突条部とを位置合わせして、抵抗溶接により接続し電極群ユニットを得た。このとき、抵抗溶接の条件は、正極集電体と正極集電部材の場合、電圧３．５Ｖ、電流０．５４Ａ、時間５．０ｍｓで加圧２Ｎで溶接した。また、負極集電体と負極集電部材の場合、電圧５Ｖ、電流０．８５ｋＡ、時間５．０ｍｓで加圧３．５Ｎで溶接した。

（６）電池の作製
上記のようにして電極群ユニットを片側のみ開口した円筒型の電池容器（材質：鉄／Ｎｉめっき、直径２６ｍｍ、高さ６５ｍｍ）に挿入し、電池容器と電極群ユニットの負極集電部材と電池容器とを抵抗溶接した後、絶縁板を配置して正極集電部材と封口板とをアルミニウム製の正極リードを介してレーザ溶接し電池容器を得た。

つぎに、非水溶媒として、エチレンカーボネートとエチルメチルカーボネートを体積比１：１で混合し、これに溶質として、六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ_６）が１ｍｏｌ／Ｌになるように溶解させて調製し非水電解質を作製した。

つぎに、得られた電池容器を真空中で６０℃に加熱して乾燥した後、調整した非水電解質４．５ｍｌを注入した。

そして、封口板をガスケットを介して電池容器でかしめて封止し、直径２６ｍｍ、高さ６５ｍｍで設計容量２６００ｍＡｈの円筒型の二次電池を作製した。

これを、サンプル１とする。

（実施例２）
実施例２は、上記実施の形態２を具体化した一例である。そして、集電部材の突条部にろう材を以下の方法により設けた以外は実施例１と同様である。

まず、エタノールで油分を洗浄除去した正極集電部材の、例えば突条部の折り曲げ角度９０°の位置にアルミ合金φ０．５ｍｍの線材を５ｍｇで切断して設置した。

つぎに、ろう材を設置した正極集電部材を６１５℃で１１分程度真空炉で加熱しリフローした。

そして、リフローした後、正極集電部材をプレスして、その反りを矯正するとともに、ろう材のリフロー部を平滑化して正極集電部材を得た。

つぎに、エタノールで油分を洗浄除去した負極集電部材の、例えば突条部にニッケル合金粉末をバインダーでスラリー状にしたものを５ｍｇ塗着した。

そして、ろう材を塗着した負極集電部材を、４５０℃〜８００℃で３０分〜１０分程度、真空炉で加熱しリフローした。

さらに、リフローした後、負極集電部材をプレスして、加熱による反りを矯正するとともに、ろう材のリフロー部を平滑化して負極集電部材を得た。

さらに、得られた負極集電部材を用いて、実施例１と同様な方法により、二次電池を作製した。

これを、サンプル２とする。

（実施例３）
実施例３は、上記実施の形態３を具体化した一例である。そして、正極板および負極板に補強層を設けた以外は実施例１と同様である。

以下、補強層の形成方法について説明する。

まず、無機酸化物フィラーであるメディアン径０．３μｍのアルミナと、ポリアクリロニトリル変性ゴム結着剤ＢＭ−７２０Ｈ（日本ゼオン製で固形分８重量％）とを重量比８：３で、適量のＮＭＰとともにプラネタリーミキサーにて混練し、白色の補強層用のスラリーを作製した。

つぎに、得られたスラリーを正極合剤未塗工部上で正極合剤塗工部との境界部から、正極合剤未塗工部に形成した切り込み部の間の幅４ｍｍに、正極合剤塗工部の厚みと同じ厚みになるように片面当り厚み６２．５μｍで塗布した後、１００℃で２分間乾燥させて補強層を有する正極板を作製した。同様に、負極合剤未塗工部上で負極合剤塗工部との境界部から、負極合剤未塗工部に形成した切り込み部の間の幅４ｍｍに、片面当り厚み７５μｍで形成された補強層を有する負極板を作製した。

さらに、得られた正極板および負極板を用いて、実施例１と同様な方法により、二次電池を作製した。

これを、サンプル３とする。

（比較例１）
捲回した電極群の正極合剤未塗工部および負極合剤未塗工部に切り込み部を形成せず、さらに先端が刃先形状を有しない正極集電部材および負極集電部材の突条部で実施例１と同様に作製した二次電池をサンプルＣ１とする。

以上のように作製した二次電池を各５０個準備し、以下に示す評価を行った。

（引っ張り強度の測定）
各二次電池の作製段階において、各集電部材と各集電体とを接続したときの引っ張り強度を、例えばＪＩＳ Ｚ２２４１に基づいて、５個ずつ抜き取り測定した。具体的には、引っ張り試験機の一方に電極群に適した形状の把持装置を取り付けて電極群を保持した。そして、引っ張り試験機のもう一方に集電部材に適した形状の把持装置を取り付けて集電部材を保持した。その状態で、一定の速度で軸方向に引っ張り溶接部がはずれたときの荷重を引っ張り強度とした。

その結果、サンプル１からサンプル３のいずれの二次電池も、引っ張り強度が２０Ｎ以上であった。これは、切り込み部と刃先形状の突条部とにより、均一な接触を実現し、抵抗溶接が均一に行われた効果によるものである。

一方、サンプルＣ１では、３／５個が１０Ｎ以下の引っ張り強度で溶接部がはずれた。

（集電体の折れ曲がり状態の観察）
各二次電池の作製段階において、各集電部材と各集電体との接続状態と各集電体の折れ曲がりの状態を、その各合剤未塗工部で示す集電体の断面により観察した。

その結果は、サンプル１からサンプル３のいずれの二次電池も折れ曲がりはほとんど観察されず、サンプル３は補強層により折れ曲がりは皆無であった。また、各合剤塗工部の各合剤と各集電体との剥離や損傷はまったく観察されなかった。これは、切り込み部と刃先形状の突条部とにより、抵抗溶接を低い加圧で行った効果や補強層を設けた効果によるものである。

一方、サンプルＣ１では、折れ曲がり、剥離や集電部材と接続されていない集電体が多数観察された。

（電池の内部抵抗の測定）
各二次電池を、まず１２５０ｍＡの定電流で４．２Ｖまで充電した後、１２５０ｍＡの定電流で３．０Ｖまで放電する充放電を１サイクルとして３サイクルの充放電を繰り返した。

その後、１ｋＨｚの交流で、二次電池の内部抵抗を測定し、接続状態を評価した。

その結果は、サンプル１とサンプル３の二次電池の平均の内部抵抗値は１０ｍΩ、ばらつきは１０％程度であった。また、サンプル２においては、二次電池の平均の内部抵抗値は９ｍΩ、ばらつきは５％程度であった。これは、各集電部材と各集電体との均一な接続が実現された結果であり、特にサンプル２はろう材による接続面積に拡大によりさらに均一な接続が得られたことによるものである。

一方、サンプルＣ１の平均の内部抵抗値は１５ｍΩで、しかもばらつきが３０％以上であった。

（落下評価）
各二次電池を、６０ｃｍの高さから正立状態、倒立状態、側立状態での各１回落下を１サイクルとして、１０サイクルの落下試験を行った。その後、試験した二次電池を分解し内部の各集電部材と各集電体との接続状態および各集電体の折れ曲がり様子を観察した。

その結果は、サンプル１からサンプル３のいずれの二次電池も折れ曲がりや溶接はずれなどはほとんど観察されず、サンプル３においては皆無であった。また、各合剤塗工部の各合剤と各集電体との剥離や損傷も観察されなかった。これは、切り込み部と刃先形状の突条部とにより、抵抗溶接を低い加圧で行った効果や補強層を設けた効果によるものである。

一方、サンプルＣ１では、折れ曲がりや剥離および集電部材と接続がはずれた集電体が多数観察された。

なお、上記では捲回式の円筒型のリチウムイオン二次電池の形態および構成手順を例に説明したが、本発明はこれに限られない。例えば、集電体が薄く折れ曲がりを生じやすい捲回式の各種電池に対しても同様の効果を活用することができる。

本発明は、各集電部材と各合剤未塗工部で示す各集電体とを低抵抗で均一に接続することにより大電流での充放電を実現できる。これにより、今後、大きな需要が期待される高出力を必要とする電動工具や電気自動車などの駆動用電池として有用である。

本発明の実施の形態１における二次電池の概略断面図 （ａ）同実施の形態で用いる正極板の展開図（ｂ）同実施の形態で用いる負極板の展開図 （ａ）同実施の形態で用いる電極群の斜視図（ｂ）図３（ａ）のＡ−Ａ線断面部分拡大図 （ａ）同実施の形態で用いる集電部材の平面図（ｂ）図４（ａ）のＡ−Ａ線断面図 同実施の形態における二次電池の電極群ユニットの製造方法を説明する要部工程断面図 本発明の実施の形態２における二次電池の集電部材の断面図 本発明の実施の形態３における二次電池の概略断面図 （ａ）同実施の形態で用いる正極板の展開図（ｂ）同実施の形態で用いる負極板の展開図

符号の説明

１ 正極板
１ａ 正極合剤未塗工部
１ｂ 正極合剤塗工部
１ｃ，２ｃ 境界部
２ 負極板
２ａ 負極合剤未塗工部
２ｂ 負極合剤塗工部
３ セパレータ
４ 電極群
９ 切り込み部
１０ 正極集電部材
１１ 負極集電部材
１２ 切り欠き部
１２ａ 突条部
１３ 電池容器
１４ 絶縁板
１５ 正極リード
１６ 封口板
１７ ガスケット
２０ 切り込み部形成治具
２１ 凸部
２５ ろう材
３０ 補強層

Claims (4)

1. 正極集電体上に正極合剤塗工部と幅方向の一端に設けられた正極合剤未塗工部を有する正極板と、負極集電体上に負極合剤塗工部と幅方向の一端に設けられた負極合剤未塗工部を有する負極板と、少なくとも前記正極板の前記正極合剤塗工部と前記負極板の前記負極合剤塗工部に対向して設けられたセパレータとを長手方向に捲回して構成された電極群と、
   前記正極合剤未塗工部および前記負極合剤未塗工部の幅より小さく刃先形状の突条部を有する正極集電部材および負極集電部材と、を少なくとも備え、
   前記正極集電部材および前記負極集電部材の前記突条部と前記正極合剤未塗工部および前記負極合剤未塗工部の前記電極群に設けられた切り込み部を介して接続したことを特徴とする二次電池。
2. 前記突条部の少なくとも刃先形状の位置に、ろう材を設けたことを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
3. 前記正極合剤塗工部と前記正極合剤未塗工部および前記負極合剤塗工部と前記負極合剤未塗工部との境界部から前記正極合剤未塗工部および前記負極合剤未塗工部の前記切り込み部までの間に補強層を設けたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の二次電池。
4. 正極集電体上に正極合剤塗工部と幅方向の一端に設けられた正極合剤未塗工部を有する正極板を形成するステップと、
   負極集電体上に負極合剤塗工部と幅方向の一端に設けられた負極合剤未塗工部を有する負極板を形成するステップと、
   少なくとも前記正極板の前記正極合剤塗工部と前記負極板の前記負極合剤塗工部に対向して設けられたセパレータとを長手方向に捲回して電極群を形成するステップと、
   前記電極群の前記正極合剤未塗工部および前記負極合剤未塗工部に切り込み部を形成するステップと、
   前記正極合剤未塗工部および前記負極合剤未塗工部の幅より小さく刃先形状の突条部を有する正極集電部材および負極集電部材の前記突条部と前記切り込み部とを接続するステップと、
   を含むことを特徴とする二次電池の製造方法。

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