JP2013161773A - 極板および二次電池 - Google Patents

Abstract

【課題】扁平形状の捲回型電極電池において、大電流の充放電を可能にする十分な集電部の積層数を確保しつつ、集電タブとリードの溶接部の信頼性を確保し、溶接時に集電部の破断発生を抑制する。
【解決手段】電池内に捲回して収納される帯状の極板であって、表面に電極活物質層が形成された帯状の電極部と、表面に電極活物質層が形成されておらず、前記電極部の幅方向端部から突出するように形成された複数の集電部と、を有し、前記電極部を捲回した状態で扁平形状に形成された電極体を構成した際に、前記電極群が折り曲げられている部分において前記集電部に切断部が形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、二次電池用の極板、および、二次電池に関する。

近年、環境問題やクリーンエネルギーへの関心が高まりつつある中で、電気自動車およびハイブリッド電気自動車に搭載される電池や、蓄電池の開発が進められている。このような電池には、大電流での放電性能が求められている。

このような性能を発揮する電池として、帯状の極板が捲回されてなる捲回型電極体を有する電池（以下、捲回型電極電池という）が知られている。当該電池では、通常、ケースの中に電解液とともに捲回型電極体が封入されており、捲回型電極体からの電力の取り出しは、正極板および負極板に接続されたリードを通して行われる。

このような捲回型電極電池として、特許文献１では、電極活物質などの発電要素を含む合剤を塗工しない未塗工部が形成された帯状の電極部に、長手方向に沿って間隔をおいて並んだ複数の凸部（集電部）を形成し、電極部を捲回する際にこれら複数の凸部を積層することで集電タブを形成することが開示されている。ここでは、正極集電部と負極集電部が電極部の長手方向に沿って交互に並んで位置するように、正極板と負極板を重ねて捲回されている。集電タブには、外部に接続するためのリードが溶接により連結されている。捲回型電極電池における電極体は扁平形状に形成されており、扁平形状とするために、電極部および集電タブは大きい曲率で折り曲げられている。

米国特許出願公開第２００９／０２３９１３３号明細書

上記構成を有する扁平形状の捲回型電極電池では、各集電タブにリードを溶接する際に、集電タブの折り曲げ部の反発力および集電タブ自体の体積に起因して、相当の加圧力を印加しながら溶接をする必要がある。加圧が十分でない場合には、集電タブとリードの溶接が不均一となり、溶接部の信頼性が保てないことになる。

捲回型電極電池では、帯状の電極部の長さを増大させることでその面積を拡大し、単位面積あたりに流れる電流密度を低減することによって、大電流の充放電を可能とする。この時、電極部の長さの増大に伴い、集電部の個数が増大するため、集電タブを形成する際の集電部の積層数が増大する。このように集電タブにおける集電部の積層数が増大すると、集電タブの折り曲げ部の反発力および集電タブ自体の体積がさらに増大するため、リード溶接時の加圧力を増加する必要が生じる。

しかしながら、このように集電タブにリードを溶接する際に大きい加圧力を印加すると、集電部が破れやすくなるという課題があった。

本発明は、以上に鑑み、扁平形状の捲回型電極電池において、大電流の充放電を可能にする十分な集電部の積層数を確保しつつ、集電タブとリードの溶接部の信頼性を確保し、溶接時に集電部の破断発生を抑制できる極板および捲回型電極電池を提供することを目的とする。

本発明は、電池内に捲回して収納される帯状の極板であって、表面に電極活物質層が形成された帯状の電極部と、表面に電極活物質層が形成されておらず、前記電極部の幅方向端部から突出するように形成された複数の集電部と、を有し、前記電極部を捲回した状態で扁平形状に形成された電極体を構成した際に、前記電極体が折り曲げられている部分において前記集電部に切断部が形成されている、二次電池用極板である。

また、本発明は、前述した極板である帯状の正極板および負極板を、帯状のセパレータを介して捲回して扁平形状に形成された電極体と、前記電極体および電解液を内部に収納したケースと、前記正極板の前記複数の集電部が積層して形成された正極集電タブに接続され、前記ケースの外部に突出した正極リードと、前記負極板の前記複数の集電部が積層して形成された負極集電タブに接続され、前記ケースの外部に突出した負極リードと、を備え、前記正極リードの両面それぞれに前記正極集電タブが対向し、前記負極リードの両面それぞれに前記負極集電タブが対向している、二次電池でもある。

本発明によれば、扁平形状の捲回型電極電池において、切断部の形成により、集電タブに折り曲げ部が存在しなくなるので、集電タブにリードを溶接する際に、集電タブの折り曲げ部に起因した反発力が発生しなくなる。そのため、集電タブとリードの溶接における均一性を確保したまま、集電部に破断を発生させることなく、集電タブとリードを溶接することが可能となる。これにより、集電タブにおける集電部の積層数を減らす必要がなくなるので、当該電池において大電流の充放電が可能になる。

また、切断部の形成により、集電タブの片側に含まれる溶接個数が従来の電池と比較して半減するので、安定した溶接強度を得ることができる。

さらに、切断部によって、電極活物質層を圧延する際に発生し得るシワを抑制することもできる。

一実施形態に係る捲回型電極電池のケースの内部を示す概略図 一実施形態に係る捲回型電極電池の電極体の一部を展開して示す概略図 実施例１に係る捲回型電極電池に含まれる正極板の一部を示す平面図 実施例２に係る捲回型電極電池に含まれる正極板の一部を示す平面図 実施例３に係る捲回型電極電池に含まれる正極板の一部を示す平面図 実施例４に係る捲回型電極電池に含まれる正極板の一部を示す平面図 比較例１に係る捲回型電極電池に含まれる正極板の一部を示す平面図

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、本発明はこれに限定されるものではない。

図１は、捲回型電極電池のケースの内部を透視して示す概略斜視図である。図１に示すように、捲回型電極電池は、扁平なパウチ型のケース１０と、ケース１０内に電解液１２とともに収納された扁平形状の捲回型電極体１４と、を備えている。捲回型電極体１４は、その捲回軸方向の片側（すなわち極板の幅方向端部）に突出した正極集電タブ１６Ａ，１６Ｂおよび負極集電タブ１８Ａ，１８Ｂを有している。正極集電タブ１６Ａ，１６Ｂおよび負極集電タブ１８Ａ，１８Ｂはそれぞれ、未塗工部である集電部が複数枚積層することで形成されている。

正極集電タブ１６Ａの内側（すなわち捲回軸側）には、樹脂フィルム２３を一部表面に有する正極リード２０の片面が樹脂フィルム以外の部分で接合され、正極集電タブ１６Ｂの内側には、正極リード２０の裏面が同じく樹脂フィルム以外の部分で接合されている。負極集電タブ１８Ａの内側には、樹脂フィルム２３を一部表面に有する負極リード２２の片面が樹脂フィルム以外の部分で接合され、負極集電タブ１８Ｂの内側には、負極リード２２の裏面が同じく樹脂フィルム以外の部分で接合されている。このように、各リードの両面に集電タブが接合されている。すなわち、リードは両面から別個の集電タブに挟まれており各集電タブに接合されている。従来の電極では集電タブに折り曲げ部が存在するが、本発明では切断部を設けて各集電部を２つに分離しているために、集電タブに折り曲げ部が存在しない。リードの外側端面（すなわち捲回軸と対向していない側の端面）は、切断部に対向し、集電タブに対向していない。図１では、リードの外側端面は、切断部から集電タブの外側に突出している。このように切断部を設けることで、集電タブの片側に含まれる溶接個数が従来の電池と比較して半減するので、安定した溶接強度を得ることができる。

それぞれの樹脂フィルム２３はケース１０に熱融着されている。これにより、正極リード２０および負極リード２２は、ケース１０を気密に貫通して外部に突出しており、ケース１０とは電気的に絶縁されている。捲回型電極体１４に生じた電力は、正極集電タブ１６Ａ，１６Ｂ、負極集電タブ１８Ａ，１８Ｂ、正極リード２０および負極リード２２を介して取り出される。

捲回型電極体１４は、図２に示すような帯状の正極板３０および帯状の負極板３２と両極板間に介在するセパレータ３３とが積層されて捲回され、その捲回状態で扁平形状に形成されている。正極集電タブ１６Ａ，１６Ｂは、正極板３０の電極部から突出した複数の凸部状領域である正極集電部２６Ａ，２６Ｂを複数積層することにより、また、負極集電タブ１８Ａ，１８Ｂは、負極板３２の負極集電部２８Ａ，２８Ｂを複数積層することにより形成される。ここで、電極部は、電極活物質層が表面に形成された帯状の各極板の本体である。正極板３０の正極集電部２６Ａと２６Ｂは切断部２７により分離され、この切断部は、正極板３０が捲回され扁平形状とされた時に折り曲げ部となる部分に位置している。同様に、負極板３２の負極集電部２８Ａと２８Ｂは切断部２９により分離され、この切断部は、負極板３２が捲回され扁平形状とされた時に折り曲げ部となる部分に位置している。

切断部とは、極板幅方向の集電部端部（図２における集電部の上辺）を起点とし、極板幅方向に略平行に伸長する縦長の切り欠け部である。この切断部は、従来の極板における１つの集電部を分割するように形成されており、その結果、本発明では２つの集電部の間（２６Ａと２６Ｂの間、又は、２８Ａと２８Ｂの間）に挟まれて切断部が位置することになる。

極板幅方向における切断部の長さ（図２における縦方向の長さ）は、極板幅方向の集電部端部から、集電部と電極部との境界線に至るまでの長さであることが好ましい。切断部は、電極部の中にある程度進入していても本発明の効果を達成することができるが、電極活物質層の面積を低減しないよう、電極部への進入は少ないほうが好ましい。また、切断部は、集電部と電極部との境界線にまで至る必要はない。切断部は、少なくとも、図１に示すようにリードの外側端面が切断部から集電タブの外側に突出することが可能となるような大きさに形成することで、本発明の効果を達成することができる。

極板の長さ方向における切断部の幅（図２における横方向の長さ）は、本発明の効果を達成できる限り特に限定されない。しかし、前記幅は、集電タブとリードを溶接する際に図１で示すようにリードの外側端面が切断部から集電タブの外側に突出できるよう、リードの厚み以上であることが好ましい。また、最終的に形成される扁平形状の電極体の厚み以下であることが好ましい。

図２では、切断部の両側に配置された集電部が均等の幅（図２における横方向の長さ）になるよう、切断部を設けているが、これに限定されない。両側の集電部の幅が異なっていてもよい。

切断部は、極板幅方向に略平行に伸長した縦長の形状を有する。具体的には、図３に示すように、極板幅方向に縦長の長方形であってもよい。また、図４に示すように、前記長方形の下端に円形のパンチ穴を備えた形状であってもよい。この形状は、切断部の角から極板が破断したり亀裂したりするのを防止するのに有効である。図５に示すように、上述した形状を交互に併用してもよい。さらに切断部は、図６に示すように、極板幅方向に縦長の台形であってもよく、当該台形の短辺は電極活物質層側に位置し、長辺は極板幅方向にある集電部端部に位置している。この形状は、切断部の形成が容易であり、生産性の観点から有利である。

切断部の面積を大きく設定することで、電極活物質層を圧延する際に発生し得るシワを抑制することもできる。塗工部である電極活物質層と、未塗工部である集電部とのあいだでは厚みが異なるために、圧延を行うと、電極活物質層と集電部との境界線付近でシワが発生しやすい。切断部には、そのようなシワ発生を抑制する効果を奏する。

正極板３０は、導電性の金属箔、例えば、幅１５０ｍｍ、長さ４ｍの帯状のアルミニウムシートで形成され、この正極板の両面に正極活物質層４０が形成されている。正極活物質層４０は、正極板の全長に渡り帯状に形成されている。正極板の幅方向の一端部（図２における上辺）には、複数の凸部が形成され、その表面には電極活物質は塗工されていない。これが正極集電部２６Ａ，正極集電部２６Ｂである。正極集電部２６Ａと正極集電部２６Ｂとのあいだには切断部２７が位置する。正極集電部２６Ａ，正極集電部２６Ｂが一組の集電部であり、このような一組の集電部が、正極板を負極板と積層して捲回した時に負極板の集電部と接触せずに正極板の集電部のみが積層されるように、間隔をあけて複数形成されている。ある一組の正極集電部と、これに隣接する他の一組の正極集電部は、捲回して電極体を構成する時に互いと重なるような間隔をあけて形成されている。

負極板３２は、導電性の金属箔、例えば、幅１５０ｍｍ、長さ４ｍの帯状の銅シートで形成され、この負極板の両面に負極活物質層４２が形成されている。負極活物質層４２は、負極板の全長に渡って帯状に形成されている。負極板の幅方向の一端部（図２における上辺）には、複数の凸部が形成され、その表面には電極活物質は塗工されていない。これが負極集電部２８Ａ，負極集電部２８Ｂである。負極集電部２８Ａと負極集電部２８Ｂとのあいだには切断部２９が位置する。負極集電部２８Ａ，負極集電部２８Ｂが一組の集電部であり、このような一組の集電部が、負極板を正極板と積層して捲回した時に正極板の集電部と接触せずに負極板の集電部のみが積層されるように、間隔をあけて複数形成されている。ある一組の負極集電部と、これに隣接する他の一組の負極集電部は、捲回して電極体を構成する時に互いと重なるような間隔をあけて形成されている。

セパレータ３３は、幅１５５ｍｍ、長さ４．４ｍの帯状の部材であり、正極板３０および負極板３２それぞれの電極活物質層に当接した状態で、正極板３０と負極板３２の間に配置されている。

正極板３０および負極板３２は、その未塗工部からなる集電部がセパレータの上辺から同一方向に突出するように重ね合わされ、扁平形状の捲回型電極体１４が形成される。その際、正極板３０では、複数の正極集電部２６Ａが積層されて電極体１４と一体の正極集電タブ１６Ａが形成され、複数の正極集電部２６Ｂが積層されて電極体１４と一体の正極集電タブ１６Ｂが形成される。更に、負極板３２では、複数の負極集電部２８Ａが積層されて電極体１４と一体の負極集電タブ１８Ａが形成され、複数の負極集電部２８Ｂが積層されて電極体１４と一体の負極集電タブ１８Ｂが形成される。

電極体１４は、その外周形状が捲回軸と垂直な方向に広がった扁平形状を有している。また、電極体１４は、内部に、電極板の最内周面に区画された扁平形状の中空部を有している。電極体１４は、正極板３０および負極板３２をセパレータ３３を介して扁平形状に捲回することで形成した電極体であってもよいし、正極板および負極板をセパレータを介して捲回した後に扁平形状に変形させた電極体であってもよい。

図１に示すように、電極体１４は、パウチ型のケース１０内に収納され、正極集電タブ１６Ａ，１６Ｂには樹脂フィルム２３を有した正極リード２０が接合され、負極集電タブ１８Ａ，１８Ｂには樹脂フィルム２３を有した負極リード２２が接合されている。接合は、例えば、溶接により行う。それぞれの樹脂フィルム２３はケース１０に熱融着されている。これにより、正極リード２０および負極リード２２は、ケース１０を気密に貫通して外部に突出しており、ケース１０とは電気的に絶縁されている。ケース１０は、アルミニウム、鉄、ステンレス等により形成され、内部を封止することができ、電解液や電位に対して安定である槽状容器であってもよい。

次に、本実施形態の捲回型電極電池の各構成要素を説明する。

<<パウチ型ケース>>
ケース１０はパウチ型ケースで、アルミラミネートシートから構成される。アルミラミネートシートは、アルミニウム箔表面に樹脂層がラミネートされているものである。樹脂層を構成する樹脂材料としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ナイロン等が挙げられる。これらの樹脂層は１層のみであってもよいし、２層以上を積層したものであってもよい。具体的な構成としては、ポリエチレンテレフタレート、ナイロン、ポリプロピレン、およびアルミニウムを重ねて構成されたものが挙げられる。

<<正極板>>
正極板３０は、正極集電体と、正極集電体の片面または両面に設けられた正極活物質層とを有する。正極活物質層は、例えば、正極活物質、結着剤および導電助剤より構成されている。

正極集電体は、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。正極集電体を構成する材料としては、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。正極集電部は正極集電体が伸長して形成されたものであるので、正極集電体と同材料である。

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Ｌｉ_xＭｎ₂Ｏ₄またはＬｉ_xＭｎＯ₂）、リチウムニッケル複合酸化物（例えばＬｉ_xＮｉＯ₂）、リチウムコバルト複合酸化物（例えばＬｉ_xＣｏＯ₂）、リチウムニッケルコバルト複合酸化物（例えばＬｉＮｉ_1-yＣｏ_yＯ₂）、リチウムマンガンコバルト複合酸化物（例えばＬｉ_xＭｎ_yＣｏ_1-yＯ₂）、スピネル型リチウムマンガンニッケル複合酸化物（Ｌｉ_xＭｎ_2-yＮｉ_yＯ₄）、オリビン構造を有するリチウムリン酸化物（Ｌｉ_xＦｅＰＯ₄）等の酸化物、以上の酸化物を構成する金属元素の一部を他の金属元素で置換した物質を使用できる。上記化学式の「ｘ」および「ｙ」は、それぞれ、０〜１の範囲の値でありうる。

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３．０Ｖ以上５．０Ｖ以下の充放電電位を有する。

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。

導電助剤としては、アセチレンブラック（ＡＢ）、カーボンブラック、黒鉛等の炭素材料を使用できる。

<<負極板>>
負極板３２は、負極集電体と、負極集電体の片面または両面に設けられた負極活物質層とを有する。負極活物質層は、例えば、負極活物質、結着剤および導電助剤より構成される。

負極集電体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。負極集電体を構成する材料としては、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。負極集電部は負極集電体が伸長して形成されたものであるので、負極集電体と同材料である。

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およ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、シリコンおよびシリコン合金が挙げられる。充放電効率およびサイクル寿命の観点から、炭素材料またはリチウムチタン複合酸化物を好適に使用できる。

結着剤および導電助剤としては、正極板におけるそれらに関して使用可能な物質を同様に使用できる。

負極活物質層が、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、負極集電体を構成する材料は、好ましくはアルミニウムまたはアルミニウム合金である。

<<セパレータ>>
セパレータとしては、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、ポリエチレンまたはポリプロピレンから形成された多孔質フィルム、または、これらを積層した多孔質フィルムを例示できる。不織布としては、セルロースまたはポリビニルアルコール（ＰＶＡ）から形成された不織布を例示できる。

<<非水電解質>>
正極板３０、負極板３２およびセパレータ３３からなる電極体１４には、電解液が含浸されている。電解液としては、電解質と有機溶媒とを含む液状の非水電解質が挙げられる。

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る電解質を意味する。電解質は、有機溶媒に対して、例えば０．５〜２．０ｍｏｌ／Ｌの濃度で溶解して電解液を構成することができる。

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。また、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、単独または２種以上の混合物の形態で使用できる。

<<リード>>
リード２０および２２は、電池内部の空間または密閉面からケースの外部まで伸長している部材であり、集電タブと電気的に接続され、電池内部から電流を外部に引き出すための端子である。リードと集電タブとの接続は、集電タブの一面にリードを重ね合わせ、両者を溶接等により連結することで行なわれる。リードがケースの密閉面に挟まれる部分には、リードの外面を覆い包む電極用絶縁シール部として樹脂フィルム２３が配置されている。リードを構成する材料としては、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、樹脂フィルムを構成する材料としては、ポリプロピレン、ポリエチレン等の樹脂を使用できる。樹脂フィルムと金属の接着部分には、エッチングなどの表面処理を施すのが好ましい。

<<製造方法>>
次に、本発明の扁平形状の捲回型電極電池の製造方法について説明する。

本発明の捲回型電極電池は、まず、正極板３０および負極板３２を製造した後、正極板３０および負極板３２をセパレータを介して捲回させた捲回型電極体１４を形成し、この電極体１４の正極集電タブ１６Ａ，１６Ｂおよび負極集電タブ１８Ａ，１８Ｂに正極リード２０および負極リード２２を溶接した後、ケース１０内に電解液１２とともに封口することで製造することができる。

極板の製造に関しては、まず、帯状のアルミニウムシートの両面に正極活物質層４０を形成することで正極板３０を製造する。この正極活物質層４０を形成するには、正極活物質を含むペースト状の合剤を帯状のアルミニウムシートの表面に塗布、乾燥する。このとき、極板幅方向における集電部の幅を考慮して未塗工部を設けながら塗布を行った後、圧延により電極活物質層の密度を向上させる。圧延の条件は所望の電極活物質層の密度を考慮して適宜設定することができる。

次に、正極板の長手方向端部に連続して形成した未塗工部に、凸状の集電部を複数形成する。ここでは切断部を設けておらず、上述した一組の集電部は、この時点では２つに分離されず連続して形成されている。この一組の集電部は、基板長手方向の幅における中央付近が、扁平形状の捲回型電極体１４を構成した時に扁平形状の折り曲げ部に位置するように複数形成される。次いで、折り曲げ部に位置することになる集電部の一部領域を所定の形状に切除することで切断部を設ける。ただし、切断部の形成は、打抜き型を用いるなどして、集電部の形成と同時に行うこともできる。

一方で、帯状の銅シートの両面に負極活物質層４２を有する負極板３２も、正極板と同様の手法により製造する。その後、捲回装置を用いて正極板３０をリールに巻きつけてロール状とし、同様に負極板３２を別のリールに巻きつけてロール状とする。セパレータ３３にもロール状のものを用いる。

次いで、それぞれ正極板３０、負極板３２、セパレータ３３を引き出し、これらを重ねて、巻き取り芯に巻き付ける。その際、巻き取り芯を回転させることにより、正極板３０および負極板３２は、その集電部２６Ａ，２６Ｂ、２８Ａ，２８Ｂがセパレータ３３の幅方向端部から同一方向に突出するように、重ね合わされ巻き取り芯に巻き取られる。所定長さを捲回して電極体１４を形成した後、正極板３０、負極板３２、セパレータ３３を切断する。続いて、電極体を巻き取り芯から抜き出し、この捲回型電極体をプレスして扁平形状に成形する。これにより扁平形状の捲回型電極体１４が得られる。

その後、電極体１４の片側に突出した複数の正極集電部２６Ａ、複数の正極集電部２６Ｂに正極リード２０を接合し、同じく電極体１４の片側に突出した複数の負極集電部２８Ａ，複数の負極集電部２８Ｂに負極リード２２を接合する。このとき、リードの下端は、電極活物質層およびセパレータと接触しないように配置され、正極集電部２６Ａと正極集電部２６Ｂとのあいだに正極リード２０を挟み込み、また、負極集電部２８Ａと負極集電部２８Ｂとのあいだに負極リード２２を挟み込んで、溶接を行う。このリードと集電部との接合方法としては、スポット溶接およびシーム溶接等の電気溶接や、超音波溶接等の溶接方法を用いることができる。この溶接により、正極リード２０は正極集電タブ１６と正極集電タブ１６Ｂに接合され、負極リード２２は負極集電タブ１８Ａと負極集電タブ１８Ｂに接合される。

次いで、正極リード２０および負極リード２２が接合された電極体１４をケース１０内に納め、注液用の一部箇所を除いて熱シールした後、熱シールしなかった部分からケース１０内に電解液１２を注入する。そして、減圧と大気圧開放を繰り返した後で、熱シールしなかった部分を熱シールすることで扁平形状の捲回型電極電池が製造される。

以上では、捲回前の極板にあらかじめ切断部を形成する場合の製造方法について説明した。しかし、切断部を設けていない極板を含む電極体を形成した後に、折り曲げ部に位置する集電部に切断部を形成することも可能である。しかしながら、捲回された電極体に対して切断部を形成することはプロセス上困難であり、その形成時にセパレータや極板に損傷を与える可能性がある。従って、捲回前の極板にあらかじめ切断部を形成することが好ましい。

以下、実施例を掲げて本発明をより具体的に説明する。ただし、下記の実施例は、本発明を例示するためのもので、本発明の範囲を限定するためのものではない。

（比較例１）
前述した正極板の製造方法において、正極活物質にＬｉＮｉ_５／６Ｃｏ_１／６Ｏ_２を１００重量部と、導電助剤にアセチレンブラックを２重量部、結着材にポリフッ化ビニリデンを２重量部とを固形分濃度が５０％程度になるように適量のＮ−メチル−２−ピロリドンを加え、双腕式練合機にて撹拌し混練することで、正極合剤ペーストを作製した。

次いでこの正極合剤ペーストを、厚みが１５μｍのアルミニウム箔よりなる正極集電体の表面に、集電体の幅方向端部に幅１３ｍｍの未塗工部を残しつつ、その片面の塗工重量が５ｍｇ／ｃｍ^２となるようにコンマコーターで塗布し、１１０℃で乾燥しながらリールに捲きつけた。

得られた正極板の厚みが４６μｍとなるように圧延により厚みを調整した。次いで、未塗工部に凸型集電部を形成した。この時、凸型集電部の始点の位置が式１、終点が式２に従うように形成した。以上により、図７に示す正極板Ａを作製した。ここでは、切断部は設けていない。

前述した負極板の製造方法において、負極活物質にＬｉ_４Ｔｉ_５Ｏ_1２を１００重量部と、導電助剤にアセチレンブラックを９重量部、結着材にポリフッ化ビニリデンを６重量部とを固形分濃度が５０％程度になるように適量のＮ−メチル−２−ピロリドンを加え、双腕式練合機にて撹拌し混練することで、負極合剤ペーストを作製した。

次いでこの負極合剤ペーストを、厚みが１５μｍのアルミニウム箔よりなる負極集電体の表面に、集電体の幅方向端部に幅１１ｍｍの未塗工部を残しつつ、その片面の塗工重量が６．４ｍｇ／ｃｍ^２となるようにコンマコーターで塗布し、１１０℃で乾燥しながらリールに捲きつけた。

得られた負極板の厚みが７２μｍとなるように圧延により厚みを調整した。次いで、未塗工部に凸型集電部を形成した。この時、凸型集電部の始点の位置が式３、終点が式４に従うように形成した。以上により負極板ａを作製した。ここでは、切断部は設けていない。

式１ Ｔ_ｓｎ＝１２５×ｎ−８８ ｎ：周回数
式２ Ｔ_ｅｎ＝１２４×ｎ＋２１
式３ ｔ_ｓｎ＝１２３×ｎ−６３
式４ ｔ_ｅｎ＝１２４×ｎ＋２４
得られた正極板Ａおよび負極板ａを、ポリエチレンからなる厚さ２０μｍのセパレータとともに捲回し、捲回型電極体Ａを作製した。これにより形成された正極集電部２６Ａ，２６Ｂと負極集電部２８Ａ，２８Ｂに、ラミネート溶着用の樹脂フィルムを備えた、厚さ０．１５ｍｍ、幅３０ｍｍのアルミニウム板からなるリードを、超音波溶接にて接続した。形成された正極集電タブにおける集電部の積層数は３２枚、負極集電タブにおける集電部の積層数は３３枚となった。この時、超音波溶接機における加圧条件を高めることで、溶接に成功したが、集電タブの最上部（すなわちリードと接していない側）にある集電部に若干の破断が発生した。

（実施例１）
正極板および負極板に凸型集電部を形成した後に、それぞれの凸型集電部の中央（すなわち、捲回後の折り曲げ部に相当する部分）に、図３に示すような縦に細長い長方形（極板長手方向の幅：約１ｍｍ）の切り欠け部を設けた以外は比較例１と同様にして、正極板および負極板を作製した。得られた正極板と負極板を用い、比較例１と同様の方法で捲回型電極体を作製した。捲回型電極体の切り欠け部によりリードを挟み込むようにして、リードを超音波溶接により接続した。この時、比較例１よりも低い加圧条件で溶接に成功し、集電部の破断も発生しなかった。

（実施例２）
正極板および負極板に凸型集電部を形成した後に、それぞれの凸型集電部の中央（すなわち捲回後の折り曲げ部に相当する部分）に、縦に細長い長方形の切り欠け部（極板長手方向の幅：約１ｍｍ）を設け、さらにその先端部に直径３ｍｍのパンチ穴を形成することで、図４に示すような形状の切り欠け部を設けた以外は実施例１と同様にして、正極板および負極板を作製した。得られた正極板と負極板を用い、比較例１と同様の方法で捲回型電極体を作製した。捲回型電極体の切り欠け部によりリードを挟み込むようにして、リードを超音波溶接により接続した。この時、実施例１と同じ条件で溶接に成功し、集電部の破断も発生しなかった。

（実施例３）
正極板および負極板に凸型集電部を形成した後に、それぞれの凸型集電部の中央（すなわち捲回後の折り曲げ部に相当する部分）に、図５に示すように、実施例１と同じ切り欠け部および実施例２と同じ切り欠け部を交互に設けた以外は実施例１と同様にして、正極板および負極板を作製した。得られた正極板と負極板を用い、比較例１と同様の方法で捲回型電極体を作製した。捲回型電極体の切り欠け部によってリードを挟み込むようにして、リードを超音波溶接により接続した。この時、実施例１と同じ条件で溶接に成功し、集電部の破断も発生しなかった。

（実施例４）
正極板および負極板に凸型集電部を形成した後に、それぞれの凸型集電部の中央（すなわち捲回後の折り曲げ部に相当する部分）に、図６に示すような電極活物質層側に短辺を有する台形の切り欠け部を設けた以外は実施例１と同様にして、正極板および負極板を作製した。得られた正極板と負極板を用い、比較例１と同様の方法で捲回型電極体を作製した。捲回型電極体の切り欠け部によってリードを挟み込むようにして、リードを超音波溶接により接続した。この時、実施例１と同じ条件で溶接に成功し、集電部の破断も発生しなかった。

本発明は、エネルギー分野向けの二次電池、例えば、車載用途や一般家庭用の二次電池に有利に適用できる。

１０ ケース
１２ 電解液
１４ 捲回型電極体
１６Ａ，１６Ｂ 正極集電タブ
１８Ａ，１８Ｂ 負極集電タブ
２０ 正極リード
２２ 負極リード
２３ 樹脂フィルム
２６Ａ，２６Ｂ 正極集電部
２７，２９ 切断部
２８Ａ，２８Ｂ 負極集電部
３０ 正極板
３２ 負極板
３３ セパレータ

Claims (4)

1. 電池内に捲回して収納される帯状の極板であって、
   表面に電極活物質層が形成された帯状の電極部と、
   表面に電極活物質層が形成されておらず、前記電極部の幅方向端部から突出するように形成された複数の集電部と、を有し、
   前記電極部を捲回した状態で扁平形状に形成された電極体を構成した際に、前記電極群が折り曲げられている部分において前記集電部に切断部が形成されている、二次電池用極板。
2. 前記切断部の形状が、前記極板の幅方向に縦長の長方形であるか、または、前記長方形の下端に円形のパンチ穴を備えた形状であり、これらが単独または混合して形成されている、請求項１に記載の二次電池用極板。
3. 前記切断部の形状が、前記電極活物質層側に短辺を有する台形である、請求項１に記載の二次電池用極板。
4. それぞれ請求項１〜３のいずれか１項に記載の極板である帯状の正極板および負極板を、帯状のセパレータを介して捲回して扁平形状に形成された電極体と、
   前記電極体および電解液を内部に収納したケースと、
   前記正極板の前記複数の集電部が積層して形成された正極集電タブに接続され、前記ケースの外部に突出した正極リードと、
   前記負極板の前記複数の集電部が積層して形成された負極集電タブに接続され、前記ケースの外部に突出した負極リードと、を備え、
   前記正極リードの両面それぞれに前記正極集電タブが対向し、前記負極リードの両面それぞれに前記負極集電タブが対向している、二次電池。

Images