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JP2015041589A - 非水電解液電池およびその製造方法 - Google Patents

非水電解液電池およびその製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】絶縁フィルムの銅害による劣化が抑制された非水電解液二次電池を提供する。
【解決手段】本発明により提供される非水電解液電池は、正極および負極６０を備える扁平形状の電極体８０と、電極体８０を非水電解液とともに収容する角型の電池ケース３０と、電池ケース３０内に配置され、電極体８０の負極６０に接続された負極集電端子９４とを備える。負極集電端子９４は、銅または銅合金を主体として構成されている。電池ケース３０の内壁３０ａと電極体８０との間には該電池ケース３０と電極体８０とを隔離する絶縁フィルム１０が配置されている。絶縁フィルム１０は、電池ケース３０の内壁３０ａに接合されているとともに、負極集電端子９４に該フィルム１０が接触しないように配置されている。
【選択図】図５

Description

本発明は、非水電解液を備えた電池（非水電解液電池）およびその製造方法に関する。
リチウムイオン二次電池その他の非水電解液二次電池は、車両搭載用電源あるいはパソコンや携帯端末等の電源として重要性が高まっている。特に、軽量で高エネルギー密度が得られるリチウムイオン二次電池は、車両搭載用高出力電源として好ましく用いられている。この種の電池においては、シート状正極とシート状負極をセパレータと共に積層し捲回させた捲回電極体を備えた電池構造が知られている。また、電池ケースとしては物理的強度が大きいという観点から金属製のケースが使用されており、この場合には電池ケースと電極体とを絶縁するために、典型的には電極体を絶縁性フィルムで包装することが行われている。例えば特許文献１には、電極体と電池ケースとを備えた電池において、電極体と電池ケースとの間に絶縁フィルムを配置することが記載されている。
特開２００９−０２６７０４号公報
ところで、この種の電池においては、正極集電体及び負極集電体（例えば箔状の集電体）それぞれの端部に形成された活物質未塗工部に正極集電端子及び負極集電端子が接合されている。例えば、正極集電端子はアルミニウムで形成され、負極集電端子は銅で形成されている。かかる形態について、本発明者は、絶縁フィルムと負極集電端子とが電池ケース内で接触すると、絶縁フィルムが負極集電端子の銅害の影響を受けて、性能劣化が生じる事象を見出した。電池ケースと電極体とを絶縁性を確保すべく、絶縁フィルムの銅害による劣化をできる限り少なく抑えたい。本発明は上記課題を解決するものである。
本発明によって提供される非水電解液電池は、正極および負極を備える扁平形状の電極体と、前記電極体を非水電解液とともに収容する角型の電池ケースと、前記電池ケース内に配置され、前記電極体の負極に接続された負極集電端子とを備える。前記負極集電端子は、銅または銅合金を主体として構成されている。前記電池ケースの内壁と前記電極体との間には該電池ケースと電極体とを隔離する絶縁フィルムが配置されている。そして、前記絶縁フィルムは、前記電池ケースの内壁に溶接されているとともに、前記負極集電端子に該フィルムが接触しないように配置されている。
かかる構成によると、絶縁フィルムが電池ケースの内壁に固定されるため、絶縁フィルムと負極集電端子とが干渉するような事態が生じ難い。そのため、絶縁フィルムと負極集電端子とが干渉することに起因して、性能劣化（例えば絶縁フィルムの銅害による性能劣化）が生じる事象が緩和される。したがって、より高品質な電池を提供することができる。
ここで開示される非水電解液電池のある好適な一態様において、前記絶縁フィルムは、前記電池ケースの内壁に溶接され、かつ、前記電極体に溶接されていない。かかる構成によると、絶縁フィルムと負極集電端子との干渉をより確実に防止することができる。
ここで開示される非水電解液電池のある好適な一態様において、前記電池ケースは、ケース本体と、該ケース本体の開口を塞ぐ蓋体とを備える。また、前記ケース本体は、前記電極体の扁平面に対向する一対の幅広面と、該幅広面に隣接する一対の幅狭面とを有する。そして、前記絶縁フィルムは、前記ケース本体のうち、前記幅広面の内壁に接合され、かつ、前記幅狭面の内壁に接合されていない。かかる構成によると、絶縁フィルムと負極集電端子との干渉を簡便かつ有効に防止することができる。
ここで開示される非水電解液電池のある好適な一態様において、前記電極体は、長尺な正極集電体上に正極活物質層を備える正極シートと、長尺な負極集電体上に負極活物質層を備える負極シートと、前記正極シートと前記負極シートとの間に介在するセパレータとが重ね合わされて捲回された扁平形状の捲回電極体である。前記捲回電極体の捲回軸の方向において、前記負極集電体は、該負極集電体の一方の端部に前記負極活物質層が形成されていない負極活物質層非形成部分を有する。前記負極活物質層非形成部分は、前記捲回電極体の厚さ方向に圧縮されて薄肉となった薄肉部と、該薄肉部との比較において相対的に厚肉である厚肉部とから構成されている。そして、前記負極集電端子は、前記薄肉部に溶接される平坦部と、前記厚肉部の外形に沿うように前記平坦部から曲げられて延びた延在部とを有する。上記構成の負極集電端子は延在部と絶縁フィルムとが干渉しがちであるところ、本発明によると、絶縁フィルムが電池ケースの内壁に接合されているので、絶縁フィルムと負極集電端子との干渉を確実に防止することができる。
また本発明は、他の側面として非水電解液電池の製造方法を提供する。即ち、ここで開示される何れかの非水電解液電池を製造する方法である。この製造方法は、角型の電池ケースに扁平形状の電極体を収容するとともに、該電池ケースの内壁と該電極体との間に絶縁フィルムを配置する工程αを包含する（配置工程α）。また、前記工程αの後、前記絶縁フィルムと前記電池ケースの内壁とを接合する工程βを包含する（接合工程β）。さらに、前記工程βの後、前記電池ケースに非水電解液を注液する工程γを包含する（注液工程γ）。ここで前記工程βは、前記電池ケースの外面に拘束荷重を加えつつ、該電池ケースを加熱することにより行われる。かかる構成によると、絶縁フィルムを用いることによる効果を損なうことなく、絶縁フィルムと電池ケースとを接合することができる。
ここで開示される非水電解液電池製造方法のある好適な一態様において、前記工程βは、前記電池ケースに加える拘束荷重が１ｋＮまたはそれ以上となるように行われる。このようなレベルの荷重であると、電池ケースと絶縁フィルムとを確実に接合することができる。また、前記工程βは、前記電池ケースの加熱温度が１００℃以上、加熱時間が少なくとも３０分（例えば１時間以上）となるように行われる。このような加熱温度および加熱時間であると、電池ケースと絶縁フィルムとを確実に接合することができる。
リチウムイオン二次電池の構成を模式的に示す分解斜視図である。 リチウムイオン二次電池の構成を模式的に示す図である。 リチウムイオン二次電池の捲回電極体を示す図である。 図３中のＩＶ−ＩＶ断面を示す断面図である。 捲回電極体の負極活物質層非形成部と負極集電端子との溶接箇所を示す側面図である。 捲回電極体の負極活物質層非形成部と負極集電端子との溶接箇所を示す側面図である。 絶縁フィルムと電池ケースとの接合工程を示す図である。 組電池を示す斜視図である。
以下、図面を参照しながら、本発明による実施の形態を説明する。以下の図面においては、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付して説明している。また、各図における寸法関係（長さ、幅、厚さ等）は実際の寸法関係を反映するものではない。
なお、本明細書において「二次電池」とは、繰り返し充放電可能な蓄電デバイス一般をいい、リチウムイオン二次電池等のいわゆる蓄電池ならびに電気二重層キャパシタ等の蓄電素子を包含する用語である。また、「非水電解液二次電池」とは、非水電解液（典型的には、非水溶媒中に支持塩（支持電解質）を含む電解液）を備えた電池をいう。また、「リチウムイオン二次電池」とは、電解質イオンとしてリチウムイオンを利用し、正負極間のリチウムイオンの移動により充放電する二次電池をいう。また、電極活物質とは、電荷担体となる化学種（リチウムイオン二次電池ではリチウムイオン）を可逆的に吸蔵および放出し得る材料をいう。以下、角型リチウムイオン二次電池を例にして本発明の電池の構造について詳細に説明するが、本発明をかかる実施形態に記載されたものに限定することを意図したものではない。
図１は本実施形態に係るリチウムイオン二次電池１００の構成を模式的に示す分解斜視図である。図２は、リチウムイオン二次電池１００を示している。このリチウムイオン二次電池１００は、図１および図２に示すように、電極体８０と電池ケース３０と絶縁フィルム１０とを備えている。本実施形態の電極体８０は、所定の電池構成材料（正負極それぞれの活物質、正負極それぞれの集電体、セパレータ等）から構成されている。ここでは電極体８０として後述する扁平形状の捲回電極体８０が用いられている。
図３は、捲回電極体８０を示す図である。図４は、図３中のＩＶ−ＩＶ断面を示している。捲回電極体８０は、図３に示すように、正極シート５０、負極シート６０およびセパレータ７０、７２を有している。正極シート５０、負極シート６０およびセパレータ７０、７２は、それぞれ帯状のシート材である。
≪正極シート５０≫
正極シート５０は、図３に示すように、帯状の正極集電体５２（正極芯材）を有している。正極集電体５２には、例えば、正極に適する金属箔が好適に使用され得る。この正極集電体５２には、所定の幅を有する帯状のアルミニウム箔が用いられている。また、正極シート５０は、正極活物質層非形成部分（未塗工部）５３と正極活物質層５４とを有している。正極活物質層非形成部分５３は正極集電体５２の幅方向片側の縁部に沿って設定されている。正極活物質層５４は、正極活物質を含む層である。正極活物質層５４は、正極集電体５２に設定された正極活物質層非形成部分５３を除いて、正極集電体５２の両面に形成されている。
≪負極シート６０≫
負極シート６０は、図３に示すように、帯状の負極集電体６２（負極芯材）を有している。負極集電体６２には、例えば、負極に適する金属箔が好適に使用され得る。この負極集電体６２には、所定の幅を有する帯状の銅箔が用いられている。また、負極シート６０は、負極活物質層非形成部分（未塗工部）６３と負極活物質層６４とを有している。負極活物質層非形成部分６３は負極集電体６２の幅方向片側の縁部に沿って設定されている。負極活物質層６４は、負極活物質を含む層である。負極活物質層６４は、負極集電体６２に設定された負極活物質層非形成部分６３を除いて、負極集電体６２の両面に形成されている。
≪セパレータ７０、７２≫
セパレータ７０、７２は、正極シート５０と負極シート６０とを隔てる部材である。この例では、セパレータ７０、７２は、微小な孔を複数有する所定幅の帯状のシート材で構成されている。セパレータ７０、７２には、例えば、多孔質ポリオレフィン系樹脂で構成された単層構造のセパレータや積層構造のセパレータがある。
≪捲回電極体８０≫
捲回電極体８０は、正極活物質層５４と負極活物質層６４との間にセパレータ７０、７２を介在させつつ、正極シート５０と負極シート６０とを重ね、かつ、捲回した電極体である。この実施形態では、図３および図４に示すように、負極活物質層６４の幅ｂ１は正極活物質層５４の幅ａ１よりも少し広い。さらにセパレータ７０、７２の幅ｃ１、ｃ２は、負極活物質層６４の幅ｂ１よりも少し広い（ｃ１、ｃ２＞ｂ１＞ａ１）。正極シート５０と負極シート６０とセパレータ７０、７２は、長さ方向を揃えて、正極シート５０、セパレータ７０、負極シート６０、セパレータ７２の順で重ねられている。さらに、正極シート５０の正極活物質層非形成部分（未塗工部）５３と負極シート６０の負極活物質層非形成部分（未塗工部）６３とは、セパレータ７０、７２の幅方向において互いに反対側にはみ出るように重ねられている。重ねられたシート材は、幅方向に設定された捲回軸周りに捲回されている。この実施形態では、正極シート５０、負極シート６０および２枚のセパレータ７０、７２を重ね合わせ、扁平形状（典型的には断面が長円渦巻形状）の捲回電極体８０を形成した後、それらシートのうちの最も外周に配置されるシート（ここでは一方のセパレータ７２）の終端部７２Ｅ（図３）を当該捲回体８０の外面に接着用テープ材７６（図５）で固定する。これにより、当該捲回電極体８０の解れを防止し、良好な捲回状態を維持することができる。この例では、テープ材７６（図５）は、捲回電極体８０の扁平面８０ａに固定されている。
≪電池ケース３０≫
本実施形態の電池ケース３０は、図２に示すように、内部空間が電極体８０に対応する箱状となるように形成された、角部が計８か所あるいわゆる角型（典型的には直方体形状）の電池ケースである、電池ケース３０は、ケース本体３２と、蓋体３４とを備えている。ケース本体３２は、有底四角筒状を有しており、一側面（上面）が開口した扁平な箱型の容器である。蓋体３４は、当該ケース本体３２の開口（上面の開口）に取り付けられて当該開口を塞ぐ部材である。ケース本体３２は、その上部の開口を介して電極体８０および絶縁フィルム１０を収容することができる。ケース本体３２は、ケース内に収容される捲回電極体８０の扁平面に対向する一対の幅広面３６（図１）と、幅広面３６に隣接する一対の幅狭面３８と、底面３９とから構成されている。電池ケース３０の材質は、高強度であり軽量で熱伝導性が良い金属製材料が好ましく、このような金属製材料として、例えば、アルミニウム、ステンレス鋼、ニッケルめっき鋼などが挙げられる。
この電池ケース３０は、捲回電極体８０を収容する空間として、扁平な矩形の内部空間を有している。また、図１および図２に示すように、当該電池ケース３０の扁平な内部空間は、捲回電極体８０よりも横幅が少し広い。この実施形態では、電池ケース３０の内部空間には、捲回電極体８０が収容されている。捲回電極体８０は、捲回軸に直交する一の方向において扁平に変形させられた状態で電池ケース３０に収容されている。また、電池ケース３０の蓋体３４には、正極端子４２および負極端子４４が取り付けられている。正極端子４２および負極端子４４は、電池ケース３０（蓋体３４）を貫通して電池ケース３０の外部に出ている。また、蓋体３４には安全弁３５が設けられている。
捲回電極体８０は、電池ケース３０（この例では、蓋体３４）に取り付けられた正極端子４２および負極端子４４に取り付けられている。捲回電極体８０は、捲回軸に直交する一の方向において扁平に押し曲げられた状態で電池ケース３０に収納されている。また、捲回電極体８０は、セパレータ７０、７２の幅方向において、正極シート５０の正極活物質層非形成部分（未塗工部）５３と負極シート６０の負極活物質層非形成部分（未塗工部）６３とが互いに反対側にはみ出ている。
≪正極集電端子９２および負極集電端子９４≫
このうち、正極活物質層非形成部分５３には正極集電端子９２が付設されており、上述の正極端子４２と接続されている。正極集電端子９２は、例えばアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる。この例では、図２に示すように、正極集電端子９２は、捲回電極体８０の正極活物質層非形成部分５３の中央部に延びている。当該正極集電端子９２の先端部は、正極活物質層非形成部分５３の中央部に溶接（ここでは溶接）されている。また、負極活物質層非形成部分６３には負極集電端子９４が付設されており、上述の負極端子４４と接続されている。負極集電端子９４は、例えば銅または銅合金からなる。負極集電端子９４は、捲回電極体８０の負極活物質層非形成部分６３の中央部に延びている。当該負極集電端子９４の先端部は、負極活物質層非形成部分６３の中央部に接合（ここでは溶接）されている。図５は、捲回電極体８０の負極活物質層非形成部分６３と負極集電端子９４との溶接箇所を示す側面図である。
セパレータ７０、７２の両側において、正極集電体５２の正極活物質層非形成部分５３および負極集電体６２の負極活物質層非形成部分６３はらせん状に露出している。図５に示すように、負極集電体６２の負極活物質層非形成部分６３は、捲回電極体８０の厚さ方向に圧縮されて（寄せ集められて）薄肉となった薄肉部６３ａと、該薄肉部６３ａとの比較において相対的に厚肉である厚肉部６３ｂとを有している。また、負極集電端子９４は、薄肉部６３ａに溶接される平坦部９４ａと、厚肉部６３ｂの外形に沿うように平坦部９４ａから曲げられて延びた延在部９４ｂとを有している。負極集電端子９４は、延在部９４ｂの上端が負極端子４４の下面と接続されている。また、負極集電端子９４は、側面視において、電極体８０の扁平面８０ａよりもケース内側に位置するように配置されている。負極集電端子９４と負極集電体６２の接合には、例えば、抵抗溶接が用いられる。また、正極集電端子９２と正極集電体５２との接合には、例えば、超音波溶接が用いられる。
≪絶縁フィルム１０≫
電極体８０と電池ケース３０との間には、当該電極体８０と電池ケース３０とを隔離する絶縁フィルム１０が配置されている。かかる絶縁フィルム１０によって、発電要素である電極体８０と電池ケース３０との直接的な接触が回避され、電極体８０と電池ケース３０との絶縁を確保することができる。絶縁フィルムの材質は、絶縁部材として機能し得る材料で構成されていればよく、例えば、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）などの樹脂材料を好適に使用することができる。また、絶縁フィルム１０の厚みは概ね１００μｍ程度であればよいが、電池１００の構成条件等にあわせて適宜変更することができる。この実施形態では、絶縁フィルム１０は、電極体８０を囲む袋状に形成されている。詳細には、絶縁フィルム１０は、上端側が開口した有底の袋状であり、上端開口を介して電極体８０がその内部に収容されている。そして、内部に電極体８０を収容した状態で、ケース本体３２に収容されている。
絶縁フィルム１０は、電池ケース３０の内壁３０ａに接合されている。ここで接合とは、絶縁フィルム１０と電池ケース３０とが離れないように相互に結合されることを指し、例えば熱圧着などの溶接や接着材を用いた接合などを全て含むものとする。この実施形態では、絶縁フィルム１０は、電池ケース３０の内壁３０ａに溶接され、かつ、電極体８０に溶接されていない。また、絶縁フィルム１０は、ケース本体３２のうち、幅広面３６の内壁３０ａに接合され、かつ、幅狭面３８の内壁に接合されていない。つまり、絶縁フィルム１０は、ケース本体３２のうち、電極体８０の扁平面８０ａに対向する幅広面３６の内壁３０ａにのみ接合されている。
かかる構成の絶縁フィルム１０を用いることにより、絶縁フィルム１０と負極集電端子９４とが干渉することに起因して、性能劣化（例えば絶縁フィルム１０の銅害による性能劣化）が生じる事象が緩和される。すなわち、図５に示すように、ここで開示される技術では、負極集電体６２の負極活物質層非形成部分６３は、捲回電極体８０の厚さ方向に寄せ集められて薄肉となった薄肉部６３ａと、該薄肉部６３ａとの比較において相対的に厚肉である厚肉部６３ａとから構成されている。また、負極集電端子９４は、負極活物質層非形成部分６３の薄肉部６３ａに接合される平坦部９４ａと、厚肉部６３ｂの外形に沿うように平坦部９４ａから曲げられて延びた延在部９４ｂとを有している。かかる形態の電池において、図６に示すように、絶縁フィルム１０が電池ケース３０の内壁３０ａに接合されていない場合、絶縁フィルム１０が負極集電端子９４の延在部９４ｂに干渉する可能性がある。絶縁フィルム１０が負極集電端子９４の延在部９４ｂに干渉すると、絶縁フィルム１０が負極集電端子９４の銅害の影響を受けて、性能劣化が生じる虞がある。すなわち、電池ケース３０と電極体８０との絶縁性を確保できないという問題が生じ得る。
これに対して、本構成によると、図５に示すように、絶縁フィルム１０が電池ケース３０の内壁（この例ではケース幅広面３６の内壁）３０ａに接合されている。かかる構成によると、絶縁フィルム１０が電池ケース３０の内壁３０ａに固定されるため、絶縁フィルム１０と負極集電端子９４とが干渉するような事態が生じ難い。そのため、絶縁フィルム１０と負極集電端子９４とが干渉することに起因して、性能劣化（例えば絶縁フィルム１０の銅害による性能劣化）が生じる事象が緩和される。したがって、より高品質な電池１００を提供することができる。
この場合、絶縁フィルム１０は、少なくとも負極集電端子９４の延在部９４ｂに対向する領域が電池ケース３０の内壁３０ａに接合されているとよい。これにより、絶縁フィルム１０と負極集電端子９４との干渉を確実に防止することができる。また好ましくは、絶縁フィルム１０は、負極集電体６２の負極活物質層非形成部分６３に対向する領域が電池ケース３０の内壁３０ａに接合されている。絶縁フィルム１０と負極集電体６２の負極活物質層非形成部分６３とが接触した場合にも絶縁フィルム１０の銅害による性能劣化が生じ得るが、上記構成によれば、絶縁フィルム１０と負極活物質層非形成部分６３とが干渉するような事態が生じ難い。そのため、絶縁フィルム１０と負極活物質層非形成部分６３とが干渉することに起因して、性能劣化が生じる事象が緩和される。また好ましくは、絶縁フィルム１０は、電極体８０の扁平面８０ａに対向する領域が電池ケース３０の内壁３０ａに接合されている。かかる態様の電池では、上述した効果が特によく発揮され得る。
≪電池の製造方法≫
かかる構成のリチウムイオン二次電池１００は、例えば概ね以下の手順で好適に製造（構築）することができる。
≪配置工程α≫
まず、上述した構成の角型の電池ケース３０に扁平形状の電極体８０を収容するとともに、該電池ケース３０の内壁３０ａと該電極体８０との間に絶縁フィルム１０を配置する（配置工程α）。この実施形態では、上端開口を介して電極体８０を袋状絶縁フィルム１０の内部に収容する。そして、内部に電極体８０を収容した状態で、袋状絶縁フィルム１０をケース本体３２の扁平な内部空間に収容する。袋状絶縁フィルム１０および捲回電極体８０をケース本体３２に収容した後、該ケース本体３２の上部開口を蓋体３４によって塞ぐ。そして、蓋体３４とケース本体３２の合わせ目３２ａ（図２参照）を、レーザ溶接によって封止する。使用するレーザ光としては、ＹＡＧレーザ、ファイバーレーザ、炭酸ガスレーザ、ＤＯＥレーザ、ＬＤレーザ等を適宜採用することができる。
≪接合工程β≫
このようにして、絶縁フィルム１０および捲回電極体８０を電池ケース３０内に収容したら、次いで、絶縁フィルム１０と電池ケース３０の内壁３０ａとを接合する（接合工程β）。この実施形態では、接合工程βは、電池ケース３０の外面（ここではケース幅広面３６）に荷重を加えつつ、該電池ケース３０を加熱することにより行われる。この実施形態では、図７に示すように、電池ケース３０の幅広面３６の外側に一対の拘束板２０Ａ、２０Ｂを配置する。また、当該一対の拘束板２０Ａ、２０Ｂを架橋するように締付け用ビーム材（図示せず）を取り付ける。そして、ビーム材の端部をビス等により拘束板２０Ａ、２０Ｂに締め付けることによって上記電池ケース３０をその厚み方向に所定の荷重Ｐが加わるように拘束する。そして、拘束状態を維持したまま、例えば１００℃以上の恒温層内で放置する。
ここで接合工程βは、電池ケース３０の幅広面３６に加える荷重Ｐが１ｋＮ以上となるように行われるとよい。上記拘束荷重Ｐとしては、使用する電池ケース３０や絶縁フィルム１０の材質等によっても異なり得るが、概ね１ｋＮ以上（例えば１ｋＮ〜５ｋＮ）が適当であり、好ましくは１．５ｋＮ以上（例えば１．５ｋＮ〜３ｋＮ）である。また、接合工程βは、電池ケース３０の加熱温度が１００℃以上、加熱時間が少なくとも１時間となるように行われるとよい。上記加熱温度としては、使用する電池ケース３０や絶縁フィルム１０の材質等によっても異なり得るが、概ね１００℃以上（例えば１００℃〜１３０℃）が適当であり、好ましくは１００℃〜１１０℃である。上記加熱時間としては、概ね３０分以上（例えば３０分〜５時間）、例えば１時間以上（例えば１時間〜５時間）が適当であり、好ましくは３０分〜３時間、例えば１時間〜３時間である。このような拘束荷重、加熱温度および加熱時間の範囲内であると、絶縁フィルム１０と電池ケース３０とを適切に接合することができる。
なお、上記接合工程βは、従来の電池製造過程で行われていたセル乾燥工程を兼ねることができる。すなわち、正極、負極、セパレータなどの電池内部に水分が含まれていると、この水分が電気分解されて副生成物を生ずる虞があるため、一般にリチウムイオン二次電池を製造するに際しては、電池内部の構成物を予め加熱などの手段により乾燥して水分を除去する必要がある。これに対し、上記構成によれば、接合工程βにおいて電池ケース３０を拘束しつつ加熱するので、その加熱時の熱により電池内部に含まれている水分を乾燥して除去することができる。そのため、従来の電池製造過程で行われていたセル乾燥工程と兼用して接合工程βを実施することができ、接合工程βを実施することによってもたらされる生産性の低下を抑えることができる。この点からも技術的価値が高い。
≪注液工程γ≫
このようにして、絶縁フィルム１０と電池ケース３０とを接合したら、次いで、電池ケース３０に非水電解液を注液する（注液工程γ）。この実施形態では、蓋体３４に設けられた注液孔から電池ケース３０内に電解液を注入する。電解液は、この例では、エチレンカーボネートとジエチルカーボネートとの混合溶媒（例えば、体積比１：１程度の混合溶媒）にＬｉＰＦ６を約１ｍｏｌ／リットルの濃度で含有させた電解液が用いられている。その後、注液孔に金属製の封止キャップを取り付けて（例えば溶接して）電池ケース３０を封止する。このようにして、リチウムイオン二次電池１００を製造（構築）することができる。
ここで、前述のような樹脂からなる絶縁フィルム１０は、耐熱性および機械的強度が低くなる傾向にある。そのため、絶縁フィルム１０を電池ケース３０の内壁３０ａにあらかじめ接合しておく（あるいはケース内壁３０ａにあらかじめ絶縁被膜等を形成しておく）と、蓋体３４とケース本体３２との合わせ目３２ａにレーザを照射して溶接した際に、入熱によって絶縁フィルム１０が加熱され、絶縁フィルム１０が溶解して絶縁不良が発生したり、絶縁フィルム１０の溶解時に生じたガスによって溶接部にボイド（微小な気泡）が混入して溶接不良が発生したりする不都合が生じる虞がある。これに対して、本構成によると、蓋体３４とケース本体３２との合わせ目３２ａにレーザを照射して溶接した後、絶縁フィルム１０と電池ケース３０を接合（ここでは熱圧着による溶接）するので、絶縁フィルム１０を用いることによる効果を損なうことなく、絶縁フィルム１０と電池ケース３０とを接合することができる。
なお、上記構成の捲回電極体８０を構成する材料自体は、従来のリチウムイオン二次電池の電極体と同様でよく、特に制限はない。
例えば、図３および図４に示すように、正極活物質層５４には、正極活物質や導電材やバインダが含まれている。正極活物質には、リチウムイオン二次電池の正極活物質として用いられる物質を使用することができる。正極活物質例を挙げると、ＬｉＮｉＣｏＭｎＯ２（リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物）、ＬｉＮｉＯ２(ニッケル酸リチウム)、ＬｉＣｏＯ２(コバルト酸リチウム)、ＬｉＭｎ２Ｏ４(マンガン酸リチウム)、ＬｉＦｅＰＯ４(リン酸鉄リチウム)などのリチウム遷移金属酸化物が挙げられる。
導電材としては、例えば、カーボン粉末やカーボンファイバーなどのカーボン材料が例示される。このような導電材から選択される一種を単独で用いてもよく二種以上を併用してもよい。
また、バインダは、正極活物質や導電材の各粒子を結着させたり、これらの各粒子と正極集電体５２とを結着させたりする。かかるバインダとしては、使用する溶媒に溶解または分散可溶なポリマーを用いることができる。例えば、水性溶媒を用いた正極合剤組成物においては、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、酢酸ビニル共重合体やスチレンブタジエン共重合体（ＳＢＲ）などの水溶性または水分散性ポリマーを好ましく採用することができる。また、非水溶媒を用いた正極合剤組成物においては、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）などのポリマーを好ましく採用することができる。
正極活物質層５４は、例えば、上述した正極活物質や導電材を溶媒にペースト状（スラリ状）に混ぜ合わせた正極合剤を作成し、正極集電体５２に塗布し、乾燥させ、圧延することによって形成されている。この際、溶媒としては、水性溶媒および非水溶媒の何れも使用可能である。非水溶媒の好適な例としてＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）が挙げられる。
負極活物質層６４には、負極活物質や増粘剤やバインダなどが含まれている。負極活物質としては、従来からリチウムイオン二次電池に用いられる物質の一種または二種以上を特に限定なく使用することができる。好適例として、グラファイトカーボンなどの炭素系材料が挙げられる。そして正極と同様、かかる負極活物質を、ＰＶＤＦ、ＳＢＲ、ＰＴＦＥ、ＣＭＣ等のバインダとともに適当な分散媒体に分散させて混練することによって、負極合剤を調製することができる。負極活物質層６４は、この負極合剤を負極集電体６２に塗布し、乾燥させ、予め定められた厚さにプレスすることによって形成されている。
≪組電池≫
次に、かかる構成のリチウムイオン二次電池１００を単電池とし、該単電池を複数備えてなる組電池の一構成例を説明する。この組電池２００は、図８に示すように、複数個（（図では４個、例えば１０個以上、好ましくは１０〜３０個程度、例えば２０個）のリチウムイオン二次電池（単電池）１００を、それぞれの正極端子４２および負極端子４４が交互に配置されるように一つずつ反転させつつ、電池ケース３０の幅広面３６（図１）が対向する方向（積層方向）に配列されている。当該配列された単電池１００間には、所定形状の冷却板１１０が挟み込まれている。この冷却板は、使用時に各単電池１００内で発生する熱を効率よく放散させるための放熱部材として機能するものであって、単電池１００間に冷却用流体（典型的には空気）を導入可能な形状（例えば、長方形状の冷却板の一辺から垂直に延びて対向する辺に至る複数の平行な溝が表面に設けられた形状）を有する。熱伝導性の良い金属製もしくは軽量で硬質なポリプロピレンその他の合成樹脂製の冷却板が好適である。
上記配列させた単電池１００および冷却板１１０の両端には、一対のエンドプレート（拘束板）１２０が配置されている。上記配列された単電池１００および冷却板１１０は、両エンドプレート１２０の間を架橋するように取り付けられた締め付け用の拘束バンド１３０によって、規定の拘束荷重（面圧）が加わるように拘束されている。そして、隣接する単電池１００間において、一方の正極端子４２と他方の負極端子４４とが、接続部材（バスバー）１４０によって電気的に接続されている。
本実施形態に係る組電池２００では、図１〜図５に示されるように、いずれの単電池１００においても、絶縁フィルム１０が電池ケース３０の内壁３０ａに接合されている。そのため、該リチウムイオン二次電池１００を用いて組電池２００を構築する際に、各単電池１００内において絶縁フィルム１０の位置ズレが生じ難い。そのため、いずれの単電池１００においても、電極体８０と電池ケース３０間の絶縁性を確実に確保することができる。また、組電池２００を構築した後、修理等で１または２以上の単電池１００を交換する場合でも、該単電池１００内において絶縁フィルム１０の位置ズレが生じ難い。そのため、電極体８０と電池ケース３０間の絶縁性を確実に確保することができる。
本実施形態に係る組電池２００では、図３および図５に示されるように、いずれの単電池１００においても、正極シート５０、負極シート６０および２枚のセパレータ７０、７２を重ね合わせ、扁平形状の捲回電極体８０を形成した後、それらシートのうちの最も外周に配置されるシート（ここでは一方のセパレータ７２）の終端部７２Ｅが捲回体８０の外面に接着用テープ材７６で固定されている。そして、当該テープ材７６は、いずれの単電池１００においても、上記拘束荷重を受ける部位、具体的には電池ケース３０の幅広面３６に対応する捲回電極体８０の扁平面８０ａに配置されている。
このようにテープ材７６を捲回電極体８０の扁平面８０ａに配置すると、捲回電極体８０の外表面部において段差を形成する原因となり得る。かかる段差が捲回電極体８０における上記拘束荷重を実質的に受けている部位に形成されると、拘束荷重によって捲回電極体が受ける圧力（面圧）が当該段差部分（即ちテープ材が存在する部分）とその周囲の部分との間で異なり得る。かかる荷重圧（面圧）の不均一さは、即ち捲回電極体８０内部での圧力のかかり具合に不均一を生じさせ、延いては捲回電極体８０内部において電解質等の電池構成成分の分布を不均一にさせて結果的に当該単電池のサイクル特性（充放電を繰り返すことに伴う容量変化に関する性質）を悪化させる虞がある。
これに対して、本実施形態に係る組電池２００では、図７に示すように、いずれの単電池１００においても、前述した接合工程βにおいて、電池ケース３０の幅広面３６に荷重を加えながら電池ケース３０を加熱している。そして、かかる接合時の荷重により、図５に示すように、絶縁フィルム１０は、接合時にテープ材７６と接触した部位が部分的に圧縮され、局所的に薄い薄肉凹部１０ａが形成されている。この薄肉凹部１０ａにテープ材７６が嵌入することで、組電池構築時の拘束荷重（面圧）の不均一さを防止することができる。従って、本構成の組電池２００では、各単電池１００における捲回電極体８０（扁平面８０ａ）にかかる拘束荷重圧（面圧）を均一化することができるため、拘束荷重（面圧）の不均一さによる不具合が生じず、サイクル特性、出力特性に優れ、長寿命を実現することができる。
以上、本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池を説明したが、本発明に係る二次電池は、上述した何れの実施形態にも限定されず、種々の変更が可能である。
上述したように、本発明は電池（例えば、リチウムイオン二次電池）の性能向上に寄与し得る。本発明は、ハイブリッド車や、電気自動車の駆動用電池など車両駆動電源用のリチウムイオン二次電池に好適である。すなわち、リチウムイオン二次電池は、例えば、自動車などの車両のモータ（電動機）を駆動させる車両駆動用電源として好適に利用され得る。車両駆動用電源は、複数の二次電池を組み合わせた組電池としてもよい。
１０ 絶縁フィルム
３０ 電池ケース
３２ ケース本体
３４ 蓋体
４２ 正極端子
４４ 負極端子
５０ 正極シート
５２ 正極集電体
５３ 正極活物質層非形成部分
５４ 正極活物質層
６０ 負極シート
６２ 負極集電体
６３ 負極活物質層非形成部分
６３ａ 薄肉部
６３ｂ 厚肉部
６４ 負極活物質層
７０、７２ セパレータ
７６ 接着用テープ材
８０ 捲回電極体
９２ 正極集電端子
９４ 負極集電端子
９４ａ 平坦部
９４ｂ 延在部
１００ リチウムイオン二次電池

Claims (7)

  1. 正極および負極を備える扁平形状の電極体と、
    前記電極体を非水電解液とともに収容する角型の電池ケースと、
    前記電池ケース内に配置され、前記電極体の負極に接続された負極集電端子と
    を備え、
    前記負極集電端子は、銅または銅合金を主体として構成されており、
    前記電池ケースの内壁と前記電極体との間には該電池ケースと電極体とを隔離する絶縁フィルムが配置されており、
    前記絶縁フィルムは、前記電池ケースの内壁に接合されているとともに、前記負極集電端子に該フィルムが接触しないように配置されている、非水電解液電池。
  2. 前記絶縁フィルムは、前記電池ケースの内壁に接合され、かつ、前記電極体に接合されていない、請求項１に記載の非水電解液電池。
  3. 前記電池ケースは、ケース本体と、該ケース本体の開口を塞ぐ蓋体とを備え、
    前記ケース本体は、前記電極体の扁平面に対向する一対の幅広面と、該幅広面に隣接する一対の幅狭面とを有し、
    前記絶縁フィルムは、前記ケース本体のうち、前記幅広面の内壁に接合され、かつ、前記幅狭面の内壁に接合されていない、請求項１または２に記載の非水電解液電池。
  4. 前記電極体は、長尺な正極集電体上に正極活物質層を備える正極シートと、長尺な負極集電体上に負極活物質層を備える負極シートと、前記正極シートと前記負極シートとの間に介在するセパレータとが重ね合わされて捲回された扁平形状の捲回電極体であり、
    前記捲回電極体の捲回軸の方向において、前記負極集電体は、該負極集電体の一方の端部に前記負極活物質層が形成されていない負極活物質層非形成部分を有し、
    前記負極活物質層非形成部分は、前記捲回電極体の厚さ方向に圧縮されて薄肉となった薄肉部と、該薄肉部との比較において相対的に厚肉である厚肉部とから構成されており、
    前記負極集電端子は、前記薄肉部に溶接される平坦部と、前記厚肉部の外形に沿うように前記平坦部から曲げられて延びた延在部とを有する、請求項１〜３の何れか一つに記載の非水電解液電池。
  5. 請求項１〜４の何れか一つに記載の非水電解液電池を製造する方法であって、
    角型の電池ケースに扁平形状の電極体を収容するとともに、該電池ケースの内壁と該電極体との間に絶縁フィルムを配置する工程αと、
    前記工程αの後、前記絶縁フィルムと前記電池ケースの内壁とを接合する工程βと、
    前記工程βの後、前記電池ケースに非水電解液を注液する工程γと
    を包含し、
    ここで前記工程βは、前記電池ケースの外面に拘束荷重を加えつつ、該電池ケースを加熱することにより行われる、非水電解液電池の製造方法。
  6. 前記工程βは、前記電池ケースに加える拘束荷重が１ｋＮまたはそれ以上となるように行われる、請求項５に記載の製造方法。
  7. 前記工程βは、前記電池ケースの加熱温度が１００℃以上、加熱時間が少なくとも３０分となるように行われる、請求項５または６に記載の製造方法。
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