JP2018125110A - 二次電池 - Google Patents
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Abstract
【課題】内部短絡につながる、超音波接合時に発生する金属異物の発塵抑制と電極合剤層内への進入遮断が可能となる二次電池を提供する。【解決手段】一端側に金属箔露出部が設けられるように合剤層が塗布された電極と、セパレータとを積層させた電極群と、前記金属箔露出部と超音波溶接される集電板とを備えた二次電池において、前記集電板の超音波溶接部と前記合剤層との間には金属箔同士が固定された箔固定部が設けられることを特徴とする二次電池。【選択図】図４
Description
本発明は、捲回群の箔と集電板を超音波接合する前に予め箔同士を固定する固定部を設けることで、箔同士の発塵による金属異物発生ポテンシャルを排除することと、電極合剤層内部への進入経路を遮断する角形二次電池に関する。
従来例として、箔露出部同士を超音波溶着した溶着部と集電板を、高エネルギーを照射して溶接する密閉電池において、溶接エネルギーを低減させても強度確保、低抵抗、スパッタでの内部短絡発生を防止できる製造方法の特許が特許文献１に開示されている。
先行技術の製造方法では、超音波溶着した溶着部には、工法上、ホーンツールとアンビルツールによる表面凹凸が形成される。先行技術の製造方法では、表面凹凸のある溶着部と集電板を重ね合わせ溶接となるが、表面凹凸が形成された溶着部と集電板との間には隙間が生じてしまう。高エネルギーを照射する溶接、例えば、レーザ溶接においては、スパッタ発生等の溶接不具合を回避するためには非溶接物間の密着制度や溶接面管理が重要で、隙間がある選考技術の方法はスパッタでの異物を防ぎ内部短絡を防止することが難しい。
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、内部短絡につながる、異物の発生抑制と電極合剤層への侵入経路を遮断する超音波接合構造を実現する角形二次電池を提供することである。
上記課題を解決するために本発明の一態様に係る角形二次電池は、一端側に金属箔露出部が設けられるように合剤層が塗布された電極と、セパレータとを積層させた電極群と、
前記金属箔露出部と超音波溶接される集電板とを備えた二次電池において、
前記集電板の超音波溶接部と前記合剤層との間には金属箔同士が固定された箔固定部が設けられることを特徴とする。
前記金属箔露出部と超音波溶接される集電板とを備えた二次電池において、
前記集電板の超音波溶接部と前記合剤層との間には金属箔同士が固定された箔固定部が設けられることを特徴とする。
本発明によれば、超音波接合前に、予め箔同士を固定部とすることで、箔同士の発塵による金属異物発生ポテンシャルを排除することが可能、且つ、該固定部が電極合剤層側に異物が進入する経路を遮断する。これより、内部短絡の原因となる金属粉塵の発生させない対策と進入させない対策を実現することができる。なお、上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。
［実施例１］
図１は、角形二次電池の外観斜視図である。
図１は、角形二次電池の外観斜視図である。
角形二次電池１００は、電池缶１および蓋６を備える。電池缶１と蓋６は、例えばアルミニウム合金などの金属材料からなり、深絞り加工及びプレス加工を施すことによって形成される。
電池缶１内には、捲回電極群３（図２を参照）が内蔵され、電池缶１の開口部１ａが蓋６によって封口されている。蓋６は略矩形平板状であって、電池缶１の開口部１ａを塞ぐように溶接されて電池缶１が封止されている。蓋６には、インサート成形により絶縁部材５によって蓋６に固定された正極出力部１４と、負極出力部１２が設けられている。正極出力部１４と負極出力部１２を介して捲回電極群３に充電され、また外部負荷に電力が供給される。蓋６には、ガス排出弁１０が一体的に設けられ、電池容器内の圧力が上昇すると、ガス排出弁１０が開いて内部からガスが排出され、電池容器内の圧力が低減される。これによって、角形二次電池１００の安全性が確保される。
図２は、角形二次電池の分解斜視図である。
角形二次電池１００の電池缶１は、長方形の底面１ｄと、底面１ｄの一対の長辺から立ち上がる幅広面１ｂと、底面１ｄの一対の短辺から立ち上がる幅狭面１ｃと、これら幅広面１ｂ及び幅狭面１ｃの上端で上方に向かって開放された開口部１ａとを有している。電池缶１内には、絶縁保護フィルム２を介して捲回電極群３が収容されている。
捲回電極群３は、帯状の電極が扁平形状に捲回されて構成されており、断面半円形状の互いに対向する一対の湾曲部と、これら一対の湾曲部の間に連続して形成される平面部とを有している。捲回電極群３は、捲回軸方向が電池缶１の横幅方向に沿うように、一方の湾曲部側から電池缶１内に挿入されて底面１ｄと対向し、他方の湾曲部側が開口部１ａ側に配置される。
捲回電極群３の正極箔露出部３４ｃは、正極集電板４４を介して蓋６に設けられた正極出力部１４と電気的に接続されている。また、捲回電極群３の負極箔露出部３２ｃは、負極集電板２４を介して蓋６に設けられた負極出力部１２と電気的に接続されている。これにより、正極集電板４４および負極集電板２４を介して捲回電極群３から外部負荷へ電力が供給され、正極集電板４４および負極集電板２４を介して捲回電極群３へ外部発電電力が供給され充電される。
正極集電板４４と負極集電板２４、及び、正極外部端子１４と負極外部端子１２を、それぞれ電池蓋６から電気的に絶縁するために、ガスケット５および絶縁板７が電池蓋６に設けられている。また、注液口９から電池缶１内に電解液を注入した後、電池蓋６に注液栓１１をレーザ溶接により接合して注液口９を封止し、扁平捲回形二次電池１００を密閉する。
ここで、正極集電板４４の形成素材としては、例えばアルミニウム合金が挙げられ、負極集電板２４の形成素材としては、例えば銅合金が挙げられる。また、絶縁部材５の形成素材としては、例えばポリブチレンテレフタレートやポリフェニレンサルファイド、ペルフルオロアルコキシフッ素樹脂等の絶縁性を有する樹脂材が挙げられる。
また、電池蓋６には、電池容器内に電解液を注入するための注液孔９が穿設されており、この注液孔９は、電解液を電池容器内に注入した後に注液栓１１によって封止される。ここで、電池容器内に注入される電解液としては、例えばエチレンカーボネート等の炭酸エステル系の有機溶媒に６フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ６）等のリチウム塩が溶解された非水電解液を適用することができる。
正極外部端子１４、負極外部端子１２は、バスバー等に溶接接合される溶接接合部を有している。溶接接合部は、ガスケット５よりも上方で電池蓋６の外面と平行に配置される平坦面を有しており、かかる平坦面にバスバー等が接面されて溶接接合されるようになっている。
正極集電板４４、負極集電板２４は、電池缶１の幅広面に沿って底面側に向かって延出し、捲回電極群３の正極箔露出部３４ｃ、負極箔露出部３２ｃに対向して重ね合わされた状態で接続される正極側接続端部４２、負極側接続端部２２を有している。
捲回電極群３の扁平面に沿う方向でかつ捲回電極群３の捲回軸方向に直交する方向を中心軸方向として捲回電極群３の周囲には絶縁保護フィルム２が巻き付けられている。絶縁保護フィルム２は、例えばＰＰ（ポリプロピレン）などの合成樹脂製の一枚のシートまたは複数のフィルム部材からなり、捲回電極群３の扁平面と平行な方向でかつ捲回軸方向に直交する方向を巻き付け中心として巻き付けることができる長さを有している。
図３は、捲回電極群の一部を展開した状態を示す分解斜視図である。
捲回電極群３は、負極電極３２と正極電極３４を間にセパレータ３３、３５を介して扁平状に捲回することによって構成されている。捲回電極群３は、最外周の電極が負極電極３２であり、さらにその外側にセパレータ３３、３５が捲回される。セパレータ３３、３５は、正極電極３４と負極電極３２との間を絶縁する役割を有している。
負極電極３２の負極合剤層３２ｂが塗布された部分は、正極電極３４の正極合剤層３４ｂが塗布された部分よりも幅方向に大きく、これにより正極合剤層３４ｂが塗布された部分は、必ず負極合剤層３２ｂが塗布された部分に挟まれるように構成されている。正極箔露出部３４ｃ、負極箔露出部３２ｃは、平面部分で束ねられて溶接等により接続される。尚、セパレータ３３、３５は幅方向で負極合剤層３２ｂが塗布された部分よりも広いが、正極箔露出部３４ｃ、負極箔露出部３２ｃで端部の金属箔面が露出する位置に捲回されるため、束ねて溶接する場合の支障にはならない。
正極電極３４は、正極集電体である正極箔の両面に正極活物質合剤を有し、正極箔の幅方向一方側の端部には、正極活物質合剤を塗布しない正極箔露出部３４ｃが設けられている。負極電極３２は、負極集電体である負極箔の両面に負極活物質合剤を有し、負極箔の幅方向他方側の端部には、負極活物質合剤を塗布しない負極箔露出部３２ｃが設けられている。正極箔露出部３４ｃと負極箔露出部３２ｃは、電極箔の金属面が露出した領域であり、捲回軸方向の一方側と他方側の位置に配置されるように捲回される。
負極電極３２に関しては、負極活物質として非晶質炭素粉末１００重量部に対して、結着剤として１０重量部のポリフッ化ビニリデン（以下、ＰＶＤＦという。）を添加し、これに分散溶媒としてＮ−メチルピロリドン（以下、ＮＭＰという。）を添加、混練した負極合剤を作製した。この負極合剤を厚さ１０μｍの銅箔（負極箔）の両面に溶接部（負極未塗工部）を残して塗布した。その後、乾燥、プレス、裁断工程を経て、銅箔を含まない負極活物質塗布部厚さ７０μｍの負極電極３２を得た。
尚、本実施形態では、負極活物質に非晶質炭素を用いる場合について例示したが、これに限定されるものではなく、リチウムイオンを挿入、脱離可能な天然黒鉛や、人造の各種黒鉛材、コークスなどの炭素質材料やＳｉやＳｎなどの化合物（例えば、ＳｉＯ、ＴｉＳｉ２等）、またはそれの複合材料でもよく、その粒子形状においても、鱗片状、球状、繊維状、塊状等、特に制限されるものではない。
正極電極３４に関しては、正極活物質としてマンガン酸リチウム（化学式ＬｉＭｎ２Ｏ４）１００重量部に対し、導電材として１０重量部の鱗片状黒鉛と結着剤として１０重量部のＰＶＤＦとを添加し、これに分散溶媒としてＮＭＰを添加、混練した正極合剤を作製した。この正極合剤を厚さ２０μｍのアルミニウム箔（正極箔）の両面に溶接部（正極未塗工部）を残して塗布した。その後、乾燥、プレス、裁断工程を経て、アルミニウム箔を含まない正極活物質塗布部厚さ９０μｍの正極電極３１を得た。
また、本実施形態では、正極活物質にマンガン酸リチウムを用いる場合について例示したが、スピネル結晶構造を有する他のマンガン酸リチウムや一部を金属元素で置換又はドープしたリチウムマンガン複合酸化物や層状結晶構造を有すコバルト酸リチウムやチタン酸リチウムやこれらの一部を金属元素で置換またはドープしたリチウム-金属複合酸化物を用いるようにしてもよい。
また、本実施形態では、正極電極、負極電極における塗工部の結着剤としてＰＶＤＦを用いる場合について例示したが、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリブタジエン、ブチルゴム、ニトリルゴム、スチレンブタジエンゴム、多硫化ゴム、ニトロセルロース、シアノエチルセルロース、各種ラテックス、アクリロニトリル、フッ化ビニル、フッ化ビニリデン、フッ化プロピレン、フッ化クロロプレン、アクリル系樹脂などの重合体およびこれらの混合体などを用いることができる。
また、軸芯としては例えば、正極箔、負極箔、セパレータ３３、３５のいずれよりも曲げ剛性の高い樹脂シートを捲回して構成したものを用いることができる。
ここで、従来例を参考として、負極箔露出部３２ｃと集電板２４との超音波接合について、図６を用いて説明する。
図６（ａ）は従来方法による超音波溶接前の図、図６（ｂ）は超音波溶接中の図、図６（ｃ）は超音波溶接後の図を示すものである。負極箔露出部３２ｃは、ここでは図示しない超音波ホーンに接続されたホーンツール１１０とアンビル１１１にセットされた集電板２４の間にあって、超音波接合時には、図６（ｂ）で示すように、ホーンツール１１０と集電板２４で押圧されていない負極箔超音波接合側部１３２ｆの負極箔３２ａがホーンツール１１０と同期して振動をする。この振動で、図６（ｃ）に示した、超音波接合後には、発塵１３２ｇが負極箔露出部３２ｃ内に発現する。発塵１３２ｇは、この後の電解液の注液工程などで移動し、セパレータと負極箔積層部３３５ａを通過して最終に合剤層部３３２ａに到達する。
この発塵１３２ｇは、合剤層部３３２ａを形成する正極電極３４に接触していると、電池１００が充電状態において、負極電極３２で溶析しセパレータ３３を貫通して内部短絡を発生させる恐れがある。
以下、本発明のポイントについて説明する。図４は、実施例１における超音波接合部の分解斜視図であり、図５は超音波接合時の模式断面図を示している。
図４に示す分解斜視図は、超音波接合時の模式断面図５のうち接合後の図５（ｃ）を示すものであり、図５（ａ）は本発明による超音波溶接前の図、図５（ｂ）は超音波溶接中の図、図５（ｃ）は超音波溶接後の図を示すものである。
集電板２４側から見た電池１００の分解図である。負極箔露出部３２ｃは負極箔３２ａのみで構成された部分を示し、集電板２４との超音波接合前に負極箔固定部１３２ｄで固定される。負極箔超音波接合部１３２ｅは負極集電板２４との電気的接続部であり、低抵抗化を実現する必要がある。このため、負極箔３２ａと集電板２４が広い面積で固相接合されるために高いエネルギーで超音波接合されている。該超音波接合では、非接合部を超音波ホーンに接続されたホーンツール１１０とアンビル１１１とで押圧し、それぞれのグリップ力で押さえた状態で超音波エネルギーを加えて非接合部の金属同士を固相接合するが、該エネルギーが高すぎた場合は、前述のとおり、押圧されていない負極箔３２ａが固定されていないことにより、ホーンツール１１０と同期して振動し、この振動で、負極箔３２同士の擦れが起こり、負極箔３２から発塵が発現することがある。該発塵は、この後の電解液の注液工程などでセパレータと負極箔積層部３３５ａを通過して最終的に合剤層部３３２ａに到達することがある。到達した発塵は、合剤層３３２ａを形成する正極電極３４に接触していると、電池１００が充電状態において、負極電極３２で溶析しセパレータ３３を貫通して内部短絡を発生させる恐れがある。
これより、負極箔露出部３２ｃと集電板２４を効率よく超音波接合することでエネルギーを必要最低限として高エネルギー状態としないことと、高エネルギー状態で超音波接合時に押圧されていない負極箔３２ａが振動し擦れて、発塵しないことが、電池１００の内部短絡を防止する手段となる。
該防止策を実現するために、図４に示す実施例１は、負極箔超音波接合部１３２ｅは負極箔固定部１３２ｄとの間には隙間があり、それぞれが重なっていない。これは、負極箔固定部１３２ｄによる変形を受けなくすることで、集電板２４との超音波接合時に、確実にホーンツール１１０とアンビル１１１でグリップされることを目的としている。確実にグリップされることで、効率良い超音波接合がなされるので、超音波接合のエネルギーを発塵しない必要最低限のエネルギーとして、発塵のポテンシャルを排除する。更に、負極箔超音波接合部１３２ｅとの隙間が、負極箔固定部１３２ｄが形成されるときの変形尤度となり、負極箔超音波接合部１３２ｅの負極箔３２ａが切れることを防ぐ。
更に、実施例１は、図５（ａ）に示すように、集電板２４との超音波接合前に予め負極箔固定部１３２ｄを設けている。この負極箔固定部１３２ｄで、集電板２４との超音波接合時も、押圧されていない負極箔３２ａは固定されているので図６（ｂ）に示す振動は起こらない。これより、実施例１は、従来例の図６（ｃ）のような発塵はない。
負極箔固定部１３２ｄは、負極箔３２ａ同士の固定を目的とした超音波接合で形成される。なお、箔固定部１３２ｄを形成する際のエネルギーは、集電板２４を箔と溶接する際のエネルギーよりも低い方が好ましい。このような構成にすることによって、発塵を抑制することが可能となるためである。
超音波エネルギーが高すぎた場合は、負極箔３２ａが、ホーンツール１１０と同期して振動し、この振動で、負極箔３２同士の擦れが起こり、負極箔３２から発塵が発現することがある。しかし、該超音波接合は発塵が起こらない、集電板２４と負極箔露出部３２ｃとの超音波接合部１３２ｅの半分以下の低いエネルギーでの超音波接合であり発塵はない。
以上より、実施例１は、負極箔露出部３２ｃと集電板２４を効率よく超音波接合することでエネルギーを必要最低限として高エネルギー状態としないことと、高エネルギー状態で超音波接合時に押圧されていない負極箔３２ａが振動し擦れて発塵しないことを可能とし、電池１００の内部短絡を防止する手段となる。
また、本実施形態では、箔固定部１３２ｄと超音波溶接部１３２ｅとの間に隙間を設ける構造とした。このような構造にすることによって、集電板２４に超音波溶接される際に隙間部に配置された金属箔が緩衝部となり、箔切れを防止する効果がある。
また、本実施形態では、箔固定部１３２ｄは超音波溶接で固定することとした。このような構成にすることによって、簡易に箔同士を固定することが可能となる。
なお、本実施形態に記載された電池の構造に限られず、本発明は円筒形二次電池の構造に適用することも可能である。
以下、本実施形態について簡単にまとめる。本発明に記載の二次電池（１００）は、一端側に金属箔露出部（３２ｃ、３４ｃ）が設けられるように合剤層（３２ｂ、３４ｂ）が塗布された電極（３２、３４）と、セパレータ（３３、３５）とを積層させた電極群（３）と、金属箔露出部（３２ｃ、３４ｃ）と超音波溶接される集電板（２４）とを備え、集電板（２４）の超音波溶接部（１３２ｅ）と合剤層との間には金属箔同士が固定された箔固定部（１３２ｄ）が設けられることを特徴とする。このような構造にすることによって、超音波接合するエネルギーを必要最低限として高エネルギー状態としないことと、高エネルギー状態で超音波接合時に押圧されていない負極箔３２ａが振動し擦れて発塵しないことを可能にする。
また、本発明に記載の二次電池（１００）は、電極群（３）が扁平形状に捲回された扁平捲回群（３）であり、箔固定部（１３２ｄ）と超音波溶接部（１３２ｅ）との間には隙間を有することを特徴とする。このような構造にすることによって、集電板２４に超音波溶接される際に隙間部に配置された金属箔が緩衝部となり、箔切れを防止することが可能となる。
また、本実施形態に記載の二次電池の製造方法は、一端側に金属箔露出部（３２ｃ、３４ｃ）が設けられるように合剤層（３２ｂ、３４ｂ）が塗布された電極（３２、３４）と、セパレータ（３３、３５）とを積層させた電極群（３）と、金属箔露出部（３２ｃ、３４ｃ）と超音波溶接される集電板（２４）とを備え、集電板（２４）の超音波溶接部（１３２ｅ）と合剤層（３２ｂ、３４ｂ）との間の金属箔同士を固定する第一の工程と、第一の工程の後に集電板と前記金属箔露出部を超音波溶接する第二の工程を有する
また、本実施例に記載の二次電池の製造方法は、第一の工程での固定は前記第二の工程よりもエネルギーが低い超音波によって固定される。このような構成をとることによって、集電板２４を箔と溶接する際のエネルギーを小さくできるので、発塵抑制の効果がある。
また、本実施例に記載の二次電池の製造方法は、第一の工程での固定は前記第二の工程よりもエネルギーが低い超音波によって固定される。このような構成をとることによって、集電板２４を箔と溶接する際のエネルギーを小さくできるので、発塵抑制の効果がある。
続いて実施例２について説明する。本実施例が実施例１と異なる点は、箔固定部を超音波溶接で設けていたものを、かしめ固定で設けるように変えた点である。
図７は、実施例２における超音波接合部の分解斜視図であり、図５は実施例１と同様、超音波接合時の模式断面図を示している。
図７に示す分解斜視図は、超音波接合時の模式断面図５のうち接合後の図５ｃを、集電板２４側から見た電池１００の分解図である。負極箔露出部３２ｃは負極箔３２ａのみで構成された部分を示し、集電板２４との超音波接合前に負極箔固定部１３２ｄで固定される。
負極箔超音波接合部１３２ｅは負極箔固定部１３２ｄとの間には隙間があり、それぞれが重なっていない。これは、負極箔固定部１３２ｄによる変形を受けなくすることで、集電板２４との超音波接合時に、確実にホーンツール１１０とアンビル１１１でグリップされることを目的としている。確実にグリップされることで、効率良い超音波接合がなされるので、超音波接合のエネルギーを発塵しない必要最低限のエネルギーとして、発塵のポテンシャルを排除する。更に、負極箔超音波接合部１３２ｅとの隙間が、負極箔固定部１３２ｄが形成されるときの変形尤度となり、負極箔超音波接合部１３２ｅの負極箔３２ａが切れることを防ぐ。
更に、実施例２は、図５ａに示すように、集電板２４との超音波接合前に予め負極箔固定部１３２ｄを設けている。この負極箔固定部１３２ｄで、集電板２４との超音波接合時も、押圧されていない負極箔３２ａは固定されているので図６（ｂ）に示す振動は起こらない。これより、実施例２でも、従来例の図６（ｃ）のような発塵はない。
負極箔固定部１３２ｄは、負極箔３２ａ同士の固定を目的としたカシメで形成される。
固定方法に超音波接合を用いた場合、超音波エネルギーが高すぎた場合は、負極箔３２ａが、ホーンツール１１０と同期して振動し、この振動で、負極箔３２同士の擦れが起こり、負極箔３２から発塵が発現することがある。
負極箔固定部１３２ｄは、負極箔３２ａ同士の固定を目的としたカシメで形成される。
固定方法に超音波接合を用いた場合、超音波エネルギーが高すぎた場合は、負極箔３２ａが、ホーンツール１１０と同期して振動し、この振動で、負極箔３２同士の擦れが起こり、負極箔３２から発塵が発現することがある。
カシメは該超音波接合のような非接合部を振動させる工法ではないため、該発塵はない。つまり実施例１よりも粉塵発生が抑制された二次電池を提供することが可能となる。
以上より、実施例２は、実施例１と同様、負極箔露出部３２ｃと集電板２４を効率よく超音波接合することでエネルギーを必要最低限として高エネルギー状態としないことと、高エネルギー状態で超音波接合時に押圧されていない負極箔３２ａが振動し擦れて発塵しないことを可能とし、電池１００の内部短絡を防止する手段となる。
以上、本実施例についてまとめる。本実施例では、箔固定部１３２ｄをかしめにより設けた。このような構成にすることによって、箔固定部１３２ｄ作成時に粉塵発生が抑制されるため、より短絡可能性の低い二次電池を提供することが可能となる。
続いて実施例３について説明する。本実施例が実施例１と異なる点は、箔固定部を超音波溶接で設けていたものを、抵抗溶接で設けるように変えた点である。図８は、実施例３における超音波接合部の分解斜視図であり、図５は実施例１と実施例２と同様、超音波接合時の模式断面図を示している。
図８に示す分解斜視図は、超音波接合時の模式断面図５のうち接合後の図５ｃを、集電板２４側から見た電池１００の分解図である。負極箔露出部３２ｃは負極箔３２ａのみで構成された部分を示し、集電板２４との超音波接合前に負極箔固定部１３２ｄで固定される。
負極箔超音波接合部１３２ｅは負極箔固定部１３２ｄとの間には隙間があり、それぞれが重なっていない。これは、負極箔固定部１３２ｄによる変形を受けなくすることで、集電板２４との超音波接合時に、確実にホーンツール１１０とアンビル１１１でグリップされることを目的としている。確実にグリップされることで、効率良い超音波接合がなされるので、超音波接合のエネルギーを発塵しない必要最低限のエネルギーとして、発塵のポテンシャルを排除する。更に、負極箔超音波接合部１３２ｅとの隙間が、負極箔固定部１３２ｄが形成されるときの変形尤度となり、負極箔超音波接合部１３２ｅの負極箔３２ａが切れることを防ぐ。
更に、実施例３は、図５（ａ）に示すように、集電板２４との超音波接合前に予め負極箔固定部１３２ｄを設けている。この負極箔固定部１３２ｄで、集電板２４との超音波接合時も、押圧されていない負極箔３２ａは固定されているので図６ｂに示す振動は起こらない。これより、実施例３は、従来例の図６（ｃ）のような発塵はない。
負極箔固定部１３２ｄは、負極箔３２ａ同士の固定を目的とした抵抗溶接で形成される。
固定方法に超音波接合を用いた場合、超音波エネルギーが高すぎた場合は、負極箔３２ａが、ホーンツール１１０と同期して振動し、この振動で、負極箔３２同士の擦れが起こり、負極箔３２から発塵が発現することがある。
抵抗溶接は該超音波接合のような非接合部を振動させる工法ではないため、該発塵はない。つまり実施例２同様、実施例１よりも粉塵発生が抑制された二次電池を提供することが可能となる。
固定方法に超音波接合を用いた場合、超音波エネルギーが高すぎた場合は、負極箔３２ａが、ホーンツール１１０と同期して振動し、この振動で、負極箔３２同士の擦れが起こり、負極箔３２から発塵が発現することがある。
抵抗溶接は該超音波接合のような非接合部を振動させる工法ではないため、該発塵はない。つまり実施例２同様、実施例１よりも粉塵発生が抑制された二次電池を提供することが可能となる。
以上より、実施例３は、実施例１と同様、負極箔露出部３２ｃと集電板２４を効率よく超音波接合することでエネルギーを必要最低限として高エネルギー状態としないことと、高エネルギー状態で超音波接合時に押圧されていない負極箔３２ａが振動し擦れて発塵しないことを可能とし、電池１００の内部短絡を防止する手段となる。
以上、本実施例についてまとめる。本実施例では、箔固定部１３２ｄを抵抗溶接により設けた。このような構成にすることによって、箔固定部１３２ｄ作成時に粉塵発生が抑制されるため、より短絡可能性の低い二次電池を提供することが可能となる。
続いて実施例４について説明する。実施例４が実施例１と異なる点は、箔固定部を広く設け、その箔固定部領域内に超音波溶接部を設けた点である。図９は、実施例４における超音波接合部の分解斜視図であり、図１０は、超音波接合時の模式断面図を示している。
図９に示す分解斜視図は、超音波接合時の模式断面図１０のうち接合後の図１０（ｃ）を示すものであり、図１０（ａ）は実施例４による超音波溶接前の図、図１０（ｂ）は超音波溶接中の図、図５（ｃ）は超音波溶接後の図を示すものである。集電板２４側から見た電池１００の分解図である。負極箔露出部３２ｃは負極箔３２ａのみで構成された部分を示し、集電板２４との超音波接合前に負極箔固定部１３２ｄで固定される。
負極箔超音波接合部１３２ｅは負極箔固定部１３２ｄの領域に包含されている。これは、広範囲に予め負極箔３２ａを固定することで、発塵のポテンシャルを更に下げることを目的としている。実施例４の負極箔固定部１３２ｄは、負極箔３２ａ同士の固定を目的として予め負極箔３２ａを超音波接合する。該超音波接合は、集電板２４と負極箔露出部３２ｃとの負極超音波接合部１３２ｅの半分以下の低いエネルギーでの超音波接合であり、該負極箔固定部１３２ｄの変形を受けた表面凹凸は、ホーンツール１１０の凹凸以下になる。これより、負極箔露出部３２ｃは、ホーンツール１１０に確実にグリップされ、効率良い超音波接合がなされ、超音波接合のエネルギーを発塵しない必要最低限のエネルギーとして、これによる発塵のポテンシャルも排除可能となる。
更に、実施例４は、図１０（ａ）に示すように、集電板２４との超音波接合前に予め負極箔固定部１３２ｄを広く設けている。そのため、より集電板２４と金属箔との溶接に必要なエネルギーが低くなり、超音波溶接時の粉塵発生が抑制される。この負極箔固定部１３２ｄで、集電板２４との超音波接合時も、押圧されていない負極箔３２ａは固定されているので図６ｂに示す振動は起こらない。これより、実施例３は、従来例の図６ｃのような発塵はない。
以上より、実施例４は、実施例１と同様、負極箔露出部３２ｃと集電板２４を効率よく超音波接合することでエネルギーを必要最低限として高エネルギー状態としないことと、高エネルギー状態で超音波接合時に押圧されていない負極箔３２ａが振動し擦れて発塵しないことを可能とし、電池１００の内部短絡を防止する手段となる。
以上、本実施例について簡単にまとめる。本実施例では箔固定部（１３２ｄ）は前記超音波溶接部（１３２ｅ）を包含する領域に設けられることとした。このような構成にすることによって、集電板２４と金属箔との溶接に必要なエネルギーがより低くなり、超音波溶接時の粉塵発生が抑制される。
実施例１、２、３、４、では、負極側の構成のみを示したが、本実施形態は、負極側に限定するものではなく、正極側と負極側の少なくとも一方がかかる構成を有していればよく、本実施例では正極側も負極側と同様の構成を有している。
以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。例えば、前記した実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。さらに、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
１ 電池缶
１ａ 開口部
１ｂ 幅広側面
１ｃ 幅狭側面
１ｄ 底面
２ 絶縁保護フィルム
３ 捲回群
５ ガスケット
６ 電池蓋
７ 絶縁板
９ 注液口
１０ ガス排出弁
１１ 注液栓
１２ 負極外部端子
１４ 正極外部端子
２１ 負極集電板基部
２２ 負極接続端部
２４ 負極集電板
２６ 負極側貫通孔
３２ 負極電極
３２ａ 負極箔
３２ｂ 負極合剤層
３２ｃ 負極箔露出部
３３ セパレータ
３４ 正極電極
３４ｂ 正極合剤層
３４ｃ 正極箔露出部
３５ セパレータ
４１ 正極集電板基部
４２ 正極接続端部
４４ 正極集電板
４６ 正極側貫通孔
１００ 二次電池
１１０ ホーン
１１１ アンビル
１２４ｅ 負極集電板超音波接合部
１３２ｄ 負極箔固定部
１３２ｅ 負極箔超音波接合部
１３２ｆ 負極箔超音波接合側部
１３２ｇ 発塵
３３２ａ 合剤層部
３３５ａ セパレータと負極箔積層部
１ａ 開口部
１ｂ 幅広側面
１ｃ 幅狭側面
１ｄ 底面
２ 絶縁保護フィルム
３ 捲回群
５ ガスケット
６ 電池蓋
７ 絶縁板
９ 注液口
１０ ガス排出弁
１１ 注液栓
１２ 負極外部端子
１４ 正極外部端子
２１ 負極集電板基部
２２ 負極接続端部
２４ 負極集電板
２６ 負極側貫通孔
３２ 負極電極
３２ａ 負極箔
３２ｂ 負極合剤層
３２ｃ 負極箔露出部
３３ セパレータ
３４ 正極電極
３４ｂ 正極合剤層
３４ｃ 正極箔露出部
３５ セパレータ
４１ 正極集電板基部
４２ 正極接続端部
４４ 正極集電板
４６ 正極側貫通孔
１００ 二次電池
１１０ ホーン
１１１ アンビル
１２４ｅ 負極集電板超音波接合部
１３２ｄ 負極箔固定部
１３２ｅ 負極箔超音波接合部
１３２ｆ 負極箔超音波接合側部
１３２ｇ 発塵
３３２ａ 合剤層部
３３５ａ セパレータと負極箔積層部
Claims (9)
- 一端側に金属箔露出部が設けられるように合剤層が塗布された電極と、セパレータとを積層させた電極群と、
前記金属箔露出部と超音波溶接される集電板とを備えた二次電池において、
前記集電板の超音波溶接部と前記合剤層との間には金属箔同士が固定された箔固定部が設けられることを特徴とする二次電池。 - 請求項１に記載の二次電池において、
前記電極群は扁平形状に捲回された扁平捲回群であり、
前記箔固定部と前記超音波溶接部との間には隙間を有することを特徴とする二次電池。 - 請求項２に記載の二次電池において、
前記箔固定部は超音波溶接で固定されることを特徴とする二次電池。 - 請求項２に記載の二次電池において、
前記箔固定部はかしめにより固定されることを特徴とする二次電池。 - 請求項２に記載の二次電池において、
前記箔固定部は抵抗溶接により固定されることを特徴とする二次電池。 - 請求項１に記載の二次電池において、
前記箔固定部は前記超音波溶接部を包含する領域に設けられる事を特徴とする二次電池。 - 請求項６に記載の二次電池において、
前記箔固定部は超音波溶接によって固定されることを特徴とする二次電池。 - 一端側に金属箔露出部が設けられるように合剤層が塗布された電極と、セパレータとを積層させた電極群と、
前記金属箔露出部と超音波溶接される集電板とを備えた二次電池の製造方法において、
前記集電板の超音波溶接部と前記合剤層との間の金属箔同士を固定する第一の工程と、
前記第一の工程の後に前記集電板と前記金属箔露出部を超音波溶接する第二の工程を有することを特徴とする二次電池の製造方法。 - 請求項８に記載の二次電池の製造方法において、
前記第一の工程での固定は前記第二の工程よりもエネルギーが低い超音波によって固定されることを特徴とする二次電池の製造方法。
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