JP4986441B2

JP4986441B2 - 角形電池

Info

Publication number: JP4986441B2
Application number: JP2005338120A
Authority: JP
Inventors: 康弘山内; 健二南坂; 直哉中西; 俊之能間
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2005-11-24
Filing date: 2005-11-24
Publication date: 2012-07-25
Anticipated expiration: 2025-11-24
Also published as: JP2007149353A; US20070117009A1; US7887946B2; KR20070055336A

Description

本発明は、帯状の正負両電極を帯状のセパレータを介して巻回した電極巻回体を備えた角形電池に関し、特に電気自動車、ハイブリッド電気自動車等の大電流用途に使用される角形電池に関する。

環境保護運動の高まりを背景として二酸化炭素ガス等の排出規制が強化されており、自動車業界ではガソリン、ディーゼル油、天然ガス等の化石燃料を使用する自動車にだけでなく、電気自動車（ＥＶ）やハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）の開発が活発に行われている。加えて、近年の化石燃料の価格の急激な高騰はこれらのＥＶやＨＥＶの開発を進める追い風となっている。

このようなＥＶ、ＨＥＶ用電池としては、一般にニッケル−水素二次電池やリチウムイオン二次電池が使用されているが、環境対応だけでなく、自動車としての基本性能、すなわち、走りの能力の高度化も要求されるようになってきている。この走りの機能の高度化には、単に電池容量を大きくすることのみならず、自動車の加速性能や登坂性能に大きな影響を及ぼすために電池出力を大きくすることも必要である。ところが、高出力の放電を行うと電池に大電流が流れるため、電池の芯体と集電体との間の接触抵抗による発熱が大きくなる。したがって、ＥＶ、ＨＥＶ用電池は、大型で、大容量であるだけでなく、大電流を取り出せることが必要とされることから、電池内部の電力損失を防止して発熱を低下させるために、これらの電池の芯体と集電体との間の溶接不良を防止して内部抵抗を低下させることについても種々の改良が行われてきている（下記特許文献１及び２参照）

一般に、ＥＶ、ＨＥＶ用のニッケル−水素二次電池やリチウムイオン二次電池等においては、帯状の負極と正極を帯状のセパレータを介して長円筒形に巻回したものが用いられている。このうちリチウムイオン二次電池を例にとると、負極は負極芯体である薄い帯状の銅箔の上端部を除く表面にグラファイト等の負極活物質を塗布したものが用いられ、正極は正極芯体である薄い帯状のアルミニウム箔の下端部を除く表面にリチウムコバルト複合酸化物等の正極活物質を塗布したものが用いられ、これらの負極及び正極は、それぞれ上下に少しずつずらして巻回することにより、上方には負極芯体が露出した上端部を突出させ、下方には正極芯体が露出した下端部を突出させて巻回電極体を形成している。

そして、未塗布部側の負極芯体及び正極芯体と溶接接続される集電体としては、集電体にスリットを形成し、このスリットに未塗布部側の芯体の端縁を差し込み、この部分にレーザを照射して未塗布部側の芯体の端縁と集電体とをレーザ溶接する方法が採用されている（下記特許文献１及び２参照）。これにより、信頼性良く電極の未塗布部側の芯体の端縁と集電体とが溶接できるようになるとともに、電池の内部抵抗が低減し、かつ抵抗のばらつきが少ない電池が得られるというものである。

ここで、下記特許文献１に開示されている電極の未塗布部側の芯体の端縁と集電体との接合形態を図７〜図８を用いて説明する。なお、図７は下記特許文献１に開示されている電池で使用されている集電体の斜視図であり、図８は図７の集電体に未塗布部側の芯体の端縁に集電体を取り付けた後にレーザ溶接する際の模式図である。この集電体４０は、極板の芯体と同じ材質からなり、厚さが５ｍｍ、スリット４１の間隔が０．２ｍｍであり、表面側はスリット４１部分の端面に対して集電体の端縁部が０．５ｍｍ突出するようにしたものが用いられ、下面側は複数の芯体の端縁部が束ねて差し込まれる前記スリット４１に連なる差し込み溝４２が設けられている。

そして、このような構成の集電体４０は、例えば負極側について説明すると、図８に示したように負極４３側の集電体４０_１のスリット４１から複数の芯体の端縁部４４が突出するように電極巻回体４５に取り付けられ、この集電体４０_１のスリット４１から突出した芯体の端縁部４４に沿って、集電体４０_１のスリット４１部分と芯体の端縁部４４とをレーザ光４６の光軸を溶接面からθ＝１５°傾けてレーザ溶接することにより溶接している。

次に、下記特許文献２に開示されている電極の未塗布部側の芯体の端縁と集電体との接合形態を図９〜図１２を用いて説明する。なお、図９は下記特許文献２に開示されている電池の巻回電極体に集電体を取り付けた状態を示す斜視図であり、図１０は図９の集電体部の部分拡大斜視図であり、図１１は図９の集電体のスリットに挿入された電極の未塗布部側の芯体の端縁を屈曲する前の拡大断面図であり、図１２は図９の集電体のスリットに挿入された電極の未塗布部側の芯体の端縁を屈曲した後の拡大断面図である。

下記特許文献２に開示されている電池の巻回電極体５０には、負極５１の集電体５２と正極５３の集電体（図示せず）が接続固定されるが、負極５１の集電体５２は、電極巻回体５０の長円筒形における中央の直線部と一方の湾曲部の上方を覆う銅合金板であり、この直線部の片側の上方に配置される部分には銅合金板を上方で折り返して下方に向けて開口する間隙を開けて向かい合わせにした挟持部５４を設けている。各挟持部５４には、折り返しの上端頂部における両端部を除いた部分の銅合金板を削り取ることにより間隙を露出させた窓部５５が形成されている。また、電極巻回体５０の長円筒形における湾曲部の上方を覆う部分には、銅合金製の負極端子５６の下端部が接続固定されている。正極５３の集電体は電極巻回体５０の長円筒形における中央の直線部の上方と側方と下方及び他方の湾曲部の上方を覆うアルミニウム合金板（図示せず）であり、この直線部の下方の先端側に配置される部分に、アルミニウム合金板を下方で折り返して上方に向けて開口する間隙を開けて向かい合わせにした負極５１の集電体５２の挟持部５４と同様の構成の挟持部を備えている。

この上記特許文献２に開示されている電池の挟持部５４の窓部５５は従来よりも深く、しかも、挟持部５４で向かい合う銅合金板の一方から上方に突出する押板片５８を残して削り取られる。なお、図１２に示す押板片５８は、後の工程で押し潰された状態を示す。この押板片５８は、挟持部５４で向かい合う銅合金板の一方よりも薄い板厚で、窓部５５の両端部に隙間を開けた幅の板状として削り出される。そして、上記負極集電体５２の挟持部５４の間隙には、図１１に示すように、電極巻回体５０の負極５１の上端部の芯体が複数枚ずつ、深く削り取られた窓部５５に先端部が十分に突出するように挟み込まれる。このようにして窓部５５に突出した負極５１の銅箔の先端部は、図１２に示すように、押板片５８を斜め上方から押し潰すことにより押板片５８が突出する側とは反対の方向に屈曲され、この押板片５８の先端で屈曲された負極５１の芯体を上から押え込むようにして固定される。そして、この押板片５８の先端で押え込まれた負極５１の芯体の先端をレーザ溶接により周囲の銅合金板に溶接させて接続固定する。この下記特許文献２に開示されている電池の正極集電体の挟持部も負極の集電体の場合と同様の構成を備えている。

上記特許文献２に開示されている構成によれば、例えば、負極集電体５２の挟持部５４の窓部５５から突出する負極５１の上端部の芯体は先端部が屈曲され固定されるので、これら芯体の先端の溶接が不十分であったり外れたとしても、挟持部５４から容易には抜け落ちるようなことがなくなり、また、負極５１の上端部の芯体がこのように確実に挟持部５４に挟持されるのでこれら芯体の先端の溶接部に無理な力が加わるようなこともなくなり、溶接も外れ難くなる。従って、電池が電気自動車等に搭載されて繰り返し振動や衝撃を受けても、電極巻回体５０の負極５１や正極５３と負極集電体５２や正極集電体の接続が外れ易くなるというおそれがなくなり、電池性能の低下を防止することができるようになるというものである。

特開平１０−２６１４４１号公報（特許請求の範囲、段落［００１１］〜［００１４］、図８〜図１０）特開２０００−２００５９４号公報（段落［０００２］〜［０００７］、［００１８］〜［００２１］、図１〜図３、図８、図９）

上述のような従来例によれば、負極及び正極それぞれの芯体と集電体とをレーザ溶接により接続固定したので、一応電池の内部抵抗が低減し、かつ抵抗のばらつきが少ない電池を得ることができる。しかしながら、上記特許文献１の図７及び図８に示した集電体４０のスリット４１の構成では、例えば負極４３の上端部の多数枚の銅箔からなる芯体４４は、束ねられて負極集電体４０のスリット４１に挟持された状態で上端がレーザ溶接されるだけなので、このレーザ溶接による溶接が不完全になったり、簡単に外れ易くなること、このレーザ溶接部分が外れると負極４３は薄い芯体４４が他の多数の負極４３の芯体４４と重なってスリット４１に挟まれただけの状態となるので、振動や衝撃を受けた場合に抜け落ちるおそれがあること、及び、一旦負極４３の芯体４４が１枚でもスリット４１から抜け落ちると残りの負極４３の芯体４４に対する挟持力が弱くなるので、これらの芯体４４も抜け落ち易くなるという問題点が存在する。

加えて、上記特許文献１に開示された接合形態では、束ねられた芯体４４の上方からレーザ光が照射されているため、レーザ光の照射時にスパッタリングされた微細な粒子が電極巻回体内部に浸入するため、内部短絡の危険性がある。

また、上記特許文献２に開示されている電池の挟持部５４は、従来よりも深く、しかも、挟持部５４で向かい合う銅合金板の一方から上方に突出する押板片５８を残して削り取られており、電極巻回体５０の負極５１の上端部の芯体が複数枚ずつ集合されて挟持部５４内の深く削り取られた窓部５５に先端部が十分に突出するように挟み込まれている。しかしながら、負極５１の上端部の芯体の長さは通常一定長とされるから、挟持部５４内に挟み込まれた負極５１の芯体の先端部は電極巻回体５０の厚さに対応する距離差が生じるため、図１１に示したような一定の高さに揃うことはなく、図１３Ａに示したように、挟持部５４内の中央部が最も高く、両端部に行くに従って高さが低くなることは明らかである。

したがって、挟持部５４の高さＬ１が低いと、図１３Ａに示したように、負極５１の上端部の芯体が窓部５５にまで達しないものが生じる虞が生じる。これを解決するためには、図１３Ｂに示したように、挟持部５４の高さＬ２を大きくするとともに切り欠かれた窓部５５を大きくし、露出される負極５１の芯体代を増加させることにより解決し得るが、このような構成を採用すると電池缶内の巻回電極体が占めるスペースが減少するため、電池容量が低下するという問題点が存在する。

加えて、上記特許文献２に開示されている電極の挟持部５４は、少なくとも押板片５８の両端側では、集合された負極５１の上端部の芯体は、上記特許文献１に開示されているものと同様に、上方に向かって窓部５５から露出した状態となる。従って、挟持部５４の押板片５８が存在していない部分において負極５１の上端部の芯体と挟持部５４とをレーザ溶接すると、上記特許文献１に開示されているものと同様に、スパッタリングされた微細な粒子によって内部短絡の危険性を生じる。

本発明は、上記のような従来技術の問題点に対処するためになされたものであり、その目的は、レーザ光等の高エネルギー線を用いて電極の露出した芯体と押え板ないし集電体とを溶接する際に、スパッタリングされた微細な粒子が電極体内部に入って内部短絡が生じる虞を減少するとともに、電極の露出した芯体部分の長さが短くても露出した芯体と押え板ないし集電体とを強固に溶接することができる構成の角形電池を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１に係る角形電池の発明は、
正極芯体に正極合剤が塗布された正極と、負極芯体に負極合剤が塗布された負極とがセパレータを介して幅方向に互いにずらして積層或いは巻回された偏平状の電極群と、押え板と、前記押え板に電気的に接続された集電体とを備え、前記正極芯体及び負極芯体の少なくとも一方の幅方向の端部は前記正極合剤又は負極合剤が塗布されていない複数の露出部を有し、前記複数の露出部に押え板が溶接された角形電池において、
前記押え板は、金属板が折り返されて隙間を空けて互いに対向する面が形成されて前記対向する面の少なくとも一方側に折り返し部に沿ったスリットが設けられ、
前記複数の露出部が前記押え板の隙間に挿入されて、前記複数の露出部と前記押え板とが前記スリットを介して実質的に横方向から高エネルギー線により溶接されていることを特徴とする。

また、請求項２に係る発明は、請求項１に記載の角形電池において、前記集電体は、実質的に横断面が逆Ｌ字型の金具と前記金具から直接帯状に延びている接続部とからなり、前記集電体の逆Ｌ字型の金具の内側面が前記押え板の対向する面の一方及び前記折り返し部に当接するように載置されているとともに、前記集電体の逆Ｌ字型の金具の前記押え板の対向する面の一方と当接している部分が実質的に横方向から高エネルギー線により溶接されていることを特徴とする。

また、請求項３に係る発明は、請求項２に記載の角形電池において、前記集電体の逆Ｌ字型の金具の前記押え板の対向する面の一方と当接している部分には前記押え板に設けられたスリットと重複する位置にスリットが設けられ、前記複数の露出部と、前記押え板と、前記集電体の逆Ｌ字型の金具とが、前記押え板及び集電体の逆Ｌ字型の金具に設けられたそれぞれのスリットを介して実質的に横方向から高エネルギー線により溶接されていることを特徴とする。

また、請求項４に係る発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の角形電池において、前記高エネルギー線はレーザ光又は電子ビームからなることを特徴とする。

更に、上記目的を解決するため、請求項５に係る角形電池の発明は、
正極芯体に正極合剤が塗布された正極と、負極芯体に負極合剤が塗布された負極とがセパレータを介して幅方向に互いにずらして積層或いは巻回された偏平状の電極群と集電体とを備え、前記正極芯体及び負極芯体の少なくとも一方の幅方向の端部は前記正極合剤又は負極合剤が塗布されていない複数の露出部を有し、前記複数の露出部に押え板が溶接された角形電池において、
前記集電体は、金属板がコ字状に折り返されて隙間を空けて互いに対向する対向面と前記対向面間を接続する面が形成され、前記対向面のそれぞれに前記折り返し部に沿ったスリットが設けられているとともに、前記対向面間を接続する面から直接帯状に延びている接続部が形成されており、
前記複数の露出部は２組に分けられてこれらの２組の露出部間に配置された押え板とともに前記集電体の対向面間の隙間に挿入され、
前記２組の露出部と、前記押え板と、前記集電体のそれぞれの対向面とが前記集電体の対向面のそれぞれに設けられたスリットを介して実質的に横方向から高エネルギー線により溶接されていることを特徴とする。

また、請求項６に係る発明は、請求項５に記載の角形電池において、前記押え板は金属板がコ字状に折り返されて隙間を空けて互いに対向する対向面が形成されており、前記押え板の対向面の外側がともに前記露出部と接する状態で前記集電体の隙間に挿入されていることを特徴とする。

また、請求項７に係る発明は、請求項５又は６に記載の角形電池において、前記高エネルギー線はレーザ光又は電子ビームからなることを特徴とする。

更に、上記目的を解決するため、請求項８に係る角形電池の発明は、
正極芯体に正極合剤が塗布された正極と、負極芯体に負極合剤が塗布された負極とがセパレータを介して幅方向に互いにずらして積層或いは巻回された偏平状の電極群と集電体とを備え、前記正極芯体及び負極芯体の少なくとも一方の幅方向の端部は前記正極合剤又は負極合剤が塗布されていない複数の露出部を有し、前記複数の露出部に押え板が溶接された角形電池において、
前記集電体は、金属板がコ字状に折り返されて隙間を空けて互いに対向する対向面と前記対向面間を接続する面が形成され、前記対向面のそれぞれに前記折り返し部に沿ったスリットが設けられているとともに、前記対向面間を接続する面から直接帯状に延びている接続部が形成されており、
前記押え板は、金属板が折り返されて隙間を空けて互いに対向する面が形成された押え部が２個、それぞれ互いに平行にかつ互いに所定間隔を空けて一体に形成されているとともに、前記２つの押え部の互いに外側に位置する面にそれぞれ前記折り返し部に沿ったスリットが設けられており、
前記複数の露出部は２組に分けられてこれらの２組の露出部のそれぞれが前記２つの押え部の隙間に挿入された状態で前記集電体の対向面間の隙間に挿入され、
前記２組の複数の露出部と、前記押え板と、前記集電体のそれぞれの対向面とが、前記集電体の対向面にそれぞれ設けられたスリット及び前記押え板の外側に位置する面にそれぞれ設けられたスリットを介して実質的に横方向から高エネルギー線により溶接されていることを特徴とする。
また、請求項９に係る発明は、請求項８に記載の角形電池において、前記高エネルギー線はレーザ光又は電子ビームからなることを特徴とする。

本発明は上記の構成を備えることにより以下に述べるような優れた効果を奏する。すなわち、請求項１に係る発明によれば、押え板は金属板が折り返されて隙間を空けて互いに対向する面が形成されているとともに前記対向する面の少なくとも一方側に折り返し部に沿ったスリットが設けられているから、この押え板の隙間に挿入された正極芯体ないし負極芯体の露出部は横方向からの高エネルギー線により溶接されている。したがって、スパッタリングされた微粒子は高エネルギー線の進行方向、即ち実質的に水平方向に飛散するため、電極群の内部にまで浸入することがなくなるので、内部短絡の可能性が少ない角形電池が得られる。加えて、高エネルギー線の溶接エネルギーが大きすぎた場合でも角形電池の電極群にダメージを与えることはほとんどなくなる。

また、押え板の隙間に挿入された複数の正極芯体ないし負極芯体の露出部は、これらの芯体の露出部代は一定であるため、これらの芯体の先端部は偏平状の電極群の厚さに対応する距離差が生じるので、押え板の中央部が最も高い位置まで延び、両端部に行くに従って高さが低くなる。しかしながら、請求項１に係る発明によれば、押え板として金属板が折り返されて隙間を空けて互いに対向する面が形成されているとともに前記対向する面の少なくとも一方側に折り返し部に沿ったスリットが設けられているものを使用したから、押え板のスリットが設けられている位置、即ち溶接箇所は従来例のものに比すると露出部の根本に近くなるので、芯体の露出代を大きくしなくても全ての芯体の露出部と押え板とを確実に溶接した角形電池が得られる。

また、請求項２に係る発明によれば、集電体の実質的に断面が逆Ｌ字型の金具の内側面が押え板の対向する面の一方及び折り返し部に当接するように載置されているとともに、逆Ｌ字型の金具の押え板の対向する面の一方と当接している部分を実質的に横方向から高エネルギー線により溶接したから、逆Ｌ字状の金具の取付強度が大きくなるとともに、逆Ｌ字状の金具から直接帯状に延びている接続部として押え板の折り返し部よりも幅が太いものを使用し得るため、大電流を取り出すことができる角形電池が得られる。

また、請求項３に係る発明によれば、実質的に断面が逆Ｌ字型の金具の押え板の対向する面の一方と当接している部分には押え板に設けられたスリットと重複する位置にスリットを設けたから、前記正極芯体及び負極芯体の少なくとも一方の複数の露出部と、前記押え板と、前記、逆Ｌ字型の金具の押え板とをそれぞれのスリットを介して同時に溶接できるようになるため、製造工数を増やすことなく金属製端子を押え板に取り付けることができるようになる。

また、請求項４に係る発明によれば、レーザ光及び電子ビームともに溶接用高エネルギー線として慣用的に用いられており、溶接部の信頼性及び品質が良好な角形電池が得られる。

更に、請求項５に係る発明によれば、電極群の厚さが厚く、集電体の対向面間の隙間に挿入される正極芯体ないし負極芯体の露出部の数が多くなっても、これらの芯体の複数の露出部を２組に分けるとそれぞれの組の露出部から見れば電極群の厚さを薄くした場合と等価になるため、これらの芯体の露出部代を特に大きくしなくても、２組の複数の露出部と、押え板と、集電体とを、これら集電体の対向面の両方に設けられたスリットを介して両側から実質的に横方向の高エネルギー線によって一体に溶接することができるようになり、実質的に請求項１に係る発明と同様の効果が得られる外、より大電流を取り出すことができる角形電池が得られる。

また、請求項６に係る発明によれば、押え板の対向面同士の弾性力によって、２組の複数の露出部と押え板とを集電体の対向面間の隙間に挿入した際、押え板の対向面により２組の複数の露出部のそれぞれに対して集電体の対応面に向かう押圧力を与えることができるため、溶接する前に２組の複数の露出部と押え板と集電体とを一体的に固定でき、高エネルギー線による溶接を安定して行うことができるようになる。

また、請求項７に係る発明によれば、請求項６に係る発明の効果に加えて、更に請求項４に係る発明と同様の効果を奏することができる角形電池が得られる。

また、請求項８に係る発明によれば、電極群の厚さが厚く、押え板の隙間に挿入される正極芯体ないし負極芯体の露出部の数が多くなっても、これらの芯体の複数の露出部を２組に分けるとそれぞれの組の露出部から見れば電極群の厚さを薄くした場合と等価になるため、これらの芯体の露出部代を特に大きくしなくても、２組の複数の露出部のそれぞれを押え板の２つの押え部の隙間に挿入した状態で、２組の複数の露出部と、押え板と、集電体のそれぞれの対向面とを、集電体の対向面にそれぞれ設けられたスリット及び押え板の外側に位置する面にそれぞれ設けられたスリットを介して、実質的に横方向から高エネルギー線一体に溶接することができるようになり、実質的に請求項１に係る発明と同様の効果が得られる外、より大電流を取り出すことができる角形電池が得られる。

また、請求項９に係る発明によれば、請求項８に係る発明の効果に加えて、更に請求項４に係る発明と同様の効果を奏することができる角形電池が得られる。

以下、本願発明を実施するための最良の形態を巻回された偏平状の電極群を用いた角形電池の場合を例にとり、実施例及び比較例を用いて図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための巻回された偏平状の電極群を用いた角形電池の一例を例示するものであって、本発明をこの実施例に特定することを意図するものではなく、本発明は例えば正極板及び負極板をそれぞれセパレータを介して複数枚積層した積層型の電極群の場合等、特許請求の範囲に示した技術思想を逸脱することなく種々の変更を行ったものにも均しく適用し得るものである。なお、この発明における高エネルギー線の照射方向を示す「実質的に横方向」とは、完全に水平な方向だけでなく、水平方向からある程度傾いていても実質的に横方向と見なされる範囲を含むものである。この傾きは何ら臨界的なものではなく、具体的には完全に水平な方向を基準として約±３０°程度の範囲にあればよい。

まず、実施例及び比較例で使用する巻回された偏平状の電極群の作製方法について説明する。

〔正極の作製〕
正極は次のようにして作製した。まず、コバルト酸リチウムからなる正極活物質９４質量％をアセチレンブラック、グラファイト等の炭素粉末３質量％と、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶｄＦ）よりなる結着剤３質量％とを混合し、得られた混合物にＮ−メチルピロリドンを加えて混練して活物質合剤スラリーを作製した。これらの活物質合剤スラリーを厚さが２０μｍのアルミニウム箔からなる正極芯体の片面に、電極の端部にはアルミニウム箔の露出部ができるようにして、均一に塗付して活物質層を塗布した正極板を形成した。この後、活物質層を塗布した正極板を乾燥機中に通過させて、スラリー作製時に必要であった有機溶剤を除去して乾燥させた。乾燥後、この乾燥正極板をロールプレス機により圧延して、厚みが０．０６ｍｍの正極板とした。このようにして作製された電極を幅９６ｍｍの短冊状に切り出し、幅１０ｍｍの帯状のアルミニウム箔露出部を設けた正極を得た。

〔負極の作製〕
負極は次のようにして作製した。まず、黒鉛粉末９８質量％、カルボキシメチルセルロース、スチレンブタジエンゴムをそれぞれ１質量％混合し、水を加えて混練してスラリーを作製した。このスラリーを厚さ１２μｍの銅箔からなる負極芯体の片面に、電極の端部には銅箔の露出部ができるように均一に塗布して負極活物質層を塗布した負極板を得た。この後、活物質層を塗布した負極板を乾燥機中に通過させて、スラリー作製時に必要であった水を除去して乾燥させた。乾燥後、この乾燥負極板をロールプレス機により圧延して、厚みが０．０５ｍｍの負極板とした。次いで、得られた電極を幅９８ｍｍの短冊状に切り出し、幅８ｍｍの帯状の銅箔露出部を設けた負極を得た。

〔巻回された偏平状の電極群の作製〕
上述のようにして得られた正極板のアルミニウム箔露出部と負極板の銅箔露出部とがそれぞれ対向する電極の活物質層と重ならないようにずらして、厚さ０．０２２ｍｍのポリエチレン製多孔質セパレータを介して巻回し、両側端にそれぞれ複数のアルミニウム箔露出部と複数の銅箔露出部が形成された実施例及び比較例で使用する巻回された偏平状の電極群１０を作製した。

実施例１の角形電池を図１〜図３を用いて説明する。なお、図１Ａは巻回された偏平状の電極群に押え板を取り付けた状態の斜視図であり、図１Ｂは図１ＡのＩＢ−ＩＢ断面図である。図２Ａは図１の偏平状の電極群に取り付けられた押え板上に更にスリットを有しない集電体を取り付けた状態の、図２Ｂは同じくスリットを有する集電体を取り付けた状態の、それぞれ図１のＩＢ−ＩＢ断面図に対応する断面図である。また、図３は図２Ｂに示したスリットを有する集電体を取り付けた偏平状の電極群を電池外装缶内に組み込んだ実施例１の角形電池の部分断面図である。

この実施例１の角形電池における偏平状の電極群１０には、金属板を折り返し部１４で折り返すことにより隙間を空けて互いに対向する面１１Ａ、１２Ａが形成された押え板１３Ａが取り付けられている。この押え板１３Ａの互いに対向する面１１Ａ及び１２Ａの少なくとも一方側には折り返し部１４に沿って実質的に平行にスリット１５が設けられている。そして、巻回された偏平状の電極群１０から延びる正極芯体ないしは負極芯体の複数の露出部１６が押え板１３Ａの隙間に挿入され、正極芯体ないしは負極芯体の複数の露出部１６と押え板１３Ａとをスリット１５を介してレーザ光を実質的に横方向から照射することにより一体に溶接されている。

このような構成によれば、レーザ光を照射して溶接した際にスパッタリングされた微粒子は、レーザ光の進行方向、即ち実質的に水平方向に飛散するため、巻回された偏平状の電極群１０の内部にまで浸入することがなくなるので、内部短絡の可能性が少なくなる。更に、レーザ光の溶接エネルギーが大きすぎた場合、スリットが設けられた面１２Ａに対向する面１１Ａをレーザ光が貫通してしまうこととなるが、このような状態となっても巻回された偏平状の電極群１０にダメージを与えることはほとんどなくなる。

また、押え板１３Ａの隙間に挿入された複数の正極芯体ないし負極芯体の露出部１６は、図１Ｂに示したように、これらの芯体の露出部代は一定であるため、これらの芯体の先端部は巻回された偏平状の電極群１０の厚さに対応する距離差が生じるので、押え板の中央部が最も高い位置まで延び、両端部に行くに従って高さが低くなる。しかしながら、実施例１で採用された押え板１３Ａによれば、押え板１３Ａのスリット１５が設けられている位置が従来例のものに比すると芯体の露出部１６の根本に近くなるので、芯体の露出代を大きくしなくても全ての芯体の露出部１６と押え板１３Ａとを溶接することができるようになる。

なお、押え板１３Ａは、図示しない電池外装缶に設けられた外部出力端子と集電体によって接続する必要がある。そこで、実施例１の角形電池の集電体１８Ａとしては、図２Ａに示すように、実質的に横断面が逆Ｌ字型の金具とこの金具から直接帯状に延びている接続部（図示せず）とを有するものを使用した。そして、この集電体１８Ａの内側面が押え板１３Ａの対向する面の一方及び前記折り返し部１４に当接するように載置し、この逆Ｌ字型の金具のうち前記押え板１３Ａの対向する面の一方と当接している部分を、別途押え板１３Ａのスリット１５が設けられている方向とは逆の方向から、かつ実質的に横方向からレーザ光により溶接した。

このような実施例１の角形電池の集電体１８Ａでは、集電体１８Ａを押え板１３Ａに溶接する必要があるため、レーザ溶接工程が１回増えるが、逆Ｌ字型の金具から直接帯状に延びている接続部の幅を押え板１３Ａの折り返し部１４の幅よりも十分に広くすることができるため、大電流を取り出すことができる角形電池が得られる。

なお、この集電体１８Ａの逆Ｌ字型の金具の折り曲げ部分は、必ずしも直角に曲がっている必要はなく、符号１８Ａ_１で示した折り曲げ部分のように曲線状のふくらみを持たせて実質的に逆Ｌ字型となるようにしてもよい。このような構成とすることにより、集電体１８Ａや押え板１３Ａの形状に誤差があっても、集電体１８Ａの取付・固定が容易となる。更に、押え板１３Ａの下端側に正極芯体ないしは負極芯体の複数の露出部１６の上部に広がるスカート状部分１３Ａ_１を設けてもよい。このような構成を採用すると、押え板１３Ａが動き難くなるので、電池に振動等が加わっても押え板１３Ａと正極芯体ないしは負極芯体の複数の露出部１６との間の接触抵抗が大きくなることが少なくなる。

また、実施例１の角形電池の集電体の変形例としては、図２Ｂに示すように、スリットを有する集電体１８Ｂを採用できる。この図２Ｂに示した集電体１８Ｂは、実質的に横断面が逆Ｌ字型の金具と前記金具から直接帯状に延びている接続部２１（図３参照）とを備えているとともに、スリット１５'を有している。この変形例の場合、集電体１８Ｂのスリット１５'と押え板１３Ａのスリット１５が重なるように配置してレーザ溶接する以外は前記集電体１８Ａの場合と同様であるが、レーザ溶接工程は一回ですむ。この実施例１の変形例の場合も、集電体１８Ｂの逆Ｌ字型の金具の折り曲げ部分は符号１８Ｂ_１で示した折り曲げ部分のように曲線状のふくらみを持たせて実質的に逆Ｌ字型となるようにしてもよく、更に、押え板１３Ａの下端側に正極芯体ないしは負極芯体の複数の露出部１６の上部に広がるスカート状部分１３Ａ_１及び逆Ｌ型の金具の下端部にもスカート部分１８Ｂ_２を設けてもよい。

この図２Ｂに示した実施例１の変形例の集電体１８Ｂを採用した角形電池２０の部分断面図を図３に示す。この角形電池２０は、巻回された偏平状の電極群１０の正極側には例えば押え板１３Ａが取り付けられており、この押え板１３Ａには図２Ｂに示したような構成の集電体１８Ｂが取り付けられ、この集電体１８Ｂの接続部２１は封口板２２に絶縁性物質２３を介して取り付けられた正極外部端子２４に接続されている。同様にして、巻回された偏平状の電極群１０の負極側には押え板１３Ａ'が取り付けられており、この押え板１３Ａ'には集電体１８Ｂ'が取り付けられ、この集電体１８Ｂ'の接続部２１'は封口板２２に絶縁性物質２３'を介して取り付けられた負極外部端子２４'に接続されている。

そして、封口板２２と一体化された巻回された電極群１０を電池外装缶２５内に挿入し、封口板２２の周囲と電池外装缶２５の接合部２６をレーザ溶接し、図示しない電解液注入孔から所定量の所定の組成の電解液を注入した後、電解液注入孔を密閉することにより角形電池２０が完成される。なお、電解液としては、エチレンカーボネートとジエチルカーボネ一卜を体積比３：７で混合した溶媒に対し、ＬｉＰＦ_６を１モル／Ｌとなるように溶解した非水電解液等を使用することができる。このようにして得られた角形電池２０は、正極芯体ないしは負極芯体の複数の露出部１６と押え板１３Ａ、１３Ａ'との間の接触面積が非常に大きく、しかも、押え板１３Ａ、１３Ａ'と集電体１８Ｂ、１８Ｂ'との間、及び集電体１８Ｂ、１８Ｂ'と正極外部端子２４ないし負極外部端子２４'との間の抵抗も低いため、大電流が必要とされるＥＶ、ＨＥＶ用電池として最適となる。

巻回された偏平状の電極群１０の厚さが厚くなると、実施例１に示したような押え板１３Ａの構成では、押え板１３Ａの隙間に挿入される正極芯体ないし負極芯体の露出部１６の数が多くなるので、露出代を大きくしないと全ての露出部１６が押え板１３Ａの隙間内に入らない場合が生じる。そこで、実施例２として厚さが厚い巻回された偏平状の電極群に集電体を取り付けた角形電池の構成を図４を参照して説明する。なお、図４Ａは実施例２の角形電池の巻回された偏平状の電極群に集電体を取り付けた状態の斜視図であり、図４Ｂは図４ＡのIVＢ−IVＢ断面図であり、図４Ａ及び図４Ｂにおいては実施例１の角形電池の集電構造と同一の構成部分には同一の参照符号を付与して説明する。

実施例２の角形電池における偏平状の電極群１０には、金属板を間隔を開けて２箇所の折り返し部１８Ｃ_１及び１８Ｃ_２で折り返すことにより、実質的にコ字状の、隙間Ｗ１を空けて互いに対向する面１８Ｃ_３及び１８Ｃ_４が形成された集電体１８Ｃが取り付けられており、この集電体１８Ｃは互いに対向する面１８Ｃ_３及び１８Ｃ_４の両方側に折り返し部１８Ｃ_１及び１８Ｃ_２に沿って実質的に平行にスリット１５_１'及び１５_２'が設けられている。そして、巻回された偏平状の電極群１０から延びる正極芯体ないしは負極芯体の複数の露出部１６を偏平部分において２組に分けて束ね、それぞれ第１の露出部１６_１および第２の露出部１６_２とした。そして、第１の露出部１６_１及び第２の露出部１６_２の間に押え板１３Ｃを配置し、図４Ｂに示したように、この第１の露出部１６_１、第２の露出部１６_２及び押え板１３Ｃを同時に集電体１８Ｃの互いに対向する面１８Ｃ_３及び１８Ｃ_４の間に挿入した。

この押え板１３Ｃの横幅Ｗ２は、集電体１８Ｃの互いに対向する面１８Ｃ_３及び１８Ｃ_４の隙間Ｗ１と少なくとも正極芯体ないしは負極芯体の第１の露出部１６_１の幅と第２の露出部１６_２の幅との和Ｗ３との差、すなわちＷ２＝Ｗ１−Ｗ３の関係を満たしていればよく、その形状は任意である。しかしながら、押え板１３Ｃによって正極芯体ないしは負極芯体の第１の露出部１６_１と第２の露出部１６_２を集電体１８Ｃの互いに対向する面１８Ｃ_３及び１８Ｃ_４側に押圧することができるようにするため、図４Ｂに示したように、押え板１３Ｃは金属板が折り返されて隙間を空けて互いに対向する面が形成されたものとし、この押え板１３Ｃの互いに対向する面間に隙間を形成することによりこれらの面が変位できるようにして弾性力を発揮できるようにするとよい。

このようにして第１の露出部１６_１と押え板１３Ｃ、及び、押え板１３Ｃと第２の露出部１６_２とを、それぞれ集電体１８Ｃの互いに対向する面１８Ｃ_３及び１８Ｃ_４に設けられた２つのスリット１５_１'及び１５_２'を介して両側からレーザ光を照射することにより、一体に溶接することができる。この実施例２の角形電池によれば、実質的に実施例１の角形電池２０の場合と同様の効果が得られる外、より大電流を取り出すことができる大型の角形電池が得られる。

実施例３の角形電池は、実施例２の場合と同様に、巻回された偏平状の電極群１０の厚さが厚い場合に適用したものであるが、押え板として実施例１の角形電池の押え板１３Ａと同様の構成のものを２個一体に組み合わせたものを使用したものである。この実施例３の角形電池における巻回された偏平状の電極群に集電体を取り付けた構成を図５を用いて説明する。なお、図５は実施例３の角形電池における巻回された偏平状の電極群に集電体を取り付けた状態を示す図４ＡのIVＢ−IVＢ断面図に対応する断面図であり、実施例２の角形電池の集電体１８Ｃと同一の構成部分には同一の参照符号を付与して説明する。

この実施例３の角形電池における偏平状の電極群１０には、金属板を間隔を開けて２箇所の折り返し部１８Ｄ_１及び１８Ｄ_２で折り返すことにより、実質的にコ字状の、隙間を空けて互いに対向する面１８Ｄ_３及び１８Ｄ_４が形成された集電体１８Ｄが取り付けられており、この集電体１８Ｄは互いに対向する面１８Ｄ_３及び１８Ｄ_４の両方側に折り返し部１８Ｄ_１及び１８Ｄ_２に沿って実質的に平行にスリット１５_１'及び１５_２'が設けられている。そして、巻回された偏平状の電極群１０から延びる正極芯体ないしは負極芯体の複数の露出部１６を偏平部分において２組に分けて束ね、それぞれ第１の露出部１６_１および第２の露出部１６_２とした。

また、押え板１３Ｄとしては、金属板が折り返されて隙間を空けて互いに対向する面が形成された２つの押え部１９_１、１９_２がそれぞれ互いに平行にかつ互いに所定間隔を空けて一体に形成されているとともに、２つの押え部１９_１、１９_２の互いに外側に位置する面にそれぞれ折り返し部に沿ったスリット１５_１、１５_２を設けたものを使用した。そして、第１の露出部１６_１及び第２の露出部１６_２を押え板１３Ｄのそれぞれ２つの押え部１９_１、１９_２の隙間内に配置し、この第１の露出部１６_１、第２の露出部１６_２及び押え板１３Ｄを同時に、図５に示したように、集電体１８Ｄの互いに対向する面１８Ｄ_３及び１８Ｄ_４の間に挿入した。

このようにして第１の露出部１６１と押え板１３Ｄの一方の押え部１９１、及び、押え板１３Ｄの他方の押え部１９_２と第２の露出部１６_２とを、それぞれ集電体１８Ｄの互いに対向する面１８Ｄ_３及び１８Ｄ_４に設けられた２つのスリット１５_１'、１５_２'、及び、２つの押え部１９_１、１９_２の互いに外側に位置する面に設けられた２つのスリット１５_１、１５_２を介して両側からレーザ光を照射することにより、一体に溶接することができる。この実施例３の角形電池によれば、実質的に実施例２の角形電池の場合と同様の効果が得られる。

［比較例1］
比較例１の角形電池においては、正極芯体ないしは負極芯体の露出部と集電体との間の溶接方法としてレーザ溶接法を採用したが、レーザ光の照射方向を実施例１〜３とは異なり、正極芯体ないしは負極芯体の露出部に対し垂直方向から行った。この比較例１の角形電池の巻回された偏平状の電極群に集電体を取り付けた状態を図６を用いて説明する。なお、図６Ａは比較例１の角形電池の巻回された偏平状の電極群に集電体を取り付けた状態の斜視図であり、図６Ｂは図６ＡのVIＢ−VIＢ断面図である。

この比較例１の角形電池で使用する集電体１８Ｅとしては、金属板がコ字状に折り返されて隙間を空けて互いに対向する面１８Ｅ_３及び１８Ｅ_４と前記互いに対向する面１８Ｅ_３及び１８Ｅ_４の間を接続する面が形成され、前記互いに対向する面１８Ｅ_３及び１８Ｅ_４の間を接続する面から直接帯状に延びている接続部２１が形成されているものを使用した。なお、この集電体１８Ｅにはスリットは設けられていない。この集電体１８Ｅの互いに対向する面１８Ｅ_３及び１８Ｅ_４の間に全ての正極芯体ないしは負極芯体の露出部１６を差し込み、集電体１８Ｅ側よりレーザ光を照射して正極芯体ないしは負極芯体の露出部１６と集電体１８Ｅとをレーザ溶接した。この場合、レーザ光が集電体１８Ｅを貫通しない場合には特に問題は生じなかったが、レーザ光が集電体１８Ｅを貫通した場合には、レーザ光が巻回された偏平状の電極群１０の内部にまで浸入してしまうため、内部短絡が発生した。

なお、上記実施例１〜３においては、溶接方法としてレーザ溶接法を採用したものを示したが、これに限らず周知の高エネルギー線、例えば電子ビーム溶接法も使用することができる。

図１Ａは巻回された偏平状の電極群に押え板を取り付けた状態の斜視図であり、図１Ｂは図１ＡのＩＢ−ＩＢ断面図である。図２Ａは図１の偏平状の電極群に取り付けられた押え板上に更にスリットを有しない集電体を取り付けた状態の、図２Ｂは同じくスリットを有する集電体を取り付けた状態の、それぞれ図１ＡのＩＢ−ＩＢ断面図に対応する断面図である。図２Ｂに示したスリットを有する集電体を取り付けた偏平状の電極群を電池外装缶内に組み込んだ実施例１の角形電池の部分断面図である。図４Ａは実施例２の角形電池の巻回された偏平状の電極群に集電体を取り付けた状態の斜視図であり、図４Ｂは図４ＡのIVB−IVＢ断面図である。実施例３の角形電池における巻回された偏平状の電極群に集電体を取り付けた状態を示す図４ＡのIVＢ−IVＢ断面図に対応する断面図である。図６Ａは比較例１の角形電池の巻回された偏平状の電極群に集電体を取り付けた状態の斜視図であり、図６Ｂは図６ＡのVIＢ−VIＢ断面図である。従来例の電池の集電体の斜視図である。図７の集電体に未塗布部側の芯体の端縁に集電体を取り付けた後にレーザ溶接する際の模式図である。別の従来例の電池の巻回電極体に集電体を取り付けた状態を示す斜視図である。図９の集電体部の部分拡大斜視図である。図９の集電体のスリットに挿入された電極の未塗布部側の芯体の端縁を屈曲する前の拡大断面図である。図９の集電体のスリットに挿入された電極の未塗布部側の芯体の端縁を屈曲した後の拡大断面図である。図１３Ａは図９の集電体内の芯体の実際の配置状態を示す拡大断面図であり、図１３Ｂは図１３Ａの挟持部の高さを高くした場合の拡大断面図である。

符号の説明

１０巻回された偏平状の電極群
１１、１２押え板の互いに対向する面
１３Ａ、１３Ｃ、１３Ｄ押え板
１３Ａ_１、１８Ｂ_２スカート部
１４折り返し部
１５、１５_１、１５_２押え板のスリット
１５_１'、１５_２' 集電体のスリット
１６、１６_１、１６_２正極芯体ないしは負極芯体の複数の露出部
１８Ａ〜１８Ｅ集電体
１８Ｃ_１、１８Ｃ_２集電体の折り返し部
１８Ｃ_３〜１８Ｅ_３、１８Ｃ_４〜１８Ｅ_４集電体の互いに対向する面
１９_１、１９_２押え部
２０角形電池
２１接続部
２２封口板
２３、２３' 絶縁性物質
２４正極外部端子
２４' 負極外部端子

Claims

正極芯体に正極合剤が塗布された正極と、負極芯体に負極合剤が塗布された負極とがセパレータを介して幅方向に互いにずらして積層或いは巻回された偏平状の電極群と、押え板と、前記押え板に電気的に接続された集電体とを備え、前記正極芯体及び負極芯体の少なくとも一方の幅方向の端部は前記正極合剤又は負極合剤が塗布されていない複数の露出部を有し、前記複数の露出部に押え板が溶接された角形電池において、
前記押え板は、金属板が折り返されて隙間を空けて互いに対向する面が形成されて前記対向する面の少なくとも一方側に折り返し部に沿ったスリットが設けられ、
前記複数の露出部が前記押え板の隙間に挿入されて、前記複数の露出部と前記押え板とが前記スリットを介して実質的に横方向から高エネルギー線により溶接されていることを特徴とする角形電池。
前記集電体は、実質的に横断面が逆Ｌ字型の金具と前記金具から直接帯状に延びている接続部とからなり、前記集電体の逆Ｌ字型の金具の内側面が前記押え板の対向する面の一方及び前記折り返し部に当接するように載置されているとともに、前記集電体の逆Ｌ字型の金具の前記押え板の対向する面の一方と当接している部分が実質的に横方向から高エネルギー線により溶接されていることを特徴とする請求項１に記載の角形電池。
前記集電体の逆Ｌ字型の金具の前記押え板の対向する面の一方と当接している部分には前記押え板に設けられたスリットと重複する位置にスリットが設けられ、前記複数の露出部と、前記押え板と、前記集電体の逆Ｌ字型の金具とが、前記押え板及び集電体の逆Ｌ字型の金具に設けられたそれぞれのスリットを介して実質的に横方向から高エネルギー線により溶接されていることを特徴とする請求項２に記載の角形電池。
前記高エネルギー線は、レーザ光又は電子ビームからなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の角形電池。
正極芯体に正極合剤が塗布された正極と、負極芯体に負極合剤が塗布された負極とがセパレータを介して幅方向に互いにずらして積層或いは巻回された偏平状の電極群と集電体とを備え、前記正極芯体及び負極芯体の少なくとも一方の幅方向の端部は前記正極合剤又は負極合剤が塗布されていない複数の露出部を有し、前記複数の露出部に押え板が溶接された角形電池において、
前記集電体は、金属板がコ字状に折り返されて隙間を空けて互いに対向する対向面と前記対向面間を接続する面が形成され、前記対向面のそれぞれに前記折り返し部に沿ったスリットが設けられているとともに、前記対向面間を接続する面から直接帯状に延びている接続部が形成されており、
前記複数の露出部は２組に分けられてこれらの２組の露出部間に配置された押え板とともに前記集電体の対向面間の隙間に挿入され、
前記２組の露出部と、前記押え板と、前記集電体のそれぞれの対向面とが前記集電体の対向面のそれぞれに設けられたスリットを介して実質的に横方向から高エネルギー線により溶接されていることを特徴とする角形電池。
前記押え板は金属板がコ字状に折り返されて隙間を空けて互いに対向する対向面が形成されており、前記押え板の対向面の外側がともに前記露出部と接する状態で前記集電体の隙間に挿入されていることを特徴とする請求項５に記載の角形電池。
前記高エネルギー線は、レーザ光又は電子ビームからなることを特徴とする請求項５又は６に記載の角形電池。
正極芯体に正極合剤が塗布された正極と、負極芯体に負極合剤が塗布された負極とがセパレータを介して幅方向に互いにずらして積層或いは巻回された偏平状の電極群と集電体とを備え、前記正極芯体及び負極芯体の少なくとも一方の幅方向の端部は前記正極合剤又は負極合剤が塗布されていない複数の露出部を有し、前記複数の露出部に押え板が溶接された角形電池において、
前記集電体は、金属板がコ字状に折り返されて隙間を空けて互いに対向する対向面と前記対向面間を接続する面が形成され、前記対向面のそれぞれに前記折り返し部に沿ったスリットが設けられているとともに、前記対向面間を接続する面から直接帯状に延びている接続部が形成されており、
前記押え板は、金属板が折り返されて隙間を空けて互いに対向する面が形成された押え部が２個、それぞれ互いに平行にかつ互いに所定間隔を空けて一体に形成されているとともに、前記２つの押え部の互いに外側に位置する面にそれぞれ前記折り返し部に沿ったスリットが設けられており、
前記複数の露出部は２組に分けられてこれらの２組の露出部のそれぞれが前記２つの押え部の隙間に挿入された状態で前記集電体の対向面間の隙間に挿入され、
前記２組の複数の露出部と、前記押え板と、前記集電体のそれぞれの対向面とが、前記集電体の対向面にそれぞれ設けられたスリット及び前記押え板の外側に位置する面にそれぞれ設けられたスリットを介して実質的に横方向から高エネルギー線により溶接されていることを特徴とする角形電池。
前記高エネルギー線は、レーザ光又は電子ビームからなることを特徴とする請求項８に記載の角形電池。