JP2011165515A - 角形密閉二次電池及び角形密閉二次電池の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】集電効率と集電安定性とに優れた大出力放電に対応できる角形密閉二次電池を提供する。
【解決手段】積層型または巻回積層型の扁平状電極体を角形電池ケースに収容してなる角形密閉二次電池において、扁平状電極体を構成する第１電極板の芯体露出部５ｂが露出した最外層部分であって扁平状電極体の扁平部部分に、当該扁平部部分を厚み方向から挟むように一対の集電板２０・２０が配置され、かつ一対の集電板２０・２０の間であって２分割された芯体露出部積層群１２’・１２’の間に、補強部材付き連結導電部材３１が介装され、一対の集電板２０・２０と柱状連結導電部材（３０）と２分割された芯体露出部積層群１２’・１２’とが溶接接合されている。
【選択図】図９

Description

本発明は、角形密閉二次電池の集電安定性を高める集電系構造に関する。

近年、電気自動車（ＥＶ）、ハイブリッド自動車（ＨＥＶ）などの二次電池を駆動電源とする電池駆動自動車が普及しつつあるが、電池駆動自動車には高出力な二次電池が必要である。また、携帯電話やノートパソコンなどのモバイル型電子機器への一層の高機能化により、これらの用途においても一層の高出力化が求められている。

電池の高出力化には、正負電極の対向面積を大きくする必要がある。正負電極板を多数積層した積層電極体構造や、長尺の正負電極板を、セパレータを介して巻回した渦巻き電極体構造は、正負電極の対向面積を大きくできるので、電池の高出力化を図り易い。

積層電極体や渦巻き電極体を用いた二次電池では、正負電極の芯体を露出させた芯体露出部に集電板を溶接し、この集電板を外部出力端子に接続する構造が採用されているが、高出力電池においては、大電流を安定して取り出すことが重要となる。大電流を安定して取り出すには、集電板と正負電極芯体との接触面積を大きくし溶接点を多くするのが有利である。よって、従来より幅広の集電板を用い、集電板と正負電極芯体との溶接箇所を多くすることが行われている。

しかし、電極板の巻回数や積層枚数が多い積層タイプの大容量二次電池においては、電極板の延べ面積当たりにおける集電板と電極板との接触面積を多くすることは容易でない。単に幅広の集電板を用いても大電流を安定して取り出すことはできない。

集電系における電気抵抗を低減させる技術に関しては、従来から種々の集電構造が提案されている。例えば下記特許文献１〜４の技術が提案されている。

特開２００３−２４９４２３号公報（要約） 実開昭５８−１１３２６８号公報（実用新案登録請求の範囲） 特開２０００−４０５０１号公報（図７） 特開２００１−２５７００２号公報 特開２００６−２２８５５１号公報

特許文献１は、扁平状に巻回された電極体の厚み方向の両側に積層された芯体を二つにわけて集め、その間（巻回内周部）にコの字状の集電体を挿入し、この部材を介して集電する技術を開示している。この技術によると、セパレータからはみ出して巻回される部分（集電端子を接続する部分）の幅を小さくすることができるので、電池の体積当たりの能力を向上させることができるとされる。

特許文献２は、極柱の下部側面に、２つに分割して集束した極板耳群の夫々を、該耳群の外側に配置した当板とともに一体に溶接してなる極板耳群端子集結装置を開示している。この技術によると、通電路が短く形成できしかも接合面積が大きくできるとされる。

特許文献３は、電極芯体を集めた電極体厚み方向の中間部分に、長方形板形状の集電端子接続部（電極端子の一部）を挿入し、集電端子接続部を介して集電する構造が開示されている。この構造であると、接続抵抗が低減できるので大電流に耐える巻回電極電池が提供できるとされる。

特許文献４、５にも、内部抵抗を低減させることのできる集電構造が開示されている。

本発明は、電極板の巻回数や積層枚数が多い大容量な角形密閉二次電池における集電効率や集電安定性を高め得る集電系構造を案出し、もって大出力を安定して取り出すことのできる角形密閉二次電池を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための角形密閉二次電池にかかる第１の発明は、幅方向の一方端側に芯体露出部が形成された第１電極板と、幅方向の一方端側に芯体露出部が形成された、前記第１電極板とは極性の異なる第２電極板とが、各々の芯体露出部が幅方向で対向するようセパレータを介して積層または巻回積層されてなる扁平状電極体と、前記第１電極板に接合された集電板と、前記集電板を介して前記第１電極板に通電可能に接続された外部出力端子と、前記扁平状電極体を収容する角形電池ケースと、を少なくとも備えた角形密閉二次電池において、一対の集電板が、前記扁平状電極体を構成する第１電極板の芯体露出部が露出した最外層部分であって前記扁平状電極体の扁平部部分に、当該扁平部部分を厚み方向から挟むように配置され、柱状の連結導電部材が、前記一対の集電板で挟まれた扁平部部分における芯体露出部積層群を２分割した間に介装され、前記一対の集電板と前記連結導電部材と２分割された芯体露出部積層群とが溶接接合されている、ことを特徴とする。

角形密閉二次電池の大容量化と高エネルギー密度化を図るためには、薄い電極芯体を用い、これに可能な限り多くの活物質を保持させ、かつこのようにして作製した電極板を多層に積層または巻回積層する必要がある。しかし、電極芯体を薄くすると脆弱になり破損し易くなると共に、電気抵抗が大きくなるので、安定して大電流集電を行ない難くなる。

本発明は、第1電極板と第２電極板とが積層または巻回積層された扁平状電極体を角形電池ケースに収容してなる角形密閉二次電池を対象とする。この扁平状電極体の第1電極芯体露出部は、扁平状電極体の一方端面側に露出し、第２電極芯体露出部は、他方端面側に露出している。

この構造の電池において本発明は、扁平状電極体の扁平部分のうち第1電極の芯体露出部が露出した一方の端部に、当該端部を厚み方向から挟むようにして一対の集電板を配置し、一対の集電板で挟まれた芯体露出部積層群部分の中間（２分割された芯体露出部積層群の間）に連結導電部材が介装され、この状態で一対の集電板と柱状の連結導電部材と２分割された芯体露出部積層群とが溶接接合された構造を採用する。

芯体露出部積層群が２分割され、２分割された芯体露出部積層群の間に連結導電部材が介在された構造であると、２分割された電極板積層群を１度の溶接作業で通電可能に連結することができる。よって、各々を溶接する構造に比較し溶接作業性が格段に向上する。また、２分割された芯体露出部積層群の間に連結導電部材が介在させた構造であると、芯体露出部積層群の全厚みを一度に溶接する場合に比較し、良質の溶接を効率よく行える。

芯体露出部積層群を偏平状電極体の厚み方向において分割せずに直接溶接するには、芯体露出部積層群を偏平状電極体の厚み方向の中央部に押さえ付けて溶接する必要がある。これにより極体に大きな歪みが生じ、また溶融と冷却の過程で電極芯体に皺や縮みが生じるため、応力的な無理が内在した偏平状電極体が形成されることになる。これに対し、２分割された芯体露出部積層群の間に連結導電部材が介在された構造であると、応力的な無理が少ない状態で溶接が行えるので、形状安定性のよい扁平状電極体を形成することができる。また、芯体露出部積層群を偏平状電極体の厚み方向において分割せずに直接溶接する場合に比べて、各電極板の芯体露出部の幅を小さくすることができる。

よって上記構成によると、安定して大電流を集電し出力させることが可能な集電系を構成でき、このような本発明は、電極板の積層数または巻回積層数が多い大容量な角形密閉二次電池において特に有用性を発揮する。

ここで、上記構成における「電極板」は、電極芯体に活物質が形成されたものを意味する。また「第1電極板」は、正極または負極の何れかを意味する。また「第２電極板」は、第1電極板に対抗する電極を意味する。また「積層」は、第1電極板と第２電極板とを両者の間にセパレータを挟んで順次積み上げること意味し、「巻回積層」は、第1電極板と第２電極板とをセパレータを挟んで渦巻状に巻回することを意味する。なお、「巻回積層」においては、巻回中心から外側に向かって積層された状態が形成されることになる。

また「２分割」は、単に２つに別けることを意味し、均等分割すなわち２つに均等に別けることを意味しない。ただし、概ね均等な２分割がよく、「巻回積層」の場合には、巻回中心軸を境界とした２分割が好ましい。

また、「柱状の連結導電部材」における「柱状」とは、連結導電部材の直径をＲ，高さをＨとしたとき、Ｈ／Ｒ＞１であるのも意味する。Ｈ／Ｒは、好ましくは１を超え５以下であり、より好ましくは２〜３の範囲である。ここで、上記直径Ｒは、断面形状が非円形の連結導電部材の場合には、断面形を包摂する外接円の直径とする。また、太さが均一でない連結導電部材の場合には、最も太い部分における断面の最大径と、最も細い部分における断面の最小径を合算し２で割った値（平均値）とする。

上記角形密閉二次電池の構成において、前記柱状の連結導電部材が、前記芯体露出部に当接する両先端に前方に突き出た曲面の形成されているものとすることができる。

両先端に前方に突き出た曲面が形成された連結導電部材であると、押圧した時に前方に突き出た曲面が芯体露出部の積層面と集電板との接触を確実にすると共に、抵抗溶接電流の集中点となるので、効率よく抵抗溶接を行うことができるという効果がある。

上記角形密閉二次電池の構成において、前記柱状の連結導電部材が、前記芯体露出部に当接する両先端に凹部の形成されているものとすることができる。

先端の中央に凹部が形成された柱状の連結導電部材であると、先端が凸である場合に比較し、芯体露出部との当接安定性がよいので、２分割した芯体露出部積層群の中間に連結導電部材を入れた後、溶接するまでの間に位置ずれが生じにくい。また、凹部のくぼみ部分は芯体露出部に接触しないので、電流は芯体露出部に直接接触する凹部の出っ張り部分から凹部中心に向かって流れ込む。よって、先端が平坦である場合に比較し、電流集中の程度が大きく、溶接電流を連結導電部材の軸心に収束させるので、溶接すべき部分の温度を効率的に高める。それゆえ、この構成であると、良質な抵抗溶接と作業性の良さを同時に実現することができる。

上記角形密閉二次電池の構成において、前記柱状の連結導電部材が、筒状であるとすることができる。

筒状の連結導電部材は、その両先端形状が先端の中央に凹部を形成した柱状の連結導電部材の場合と同様となるので、上記と同様な作用効果が得られる。また、筒状であると、筒状でない連結導電部材に比較し、軽量とできるので、電池の重量エネルギー密度を高めることができる。

上記した両先端の中央に凹部が形成された柱状の連結導電部材、および筒形状の連結導電部材を用いた構成においては、表面に連結導電部材の先端に設けられた凹部に対向させる凸部が設けられた集電板を用いることができる。

この構成では、一対の集電板のそれぞれの表面に設けられた凸部（それぞれの凸が連結導電部材の先端側に出っ張っている）と、連結導電部材の先端凹部または筒状部材の中空部（先端凹部と同様に機能する）、および連結導電部材の柱軸とが、一直線状に並ぶように配置される。この構成であると、芯体露出部積層群の最外層にそれぞれ配置した両集電板を押圧すると、集電板の表面に設けられた凸部が当接する芯体露出部部分がより強く押圧される結果、芯体露出部積層群の内側面が凸状に出っ張ることになる。この出っ張りが連結導電部材先端の凹部または筒の中空部分に若干入り込み、連結導電部材の両先端を固定する。よって、作業性よく安定した抵抗溶接を行うことができ、良質な抵抗溶接が得られる。この結果として大電流集電性能に優れた角形密閉二次電池が得られる。

上記した各構成にかかる角形密閉二次電池においては、更に前記柱状の連結導電部材の胴回りに、樹脂製補強部材が設けられた構成とすることができる。

柱状の連結導電部材は、２分割された芯体露出部積層群相互間の導通を確保する部材であり、連結導電部材が柱状であると、芯体と接する面積が狭いので、凸部を設けなくとも溶接電流を集中させ易い。よって溶接電流の集中という観点からは、細い（直径の小さい）柱状の連結導電部材が好ましい。しかし、細い柱状連結導電部材であると、抵抗溶接用電極棒で上下方向から押圧した場合における安定性が悪いため溶接不良を生じ易い。また、押圧力により柱状連結導電部材が変形する可能性がある。

柱状の連結導電部材の胴回りに樹脂製補強部材を設ける上記構成であると、胴回りに設けられた樹脂製補強部材が、連結導電部材を補強するので、連結導電部材の変形が防止される。また、胴回りに設けられた樹脂製補強部材が見掛け上、連結導電部材の柱幅を大きくするので、連結導電部材を２分割境界の間に配置し易い。更に、樹脂製補強部材は一般に連結導電部材よりも体積当たりの重量が軽いので、連結導電部材自体を太くする場合に比較し、電池の重量エネルギー密度の低下が小さい。また、樹脂製補強部材が絶縁性である場合には、連結導電部材と電極板との無用な接触を防止するようにも機能する。

以上から、樹脂製補強部材を用いる構成であると、信頼性・安定性に優れた大電流放電対応の角形密閉二次電池を実現することができる。

ここで、樹脂製補強部材は、好ましくは柱状連結導電部材の両先端近傍を覆わないようにするのがよい。両先端は溶接電流を受け取る部分であり、溶融する部分であるからある。具体的には、柱状連結導電部材の高さをＨ２，樹脂製補強部材の高さをＨ１としたとき、［Ｈ１／Ｈ２］を、［１／３〜１／１］とし、好ましくは［１／２〜１０／１１］とし、樹脂製補強部材の長手方向の中央と柱状連結導電部材の長手方向中央とを一致させる。これにより、柱状連結導電部材の両先端および胴回りにおける先端部近傍を除いた部分が樹脂製補強部材で覆われる。

樹脂製補強部材は補強機能を発揮できる限り、大きさや形状に特段の制限はない。ただし、柱状連結導電部材の直径Ｒとし、樹脂製補強部材の厚さ（柱状連結導電部材を覆う肉厚）をＷとしたとき、「Ｗ／Ｒ」が好ましくは１／３以上であるのがよい。ここでいう「Ｗ／Ｒ」においては、樹脂製補強部材が設けられた柱状連結導電部材を長手方向に直交する方向から切断した断面において面積中心点を定め、当該中心点からの放射線上で「Ｒ」および「Ｗ」を決定すればよい。

上記した各構成にかかる角形密閉二次電池においては、更に、前記一対の集電板のそれぞれが、前記外部出力端子と通電可能に接続された構成とすることができる。

本発明にかかる扁平状電極体の端部を構成する芯体露出部積層群の最外表面の夫々には、集電板が配置されて少なくとも２つの集電板で扁平部分が挟まれた構造となっている。この構造において、一対の集電板の夫々が外部出力端子に通電可能に接続されていると、集電板から外部出力端子に至る通電経路の電気的負荷を１／２にできるので、一層集電における電池抵抗が低減する。

上記した各構成にかかる角形密閉二次電池においては、前記扁平状電極体が、前記第1電極板と前記第２電極板とをセパレータを介して巻回した渦巻型電極体を扁平状に加工してなる渦巻型扁平状電極体とすることができる。

渦巻型電極体を扁平状に加工してなる渦巻型扁平状電極体は、巻回数を多くすることにより、生産性よく体積エネルギー密度に優れた電池を製造できる点で好ましい。しかし、巻回数が多くなると、集電抵抗も大きくなるので、扁平部分を２分割しその中間を柱状連結導電部材で繋ぐと集電抵抗を大幅に低減することができる。よって、本発明の作用効果は、渦巻型扁平状電極体を備えた角形密閉二次電池において一層顕著に発揮される。

次に、以上で説明した本発明角形密閉二次電池を好適に製造できる製造方法について記載する。

本発明にかかる角形密閉二次電池の製造方法は、幅方向の一方端側に芯体露出部が形成された第１電極板と、幅方向の一方端側に芯体露出部が形成された、前記第１電極板とは極性の異なる第２電極板とが、各々の芯体露出部が幅方向で対向するようセパレータを介して積層または巻回積層されてなる扁平状電極体と、前記第１電極板に接合された集電板と、前記集電板を介して前記第１電極板に通電可能に接続された外部出力端子と、前記扁平状電極体を収容する角形電池ケースと、を少なくとも備えた角形密閉二次電池の製造方法において、扁平状電極体の扁平部部分であって第１電極の芯体露出部が積層した芯体露出部積層群部分を厚み方向に２分割し、当該部分に連結導電部材を介装する第１工程と、扁平状電極体の扁平部部分であって第１電極の芯体露出部が積層された芯体露出部積層群部分の両最外表面に、集電板をそれぞれ配置する第２工程と、前記第1工程と前記第２工程が完了した後、前記連結導電部材を介在させた状態で前記集電板のそれぞれに抵抗溶接棒を当接し、電圧を印加して、前記集電部板と前記連結導電部材と２分割された芯体露出部積層群とを抵抗溶接する第３工程と、を備えることを特徴とする。

なお、上記第1工程と第２工程は先後を問わないので、何れの工程が先であってもよい。

上記製造方法により、大電流放電対応の角形密閉二次電池を生産効率よく製造することができる。

上記製造方法においては、前記柱状の連結導電部材として、筒状の部材を用いることができる。

また、前記柱状の連結導電部材として、両先端に凹部を有する部材を用いることができる。

また、前記柱状の連結導電部材として、両先端に前方に突き出た曲面を有する部材を用いることができる。

また、前記集電板の連結導電部材の先端に対向する部分に、凸部が形成された集電板を用いることができる。

また、前記柱状の連結導電部材として、その胴回りに樹脂製補強部材が設けられた部材を用いることができる。

また、前記扁平状電極体として、前記第1電極板と前記第２電極板とがセパレータを介して巻回積層された渦巻型電極体を扁平状に加工してなる渦巻型扁平状電極体を用いることができる。

以上に説明したとおり、本発明によると、大出力放電に対応できる、優れた集電効率と集電安定性とを有する角形密閉二次電池を提供することができる。

図１は、実施の形態１にかかる角形密閉二次電池の外観を示す斜視図である。 図２は、実施の形態１にかかる正負電極板を示す正面図である。 図３は、実施の形態１にかかる扁平状電極体の斜視図である。 図４は、実施の形態１にかかる集電板部材の形状を示す斜視図である。 図５は、実施の形態１にかかる柱状連結導電部材を示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は正面図である。 図６は、実施の形態１にかかる補強部材付き連結導電部材を示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は正面図である。 図７は、実施の形態１にかかる集電板部材が封口板および外部出力端子に取り付けられた状態を表した断面図である。 図8は、実施の形態１において扁平状電極体に柱状連結導電部材および集電板部材を抵抗溶接する様子を示す図である。 図９は、実施の形態１にかかる集電系各部材が取り付けられた扁平状電極体を表した図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）はＹ−Ｙ断面図である。 図１０は、他の形態にかかる連結導電部材および補強部材付き連結部材を表す図である。 図１１は、他の形態にかかる集電板を表す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）におけるＺ−Ｚ断面図である。 図１２は、他の形態にかかる集電板部材を表した斜視図である。 図１３は、柱状連結導電部材が１個使用された他の形態にかかる電池内部構造を表した図である。

〔実施の形態１〕
本発明を実施するための形態を、渦巻型の扁平状電極体を用いてなるリチウムイオン二次電池を例にして説明する。図１は、渦巻型の扁平状渦巻電極体を用いてなるリチウムイオン二次電池（角形密閉二次電池）の外観図である。図１に示すように、実施の形態１に係るリチウムイオン二次電池は、角形電池ケース１と、角形電池ケース１の開口を封止する封口板２と、封口板２から外方に突き出た正極外部出力端子３と、負極外部出力端子４と、を有しており、角形電池ケース１の内部に主要要素である渦巻型の扁平状電極体１０が収容されている。

図２は、実施の形態１のリチウムイオン二次電池に用いた正負電極板を模式的に描いた正面図である。この図では、図２（ａ）が正極板５、図２（ｂ）が負極板６としてある。なお、正負電極板の何れを第1電極板としてもよい。正負電極板とも、帯状の電極芯体の長手方向に沿った一方端部を除いて、その表裏面に活物質が塗着されており、活物質が塗着された部分５ａ・６ａが発電面となる。活物質が塗着されていない部分が芯体露出部５ｂ・６ｂであり、この部分から集電が図られることになる。

上記正負電極板は、両者の間にセパレータを挟んで、芯体露出部５ｂ・６ｂが幅方向に対向するようにして重ね合わされ、渦巻状に巻回されて電極体となる。この電極体が巻回厚み方向に押圧され扁平状に加工されて扁平状電極体１０が作製される。このようにして作製された渦巻型の扁平状電極体１０は、その両端面の一方側に正極芯体露出部が位置し、他方側に負極芯体露出部が位置した構造となる。

以下、実施の形態１にかかる角形密閉二次電池であるリチウムイオン二次電池の作製方法の詳細を、図面を参照しつつ順次説明する。ただし、本発明はこの作製方法に限定されるものではない。

＜正極板の作製＞
コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ₂）からなる正極活物質と、アセチレンブラックまたはグラファイト等の炭素系導電剤と、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）からなる結着剤とを、質量比９０：５：５の割合で量り採り、これらをＮ−メチル−２−ピロリドンからなる有機溶剤等に溶解させた後、混合し、正極活物質スラリーを調製した。

次に、ダイコーターまたはドクターブレード等を用いて、長さ１００００m、厚み
７．５μｍの幅広の帯状アルミニウム箔からなる正極芯体の両面に、上記正極活物質スラリーを均一厚みに塗布し正極活物質層５ａを形成した。この際、正極芯体の長手方向に沿う一方の端部（両面ともに同一方向の端部）にはスラリーを塗布せず、その芯体を露出させて、正極芯体露出部５ｂが形成されるようにした。

この極板を乾燥機内に通して上記有機溶剤を除去し、乾燥極板を作製した。この乾燥極板を、ロールプレス機を用いて、その厚みが０．０６ｍｍとなるように圧延し正極基板となし、この正極基板を幅１００ｍｍの短冊状に切り出し正極板５とした（図２（ａ））。この正極板５は、幅１００ｍｍ、正極芯体露出部幅１０ｍｍ、長さ６０００ｍｍであった。

＜負極板の作製＞
体積平均粒径２０μｍの人造黒鉛からなる負極活物質と、スチレンブタジエンゴムからなる結着剤と、カルボキシメチルセルロースからなる増粘剤とを、質量比９８：１：１の割合で量り採り、これらを適量の水と混合し、負極活物質スラリーを調製した。

次に、ダイコーターまたはドクターブレード等を用いて、長さ１００００ｍ、厚み１２μｍの帯状の銅箔からなる負極芯体の両面に、この負極活物質スラリーを均一な厚さで塗布し負極活物質層６ａを形成した。この際、負極芯体の長手方向に沿う一方の端部（両面ともに同一方向の端部）にはスラリーを塗布せず、芯体が露出したままの芯体露出部６ｂを形成した。

この極板を正極板の場合と同様に処理し、活物質層が形成された電極板厚みを０．０５ｍｍとした負極基板を作製し、この負極基板を幅が１１０ｍｍの短冊状に切り出し負極板６とした（図２（ｂ））。この負極板６は、幅１１０ｍｍ、負極芯体露出部幅８ｍｍ、長さ６２００ｍｍであった。

なお、負極活物質は、上記人造黒鉛に限られない。これに代えて又はこれと共に、天然黒鉛、カーボンブラック、コークス、ガラス状炭素、炭素繊維、あるいはこれらの焼成体等の炭素質物、または前記炭素質物と、リチウム、リチウム合金、およびリチウムを吸蔵・放出できる金属酸化物からなる群から選ばれる１種以上との混合物を用いることもできる。

＜扁平状電極体の作製＞
上記正極板と負極板とポリエチレン製微多孔膜（厚さが０．０２２ｍｍ）からなるセパレータとを、同極の芯体露出部同士が直接重なり、異なる芯体露出部同士が巻回方向に対し対向する側に突出し、かつ異なる活物質層間には必ずセパレータが介在するように３つの部材を位置あわせして重ね合わせ、巻き取り機により４４回巻回し、巻回終端を絶縁性の巻き止めテープで止めた。この渦巻巻回体を巻回厚み方向から加圧し扁平状となして、渦巻型の扁平状電極体１０を作製した。この渦巻型の扁平状電極体１０の斜視図を図３に示した。

図３に基づいて渦巻型の扁平状電極体１０の形状を説明する。渦巻型の扁平状電極体１０は、正負電極板が４４回巻回されてなるものであり、厚み方向からの平面視における一方端部に、正極芯体露出部５ｂが巻回積層された正極芯体露出部積層群１２が形成され、他方端部に負極芯体露出部５ｂが巻回積層された負極芯体露出部積層群（図３奥）が形成され、同上平面視における中央部分（左右の曲部を除く領域）に扁平部１１が形成された構造である。

なお、図３の符号１３は、正極芯体露出部積層群１２を２分割する部分を指している。この部分を２分割境界と称し、分割された正極芯体露出部積層群のそれぞれを分割された正極芯体露出部積層群（１２’）と称する。

この実施の形態１の扁平部における正極芯体露出部積層群１２（正極芯体の積層枚数は８８枚）の全厚みは６６０μｍであり、２分割された正極芯体露出部積層群（１２’）のそれぞれの厚みは３３０μｍであった。

＜集電板部材＞
図４に集電板部材を示す。この集電板部材２０は、厚み０.８ｍｍのアルミニウム板を打ち抜きし、曲げ加工して作製されたものであり、外部出力端子に取り付ける取付け穴２０ｃを有する外部接続部２０ｂと、外部接続部２０ｂに繋がる２つのリード部２０ｄ・２０ｄと、２つのリード部２０ｄ・２０ｄのそれぞれに繋がる芯体当接部２０ａ・２０ａとが一体的に形成されている。図４に示すように、芯体当接部２０ａ・２０ａは、Ｌ字形状であり、外部接続部２０ｂの平面は、芯体当接部２０ａの長手方向に対し垂直に形成されている。

ここで図４の集電板部材２０においては、芯体当接部２０ａ・２０ａが狭義の集電板に対応することになる。本発明は、芯体露出部に直接当接させる集電板を必須要素とするが、集電板と外部出力端子との接続方法は何ら限定されない。よって、図４に示す形状の集電板部材２０に限定されるものではない。また、図４の芯体当接部２０ａ・２０ａがＬ字形状に加工されているが、集電板は必ずしもこのような形状である必要はない。また、図４の集電板部材２０では、２つの足（リード部および芯体当接部）を持ったものとしたが、この足を１つとしてもよい。例えば、一方の集電体は外部接続部に繋がるリード部および芯体当接部を有し、他方の集電体はリード部を有しておらず、芯体当接部のみからなるものとすることができる。ただし、図４に示す形状の集電板部材２０は、電池組み立て作業性および集電性に優れるので好ましい。

＜補強部材付き連結導電部材＞
実施の形態１では、周囲が樹脂製補強部材で覆われた柱状連結導電部材を用意した。図５（ａ）に柱状連結導電部材を上方からみた平面図を示し、図５（ｂ）に正面図を示した。また、図６（ａ）に柱の周囲が樹脂製補強部材で覆われた樹脂部材付き連結導電部材の平面図を示し、図６（ｂ）に正面図を示した。

図５に示すように、この連結導電部材３０は円柱状であり、両先端部に凹部が形成されている。図６に示すように、樹脂部材付き連結導電部材３１は、連結導電部材３０の側面に、連結導電部材３０の両先端が少し付き出るようにして、連結導電部材の高さよりも短い樹脂製補強部材３２を宛がった形状である。なお、周囲が樹脂製補強部材３２で覆われた柱状連結導電部材３０を「補強部材付き連結導電部材」と称している。

上記連結導電部材は、形状が単純であるので導電性材料から容易にでき、例えばアルミニウム、銅、ニッケル、亜鉛、鉄などの導電性金属またはこれら金属の合金を用いて作製することができる。連結導電部材の材質としては、好ましくは電解液に対する化学的安定に優れ、充放電耐性に優れた金属材料であって、電極芯体との溶接相性のよいものがよい。例えば、リチウムイオン二次電池用の正極用導電性連結部材としては、アルミニウムまたはアルミニウム合金が好ましく、負極用連結導電部材としては、銅や銅合金、またはタフピッチ銅が好ましい。

他方、樹脂製補強部材としては、機械的強度に優れ、かつ抵抗溶接時の熱で溶融または軟化しない樹脂が好ましく、成形性の点で熱可塑性樹脂が好ましく、更に絶縁性を有する樹脂が好ましい。このような性質を備えた樹脂として、例えばポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン(ＰＥ)、ポリ塩化ビニリデン（ＰＶＤＣ）、ポリアセタール（ＰＯＭ)、ポリアミド（ＰＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）などが挙げられる。安価で、且つ安定的に供給できる点から、特にＰＰ、ＰＥを用いることが好ましい。

樹脂製補強部材は、例えば熱可塑性樹脂を用いた射出成形法により容易に作製することができる。射出成形法によると、柱状連結導電部材を挿入する穴を同時に形成したものや、または柱状連結導電部材の周囲に樹脂を硬化させることより、補強部材一体型の柱状連結導電部材（補強部材付き連結導電部材）を作製することもできる。

柱状連結導電部材および樹脂製補強部材のサイズについて説明する。実施の形態１では、連結導電部材の円柱直径が３ｍｍ、高さが１２ｍｍ、凹部のくぼみ直径が１ｍｍであり、また樹脂製補強部材の外形直径が６ｍｍ、高さが１０ｍｍとした。だだし、これらの部材のサイズは、扁平状電極体の積層群の厚みや発電容量などを考慮して適当に設定すればよい。

＜電解液＞
エチレンカーボネート（ＥＣ）とプロピレンカーボネート（ＰＣ）とジエチルカーボネート（ＤＥＣ）とを体積比１：１：８の割合（１気圧、２５℃）で混合した非水溶媒に、電解質塩としてのＬｉＰＦ₆を１．０Ｍ（モル／リットル）の割合で溶解したものを電解液とした。

＜電池の組み立て＞
正極側について説明する。先ず、集電板部材２０を外部出力端子３に接続する。図７に、封口板周辺の集電系構造を示す。図７に示すように、封口板周辺の集電系は、封口板２の下面と集電板部材２０の外部接続部２０ｂとの間、および封口板２の上面と外部出力端子３の周縁鍔部との間、並びに封口板２に設けられた貫通穴２ａの周囲に、絶縁部材５０が配置され、封口板２と、集電板部材２０及び外部出力端子３との間が絶縁された構造となっている。

封口板周辺の集電系の組み立て手順は次のとおりである。封口板２の所定部分に絶縁部材５０を配置する。集電板部材の外部接続部２０ｂを、その取付け穴２０ｃが封口板２の貫通穴２ａに連通するようにして、封口板２の内側の面（絶縁部材５０面）に位置させる。しかる後に外部出力端子３を、貫通穴２ａおよび取付け穴２０ｃに挿通し、この状態で外部出力端子３の下部を拡径して集電板部材２０の外部接続部２０ｂと外部出力端子３とを封口板２にカシメ固定する。これにより各部材が一体化されると共に、外部出力端子３と集電板部材２０とが通電可能に接続された状態となる。

負極系についても正極系の場合と同様に行う。この手順によって封口板２と外部出力端子３と集電板部材とが接続された全体を、外部出力端子側集電構造体と称することとする。

次に扁平状電極体側の集電系の構成手順、すなわち扁平状電極体と集電板部材および連結導電部材の溶接手順を説明する。図８に、扁平状電極体１０と集電板部材２０と連結導電部材３０とを溶接する様子を表した断面模式図を示す。図８に示すように、２個の補強部材付き連結導電部材３１を扁平状電極体１０の２分割境界１３の間に互いに離間させて配置する。

また、上記で作製した外部出力端子側集電構造体を、正負集電板部材の芯体当接部が扁平状電極体１０の扁平部表面であって芯体露出部５ｂ・６ｂが露出した両外表面にそれぞれ当接するようにして配置する。

この後、正極系については、図８に示すようにして、芯体当接部２０ａの外側面に溶接用電極棒４０を当て、芯体露出部積層群１２を上下方向から１００〜２００ｋｇ程度の加圧力で押圧しつつ、当該部分に例えば１３〜１５ｍｓの間、１２〜１８ｋＡの電流を流す。これにより各部材が抵抗溶接される。正極系、負極系とも、このようにしてそれぞれの芯体露出部積層群（１２’）とにそれぞれ２個の連結導電部材を順次抵抗溶接する。

この抵抗溶接により、正極系については、２分割境界１３で２分割された芯体露出部積層群１２が補強部材付き連結導電部材３１で通電可能に連結され、且つ芯体露出部５ａと集電板部材２０の芯体当接部２０ａとが接続される。そして、集電板部材２０は外部接続部２０ｂを介して外部出力端子３に接続されているので、この抵抗溶接により、扁平状電極体の一方電極（正極）と外部出力端子とが通電可能に接続されることになる。負極系についても同様である。

この後、扁平状電極体１０を角形電池ケース１内に挿入し、角形電池ケース１の開口部に封口板２を嵌合させ、封口板２の周囲と角形電池ケース１の接合部をレーザ溶接し、封口板２に設けられた電解液注入孔（図示せず）から上記電解液を注入し、電解液注入孔を密閉する。これにより実施の形態１にかかる角形リチウムイオン二次電池が完成する。

図９に、実施の形態１にかかるリチウムイオン二次電池の内部構造を表した断面模式図を示す。図９（ａ）は図１において矢視Ｘ方向からする角形電池ケース内部を透視した正面図、図９（ｂ）はその左側面図、図９（ｃ）は図９（ａ）のＹ−Ｙ線断面図である。このリチウムイオン二次電池は、芯体露出部積層群が２分割され、２分割された芯体露出部積層群１２’・１２’の間に配置された２つの柱状連結部材により、２分割された芯体露出部積層群同士の導通が図られており、かつ２分割された芯体露出部積層群群１２’・１２’のそれぞれの最外表面に集電板（集電板部材の芯体当接部２０ａ）が当接されている。

このような集電構造を採用することにより、実施の形態１では集電性が経時的に劣化し難く、格段に集電抵抗の小さい、信頼性に優れた大出力対応の角形密閉二次電池を実現することができた。

〔その他の実施の形態〕
〈１〉連結導電部材及び樹脂製補強部材
上記実施の形態１では、その周囲が樹脂製補強部材で取り囲まれた補強部材付き連結導電部材３１を用いたが、樹脂製補強部材３２を設けない柱状連結導電部材３０を単独で用いることができる。

また、両先端に凹部３０ａの設けられた柱状連結導電部材に代えて、図１０（ａ）〜（ｃ）に示した形状の柱状連結導電部材を単独で用いることもできる。ここで、図１０（ａ）は、軸心を空洞とした円筒状の連結導電部材であり、図１０（ｂ）は、両先端を凸曲面状に加工した柱状連結導電部材であり、図１０（ｃ）は、先端部が平坦な柱状連結導電部材である。

また、図１０（ａ）〜（ｃ）に示した各種の柱状連結導電部材の周囲に樹脂製補強部材を配し、補強部材付き連結導電部材（図１０（ａ）〜（ｃ）の（２））として用いることもできる。

また、柱状連結導電部材は、柱状であればよく、その断面形状（軸心に直交する断面）を問わないので、円形に代えて、多角形状、楕円状、その他の歪な形状の柱状連結導電部材を用いることができる。

また、断面形状が限定されない点は、樹脂製補強部材も同様である。また、樹脂製補強部材は、柱状連結導電部材の胴回りの全周を完全に覆う形状である必要はなく、一部に切欠き部分（例えば軸心方向に沿った切れ目）が形成された樹脂製補強部材であってもよい。

〈２〉集電板
実施の形態１では、図４に示した集電板部材を用いたが、前記したごとく、この集電板部材に限られない。例えば図１１に示すような中央部分に外方に突き出た凸部３４を有する集電板３３を用いることができる。このような凸部３４は、前記した集電部材２０の芯体当接部２０ａに設けてもよい。図１２に、凸部３４を有する集電板部材３５を示した。

凸部（突起）が形成された集電板または集電板部材を用いる実施の形態においては、柱状連結導電部材の軸心の延長線上に突起部分を位置させる必要がある。この状態で集電板等を溶接用電極棒で押圧すると、芯体露出部積層群と柱状連結導電部材の先端とがピンポイントで押圧し合うことになる。よって、ピンポイント的に良質な抵抗溶接を行える。

また、凸部が形成された集電板等と先端に凹部が形成された柱状連結導電部材との組み合わせの場合には、柱状連結導電部材の凹と集電板等の凸とが噛み合うので、柱状連結導電部材の固定が容易であり、溶接作業性が向上する。

また、上記実施の形態１においては、扁平部の芯体露出部の両外表面に一対の集電板部材を配置し、それぞれが外部出力端子に接続される形態としたが、一方のみが外部出力端子に接続された形態としてもよい。例えば一方の集電板を溶接受け部材としてのみ機能させ、これに対向する他方の集電板を外部出力端子に通電可能に接続する形態とすることができる。

〈３〉柱状連結導電部材の使用個数
上記実施の形態１においては、渦巻型の扁平状電極体の分割境界部分に補強部材付き連結導電部材を２個配置したが、柱状連結導電部材の使用個数は図１３のように１個でもよく、また３個以上としてもよい。

また、上記実施の形態１においては、巻回型の扁平状電極体における例を示したが、本発明は積層型にも適用することができる。

また、上記実施の形態１では、正負両電極板とも（扁平状電極体の両端部とも）に本発明にかかる集電系構造を採用した例を示したが、本発明にかかる集電系構造は一方電極板にのみ適用しても一定の効果が得られる。

更に、上記実施の形態１では、リチウムイオン二次電池の例を示したが、本発明はリチウムイオン二次電池に限られない。例えば、ニッケル−水素蓄電池、ニッケル−カドミウム蓄電池などの角形密閉二次電池に適用できる。

本発明によると、大幅なコスト上昇を招くことなく、集電効率と集電安定性とに優れた大出力放電に対応できる角形密閉二次電池を提供することができる。よってその産業上の利用可能性は高い。

１ 角形電池ケース
２ 封口板
２ａ 封口板貫通穴
３ 正極外部出力端子
４ 負極外部出力端子
５ 正極板
５ａ 正極活物質層
５ｂ 正極芯体露出部
６ 負極板
６ａ 負極活物質層
６ｂ 負極芯体露出部

１０ 扁平状電極体
１１ 扁平部
１２ 正極芯体露出部積層群
１２’ 分割された正極芯体露出部積層群
１３ ２分割境界

２０ 集電板部材
２０ａ 芯体当接部
２０ｂ 外部接続部
２０ｃ 取付け穴
２０ｄ リード部

３０ 柱状連結導電部材
３０ａ 凹部
３１ 補強部材付き連結導電部材
３２ 樹脂製補強部材
３３ 凸部を有する集電板
３４ 凸部
３５ 凸部を有する集電板部材

４０ 溶接用電極棒
５０ 絶縁部材

Claims (15)

1. 幅方向の一方端側に芯体露出部が形成された第１電極板と、幅方向の一方端側に芯体露出部が形成された、前記第１電極板とは極性の異なる第２電極板とが、各々の芯体露出部が幅方向で対向するようセパレータを介して積層または巻回積層されてなる扁平状電極体と、
   前記第１電極板に接合された集電板と、
   前記集電板を介して前記第１電極板に通電可能に接続された外部出力端子と、
   前記扁平状電極体を収容する角形電池ケースと、
   を少なくとも備えた角形密閉二次電池において、
   一対の集電板が、前記扁平状電極体を構成する第１電極板の芯体露出部が露出した最外層部分であって前記扁平状電極体の扁平部部分に、当該扁平部部分を厚み方向から挟むように配置され、
   柱状の連結導電部材が、前記一対の集電板で挟まれた扁平部部分における芯体露出部積層群を２分割した間に介装され、
   前記一対の集電板と前記連結導電部材と２分割された芯体露出部積層群とが溶接接合されている、
   ことを特徴とする角形密閉二次電池。
2. 請求項１に記載の角形密閉二次電池において、
   前記柱状の連結導電部材は、前記芯体露出部に当接する両先端に前方に突き出た曲面が形成されている、
   ことを特徴とする角形密閉二次電池。
3. 請求項１に記載の角形密閉二次電池において、
   前記柱状の連結導電部材は、前記芯体露出部に当接する両先端に凹部が形成されている、
   ことを特徴とする角形密閉二次電池。
4. 請求項１に記載の角形密閉二次電池において、
   前記柱状の連結導電部材は、筒状である、
   ことを特徴とする角形密閉二次電池。
5. 請求項３または４の何れかに記載の角形密閉二次電池において、
   前記集電板は、その表面に前記連結導電部材の先端に対向させる凸部が設けられている、
   ことを特徴とする角形密閉二次電池。
6. 請求項１ないし５の何れかに記載の角形密閉二次電池において、
   前記柱状の連結導電部材の胴回りに、樹脂製補強部材が設けられている、
   ことを特徴とする角形密閉二次電池。
7. 請求項１ないし６の何れかに記載の角形密閉二次電池において、
   前記一対の集電板はそれぞれ前記外部出力端子と通電可能に接続されている、
   ことを特徴とする角形密閉二次電池。
8. 請求項１ないし７の何れかに記載の角形密閉二次電池において、
   前記扁平状電極体は前記第1電極板と前記第２電極板とをセパレータを介して巻回した渦巻型電極体を扁平状に加工してなる渦巻型扁平状電極体である、
   ことを特徴とする角形密閉二次電池。
9. 幅方向の一方端側に芯体露出部が形成された第１電極板と、幅方向の一方端側に芯体露出部が形成された、前記第１電極板とは極性の異なる第２電極板とが、各々の芯体露出部が幅方向で対向するようセパレータを介して積層または巻回積層されてなる扁平状電極体と、前記第１電極板に接合された集電板と、前記集電板を介して前記第１電極板に通電可能に接続された外部出力端子と、前記扁平状電極体を収容する角形電池ケースと、を少なくとも備えた角形密閉二次電池の製造方法において、
   扁平状電極体の扁平部部分であって第１電極の芯体露出部が積層した芯体露出部積層群部分を厚み方向に２分割し、当該部分に連結導電部材を介装する第１工程と、
   扁平状電極体の扁平部部分であって第１電極の芯体露出部が積層された芯体露出部積層群部分の両最外表面に、集電板をそれぞれ配置する第２工程と、
   前記第1工程と前記第２工程が完了した後、前記連結導電部材を介在させた状態で前記集電板のそれぞれに抵抗溶接棒を当接し、電圧を印加して、前記集電部板と前記連結導電部材と２分割された芯体露出部積層群とを抵抗溶接する第３工程と、
   を備えることを特徴とする角形密閉二次電池の製造方法。
10. 請求項９に記載の角形密閉二次電池の製造方法において、
    前記柱状の連結導電部材として、筒状の部材を用いる、
    ことを特徴とする角形密閉二次電池の製造方法。
11. 請求項９に記載の角形密閉二次電池の製造方法において、
    前記柱状の連結導電部材として、両先端に凹部を有する部材を用いる、
    ことを特徴とする角形密閉二次電池の製造方法。
12. 請求項９に記載の角形密閉二次電池の製造方法において、
    前記柱状の連結導電部材として、両先端に前方に突き出た曲面を有する部材を用いる、
    ことを特徴とする角形密閉二次電池の製造方法。
13. 請求項９ないし１２の何れかに記載の角形密閉二次電池の製造方法において、
    前記集電板の連結導電部材の先端に対向する部分には、凸部が形成されている、
    ことを特徴とする角形密閉二次電池の製造方法。
14. 請求項９ないし１３の何れかに記載の角形密閉二次電池の製造方法において、
    前記柱状の連結導電部材として、その胴回りに樹脂製補強部材が設けられた部材を用いる、
    ことを特徴とする角形密閉二次電池の製造方法。
15. 請求項９ないし１４の何れかに記載の角形密閉二次電池の製造方法において、
    前記扁平状電極体として、前記第1電極板と前記第２電極板とがセパレータを介して巻回積層された渦巻型電極体を扁平状に加工してなる渦巻型扁平状電極体を用いる、
    ことを特徴とする角形密閉二次電池の製造方法。

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