JP2012169064A - 角形二次電池およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】正・負極の集電板を電極群の正・負極の金属箔に超音波溶接する際、振動により金属箔同士が擦れ合い、損傷するのを防止する。
【解決手段】正極集電板２１の接合片２３に突出片２４が形成されている。接合片支持用治具８０の接合片押え面８１ａを接合片２３に、また、突出片当接面８２ａを突出片２４の突当面２４ａに接触する。同時に、金属箔押え治具９０の金属箔押え面９１ａにより正極合剤未処理部４１ｃを接合片押え面８１ａに押さえつける。ホーン９５およびアンビル９６がＡ−Ａ’方向に振動しても、正極集電板２１の接合片２３の振動が抑制され、正極合剤未処理部４１ｃ同士が擦れ合うのを防止することができる。
【選択図】図１４
【解決手段】正極集電板２１の接合片２３に突出片２４が形成されている。接合片支持用治具８０の接合片押え面８１ａを接合片２３に、また、突出片当接面８２ａを突出片２４の突当面２４ａに接触する。同時に、金属箔押え治具９０の金属箔押え面９１ａにより正極合剤未処理部４１ｃを接合片押え面８１ａに押さえつける。ホーン９５およびアンビル９６がＡ−Ａ’方向に振動しても、正極集電板２１の接合片２３の振動が抑制され、正極合剤未処理部４１ｃ同士が擦れ合うのを防止することができる。
【選択図】図１４
Description
この発明は、角形二次電池およびその製造方法に関し、より詳細には、電極群と集電板との溶接を良好に行うための構造および製造方法に関する。
角形二次電池には、電池容器内に、正・負極の電極を、セパレータを介して捲回した扁平状の電極群が収容され、電解液が注入された構造を有するものがある。
電池容器は、正極・負極の端子を有する電池蓋と電池缶から構成され、電池蓋には、正極・負極の集電板が片持ち梁状に取り付けられ、それぞれ、自由端側が電極群の正極・負極に溶接されている。
正極集電板は、電極群の幅方向、換言すれば、捲回方向に直交する方向の一側縁に沿って露出された正極金属箔に、また、負極集電板は、電極群の捲回方向に直交する方向の他側縁に沿って露出された負極金属箔に溶接される。
電池容器は、正極・負極の端子を有する電池蓋と電池缶から構成され、電池蓋には、正極・負極の集電板が片持ち梁状に取り付けられ、それぞれ、自由端側が電極群の正極・負極に溶接されている。
正極集電板は、電極群の幅方向、換言すれば、捲回方向に直交する方向の一側縁に沿って露出された正極金属箔に、また、負極集電板は、電極群の捲回方向に直交する方向の他側縁に沿って露出された負極金属箔に溶接される。
正極・負極集電板と正極・負極金属箔との溶接は、どちらも同様な方法で行われが、正極側を例として説明すると、以下の通りである。
正極金属箔が捲回方向に直交する方向において、セパレータの側面から食み出した部分を捲回体の軸芯側に寄せ集める。正極集電板を、寄せ集めた正極金属箔の一面側から他面側に向けて押付ける。正極金属箔の外面と、寄せ集めた正極金属箔の他面に、それぞれ、ホーンとアンビルを配置し、正極集電板と捲回された正極金属箔を挟んで超音波溶接により接合する（例えば、特許文献１参照）。
正極金属箔が捲回方向に直交する方向において、セパレータの側面から食み出した部分を捲回体の軸芯側に寄せ集める。正極集電板を、寄せ集めた正極金属箔の一面側から他面側に向けて押付ける。正極金属箔の外面と、寄せ集めた正極金属箔の他面に、それぞれ、ホーンとアンビルを配置し、正極集電板と捲回された正極金属箔を挟んで超音波溶接により接合する（例えば、特許文献１参照）。
上記特許文献１による方法では、正極・負極の集電板は、一端側のみが電池蓋に固定され、他端側がフリーな状態の片持ち梁状とされた状態で超音波溶接される。
このため、ホーンとアンビル間に挟まれた正極・負極の集電板と、捲回された正極・負極の金属箔は、振幅側金具であるホーンと受け側金具であるアンビルとが配置された方向と垂直な面に沿って振動する。
この結果、集電板に溶接される電極群の位置がずれたり、金属箔同士が擦れ合うことにより、金属箔に亀裂がはいったり、破断したりして、角形二次電池の性能および安全性が低下する。
このため、ホーンとアンビル間に挟まれた正極・負極の集電板と、捲回された正極・負極の金属箔は、振幅側金具であるホーンと受け側金具であるアンビルとが配置された方向と垂直な面に沿って振動する。
この結果、集電板に溶接される電極群の位置がずれたり、金属箔同士が擦れ合うことにより、金属箔に亀裂がはいったり、破断したりして、角形二次電池の性能および安全性が低下する。
本発明の角形二次電池は、両面に正極合剤が形成され、長手方向に沿う一側縁が外部に露出された正極金属箔を有する正極電極と、両面に負極合剤が形成され、正極金属箔の一側縁に対向する他側縁が露出された負極金属箔を有する負極電極とがセパレータを介して捲回された扁平状の電極群と、正極金属箔の外部に露出された一側縁に接合される接合部を有する正極集電板と、負極金属箔の外部に露出された他側縁に接合される接合部を有する負極集電板と、正極集電板の一端および負極集電板の一端を、それぞれ、片持ち梁状に支持する電池容器とを具備してなり、少なくとも正極集電板および負極集電板の一方は、電池容器に支持された一端とは反対側の他端部に、接合部の接合面とは異なる角度の突当面を有する突出部を有することを特徴とする。
また、本発明の角形二次電池の製造方法は、正極金属箔が正極合剤から露出された正極合剤未処理部が、一側縁に沿って形成された正極電極と、負極金属箔が負極合剤から露出された負極合剤未処理部が、一側縁に対向する他側縁に沿って形成された負極電極とがセパレータを介して捲回された電極群を形成し、電池容器に、一端が片持ち状に支持された正極集電板を正極合剤未処理部に超音波溶接し、一端が片持ち状に支持された負極集電板を負極合剤未処理部に超音波溶接する角形二次電池の製造方法であって、正極集電板および負極集電板の少なくとも一方に、溶接面とは異なる角度に形成された面を有する突出部を形成する工程と、正極集電板および負極集電板の溶接面を対応する極性の合剤未処理部に接触させると共に、正極集電板または負極集電板の一方に設けられた突出部を治具により支持して記突出部の変位を拘束する集電板支持工程と、この後、正極集電板または負極集電板を対応する極性の合剤未処理部に超音波溶接する工程とを備えることを特徴とする。
この発明の角形二次電池および角形二次電池の製造方法によれば、集電板に設けた突出部を支持することにより、溶接時における集電板の変位や振動を低減することができるため、集電板と電極群の位置ずれを小さくし、金属箔の亀裂や破断の発生を低減することができる。
（実施形態１）
−角形二次電池の構造−
以下、この発明の角形二次電池を、リチウムイオン角形二次電池を一実施形態として図面と共に説明する。
図１は、この発明の角形二次電池の一実施の形態を示す外観斜視図であり、図２は、図１に示された角形二次電池の分解斜視図である。
角形二次電池１は、電池蓋３および電池缶４とから構成される、薄型のほぼ直方体形状の電池容器２内に、電極群４０が収容され、図示はしないが非水電解液が注入されて構成されている。電池蓋３および電池缶４は、例えば、アルミニウムにより形成される。
−角形二次電池の構造−
以下、この発明の角形二次電池を、リチウムイオン角形二次電池を一実施形態として図面と共に説明する。
図１は、この発明の角形二次電池の一実施の形態を示す外観斜視図であり、図２は、図１に示された角形二次電池の分解斜視図である。
角形二次電池１は、電池蓋３および電池缶４とから構成される、薄型のほぼ直方体形状の電池容器２内に、電極群４０が収容され、図示はしないが非水電解液が注入されて構成されている。電池蓋３および電池缶４は、例えば、アルミニウムにより形成される。
電池蓋３には、正極集電板２１、負極集電板３１等が一体的に組み付けられ、電池蓋ユニット１０として構成される。電池蓋ユニット１０の正極集電板２１および負極集電板３１は、それぞれ、電極群４０の正極金属箔または負極集電箔に、例えば、超音波溶接により接合されることにより、電池蓋・発電ユニット５０とされ、電池缶４の上端部の開口部から収容される。
図２においては、電池蓋・発電ユニット５０は、直接、電池缶４内に収容される図となっているが、電池蓋・発電ユニット５０を一旦、電池缶４と同形状で、寸法が僅かに小さい絶縁袋に収容してから電池缶４内に収容する構造であってもよい。
図２においては、電池蓋・発電ユニット５０は、直接、電池缶４内に収容される図となっているが、電池蓋・発電ユニット５０を一旦、電池缶４と同形状で、寸法が僅かに小さい絶縁袋に収容してから電池缶４内に収容する構造であってもよい。
図３は電極群４０の巻き終り側を展開した状態の外観斜視図であり、図４は、図３に図示された電極群の拡大断面図である。
電極群４０は、正極電極４１と負極電極４２とを、第１、第２のセパレータ４３、４４を介在して図示しない軸芯の周りに扁平状に捲回して形成されたものである。符号４０ａは、電極群４０の軸芯の厚み分の幅を有する空洞部、符号４０ｂは幅広面である。
正極電極４１は、例えば、アルミニウム箔等からなる正極金属箔４１ａの表裏両面に正極合剤層４１ｂが形成されたものである。正極合剤層４１ｂは、一側縁に、正極金属箔４１ａが露出された正極合剤未処理部４１ｃが形成されるように正極金属箔４１ａに正極合剤が塗工されて形成される。
負極電極４２は、例えば、銅箔等からなる負極金属箔４２ａの表裏両面に負極合剤層４２ｂが塗工されたものである。負極合剤層４２ｂは、正極合剤未処理部４１ｃが配置された側縁と対向する側縁である他側縁に、負極金属箔４２ａが露出された負極合剤未処理部４２ｃが形成されるように負極金属箔４２ａに正極合剤が塗工されて形成される。
電極群４０は、正極電極４１と負極電極４２とを、第１、第２のセパレータ４３、４４を介在して図示しない軸芯の周りに扁平状に捲回して形成されたものである。符号４０ａは、電極群４０の軸芯の厚み分の幅を有する空洞部、符号４０ｂは幅広面である。
正極電極４１は、例えば、アルミニウム箔等からなる正極金属箔４１ａの表裏両面に正極合剤層４１ｂが形成されたものである。正極合剤層４１ｂは、一側縁に、正極金属箔４１ａが露出された正極合剤未処理部４１ｃが形成されるように正極金属箔４１ａに正極合剤が塗工されて形成される。
負極電極４２は、例えば、銅箔等からなる負極金属箔４２ａの表裏両面に負極合剤層４２ｂが塗工されたものである。負極合剤層４２ｂは、正極合剤未処理部４１ｃが配置された側縁と対向する側縁である他側縁に、負極金属箔４２ａが露出された負極合剤未処理部４２ｃが形成されるように負極金属箔４２ａに正極合剤が塗工されて形成される。
正極合剤層４１ｂ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、混練して作製する。この正極合剤を厚さ２０μｍのアルミニウム箔の両面に正極合剤未処理部４１ｃを残して塗布する。その後、乾燥、プレス、裁断してアルミニウム箔を含まない正極活物質塗布部の厚さ（表裏両面の合計）９０μｍの正極電極４１を得る。
負極合剤層４２ｂ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−メチルビロリドン（以下、ＮＭＰという。）を添加、混練して作製する。この負極合剤を厚さ１０μｍの銅箔の両面に負極合剤未処理部４２ｃを残して塗布する。その後、乾燥、プレス、裁断して銅箔を含まない負極活物質塗布部の厚さ（表裏両面の合計）７０μｍの負極電極４２を得る。
電極群４０を形成するには、図示しない軸芯に先端部を溶着させた第１、第２のセパレータ４３、４４の間に、それぞれ、負極電極４２の巻始め側端部を、正極電極４１の巻始め側端部よりも内側に位置するように配置して捲回する。この場合、正極合剤未処理部４１ｃと負極合剤未処理部４２ｃとは、幅方向（捲回方向に直交する方向）の反対側の側縁に位置するように配置する。負極合剤層４２ｂの幅、換言すれば、捲回方向に直交する方向の長さは、正極合剤層４１ｂの幅よりも広く形成されている。また、第１のセパレータ４３の幅は、正極電極４１の正極合剤未処理部４１ｃを一側縁側において外部に露出する寸法とされている。第２のセパレータ４４の幅は、負極電極４２の負極合剤未処理部４２ｃを他側縁側において外部に露出する寸法とされている。
電極群４０の巻始め側、換言すれば、軸芯側には空洞部４０ａ（図２、３参照）が形成されている。また、電極群４０の巻終り側は、最外周が第２のセパレータ４４であり、その内側が負極電極４２である。従って、正極合剤層４１ｂは、巻始め側から巻終り側までの全長に亘り、幅方向においても、すべての部分が、負極合剤層４２ｂにより覆われている。
このような構造とする理由は、リチウムイオン二次電池の場合、正極活物質であるリチウムがイオン化してセパレータを浸透するが、負極側に負極活物質が形成されておらず負極金属箔４２ａが露出していると負極金属箔４２ａにリチウムが析出し、内部短絡を発生する原因となるからである。
このような構造とする理由は、リチウムイオン二次電池の場合、正極活物質であるリチウムがイオン化してセパレータを浸透するが、負極側に負極活物質が形成されておらず負極金属箔４２ａが露出していると負極金属箔４２ａにリチウムが析出し、内部短絡を発生する原因となるからである。
このように、電極群４０は、正極電極４１においては、正極金属箔４１ａの正極合剤未処理部４１ｃが外部に露出しており、負極電極４２においては、負極金属箔４２ａの負極合剤未処理部４２ｃが外部に露出している。
図５は、図１に図示された電池蓋ユニットの拡大斜視図である。
電池蓋３はアルミニウムにより形成されている。電池蓋３には、非水電解液を注入するための注液口１１が設けられている。また、電池蓋３には、過充電等により内部圧力が基準値を超えて上昇した際に、圧力を抜くための開裂弁１２が設けられている。開裂弁１２には、開裂用の溝１２ａが形成されている。
電池蓋３はアルミニウムにより形成されている。電池蓋３には、非水電解液を注入するための注液口１１が設けられている。また、電池蓋３には、過充電等により内部圧力が基準値を超えて上昇した際に、圧力を抜くための開裂弁１２が設けられている。開裂弁１２には、開裂用の溝１２ａが形成されている。
非水電解液には、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートとを体積比で１：２の割合で混合した混合溶液中へ六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ６）を１モル／リットルの濃度で溶解したものを用いることができる。
注液口１１は電解液注入後にレーザ溶接によって塞がれる。
レーザ溶接によって電池蓋３をアルミニウムにより形成された電池缶４に溶接することにより、外部から封口される。
レーザ溶接によって電池蓋３をアルミニウムにより形成された電池缶４に溶接することにより、外部から封口される。
図６は、図５に図示された電池蓋ユニットの平面図であり、図７は、図６に図示された電池蓋ユニットのＶＩＩ−ＶＩＩ線切断断面図であり、図８は、図７に図示された正極接続端子付近の拡大断面図である。
電池蓋ユニット１０は、電池蓋３と、正極側端子構成部６０と、負極側端子構成部７０を備える。
正極側端子構成部６０は、外部正極端子６１、正極接続端子６２、正極端子板６３、絶縁板６４、ガスケット６５（図７参照）および正極集電板２１から構成される。
外部正極端子６１、正極端子板６３、正極接続端子６２および正極集電板２１は、一体的に固定され、電池蓋３に取り付けられている。
電池蓋ユニット１０は、電池蓋３と、正極側端子構成部６０と、負極側端子構成部７０を備える。
正極側端子構成部６０は、外部正極端子６１、正極接続端子６２、正極端子板６３、絶縁板６４、ガスケット６５（図７参照）および正極集電板２１から構成される。
外部正極端子６１、正極端子板６３、正極接続端子６２および正極集電板２１は、一体的に固定され、電池蓋３に取り付けられている。
正極側端子構成部６０を作製するには次のようにする。
予め、正極集電板２１を正極接続端子６２にかしめておく。また、電池蓋３の貫通孔にガスケット６５を嵌入しておく。電池蓋３上に絶縁板６４を、電池蓋３の貫通孔と絶縁板６４の貫通孔とを位置合わせして配置する。
予め、正極集電板２１を正極接続端子６２にかしめておく。また、電池蓋３の貫通孔にガスケット６５を嵌入しておく。電池蓋３上に絶縁板６４を、電池蓋３の貫通孔と絶縁板６４の貫通孔とを位置合わせして配置する。
次に、外部正極端子６１を正極端子板６３に設けられた貫通孔に嵌入し、絶縁板６４上で正極端子板６３に固定する。外部正極端子６１と正極端子板６３にかしめてもよい。また、正極集電板２１がかしめられた正極接続端子６２を電池蓋３の裏側からガスケット６５の貫通孔に挿入し、正極接続端子６２の先端部側を絶縁板６４および正極端子板６３の貫通孔に挿通する。正極接続端子６２の先端側は、正極端子板６３の貫通孔よりも僅かに小さい円筒形状を有しており、この正極接続端子６２の先端部分をかしめることにより、正極側端子構成部６０が電池蓋３に一体的に組み付けられる。
この状態において、正極集電板２１、正極接続端子６２、正極端子板６３および外部正極端子６１は、電気的に接続されている。また、正極集電板２１、正極接続端子６２、正極端子板６３および外部正極端子６１は、絶縁板６４およびガスケット６５により電池蓋３と絶縁されている。
この状態において、正極集電板２１、正極接続端子６２、正極端子板６３および外部正極端子６１は、電気的に接続されている。また、正極集電板２１、正極接続端子６２、正極端子板６３および外部正極端子６１は、絶縁板６４およびガスケット６５により電池蓋３と絶縁されている。
負極側端子構成部７０は、外部負極端子７１、負極接続端子７２、負極端子板７３、絶縁板７４、ガスケット７５および負極集電板３１から構成される。
負極側端子構成部７０に関しては、正極側端子構成部６０の拡大断面図である図８に対応する図はないが、構造的には図８と同様であるので、以下の説明においては、必要に応じて図８を参照されたい。
外部負極端子７１、負極端子板７３、負極接続端子７２および負極集電板３１は、電池蓋３に一体的に組み付けられている。
負極側端子構成部７０に関しては、正極側端子構成部６０の拡大断面図である図８に対応する図はないが、構造的には図８と同様であるので、以下の説明においては、必要に応じて図８を参照されたい。
外部負極端子７１、負極端子板７３、負極接続端子７２および負極集電板３１は、電池蓋３に一体的に組み付けられている。
負極側端子構成部７０を作製するには次のようにする。
予め、負極集電板３１を負極接続端子７２にかしめておく。また、電池蓋３の貫通孔にガスケット７５を嵌入しておく。電池蓋３上に絶縁板７４を、電池蓋３の貫通孔と絶縁板７４の貫通孔とを位置合わせして配置する。
予め、負極集電板３１を負極接続端子７２にかしめておく。また、電池蓋３の貫通孔にガスケット７５を嵌入しておく。電池蓋３上に絶縁板７４を、電池蓋３の貫通孔と絶縁板７４の貫通孔とを位置合わせして配置する。
次に、外部負極端子７１を負極端子板７３に設けられた貫通孔に嵌入し、絶縁板７４上で負極端子板７３に固定する。また、負極集電板３１がかしめられた負極接続端子７２を電池蓋３の裏側からガスケット７５の貫通孔に挿入し、負極接続端子７２の先端部側を絶縁板７４および負極端子板７３の貫通孔に挿通する。負極接続端子７２の先端側は、負極端子板７３の貫通孔よりも僅かに小さい円筒形状を有しており、この負極接続端子７２の先端部分をかしめることにより、負極側端子構成部７０が電池蓋３に一体的に組み付けられる。
この状態において、負極集電板３１、負極接続端子７２、負極端子板７３および外部負極端子７は、電気的に接続されている。また、負極集電板３１、負極接続端子７２、負極端子板７３および外部負極端子７１は、絶縁板７４およびガスケット７５により電池蓋３と絶縁されている。
この状態において、負極集電板３１、負極接続端子７２、負極端子板７３および外部負極端子７は、電気的に接続されている。また、負極集電板３１、負極接続端子７２、負極端子板７３および外部負極端子７１は、絶縁板７４およびガスケット７５により電池蓋３と絶縁されている。
正極・負極の集電板２１、３１を電極群４０に接合することにより、角形二次電池１は、外部正極端子６１および外部負極端子７１に接続された外部電子機器に対して、充放電が可能となる。
正極集電板２１は、アルミニウムにより形成されている。正極集電板２１は、電池蓋３に取り付けられた本体部２２がほぼ９０°に折曲された支持部２２ａを有する。折曲された支持部２２ａは、端部において二股に分岐され、平坦状の接合片２３が形成されている。各接合片２３は、詳細は後述するが、電極群４０に超音波溶接される。接合片２３は、それぞれ、支持部２２ａに対して傾斜した角度に折曲されている。一対の接合片２３の傾斜方向は相互に逆方向であるが中心面に対して同一の角度であり、線対称となっている。各接合片２３の端部には、支持部２２ａとほぼ平行な方向に折曲された突出片（突出部）２４が形成されている。
図９に正極集電板２１の自由端側の拡大斜視図を示す。
突出片２４は、接合片２３に対して折曲され、電極群４０の幅広面４０ｂに垂直な突当面２４ａを有する。
すなわち、正極集電板２１は、一端側が固定され、他端側が自由端とされた片持ち梁状に電池蓋３に支持され、自由端側には、突当面２４ａを有する突出片２４が形成されている。
突出片２４は、接合片２３に対して折曲され、電極群４０の幅広面４０ｂに垂直な突当面２４ａを有する。
すなわち、正極集電板２１は、一端側が固定され、他端側が自由端とされた片持ち梁状に電池蓋３に支持され、自由端側には、突当面２４ａを有する突出片２４が形成されている。
負極集電板３１は、銅により形成されているが、正極集電板２１と同じ構造を有している。
負極集電板３１は、電池蓋３に取り付けられた本体部３２がほぼ９０°に折曲された支持部３２ａを有する。折曲された支持部３２ａは、端部において二股に分岐され、それぞれ、接合片３３が形成される。各接合片３３は、詳細は後述するが、電極群４０に超音波溶接される。一対の接合片３３の傾斜方向は相互に逆方向であるが中心面に対して同一の角度であり、線対称となっている。各接合片３３の端部には、本体部３２とほぼ平行な方向に傾斜する突出片３４が形成されている。各接合片３３の端部には、支持部３２ａとほぼ平行な方向に折曲された突出片（突出部）２４が形成されている。
負極集電板３１は、電池蓋３に取り付けられた本体部３２がほぼ９０°に折曲された支持部３２ａを有する。折曲された支持部３２ａは、端部において二股に分岐され、それぞれ、接合片３３が形成される。各接合片３３は、詳細は後述するが、電極群４０に超音波溶接される。一対の接合片３３の傾斜方向は相互に逆方向であるが中心面に対して同一の角度であり、線対称となっている。各接合片３３の端部には、本体部３２とほぼ平行な方向に傾斜する突出片３４が形成されている。各接合片３３の端部には、支持部３２ａとほぼ平行な方向に折曲された突出片（突出部）２４が形成されている。
突出片４４は、接合片３３に対して折曲され、電極群４０の幅広面４０ｂに垂直な突当面２４ａを有する。
すなわち、負極集電板３１は、一端側が固定され、他端側が自由端とされた片持ち梁状に電池蓋３に支持され、自由端側には、突当面３４ａを有する突出片（突出部）３４が形成されている。
すなわち、負極集電板３１は、一端側が固定され、他端側が自由端とされた片持ち梁状に電池蓋３に支持され、自由端側には、突当面３４ａを有する突出片（突出部）３４が形成されている。
正極集電板２１および負極集電板３１は、電池蓋３に片持ち梁状に支持されているため、電極群４０の正極合剤未処理部４１ｃまたは負極合剤未処理部４２ｃに超音波溶接する際、ホーンとアンビルの振動と共に振動を生じやすい。つまり、ホーンとアンビル間に挟まれた正極・負極の集電板２１、３１および正極・負極の金属箔は、ホーンとアンビルとが配置された方向と垂直な面に沿って振動する。
このため、正極・負極の集電板２１、３１に溶接される電極群４０の位置がずれたり、正極・負極の金属箔４１ａ、４２ａ同士が擦れ合うことにより、この金属箔に亀裂がはいったり、破断したりして、角形二次電池の性能および安全性が低下する。
詳細は後述するが、正極集電板２１に設けられた突出片２４および負極集電板３１に設けられた突出片３４は、突出片２４および３４を治具により押さえ付けることにより超音波溶接時の振動を抑制するために形成されたものである。
以下、角形二次電池１の製造方法と共に、その作用を説明する。
このため、正極・負極の集電板２１、３１に溶接される電極群４０の位置がずれたり、正極・負極の金属箔４１ａ、４２ａ同士が擦れ合うことにより、この金属箔に亀裂がはいったり、破断したりして、角形二次電池の性能および安全性が低下する。
詳細は後述するが、正極集電板２１に設けられた突出片２４および負極集電板３１に設けられた突出片３４は、突出片２４および３４を治具により押さえ付けることにより超音波溶接時の振動を抑制するために形成されたものである。
以下、角形二次電池１の製造方法と共に、その作用を説明する。
図１０は、図１に図示された角形二次電池１の製造方法の一実施の形態を示す処理フロー図である。
先ず、ステップＳ１において、電極群４０を作製する。
上述した如く、第１、第２のセパレータ４３、４４の間に、それぞれ、負極電極４２および正極電極４１を配置して、捲回する。この場合、正極合剤未処理部４１ｃおよび負極合剤未処理部４２ｃの長手方向の片側縁が、それぞれ、第１、第２のセパレータ４３、４４の側縁より突出し、外部に露出するように捲回する。正極合剤未処理部４１ｃと負極合剤未処理部４２ｃの片側縁は、それぞれ、電極群４０の幅方向における反対側に位置するようにする。また、電極群４０は、上下面が幅広面４０ｂが平坦面となる扁平な捲回体に形成する。
先ず、ステップＳ１において、電極群４０を作製する。
上述した如く、第１、第２のセパレータ４３、４４の間に、それぞれ、負極電極４２および正極電極４１を配置して、捲回する。この場合、正極合剤未処理部４１ｃおよび負極合剤未処理部４２ｃの長手方向の片側縁が、それぞれ、第１、第２のセパレータ４３、４４の側縁より突出し、外部に露出するように捲回する。正極合剤未処理部４１ｃと負極合剤未処理部４２ｃの片側縁は、それぞれ、電極群４０の幅方向における反対側に位置するようにする。また、電極群４０は、上下面が幅広面４０ｂが平坦面となる扁平な捲回体に形成する。
ステップＳ１とは、別に、ステップＳ２において、電池蓋ユニット１０を作製する。
電池蓋ユニット１０の作製方法は、上述した通りである。
電池蓋ユニット１０の作製方法は、上述した通りである。
次に、ステップＳ３において、電池蓋ユニット１０に電極群４０を装着する。
つまり、図２において、電極群４０をＸ１方向に移動し、電極群４０の正極合剤未処理部４１ｃおよび負極合剤未処理部４２ｃを、それぞれ、正極集電板２１の一対の接合片２３の間、および負極集電板３１の一対の接合片３３の間に挿通する。
電極群４０を挿通すると、正極合剤未処理部４１ｃおよび負極合剤未処理部４２ｃは、それぞれ、正極集電板２１の一対の接合片２３、および負極集電板３１の一対の接合片３３により軸芯側に寄せ集められる。その後、電極群４０の空洞部４０ａを図示しない拡開治具により押し開く。この操作により、捲回された正極・負極の合剤処理未処理部４１ｃ、４２ｃが２分割される。これにより、後述する金属箔押え治具９０の電極群４０への装着が容易となる。
つまり、図２において、電極群４０をＸ１方向に移動し、電極群４０の正極合剤未処理部４１ｃおよび負極合剤未処理部４２ｃを、それぞれ、正極集電板２１の一対の接合片２３の間、および負極集電板３１の一対の接合片３３の間に挿通する。
電極群４０を挿通すると、正極合剤未処理部４１ｃおよび負極合剤未処理部４２ｃは、それぞれ、正極集電板２１の一対の接合片２３、および負極集電板３１の一対の接合片３３により軸芯側に寄せ集められる。その後、電極群４０の空洞部４０ａを図示しない拡開治具により押し開く。この操作により、捲回された正極・負極の合剤処理未処理部４１ｃ、４２ｃが２分割される。これにより、後述する金属箔押え治具９０の電極群４０への装着が容易となる。
次に、ステップＳ４において、電池蓋ユニット１０に装着された電極群４０に集電板支持用治具を設置する。
図１１は、電極群４０に集電板支持用治具８０を設置する前の状態を示す斜視図であり、図１２は、電極群４０に集電板支持用治具８０を設置した状態を示す斜視図である。
図１１に図示されるように、電池蓋ユニット１０に装着された電極群４０の上下の幅広面４０ｂに対向して、それぞれ、集電板支持用治具８０を配置する。上下に配置された集電板支持用治具８０は、同一の構造を有する。集電板支持用治具８０は、例えば、ポリアセタール樹脂またはＰＥＥＫ（PolyEtherEtherKetone）樹脂により形成されている。
集電板支持用治具８０の両側部には、それぞれ、一対の接合片押え部８１と、突出片押え部８２が形成されている。
図１１は、電極群４０に集電板支持用治具８０を設置する前の状態を示す斜視図であり、図１２は、電極群４０に集電板支持用治具８０を設置した状態を示す斜視図である。
図１１に図示されるように、電池蓋ユニット１０に装着された電極群４０の上下の幅広面４０ｂに対向して、それぞれ、集電板支持用治具８０を配置する。上下に配置された集電板支持用治具８０は、同一の構造を有する。集電板支持用治具８０は、例えば、ポリアセタール樹脂またはＰＥＥＫ（PolyEtherEtherKetone）樹脂により形成されている。
集電板支持用治具８０の両側部には、それぞれ、一対の接合片押え部８１と、突出片押え部８２が形成されている。
各集電板支持用治具８０の一対の接合片押え部８１は、一対の接合片２３、３３の２箇所、すなわち、自由端側と固定端側とにおいて、正極または負極の集電板３１、３３および正極または負極の合剤未処理部４１ｃ、４２ｃを押さえる接合片押え面８１ａを有する。接合片押え面８１ａは、軸芯側から電極群４０の幅広面４０ｂ側に向かって開く方向に傾斜する傾斜面となっている。
集電板支持用治具８０の突出片押え部８２は、内面側に正極または負極の集電板３１、３３に形成された突出片２４、３４の突当面２４ａ、３４ａに当接する突出片当接面８２ａを有する。突出片当接面８２ａは、電極群４０の幅広面４０ｂに対して垂直である。
集電板支持用治具８０の突出片押え部８２は、内面側に正極または負極の集電板３１、３３に形成された突出片２４、３４の突当面２４ａ、３４ａに当接する突出片当接面８２ａを有する。突出片当接面８２ａは、電極群４０の幅広面４０ｂに対して垂直である。
電極群４０の上部側に配置された集電板支持用治具８０をＸ2方向に移動し、電極群４０の下部側に配置された集電板支持用治具８０をＸ’2方向に移動して、電極群４０に集電板支持用治具８０を設置した状態が図１２に示されている。
ステップＳ４が完了したら、ステップＳ５において、一対の集電板支持用治具８０により、正極・負極の集電板３１、４１を位置決めして、接合片２３、３３の外面側を支持する。
図１２は正極側端子構成部６０側のみを示すが、負極側端子構成部７０側においても同様であり、以下は、両者を代表して、正極側端子構成部６０側について説明する。
電極群４０に一対の集電板支持用治具８０を設置した後、集電板支持用治具８０の位置を調整して、集電板支持用治具８０の一対の接合片押え面８１ａを、それぞれ、正極集電板２１の接合片２３に接触させる。また、集電板支持用治具８０の突出片当接面８２ａを、正極集電板２１の突出片２４の突当面２４ａに当接する。
これにより、正極集電板２１の接合片２３の外面および突出片２４の突当面２４ａが集電板支持用治具８０により支持される。
図１２は正極側端子構成部６０側のみを示すが、負極側端子構成部７０側においても同様であり、以下は、両者を代表して、正極側端子構成部６０側について説明する。
電極群４０に一対の集電板支持用治具８０を設置した後、集電板支持用治具８０の位置を調整して、集電板支持用治具８０の一対の接合片押え面８１ａを、それぞれ、正極集電板２１の接合片２３に接触させる。また、集電板支持用治具８０の突出片当接面８２ａを、正極集電板２１の突出片２４の突当面２４ａに当接する。
これにより、正極集電板２１の接合片２３の外面および突出片２４の突当面２４ａが集電板支持用治具８０により支持される。
ステップＳ５が完了したら、ステップＳ６において、電極群４０に金属箔押え治具９０を設置し、正極集電板２１接合片２３を、変位不能に固定する。
図１３は、電極群４０に金属箔押え治具９０を装着する前の状態を示す斜視図である。
金属箔押え治具９０は、電極群４０の側方に、それぞれ、一対配置される。各金属箔押え治具９０は、一対の金属箔押え面９１ａが形成された金属箔押え部９１を有する。一対の金属箔押え面９１ａは、電極群４０の捲回軸を含み幅広面４０ｂと平行な面に対して対称であり、先端側に向かって幅広となる傾斜面を有している。金属箔押え面９１ａの傾斜角度は、正極集電板２１の接合片２３の傾斜角と同一である。
図１３は、電極群４０に金属箔押え治具９０を装着する前の状態を示す斜視図である。
金属箔押え治具９０は、電極群４０の側方に、それぞれ、一対配置される。各金属箔押え治具９０は、一対の金属箔押え面９１ａが形成された金属箔押え部９１を有する。一対の金属箔押え面９１ａは、電極群４０の捲回軸を含み幅広面４０ｂと平行な面に対して対称であり、先端側に向かって幅広となる傾斜面を有している。金属箔押え面９１ａの傾斜角度は、正極集電板２１の接合片２３の傾斜角と同一である。
金属箔押え面９１ａの先端側を、上述したステップＳ３で２分割にするように押し開いた電極群４０の空洞部４０ａに差し込んで、正極合剤未処理部４１ｃを押し広げながら、ｙ方向に移動する。
金属箔押え治具９０をｙ方向に移動することにより、２分割された正極合剤未処理部４１ｃが、それぞれ、さらに押し広げられ、金属箔押え面９１ａと平行な方向に寄せ集められる。そして、正極集電板２１の接合片２３と、２分割して寄せ集められた正極合剤未処理部４１ｃとが、それぞれ、集電板支持用治具８０と金属箔押え治具９０とにより挟まれて固定される。
金属箔押え治具９０をｙ方向に移動することにより、２分割された正極合剤未処理部４１ｃが、それぞれ、さらに押し広げられ、金属箔押え面９１ａと平行な方向に寄せ集められる。そして、正極集電板２１の接合片２３と、２分割して寄せ集められた正極合剤未処理部４１ｃとが、それぞれ、集電板支持用治具８０と金属箔押え治具９０とにより挟まれて固定される。
ステップＳ６が完了したら、ステップＳ７において、正極・負極の金属箔と正極・負極の集電板を超音波溶接により接合する。
図１４は、集電板と電極群を超音波溶接する状態の拡大断面図である。
この状態では、正極集電板２１の接合片２３および２分割されて寄せ集められた正極合剤未処理部４１ｃは、集電板支持用治具８０における接合片押え部８１の接合片押え面８１ａと金属箔押え治具９０における金属箔押え部９１の金属箔押え面９１ａにより挟まれて、変位が拘束されて保持されている。また、正極集電板２１に設けられた突出片２４の突当面２４ａには、集電板支持用治具８０における突出片押え部８２の突出片当接面８２ａが当接することにより、接合片２３は、自由端側も含めた全長に亘り、変位が拘束して保持されている。
図１４は、集電板と電極群を超音波溶接する状態の拡大断面図である。
この状態では、正極集電板２１の接合片２３および２分割されて寄せ集められた正極合剤未処理部４１ｃは、集電板支持用治具８０における接合片押え部８１の接合片押え面８１ａと金属箔押え治具９０における金属箔押え部９１の金属箔押え面９１ａにより挟まれて、変位が拘束されて保持されている。また、正極集電板２１に設けられた突出片２４の突当面２４ａには、集電板支持用治具８０における突出片押え部８２の突出片当接面８２ａが当接することにより、接合片２３は、自由端側も含めた全長に亘り、変位が拘束して保持されている。
この状態で、超音波の振幅側金具であるホーン９５の端面を、２分割して寄せ集められた正極合剤未処理部４１ｃの一方の、最内周面に接触させ、アンビル９６を正極集電板２１の接合片２３の外面側に接触させて超音波溶接を行う。すなわち、ホーン０５とアンビル９６との間に接合片２３と２分割して寄せ集められた正極合剤未処理部４１ｃの一方を挟圧して超音波溶接を行う。
超音波溶接を行う際、ホーン９５とアンビル９６は、押え方向と直交するＡ−Ａ’方向に振動する。正極集電板２１が電池蓋３に一端側のみで支持され、他端側が自由端とされた従来の片持ち梁構造の場合には、正極集電板２１および捲回された正極合剤未処理部４１ｃは、ホーン９５とアンビル９６と共にＡ−Ａ’方向振動する。このため、正極集電板２１に溶接される電極群４０の位置がずれたり、正極合剤未処理部４１ｃ同士が擦れ合うことにより、正極合剤未処理部４１ｃに亀裂がはいったり、破断したりして、角形二次電池の性能および安全性が低下する。
超音波溶接を行う際、ホーン９５とアンビル９６は、押え方向と直交するＡ−Ａ’方向に振動する。正極集電板２１が電池蓋３に一端側のみで支持され、他端側が自由端とされた従来の片持ち梁構造の場合には、正極集電板２１および捲回された正極合剤未処理部４１ｃは、ホーン９５とアンビル９６と共にＡ−Ａ’方向振動する。このため、正極集電板２１に溶接される電極群４０の位置がずれたり、正極合剤未処理部４１ｃ同士が擦れ合うことにより、正極合剤未処理部４１ｃに亀裂がはいったり、破断したりして、角形二次電池の性能および安全性が低下する。
これに対し、上記一実施の形態では、正極集電板２１の自由端側には突出片２４が形成されており、この突出片２４の突当面２４ａに、集電板支持用治具８０の突出片当接面８２ａが当接する。また、金属箔押え治具９０の金属箔押え面９１ａにより、正極合剤未処理部４１ｃと共に接合片２３が接合片押え面８１ａに押付けられる。これにより、接合片２３は、自由端側も含めた全長に亘り、変位が拘束するように保持されている。
このため、超音波溶接を行う場合にも、接合片２３の振動は抑制され、また、これに伴って正極合剤未処理部４１ｃの振動も抑制される。
この結果、電極群４０の位置がずれたり、正極合剤未処理部４１ｃ同士が擦れ合うことにより損傷したりするのを防止することができる。従って、電極群４０の位置ずれや、正極合剤未処理部４１ｃの亀裂、破断の発生を防ぎ、角形二次電池の性能および安全性が低下するのを防止することが可能となる。
このため、超音波溶接を行う場合にも、接合片２３の振動は抑制され、また、これに伴って正極合剤未処理部４１ｃの振動も抑制される。
この結果、電極群４０の位置がずれたり、正極合剤未処理部４１ｃ同士が擦れ合うことにより損傷したりするのを防止することができる。従って、電極群４０の位置ずれや、正極合剤未処理部４１ｃの亀裂、破断の発生を防ぎ、角形二次電池の性能および安全性が低下するのを防止することが可能となる。
図１５は、図２における電池蓋ユニットと電極群とが接合された状態の側面図であり、図１６は、図１５におけるＸＶＩ−ＸＶＩ線で切断した拡大断面図である。
図１６において、電極群４０の幅広面４０ｂと正極集電板２１の突出片２４の突当面２４ａとの角度をθ1とし、電極群４０の幅広面４０ｂと正極集電板２１の接合片２３との角度をθ2とする。
図１４に図示されるように、集電板支持用治具８０は、電極群４０の幅広面４０ｂに垂直なＸ2、Ｘ’2の方向から設置される。従って、角度θ1が９０°以上の場合は、集電板支持用治具８０を１軸方向であるＸ2またはＸ’2の方向、換言すれば、直線的に移動するだけで集電板支持用治具８０の突出片当接面８２ａを正極集電板２１の突出片２４の突当面２４ａに当接させることができる。しかし、角度θ1が９０°未満の場合には、集電板支持用治具８０の突出片当接面８２ａを正極集電板２１の突出片２４の突当面２４ａに当接させるには、集電板支持用治具８０をＸ2またはＸ’2の方向に移動した後、電極群４０の幅広面４０ｂと平行な方向にも移動しなければならない。
図１６において、電極群４０の幅広面４０ｂと正極集電板２１の突出片２４の突当面２４ａとの角度をθ1とし、電極群４０の幅広面４０ｂと正極集電板２１の接合片２３との角度をθ2とする。
図１４に図示されるように、集電板支持用治具８０は、電極群４０の幅広面４０ｂに垂直なＸ2、Ｘ’2の方向から設置される。従って、角度θ1が９０°以上の場合は、集電板支持用治具８０を１軸方向であるＸ2またはＸ’2の方向、換言すれば、直線的に移動するだけで集電板支持用治具８０の突出片当接面８２ａを正極集電板２１の突出片２４の突当面２４ａに当接させることができる。しかし、角度θ1が９０°未満の場合には、集電板支持用治具８０の突出片当接面８２ａを正極集電板２１の突出片２４の突当面２４ａに当接させるには、集電板支持用治具８０をＸ2またはＸ’2の方向に移動した後、電極群４０の幅広面４０ｂと平行な方向にも移動しなければならない。
従って、電極群４０の幅広面４０ｂと正極集電板２１の突出片２４の突当面２４ａとの角度θ1を９０°以上とすると、集電板支持用治具８０により電極群４０の正極集電板２１を支持する工程が能率的となる。
この場合、電極群４０の幅広面４０ｂと正極集電板２１の接合片２３との角度θ2が、電極群４０の幅広面４０ｂと正極集電板２１の突出片２４の突当面２４ａとの角度θ1と同じ角度では、集電板支持用治具８０の突出片当接面８２ａを突出片２４の突当面２４ａに当接させて超音波溶接時の振動を抑制することはできない。また、図９に図示される正極集電板２１では、突出片２４は、接合片２３の一面側に突き出して形成された構造であり、この構造においては、角度θ2は角度θ1よりも大きい。
それゆえ、０°≦θ1＜θ2の関係とすることが、集電板支持用治具８０により電極群４０の正極集電板２１を支持する工程を能率的とする面から望ましい。
この場合、電極群４０の幅広面４０ｂと正極集電板２１の接合片２３との角度θ2が、電極群４０の幅広面４０ｂと正極集電板２１の突出片２４の突当面２４ａとの角度θ1と同じ角度では、集電板支持用治具８０の突出片当接面８２ａを突出片２４の突当面２４ａに当接させて超音波溶接時の振動を抑制することはできない。また、図９に図示される正極集電板２１では、突出片２４は、接合片２３の一面側に突き出して形成された構造であり、この構造においては、角度θ2は角度θ1よりも大きい。
それゆえ、０°≦θ1＜θ2の関係とすることが、集電板支持用治具８０により電極群４０の正極集電板２１を支持する工程を能率的とする面から望ましい。
（変形例）
図１７は、実施形態１の変形例であり、図１６に対応する状態の拡大断面図である。
図１６に図示された実施形態１では、電極群４０の幅広面４０ｂと正極集電板２１の突出片２４の突当面２４ａとの角度θ1は、ほぼ９０°であった。
これに対し、図１７では、電極群４０の幅広面４０ｂと正極集電板２１の突出片２４の突当面２４ａとの角度θ1は、９０°よりも大きく形成されている。この構造は、正極集電板２１の接合片２３に形成する突出片２４’を、電極群４０の幅広面４０ｂに対し、垂直よりも大きい角度、換言すれば、接合片２３側に折曲することにより作製できる。
図１７は、実施形態１の変形例であり、図１６に対応する状態の拡大断面図である。
図１６に図示された実施形態１では、電極群４０の幅広面４０ｂと正極集電板２１の突出片２４の突当面２４ａとの角度θ1は、ほぼ９０°であった。
これに対し、図１７では、電極群４０の幅広面４０ｂと正極集電板２１の突出片２４の突当面２４ａとの角度θ1は、９０°よりも大きく形成されている。この構造は、正極集電板２１の接合片２３に形成する突出片２４’を、電極群４０の幅広面４０ｂに対し、垂直よりも大きい角度、換言すれば、接合片２３側に折曲することにより作製できる。
図１８は、図１７に変形例として示す正極集電板２１と電極群４０とを超音波溶接する状態を示す断面図である。
電極群４０の幅広面４０ｂと正極集電板２１の突出片２４’の突当面２４ａ’との角度θ1が９０°よりも大きい場合、集電板支持用治具８０の突出片押え部８２’に形成される突出片当接面８２ａ’は、正極集電板２１の突出片２４’の突当面２４ａ’の傾斜角度に対応する傾斜角度とされる。
従って、変形例においても、集電板支持用治具８０を１軸方向に移動するだけで集電板支持用治具８０の突出片当接面８２ａ’を正極集電板２１の突出片２４’の突当面２４ａ’に当接させることができる。
変形例における他の部材は、実施形態１と同様であり、同一の部材に同一の図面番号を付して、その説明を省略する。
電極群４０の幅広面４０ｂと正極集電板２１の突出片２４’の突当面２４ａ’との角度θ1が９０°よりも大きい場合、集電板支持用治具８０の突出片押え部８２’に形成される突出片当接面８２ａ’は、正極集電板２１の突出片２４’の突当面２４ａ’の傾斜角度に対応する傾斜角度とされる。
従って、変形例においても、集電板支持用治具８０を１軸方向に移動するだけで集電板支持用治具８０の突出片当接面８２ａ’を正極集電板２１の突出片２４’の突当面２４ａ’に当接させることができる。
変形例における他の部材は、実施形態１と同様であり、同一の部材に同一の図面番号を付して、その説明を省略する。
図１１および図１２に図示されるように、集電板支持用治具８０は、両側部に接合片押え部８１と突出片押え部８２を有している。従って、負極集電板３１を電極群４０の負極合剤未処理部４２ｃに超音波溶接する工程は、正極集電板２１を正極合剤未処理部４１ｃに超音波する工程と同時に行うことが可能である。
上記実施形態によれば、正極・負極の集電板２１、３１に設けた突出片２４、３４を集電板支持用治具８０および金属箔押え治具９０により押さえ、その変位を拘束する。このため、超音波溶接の際、正極・負極の集電板２１、３１の振動を抑制することができる。
これにより、正極・負極の集電板２１、３１と電極群４０の位置ずれを小さくし、正極・負極の金属箔４１ａ、４２ａの亀裂や破断の発生を低減することが可能となる。
これにより、正極・負極の集電板２１、３１と電極群４０の位置ずれを小さくし、正極・負極の金属箔４１ａ、４２ａの亀裂や破断の発生を低減することが可能となる。
また、上記実施の形態では、電極群４０の幅広面４０ｂと正極集電板２１の突出片２４の突当面２４ａとの角度θ1と、電極群４０の幅広面４０ｂと正極集電板２１の接合片２３との角度θ2とを、０°≦θ1＜θ2の関係とした。
これにより、集電板支持用治具８０を、直線的に移動するだけで、正極集電板２１の接合片２３と正極集電板２１の突出片２４とを、集電板支持用治具８０により押さえる位置に設置することができる。このため、集電板支持用治具８０により電極群４０の正極集電板２１を支持する工程が能率的となる。
これにより、集電板支持用治具８０を、直線的に移動するだけで、正極集電板２１の接合片２３と正極集電板２１の突出片２４とを、集電板支持用治具８０により押さえる位置に設置することができる。このため、集電板支持用治具８０により電極群４０の正極集電板２１を支持する工程が能率的となる。
（実施形態２）
図１９は、本発明の実施形態２としての角形二次電池の分解斜視図である。
実施形態２が実施形態１と異なる点は、正極集電板２５および負極集電板３５が、二股に分かれていないことである。
正極集電板２５、３５は、それぞれ、一端側が電池蓋３に支持された支持部から、垂直方向に折曲された形状を有する。垂直方向に延出された部分の中間部には、電極群４０の軸芯側に向かって傾斜する傾斜部２５ａ、３５ａが形成されている。
傾斜部２５ａ、３５ａの下方側に、電極群４０に接合される平坦状の接合片２６、３６が形成されている。
図１９は、本発明の実施形態２としての角形二次電池の分解斜視図である。
実施形態２が実施形態１と異なる点は、正極集電板２５および負極集電板３５が、二股に分かれていないことである。
正極集電板２５、３５は、それぞれ、一端側が電池蓋３に支持された支持部から、垂直方向に折曲された形状を有する。垂直方向に延出された部分の中間部には、電極群４０の軸芯側に向かって傾斜する傾斜部２５ａ、３５ａが形成されている。
傾斜部２５ａ、３５ａの下方側に、電極群４０に接合される平坦状の接合片２６、３６が形成されている。
図２０は、正極集電板２５の接合片２６の自由端側の拡大斜視図である。
接合片２６、３６の自由端である先端部には、接合片２６、３６に対して、直角方向に折曲された突出片２７、３７（図１９参照）が形成されている。
突出片２７、３７の内側の側面が、後述する突当面２７ａ、３７ａとなる。
接合片２６、３６の自由端である先端部には、接合片２６、３６に対して、直角方向に折曲された突出片２７、３７（図１９参照）が形成されている。
突出片２７、３７の内側の側面が、後述する突当面２７ａ、３７ａとなる。
正極・負極の集電板２５、３５は、二点鎖線に示すように、軸芯側に寄せ集められた正極・負極の合剤未処理部４１ｃ、４２ｃに超音波溶接により接合される。
以下、実施形態２に示す角形二次電池１Ａにおける、正極・負極の集電板２５、３５と電極群４０の接合方法について説明するが、正極側と負極側は同様であるので、実施形態１の場合と同様、代表して、正極側について説明する。
以下、実施形態２に示す角形二次電池１Ａにおける、正極・負極の集電板２５、３５と電極群４０の接合方法について説明するが、正極側と負極側は同様であるので、実施形態１の場合と同様、代表して、正極側について説明する。
図２１は、電池蓋ユニット１０Ａに装着された電極群４０に集電板支持用治具８０Ａおよび金属箔押え治具９０Ａを設置した状態を示す拡大断面図であり、図２２は、図２１の状態における電極群４０と、集電板支持用治具８０Ａおよび金属箔押え治具９０Ａとの関係を示す斜視図である。
実施形態２においては、実施形態１と異なり、集電板支持用治具８０Ａと、金属箔押え治具９０Ａとを、それぞれ、１個用いて正極集電板２５と電極群４０を保持する。
実施形態２においては、実施形態１と異なり、集電板支持用治具８０Ａと、金属箔押え治具９０Ａとを、それぞれ、１個用いて正極集電板２５と電極群４０を保持する。
集電板支持用治具８０Ａは、一対の接合片押え部８３と、１個の突出片押え部８５を有している。接合片押え部８３の上面には、正極集電板２５の接合片２６の厚さと同一もしくはそれより深い溝８４が設けられている。溝８４は接合片２６の外側の側面２６ａ（図１９参照）に当接する側面８４ａと、電極群４０の幅広坦面４０ｂと平行な接合片押え面８４ｂを有する。接合片押え面８４ｂは溝８４の底面である。
突出片押え部８５は、電極群４０の幅広面４０ｂと垂直な突出片当接面８５ａを有する。
突出片押え部８５は、電極群４０の幅広面４０ｂと垂直な突出片当接面８５ａを有する。
金属箔押え治具９０Ａは、一対の金属箔押え部９１を有する。金属箔押え部９１は、それぞれ、集電板支持用治具８０Ａの一対の接合片押え部８３に対応する位置に形成されている。各金属箔押え部９１は、電極群４０の幅広面４０ｂと平行な、金属箔押え面９１ａを有する。
集電板支持用治具８０Ａ上に、電池蓋ユニット１０の正極集電板２５を、接合片２６が
集電板保持用治具８０Ａの溝８４内に配置されるように載置する。また、集電板支持用治具８０Ａの突出片当接面８５ａに、正極集電板２５に形成された突出片２７の突当面２７ａを当接させる。この状態では、接合片２６は、溝８４の側面８４ａと突出片押え部８５の突出片当接面８５ａとにより挟まれて、電極群４０の幅広面４０ｂと平行な方向への移動が不能となっている。
集電板保持用治具８０Ａの溝８４内に配置されるように載置する。また、集電板支持用治具８０Ａの突出片当接面８５ａに、正極集電板２５に形成された突出片２７の突当面２７ａを当接させる。この状態では、接合片２６は、溝８４の側面８４ａと突出片押え部８５の突出片当接面８５ａとにより挟まれて、電極群４０の幅広面４０ｂと平行な方向への移動が不能となっている。
金属箔押え治具９０Ａを上方に配置し、金属箔押え部９１の金属箔押え面９１ａで正極合剤未処理部４１ｃを正極集電板２５の接合片２６上に押さえ付けながら下方に移動する。
この状態が、図２１および図２２に図示されている。
この状態が、図２１および図２２に図示されている。
超音波溶接は、図２１に二点鎖線で示すように、ホーン９５の端面を捲回された正極合剤未処理部４１ｃの最外周に接触させ、アンビル９６を正極集電板２５の接合片２６の外面側に接触させて行う。
上述した如く、この状態では、正極集電板２５の接合片２６は、溝８４の側面８４ａと突出片押え部８５の突出片当接面８５ａとにより挟まれて、電極群４０の幅広面４０ｂと平行な方向への移動が不能となっている。
上述した如く、この状態では、正極集電板２５の接合片２６は、溝８４の側面８４ａと突出片押え部８５の突出片当接面８５ａとにより挟まれて、電極群４０の幅広面４０ｂと平行な方向への移動が不能となっている。
従って、超音波溶接の際、ホーン９５およびアンビル９６がＢ−Ｂ’の方向に振動しても、接合片２６の振動は抑制され、これに伴い、正極合剤未処理部４１ｃの振動も抑制される。
このため、電極群４０の位置がずれたり、正極合剤未処理部４１ｃ同士が擦れ合うことにより損傷したりするのを防止することができる。この結果、電極群４０の位置ずれや、正極合剤未処理部４１ｃの亀裂、破断の発生を防ぎ、角形二次電池の性能および安全性が低下するのを防止することが可能となる。
このため、電極群４０の位置がずれたり、正極合剤未処理部４１ｃ同士が擦れ合うことにより損傷したりするのを防止することができる。この結果、電極群４０の位置ずれや、正極合剤未処理部４１ｃの亀裂、破断の発生を防ぎ、角形二次電池の性能および安全性が低下するのを防止することが可能となる。
このように、実施形態２においても、実施形態１と同様な効果を奏する。
また、電極群４０の正・負極の合剤未処理部４１ｃ、４２ｃは、軸芯側に寄せ集めるだけの簡単な構造であるため、電極群４０の装着される集電板支持用治具８０Ａおよび金属箔押え治具９０Ａの構造が簡単となる。
また、電極群４０の正・負極の合剤未処理部４１ｃ、４２ｃは、軸芯側に寄せ集めるだけの簡単な構造であるため、電極群４０の装着される集電板支持用治具８０Ａおよび金属箔押え治具９０Ａの構造が簡単となる。
なお、上記実施形態では、リチウムイオン角形二次電池の場合で説明した。しかし、本発明は、ニッケル水素電池またはニッケル・カドミウム電池、鉛蓄電池のように水溶性電解液を用いる角形二次電池にも適用が可能である。
上記実施形態では、接合片押え部８１および突出片押え部８２を集電板支持用治具８０に固定して形成した。しかし、接合片押え部８１および突出片押え部８２の両方あるいは一方を集電板支持用治具８０に移動可能に設けてもよい。
上記各実施形態では、電池容器２が電池蓋３と、電池蓋３側が開口された電池缶４により構成され、正極集電板２１、２５および負極集電板３１、３５が電池蓋３に取り付けられる構造として説明した。
しかし、電極群４０の幅広面４０ｂに対向する両側面が開口された枠形状を有し、電池蓋３に対応する部分、換言すれば、正極端子構成部および負極端子構成部が形成された部分を一側面に有する電池缶と、この電池缶の両側の開口を塞ぐ一対の電池蓋とにより電池容器が構成される角形二次電池にも、本発明を適用することができる。
しかし、電極群４０の幅広面４０ｂに対向する両側面が開口された枠形状を有し、電池蓋３に対応する部分、換言すれば、正極端子構成部および負極端子構成部が形成された部分を一側面に有する電池缶と、この電池缶の両側の開口を塞ぐ一対の電池蓋とにより電池容器が構成される角形二次電池にも、本発明を適用することができる。
また、電池蓋３および電池缶４は、アルミニウムに限られるものではなく、鉄製や他の材料を用いることができる。その他、本発明の角形二次電池は、発明の趣旨の範囲内において、種々、変形して適用することが可能であり、要は、両面に正極合剤が形成され、長手方向に沿う一側縁が外部に露出された正極金属箔を有する正極電極と、両面に負極合剤が形成され、正極金属箔の一側縁に対向する他側縁が露出された負極金属箔を有する負極電極とがセパレータを介して捲回され、上下の両外面が平坦面とされた扁平状の電極群と、正極金属箔の外部に露出された一側縁に接合される接合部を有する正極集電板と、負極金属箔の外部に露出された他側縁に接合される接合部を有する負極集電板と、正極集電板の一端および負極集電板の一端を、それぞれ、片持ち梁状に支持する電池容器とを具備してなり、少なくとも正極集電板および負極集電板の一方は、電池容器に支持された一端とは反対側の他端部に、接合部の接合面とは異なる角度の突当面を有する突出部を有するものであればよい。
また、本発明の角形二次電池の製造方法は、正極金属箔が正極合剤から露出された正極合剤未処理部が、一側縁に沿って形成された正極電極と、負極金属箔が負極合剤から露出された負極合剤未処理部が、一側縁に対向する他側縁に沿って形成された負極電極とがセパレータを介して捲回された電極群を形成し、電池容器に、一端が片持ち状に支持された正極集電板を正極合剤未処理部に超音波溶接し、一端が片持ち状に支持された負極集電板を負極合剤未処理部に超音波溶接する角形二次電池の製造方法であって、正極集電板および負極集電板の少なくとも一方に、溶接面とは異なる角度に形成された面を有する突出部を形成する工程と、正極集電板および負極集電板の溶接面を対応する極性の合剤未処理部に接触させると共に、正極集電板または負極集電板の一方に設けられた突出部を治具により支持して記突出部の変位を拘束する集電板支持工程と、この後、正極集電板または負極集電板を対応する極性の合剤未処理部に超音波溶接する工程とを備えるものであればよい。
１、１Ａ 角形二次電池
２ 電池容器
３ 電池蓋
４ 電池缶
１０ 電池蓋ユニット
２１、２５ 正極集電板
２３、２６、３３、３６ 接合片
２４、２７、３４、３７ 突出片
２４ａ、２７ａ 接合片突当面
３１、３５ 負極集電板
４０ 電極群
４１ 正極電極
４１ｃ 正極合剤未処理部
４２ 負極電極
４２ｃ 負極合剤未処理部
４３、４４ セパレータ
８０、８０Ａ 集電板支持用治具
８１、８３ 接合片押え部
８１ａ、８３ａ 接合片押え面
８２、８５ 突出片押え部
８２ａ、８５ａ 突出片当接面
８４ 溝
９０、９０Ａ 金属箔押え治具
９１ 金属箔押え部
９１ａ 金属箔押え面
２ 電池容器
３ 電池蓋
４ 電池缶
１０ 電池蓋ユニット
２１、２５ 正極集電板
２３、２６、３３、３６ 接合片
２４、２７、３４、３７ 突出片
２４ａ、２７ａ 接合片突当面
３１、３５ 負極集電板
４０ 電極群
４１ 正極電極
４１ｃ 正極合剤未処理部
４２ 負極電極
４２ｃ 負極合剤未処理部
４３、４４ セパレータ
８０、８０Ａ 集電板支持用治具
８１、８３ 接合片押え部
８１ａ、８３ａ 接合片押え面
８２、８５ 突出片押え部
８２ａ、８５ａ 突出片当接面
８４ 溝
９０、９０Ａ 金属箔押え治具
９１ 金属箔押え部
９１ａ 金属箔押え面
Claims (9)
- 両面に正極合剤が形成され、長手方向に沿う一側縁が外部に露出された正極金属箔を有する正極電極と、両面に負極合剤が形成され、前記正極金属箔の一側縁に対向する他側縁が露出された負極金属箔を有する負極電極とがセパレータを介して捲回された扁平状の電極群と、
前記正極金属箔の外部に露出された前記一側縁に接合される接合部を有する正極集電板と、
前記負極金属箔の外部に露出された前記他側縁に接合される接合部を有する負極集電板と、
前記正極集電板の一端および前記負極集電板の一端を、それぞれ、片持ち梁状に支持する電池容器とを具備してなり、
少なくとも前記正極集電板および前記負極集電板の一方は、前記電池容器に支持された一端とは反対側の他端部に、前記接合部の接合面とは異なる角度の突当面を有する突出部を有することを特徴とする角形二次電池。 - 請求項１に記載の角形二次電池において、前記正極金属箔の一側縁および負極金属箔の他側縁は、長手方向に直交する方向において前記電極群の幅広面に対して傾斜して捲回されており、前記突出部の突当面は、前記電極群の幅広面に対して角度θ1で傾斜し、前記正極集電板および前記負極集電板は、前記電極群の幅広面に対して角度θ2で前記正極または負極の金属箔に接合される接合面を有し、９０°≦θ1＜θ2の関係を有することを特徴とする角形二次電池。
- 請求項１または２に記載の角形二次電池において、前記突出部の突当面は、前記電極群の幅広面に対し、ほぼ９０°の面を有することを特徴とする角形二次電池。
- 請求項１に記載の角形二次電池において、前記突出部は、前記正極または負極の金属箔に接合された接合面に対して、垂直に屈曲されていることを特徴とする角形二次電池。
- 正極金属箔が正極合剤から露出された正極合剤未処理部が、一側縁に沿って形成された正極電極と、負極金属箔が負極合剤から露出された負極合剤未処理部が、前記一側縁に対向する他側縁に沿って形成された負極電極とがセパレータを介して捲回された電極群を形成し、電池容器に、一端が片持ち状に支持された正極集電板を前記正極合剤未処理部に超音波溶接し、一端が片持ち状に支持された負極集電板を前記負極合剤未処理部に超音波溶接する角形二次電池の製造方法であって、
前記正極集電板および前記負極集電板の少なくとも一方に、溶接面とは異なる角度に形成された面を有する突出部を形成する工程と、
前記正極集電板および前記負極集電板の溶接面を対応する極性の合剤未処理部に接触させると共に、前記正極集電板または前記負極集電板の一方に設けられた前記突出部を治具により支持して前記突出部の変位を拘束する集電板支持工程と、
この後、前記正極集電板または前記負極集電板を対応する極性の合剤未処理部に超音波溶接する工程とを備えることを特徴とする角形二次電池の製造方法。 - 請求項５に記載の角形二次電池の製造方法において、前記集電板支持工程は、
前記突出部が形成された正極集電板または負極集電板の一方が対応する極性の合剤未処理部に接触した状態で、前記突出部が形成された正極集電板または負極集電板の一方の外面を、治具の押え部で支持する工程と、
前記突出部に治具の当接部を当接する工程と、
前記正極または負極の合剤未処理部を、前記治具の押え部とは反対側の面から前記治具の押え部に押付けて保持する工程とを備えることを特徴とする角形二次電池の製造方法。 - 請求項６に記載の角形二次電池の製造方法において、前記電極群は、上下の両外面が幅広面とされた扁平状形状を有し、前記正極および負極の合剤未処理部は、前記電極群の幅広面に対して傾斜して捲回されており、前記治具の当接部は、前記正極または負極の集電板に設けられた前記突出部に、前記電極群の平坦面に対して角度θ1で当接する面を有し、前記治具の押え部は、前記電極群の幅広面に対して角度θ2で前記正極または負極の集電板に接触する面を有し、９０°≦θ1＜θ2の関係を有することを特徴とする角形二次電池の製造方法。
- 請求項６または請求項７に記載の角形二次電池の製造方法において、前記正極集電板または負極集電板の一方に設けられた突出部に治具の当接部を当接する工程は、前記当接部を有する治具を直線的に移動して行うことを特徴とする角形二次電池の製造方法。
- 請求項６乃至８のいずれか１項に記載の角形二次電池の製造方法において、前記押え部および前記当接部は１つの治具に設けられていることを特徴とする角形二次電池の製造方法。
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