JP2014179195A - 電池 - Google Patents

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Abstract

【課題】信頼性の高い安全弁を備えることができ且つ低い抵抗値を示すことができる電池を提供すること。
【解決手段】実施形態に係る電池10は、容器1と蓋体2と安全弁22と電極群3と中間リード4と端子リード5とを具備する。安全弁22は蓋体2に設けられている。電極群3は、蓋体2に対向する端面を有しており、この端面から延出した複数枚の集電タブ31,32を備えている。中間リード4は第１のリード接合部4bと電極群接合部4aと脚部4cとを含む。電極群接合部4aには複数の集電タブ31, 32が接続されている。脚部4cは第１のリード接合部4bと電極群接合部4aとをこれらが異なる平面に位置するように連結している。端子リード5は蓋体接合部5aと第２のリード接合部5bとを含む。蓋体接合部5aは蓋体2に接続されている。第２のリード接合部5bは第１のリード接合部4bに接続されている。
【選択図】 図１

Description

本発明の実施形態は、電池に関する。
電気自動車（ＥＶ）やハイブリッド自動車（ＨＥＶ）、電動バイク、フォークリフトなどに用いられる大型及び大容量電源として、エネルギー密度の高い非水電解質電池（例えば、リチウムイオン電池）が注目されている。高寿命や安全性などに配慮しながら、リチウムイオン電池に関する大型化及び大容量化のための開発が行われている。大容量電源としては、駆動電力を大きくするために直列又は並列に接続した多数個の電池を収納した組電池が開発されている。
非水電解質電池としては、特には正極集電体として、アルミニウムがその耐酸化性のために用いられることが多い。
また、近年では負極にチタン酸リチウムを用いる電池の開発がなされている。負極にチタン酸リチウムを用いる電池では、負極にアルミニウム基板を用いる例も出てきている。
一方、高出力化のために、電極から複数の導電用の集電タブを取り出すことが多くなった。複数の集電タブを接合して１つにするには、更には複数の集電タブを電池容器の外へつながるリード等へ接合するには、超音波接合が適している。例えば、レーザーで複数枚の金属板を接合して１つの部材にすることは難しい。また、アルミニウム材を含む集電タブ同士を抵抗溶接すると、アルミニウム自身は低融点及び低沸点であるものの、アルミニウム材の表面に形成した酸化被膜は高融点であるため、接合の瞬間にアルミニウム材がはじけ飛びやすい。
しかしながら、蓋部に取り付けられたリードと集電タブとを超音波接合する場合、溶接時の超音波が蓋部に伝わると、蓋部に設けられた安全弁が破壊又は劣化することがある。そのため、超音波接合の際に何の工夫も講じないと、安全弁の信頼性が低下するおそれがある。
このため、リード部に細い部分を作ることで、超音波の伝達性を悪くする工夫が行われている。
特開２０１１−７０９１７号公報 特開２０１１−１９２５４７号公報
本発明が解決しようとする課題は、信頼性の高い安全弁を備えることができ且つ低い抵抗値を示すことができる電池を提供することにある。
実施形態によると、実施形態によると、電池が提供される。この電池は、容器と、蓋体と、安全弁と、電極群と、中間リードと、端子リードとを具備する。容器は、開口部を有する。蓋体は、容器の開口部に配置されている。安全弁は、蓋体に設けられている。電極群は、容器内に収納されている。また、電極群は、蓋体に対向する端面を有しており、この端面から延出した複数枚の集電タブを備えている。中間リードは、第１のリード接合部と、電極群接合部と、脚部とを含む。電極群接合部には、複数の集電タブが電気的に接続されている。脚部は、第１のリード接合部と電極群接合部とをこれらが互いに異なる平面に位置するように連結している。端子リードは、蓋体接合部と、第２のリード接合部とを含む。蓋体接合部は、蓋体に接続されている。第２のリード接合部は、蓋体接合部から第１のリード接合部に対向するように延出されている。また、第２のリード接合部は、第１のリード接合部に電気的に接続されている。
図１は、実施形態に係る一例の電池の要部についての分解斜視図である。 図２は、図１の電池が具備する、端子リードに接続された中間リードの概略三面図である。（ａ）は平面図であり、（ｂ）は正面図であり、（ｃ）は側面図である。
以下、実施形態を図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明において、同一又は類似した機能を発揮する構成要素には全ての図面を通じて同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。
実施形態によると、電池が提供される。この電池は、容器と、蓋体と、安全弁と、電極群と、中間リードと、端子リードとを具備する。容器は、開口部を有する。蓋体は、容器の開口部に配置されている。安全弁は、蓋体に設けられている。電極群は、容器内に収納されている。また、電極群は、蓋体に対向する端面を有しており、この端面から延出した複数枚の集電タブを備えている。中間リードは、第１のリード接合部と、電極群接合部と、脚部とを含む。電極群接合部には、複数の集電タブが電気的に接続されている。脚部は、第１のリード接合部と電極群接合部とをこれらが互いに異なる平面に位置するように連結している。端子リードは、蓋体接合部と、第２のリード接合部とを含む。蓋体接合部は、蓋体に接続されている。第２のリード接合部は、蓋体接合部から第１のリード接合部に対向するように延出されている。また、第２のリード接合部は、第１のリード接合部に電気的に接続されている。
実施形態に係る電池が具備する中間リードでは、複数の集電タブに接合するための電極群接合部と、端子リードに接合するための第１のリード接合部とが、互いに異なる平面上にある。そのため、中間リードの電極群接合部と複数の集電タブとの間の接合は、中間リードの第１のリード接合部と端子リードの第２のリード接合部との間の接合から独立して行うことができる。すなわち、端子リードと中間リードと複数の集電タブとの接続を一工程で行う必要がなくなる。
例えば、中間リードの電極群接合部と複数の集電タブとの間の接合を超音波接合によって行った後に、中間リードの第１のリード接合部と端子リードの第２のリード接合部との間の接合をレーザー溶接又は抵抗溶接によって行うことができる。
このような接合によると、端子リードは超音波接合の影響を受けない。そのため、このような接合によると、蓋体に設けられた安全弁に超音波振動が伝わらない。つまり、このような接合によると、安全弁の破壊及び劣化を防ぐことができる。したがって、実施形態に係る電池は、信頼性の高い安全弁を備えることができる。
また、このような接合によれば、蓋体が備える安全弁に超音波振動を伝えないので、リード部に細い部分を作って超音波の伝達性を悪くする工夫によって提供される安全弁よりも高い信頼性を有する安全弁を、電気抵抗を高めることなく提供することができる。
更に、このような接合によると、複数枚の集電タブは、複数枚の金属板を接合するのに使用するには適していないレーザー溶接にも、集電タブのアルミニウム材がはじけ飛ぶおそれがある抵抗溶接にも供されない。そのため、複数枚の集電タブのこのような接合は、容易に且つ強固に行うことができる。
また、実施形態に係る電池が具備する中間リードでは、電極群接合部と第１のリード接合部との間に脚部が配されている。このような構造を有する中間リードでは、電極群接合部に超音波接合が為されて中間リードに応力が生じても、この応力を、電極群接合部が変形することによって、及び場合により脚部が変形することによって低減させることができ、第１のリード接合部への応力の伝達を防ぐことができる。すなわち、このような中間リードでは、電極群接合部に超音波接合が為されても、超音波による第１のリード接合部の変形を抑えることができる。中間リードの第１のリード接合部は、先に説明したように超音波接合による変形を抑えることができるので、平坦性が比較的高いものであり得る。レーザー溶接及び抵抗溶接は、被溶接材料の平坦性が高いほど、容易に且つ強固に行うことができる。よって、電極群接合部が超音波接合に供された中間リードの第１のリード接合部と端子リードの第２のリード接合部との間の接合は、レーザー溶接又は抵抗溶接によって、容易に且つ強固に行うことができ、それによって得られた接続部は高い接合強度を有することができる。強固な接合は、接続部の抵抗値を抑えることができる。つまり、中間リードの第１のリード接合部と端子リードの第２のリード接合部との間の接続部は、低い抵抗値を示すことができる。
このように、実施形態によれば、信頼性の高い安全弁を備えることができ且つ低い抵抗値を示すことができる電池を提供することができる。
中間リードの電極群接合部と複数枚の集電タブとは、超音波接合により接合されていることが好ましい。超音波接合によると、複数の金属を同時に且つ強固に行うことができる。そのため、超音波接合による中間リードの電極群接合部と複数枚の集電タブとの間の接続部は、低い抵抗値を示すことができる。
また、中間リードの第１のリード接合部と端子リードの第２のリード接合部とは、レーザー溶接又は抵抗溶接によって接合されていることが好ましい。
中間リードの電極群接合部は、その幅Ｗの５％〜９５％の範囲内にある長さが超音波接合されていることが好ましい。中間リードの電極群接合部の幅Ｗは、例えば図２に示すように、この電極群接合部に超音波接合された複数の集電タブの幅に平行な方向における電極群接合部の幅である。複数の集電タブの幅は、例えば、該集電タブが電極群から延出した方向に直交する方向における集電タブの幅である。電極群接合部の超音波接合されている長さの割合をこの範囲内にすると、超音波接合による第１のリード接合部の変形を更に抑えることができる。そのおかげで、中間リードの第１のリード接合部と端子リードの第２のリード接合部との接合を更に強固に行うことができ、結果として、より低い抵抗値を示すことができる。また、上記のような中間リードを具備する電池は、電池において非発電要素たる中間リードが占有する容積を小さくすることができ、その結果、より高い体積エネルギー密度を有することができる。中間リードは、幅が１ｍｍ〜１００ｍｍの範囲内にある帯状の超音波接合されていない領域を有することが好ましい。
電極群接合部の超音波接合されている部分の長さは、例えば、中間リードと集電タブとの接続部を中間リードの電極群接合部の幅Ｗの方向に沿った断面をＳＥＭで観察することによって求めることができる。
また、中間リードの電極群接合部の幅Ｗと、中間リードの電極群接合部の端子リードに対向する主面と端子リードの第２のリード接合部の中間リードに対向する主面との距離ｌは、関係式：０．００５≦ｌ／Ｗ≦５を満たすことが好ましい。この関係式を満たす電池は、超音波によって中間リードに生じる応力を更に低減させることができ、その結果、第１のリード接合部の変形を更に防ぐことができる。更に、このような電池は、電池において非発電要素たる中間リードが占める割合を更に抑えることができ、その結果、体積エネルギー密度を更に向上させることができる。幅Ｗと距離ｌとは、関係式：０．００５≦ｌ／Ｗ≦２．５を満たすことがより好ましい。距離ｌは０．１ｍｍ〜５０ｍｍの範囲内にあることがより好ましい。
更に、中間リードの電極群接合部の幅Ｗの方向における第１のリード接合部の長さｆの、電極群接合部の幅Ｗに対する比は、０．０５〜０．５の範囲内にあることが好ましい。このような中間リードは、中間リード全体の大きさに対する第１のリード接合部が十分に大きいので、第１のリード接合部と端子リードの第２のリード接合部との接合を安定した状態で容易に行うことができる。更に、このような中間リードは、電池において非発電要素たる中間リードが占める割合を更に抑えることができ、その結果、体積エネルギー密度を更に向上させることができる。
中間リードの第１のリード接合部の主面の寸法は、０．１ｍｍ〜１０ｍｍの範囲内にあることがより好ましい。各寸法がこの範囲内にある第１のリード接合部は、レーザー溶接において通常用いられるレーザー径よりも十分に広いので、レーザー溶接をより容易に且つ強固に行うことができる。更に、このような中間リードは、電池において非発電要素たる中間リードが占める割合を更に抑えることができ、その結果、体積エネルギー密度を更に向上させることができる。
端子リードは、レーザー溶接又は抵抗溶接が可能な金属を含むことが好ましい。特に、端子リードは、アルミニウム材又はアルミニウム合金材を含むことが好ましい。アルミニウムは融点が比較的に低い温度なので、アルミニウム材又はアルミニウム合金材を含む端子リードは、容易にレーザー溶接に供することができる。
また、中間リードは、レーザー溶接又は抵抗溶接が可能であり且つ超音波接合が可能な金属を含むことが好ましい。特に、中間リードは、アルミニウム材又はアルミニウム合金材を含むことが好ましい。上で説明したように、アルミニウムは融点が比較的に低い温度なので、アルミニウム材又はアルミニウム合金材を含む中間リードは、容易にレーザー溶接又は抵抗溶接に供することができる。
更に、複数枚の集電タブは、アルミニウム材又はアルミニウム合金材を含むことが好ましい。このような集電タブは耐食性に優れる。
中間リード及び複数枚の集電タブが共にアルミニウム材又はアルミニウム合金材を含むことがより好ましい。このように同種金属を含む金属部材は、より強固な接合を超音波接合によって達成することができる。
アルミニウム材としては、例えば、1080アルミニウム材、1070アルミニウム材、1050アルミニウム材、1100アルミニウム材、1N30アルミニウム材および1N90アルミニウム材などの1000系アルミニウム材を使用することができる。アルミニウム合金材としては、例えば、2014Pアルミニウム合金材、2017Pアルミニウム合金材などの2000系アルミニウム合金材、3003Pアルミニウム合金材、3203Pアルミニウム合金材などの3000系アルミニウム合金材などを使用することができる。
以下、図面を参照しながら、実施形態に係る電池の一例を説明する。
図１は、実施形態に係る一例の電池の要部についての分解斜視図である。図２は、図１の電池が具備する、端子リードに接続された中間リードの概略三面図である。（ａ）は平面図であり、（ｂ）は正面図であり、（ｃ）は側面図である。
図１に示す電池１０は、容器１と、蓋体２と、電極群３と、２つの中間リード４と、２つの端子リード５とを具備する。
容器１は、金属製であり、開口部を有する有底角筒形状を有している。容器１の開口部は、蓋体２が配置されており、それによって塞がれている。容器１は、電極群３及び電解液（図示しない）を収容している。
蓋体２は封口板２１を備えている。封口板２１は、容器１と同じ種類の金属からなる。封口板２１の周縁部は、容器１に溶接されている。
封口板２１には、安全弁２２が設けられている。安全弁２２は、封口板２１に設けられた矩形の凹部の底面に設けられた十字の溝２３からなる。封口板２１のうち溝２３が設けられた部分は特に肉薄となっている。そのため、溝２３は、容器１の内部圧力が上昇した際に、破断することによって容器１内のガスを外に放出することができる。
また、封口板２１には、安全弁２２の他に、２つの凹部２４が設けられており、凹部２４の底部には貫通孔２５がそれぞれ設けられている。
更に、封口板２１には、注液口２１ａが設けられている。
封口板２１には、正極端子２６、負極端子２７、２つの外部絶縁材２８及び２つの内部絶縁材２９が固定されている。
正極端子２６は、導電性のフランジ部２６ａ及び軸部２６ｂを含むリベット形状を有する。負極端子２７は、導電性のフランジ部２７ａ及び軸部２７ｂを含むリベット形状を有する。
外部絶縁材２８は、貫通孔２８ｂを有するフランジ部２８ａと、軸部２８ｃとを含むリベット形状を有する。外部絶縁材２８の軸部２８ｃは、フランジ部２８ａから始まる貫通孔２８ｂがその内部に延びた中空構造を有する。
外部絶縁材２８のフランジ部２８ａは、封口板２１の２つの凹部２４にそれぞれ嵌め込まれている。外部絶縁材２８の軸部２８ｃは、２つの凹部２４の底部にそれぞれ設けられた貫通孔２５に挿入されている。一方の外部絶縁材２８の貫通孔２８ｂには、正極端子２６の軸部２６ｂが挿入されている。同様に、他方の外部絶縁材２８の貫通孔２８ｂには、負極端子２７の軸部２７ｂが挿入されている。このような配置により、２つの外部絶縁材２８のうち一方は正極端子２６と封口板２１との間に位置しており、他方は負極端子２７と封口板２１との間に位置している。そのため、正極端子２６及び負極端子２７は、外部絶縁材２８により、封口板２１から電気的に絶縁されている。
内部絶縁材２９は、外部絶縁材２８と共に封口板２１を挟み込むように、封口板２１にそれぞれ取り付けられている。内部絶縁材２９は、矩形であり、その表面に貫通孔２９ａをそれぞれ有している。一方の内部絶縁材２９の貫通孔２９ａには、外部絶縁材２８の貫通孔２８ｃを通り抜けた正極端子２６の軸部２６ｂが挿入されている。同様に、他方の内部絶縁材２９の貫通孔２９ａには、外部絶縁材２８の貫通孔２８ｃを通り抜けた負極端子２７の軸部２７ｂが挿入されている。また、正極端子２６の軸部２６ｂが貫通している内部絶縁材２９は、更なる貫通孔２９ｂを有している。
電極群３は、図示しない複数の正極と、図示しない複数の負極と、図示しないセパレータとを含む。正極及び負極は、間にセパレータを挟んで積層されている。電極群３は図示しない電解液によって含浸されている。
正極は、帯状の正極集電体と、集電体の表面の一部に形成された正極活物質含有層とを備える。正極集電体は、表面に正極活物質層が形成されていない、短冊状の正極集電タブ３１を備える。複数の正極集電タブ３１は、電極群３の蓋体２に対向する端面から延出している。なお、図１では、複数の正極集電タブ３１を集合体である１つの部材３１として記載している。
負極は、帯状の負極集電体と、集電体の表面の一部に形成された負極活物質含有層とを備える。負極集電体は、表面に負極活物質層が形成されていない、短冊状の負極集電タブ３２を備える。複数の負極集電タブ３２は、電極群３の蓋体２に対向する端面から延出している。なお、図１では、複数の負極集電タブ３２を集合体である１つの部材３２として記載している。
図１に示す電池１０は、正極バックアップリード６及び負極バックアップリード７を更に具備している。
正極バックアップリード６は、矩形の第１の挟持部６ａと、矩形の第２の挟持部６ｂと、矩形の連結部６ｃとを含む。連結部６ｃは、長方形状の主面を有している。第１の挟持部６ａ及び第２の挟持部６ｂは、連結部６ｃの主面の長辺に沿う２つの端部から、該主面に垂直な方向において同じ向きに延びている。
同様に、負極バックアップリード７は、矩形の第１の挟持部７ａと、矩形の第２の挟持部７ｂと、矩形の連結部７ｃとを含む。連結部７ｃは、長方形状の主面を有している。第１の挟持部７ａ及び第２の挟持部７ｂは、連結部７ｃの主面の長辺に沿う２つの端部から、該主面に垂直な方向において同じ向きに延びている。
正極バックアップリード６は、第１の挟持部６ａ及び第２の挟持部６ｂにより、複数の正極集電タブ３１を挟持している。同様に、負極バックアップリード７は、第１の挟持部７ａ及び第２の挟持部７ｂにより、複数の負極集電タブ３２を挟持している。
中間リード４は、図２ａ〜図２ｃに示すように、矩形の電極群接合部４ａと、２つの矩形の第１のリード接合部４ｂと、矩形の２つの脚部４ｃとを含む。
一方の脚部４ｃは、電極群接合部４ａと一方の第１のリード接合部４ｂとを、これらが互いに異なる平面に位置するように連結している。他方の脚部４ｃは、電極群接合部４ａと他方の第２のリード接合部４ｂとを、これらが互いに異なる平面に位置するように連結している。２つの脚部４ｃの主面は互いに対向している。第１のリード接合部４ｂの主面は、電極群接合部４ａの主面に対向していない。
一方の中間リード４は、電極群接合部４ａが、正極集電タブ３１及びこれらを挟持した正極バックアップリード６に超音波接合されている。他方の中間リード４は、電極群接合部４ａが、負極集電タブ３２及びこれらを挟持した負極バックアップリード７に超音波接合されている。
端子リード５は、矩形の蓋接合部５ａと、矩形の第２のリード接合部５ｂとを含む。蓋接合部５ａは、長方形状の主面を有している。蓋接合部５ａの主面の一方の長辺に沿う端部から、蓋接合部５ａの主面に垂直な方向に、第２のリード接合部５ｂが延びている。
端子リード５の蓋接合部５ａは貫通孔５ｃを有している。一方の端子リード５の蓋接合部５ａの貫通孔５ｃには、内部絶縁材２９の貫通孔２９ａを通り抜けた正極端子２６の軸部２６ｂが挿入されている。他方の端子リード５の蓋接合部５ａの貫通孔５ｃには、内部絶縁材２９の貫通孔２９ａを通り抜けた負極端子２７の軸部２７ｂが挿入されている。
正極端子２６の軸部２６ｂが貫通している端子リード５の蓋接合部５ａは、更なる貫通孔５ｄを有している。
正極端子２６の軸部２６ｂは、一方の外部絶縁材２８の貫通孔２８ｂ、封口板２１の一方の凹部２４の貫通孔２５、一方の内部絶縁材２９の貫通孔２９ａ、及び一方の端子リード５の蓋接合部５ａの貫通孔５ｃを順に通り抜けている。端子リード５の蓋接合部５ａの貫通孔５ｃを通り抜けた正極端子２６の軸部２６ｂの先端は、かしめ留めされている。
同様に、負極端子２７の軸部２７ｂは、もう１つの外部絶縁材２８の貫通孔２８ｂ、封口板２１のもう１つの凹部２４の貫通孔２５、もう１つの内部絶縁材２９の貫通孔２９ａ、及びもう１つの端子リード５の蓋接合部５ａの貫通孔５ｃを順に通り抜けている。端子リード５の蓋接合部５ａの貫通孔５ｃを通り抜けた負極端子２７の軸部２７ｂの先端は、かしめ留めされている。
かくして、２つの端子リード５は、正極端子２６及び負極端子２７、２つの外部絶縁材２８、並びに２つの内部絶縁材２９と共に、封口板２１にかしめ固定されている。
先に述べたように、正極端子２６及び負極端子２７はそれぞれ封口板２１から電気的に絶縁されている。また、２つの内部絶縁材２８の２つの端子リード５の蓋接合部５ａに対向する面の面積は、該蓋接合５ａの面積よりも大きい。そのため、２つの端子リード５も、封口板２１から絶縁されている。
一方、正極端子２６の軸部２６ｂは導電性であるため、正極端子２６は、これと共に封口板２１にカシメ固定された端子リード５に電気的に接続されている。同様に、負極端子２７の軸部２７ｂは導電性であるため、負極端子２７は、これと共に封口板２１にカシメ固定された端子リード５に電気的に接続されている。
図１に示す電池１０において、封口板２１に設けられた注液口２１ａの位置は、正極端子２６の軸部２６ｂが通っている内部絶縁材２９の貫通孔２９ｂの位置と、正極端子２６に電気的に接続された端子リード５の貫通孔５ｄの位置とに対応している。このように位置が互いに対応している注液口２１ａ、貫通孔２９ｂ及び貫通孔５ｄは、外部から電池１０の内部へと電解液を注入するための注液通路を構成している。注液口２１ａは、金属製の封止蓋８によって塞がれている。封止蓋８はその周縁が封口板２１に溶接されている。
図１に示す電池１０では、正極端子２６に電気的に接続された端子リード５の第２のリード接合部５ｂは、正極集電タブ３１に超音波接合された中間リード４の２つの第１のリード接合部４ｂにそれぞれ対向する部分が、該中間リード４の２つの第１のリード接合部４ｂにレーザー溶接されている。また、負極端子２７に電気的に接続された端子リード５の第２のリード接合部５ｂは、負極集電タブ３２に超音波接合された中間リード４の２つの第１のリード接合部４ｂにそれぞれ対向する部分が、該中間リード４の２つの第１のリード接合部４ｂにレーザー溶接されている。
さて、先に説明したように、中間リード４では、２つの脚部４ｃの存在により、電極群接合部４ａの主面は、２つの第１のリード接合部４ｂの主面が存在する平面とは異なる平面上にある。そのため、図２に詳細に示した中間リード４を含む図１に示した電池１０は、中間リード４の電極群接合部４ａと複数枚の集電タブ３１又は３２との接合を、中間リード４の第１のリード接合部４ａと端子リード５の第２のリード接合部５ｂとの接合から独立して行って製造することができる。
つまり、一方の中間リード４の電極群接合部４ａと複数枚の正極集電タブ３１との間の接合、及び他方の中間リード４の電極群接合部４ａと複数枚の負極集電タブ３２との間の接合を超音波接合によって行った後に、中間リード４の第１のリード接合部４ｂと端子リード５の第２のリード接合部５ｂとの間の接合をレーザー溶接によって行うことができる。
このような接合によると、端子リード５は超音波接合の影響を受けないので、端子リード５に物理的に一体となっている安全弁２２には超音波振動が伝わらない。よって、電池１０の安全弁２２は高い信頼性を有することができる。
また、このような接合によると、複数枚の正極集電タブ３１及び複数枚の負極集電タブ３２は、複数枚の金属板を接合するのに使用するには適していないレーザー溶接にも、集電タブのアルミニウム材がはじけ飛ぶおそれがある抵抗溶接にも供されない。そのため、複数枚の正極集電タブ３１及び複数枚の負極集電タブ３２の各々と中間リード４の電極群接合部４ａとの接合は、複数枚の金属板を接合するのに適した超音波接合により、容易に且つ強固に行うことができる。
更に、中間リード４では、電極群接合部４ａと第１のリード接合部４ｂとの間に脚部４ｃが配されている。このような構造を有する中間リード４では、電極群接合部４ａに超音波接合が為されて中間リード４に応力が生じても、この応力を、電極群接合部４ａが変形することにより、及び場合により脚部４ｃが変形することにより低減させることができ、第１のリード接合部４ｂへの応力の伝達を防ぐことができる。すなわち、このような中間リード４では、電極群接合部４ａに超音波接合が為されても、超音波による第１のリード接合部４ｂの変形を抑えることができる。変形を抑えることができるおかげで平坦であり得る中間リード４の第１のリード接合部４ｂは、端子リード５の第２のリード接合部５ｂとの間の接合を、レーザー溶接又は抵抗溶接によって、容易に且つ強固に行うことができる。よって、中間リード４の第１のリード接合部４ｂと端子リード５の第２のリード接合部５ｂとの間の接続部は、高い接合強度を有することができる。つまり、中間リード４の第１のリード接合部４ｂと端子リード５の第２のリード接合部５ｂとの間の接続部は、低い抵抗値を示すことができる。
そして、中間リード４の第１のリード接合部４ｂと端子リード５の第２のリード接合部５ｂとの間の接合は、レーザー溶接によって強固に行われている。そして、中間リード４の電極群接合部４ａは、複数枚の集電タブ３１又は３２に、超音波接合によって強固に接合されている。このように部材間の接合が強固な電池１０は、低い抵抗値を有することができる。
このように、図１に示す電池１０は、信頼性の高い安全弁を備えることができ且つ低い抵抗値を示すことができる。
以上説明した実施形態に係る電池は、一次電池又は二次電池の何れにも限られるものではない。実施形態に係る電池の一例としては、リチウムイオン二次電池が挙げられる。
以下、実施形態に係る電池で用いることのできる正極、負極、セパレータ、電解液、および容器について、並びに電極群の構造及び形状について詳細に説明する。
１）正極
正極は、正極集電体と、集電体の表面の一部に形成された正極活物質含有層とを備えることができる。
正極活物質含有層は、正極活物質と、任意に導電剤及び結着剤とを含むことができる。
正極活物質としては、例えば、酸化物又は硫化物を用いることができる。酸化物及び硫化物の例には、リチウムを吸蔵する二酸化マンガン（ＭｎＯ2）、酸化鉄、酸化銅、酸化ニッケル、リチウムマンガン複合酸化物（例えばＬｉxＭｎ2Ｏ4またはＬｉxＭｎＯ2）、リチウムニッケル複合酸化物（例えばＬｉxＮｉＯ2）、リチウムコバルト複合酸化物（例えばＬｉxＣｏＯ2）、リチウムニッケルコバルト複合酸化物（例えばＬｉＮｉ1-yＣｏyＯ2）、リチウムマンガンコバルト複合酸化物（例えばＬｉxＭｎyＣｏ1-yＯ2）、スピネル構造を有するリチウムマンガンニッケル複合酸化物（例えばＬｉxＭｎ2-yＮｉyＯ4）、オリビン構造を有するリチウムリン酸化物（例えばＬｉxＦｅＰＯ4、ＬｉxＦｅ1-yＭｎyＰＯ4、ＬｉxＣｏＰＯ4）、硫酸鉄（Ｆｅ2（ＳＯ4）3）、バナジウム酸化物（例えばＶ2Ｏ5）及び、リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物が挙げられる。上記の式において、０＜ｘ≦１であり、０＜ｙ≦１である。活物質として、これらの化合物を単独で用いてもよく、或いは、複数の化合物を組合せて用いてもよい。
結着剤は、活物質と集電体を結着させるために配合される。結着剤の例としては、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、フッ素系ゴムが挙げられる。
導電剤は、集電性能を高め、且つ、活物質と集電体との接触抵抗を抑えるために必要に応じて配合される。導電剤の例としては、アセチレンブラック、カーボンブラック及び黒鉛のような炭素質物が挙げられる。
正極活物質含有層において、正極活物質及び結着剤はそれぞれ８０質量％以上９８質量％以下、２質量％以上２０質量％以下の割合で配合することが好ましい。
結着剤は、２質量％以上の量にすることにより十分な電極強度を得ることができる。また、２０質量％以下にすることにより電極の絶縁材の配合量を減少させ、内部抵抗を減少できる。
導電剤を加える場合には、正極活物質、結着剤及び導電剤はそれぞれ７７質量％以上９５質量％以下、２質量％以上２０質量％以下、及び３質量％以上１５質量％以下の割合で配合することが好ましい。導電剤は、３質量％以上の量にすることにより上述した効果を発揮することができる。また、１５質量％以下にすることにより、高温保存下での正極導電剤表面での非水電解質の分解を低減することができる。
正極集電体は、アルミニウム箔、又は、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｕ及びＳｉから選択される少なくとも１種類の元素を含むアルミニウム合金箔であることが好ましい。
正極集電体は、正極集電タブと一体であることが好ましい。しかしながら、正極集電体は、正極集電タブと別体でもよい。
正極は、例えば正極活物質、結着剤及び必要に応じて配合される導電剤を適当な溶媒に懸濁してスラリーを調製し、このスラリーを正極集電体に塗布し、乾燥して正極活物質含有層を形成した後、プレスを施すことにより作製される。或いは、活物質、結着剤及び必要に応じて配合される導電剤をペレット状に形成して正極層とし、これを集電体上に配置することによって、正極を作製してもよい。
２）負極
負極は、負極集電体と、負極集電体の表面の一部に形成された負極活物質含有層とを備えることができる。
負極活物質含有層は、負極活物質と、任意に導電剤及び結着剤とを含むことができる。
負極活物質としては、例えば、リチウムイオンを吸蔵放出することができる金属酸化物、金属窒化物、合金、炭素等を用いることができる。０．４Ｖ以上（対Ｌｉ／Ｌｉ+）貴な電位でリチウムイオンの吸蔵放出が可能な物質を負極活物質として用いることが好ましい。
導電剤は、集電性能を高め、且つ、負極活物質と集電体との接触抵抗を抑えるために配合される。導電剤の例としては、アセチレンブラック、カーボンブラック及び黒鉛のような炭素質物が挙げられる。
結着剤は、分散された負極活物質の間隙を埋め、また、負極活物質と集電体を結着させるために配合される。結着剤の例としては、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、フッ素系ゴム、及びスチレンブタジェンゴムが挙げられる。
負極活物質含有層中の活物質、導電剤及び結着剤は、それぞれ６８質量％以上９６質量％以下、２質量％以上３０質量％以下及び２質量％以上３０質量％以下の割合で配合することが好ましい。導電剤の量を２質量％以上とすることにより、負極層の集電性能を向上させることができる。また、結着剤の量を２質量％以上とすることにより、負極活物質含有層と集電体の結着性が十分で、優れたサイクル特性を期待できる。一方、導電剤及び結着剤はそれぞれ２８質量％以下にすることが高容量化を図る上で好ましい。
集電体は、負極活物質のリチウムの吸蔵及び放出電位において電気化学的に安定である材料が用いられる。集電体は、銅、ニッケル、ステンレス又はアルミニウム、或いは、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｕ、及びＳｉから選択される少なくとも１種類の元素を含むアルミニウム合金から作られることが好ましい。集電体の厚さは５〜２０μｍの範囲内にあることが好ましい。このような厚さを有する集電体は、負極の強度と軽量化のバランスをとることができる。
負極集電体は、負極集電タブと一体であることが好ましい。負極集電体は、負極集電タブと別体でもよい。
負極は、例えば負極活物質、結着剤および導電剤を汎用されている溶媒に懸濁してスラリーを調製し、このスラリーを集電体に塗布し、乾燥し、負極層を形成した後、プレスを施すことにより作製される。負極はまた、負極活物質、結着剤及び導電剤をペレット状に形成して負極層とし、これを集電体上に配置することにより作製されてもよい。
３）セパレータ
セパレータは、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、セルロース、またはポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）を含む多孔質フィルム、または、合成樹脂製不織布から形成されてよい。中でも、ポリエチレン又はポリプロピレンから形成された多孔質フィルムは、一定温度において溶融し、電流を遮断することが可能であるため、安全性を向上できる。
４）電解液
電解液としては、例えば、非水電解質を用いることができる。
非水電解質は、例えば、電解質を有機溶媒に溶解することにより調製される液状非水電解質、又は、液状電解質と高分子材料を複合化したゲル状非水電解質であってよい。
液状非水電解質は、電解質を０．５モル／Ｌ以上２．５モル／Ｌ以下の濃度で有機溶媒に溶解したものであることが好ましい。
有機溶媒に溶解させる電解質の例には、過塩素酸リチウム（ＬｉＣｌＯ4）、六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ6）、四フッ化ホウ酸リチウム（ＬｉＢＦ4）、六フッ化砒素リチウム（ＬｉＡｓＦ6）、トリフルオロメタスルホン酸リチウム（ＬｉＣＦ3ＳＯ3）、及びビストリフルオロメチルスルホニルイミドリチウム［ＬｉＮ（ＣＦ3ＳＯ2）2］のようなリチウム塩、及び、これらの混合物が含まれる。電解質は高電位でも酸化し難いものであることが好ましく、ＬｉＰＦ6が最も好ましい。
有機溶媒の例には、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、エチレンカーボネート（ＥＣ）、ビニレンカーボネートのような環状カーボネート；ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、メチルエチルカーボネート（ＭＥＣ）のような鎖状カーボネート；テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、２メチルテトラヒドロフラン（２ＭｅＴＨＦ）、ジオキソラン（ＤＯＸ）のような環状エーテル；ジメトキシエタン（ＤＭＥ）、ジエトキシエタン（ＤＥＥ）のような鎖状エーテル；γ−ブチロラクトン（ＧＢＬ）、アセトニトリル（ＡＮ）、及びスルホラン（ＳＬ）が含まれる。これらの有機溶媒は、単独で、又は混合溶媒として用いることができる。
高分子材料の例には、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリエチレンオキサイド（ＰＥＯ）が含まれる。
また或いは、非水電解質には、リチウムイオンを含有した常温溶融塩（イオン性融体）、高分子固体電解質、無機固体電解質等を用いてもよい。
常温溶融塩（イオン性融体）は、有機物カチオンとアニオンの組合せからなる有機塩の内、常温（１５〜２５℃）で液体として存在しうる化合物を指す。常温溶融塩には、単体で液体として存在する常温溶融塩、電解質と混合させることで液体となる常温溶融塩、有機溶媒に溶解させることで液体となる常温溶融塩が含まれる。一般に、非水電解質電池に用いられる常温溶融塩の融点は、２５℃以下である。また、有機物カチオンは、一般に４級アンモニウム骨格を有する。
或いは、実施形態に係る電池の電池反応にリチウムイオンが関与しない場合、電解液は水溶液でもよい。
５）容器
容器としては、図１及び図２を参照しながら説明した電池１０が具備する容器１のように、金属製容器を用いることができる。
金属製容器としては、例えば、厚さ１ｍｍ以下の金属製容器が用いることができる。金属製容器は、厚さ０．５ｍｍ以下であることがより好ましく、厚さ０．２ｍｍ以下であることが更に好ましい。
容器の形状は、扁平型（薄型）、角型、円筒型、コイン型、ボタン型等であってよい。容器は、電池寸法に応じて、例えば携帯用電子機器等に積載される小型電池用容器、二輪乃至四輪の自動車等に積載される大型電池用容器であってよい。
金属製容器は、アルミニウムまたはアルミニウム合金等から作られる。アルミニウム合金は、マグネシウム、亜鉛、ケイ素等の元素を含む合金が好ましい。合金中に鉄、銅、ニッケル、クロム等の遷移金属を含む場合、その含有量は１質量％以下にすることが好ましい。
容器は金属製容器に限られない。例えば、ラミネートフィルム製の容器を使用することもできる。
６）電極群の構造及び形状
電極群は、正極活物質と負極活物質とがセパレータを介して向き合っている構造であれば、如何なる構造を採用することもできる。
例えば、電極群はスタック構造を有することができる。スタック構造は、先に説明した正極及び負極を間にセパレータを挟んで積層した構造を有する。
或いは、電極群は捲回構造を有することができる。捲回構造は、先に説明した正極及び負極を間にセパレータを挟んで積層し、かくして得られた積層体を渦巻状に捲回した構造である。
電極群の全体としての形状は、これが収納される容器に合わせて決定することができる。
以上説明した実施形態に係る電池は、中間リードにおいて、脚部が、第１のリード接合部と電極群接合部とをこれらが互いに異なる平面に位置するように連結している。そのため、中間リードの第１のリード接合部と端子リードの第２のリード接合部との間の接合を、中間リードの電極群接合部と複数の集電タブとの間の接合から独立して強固に行うことができる。そのおかげで、実施形態に係る電池は、信頼性の高い安全弁を備えることができ且つ低い抵抗値を示すことができる。
［実施例］
以下に例を挙げ、本発明を更に詳しく説明するが、発明の主旨を超えない限り本発明は以下に掲載される実施例に限定されるものでない。
（実施例１）
実施例１では、以下の手順で、図１及び図２に示した電池１０と同様の電池１０を作製した。
１．電極群３の作製
電極群３を、以下の手順で作製した。
＜正極の作製＞
正極活物質として、ＬｉＮｉ0.33Ｃｏ0.33Ｍｎ0.33Ｏ2とＬｉＣｏＯ2とを７：３で混合した正極活物質混合物を用意した。この正極活物質混合物と、カーボンブラックと、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）とを、質量比１００：５：５で混合して、これらをＮ−メチルピロリドンに加えてスラリーとした。このようにして得られたスラリーを、集電体としてのアルミニウム箔の両面に、スラリー未塗布部を残して塗布した。正極の塗布量は１００ｇ／ｍ2とした。
スラリーを塗布した集電体を乾燥後、プレスし、スラリー未塗布部を打ち抜き成形することにより、正極活物質含有層を両面に担持した帯状の主部と、正極活物質含有層を担持していない短冊状の正極集電タブ３１とを備えた正極を作製した。
＜負極の作製＞
負極活物質として、スピネル型チタン酸リチウムＬｉ4Ｔｉ5Ｏ12を用いた。このスピネル型チタン酸リチウムと、グラファイトと、ＰＶｄＦとを質量比１００：５：５で混合して、これらをＮ−メチルピロリドンに加えてスラリーとした。このようにして得られたスラリーを、集電体としてのアルミニウム箔の両面に、スラリー未塗布部を残して塗布した。負極の塗布量は１００ｇ／ｍ2とした。
スラリーを塗布した集電体を乾燥後、プレスし、前記未塗布部を打ち抜き成形することにより、負極活物質含有層を両面に担持した帯状の主部と、負極活物質含有層を担持していない短冊状の負極集電タブ３２とを備えた負極を作製した。
＜セパレータ＞
セパレータにはポリエチレン製の３０μｍ厚のセパレータを用いた。
＜電極群３の作製＞
以上のようにして作製した４０枚の正極及び４０枚の負極を、間にセパレータを介して正極活物質含有層と負極活物質含有層とが互いに向き合うように、順に積層した。この積層は、４０枚の正極集電タブ３１が積層体から延出して重なり合うように且つ４０枚の負極集電タブ３２が積層体から延出して重なり合うように行った。
電極群３の作製に用いた正極及び負極における活物質含有スラリーの塗布長さおよび幅、並びにセパレータの長さ及び幅を以下の表１に示す。
Figure 2014179195
以上のようにして、４０枚の正極集電タブ３１及び４０枚の負極集電タブ３２が１つの端面から延出した電極群３を作製した。
２．電極群３と中間リード４との接続
次に、以下のようにして、電極群３と中間リード４とを接続した。
まず、アルミニウム製の２つの中間リード４を準備した。
２つの中間リード４は、それぞれ、電極群接合部４ａ、２つの第１のリード接合部４ｂ、及び２つの脚部４ｃをそれぞれ含んでいた。２つの中間リード４の電極群接合部４ａ、２つの第１のリード接合部４ｂ、及び２つの脚部４ｃは、それぞれ、長方形状の主面を有していた。２つの中間リード４の電極群接合部４ａ、２つの第１のリード接合部４ｂ、及び２つの脚部４ｃの主面の長辺及び短辺の長さを以下に示す。
電極群接合部４ａ：長辺Ｗ：２０ｍｍ；短辺：５ｍｍ；
２つの第１のリード接合部４ｂ：長辺：５ｍｍ；短辺：３ｍｍ；
２つの脚部４ｃ：長辺：５ｍｍ；短辺：３ｍｍ。
実施例１では、電極群接合部４ａの主面の長辺の長さＷを、電極群接合部４ａの幅とした。
一方の脚部４ｃは、電極群接合部４ａと一方の第１のリード接合部４ｂとを、これらが互いに異なる平面上に位置するように連結していた。他方の脚部４ｃは、電極群接合部４ａと他方の第１のリード接合部４ｂとを、これらが互いに異なる平面上に位置するように連結していた。また、２つの脚部４ｃの主面は互いに対向していた。更に、第１のリード接合部４ｂの主面は、電極群接合部４ａの主面に対向していた。そして、２つの脚部４ｃの短辺は、電極群接合部４ａの主面が位置する平面と、２つの第１のリード接合部４ｂの主面が位置する平面との両方に交差する方向に延びていた。
一方で、アルミニウム製の正極バックアップリード６及びアルミニウム製の負極バックアップリード７を準備した。
正極バックアップリード６は、矩形の第１の挟持部６ａと、矩形の第２の挟持部６ｂと、矩形の連結部６ｃとを含んでいた。連結部６ｃは、矩形の１つの主面を有していた。第１の挟持部６ａ及び第２の挟持部６ｂは、連結部６ｃの主面の長辺に沿う２つの端部から、該主面に垂直な方向において同じ向きに延びていた。
同様に、負極バックアップリード７は、矩形の第１の挟持部７ａと、矩形の第２の挟持部７ｂと、矩形の連結部７ｃとを含んでいた。連結部７ｃは、一対の長辺を有する１つの主面を有していた。第１の挟持部７ａ及び第２の挟持部７ｂは、連結部７ｃの主面の長辺に沿う２つの端部から、該主面に垂直な方向において同じ向きに延びていた。
次に、電極群３から延出した複数の正極集電タブ３１を正極バックアップリード６の第１の挟持部６ａ及び第２の挟持部６ｂで挟んだ。次に、正極バックアップリード６の第１の挟持部６ａ及び第２の挟持部６ｂ並びにこれらに挟まれた正極集電タブ３１を、一方の中間リード４の電極群接合部４ａと共に超音波接合に供した。この際、正極集電タブ３１が電極群３から延出した方向が、中間リード４の電極群接合部４ａの主面の長辺の方向に直交するようにした。電極群接合部４ａの幅Ｗに対しての、幅Ｗの方向における電極群接合部４ａが正極集電タブ３１に超音波接合されている幅の割合は、８０％であった。
同様に、電極群３から延出した複数の負極集電タブ３２を負極バックアップリード７の第１の挟持部７ａ及び第２の挟持部７ｂで挟んだ。次に、負極バックアップリード７の第１の挟持部７ａ及び第２の挟持部７ｂ並びにこれらに挟まれた負極集電タブ３２を、他方の中間リード４の電極群接合部４ａと共に超音波接合に供した。この際、負極集電タブ３２が電極群３から延出した方向が、中間リード４の電極群接合部４ａの主面の長辺の方向に直交するようにした。電極群接合部４ａの幅Ｗに対しての、幅Ｗの方向における電極群接合部４ａが負極集電タブ３２に超音波接合されている幅の割合は、８０％であった。
超音波接合は、中間リード４の電極群接合部４ａの幅Ｗの方向の両端部にそれぞれ２ｍｍの幅の超音波接合されていない部分が残るように行った。
３．蓋体２と端子リード５との接続
一方、以下のようにして、蓋体２と端子リード５とを接続した。
まず、封口板２１を準備した。封口板２１は、安全弁２２が設けられていた。安全弁２２は、封口板２１に設けられた矩形の凹部の底面に設けられた溝部２３からなる。安全弁２２は、この溝部２３が１ＭＰａの圧力がかかると開裂するように設計されていた。
また、封口板２１には、安全弁２２の他に、２つの凹部２４が設けられており、凹部２４の底部には貫通孔２５がそれぞれ設けられていた。
更に、封口板２１は、注液口２１ａを備えていた。この注液口２１ａは、蓋体２を貫く注液通路の入り口である。
一方で、アルミニウム製の２つの端子リード５を準備した。２つの端子リード５は、それぞれ、蓋接合部５ａ及び第２のリード接合部５ｂをそれぞれ含んでいた。
蓋接合部５ａは、長方形状の主面を有していた。第２のリード接合部５ｂは、蓋接合部５ａの主面の１つの長辺に沿った端部から、蓋接合部５ａの主面に垂直な方向に延びていた。端子リード５の蓋接合部５は、それぞれ、貫通孔５ｃを有していた。また、一方の端子リード５の蓋接合部５ａは、更なる貫通孔５ｄを有していた。
更に、２つの外部絶縁材２８、２つの内部絶縁材２９、正極端子２６及び負極端子２７を準備した。２つの外部絶縁材２８、２つの内部絶縁材２９、正極端子２６及び負極端子２７は、図１を参照しながら先に説明した構造と同様の構造を有していた。
準備した封口板２１、２つの端子リード５、２つの外部絶縁材２８、２つの内部絶縁材２９、正極端子２６及び負極端子２７を、図１を参照しながら先に説明したように組み立てた。かくして、蓋体２と２つの端子リード５とを接続した。
４．中間リード４と端子リード５との接続
次に、中間リード４の第１のリード接合部４ｂを端子リード５の第２のリード接合部５ｂにレーザー溶接して、中間リード４と端子リード５とを接続した。中間リード４の電極群接合部４ａの端子リード５に対向する主面と端子リード５の第２のリード接合部５ｂの中間リード４に対向する主面との間の距離ｌは、１ｍｍであった。また、中間リード４の電極群接合部４ａの端子リード５に対向する主面と端子リード５の第２のリード接合部５ｂの中間リード４に対向する主面との間の距離ｌの、中間リード４の電極群接合部４ａの幅Ｗに対する比は、０．０５であった。
かくして、蓋体２、端子リード５、中間リード４、及び電極群３を含むユニットを組み立てた。
５．ユニットの収納
上記ユニットを、開口部を有する容器１に収納した。その後、容器１の開口部の周縁部と蓋本体２１の周縁部とを溶接した。かくして、容器１内に、電極群３が収納された。
６．注液
電極群３を収納した後、封口板２１、一方の内部絶縁材２９及び一方の端子リード５の蓋接合部５ａを貫く注液口を介して、非水電解液を容器１内に注液した。非水電解液としては、ＰＣ及びＭＥＣを１：２の体積比で混合した非水溶媒に、電解質であるＬｉＰＦ6を１．５ｍｏｌ／Ｌの濃度で溶解させたものを用いた。
７．封止
非水電解液注入後、注液口２１ａを封止蓋で封止することによって、電池１０の組み立てを完了した。
８．初充電
上記のように組み立てた電池１０に、初充電として、０．１Ａおよび２．７Ｖまで１０時間の定電流定電圧（ＣＣＣＶ）充電を施した。
（実施例２〜９）
中間リード４の電極群接合部の超音波接合する部分の幅は変えず、中間リード４の電極群接合部４ａの幅Ｗを表２に示すように変更したことと、中間リード４の電極群接合部４ａと端子リード５の第２のリード接合部５ｂとの間の距離ｌを表２に示すように変更したこととを除き、実施例１と同様に電池１０を組み立てた。その後、組み立てた電池１０に対して、実施例１と同様の方法により初充電を施した。
（比較例１）
中間リード４の代わりに２つの平坦なアルミニウム板を用いたことを除き、実施例１と同様に電池を組み立てた。
ここでは、まず、２つの平坦なアルミニウム板のうちの一方の一部を、正極バックアップリード６及び正極集電タブ３１と共に超音波接合し、次いで、アルミニウム板の超音波接合されていない部分を、一方の端子リード５の第２のリード接合部５ｂにレーザー溶接した。同様に、他方の平坦なアルミニウム板の一部を負極バックアップリード７及び負極集電タブ３２と共に超音波接合し、次いで、アルミニウム板の超音波接合されていない部分を、端子リード５の第２のリード接合部５ｂにレーザー溶接した。
組み立てた電池に対して、実施例１と同様の方法により初充電を施した。
（比較例２）
中間リード４を用いずに、２つの端子リード５を、それぞれ、正極バックアップリード６及び正極集電タブ３１に、並びに負極バックアップリード７及び負極集電タブ３２に超音波接合したことを除いて、実施例１と同様に電池を組み立てた。
しかしながら、この方法では、安全弁２２、正極端子２６及び負極端子２７が破損した。そのため、比較例２では電池を作製することができなかった。
（評価）
以上のようにして初充電を施した実施例１〜９及び比較例１の電池に対して、以下の評価を行った。
＜容量測定＞
初充電した電池を１．０Ａで１．５Ｖまで放電し、放電容量を測定した。
＜体積エネルギー密度の測定＞
電池体積を測定すると、全ての電池が５０ｃｃであった。この体積から、体積エネルギー密度を算出した。
＜安全弁開放の測定＞
実施例１〜９及び比較例１の電池を、安全弁試験用電池として、別途１００個作製した。但し、これらの電池には電解液の注液を行わなかった。
また、比較例２で説明した方法を用いて、参考試験用電池を１００個作製した。
これらの安全弁試験用電池及び参考試験用電池に注液口２１ａから水を入れた。次いで、水を入れた安全弁試験用電池の内部を、２５℃の雰囲気において、加圧ポンプを用いて加圧した。安全弁２２の溝２３が開裂して開弁したときの圧力を記録し、１００個の電池の平均及び標準偏差を求めた。
＜抵抗値の測定＞
容量測定した電池を再度充電して、ＳＯＣ（充電状態）５０％に調整した。この電池に対し、１ｋＨｚで内部抵抗（ＡＣ−ＩＭＰ）を測定した。
（結果）
実施例１〜９及び比較例１の電池並びに参考試験用電池に対して行った上記評価の結果を、以下の表２にまとめる。
Figure 2014179195
表２から、実施例１〜９の電池１０は、安全弁２２が平均１ＭＰａで開弁し、設計通りに機能することができたことが分かる。即ち、実施例１〜９の電池は、超音波接合を用いて作製したが、信頼性の高い安全弁２２を備えることができた。これは、蓋体２と一体となっていた端子リード５と中間リード４との接続を、中間リード４と電極群３との超音波接合による接続から独立して行うことができたからである。
一方、比較例２で説明した方法で説明した参考試験用の電池は、平均０．８ＭＰａ、即ち設計圧力よりも低い圧力で開裂した。これは、比較例２で説明した方法は、中間リード４を用いなかったため、超音波接合の際に蓋体２に超音波振動が伝わり、安全弁２２に不具合が生じたためであると思われる。
また、実施例１〜９の電池１０は、内部抵抗が比較例１の電池よりも低かった。
実施例１〜９の電池１０では、中間リード４の電極群接合部４ａと第１のリード接合部４ｂとが２つの脚部４ｃにより離されていた。そのため、これらの電池１０では、電極群接合部４ａが超音波接合に供された際に中間リード４に応力が生じても、この応力は電極群接合部４ａ及び２つの脚部４ｃが変形したことにより低減されたので、第１のリード接合部４ｂが変形するのを抑えることができた。その結果、実施例１〜９の電池１０では、中間リード４の第１のリード接合部４ｂと端子リード５の第２のリード接合部５ｂとの間のレーザー溶接を強固に行うことができた。実施例１〜９の電池１０は、中間リード４と端子リード５との接合をこのように強固に行うことができたので、低い抵抗値を示すことができた。
また、実施例１〜９の電池１が低い内部抵抗を示すことができた他の理由は、中間リード４の電極群接合部４ａと正極バックアップリード６及び正極集電タブ３１との接合、並びに中間リード４の電極群接合部４ａと負極バックアップリード７及び負極集電タブ３２との接合が、複数の金属を同時に接合するのに適した超音波接合により強固に行われたことを挙げることができる。
一方、比較例１の平坦なアルミニウム板では、超音波接合に供される部分が端子リード５の第２のリード接合部５ｂが接合される部分と同一平面上にある。そのため、比較例１の電池では、アルミニウム板のうち端子リード５の第２のリード接合部５ｂに接続している部分が超音波接合の影響で変形し、端子リード５の第２のリード接合部５ｂが接合される部分が平坦ではなくなった。そのせいで、比較例１の電池は、アルミニウム板の変形した部分と端子リード５の第２のリード接合部５ｂとの間のレーザー溶接を強固に行うことができなかったために、低い内部抵抗を示すことができなかったと考えられる。
また、実施例１〜６及び実施例８は、実施例７よりも体積エネルギー密度が高かった。実施例１〜６及び実施例８では、実施例７よりも中間リード４の電極群接合部４ａのうち超音波接合されていない部分の幅が小さかった。電極群接合部４ａのうち超音波接合に供した面積は変更しなかったので、実施例１〜６及び実施例８で用いた中間リード４は、実施例７で用いた中間リードよりも小さかった。つまり、実施例１〜６及び実施例８の電池１０は、電池体積に対する非発電要素たる中間リード４の体積が小さかった。そのおかげで、実施例１〜６及び実施例８は、実施例７よりも体積エネルギー密度が高かった。
また、実施例１〜７は、実施例８よりも内部抵抗が低かった。これは、実施例１〜７では、中間リード４の電極群接合部４ａと第１のリード接合部４ｂとの距離が、実施例８のそれよりも大きく、その結果、超音波接合の影響による第１のリード接合部４ｂの変形を実施例８よりも抑えることができたからである。
また、実施例１〜６は、実施例７よりも内部抵抗が低かった。実施例１〜６の電池１０では、中間リード４の電極群接合部４ａの端子リード５に対向する主面と端子リード５の第２のリード接合部５ｂの中間リード４に対向する主面との距離ｌの、電極群接合部４ａの幅Ｗに対する比が、０．００５〜２．５の範囲内にあった。実施例１〜６の電池１０では、比ｌ／Ｗが０．００３であり上記範囲から外れている実施例７の電池１０に比べて、超音波接合によって中間リード４において生じた応力がより低減され、中間リード４の第１のリード接合部４ｂの変形をより抑えることができた。そのため、実施例１〜６の電池１０では、中間リード４の第１のリード接合部４ｂと端子リード５の第２のリード接合部５ｂとのレーザー溶接を、実施例７の電池１０よりもより容易に且つ強固に行うことができ、その結果、実施例１〜６の電池１０は、実施例７の電池１０よりも低い内部抵抗を有することができた。
更に、実施例１〜５は、実施例６よりも内部抵抗が低かった。これは、実施例１〜４では、中間リード４の電極群接合部４ａのうち超音波接合されていない部分の幅が実施例６のそれよりも大きかったために、超音波接合による中間リードの第１のリード接合部４ｂの変形を実施例６よりも抑えることができたからである。
そして、実施例１〜６は、実施例９よりも、体積エネルギー密度が高く、内部抵抗が低かった。実施例１〜６が実施例９よりも体積エネルギー密度が高かったのは、実施例１〜６で用いた中間リード４は、電極群接合部４ａと第１のリード接合部４ｂとの距離が実施例９のそれよりも小さかった、即ち２つの脚部４ｃが実施例９のそれよりも小さかったため、電池体積に対する非発電要素たる中間リード４の体積が、実施例９の中間リード４のそれよりも小さかったからである。実施例１〜６が実施例９よりも内部抵抗が低かったのは、実施例１〜６では、比ｌ／Ｗが実施例９よりも小さかったために、超音波によって中間リードに生じる応力を更に低減させることができ、その結果、第１のリード接合部の変形を更に防ぐことができたからである。
即ち、以上に説明した少なくとも１つの実施形態及び実施例に係る電池は、中間リードにおいて、脚部が、第１のリード接合部と電極群接合部とをこれらが互いに異なる平面に位置するように連結している。そのため、端子リードの第２のリード接合部と中間リードの第１のリード接合部との間の接合、及び中間リードの電極群接合部と複数の集電タブとの間の接合を互いに独立して強固に行うことができる。そのため、以上に説明した少なくとも１つの実施形態及び実施例に係る電池は、信頼性の高い安全弁を備えることができ且つ低い抵抗値を示すことができる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
１０…電池、１…容器、２…蓋体、２１…封口板、２１ａ…注液口、２２…安全弁、２３…溝、２４…凹部、２５…貫通孔、２６…正極端子、２６ａ…フランジ部、２６ｂ…軸部、２７…負極端子、２７ａ…フランジ部、２７ｂ…軸部、２８…外部絶縁材、２８ａ…フランジ部、２８ｂ…貫通孔、２８ｃ…軸部、２９…内部絶縁材、２９ａ…貫通孔、２９ｂ…貫通孔、３…電極群、３１…正極集電タブ、３２…負極集電タブ、４…中間リード、４ａ…電極群接合部、４ｂ…第１のリード接合部、４ｃ…脚部、５…端子リード、５ａ…蓋接合部、５ｂ…第２のリード接合部、５ｃ…貫通孔、５ｄ…貫通孔、６…正極バックアップリード、６ａ…第１の挟持部、６ｂ…第２の挟持部、６ｃ…連結部、７…負極バックアップリード、７ａ…第１の挟持部、７ｂ…第２の挟持部、７ｃ…連結部、８…封止蓋。

Claims (5)

  1. 開口部を有する容器と、
    前記容器の前記開口部に配置された蓋体と、
    前記蓋体に設けられた安全弁と、
    前記容器内に収納され、前記蓋体に対向する端面を有し、前記端面から延出した複数枚の集電タブを備えた電極群と、
    第１のリード接合部、前記複数の集電タブが電気的に接続された電極群接合部、及び前記第１のリード接合部と前記電極群接合部とをこれらが互いに異なる平面に位置するように連結した脚部を含む中間リードと、
    前記蓋体に接続された蓋体接合部、及び前記蓋体接合部から前記第１のリード接合部に対向するように延出され且つ前記第１のリード接合部に電気的に接続された第２のリード接合部を含む端子リードと
    を具備することを特徴とする電池。
  2. 前記中間リードの前記電極群接合部と前記電極群の前記複数枚の集電タブとは、超音波接合によって接続されており、
    前記中間リードの第１のリード接合部と前記端子リードの前記第２のリード接合部とは、レーザー溶接又は抵抗溶接によって接続されていることを特徴とする請求項１に記載の電池。
  3. 前記中間リードの前記電極群接合部は、その幅Ｗの５％〜９５％の範囲内にある長さが超音波接合されており、
    下記関係式を満たすことを特徴とする請求項２に記載の電池：
    ０．００５≦ｌ／Ｗ≦５
    ここで、長さｌは、前記中間リードの前記電極群接合部と前記端子リードの前記第２のリード接合部との間の距離である。
  4. 前記長さｌは０．１ｍｍ〜５０ｍｍの範囲内にあることを特徴とする請求項３に記載の電池。
  5. 前記端子リードはアルミニウム材又はアルミニウム合金材を含み、
    前記中間リードはアルミニウム材又はアルミニウム合金材を含み、
    前記複数枚の集電タブはアルミニウム材又はアルミニウム合金材を含む
    ことを特徴とする請求項２に記載の電池。
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