JP2016091711A

JP2016091711A - 二次電池および二次電池の製造方法

Info

Publication number: JP2016091711A
Application number: JP2014223061A
Authority: JP
Inventors: 連新東; Ren Shinto; 賢三池田; Kenzo Ikeda
Original assignee: Hitachi Chemical Co Ltd
Current assignee: Showa Denko Materials Co Ltd
Priority date: 2014-10-31
Filing date: 2014-10-31
Publication date: 2016-05-23

Abstract

【課題】二次電池の特性を向上させる。
【解決手段】電極群を収容する円筒状で、底部と側部と開口部とを有する電池缶１０と、電池缶１０の開口部を封口する電池蓋３０と、を有するようにリチウムイオン二次電池を構成する。そして、電池缶１０は、アルミニウムを含有する材料よりなり、この電池缶１０の底部に、凸部（正極外部端子）１０ａが設けられ、電池蓋３０の側に、外側突起部（負極外部端子）５１ａが設けられ、凸部（正極外部端子）１０ａの厚さは、電池缶１０の側部の厚さより厚い。このように、凸部（正極外部端子）１０ａを厚く形成することで、二次電池の正極外部端子における接続抵抗を低減することができる。また、このような電池缶１０は、インパクト成型法により形成することができる。
【選択図】図６

Description

本発明は、二次電池に関するものである。

リチウムイオン二次電池は、高エネルギー密度の二次電池であり、その特性を活かして、ノートパソコンや携帯電話等のポータブル機器の電源に使用されている。リチウムイオン二次電池の形状には種々のものがあるが、円筒形のリチウムイオン二次電池は、正極板、負極板およびセパレータの捲回式構造を採用している。例えば、２枚の帯状の金属箔に正極材料および負極材料をそれぞれ塗着し、その間にセパレータを挟み込み、これらの積層体を渦巻状に捲回することで捲回群を形成する。この捲回群を、電池容器となる円筒形の電池缶内に収納し、電解液を注液後、封口することで、円筒形のリチウムイオン二次電池が形成される。

近年、リチウムイオン二次電池は、ポータブル機器用等の民生用途にとどまらず、太陽光や風力発電といった自然エネルギー向け大規模蓄電システム用途への展開が期待されている。大規模蓄電システムにおいては、システムあたりの電力量が数ＭＷｈのオーダーで必要となる。

このような大容量の二次電池においては、その構成および製造方法について、種々の改良が望まれる。

例えば、下記特許文献１には、アルミニウム板を金型で成型し、電池缶を形成する方法が開示されている。

特開２００６−３３８９９２号公報

前述した大容量の二次電池を用いる場合には、電池１本あたりの容量が大きく、また、システムとして複数の電池を用いる場合があるため、電池缶の構成材料やその構造などを含めた総合的な改良が必要である。

特に、電池缶の構成材料を薄膜化し、システムとして複数の電池を接続した場合に、外部接続抵抗が高くなってしまう。

特に、外部端子を薄膜化や小型化した場合には、電流が流れる面積が小さくなるため、抵抗が高くなってしまう。

本願において開示される代表的な実施の形態に示す二次電池は、以下のとおりである。

電極群を収容する円筒状の電池容器であって、底部と側部と開口部とを有する電池容器と、電池容器の開口部を封口する電池蓋と、を有する。そして、電池容器は、アルミニウムを含有する材料よりなり、電池容器の底部に、正極外部端子が設けられ、電池蓋の側に、負極外部端子が設けられ、正極外部端子の高さ方向の肉厚は、電池容器の側部の厚さより厚い。

本願において開示される代表的な実施の形態に示す二次電池の製造方法は、以下のとおりである。

（ａ）正極板と負極板とをセパレータを介して捲回することにより電極群を形成する工程、（ｂ）円筒状の電池容器であって、底部と側部と開口部とを有する電池容器に電極群の正極側が底部に接触するように電極群を電池缶に収納する工程、（ｃ）電池容器の開口部を電池蓋により封口する工程、を有する。そして、電池容器は、アルミニウムを含有する材料よりなり、電池容器の底部に、正極外部端子が設けられ、正極外部端子の厚さは、電池容器の側部の厚さより厚い。

また、電池容器は、インパクト成型法により形成される。例えば、電池容器は、アルミニウムを含有する材料に、棒状部材を打ち込んだ際の衝撃によりアルミニウムを含有する材料を流動変形させ、棒状部材の側面に沿ってアルミニウムを含有する材料を上昇させることにより形成される。

本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。

本発明によれば、二次電池の特性を向上させることができる。特に、二次電池の正極外部端子における接続抵抗を低減することができる。

実施の形態１のリチウムイオン二次電池用の電池缶の構成を示す模式図である。実施の形態１のリチウムイオン二次電池の構成を示す模式図である。インパクト成型法による電池缶の製造工程を示す断面図である。インパクト成型法による電池缶の製造工程を示す断面図である。電池缶の製造工程の他の例を示す断面図である。実施の形態２のリチウムイオン二次電池の構成を示す図であり、（Ａ）は、断面図、（Ｂ）は、上側から見た平面図、（Ｃ）は、下側から視た平面図である。（Ａ）および（Ｂ）は、実施の形態２のリチウムイオン二次電池の製造工程を示す斜視図である。実施の形態２のリチウムイオン二次電池の製造工程を示す断面図である。実施の形態２のリチウムイオン二次電池の製造工程を示す断面図である。実施の形態２のリチウムイオン二次電池の製造工程を示す断面図である。実施の形態２のリチウムイオン二次電池の製造工程を示す断面図である。実施の形態２のリチウムイオン二次電池の製造工程を示す断面図である。インパクト成型法による電池缶の製造工程を示す断面図である。実施の形態３のリチウムイオン二次電池の構成を示す断面図である。

（実施の形態１）
図１は、本実施の形態のリチウムイオン二次電池用の電池缶の構成を示す模式図である。図２は、本実施の形態のリチウムイオン二次電池の構成を示す模式図である。

図１に示す電池缶（電池容器ともいう）１０は、円筒状の容器であり、底面（底部ともいう）、側面（側部ともいう）および上部の開口部を有する。電池缶１０は、その底面に正極外部端子となる凸部（厚膜部、外側突起、正極外部端子ともいう）１０ａを有する。凸部１０ａにおける電池缶の厚さＴａは、側面における電池缶の厚さＴｂより大きい（Ｔａ＞Ｔｂ）。図１に示す電池缶１０は、アルミニウム材料よりなる。

このような、電池缶１０に、電極群２０が挿入され（収容され）、電池缶１０の開口部に電池蓋３０を溶接することにより、電池容器の開口部を封口し、電池が形成される（図２）。この際、電極群２０のプラス側を下側（底面側）として挿入し、電極群２０と凸部１０ａとを電気的に接続する。また、電極群２０のマイナス側は上側（電池蓋３０側）となり、例えば、電池蓋３０の開口部（孔ともいう）から負極外部端子となる負極極柱部を突出させる。なお、電池の製造工程については、実施の形態２において詳細に説明する。

図１に示す電池缶１０は、インパクト成型法により形成される。図３および図４は、インパクト成型法による電池缶の製造工程を示す断面図である。まず、図３に示すように、アルミニウム材料（アルミニウム塊）１０１をキャビティ（雌部、ダイスともいう）１００にセットする（図３の左図）。次いで、電池缶の内径に対応する径を有するパンチ棒（雄部、パンチ部、棒状部材ともいう）１０３を、アルミニウム材料１０１に打ち込む（図３の中央図）。パンチ棒１０３が打ち込まれた衝撃によりアルミニウム材料１０１が流動変形し、パンチ棒１０３とキャビティ１００との隙間からパンチ棒１０３の側面に沿って上昇する（図３の右図）。この際、キャビティの中央部に凹部１００ａを設けておくことにより、凹部１００ａの近傍においては、パンチ棒１０３の衝撃が伝わり難くなる。このため、キャビティ１００の中央部のアルミニウム膜は、パンチ棒１０３の側面に沿って形成されるアルミニウム膜より厚くなる。この後、図４に示すように、パンチ棒１０３およびキャビティ１００からアルミニウム材料１０１を引き剥がすことにより、電池缶１０を形成する。

このように、インパクト成型法によれば、短工程で、迅速に電池缶１０を形成することができる。また、材料としてアルミニウムを用いることで、電池缶１０の軽量化を図ることができる。特に、アルミニウムは、展延性が高く、電池缶１０の薄膜化が可能となる。この点においても、電池缶１０の軽量化を図ることができる。

また、インパクト成型法によれば、正極外部端子となる凸部１０ａを、一体成型することが可能である。このため、正極外部端子を他の材料で形成し、電気的に接続する場合と比較し、電気抵抗を低減することができる。また、電池缶１０の側面を薄膜化し、底面も同様に薄膜化した場合には、外部接続抵抗が高くなる。これに対し、正極外部端子となる凸部１０ａにおいては、アルミニウム膜を厚膜化することで、外部接続抵抗を低減することができる。

また、電池缶１０側を正極、即ち、電極群２０のプラス側と接続することにより、アルミニウム材料を正極板として用いる電極群２０と電池缶１０の材料が同一材料となり、これらの電気的安定性や電気的接続性が良好となる。例えば、正極板と電池缶とを異なる材料で構成した場合と比較し、電池缶の腐食などを抑制することができる。特に、大容量のリチウムイオン二次電池においては、正極における充放電反応が活発に行われるため、正極における電気的安定性を向上させることの効果は大きい。

なお、インパクト成型法においては、パンチ棒１０３による衝撃とアルミニウム材料１０１の流動変形の程度の調整により、凸部１０ａの形状や厚さを調整することが可能である。但し、この調整が困難な場合には、図５に示すように、凸部１０ａを形成した後、凸部１０ａを切削加工し、凸部１０ａの形状や厚さのさらなる調整を行ってもよい。図５は、電池缶の製造工程の他の例を示す断面図である。

次いで、電池缶の内部構成について説明する。上記電池缶１０の内部に封入される電極群２０は、正極板、負極板、およびセパレータを有している。正極板と負極板との間にセパレータを挟んで軸芯の周りに捲回することにより電極群２０が形成される。また、電池缶１０の内部には、電解液が封入される。

リチウムイオン二次電池を充電する際には、正極と負極との間に充電器を接続する。充電時においては、正極活物質内に挿入されているリチウムイオンが脱離し、電解液中に放出される。電解液中に放出されたリチウムイオンは、電解液中を移動し、微多孔質膜からなるセパレータを通過して、負極に到達する。この負極に到達したリチウムイオンは、負極を構成する負極活物質内に挿入される。

放電する際には、正極と負極の間に外部負荷を接続する。放電時においては、負極活物質内に挿入されていたリチウムイオンが脱離して電解液中に放出される。このとき、負極から電子が放出される。そして、電解液中に放出されたリチウムイオンは、電解液中を移動し、微多孔質膜からなるセパレータを通過して、正極に到達する。この正極に到達したリチウムイオンは、正極を構成する正極活物質内に挿入される。このとき、正極活物質にリチウムイオンが挿入することにより、正極に電子が流れ込む。このようにして、負極から正極に電子が移動することにより放電が行われる。

このように、リチウムイオンを正極活物質と負極活物質との間で挿入・脱離することにより、充放電することができる。

次いで、本実施の形態のリチウムイオン二次電池の構成要素である正極板、負極板、セパレータおよび電解液について以下に説明する。

１．正極
正極板は、集電体およびその上部に形成された正極合材よりなる。正極合材は、集電体の上部に設けられた少なくとも正極活物質を含む層である。この正極合材は、例えば、集電体の両面に形成（塗布）される。

正極活物質としては、マンガン酸リチウム、リン酸鉄リチウム等を用いることができる。

２．負極
負極板は、集電体およびその両面に形成された負極合材よりなる。負極合材は、電気化学的にリチウムイオンを吸蔵・放出可能な負極活物質を含有する。

負極活物質としては、炭素質材料、酸化錫や酸化ケイ素等の金属酸化物、金属複合酸化物、リチウム単体やリチウムアルミニウム合金等のリチウム合金、ＳｎやＳｉ等のリチウムと合金形成可能な金属等を用いることができる。これらは、１種を単独で用いてもよく、２種以上のものを組み合わせて用いてもよい。中でも、炭素質材料またはリチウム複合酸化物が安全性の観点から好ましい。

金属複合酸化物としては、リチウムを吸蔵・放出可能なものであれば特に制限はないが、Ｔｉ（チタン）、Ｌｉ（リチウム）またはＴｉおよびＬｉの双方を含有するものが、高電流密度充放電特性の観点で好ましい。

３．セパレータ
セパレータは、正極板と負極板との間を電子的には絶縁しつつもイオン透過性を有し、かつ、正極側における酸化性および負極側における還元性に対する耐性を備えるものであれば特に制限はない。このような特性を満たすセパレータの材料（材質）としては、樹脂、無機物、ガラス繊維等が用いられる。

４．電解液
本実施の形態の電解液は、リチウム塩（電解質）と、これを溶解する非水系溶媒から構成される。必要に応じて、添加材を加えてもよい。

リチウム塩としては、リチウムイオン電池用の非水系電解液の電解質として使用可能なリチウム塩であれば特に制限はないが、例えば以下に示す無機リチウム塩、含フッ素有機リチウム塩やオキサラトボレート塩等が挙げられる。

無機リチウム塩としては、ＬｉＰＦ_６、ＬｉＢＦ_４、ＬｉＡｓＦ_６、ＬｉＳｂＦ_６等の無機フッ化物塩や、ＬｉＣｌＯ_４、ＬｉＢｒＯ_４、ＬｉＩＯ_４等の過ハロゲン酸塩や、ＬｉＡｌＣｌ_４等の無機塩化物塩等が挙げられる。

含フッ素有機リチウム塩としては、ＬｉＣＦ_３ＳＯ_３等のパーフルオロアルカンスルホン酸塩；ＬｉＮ（ＣＦ_３ＳＯ_２）_２、ＬｉＮ（ＣＦ_３ＣＦ_２ＳＯ_２）_２、ＬｉＮ（ＣＦ_３ＳＯ_２）（Ｃ_４Ｆ_９ＳＯ_９）等のパーフルオロアルカンスルホニルイミド塩；ＬｉＣ（ＣＦ_３ＳＯ_２）_３等のパーフルオロアルカンスルホニルメチド塩；Ｌｉ［ＰＦ_５（ＣＦ_２ＣＦ_２ＣＦ_３）］、Ｌｉ［ＰＦ_４（ＣＦ_２ＣＦ_２ＣＦ_３）_２］、Ｌｉ［ＰＦ_３（ＣＦ_２ＣＦ_２ＣＦ_３）_３］、Ｌｉ［ＰＦ_５（ＣＦ_２ＣＦ_２ＣＦ_２ＣＦ_３）］、Ｌｉ［ＰＦ_４（ＣＦ_２ＣＦ_２ＣＦ_２ＣＦ_３）_２］、Ｌｉ［ＰＦ_３（ＣＦ_２ＣＦ_２ＣＦ_２ＣＦ_３）_３］等のフルオロアルキルフッ化リン酸塩等が挙げられる。

オキサラトボレート塩としては、リチウムビス（オキサラト）ボレート、リチウムジフルオロオキサラトボレート等が挙げられる。

これらのリチウム塩は、１種を単独で用いても、２種以上を組み合わせて用いてもよい。中でも、溶媒に対する溶解性、二次電池とした場合の充放電特性、出力特性、サイクル特性等を総合的に判断すると、ヘキサフルオロリン酸リチウム（ＬｉＰＦ_６）が好ましい。

（実施の形態２）
図６（Ａ）〜（Ｃ）は、本実施の形態のリチウムイオン二次電池の構成を示す図である。（Ａ）は、断面図、（Ｂ）は、上側から見た平面図、（Ｃ）は、下側から視た平面図である。本実施の形態のリチウムイオン二次電池においても、実施の形態１の場合と同様に、電池缶１０に、電極群２０が挿入され、電池缶１０の開口部に電池蓋３０を溶接することにより、電池が形成されている。

即ち、図６に示す電池缶（電池容器ともいう）１０は、円筒状の容器であり、底面（底部ともいう）、側面（側部ともいう）および上部の開口部を有する。電池缶１０の底面において、外側の中央部には、正極外部端子となる凸部１０ａを有する。凸部１０ａには、凹部（溝）１１が設けられている。この凹部１１は、ボルト（図１４参照）との接続部となり、その側面には、ネジ溝（図示せず）が形成されている。凸部１０ａの直径は、２４ｍｍ、凹部１１の直径は、５〜１０ｍｍである。

また、電池缶１０の底面において、内側の中央部には、凸部（内側突起ともいう）１２が設けられている。凸部１２の直径は、１５〜２５ｍｍである。凸部１２は、正極集電リング４０の凹部（図８の凹部４２参照）にはめ込まれる。そして、本実施の形態の電池缶１０においても、凸部１０ａにおける電池缶の厚さ（Ｔａ）は、側面における電池缶の厚さ（Ｔｂ）より大きい（図１０参照）。このように、正極外部端子となる凸部１０ａにおいて、アルミニウム膜を厚膜化することで、外部接続抵抗を低減することができる。また、本実施の形態においては、電池缶１０の内側にも凸部１２が設けられているため、外部接続抵抗を低減することができる。凸部１２の厚さはＴｃである（図１０参照）。

このような電池缶１０に、電極群２０が挿入され（収容され）、電池缶１０の開口部に電池蓋３０を溶接することにより、電池容器の開口部を封口し、電池が形成される（図６）。この際、電極群２０のプラス側を下側（底面側）として挿入し、電極群２０と凸部１０ａとを電気的に接続する。また、電極群２０のマイナス側は上側（電池蓋３０側）となり、例えば、電池蓋３０の開口部（孔ともいう）から負極外部端子となる負極極柱部を突出させる。電極群２０は、実施の形態１の場合と同様に、正極板、負極板、およびセパレータを有している。正極板と負極板との間にセパレータを挟んで軸芯の周りに捲回することにより電極群２０が形成される。また、電池缶１０の内部には、電解液が封入される。正極板、負極板、セパレータおよび電解液としては、実施の形態１で説明した材料を適宜用いることができる。

図７〜図１２は、本実施の形態のリチウムイオン二次電池の製造工程を示す図であり、図７は、斜視図、図８〜図１２は、断面図である。図７〜図１２を参照しながら、本実施の形態のリチウムイオン二次電池の製造方法を説明するとともに、リチウムイオン二次電池（図６）の構成をより明確にする。

１．正極板の形成
図７（Ａ）に示すように、正極板２１は、集電体２１ａおよびその上部に形成された正極合剤２１ｂを有する。集電体２１ａの端部には、正極リード片２１ｃが設けられている。

集電体２１ａは、アルミニウムまたはアルミニウム合金よりなる薄い平板（アルミニウム箔ともいう）である。正極合剤２１ｂは、正極活物質であるリチウム化合物を有する層である。

正極板２１の形成方法の一例を説明する。例えば、短辺（幅）が３５０ｍｍの矩形状であり、その厚さが、２０μｍ程度のアルミニウム箔を準備する。次いで、アルミニウム箔上に、３００ｍｍ程度の幅で正極材料を塗布する。この正極材料は、アルミニウム箔の一方の長辺に沿って塗布され、他方の長辺に沿った５０ｍｍの幅の領域は未塗布部とする。その後、乾燥処理を施し、プレスにより圧密化する。次いで、裁断することにより、幅３５０ｍｍの正極板を形成することができる。上記裁断の際、上記未塗布部に切り欠きを入れ、切り欠き残部を正極リード片２１ｃとする。正極リード片２１ｃの幅は、例えば、１０ｍｍ程度、隣り合う正極リード片２１ｃの間隔は２０ｍｍ程度である。

２．負極板の形成
図７（Ａ）に示すように、負極板２２は、集電体２２ａおよびその上部に形成された負極合剤２２ｂを有する。集電体２２ａの端部には、負極リード片２２ｃが設けられている。

集電体２２ａは、銅または銅合金よりなる薄い平板（銅箔ともいう）である。負極合剤２２ｂは、負極活物質を有する層である。

負極板２２の形成方法の一例を説明する。例えば、短辺（幅）が３５０ｍｍの矩形状であり、その厚さが、１０μｍ程度の銅箔を準備する。次いで、銅箔上に、例えば、３００ｍｍ程度の幅で負極材料を塗布する。この負極材料は、銅箔の一方の長辺に沿って塗布され、他方の長辺に沿った５０ｍｍの幅の領域は未塗布部とする。その後、乾燥処理を施し、プレスにより圧密化する。次いで、裁断することにより、幅３５０ｍｍの負極板を形成することができる。上記裁断の際、上記未塗布部に切り欠きを入れ、切り欠き残部を負極リード片２２ｃとする。例えば、負極リード片２２ｃの幅は、１０ｍｍ程度、隣り合う負極リード片２２ｃの間隔は２０ｍｍ程度である。

３．電極群の形成
図７（Ｂ）に示すように、上記正極板２１と上記負極板２２とを、これらが直接接触しないようにセパレータ２３、２４を挟んで軸芯２５の周りに捲回する。セパレータ２３、２４としては、例えば、厚さ３０μｍ程度のポリエチレン製のセパレータを用いる。軸芯２５は、筒状であり、例えば、ポリプロピレン材料よりなる。この捲回の際、正極板２１と負極板２２とを、それぞれのリード片（２１ｃ、２２ｃ）が互いに反対側の端部から突出するよう重ねて捲回する。正極板２１、負極板２２およびセパレータ２３、２４の長さを調整し、電極群径を、例えば、４０ｍｍ〜６５ｍｍ程度とする。このようにして、電極群２０を形成する。

４．正極集電リングおよび負極集電部材の接続
図８に示すように、正極リード片２１ｃと正極集電リング４０とを電気的に接続する。正極集電リング４０は、円板状の導電材料（例えば、アルミニウムまたはアルミニウム合金）よりなる。正極集電リング４０は、中央部４０ａと外輪部４０ｂとを有する。正極集電リング４０の第１面側（図８中の上面）の中央部４０ａには、軸芯２５がはめ込まれる浅い凹部４１が設けられ、第１面側と逆側の第２面側（図８中の下面）の中央部４０ａには、凹部４２が設けられている。凹部４２には、後述する電池缶１０の凸部（内側突起）１２がはめ込まれる。正極集電リング４０の第１面側（図８中の上面）の外輪部４０ｂに、正極リード片２１ｃが溶接される。なお、第２面側（図８中の下面）の外輪部４０ｂにも、凹部が設けられている。

また、図８に示すように、負極リード片２２ｃと負極集電部材５０とを電気的に接続する。負極集電部材５０は、導電材料（例えば、銅または銅合金）よりなる。負極集電部材５０は、極柱部５１および鍔部（リング部ともいう）５２を有する。極柱部５１は、負極外部端子となる外側突起部５１ａと内側突起部５１ｂとを有する。外側突起部５１ａは、負極外部端子となる。内側突起部５１ｂは、軸芯２５中にはめ込まれる。鍔部５２の底面（内側突起部５１ｂ側の面）に、負極リード片２２ｃが溶接される。なお、鍔部５２の上面（外側突起部５１ａ側の面）にも、凹部が設けられている。

この後、図９に示す一体となった正極集電リング４０、電極群２０および負極集電部材５０の側部を粘着テープで何重にも巻くことにより、絶縁被覆（図示せず）を形成する。粘着テープとしては、例えば、基材がポリイミドで、その片面にヘキサメタアクリレートからなる粘着材を塗布した粘着テープを用いる。粘着テープで覆われた電極群２０の最大径部が電池缶の内径よりも僅かに小さくなるように絶縁被覆の厚さ（粘着テープの巻き数）を調整する。

５．電池缶への電極群の挿入
絶縁被覆で覆われ一体となった正極集電リング４０、電極群２０および負極集電部材５０を、電池缶内に挿入する。電池缶の外径は６７ｍｍ、内径は６６ｍｍである。よって、この場合、側面における電池缶の厚さＴｂは、０．５〜１ｍｍ程度となる。

図１０に示す電池缶１０は、底面、側面および開口部を有する。電池缶１０の底面において、外側の中央部には、正極外部端子となる凸部１０ａを有する。凸部１０ａには、凹部１１が設けられている。この凹部１１は、ボルトとの接続部となり（図１４参照）、その側面には、ネジ溝（図示せず）が形成されている。

また、電池缶の底面において、内側の中央部には、凸部（内側突起ともいう）１２を有する。凸部１２は、正極集電リング４０の凹部４２にはめ込まれる。また、電池缶１０の底面の外周部には、安全弁１３が設けられている。安全弁１３は、電池缶１０の底面の外周部に設けられた凹部であり、当該部位においては、電池缶の厚さが、側面における電池缶の厚さより小さくなっている（図６（Ｃ）も参照）。安全弁１３は、電池の内圧上昇に応じて開裂する。開裂圧は、例えば、１３〜１８ｋｇｆ／ｃｍ^２である。

このような、電池缶１０も、実施の形態１の場合と同様に、インパクト成型法により形成される。但し、凹部１１やその側面のネジ溝、安全弁１３を構成する凹部などは、電池缶１０をインパクト成型法により形成した後、切削加工により形成することが好ましい。

次いで、図１１に示すように、上記電池缶１０の開口部から、正極集電リング４０側を下側として、電極群２０を挿入し、電池缶の底面の凸部１２を、正極集電リング４０の凹部４２にはめ込む。次いで、電池缶の底面の凸部１２と正極集電リング４０との接触部をレーザー溶接などにより接続する。

６．電池蓋の取り付け
次いで、電池缶の開口部に電池蓋を取り付ける（図１２）。電池缶の開口部から突出した負極集電部材５０の外側突起部（負極外部端子）５１ａに、セラミックワッシャ３１、電池蓋３０およびワッシャ３２を順次はめ込む。セラミックワッシャ３１は、アルミナ製であり、電池蓋３０の裏面と当接する部分の厚さが２ｍｍ、内径１６ｍｍ、外径２５ｍｍである。ワッシャ３２は、例えば、セラミックスまたは樹脂製である。

次いで、電池蓋３０の周端面を電池缶１０の開口部に嵌合し、双方の接触部の全域を溶接させて接合する。この際、負極集電部材５０の外側突起部（負極外部端子）５１ａは、電池蓋３０の中心にある穴（孔）を貫通して電池蓋３０の外部に突出している。

次いで、ワッシャ３２を、負極集電部材５０の外側突起部（負極外部端子）５１ａに、はめ込む。ワッシャ３２は、ナット３３の底面より平滑な材料よりなる。次いで、金属製のナット３３を外側突起部（負極外部端子）５１ａにねじ込む（螺着する）。

７．電解液の注入および封止
その後、電池蓋３０に設けられた注液口３０ａ（図６（Ｂ）参照）から電解液を電池缶１０内に注入し、注液口を封止する。電解液としては、例えば、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートとエチルメチルカーボネートを、それぞれの体積比２：３：２で混合した混合溶液中へ、６フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ_６）を１．２ｍｏｌ／Ｌ溶解したものを用いることができる。

以上の工程により、円筒形のリチウムイオン電池を形成することができる。

このように、本実施の形態においても、電池缶１０の材料としてアルミニウムを用いることで、電池缶１０の軽量化を図ることができる。特に、アルミニウムは、展延性が高く、電池缶１０の薄膜化が可能となる。この点においても、電池缶１０の軽量化を図ることができる。

また、電池缶１０の側面を薄膜化（例えば、厚さ０．１〜３．０ｍｍ程度）しつつ、正極外部端子となる凸部１０ａにおいては、アルミニウム膜を厚膜化（例えば、厚さ１０〜５０ｍｍ程度）することで、外部接続抵抗を低減することができる。別の言い方をすれば、正極外部端子の高さ方向の肉厚を厚膜化（例えば、厚さ１０〜５０ｍｍ程度）することで、外部接続抵抗を低減することができる。

さらに、インパクト成型法により、電池缶１０を形成することで、短工程で、迅速に電池缶１０を形成することができる。図１３は、インパクト成型法による電池缶の製造工程を示す断面図である。本実施の形態の電池缶を形成する場合も、実施の形態１（図３）と同様に、アルミニウム材料１０１にパンチ棒１０３を打ち込むことにより、電池缶を形成する。但し、ここでは、底部の中央部に中空部（凹部ともいう）１０３ａを有するパンチ棒１０３を用いる。中空部１０３ａの深さは、凸部１２の高さより大きくする。

具体的には、図１３に示すように、まず、アルミニウム材料１０１をキャビティ１００にセットする（図１３の左図）。次いで、電池缶１０の内径に対応する径を有し、底部に中空部１０３ａを有するパンチ棒１０３を、アルミニウム材料１０１に打ち込む（図１３の中央図）。パンチ棒１０３が打ち込まれた衝撃によりアルミニウム材料１０１が流動変形し、パンチ棒１０３とキャビティ１００との隙間からパンチ棒１０３の側面に沿って上昇する（図１３の右図）。さらに、パンチ棒１０３の中空部１０３ａ内にアルミニウム材料１０１が入り込む。パンチ棒１０３の側面に沿って上昇したアルミニウム材料１０１が筒状の側面となる。また、パンチ棒１０３の中空部１０３ａ内に入り込んだアルミニウム材料１０１が凸部１２となる。さらに、キャビティの中央部に凹部１００ａのアルミニウム材料１０１が正極外部端子となる凸部１０ａとなる。この後、パンチ棒１０３およびキャビティ１００からアルミニウム材料１０１を引き剥がすことにより、電池缶１０を形成することができる。

このように、本実施の形態においても、インパクト成型法により、電池缶１０を形成することで、短工程で、迅速に電池缶１０を形成することができる。また、凸部１２および正極外部端子となる凸部１０ａを、インパクト成型法により、一括して形成することにより、さらに、短工程で、迅速に電池缶１０を形成することができる。

（実施の形態３）
実施の形態１および２においては、１つの電池について説明したが、ナット３３および凹部１１にはめ込まれるボルト６０を用いて、複数の電池を並列に接続してもよい。

図１４は、本実施の形態のリチウムイオン二次電池の構成を示す断面図である。図１４に示すように、複数の電池を並列に接続する。

例えば、複数の開口部を有する矩形状の導電材料（例えば、銅または銅合金）よりなる板（連結部材、バスバーともいう）７０を用い、複数の電池を接続する。各開口部に、ワッシャ３２を介して各電池の外側突起部（負極外部端子ともいう）５１ａを差し込み、ナット３３を外側突起部５１ａにねじ込むことにより、固定する。一方、正極側については、複数の開口部を有する矩形状の導電材料（例えば、アルミニウムまたはアルミニウム合金）よりなる板状部材６１を用い、各開口部と各電池の凹部１１とを位置合わせする。凹部１１にはネジ溝（図示せず）が設けられている。この凹部１１に、ボルト６０をねじ込むことにより、固定する。

このように、複数の電池を接続する場合においても、正極外部端子となる凸部１０ａのアルミニウム膜を厚膜化することで、外部接続抵抗を低減することができる。特に、複数の電池を接続する場合においては、各電池における外部接続抵抗の影響が大きく、例えば、２０本以上の電池を用いる大規模蓄電システムなどにおいては、本実施の形態の構成を用いて効果的である。

以上、本発明者によってなされた発明をその実施の形態および実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施の形態および実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。

本発明は、リチウムイオン二次電池に適用して有効である。

１０電池缶
１０ａ凸部
１１凹部
１２凸部
１３安全弁
２０電極群
２１正極板
２１ａ集電体
２１ｂ正極合剤
２１ｃ正極リード片
２２負極板
２２ａ集電体
２２ｂ負極合剤
２２ｃ負極リード片
２３、２４セパレータ
２５軸芯
３０電池蓋
３０ａ注液口
３１セラミックワッシャ
３２ワッシャ
３３ナット
４０正極集電リング
４０ａ中央部
４０ｂ外輪部
４１凹部
４２凹部
５０負極集電部材
５１極柱部
５１ａ外側突起部
５１ｂ内側突起部
５２鍔部
６０ボルト
６１板状部材
７０板
１００キャビティ
１００ａ凹部
１０１アルミニウム材料
１０３パンチ棒
１０３ａ中空部

Claims

電極群を収容する円筒状の電池容器であって、底部と側部と開口部とを有する電池容器と、
前記電池容器の前記開口部を封口する電池蓋と、を有し、
前記電池容器は、アルミニウムを含有する材料よりなり、
前記電池容器の底部に、正極外部端子が設けられ、
前記電池蓋の側に、負極外部端子が設けられ、
前記正極外部端子の高さ方向の肉厚は、前記電池容器の側部の厚さより厚い、二次電池。
請求項１記載の二次電池において、
前記二次電池は、リチウムイオン二次電池である、二次電池。
請求項２記載の二次電池において、
前記電極群は、正極板を有し、
前記正極板は、アルミニウムを含有する材料よりなる集電体を有し、
前記集電体の端部には、正極リード片が設けられ、
前記正極リード片が、前記電池容器の底部の前記正極外部端子と電気的に接続される、二次電池。
請求項３記載の二次電池において、
前記正極外部端子に、凹部が設けられ、
前記凹部と接続されるボルトを有する、二次電池。
（ａ）正極板と負極板とをセパレータを介して捲回することにより電極群を形成する工程、
（ｂ）円筒状の電池容器であって、底部と側部と開口部とを有する電池容器に、前記電極群の正極側が前記底部に接触するように、前記電極群を前記電池容器に収納する工程、
（ｃ）前記電池容器の前記開口部を電池蓋により封口する工程、を有し、
前記電池容器は、アルミニウムを含有する材料よりなり、
前記電池容器の底部に、正極外部端子が設けられ、
前記正極外部端子の厚さは、前記電池容器の側部の厚さより厚い、二次電池の製造方法。
請求項５記載の二次電池の製造方法において、
前記二次電池は、リチウムイオン二次電池である、二次電池の製造方法。
請求項６記載の二次電池の製造方法において、
前記電池容器は、インパクト成型法により形成される、二次電池の製造方法。
請求項７記載の二次電池の製造方法において、
前記電池容器は、前記アルミニウムを含有する材料に、棒状部材を打ち込んだ際の衝撃により前記アルミニウムを含有する材料を流動変形させ、前記棒状部材の側面に沿って前記アルミニウムを含有する材料を上昇させることにより形成される、二次電池の製造方法。
請求項８記載の二次電池の製造方法において、
前記正極板は、アルミニウムを含有する材料よりなる集電体を有し、
前記集電体の端部には、正極リード片が設けられ、
前記（ｂ）工程において、前記正極リード片が、前記電池容器の底部の前記正極外部端子と電気的に接続される、二次電池の製造方法。
請求項８記載の二次電池の製造方法において、
前記棒状部材は、前記アルミニウムを含有する材料が配置されたキャビティに打ち込まれ、
前記キャビティは、凹部を有し、
前記正極外部端子は、前記凹部と対応して形成される、二次電池の製造方法。
請求項８記載の二次電池の製造方法において、
前記棒状部材は、中空部を有し、
前記正極外部端子に、前記中空部と対応する凸部が形成される、二次電池の製造方法。