JP5566651B2 - 電池およびその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、電池およびその製造方法に関するものである。
近年、電子機器の発達に伴ない、小型で軽量かつエネルギー密度が高く、さらに繰り返し充放電が可能な非水電解質二次電池としてリチウム二次電池が発達してきた。また、最近では、ハイブリッド車や電気自動車に搭載する車載用二次電池、電力平準化に使用される電力貯蔵用二次電池として好適な、急速充電および高出力放電が可能でかつサイクル性能に優れた非水電解質二次電池の開発が要望されている。このような二次電池として、負極活物質として小粒径（一次粒子の平均粒子径が１μｍ以下）のリチウムチタン酸化物（リチウムチタン複合酸化物）を用いた、急速充電および高出力放電が可能でかつサイクル性能に優れた非水電解質二次電池の開発がなされている。
エネルギー密度の高い二次電池の需要により、複数枚の集電タブを一つにする必要があり、例えば特許文献１には、保護リードを用いて集電タブへのダメージを軽減することが記載されている。これにおいては、複数積層された集電タブが保護リードで挟まれた状態でリードに超音波接合することにより、超音波接合時の不良率が低減されている。
複数枚の集電タブが積層される際、幅端に位置ズレが生じることがある。こうした複数の集電タブとリードとが超音波接合されると、必ずしも十分な強度が得られない。容器内への電極群の組込み中および組込み後に、外力により集電タブが切断されやすい。しかも、急速充電および大電流放電時の特性が安定しない。
本発明の目的は、外力に対する集電タブの強度が高く、急速充電および大電流放電時の特性が安定した電池およびその製造方法を提供することにある。
本発明の電池は、正極および負極を含む電極群と、
前記電極群の前記正極または前記負極と電気的に接続され、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなり、幅端に位置ずれをもって積層された複数の集電タブと、
前記複数の集電タブを挟む保護リードと、
前記保護リードに挟まれた前記複数の集電タブと超音波により接合され、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなるリードと
を備える電池であって、
前記超音波による接合部は、前記複数の集電タブを構成するいずれの集電タブの幅端も横切らずに形成されていることを特徴とする。
前記電極群の前記正極または前記負極と電気的に接続され、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなり、幅端に位置ずれをもって積層された複数の集電タブと、
前記複数の集電タブを挟む保護リードと、
前記保護リードに挟まれた前記複数の集電タブと超音波により接合され、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなるリードと
を備える電池であって、
前記超音波による接合部は、前記複数の集電タブを構成するいずれの集電タブの幅端も横切らずに形成されていることを特徴とする。
また、本発明の電池の製造方法は、前述の電池の製造方法であって、前記複数の集電タブを構成するいずれの集電タブの幅端も横切らないように、前記保護リードに挟まれた前記複数の集電タブと前記リードとを超音波により接合することを特徴とする。
本発明によれば、外力に対する集電タブの強度が高く、急速充電および大電流放電時の特性が安定した電池およびその製造方法を提供することができる。
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
一実施形態にかかる電池は、非水電解質電池であり、図１に示すように有底矩形筒状をなす容器３１を具備する。容器３１は、例えば、アルミニウム板もしくはアルミニウム合金板に深絞り加工を施すことにより成形されたものである。電極群３２は、例えば、シート状の正極と、シート状の負極とをセパレータを間にして渦巻状に捲回した後、全体を容器の横断面形状に合致した断面四角形状に押し潰し変形することにより作製される。
正極は、例えば、正極活物質を含むスラリーをアルミニウム箔もしくはアルミニウム合金箔からなる集電体に塗布することにより作製される。正極活物質としては、リチウムを吸蔵放出できる酸化物や硫化物、ポリマーなどが使用できる。好ましい活物質としては、高い正極電位が得られるリチウムマンガン複合酸化物、リチウムニッケル複合酸化物、リチウムコバルト複合酸化物、リチウム燐酸鉄等が挙げられる。
負極は、負極活物質を含むスラリーをアルミニウム箔もしくはアルミニウム合金箔からなる集電体に塗布することにより作製される。負極活物質としては、リチウムを吸蔵放出できる金属酸化物、金属硫化物、金属窒化物、合金等が使用でき、好ましくは、リチウムイオンの吸蔵放出電位が金属リチウム電位に対して０．４Ｖ以上貴となる物質である。このようなリチウムイオン吸蔵放出電位を有する負極活物質は、アルミニウムもしくはアルミニウム合金とリチウムとの合金反応を抑えられることから、負極集電体および負極関連構成部材へのアルミニウムもしくはアルミニウム合金の使用を可能とする。例えば、チタン酸化物、リチウムチタン酸化物、タングステン酸化物、アモルファススズ酸化物、スズ珪素酸化物、および酸化珪素などがあり、中でもリチウムチタン複合酸化物が好ましい。
セパレータとしては、微多孔性の膜、織布、不織布、これらのうち同一材または異種材の積層物等を用いることができる。セパレータを形成する材料としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン共重合ポリマー、エチレン−ブテン共重合ポリマー等を挙げることができる。
非水電解液（図示しない）は容器３１内に収容されており、電極群３２に含浸されている。非水電解液は、非水溶媒に電解質（例えば、リチウム塩）を溶解させることにより調製される。非水溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、ブチレンカーボネート（ＢＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、γ−ブチロラクトン（γ−ＢＬ）、スルホラン、アセトニトリル、１，２−ジメトキシエタン、１，３−ジメトキシプロパン、ジメチルエーテル、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、２−メチルテトラヒドロフラン等を挙げることができる。非水溶媒は、単独で使用しても、２種以上混合して使用してもよい。電解質としては、例えば、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）、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム（ＬｉＣＦ3ＳＯ3）等のリチウム塩を挙げることができる。電解質は単独で使用しても、２種以上混合して使用してもよい。電解質の非水溶媒に対する溶解量は、０．２ｍｏｌ／Ｌ〜３ｍｏｌ／Ｌとすることが望ましい。
複数の帯状をした正極集電タブ３４は、正極の複数個所と電気的に接続されており、それぞれが電極群３２の上端面３２ａから上向きに導出されている。一方、複数の帯状をした負極集電タブ３５は、負極の複数個所と電気的に接続されており、それぞれが電極群３２の上端面３２ａから上向きに導出されている。
正極集電タブ３４としては、例えば正極の集電体を部分的に延出されたものを使用することができるが、正極と別体であってもよい。また、負極集電タブ３５としては、例えば、負極の集電体を部分的に延出されたものを用いることができるが、負極と別体であってもよい。別体とする場合には、導電材料からなる集電タブが超音波接合等により集電体に電気的に接続される。
正極集電タブ３４および負極集電タブ３５は、それぞれ保護リード３６および保護リード３７で挟まれる。具体的には、集電タブは、複数枚が厚さ方向に積層された状態で、Ｕ字状の折れ曲がった保護リードに挟まれる。保護リードの材質は、例えば、アルミニウムまたはアルミニウム合金とすることができる。集電タブを保護リードで挟んで超音波接合することによって、集電タブに亀裂が生じるおそれは低減される。このため、保護リードと集電タブとリードとの接合強度を十分に高めることができる。
保護リード３６、３７の厚さは、集電タブ１枚当たりの厚さの３倍より大きくすることが望ましい。充分な厚さを有することになるので、保護リードに亀裂が発生することは避けられる。さらに、保護リードの厚さは、リードの厚さより薄いことが好ましい。超音波接合を行なう際にホーン側に厚さの薄い保護リードを配置できるので、ホーンの加圧力を高くする必要がなく、集電タブに亀裂を生じるおそれもない。
保護リード３６，３７の厚さは、０．０５〜０．６ｍｍの範囲内が好ましく、０．１〜０．５ｍｍの範囲内がより好ましい。また、保護リードの幅は、接合部５９の幅より大きければ特に規定されない。保護リードは、積層された集電タブの両面を覆う形状の折り曲げられた１枚の板である必要はない。積層された集電タブの両面に、それぞれ別個の保護リードを配置してもよい。
容器３１の開口部は、封口部材によって封止される。封口部材は、容器３１の開口部を塞ぐ蓋３８と、蓋３８の外面（上面）にガスケット３９を介して取り付けられた負極出力端子(リベット)４０と、蓋３８の外面（上面）側に凸状に張り出した正極出力端子４３とを備える。図示していないが、蓋３８には、電解液注入口および安全弁が設けられている。負極リード４１は、上面と側面とを有するＬ字型であり、絶縁部材（図示しない）を介して蓋３８の内面（下面）に配置される。負極リード４１の上面は、負極出力端子４０にかしめ固定されることにより、負極出力端子４０と電気的に接続される。一方、正極リード４２は、蓋３８の内面（下面）に直接配置されることで正極出力端子４３と電気的に接続される。なお、電解液注入孔（図示しない）より、電解液（図示しない）を注入後、封止栓（図示しない）で閉止される。この封止栓は、蓋３８に溶接される。
Ｌ字型の負極リード４１は、負極集電タブ３５と接続される。具体的には、負極リード４１の側面は、図２に示すように、保護リード３７に挟まれた負極集電タブ３５と、超音波により接合される。超音波による接合部は、参照符号５９として示されている。保護リード３７に挟まれた負極集電タブ３５と負極リード４１とは、例えば、図３に示されるようにアンビル２１とホーン２２とを用いて超音波により接合することができる。これにより、負極集電タブ３５が、負極の保護リード３７および負極リード４１を介して負極出力端子４０と電気的に接続される。なお、超音波による接合部５９の所望される寸法や位置などに応じて、アンビルおよびホーンは適切に選択すればよい。
超音波による接合部５９の幅は、集電タブの幅との間に特定の関係を有するように規定されることが好ましい。図４には、集電タブの幅と接合部の幅との関係を示す。説明のために、図中の積層された集電タブは、図面の奥行き方向（タブの長さ方向）にもズレを設けて示してある。個々の集電タブ３５の幅をＡとし、積層された複数の集電タブ全体の幅をＥとし、集電タブの幅方向における超音波接合部５９の幅をＣとする。図４に示されるようにＣ＝２Ａ−Ｅの場合には、複数のタブが全て積層されている部分の幅が２Ａ−Ｅとなるため、接合部５９の端は集電タブ３５の幅端と一致する。
Ｃ＜２Ａ−Ｅの場合には、図５に示されるように接合部５９は集電タブ３５の幅端には達しない。接合部５９は、積層された集電タブが全て重なった領域内に形成されており、いずれの集電タブの幅端も横切らない。すなわち、Ｃ≦２Ａ−Ｅであれば、集電タブの幅端を踏まないように接合部５９を形成することができる。
これに対し、Ｃ＞２Ａ−Ｅの場合には、図６に示されるように接合部５９は、必ずいずれかの集電タブの幅端を踏んで、その外側まで広がる。超音波で接合される幅が狭いので不十分な接合となり、こうした集電タブが１枚でも存在すると強度が低下してしまう。
これらに基づいて、本発明においては、超音波接合部５９は、複数の集電タブのいずれの幅端も横切らないように規定した。上述したように、幅端が接合部５９で踏まれたタブは接合される幅が狭く、こうしたタブが１枚でも存在すると強度が低下するからである。接合部５９の幅Ｃは、以下の範囲に規定することが好ましい。
Ｃ≦２Ａ−Ｅ （１）
本発明においては、超音波による接合部５９は、集電タブの幅端を横切らず、全ての集電タブが重なり合った領域に形成される。その結果、全ての集電タブが等しい幅で超音波接合される。他の集電タブと比較して、接合部の幅が少ない集電タブ、すなわち接合が不完全な集電タブは存在しない。積層された集電タブ全体の強度が高められるので、集電タブの切断といった不都合が生じるおそれが低減される。容器内への電極群の組込み中および組込み後の外力に対する強度が高められることにより、安定した電池特性を得ることができる。
本発明においては、超音波による接合部５９は、集電タブの幅端を横切らず、全ての集電タブが重なり合った領域に形成される。その結果、全ての集電タブが等しい幅で超音波接合される。他の集電タブと比較して、接合部の幅が少ない集電タブ、すなわち接合が不完全な集電タブは存在しない。積層された集電タブ全体の強度が高められるので、集電タブの切断といった不都合が生じるおそれが低減される。容器内への電極群の組込み中および組込み後の外力に対する強度が高められることにより、安定した電池特性を得ることができる。
正極集電タブ３４と正極リード４２との接合も、負極側と同様に行なわれることが好ましい。すなわち、保護リード３６で挟まれた正極集電タブ３４は、超音波により正極リード４２に接合され、超音波による接合部は、集電タブの幅端を横切らないよう、全てのタブが重なった領域に形成される。しかも、この接合部の幅は、集電タブの幅との間に特定の関係（１）を有するように規定されることが好ましい。
この場合には、正極側および負極側の両方において、集電タブの強度が高められるので、電池の組み込み中および組み込み後の外力に対する強度は、よりいっそう高いものとなる。
図１に示されるように、蓋３８の内面（下面）と電極群３２の正極集電タブ３４および負極集電タブ３５が突出している上端面３２ａとの間に設けられる空間を囲むように、スペーサ５１ａ，５１ｂが配置される。スペーサ５１ａは、四角形のプレートの両方の短辺と、長辺方向の中間地点とに、仕切り板５２ａ〜５２ｃが設けられたものである。仕切り板５２ａ〜５２ｃの端面には、突起５３が設けられている。
一方、スペーサ５１ｂは、四角形のプレートの両方の短辺と、長辺方向の中間地点とに、仕切り板５４ａ〜５４ｃが設けられたものである。仕切り板５４ａ〜５４ｃの端面には、スペーサ５１ａの突起５３を嵌め込むための凹部５５が設けられている。スペーサ５１ａの仕切り板５２ａ〜５２ｃの突起５３を、スペーサ５１ｂの仕切り板５４ａ〜５４ｃの凹部５５に嵌め込むと、スペーサ５１ａの仕切り板５２ａ，５２ｂとスペーサ５１ｂの仕切り板５４ａ，５４ｂとで囲まれた空間内に正極集電タブ３４と正極保護リード３６と正極リード４２とが位置し、スペーサ５１ａの仕切り板５２ｂ，５２ｃとスペーサ５１ｂの仕切り板５４ｂ，５４ｃとで囲まれた空間内に負極集電タブ３５と負極保護リード３７と負極リード４１とが位置する。これにより、正極集電タブ３４と負極集電タブ３５との絶縁、正極保護リード３６と負極保護リード３７との絶縁、正極リード４２と負極リード４１との絶縁、これら部材と容器３１との絶縁が達成される。
こうしたスペーサ５１ａ，５１ｂは、電池に振動や衝撃が加わった際の電極群３２の移動を防止することができる。さらに、電解液注入孔から注入された電解液が電極群３２の上部に溜まるため、電極群３２の上端面から電解液が浸透し易くなり、電極群３２に電解液を均一に含浸させることができる。スペーサ５１ａ，５１ｂの４隅には、容器３１と電極群３２の空隙に電解液を浸透させるために穴５６が設けられている。スペーサ５１ａ，５１ｂの材質としては、ＰＰ、ＰＦＡなどが挙げられる。
本実施形態においては、リードに接合される複数の複数の集電タブは十分に大きな強度を有するので、タブの切断といった不都合は低減され、抵抗の上昇を抑制することができる。したがって、急速充電特性および大電流出力特性の優れた電池が得られる。
上述した構成の非水電解質電池は、図７に示すような積層片出し型の構成に適用することもできる。図示する非水電解質電池は、シート状の正極とシート状の負極とをセパレータを挟んで交互に積層することにより作製された電極群３３を有する。
こうした点が異なる以外は、図示する電池は図１に示した非水電解質電池と同様の構成であり、集電タブと保護リードとリードとは、前述と同様に超音波により接合される。超音波接合部は、集電タブの幅端を横切らないよう、全ての集電タブが重なった領域のみに形成される。集電タブは十分に大きな強度を有することから、集電タブの切断といった不都合が低減される。しかも、超音波接合部の幅Ｃは、集電タブの幅との間に特定の関係（Ｃ≦２Ａ−Ｅ、Ａは個々の集電タブの幅であり、Ｅは積層された集電タブ全体の幅である）を有するように規定されることが好ましい。これによって、急速充電特性および大電流出力特性の優れた電池が得られる。
図８は、捲回両出し型の非水電解質電池の例であり、容器１内に電極群２が収容される。電極群２は、シート状の正極とシート状の負極とをセパレータを間に挟んで交互に積層することにより作製されたものである。複数の正極集電タブ３は、正極の複数個所と電気的に接続されており、それぞれが積層型電極面の一方の側面から横向きに導出されている。複数の負極集電タブ４は、負極の複数個所と電気的に接続されており、それぞれが積層型電極の対向する他方の側面から横向きに導出されている。
正極集電タブ３としては、例えば正極の集電体を部分的に延出されたものを使用することができるが、正極と別体であってもよい。また、負極集電タブ４としては、例えば、負極の集電体を部分的に延出されたものを用いることができるが、負極と別体であってもよい。
容器１の開口部は封口部材によって封止される。図８に示すように、封口部材は、容器１の開口部を塞ぐ蓋９と、蓋９の外面（上面）にガスケット１０および１１を介してそれぞれかしめ固定された正極出力端子１２および負極出力端子１３を備える。蓋９は、アルミニウムまたはアルミニウム合金板材等の金属を素材にしたプレス成形品からなる。図示していないが、蓋９には、電解液注入孔および安全弁が設けられている。電解液注入後、電解液注入孔は封止栓（図示しない）で閉止され、この封止栓は、蓋９に溶接される。
蓋９の内面（下面）には、負極リード８が絶縁体１５を介して配置されるとともに、正極リード７が絶縁体１４を介して配置される。負極リード８は、接続プレート８1と、接続プレート８1に開口された貫通孔８2と、接続プレート８1から下方に延びた集電部８3とを有する。絶縁体１５は、貫通孔１５1が開口された矩形プレートからなる。負極出力端子１３は、リベットで、蓋９上に配置された頭部と、頭部から下方に延出された軸部（図示しない）とを有する。負極出力端子１３の軸部が、絶縁体１５の貫通孔１５1と負極リード８の貫通孔８2に挿入されてかしめ固定される、つまり、負極出力端子１３は蓋９にかしめ固定され、さらに負極リード８にもかしめ固定される。こうして、負極リード８が負極出力端子１３と電気的に接続される。
正極リード７は、接続プレート７1と、接続プレート７1に開口された貫通孔７2と、接続プレート７1から下方に延びた集電部７3とを有する。絶縁体１４は、貫通孔１４1が開口された矩形プレートからなる。正極出力端子１２は、リベットで、蓋９上に配置された頭部と、頭部から下方に延出された軸部（図示しない）とを有する。正極出力端子１２の軸部が、絶縁体１４の貫通孔１４1と正極リード７の貫通孔７2に挿入されてかしめ固定される。つまり、正極出力端子１２は蓋９にかしめ固定され、さらに正極リード７にもかしめ固定される。こうして、正極リード７が正極出力端子１２と電気的に接続される。
負極出力端子１３および負極リード８の材質は、活物質の材質に合わせて変更することができる。例えば負極活物質としてチタン酸リチウムが用いられる場合には、アルミニウムもしくはアルミニウム合金を使用することができる。一方、正極出力端子１２および正極リード７は、例えば、アルミニウムあるいはアルミニウム合金を使用することができる。
負極リード８は、負極集電タブ４と接続される。具体的には、負極リード８の集電部８3は、図９に示すように、負極の保護リード６に挟まれた負極集電タブ４と超音波により接合される。超音波による接合部は、参照符号２０として示されている。超音波接合部は、集電タブの幅端を横切らないよう、全ての集電タブが重なった領域のみに形成される。しかも、集電タブ４の幅方向において、超音波接合部２０の幅Ｃは、上述した関係（１）（Ｃ≦２Ａ−Ｅ、Ａは個々の集電タブの幅であり、Ｅは積層された集電タブ全体の幅である）を満たすことが好ましい。
正極の保護リード５も同様の条件を満たすように、正極リード７の集電部７3に超音波により接合されることが好ましい。これにより、強度の大きな正極集電タブ３が正極リード７を介して正極出力端子１２と電気的に接続される。
集電タブとリードとの超音波接合部の条件を満たしていれば、図８の電池は種々の変更が可能である。例えば、前述した図では、正極出力端子および負極出力端子をいずれもリベットとしたが、負極出力端子のみをリベットとし、蓋９の外面に凸状に張り出した部分により正極出力端子を構成してもよい。あるいは、正極出力端子のみをリベットとして、蓋９の外面に凸状に張り出した部分を負極出力端子とすることもできる。
本発明においては、複数の集電タブとリードとを超音波接合するにあたって、集電タブの幅端を横切らないよう、全ての集電タブが重なった領域のみを確実に接合することを可能とした。その結果、集電タブの強度が高められ、タブの切断といった不具合を低減して、大電流特性の優れた電池を提供することができる。
[実施例]
以下、実施例を示して本発明を詳細に説明する。
以下、実施例を示して本発明を詳細に説明する。
アルミタブ（１Ｎ３０−Ｈ製、厚さ０．０１５ｍｍ、幅２５ｍｍ）、保護リード（１０５０−Ｏ製、厚さ０．２ｍｍ、幅２５ｍｍ）、およびリード（１０５０−Ｈ製、厚さ０．８ｍｍ、幅２２ｍｍ）を準備した。
アルミタブ４０枚を積層して保護リードで挟み、図３に示したようにホーンとアンビルとを用いて、超音波によりリードと接合して試験サンプルを作製した。超音波による接合には、日本エマソン株式会社製の超音波溶接機を使った。超音波溶接機のホーンの先端角度は９０°とし、加圧時間０．２Ｍｐａ、振幅８０％、時間０．８ｓｅｃの条件で接合を行なった。その結果、深さ４ｍｍの接合部（ホーン痕）が形成され、接合部の幅は８ｍｍであった。
得られたサンプルについて、アルミタブのズレ幅を測定するとともに、それぞれのアルミタブの引張り強度を測定した。
ここで、タブのズレ幅について説明する。タブのズレ幅Ｂは、タブ３５の中心から超音波接合部５９の中心までの距離で定義する。例えば、図１０に示されるようにタブ３５の中心と超音波接合部５９の中心とが一致する場合には、Ｂ＝０である。
ここで用いたタブの幅（Ａ）が２５ｍｍであり、超音波接合部の幅（Ｃ）が８ｍｍであるので、タブのズレ幅（Ｂ）が８．５ｍｍの場合には、図１１に示されるように、接合部５９の端はタブ３５の幅端と一致する。
ズレ幅Ｂが１２．５ｍｍの場合には、図１２に示されるように超音波接合部５９の中心は、タブ３５の幅と一致する。すなわち、接合部５９はタブの幅端を踏んで、その外側にまで存在することになる。このタブにおいては、接合される幅が少ないので強度が小さくなる。
ズレ幅Ｂが１６．５ｍｍの場合には、超音波接合部５９は集電タブ３５との重なりが生じないので、図１３に示されるように集電タブは接合されない。
引張り強度の測定は、超音波接合されたサンプルのリードを固定して、４０枚のアルミタブを１枚ずつ、切断が発生するまで引張ることにより行なった。４０枚のアルミタブは、ホーン側から順に１，２，３・・・として、それぞれのタブの強度を調べた。その結果を以下に示す。
（サンプル１）
４０枚のタブの幅端は揃っており、図１４に示すようにアルミタブ３５とリード４１とが超音波接合部５９により接合された。４０枚のアルミタブが全て、超音波によって接合され、超音波接合部の幅Ｃは（Ｃ≦２Ａ−Ｅ）を満たしている。接合部５９の端は、タブ３５の幅端に達していない。引張り強度は、図１５のグラフに示されるように、最小でも２６Ｎ程度、最大で４５Ｎ程度と高いレベルである。
４０枚のタブの幅端は揃っており、図１４に示すようにアルミタブ３５とリード４１とが超音波接合部５９により接合された。４０枚のアルミタブが全て、超音波によって接合され、超音波接合部の幅Ｃは（Ｃ≦２Ａ−Ｅ）を満たしている。接合部５９の端は、タブ３５の幅端に達していない。引張り強度は、図１５のグラフに示されるように、最小でも２６Ｎ程度、最大で４５Ｎ程度と高いレベルである。
（サンプル２）
４０枚のタブの幅端は揃っているものの、図１６に示されるように、接合部５９はアルミタブ３５を横切って形成された。接合部５９のはみ出し幅ｘは２ｍｍであり、タブのズレ幅は１０．５ｍｍであった。超音波接合部の幅Ｃは（Ｃ≦２Ａ−Ｅ）を満たすが、接合部はタブの幅端を越えている。引張り強度は、図１７のグラフに示されるように大幅に低下し、最大でも２５Ｎ程度であった。
４０枚のタブの幅端は揃っているものの、図１６に示されるように、接合部５９はアルミタブ３５を横切って形成された。接合部５９のはみ出し幅ｘは２ｍｍであり、タブのズレ幅は１０．５ｍｍであった。超音波接合部の幅Ｃは（Ｃ≦２Ａ−Ｅ）を満たすが、接合部はタブの幅端を越えている。引張り強度は、図１７のグラフに示されるように大幅に低下し、最大でも２５Ｎ程度であった。
（サンプル３）
４０枚のタブにはズレが発生したものの、超音波接合部５９は、アルミタブ３５の幅端を横切っていない。リード４１とアルミタブ３５との接合の状態を、図１８に示す。超音波接合部の幅Ｃは（Ｃ≦２Ａ−Ｅ）を満たしており、４０枚全てのタブが超音波によって接合された。
４０枚のタブにはズレが発生したものの、超音波接合部５９は、アルミタブ３５の幅端を横切っていない。リード４１とアルミタブ３５との接合の状態を、図１８に示す。超音波接合部の幅Ｃは（Ｃ≦２Ａ−Ｅ）を満たしており、４０枚全てのタブが超音波によって接合された。
タブの引張り強度を図１９のグラフに示す。４０枚の集電タブのうち、Ｎｏ．１〜８のタブのズレ幅は８．５ｍｍ、Ｎｏ．９〜１６のタブのズレ幅は６．５ｍｍ、Ｎｏ．１７〜２４のタブのズレ幅は４．５ｍｍ、Ｎｏ．２５〜４０のタブのズレ幅は２．５ｍｍであった。タブにズレが生じた場合であっても、タブの幅端を踏まないように超音波接合部が形成されていれば、比較的高いレベルで安定した強度が得られることが、図１９のグラフに示されている。
（サンプル４）
図２０に示されるように、アルミタブ３５にはズレが生じ、接合部５９はアルミタブの幅端を横切って形成された。接合部の幅Ｃは（Ｃ＞２Ａ−Ｅ）である。
図２０に示されるように、アルミタブ３５にはズレが生じ、接合部５９はアルミタブの幅端を横切って形成された。接合部の幅Ｃは（Ｃ＞２Ａ−Ｅ）である。
タブの引張り強度を図２１のグラフに示す。４０枚の集電タブのうち、Ｎｏ．１〜８のタブのズレ幅は１５ｍｍ、Ｎｏ．９〜１６のタブのズレ幅は１３ｍｍ、Ｎｏ．１７〜２４のタブのズレ幅は１１ｍｍ、Ｎｏ．２５〜３２のタブのズレ幅は８．５ｍｍ、Ｎｏ．３３〜４０のタブのズレ幅は６．５ｍｍであった。
ズレ幅が大きくなると、接合部のはみ出しも大きくなる。はみ出し部の幅は、Ｎｏ．１〜８のタブでは６ｍｍ、Ｎｏ．９〜１６のタブでは４ｍｍであり、Ｎｏ．１７〜２４のタブでは２ｍｍであった。
タブにズレが生じ、しかも超音波接合部がタブの幅端を踏んでいる場合には、引張り強度が低下することがわかる。
（サンプル５）
超音波接合部の幅Ｃは（Ｃ＞２Ａ−Ｅ）であり、図２２に示すようにホーン側の８枚のタブにズレが生じていた。タブのズレ幅は１２．５ｍｍであった。この８枚のタブの幅端は接合部５９で踏まれており、接合部５９の４ｍｍがはみ出している。
超音波接合部の幅Ｃは（Ｃ＞２Ａ−Ｅ）であり、図２２に示すようにホーン側の８枚のタブにズレが生じていた。タブのズレ幅は１２．５ｍｍであった。この８枚のタブの幅端は接合部５９で踏まれており、接合部５９の４ｍｍがはみ出している。
ズレが生じた８枚のタブにおいては、接合部が幅端を踏んで横切ることにより接合が不十分となって、引張り強度が劣ることが図２３のグラフからわかる。
（サンプル６）
超音波接合部の幅Ｃは（Ｃ＞２Ａ−Ｅ）であり、図２４に示すように中央付近の８枚のタブにズレが生じていた。タブのズレ幅は１２．５ｍｍであった。この８枚のタブは、幅端が接合部５９で踏まれており、接合部の４ｍｍがはみ出している。
超音波接合部の幅Ｃは（Ｃ＞２Ａ−Ｅ）であり、図２４に示すように中央付近の８枚のタブにズレが生じていた。タブのズレ幅は１２．５ｍｍであった。この８枚のタブは、幅端が接合部５９で踏まれており、接合部の４ｍｍがはみ出している。
ズレが生じた８枚のタブにおいては、接合部が踏んで幅端を横切ることにより接合が不十分となって、引張り強度が劣ることが図２５のグラフからわかる。
（サンプル７）
超音波接合部の幅Ｃは（Ｃ＞２Ａ−Ｅ）であり、図２６に示すように中央付近の１枚のタブにズレが生じていた。タブのズレ幅は１２．５ｍｍであった。このタブは、幅端が接合部５９で踏まれており、接合部の４ｍｍがはみ出している。
超音波接合部の幅Ｃは（Ｃ＞２Ａ−Ｅ）であり、図２６に示すように中央付近の１枚のタブにズレが生じていた。タブのズレ幅は１２．５ｍｍであった。このタブは、幅端が接合部５９で踏まれており、接合部の４ｍｍがはみ出している。
ズレが生じたタブにおいては、接合部が幅端を踏んで横切ることにより接合が不十分となって、引張り強度が低下することが図２７のグラフからわかる。
ここで、タブのズレ幅と平均強度との関係を図２８のグラフにまとめる。タブのズレ幅が大きくなるにしたがって、強度は低下する傾向にある。しかしながら、本発明の条件（１）を満たしていれば、その低下の割合は比較的小さい。図２８においては、ズレ幅８．５ｍｍ以下の場合に、上述の関係（１）が成立する。すなわち、タブの幅端を踏んで横切ることなく、全てのタブが存在する領域のみを超音波接合することによって、ズレが生じていても強度を確保することができる。
タブの強度が大きいことから切断される可能性が低減して、抵抗の増加は避けられる。出力が安定し、優れた急速充填特性および大電流出力特性が得られることがわかる。本発明により、容器内への電極群の組み込み中の外力に対して強度が得られることが確認された。
次に、前述のサンプル３を適用して集電タブと保護リードリードとを接合し、実施例の電池を作製した。具体的な構成は以下のとおりである。
正極には、リチウムコバルト酸化物（ＬｉＣｏＯ2）と、導電剤として黒鉛粉末と、結着剤としてポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）とを含む活物質含有層が、アルミニウムもしくはアルミニウム合金箔からなる集電体の両面に形成されたシート状のものを使用した。一方、負極には、リチウム金属の開回路電位に対して開回路電位０．４Ｖ以上のリチウム吸蔵電位を有する負極活物質粉末と導電剤として炭素粉末と結着剤としてポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）とを含む活物質含有層が、アルミニウムもしくはアルミニウム合金箔からなる集電体の両面に形成されたシート状のものを使用した。電極群は、正極と負極との間にセパレータを介在させながら、これらを渦巻き状に捲回した後、全体を金属製容器の断面形状に合致した断面四角形状に押し潰し変形することにより作製された図１に示す構造を有するものを使用した。
正極集電タブには、正極集電体を複数個所（この場合、５０点）において帯状に延出させたものを使用した。また、負極集電タブには負極集電体を複数個所（この場合、５０点において帯状に延出させたものを使用した。正極集電タブおよび負極集電タブのそれぞれについて、集電タブ５０枚の先端部を重ね合わせ、保護リードを配置した。図３に示したようにホーンおよびアンビルを用いて、保護リードで挟まれた集電タブとリードとを超音波により接合した。
これ以降の工程は常法により行なって、実施例の電池を得た。
さらに、集電タブとリードとの接合状態をサンプル４に変更する以外は同様の手法により、比較例の電池を作製した。
得られた電池を、１０ｃｍの高さから落下させて落下試験を実施した。この落下試験は、電池の各面を下にして、６面全てについて行なった。これを１サイクルとして、繰り返したところ、実施例の電池は８００サイクルに耐えた。これに対し、比較例の電池では、２００サイクルで正負極リードとタブとの接合部が外れる不具合が発生した。なお、１ｍからの落下試験においても同様の効果を確認できた。
こうした結果から、本発明によって、電池の組み込み後の外力に対する強度が確保されたことがわかる。
前述した実施例では非水電解液を用いた電池を例えに説明したが、非水電解液の代わりに固体電解質やポリマー電解質、または水溶液電解質を用いた電池についても当然適応可能である。さらに正負極活物質に関してもこの限りでなく、他の活物質を用いることができる。
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
１…容器； ２…電極群； ３…正極集電タブ； ４…負極集電タブ
５…保護リード； ６…保護リード； ７…正極リード； ８…負極リード
７1，８1…接続プレート； ７2，８2…貫通孔； ７3，８3…集電部
９…蓋； １０，１１…ガスケット； １２…正極出力端子； １３…負極出力端子
１４，１５…絶縁体； １４1，１５1…貫通孔； ２０…超音波による接合部
２１…アンビル； ２２…ホーン； ３１…容器； ３２，３３…電極群
３２ａ，３３ａ…上端面； ３４…正極集電タブ； ３５…負極集電タブ
３６，３７…保護リード； ３８…蓋； ３９…ガスケット； ４０…負極出力端子
４１…負極リード； ４２…正極リード； ４３…正極出力端子
５１ａ，５１ｂ…スペーサ； ５２ａ〜５２ｃ…仕切り板； ５３…突起
５４ａ〜５４ｃ…仕切り板； ５５…凹部； ５６…穴
５９…超音波による接合部。
５…保護リード； ６…保護リード； ７…正極リード； ８…負極リード
７1，８1…接続プレート； ７2，８2…貫通孔； ７3，８3…集電部
９…蓋； １０，１１…ガスケット； １２…正極出力端子； １３…負極出力端子
１４，１５…絶縁体； １４1，１５1…貫通孔； ２０…超音波による接合部
２１…アンビル； ２２…ホーン； ３１…容器； ３２，３３…電極群
３２ａ，３３ａ…上端面； ３４…正極集電タブ； ３５…負極集電タブ
３６，３７…保護リード； ３８…蓋； ３９…ガスケット； ４０…負極出力端子
４１…負極リード； ４２…正極リード； ４３…正極出力端子
５１ａ，５１ｂ…スペーサ； ５２ａ〜５２ｃ…仕切り板； ５３…突起
５４ａ〜５４ｃ…仕切り板； ５５…凹部； ５６…穴
５９…超音波による接合部。
Claims (4)
- 正極および負極を含む電極群と、
前記電極群の前記正極または前記負極と電気的に接続され、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなり、幅端に位置ずれをもって積層された複数の集電タブと、
前記複数の集電タブを挟む保護リードと、
前記保護リードに挟まれた前記複数の集電タブと超音波により接合され、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなるリードと
を備える電池であって、
前記超音波による接合部は、前記複数の集電タブを構成するいずれの集電タブの幅端も横切らずに形成されていることを特徴とする電池。 - 前記複数の集電タブの幅方向において、前記接合部の幅Ｃと前記複数の集電タブの幅Ｅとは以下の関係を満たすことを特徴とする請求項１に記載の電池。
Ｃ≦２Ａ−Ｅ
（Ａは、前記複数の集電タブを構成するそれぞれの集電タブの幅Ａである。） - 請求項１に記載の電池の製造方法であって、前記複数の集電タブを構成するいずれの集電タブの幅端も横切らないように、前記保護リードに挟まれた前記複数の集電タブと前記リードとを超音波により接合することを特徴とする方法。
- 以下の関係を満たすように、前記保護リードに挟まれた前記複数の集電タブと前記リードとを超音波により接合することを特徴とする請求項３に記載の方法。
Ｃ≦２Ａ−Ｅ
（Ｃは前記超音波による接合部の幅であり、Ｅは前記複数の集電タブの幅であり、Ａは前記複数の集電タブを構成するそれぞれの集電タブの幅Ａである。）
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