JP5858091B2 - 角形二次電池の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、角形二次電池の製造方法に関する。

近年、ハイブリット型自動車など二次電池を駆動電源とする電気自動車が普及しつつあるが、電気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であると、正負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高出力電池では、電流を安定して取り出すために、正負芯体の露出部分に集電板を溶接し、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。また、集電板と正負芯体との接続点が多いほど安定して大電流を取り出せることから、溶接箇所を２箇所以上とすることが行われている（特許文献１参照）。

しかし、抵抗溶接において溶接箇所を複数とすると、図２４に示すように、電流が集電板の横方向にも広がり、先に溶接した箇所を介して電流が流れる。この電流は、溶接に役立たない無効電流となるので、所望の溶接箇所に必要な電流を流すことができ難くなる。その一方、溶接箇所に十分な電流を流すために電圧を大きくすると、スパッタが発生するなどして良質の溶接が行えないと共に、電気エネルギーの無駄使いになるという問題がある。

また、下記特許文献２、３では、芯体の面方向端縁の同一面上に集電板を複数の部材に分割して配置し、それぞれの集電板に一対の溶接用電極を接触させ、溶接電流を流す技術が提案されている。しかしながら、下記特許文献２、３に記載の技術では、芯体の端縁と集電板とを溶接するため、溶接面積を大きくし難く、集電効率を十分に向上させ難い。また、芯体の端縁は強度が弱いので十分な溶接強度を得難い。さらに溶接に際して特殊な手法を用いる必要があるので、その分、電池の生産性が低下するという問題がある。

特開２００６−１２８３０号公報 特開２００２−１６４０３５号公報 特開２００２−１８４４５１号公報

集電部材と芯体露出部の溶接作業中に部材同士が無用に接触し無駄な電流が流れるという課題がある。

上記課題を解決するための角形二次電池の製造方法は、
第１電極と第２電極を含む扁平状電極体と、
開口部及び底部を有し、前記扁平状電極体を収容する角形電池ケースと、
前記開口部を封口する封口板と、を備えた角形二次電池であって、
前記扁平状電極体は、一方の端部に巻回された前記第１電極の芯体露出部を有し、他方の端部に巻回された前記第２電極の芯体露出部を有し、
前記巻回された第１電極の芯体露出部を前記巻回された第１電極の芯体露出部の巻回軸に沿って見たとき、前記巻回された第１電極の芯体露出部は、前記芯体露出部が束ねられた厚みの小さい部分と、前記厚みの小さい部分よりも前記封口板側に位置し前記厚みの小さい部分よりも厚みの大きい第１の部分と、前記厚みの小さい部分よりも前記底部側に位置し前記厚みの小さい部分よりも厚みの大きい第２の部分を有し、
前記巻回された第１電極の芯体露出部には集電部材が抵抗溶接されており、
前記集電部材は、前記厚みの小さい部分の前記第１電極の芯体露出部の積層方向における最外面側に前記最外面に沿うように配置される板状の第１領域と、前記第１領域の前記封口板側の端部から前記扁平状電極体における前記封口板の端部よりも前記封口板側まで延びる第２領域を有し、
前記第１領域の前記封口板側の端部には、前記第２領域が前記厚みの小さい部分から離れるように折れ曲がる折れ曲がり部が設けられている角形二次電池の製造方法であって、
前記第２領域と前記巻回された第１電極の芯体露出部の最外面の間に絶縁フィルムを配置した状態で、前記厚みの小さい部分に前記第１領域を抵抗溶接する。

このような製造方法では、集電部材の２領域と巻回された第１電極の芯体露出部の最外面が無用に接触し無駄な電流が流れることを防止できる。

その他の発明は、一方の端部に積層された第１電極の芯体露出部を有し、他方の端部に積層された前記第１電極とは極性の異なる第２電極の芯体露出部を有する扁平状電極体と、前記扁平状電極体を収容する角形電池ケースと、前記角形電池ケースを封口する封口板と、
前記封口板に設けられた貫通穴に挿設され、電池内部側から電池外方に突き出た外部出力端子と、を備え、前記外部出力端子と前記第１電極とが通電可能に接続された角形二次電池の製造方法において、
前記封口板の貫通穴に前記外部出力端子を挿入し、前記外部出力端子と集電第１部材を通電可能に接続する６−１工程と、
前記積層された第１電極の芯体露出部の扁平部分における前記第１電極の芯体露出部の積層方向の最外面に設定された第１溶接予定部に、前記集電第１部材を配置し、前記第１電極の芯体露出部の積層方向で前記集電第１部材と前記芯体露出部とを抵抗溶接する６−２工程と、
前記扁平部分における前記第１電極の芯体露出部の積層方向の最外面であって前記第１溶接予定部から離間し且つ前記集電第１部材と部材同士が接触しない位置に設定された第２溶接予定部に、集電第２部材を配置し、前記第１電極の芯体露出部の積層方向で、前記集電第２部材と前記芯体露出部とを抵抗溶接する６−３工程と、
前記６−１〜６−３工程が終了した後に、前記集電第１部材と前記集電第２部材とを前記第１電極の芯体露出部を介する経路とは別の経路で通電可能に接続する６−４工程と、を備えることを特徴とする。

この構成では、先ず外部出力端子に集電第１部材を接続し、しかる後にこの集電第１部材を第１電極の芯体露出部が突出した電極体端部の扁平部分に抵抗溶接する。この手順であると、電池組み立てにおける作業性がよい。ここで外部出力端子と集電第１部材の接続は、両者を直接接続してもよいし、他の導電部材を介してしてもよい。また、外部出力端子と集電第１部材との間に電流遮断機構を介在させることもできる。

第８の発明は、上記第７の発明にかかる角形二次電池の製造方法において、前記集電第２部材として、延長部を有する連結型の集電第２部材を用い、前記６-４工程が、前記集電第２部材の延長部を前記集電第１部材の上面に抵抗溶接して前記集電第１部材と前記集電第２部材とを通電可能に接続する工程であり、前記各部材の抵抗溶接側の面のうち、少なくとも、前記集電第１部材の前記第１溶接予定部に当接する部分、および前記集電第２部材の前記第２溶接予定部に当接する部分、並びに前記集電第２部材の延長部のうち前記集電第１部材に抵抗溶接する部分、の各部分を除く各部材の抵抗溶接側の面に、抵抗溶接に先だって絶縁フィルムを設けることを特徴とする。

この構成では、集電第１部材および連結型集電第２部材の溶接予定部分を除く周辺部（非溶接予定部分）に絶縁フィルムを設けた後に電気抵抗溶接を行う。この構成であると、溶接作業中に部材同士が無用に接触し無駄な電流が流れることを防止できるので、作業性良く良質の抵抗溶接を行うことができる。

本発明にかかる角形二次電池の製造方法は、電極芯体露出部に集電部材を取り付ける抵抗溶接作業おいて、集電部材の２領域と巻回された第１電極の芯体露出部の最外面が無用に接触し無駄な電流が流れることを防止できる。

図１は、実施の形態１にかかる角形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模式図である。 図３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 の正面模式図である。 図４は、実施の形態１にかかる集電系各部材を芯体露出部に取り付ける手順 を示す断面模式図である。 図５は、受け部材を使用しない実施の形態２にかかる扁平状電極体の断面模 式図である。 図６は、実施の形態３にかかる扁平状電極体の正面模式図である。 図７は、実施の形態３にかかる集電系各部材を取り付ける製造手順を説明す るための断面模式図であり、図７（ａ）は連結型集電第２部材を示す図、図７（ｂ） は第１溶接予定部および第２溶接予定部における抵抗溶接作業を示す図、図７（ｃ） は溶接予定部１０３のインダイレクト抵抗溶接作業を示す図である。 図８（ａ）は実施の形態４にかかる切欠きを形成した電極芯体の正面模式図 であり、図８（ｂ）は芯体切欠き部を有する扁平状電極体の側面模式図である。 図９は、集電系各部材が取り付けられた実施の形態４にかかる扁平状電極体 の正面模式図である。 図１０は、実施の形態４にかかる集電系各部材を扁平状電極体に取り付け る製造手順を説明するための断面模式図である。 図１１は、実施の形態５にかかる集電系各部材を扁平状電極体に取り付け る製造手順を説明する断面模式図であり、図１１（ａ）は連結型集電第１部材を示す 図、図１１（ｂ）は第１溶接予定部および第２溶接予定部における抵抗溶接作業を示 す図、図１１（ｃ）は溶接予定部１０３の抵抗溶接作業を示す図である。 図１２（ａ）は実施の形態６にかかる扁平状電極体の正面模式図であり、 図１２（ｂ）は集電系各部材を取り付けるレーザ溶接の様子を示す断面模式図である。 図１３は、実施の形態７にかかる集電系各部材が取り付けられた扁平状電 極体の断面模式図である。 図１４は実施の形態７の他の態様を示す断面模式図である。 図１５は、実施の形態８にかかる正極集電第１部材の形状を示す斜視図で ある。 図１６は、封口板に外部出力端子および集電第１部材を取り付けた封口体 部分を示す断面摸式図である。 図１７は実施の形態８にかかる集電第１部材を積層芯体露出部に抵抗溶接 する様子を示す図である。 図１８は実施の形態８にかかる連結型集電第２部材を積層芯体露出部に抵 抗溶接する様子を示す図である。 図１９は実施の形態８にかかる集電第１部材と連結型集電第２部材とを抵 抗溶接する様子を示す図である。 図２０は、実施の形態８にかかる電池の断面摸式図である 図２１（ａ）は参考例１にかかる、集電体が取り付けられた扁平状電極体 の正面模式図であり、図２１（ｂ）はその断面模式図である。 図２２は、スリットが形成された参考例２にかかる集電体が取り付けられ た扁平状電極体の正面模式図である。 図２３は、孔空き部が形成された参考例３にかかる集電体が取り付けられ た扁平状電極体の正面模式図である。 図２４は、従来型の集電板を抵抗溶接する際に無効電流が発生する理由を 説明する図である。

（実施の形態１）
本発明製造方法を角形リチウムイオン二次電池に適用した場合について、図面を用いて説明する。図１は、本実施の形態１にかかる角形リチウムイオン二次電池の外観を示す斜視図であり、図２は、実施の形態１の角形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模式図である。

図１に示すように、本実施の形態１に係る角形リチウムイオン二次電池は、角形の電池ケース１と、電池ケース１の開口を封止する封口板２を備える封口体と、封口体から外方に突出した正極外部出力端子５、負極外部出力端子６と、を有している。

上記正極板１１と負極板１２とが、ポリエチレン製などの樹脂製微多孔膜からなるセパレータを介して巻回され、押圧されて、扁平状の電極体１０が作製される。電極体１０の両端面のそれぞれには、正負電極芯体が突出している。

正極側の端面について詳しく説明する。図３に示すように、扁平状電極体１０の端面に突出した正極積層芯体露出部１１ｃの偏平部分に設定された第１溶接予定部１０１に、正極集電第１部材１３が溶接され、第１溶接予定部１０１から離れた位置に設定された第２溶接予定部１０２に、正極集電第２部材１４が溶接されている。また、図４に示すように、正極集電第１部材１３と正極集電第２部材１４の向かい合う端部同士が接触し合わないように、両部材は離間配置されている。

また、正極集電第１部材１３と正極集電第２部材１４との両部材の離間部分には、離間部分を跨ぐように正極導電性連結部材１５が配置され、この導電性連結部材１５と正極集電第１部材１３および正極集電第２部材１４とが、溶接点１０３・１０３でそれぞれ溶接
されている。これにより正極積層芯体露出部１１ｃ、正極集電第１部材１３、正極集電第２部材１４、および正極導電性連結部材１５の各部材が通電可能に連結結合されている。さらに正極集電第１部材１３の延長部分が直接またはリード線を介して正極外部出力端子に接続されている。以下では、このような集電構造を集電系構造と称し、この構造で使用する、各部材を集電系部材と称する。

また、上記第１溶接予定部１０１及び第２溶接予定部１０２は、溶接終了後に第１溶接部１０１、第２溶接部１０２となる。また、この実施の形態１では、負極側についても同様の集電系構造が採用されているが、負極側については、正極側と構造が同様であるのでその説明を省略する。

この実施の形態１では、正極芯体、正極集電第１部材、正極集電第２部材、正極導電性連結部材の各部材には、アルミニウム製が使用されており、負極側各部材には銅製が使用されている。

集電系各部材が溶接された電極体１０は、非水電解質とともに上記電池ケース１内に収容され、正極集電第１部材１３及び負極集電第１部材１６の先端がそれぞれ正負外部出力端子５，６に通電可能に接続されている（不図示）。なお、外部出力端子への接続は、正負集電第１部材１３の延長部分にさらにリード線を介在させて接続することもできる。

図２に示すように、正負電極板はともに、箔状の芯体に正負活物質層１１ａ，１２ａが形成され、長手方向に沿った一方の端部に正負芯体露出部１１ｂ，１２ｂが形成されている。このような正負電極板を、渦巻き電極体の一方の端部から正極芯体露出部１１ｂが突出し、他方の端部から負極芯体露出部１２ｂが突出するようにセパレータを介して重ね合わせた後、巻回する。その後プレスして扁平状の電極体を作製する。この突出した正負電極芯体露出部１１ｂ・１２ｂが、積層芯体露出部１１ｃ・１２ｃとなる。なお、長手方向に沿った両方の端部に芯体露出部を形成することも可能であるが、このようにすると、重量エネルギー密度が低下する。

上記構造の角形リチウムイオン二次電池の作製方法の詳細を説明する。

＜正極板の作製＞
コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ_２）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、帯状のアルミニウム箔（厚さが２０μｍ）からなる正極芯体の両面に、この正極活物質スラリーを均一な厚みで塗布した。ただし、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１１ｂを形成した。

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て、正極板を作製した。このようにして作製した正極板を幅が１００ｍｍとなる短冊状に切り出し、幅が１０ｍｍの帯状のアルミニウムからなる正極芯体露出部１１ｂを設けた正極板１１を得た（図２（ａ））。

なお、正極活物質としては、上記コバルト酸リチウム以外にも、例えばニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉＯ_２）、マンガン酸リチウム（ＬｉＭｎ_２Ｏ_４）、鉄酸リチウム（ＬｉＦ
ｅＯ_２）、またはこれらの酸化物に含まれる遷移金属の一部を他の元素で置換した酸化物等のリチウム含有遷移金属複合酸化物を単独で、あるいは二種以上を混合して用いることができる。

＜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、帯状の銅箔（厚さが１２μｍ）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た。ただし、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、その芯体を露出させて、負極芯体露出部１２ｂを形成した。

この極板を乾燥機内に通して水分を除去し、乾燥極板を作製した。その後、この乾燥極板を、ロールプレス機によりその厚みが０．０５ｍｍとなるように圧延して、負極板を作製した。このようにして作製した負極板を幅が１１０ｍｍとなる短冊状に切り出し、幅が８ｍｍの帯状の負極芯体露出部１２ｂを設けた負極板１２を得た（図２（ｂ））。

なお、負極活物質としては、上記人造黒鉛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ができる。

＜電極体の作製＞
上記正極板と負極板と樹脂製微多孔膜（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複数枚直接重なり、異なる芯体露出部同士が巻回方向に対し互いに逆向きに突出し、かつ異なる活物質層間には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重ね合わせ、巻き取り機により巻回した後、絶縁性の巻き止めテープを設け、しかる後にプレスして扁平状の電極体を完成させた。

＜集電系各部材の取り付け＞
図３、図４（ａ）〜（ｂ）に示すがごとく、扁平状電極体１０の巻回方向に直交する方向の両端部のそれぞれに突出した正負積層芯体露出部の平坦部分（扁平部分ともいう）に集電系各部材を配置した。図３は集電系各部材が溶接配置された後の扁平状電極体を示す正面模式図である。図４は、正極芯体露出部の巻回方向に直交する断面を模式的に示した断面模式図であり、図４（ａ）は、集電第１部材１３と第１の受け部材１９、及び集電第２部材１４と第２の受け部材２０とで積層芯体露出部１１ｃを挟み、それぞれを抵抗溶接する様子を示す図であり、図４（ｂ）は、この抵抗溶接の後、集電第１部材１３と集電第２部材１４とが導電性連結部材１５で連結された様を示す図である。

なお、本明細書では、扁平状電極体の電極板面を見る方向を正面（正面視）とし、電極体の側面を見る方向を側面とし、側面視における断面を模式的に表した図を断面模式図と称している。

集電系各部材の具体的な取り付け方法を、正極側集電系構造を例にして更に説明する。先ず、積層芯体露出部１１ｃの扁平部分の中央左側にアルミニウム製の正極集電第１部材１３（以下、「正極」を省略して記載する）を配置し、その反対面にアルミニウム製の第１の受け部材１９を配置する。溶接用電極棒の先端が互いに対向するように、集電第１部材１３と第１の受け部材１９のそれぞれに電極棒１０４・１０４の先端を当接させ、両部
材間に電流を流す。これにより、集電第１部材１３と積層芯体露出部１１ｃと第１の受け部材１９とが抵抗溶接される。この抵抗溶接部分が第１溶接部１０１であり、溶接前の当該部分を第１溶接予定部１０１と称している。

続いて積層芯体露出部１１ｃの中央右側に、上記集電第１部材１３の端部に接触しないように離間させて集電第２部材１４を配置し、対向面側に第２の受け部材２０を配置する。上記と同様にして、両部材のそれぞれに電極棒先端１０４’・１０４’を当接させ電流を流す。これにより、集電第２部材１３と積層芯体露出部１１ｃと第２の受け部材２０とが抵抗溶接される（図４（ａ）参照）。この抵抗溶接部分が第２溶接部１０２であり、溶接前の当該部分を第２溶接予定部１０２と称している。

更に続いて、抵抗溶接法で固定された集電第１部材１３および集電第２部材１４の離間部分を跨ぐようにして、導電性連結部材１５を配置する。そして、集電第１部材１３と重なり合った部分および集電第２部材１４と重なり合った部分（溶接点１０３・１０３）において、導電性連結部材１５と集電第１部材１３および集電第２部材１４とをレーザ溶接する（図４（ｂ）参照）。レーザ溶接に際しては、導電性連結部材の端部にレーザを照射するのがよい。なお、当該部分の溶接を超音波溶接法を用いて行ってもよい。

負極側についても、上記と同様に溶接作業を行った。

＜電解液の作製＞
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ＬｉＰＦ_６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。

なお、リチウムイオン二次電池を例とするこの実施の形態の非水溶媒は、上記の組み合わせに限定されるものではない。例えばエチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、γ−ブチロラクトン等のリチウム塩の溶解度が高い高誘電率溶媒と、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、１，２−ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、アニソール、１，４−ジオキサン、４−メチル−２−ペンタノン、シクロヘキサノン、アセトニトリル、プロピオニトリル、ジメチルホルムアミド、スルホラン、蟻酸メチル、蟻酸エチル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、プロピオン酸エチル等の低粘性溶媒とを混合させて用いることができる。さらに、前記高誘電率溶媒や低粘性溶媒をそれぞれ二種以上の混合溶媒とすることもできる。また、電解質塩としては、上記ＬｉＰＦ_６以外にも、例えばＬｉＮ（Ｃ_２Ｆ_５ＳＯ_２）_２、ＬｉＮ（ＣＦ_３ＳＯ_２）_２、ＬｉＣｌＯ_４またはＬｉＢＦ_４等を単独で、あるいは２種以上混合して用いることができる。

＜電池の組み立て＞
扁平状電極体の正極集電第１部材１３の一方端部を正極外部出力端子５に接続し、負極集電第１部材１６の一方端部を負極外部出力端子６に接続し、封口板２に絶縁性のガスケット（図示せず）を介してカシメ接合する。次いで封口板２と結合させた電極群１０を電池ケース１内に挿入し、電池ケース１の開口部に封口板２を嵌合させ、封口板２の周囲と電池ケース１の接合部をレーザ溶接し、封口板２に設定された電解液注入孔（図示せず）から所定量の上記電解液を注入した後、この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を完成させた。

ここで、「第１溶接予定部」（第１溶接部でもある）および「第２溶接予定部」（第２溶接部でもある）は、それぞれ少なくとも１つ存在している必要があるが、集電第１部材
と積層芯体露出部との溶接、及び、集電第２部材と積層芯体露出部との溶接は、一箇所に限定されるものでなく、複数箇所でもよい。これは以下に記載する他の実施の形態においても同様である。

〔実施の形態２〕
実施の形態２にかかる集電系構造を図５に示す。実施の形態２は、集電第１部材および集電第２部材を受ける受け部材１９・２０を用いないこと以外は、上記実施の形態１と同様である。実施の形態２では、集電第１部材と積層芯体露出部１１ｃとを電極棒で挟み通電することにより集電第１部材と積層芯体露出部を抵抗溶接し、集電第２部材と積層芯体露出部１１ｃについても同様に抵抗溶接し、この後、導電性連結部材１５の所定部位をレーザ溶接する。

この実施の形態２では、受け部材１９・２０を用いない点において、実施の形態１に比較し部品数を低減できるメリットがある。ただし、受け部材を介さずに抵抗溶接棒を直接積層芯体露出部１１ｃに接触させるため、薄膜からなる積層芯体露出部１１ｃが損傷され易いというデメリットがある。

〔実施の形態３〕
実施の形態３は、上記実施の形態１における集電第２部材１４と導電性連結部材１５とを一体化した連結型集電第２部材２１が使用されている。図６に、実施の形態３にかかる集電系構造の正面模式図を示し、図７（ａ）に連結型集電第２部材２１の側面形状を示す。図７（ａ）に示すように、連結型集電第２部材２１は集電第２部材に相当する本体部２１ａと、集電第１部材との連結のための延長部２１ｂとを有する形状である。

図７（ａ）〜（ｃ）を参照しつつ、実施の形態３にかかる集電系構造の製造手順を説明する。先ず上記実施の形態１と同様にして、集電第１部材１３とその受け部材である第１の受け部材１９とで積層芯体露出部１１ｃを挟み、三者を抵抗溶接する。この後、集電第１部材１３の端部と連結型集電第２部材２１の本体部２１ａとを離間させ、かつ連結型集電第２部材２１の延長部２１ｂの先端側が集電第１部材１３の上に位置するようにして、芯体露出部上に連結型集電第２部材本体部２１ａを配置する。この際、連結型集電第２部材の延長部２１ｂが集電第１部材１３の上面に接触しないように両部材間に若干の隙間を空けておく（図７（ｂ）参照）。

両部材間も若干の隙間を空ける手段としては、例えば連結型集電第２部材２１の本体部２１ａの底面から延長部２１ｂの下面までの高さＨを、集電第１部材１３の厚みよりも僅かに高く形成する。また、連結型集電第２部材の延長部２１ｂの下面または集電第１部材の対応部分に溶接熱で飛散し除去できる程度の薄い樹脂製絶縁性被膜を粘着しておく等するのもよい。

連結型集電第２部材２１の本体部２１ａの対向側に第２の受け部材２０を配置し、本体部２１ａと積層芯体露出部１１ｃと第２の受け部材２０とを電極棒１０４で挟んで抵抗溶接する（図７（ｂ）参照）。この後、連結型集電第２部材２１の延長部２１ｂを積層芯体露出部１１ｃ側に押圧して、延長部２１ｂの下面を集電第１部材１３の上面に接触させ、延長部２１ｂの上面に電極棒１０４’を当接する一方、集電第１部材面であって電極棒１０４’の近傍に電極棒１０４を当接する。両電極棒間に電流を流し、連結型集電第２部材２１の延長部２１ｂの下面と集電第１部材１３の上面とを抵抗溶接（インダイレクト式抵抗溶接）する。

なお、連結型集電第２部材２１の延長部２１ｂの下面と集電第１部材１３の上面との溶接には、他の溶接法（例えばレーザ溶接法）を用いてもよい。これら以外の事項について
は上記実施の形態１と同様に行う。

実施の形態３では、別部材としての導電性連結部材を必要としないので、上記実施の形態１に比較し、部材数と溶接箇所数の低減を図ることができる。よって、上記実施の形態１に比較し生産性が向上する。

〔実施の形態４〕
実施の形態４にかかる集電系構造を図８〜１０に示す。図８（ａ）は、芯体露出部１１ｂの一部が切欠かれた様子を示す正面模式図であり、図８（ｂ）は積層芯体露出部１１ｃの芯体切欠き部２６を示す側面模式図である。図９は、集電系各部材が取り付けられた扁平状電極体の正面模式図、図１０はその断面模式図であり、抵抗溶接の様子を示す。

図８〜図１０に示すように、実施の形態４は、積層芯体露出部１１ｃの平坦部の１部に芯体切り欠き部２６を形成した点に特徴を有し、これ以外の部材形状は上記実施の形態３と同様であり、製造方法については、集電第１部材１３とこれに重なり合う連結型集電第２部材２１の延長部２１ｂとの溶接方法が異なるのみであり、これ以外については上記実施の形態３におけると同様である。

なお、芯体切欠き部２６は、活物質を有する電極芯体部分（電極本体部分）を切欠いたものではないので、発電容量の低下を生じることはない。

図１０に、実施の形態４にかかる角形二次電池の製造方法における特徴部分が示されている。この実施の形態では、第１溶接予定部１０１と第２溶接予定部１０２との間に芯体切欠き部２６が設けられているので、この部分においては、積層芯体露出部１１ｃに邪魔されることなく、溶接用電極棒１０４’を対向側にまで挿入することができる。芯体切欠き部２６を活用した溶接作業を、次のようにして行う。

先ず、集電第１部材１３の端部が芯体切欠き部２６上に位置するように集電第１部材１３を積層芯体露出部１１ｃ面に配置すると共に、対抗側の積層芯体露出部面の芯体切欠き部２６を塞がない位置に第１の受け部材を配置する。この状態で第１溶接予定部１０１を抵抗溶接する。

次に連結型集電第２部材２１の本体部２１ａが芯体切欠き部２６を塞がず且つその延長部２１ｂが上記集電第１部材１３の端部に重なるように連結型集電第２部材２１を配置する。この配置においては、連結型集電第２部材２１の本体部２１ａは積層芯体露出部１１ｃ面に接触し、延長部２１ｂは集電第１部材１３に接触しないようにする。次いで、連結型集電第２部材２１の本体部２１ａの対向側に第２の受け部材２０を積層芯体露出部１１ｃ面に配置する。この後、連結型集電第２部材２１の本体部２１ａと積層芯体露出部１１ｃと第２の受け部材２０とを抵抗溶接する。抵抗溶接の方法については、上記実施の形態３と同様である。

次いで、連結型集電第２部材２１の延長部２１ｂを上方から押圧することにより、延長部２１ｂの下面と集電第１部材端部の上面とを接触させ、延長部２１ｂの上面に電極棒１０４を当接すると共に、下方から集電第１部材端部の下面に電極棒１０４'を当接して両電極棒間に電流を流す。これにより、連結型集電第２部材２１の延長部２１ｂと集電第１部材端部とが抵抗溶接される。なお、電極棒１０４’が、芯体切欠き部２６を通って集電第１部材端部の下面に当接することになる。

実施の形態４では、連結型集電第２部材２１を用いるので、部材数および溶接箇所を低減でき、また、芯体切欠き部２６を設けたことにより、集電第１部材１３と連結型集電第
２部材２１とを上下から挟み込んで抵抗溶接することができるので、作業性がよく、良質の溶接を行える。

〔実施の形態５〕
実施の形態５にかかる集電系構造を図１１に示す。実施の形態５では、図１１（ａ）〜（ｃ）に示すように、部材相互を連結するための延長部２４ｂを有する連結型集電第１部材２４と延長部２２ｂを有する連結型集電第２部材２２とが用いられる。

実施の形態５においては、連結型集電第１部材２４と連結型集電第２部材２２のそれぞれの延長部を芯体切欠き部２６上で重ね合わせて、当該部分を抵抗溶接する点において上記実施の形態４と異なるが、その他の点は上記実施の形態４と同様である。この実施の形態においても、上記実施の形態４と同様な作用効果が得られる。

なお、実施の形態４，５では、芯体切欠き部を有する積層芯体露出部に対して、延長部を有する連結型集電第２部材、または延長部を有する連結型集電第１部材と延長部を有する連結型集電第２部材とを使用したが、芯体切欠き部を形成しない積層芯体露出部に対して、これら延長部を有する連結型部材を使用することもできる。

また、実施の形態４，５においては、溶接点１０３の溶接を、抵抗溶接法に代えてレーザ溶接法や超音波溶接法を使用してもよい。レーザ溶接法や超音波溶接法を用いる場合においても、芯体切欠き部２６を活用することにより溶接作業性を高めることができる。

〔実施の形態６〕
実施の形態６にかかる集電系構造を図１２に示す。図１２（ａ）は集電系部材が配置された扁平状電極体１０の正面模式図、図１２（ｂ）はその断面模式図であり、溶接状況を示している。実施の形態６では、一方端部が棚部分を有するＬ形状となった連結型集電第１部材２５と、上記Ｌ形状の棚部分に対偶する形状の延長部を有する連結型集電第２部材２３とが使用されている。

この実施の形態においては、上記実施の形態３において説明したと同様、連結型集電第１部材２５と連結型集電第２部材２３のそれぞれの溶接予定部１０１・１０２を抵抗溶接する際には、連結型集電第１部材２５の棚部分 または／および これに対偶する連結型集電第２部材２３の延長部分の下面には、例えば絶縁性フィルムを配する等して両部材の対偶面同士が接触しないようにして、両部材間に無効電流が流れないようにしておく。そして、第１溶接予定部１０１と第２溶接予定部１０２における抵抗溶接作業が終了した後に、両部材の境界にレーザ光１０５を照射し溶接予定部１０３を溶接する。これ以外の事項については、上記実施の形態３と同様に行う。

この実施の形態では、連結型集電第１部材２５と連結型集電第２部材の端部同士が、Ｌ面で面対偶しているので、接触状態が安定であり、かつ接触面積が大きいので電気抵抗を小さくできるというメリットがある。なお、溶接点１０３の溶接は、レーザ光に代えて、超音波を用いた超音波溶接法を用いることもできる。

〔実施の形態７〕
実施の形態７にかかる集電系構造を図１３に示す。実施の形態７は、延長部分を有しない集電第１部材１３を使用し、延長部分１５ａを有する導電性連結部材１５を使用する点において、上記実施の形態１と相違している。この実施の形態では、集電第１部材１３と集電第２部材１４の両部材の上面に延長部分１５ａを有する導電性連結部材１５をレーザ溶接し、導電性連結部材１５の延長部１５ａを介して正極外部出力端子５と通電可能に接続する。この実施の形態においても、上記実施の形態１と同様の作用効果が得られる。

ここで、集電第１部材や集電第２部材などの集電部材は、電気抵抗を低減するために、芯体露出部との接触面積が大きい方がよい。他方、受け部材は、溶接部分の強度を高めることを主目的とする部材であるので、集電部材よりも面積が小さいものでよい。ただし、図１３に示すように形状に特段の違いがない場合
においても、部材を特定するための都合上から、本明細書においては、一方を集電部材とし、他方を受け部材と称している。

また、図１３においては、集電部材側に受け部材を配置した構造を示したが、図１４に示すように、受け部材側に導電性連結部材１５を配置してもよく、さらに、上記実施の形態３，４，５，６において、集電第１部材以外の部材を介して外部出力端子に接続する構成を採用することもできる。

〔実施の形態８〕
実施の形態８では、先ず外部出力端子、封口板、集電第１部材を組み合わせた後に、電極体にこの集電第１部材と連結型集電第２部材をそれぞれ抵抗溶接し、しかる後に集電第１部材に連結型集電第２部材を抵抗溶接する。以下では正極集電系の作製手順について図１５〜２０を用いて説明するが、負極集電系についても同一形状の部材を用いて正極集電系と同様に行えばよい。

図１５は集電第１部材３０の形状を示す斜視図である。この集電第１部材３０は、アルミニウム板を加工した正面視Ｌ字の集電部材であり、電極体の芯体露出部に溶接するための胴部３０ａと、外部出力端子５に接続するための頭部３０ｂと、胴部３０ａと頭部３０ｂとを繋ぐ首部３０ｄとからなる。そして頭部３０ｂには、外部出力端子５の下端を嵌めこむための取付け穴３０ｃが設けられている。

図１６に、封口板２に外部出力端子５、絶縁部材３３、及び集電第１部材３０を取り付けて、各部材を一体化させた封口体部分の断面図を示す。図１６に示すように、封口板２の下面と集電第１部材３０との間、および封口板２の上面と外部出力端子５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の周囲には、絶縁部材３３が配置され、封口板２と、集電第１部材３０及び外部出力端子５との間を絶縁している。

封口体部分の組み立ては次のように行う。封口板２の所定部分に絶縁部材３３を配置する。封口板２の内側に位置する絶縁部材上に、封口板２の貫通穴２ａと集電第１部材３０の取付け穴３０ｃとが重なるように位置させる。しかる後に、外部出力端子５を貫通穴２ａおよび集電第１部材３０の取付け穴３０ｃに挿通する。この状態で外部出力端子５の下部を拡径して集電第１部材３０と共に外部出力端子５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５と集電第１部材３０とが通電可能に接続される。

このようにして外部出力端子５と共に封口板２に固定された集電第１部材３０を、外部出力端子接続済み集電第１部材と称することとする。

図１７〜１９に基づいて、電極体への集電系部材の取付け手順を説明する。図１７に示すように、外部出力端子接続済み集電第１部材３０の胴部３０ａの一方面（電極体芯体露出部に当接させる側の面）のうち、電極体芯体露出部の第１溶接予定部１０１に当接させ溶接する部分を除き、第１溶接予定部１０１の周辺を絶縁フィルム３２で覆う。また、第１の受け部材１９の一方面にも、第１溶接予定部１０１に当接させ溶接する部分を除いて絶縁フィルム３２を貼着する。

絶縁フィルム３２が貼着された集電第１部材の胴部３０ａを積層芯体露出部１１ｃの扁平部分の中央左側に配置し（図２、３参照）、その反対面に絶縁フィルム３２を貼着した第１の受け部材１９を対向配置する。しかる後、集電第１部材の胴部３０ａ面と第１の受け部材１９のそれぞれに電極棒１０４・１０４の先端を当接させ、両部材間に電流を流す。これにより、集電第１部材の胴部３０ａと積層芯体露出部１１ｃと第１の受け部材１９とが抵抗溶接される。

次に集電第１部材と離れた積層芯体露出部１１ｃの他の領域に連結型集電第２部材３１を抵抗溶接する。実施の形態で使用する連結型集電第２部材３１は、図１８正面視に示すように、集電第１部材に接続する側が「く」の字状に折れ曲がり立ち上がった形状であり、図２０平面視に示すように集電第１部材に接続する側がやや幅狭になった帯状の部材である。なお、図２０は実施の形態８の集電系構造を示す断面模式であり、図１におけるｘ-ｘ矢視方向からの切断面を示す。

集電第１部材の場合と同様にして、連結型集電第２部材３１についても、電極体芯体露出部の第２溶接予定部１０２に当接させ溶接する部分及び集電第１部材に当接させ溶接する部分を除き、積層芯体露出部１１ｃ側に向ける面には絶縁フィルム３２を貼着する。また、第２の受け部材２０の一方面にも、第２溶接予定部１０２に当接させ溶接する部分を除いて絶縁フィルム３２を貼着する。

次いで絶縁フィルム３２を貼着した上記連結型集電第２部材３１および第２の受け部材２０を、集電第１部材と離れた積層芯体露出部１１ｃの他の領域にあてがい、図１８に示すようにして電気抵抗溶接する。

この後、図１９（ａ）に示すように、連結型集電第２部材３１の「く」字状に反った先端側部分を上方から押さえて、集電第一部材の胴部３０ａの上面に当接させ、この状態で図１９（ｂ）に示すようにして、集電第１部材３０と連結型集電第２部材３１に電極棒１０４・１０４’を当てがい電流を流して電気抵抗溶接する。これにより電極体（正極）と連結型集電第２部材３１、集電第１部材３０および外部出力端子５とが通電可能に接続される。

なお、集電第１部材と集電第２部材とを電極体に接続する順序は問わないので、先に連結型集電第２部材を芯体露出分に抵抗溶接した後に、外部出力端子接続済み集電第１部材を芯体露出分に抵抗溶接し、しかる後に両部材を抵抗溶接してもよい。また、上記で記載した事項以外の事項、例えば集電系部材の材質、その他の電池構成部材の材質、製造方法などは、上記実施の形態１等の記載に従えばよい。

他方、この実施の形態においては、絶縁フィルムが使用されるが、絶縁フィルムは主に電気抵抗溶接時に部材同士が接触して無用な電流が消費されるのを防止するものであるので、電気抵抗溶接に先だって各部材に貼着する必要がある。

絶縁フィルムの材質としては、好ましくは溶解温度が２００℃以上であり、溶着温度が７０℃〜１５０℃で、かつ電解質に対する耐薬品性を有する熱可塑性絶縁フィルムを用いる。例えばこの条件を満たす、ゴム系シール材、酸変性ポリプロピレン系熱溶着性樹脂、ポリオレフィン系熱溶着性樹脂などを使用する。また、表面に糊材が添着されたポリイミドテープ、ポリプロピレンテープ、ポリフェニレンサルファイドテープなどを使用する。

実施例により、本発明角形二次電池の集電における優位性を説明する。

（実施例１）
上記実施の形態３と同様にして、実施例１の角形リチウムイオン二次電池を作製した。

（実施例２）
上記実施の形態４と同様にして、実施例２の角形リチウムイオン二次電池を作製した。

（参考例１）
図２１（ａ）、（ｂ）に示す従来例にかかる角形リチウムイオン二次電池を作製した。すなわち、従来タイプの集電板２０１を、積層芯体露出部１１ｃの扁平部分に溶接部１及び溶接部２の二箇所で抵抗溶接した。これ以外は上記実施例１、すなわち実施の形態３と同様にして参考例１の角形リチウムイオン二次電池を作製した。

（参考例２）
図２２に示すように、第１溶接予定部１０１と第２溶接予定部１０２の間に、互い違いに切り込み２０３を入れた（スリットを入れた）集電板２０２を用い、この集電板２０２を積層芯体露出部１１ｃの扁平部分に第１溶接予定部１０１と第２溶接予定部１０２の二箇所で抵抗溶接した。これ以外は、上記実施例１（実施の形態３）と同様にして参考例２の角形リチウムイオン二次電池を作製した。

（参考例３）
図２３に示すように、第１溶接予定部１０１と第２溶接予定部１０２の間に、穴空き部２０５を形成した集電板２０４を用い、この集電板２０５積層芯体露出部１１ｃの扁平部分に第１溶接予定部１０１と第２溶接予定部１０２の二箇所で抵抗溶接した。これ以外は、上記実施例１（実施の形態３）と同様にして参考例３の角形リチウムイオン二次電池を作製した。

実施例１〜２及び参考例１〜３で使用した各部材は、材質、厚み、部材幅を同一とした。

〔溶接状態の良否〕
実施例１〜２、参考例１〜３の各電池をそれぞれ複数個作成し、集電系の電気抵抗値を調べた。また、第２溶接部（集電第２部材と第２受け部材間の溶接部）における溶接強度の良否を調べた。溶接強度の良否は、９〜１３例について集電第２部材と第２の受部材とを手で触れて部材が動くか否かで判定し、動くものを強度不十分とした。これらの結果を表１に示す。

表１から、実施例１，２、参考例１，３において抵抗値が低かったが、参考例２は抵抗値が大きかった。溶接強度については、実施例１および２におい溶接強度不十分なものはなかったが、参考例１〜３において溶接強度が十分でないのもが存在した。

すなわち、実施例１，２においては、一つの集電板を用いた参考例１と同等の良好な抵抗値（集電効率）を得られた。また、十分な溶接強度が得られた。これに対して、参考例１〜３では、溶接強度不足が生じる場合があり、実施例１，２に比較し溶接安定性が不十分であった。また、参考例２においては抵抗値が顕著に高かった。

この結果は次のように考えられる。参考例１〜３において、溶接強度の不足が見られた理由としては、参考例１〜３では、第２溶接予定部を溶接する際、既に溶接されている第１溶接部側に無効電流が流れるため、第２溶接部における溶接が不十分になり、溶接強度不足が生じることがあるためと考えられる。参考例２、３は、第１溶接予定部と第２溶接予定部との間にスリットや穴空き部を設けることにより、横方向（第１溶接予定部と第２溶接予定部相互間方向）への電流の流れを低減しようとするものであるが、表１の結果は、スリットや穴空き部を設けても十分に無効電流を小さくすることができないことを意味すると考えられる。第１溶接予定部と第２溶接予定部との間にスリットを形成した参考例２において抵抗値が顕著に高くなったのは、スリットを設けたことにより、狭く長い導電路が形成されため、これが抵抗値を増大させたものと考えられる。

（その他の事項）
本発明にかかる第１電極の電極芯体、集電第１部材（または連結型集電第１部材）、集電第２部材（または連結型集電第２部材）、導電性連結部材のそれぞれが、アルミニウム、アルミニウム合金であると、本発明作用効果が一層顕著に発揮されるが、これら各部材が、異なる金属からなるものであってもよい。なお、上記実施の形態では、正極の各部材をアルミニウム製とし、負極の各部材を銅製としたが、電極芯体の材質は電極の特性に応じて決められるものであり、上記実施の形態例に限定されるものではない。

また、上記実施の形態では、正負両電極に対して本発明にかかる集電系構造を採用したが、一方の電極のみに対してのみ本発明方法を適用してもよい。

また、本発明はリチウムイオン二次電池に限らず、ニッケル−水素蓄電池、ニッケル−カドミウム蓄電池等、他の角形二次電池の製造にも適用できる。また、上記実施の形態に
おいては、扁平状の巻回電極体を用いる例について説明したが、平板状の正・負極板を、セパレータを介して積層した電極体を用いた角形二次電池に対しても適用することができる。

また、本発明の要素である各部材の溶接用電極棒を当接させる部分に溶接用の凸部を設けるのもよい。凸部を設けると電流を溶接部に集中させ易い。

１ 外装缶
２ 封口板
２ａ 封口板貫通穴
５ 正極外部出力端子
６ 負極外部出力端子
１０ 電極体
１１ 正極板
１１ａ 正極活物質層
１１ｂ 正極芯体露出部
１１ｃ 正極積層芯体露出部
１２ 負極板
１２ａ 負極活物質層
１２ｂ 負極芯体露出部
１２ｃ 負極積層芯体露出部
１３、３０ 正極集電第１部材
１４ 正極集電第２部材
１５ 正極導電性連結部材
１６ 負極集電第１部材
１７ 負極集電第２部材
１８ 負極導電性連結部材
１９ 第１の受け部材
２０ 第２の受け部材
２１、２２、２３、３１ 連結型集電第２部材
２４、２５ 連結型集電第１部材
２６ 芯体切欠き部

３０ａ 集電第１部材胴部
３０ｂ 集電第１部材頭部
３０ｃ 取付け穴
３０ｄ 集電第１部材首部

３２ 絶縁フィルム
３３ 絶縁部材

１０１ 第１溶接予定部（第１溶接部）
１０２ 第２溶接予定部（第２溶接部）
１０３ 溶接予定部（溶接部）
１０４、１０４’ 溶接用電極棒
１０５ 溶接用レーザ

Claims (4)

1. 第１電極と第２電極を含む扁平状電極体と、
   開口部及び底部を有し、前記扁平状電極体を収容する角形電池ケースと、
   前記開口部を封口する封口板と、を備えた角形二次電池であって、
   前記扁平状電極体は、一方の端部に巻回された前記第１電極の芯体露出部を有し、他方の端部に巻回された前記第２電極の芯体露出部を有し、
   前記巻回された第１電極の芯体露出部を前記巻回された第１電極の芯体露出部の巻回軸に沿って見たとき、前記巻回された第１電極の芯体露出部は、前記芯体露出部が束ねられた厚みの小さい部分と、前記厚みの小さい部分よりも前記封口板側に位置し前記厚みの小さい部分よりも厚みの大きい第１の部分と、前記厚みの小さい部分よりも前記底部側に位置し前記厚みの小さい部分よりも厚みの大きい第２の部分を有し、
   前記巻回された第１電極の芯体露出部には集電部材が抵抗溶接されており、
   前記集電部材は、前記厚みの小さい部分の前記第１電極の芯体露出部の積層方向における最外面側に前記最外面に沿うように配置される板状の第１領域と、前記第１領域の前記封口板側の端部から前記扁平状電極体における前記封口板の端部よりも前記封口板側まで延びる第２領域を有し、
   前記第１領域の前記封口板側の端部には、前記第２領域が前記厚みの小さい部分から離れるように折れ曲がる折れ曲がり部が設けられている角形二次電池の製造方法であって、
   前記第２領域と前記巻回された第１電極の芯体露出部の最外面の間に絶縁フィルムを配置した状態で、前記厚みの小さい部分に前記第１領域を抵抗溶接する角形二次電池の製造方法。
2. 前記集電部材は、前記封口板と前記扁平状電極体の間に配置される領域を有し、
   前記第２領域は、前記封口板と前記扁平状電極体の間に配置される領域と前記第１領域を繋ぐ部分である請求項１に記載の角形二次電池の製造方法。
3. 前記第１領域と前記巻回された第１電極の芯体露出部の最外面の間に絶縁フィルムを配置した状態で前記抵抗溶接を行う請求項１又は２に記載の角形二次電池の製造方法。
4. 前記厚みの小さい部分の前記第１電極の芯体露出部の積層方向における最外面側であっ
   て前記集電部材の前記第１領域が配置される側とは反対側の面に、受け部材が配置された状態で前記抵抗溶接を行う請求項１〜３のいずれかに記載の角形二次電池の製造方法。