JP6988305B2 - 二次電池の製造方法 - Google Patents
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Description
正極板と負極板を含む電極体と、
開口を有し、前記電極体を収容する外装体と、
前記開口を封口する封口板と、
前記封口板に取り付けられた端子と、
前記正極板又は前記負極板に設けられたタブ部と、
前記タブ部と前記端子とを電気的に接続する第1集電体及び第2集電体を備えた二次電池の製造方法であって、
前記第1集電体と前記第2集電体をエネルギー線の照射により溶接する溶接工程を有し
、
前記溶接工程を行う前の状態で、前記第1集電体及び前記第2集電体の少なくとも一方は、他の部分よりも表面粗さが大きい粗面部を有し、
前記溶接工程において、前記粗面部にエネルギー線を照射することにより前記第1集電体と前記第2集電体を溶接接続する。
このため、スパッタや脱落したバリにより内部短絡が生じることをより確実に防止された信頼性の高い二次電池となる。
前記第1の電極体要素は複数の前記タブ部からなる第1タブ群を有し、
前記第2の電極体要素は複数の前記タブ部からなる第2タブ群を有し、
前記第2集電体に前記第1タブ群と前記第2タブ群を接続するタブ部接続工程と、
前記第1の電極体要素と前記第2の電極体要素を一つに纏める纏め工程を有し、
前記タブ部接続工程の後に前記溶接工程を行い、
前記溶接工程の後に前記纏め工程を行うことが好ましい。
このような方法によると、より体積エネルギー密度の高い二次電池を容易に作製できる。
前記固定工程の後、前記溶接工程を行うことがより好ましい。
このような方法によると、より体積エネルギー密度の高い二次電池を容易に作製できる。
このような方法によると、第1集電体と第2集電体をより強固に溶接接続でき、より信頼性が向上した二次電池となる。
このような方法によると、粗面部を設ける際に微小な金属粉が生じたとしても、第1集電体ないし第2集電体から容易に金属粉を除去することができる。そして、第1集電体ないし第2集電体から金属粉を除去した後、二次電池を組み立てることができるため、電池ケース内に金属粉が混入することを効果的に抑制できる。
前記粗面部形成工程の後、前記溶接工程を行うことができる。
このような方法によると、所定の位置に確実に粗面部を形成することができるため、より信頼性の溶接接続部を形成できる。
前記薄肉部の表面に前記粗面部が形成されており、
前記粗面部にエネルギー線を照射し、前記薄肉部を前記第1集電体に溶接接続することができる。
このような方法によると、第1集電体と第2集電体をより強固に溶接接続でき、より信頼性が向上した二次電池となる。
このような方法によると、所定の位置に所定の表面粗さを有する粗面部を確実に形成することができる。
第2正極集電体6bは封口板2に沿って配置され、第2正極集電体6bにおける電極体3側の面に正極タブ部40が接続されており、正極タブ部40が湾曲した状態となっている。このため、封口板2と電極体3の間のスペースを小さくすることができ、より体積エネルギー密度の高い二次電池となっている。また、第2負極集電体8bは封口板2に沿って配置され、第2負極集電体8bにおける電極体3側の面に負極タブ部50が接続されており、負極タブ部50が湾曲した状態となっている。このため、封口板2と電極体3の間のスペースを小さくすることができ、より体積エネルギー密度の高い二次電池となっている。
00内に電解液を注液した後、電解液注液孔15は封止栓16により封止される。
[正極板の作製]
正極活物質としてのリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物、結着剤としてのポリフッ化ビニリデン(PVdF)、導電剤としての炭素材料、及び分散媒としてのN−メチル−2−ピロリドン(NMP)を含む正極スラリーを作製する。この正極スラリーを、正極芯体としての厚さ15μmの矩形状のアルミニウム箔の両面に塗布する。そして、これを乾燥させることにより、正極スラリー中のN−メチル−2−ピロリドンを取り除き、正極芯体上に正極活物質合剤層を形成する。その後、正極活物質合剤層を所定厚みになるように圧縮処理を行う。このようにして得られた正極板を所定の形状に切断する。
負極活物質としての黒鉛、結着剤としてのスチレンブタジエンゴム(SBR)、増粘剤としてのカルボキシメチルセルロース(CMC)、及び水を含む負極スラリーを作製する。この負極スラリーを、負極芯体としての厚さ8μmの矩形状の銅箔の両面に塗布する。そして、これを乾燥させることにより、負極スラリー中の水を取り除き、負芯体上に負極活物質合剤層を形成する。その後、負極活物質合剤層を所定厚みになるように圧縮処理を行う。このようにして得られた負極板を所定の形状に切断する。
50枚の正極板4及び51枚の負極板5を上述の方法で作製し、これらをポリオレフィン製の方形状のセパレータを介して積層し積層型の電極体要素(3a、3b)を作製する。図5に示すように、電極体要素(第1の電極体要素3a、第2の電極体要素3b)は一方の端部に、複数枚の正極タブ部40が積層された正極タブ群(第1の正極タブ群40a、第2の正極タブ群40b)と、複数枚の負極タブ部50が積層された負極タブ群(第1の負極タブ群50a、第2の負極タブ群50b)を有する。電極体要素(3a、3b)の両外面にはセパレータが配置され、テープ等により各極板及びセパレータが積層された状態に固定することができる。あるいは、セパレータに接着層を設け、セパレータと正極板4、セパレータと負極板5がそれぞれ接着されるようにしてもよい。
することが好ましい。2枚のセパレータの間に正極板4又は負極板5を配置し、セパレータの周縁近傍を部分的に熱溶着した状態とした後、正極板4と負極板5を積層してもよい。なお、電極体要素(3a、3b)を作製するに当たり、長尺状のセパレータを用い、長尺状のセパレータを九十九折状にしながら正極板4及び負極板5を積層することもできる。また、長尺状のセパレータを用い、長尺状のセパレータを巻回しながら正極板4及び負極板5を積層することもできる。また、電極体要素は積層型に限定されない。長尺状の正極板と長尺状の負極板を長尺状のセパレータを介して巻回し、巻回型の電極体要素とすることができる。
図2、図6及び図10を用いて、封口板2への正極端子7及び第1正極集電体6aの取り付け方法及び電流遮断機構60の構成を説明する。封口板2に設けられた正極端子取り付け孔2aの外面側に外部側絶縁部材11を配置し、正極端子取り付け孔2aの内面側に内部側絶縁部材10及びカップ状の導電部材61を配置する。次に、正極端子7を、外部側絶縁部材11の貫通孔、封口板2の正極端子取り付け孔2a、内部側絶縁部材10の貫通孔及び導電部材61の貫通孔のそれぞれに挿入する。そして、正極端子7の先端を導電部材61上にカシメる。これにより、正極端子7、外部側絶縁部材11、封口板2、内部側絶縁部材10及び導電部材61が固定される。なお、正極端子7においてカシメられた部分と導電部材61はレーザ溶接等により溶接されることが好ましい。また、内部側絶縁部材10及び外部側絶縁部材11はそれぞれ樹脂製であることが好ましい。
図7は、第2正極集電体6bへの正極タブ部40の接続方法、第2負極集電体8bへの負極タブ部50の接続方法を示す図である。上述の方法で2つの電極体要素を作製し、それぞれ第1の電極体要素3a、第2の電極体要素3bとする。なお、第1の電極体要素3aと第2の電極体要素3bは全く同じ構成であってもよいし、異なる構成であってもよい。第1の電極体要素3aは、複数の正極タブ部40からなる第1の正極タブ群40aと、複数の負極タブ部50からなる第1の負極タブ群50aを有する。第2の電極体要素3bは、複数の正極タブ部40からなる第2の正極タブ群40bと、複数の負極タブ部50からなる第2の負極タブ群50bを有する。
負極集電体8bに溶接接続され溶接部90が形成される。溶接方法は、超音波溶接、抵抗溶接、又はレーザ等のエネルギー線の照射による溶接が好ましい。特に超音波溶接が好ましい。
図6に示すように、第1正極集電体6aには、集電体突起6xが設けられている。そして、図7に示すように、第2正極集電体6bには集電体開口6yが設けられている。図10に示すように、第1正極集電体6aの集電体突起6xが、第2正極集電体6bの集電体開口6y内に位置するようにして、第2正極集電体6bを第1絶縁部材63の絶縁部材第3領域63z上に配置する。そして、第1正極集電体6aの集電体突起6xと第2正極集電体6bの集電体開口6yの縁部をレーザ等のエネルギー線の照射により溶接する。これにより、第1正極集電体6aと第2正極集電体6bが接続される。なお、第2正極集電体6bの集電体開口6yの周囲には集電体第1凹部6fが設けられている。即ち、集電体第1凹部6fの中央に、集電体開口6yが形成されている。集電体第1凹部6fにおいて、第1正極集電体6aと第2正極集電体6bが溶接接続されている。集電体開口6yの周囲に集電体第1凹部6fが形成されていると、集電体突起6xの高さを大きくすることなく、第1正極集電体6aと第2正極集電体6bを溶接接続することができる。
図11に示すように、第1負極集電体8aには、集電体突起8xが設けられている。そして、図7に示すように、第2負極集電体8bには集電体開口8yが設けられている。図11に示すように、第1負極集電体8aの集電体突起8xが、第2負極集電体8bの集電体開口8y内に位置するようにして、第2負極集電体8bを内部側絶縁部材12上に配置する。そして、第1負極集電体8aの集電体突起8xと第2負極集電体8bの集電体開口8yの縁部をレーザ等のエネルギー線の照射により溶接する。これにより、第1負極集電体8aと第2負極集電体8bが接続され溶接接続部が形成される。なお、第2負極集電体8bの集電体開口8yの周囲には集電体第1凹部8gが設けられている。即ち、集電体第1凹部8gの中央に、集電体開口8yが形成されている。集電体第1凹部8gにおいて、第1負極集電体8aと第2負極集電体8bが溶接接続されている。第2負極集電体8bには、第2正極集電体6bと同様にターゲット孔8kが設けられている。
図7における第1の電極体要素3aの上面と第2の電極体要素3bの上面とが直接又は他の部材を介して接するように第1の正極タブ群40a、第2の正極タブ群40b、第1の負極タブ群50a及び第2の負極タブ群50bを湾曲させる。これにより、第1の電極体要素3aと第2の電極体要素3bを纏めて、一つの電極体3とする。
封口板2に取り付けられた電極体3を絶縁シート14で覆い、角形外装体1に挿入する。なお、絶縁シート14は平板状のものを箱状ないし袋状に曲げ成形したものであることが好ましい。そして、封口板2と角形外装体1をレーザ溶接等により接合し、角形外装体1の開口を封口する。その後、電解質溶媒及び電解質塩を含有する非水電解液を封口板2に設けられた電解液注液孔15より注液する。そして、電解液注液孔15を封止栓16で封止する。
第1負極集電体8aと第2負極集電体8bのそれぞれの構成の詳細、及び第1負極集電体8aと第2負極集電体8bの接続方法の詳細について以下に説明する。
なお、エネルギー線の照射以外の方法で粗面部を設ける方法としては、研磨剤、紙やすり、ブラスト処理、若しくは化学エッチングを用いることが考えられる。
実施形態2に係る角形二次電池は、第1負極集電体の集電体突起近傍の構成及び第2負極集電体の集電体開口近傍の構成以外は上述の実施形態1に係る角形二次電池20と同様の構成を有する。図12(a)は、第1負極集電体108aと第2負極集電体108bの接続部近傍の拡大断面図であり、溶接前の状態を示す。図12(b)は、第1負極集電体108aと第2負極集電体108bの接続部近傍の拡大断面図であり、溶接後の状態を示す。
集電体開口108y内に配置される。第2負極集電体108bにおいて、集電体開口108yの周囲には粗面部173が形成されている。なお、集電体開口108yの周囲には集電体第1凹部108gが設けられており、粗面部173は集電体第1凹部108g内に位置する。
実施形態3に係る角形二次電池は、第1負極集電体の集電体突起近傍の構成及び第2負極集電体の集電体開口近傍の構成以外は上述の実施形態1に係る角形二次電池20と同様の構成を有する。図13(a)は、第1負極集電体208aと第2負極集電体208bの接続部近傍の拡大断面図であり、溶接前の状態を示す。図13(b)は、第1負極集電体208aと第2負極集電体208bの接続部近傍の拡大断面図であり、溶接後の状態を示す。
さ)の差は、1mm以下とすることが好ましく、0.5mm以下とすることがより好ましく、0.2mm以下とすることが更に好ましい。また、0.05mm以上とすることがより好ましい。但し、これに限定されない。
これにより、より安定的に溶接接続が行える。なお、第2負極集電体208bの集電体開口208yの周囲に粗面部を設けてもよい。
実施形態4に係る角形二次電池は、第1負極集電体の集電体突起近傍の構成及び第2負極集電体の集電体開口近傍の構成以外は上述の実施形態1に係る角形二次電池20と同様の構成を有する。図14は、実施形態4に係る角形二次電池の負極端子9の近傍の断面図であり、封口板2の長手方向に沿った断面図である。
上述の実施形態1においては、電極体3が二つの電極体要素からなる例を示したが、これに限定されない。電極体3が一つの積層型電極体であってもよい。また、電極体3が、長尺状の正極板と長尺状の負極板をセパレータを介して巻回した一つの巻回型電極体であってもよい。あるいは、電極体3が3つ以上の電極体要素を含んでもよい。また、電極体要素は巻回型であってもよいし、積層型であってもよい。
100・・・電池ケース
1・・・角形外装体
2・・・封口板
2a・・・正極端子取り付け孔
2b・・・負極端子取り付け孔
3・・・電極体
3a・・・第1の電極体要素
3b・・・第2の電極体要素
4・・・正極板
4a・・・正極芯体
4b・・・正極活物質合剤層
40・・・正極タブ部
40a・・・第1の正極タブ群
40b・・・第2の正極タブ群
5・・・負極板
5a・・・負極芯体
5b・・・負極活物質合剤層
50・・・負極タブ部
50a・・・第1の負極タブ群
50b・・・第2の負極タブ群
6a・・・第1正極集電体
6c・・・薄肉部
6d・・・開口
6w・・・集電体第2凹部
6x・・・集電体突起
6b・・・第2正極集電体
6b1・・・タブ部接続領域
6b2・・・集電体接続領域
6b3・・・接続領域
6e・・・ターゲット孔
6f・・・集電体第1凹部
6y・・・集電体開口
6z・・・開口部
7・・・正極端子
7a・・・端子封止部材
7x・・・金属板
7y・・・ゴム部材
7b・・・端子貫通孔
8a・・・第1負極集電体
8c・・・端子挿入孔
8d・・・集電体第1凹部
8e・・・第1水平部
8f・・・第1傾斜部
8w・・・集電体第2凹部
8x・・・集電体突起
8b・・・第2負極集電体
8b1・・・タブ部接続領域
8b2・・・集電体接続領域
8b3・・・接続領域
8g・・・集電体第1凹部
8h・・・第2水平部
8i・・・第2傾斜部
8k・・・ターゲット孔
8y・・・集電体開口
9・・・負極端子
10・・・内部側絶縁部材
11・・・外部側絶縁部材
12・・・内部側絶縁部材
13・・・外部側絶縁部材
14・・・絶縁シート
15・・・電解液注液孔
16・・・封止栓
17・・・ガス排出弁
60・・・電流遮断機構
61・・・導電部材
62・・・変形板
63・・・第1絶縁部材
63a・・・絶縁部材開口
63b・・・絶縁部材突起
63x・・・絶縁部材第1領域
63y・・・絶縁部材第2領域
63z・・・絶縁部材第3領域
70・・・固定部
80・・・カバー部
90・・・溶接部
170、171・・・粗面部
108a、208a、308a・・・第1負極集電体
108b、208b、308b・・・第2負極集電体
108x、208x・・・集電体突起
108y、208y・・・集電体開口
108g、208g・・・集電体第1凹部
173、270、370・・・粗面部
190、290、390・・・溶接接続部
308x・・・薄肉部
308b1・・・タブ部接続領域
308b2・・・集電体接続領域
308b3・・・接続領域
Claims (9)
- 正極板と負極板を含む電極体と、
開口を有し、前記電極体を収容する外装体と、
前記開口を封口する封口板と、
前記封口板に取り付けられた端子と、
前記正極板又は前記負極板に設けられたタブ部と、
前記タブ部と前記端子とを電気的に接続する第1集電体及び第2集電体を備えた二次電池の製造方法であって、
前記第1集電体と前記第2集電体をエネルギー線の照射により溶接する溶接工程をし、
前記溶接工程を行う前の状態で、前記第1集電体及び前記第2集電体の少なくとも一方は、他の部分よりも表面粗さが大きい粗面部を有し、
前記溶接工程において、前記粗面部にエネルギー線を照射することにより前記第1集電体と前記第2集電体を溶接接続し、
前記電極体は、第1の電極体要素と第2の電極体要素を含み、
前記第1の電極体要素は複数の前記タブ部からなる第1タブ群を有し、
前記第2の電極体要素は複数の前記タブ部からなる第2タブ群を有し、
前記第2集電体に前記第1タブ群と前記第2タブ群を接続するタブ部接続工程と、
前記第1の電極体要素と前記第2の電極体要素を一つに纏める纏め工程を有し、
前記タブ部接続工程の後に前記溶接工程を行い、
前記溶接工程の後に前記纏め工程を行う二次電池の製造方法。 - 前記第1集電体を前記端子と電気的に接続すると共に、前記封口板に固定する固定工程を有し、
前記固定工程の後、前記溶接工程を行う請求項1に記載の二次電池の製造方法。 - 前記溶接工程において、前記第1集電体に設けられた突起を前記第2集電体に設けられた開口又は切り欠きの内部に配置し、前記突起と前記開口又は切り欠きの縁部を溶接する請求項1または請求項2に記載の二次電池の製造方法。
- 前記第2集電体において、前記開口又は切り欠きの周囲に前記粗面部が設けられた請求
項3に記載の二次電池の製造方法。 - 前記第1集電体において、前記突起に前記粗面部が設けられた請求項3または請求項4に記載の二次電池の製造方法。
- 前記突起を前記開口又は切り欠きの内部に配置する前の状態において、前記第1集電体及び前記第2集電体の少なくとも一方に前記粗面部が設けられた請求項3〜5のいずれかに記載の二次電池の製造方法。
- 前記突起を前記開口又は切り欠きの内部に配置した後、前記第1集電体及び前記第2集電体の少なくとも一方にエネルギー線を照射し前記粗面部を形成する粗面部形成工程を有し、
前記粗面部形成工程の後、前記溶接工程を行う請求項3〜5のいずれかに記載の二次電池の製造方法。 - 前記第2集電体は、他の部分よりも厚みの薄い薄肉部を有し、
前記薄肉部の表面に前記粗面部が形成されており、
前記粗面部にエネルギー線を照射し、前記薄肉部を前記第1集電体に溶接接続する請求項2または請求項3に記載の二次電池の製造方法。 - 前記粗面部は、前記第1集電体及び前記第2集電体の少なくとも一方にエネルギー線を照射することにより形成された請求項1〜8のいずれかに記載の二次電池の製造方法。
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