JP7229027B2 - 二次電池及びその製造方法 - Google Patents

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Description

本開示は、二次電池及びその製造方法に関する。
リチウムイオン二次電池等の二次電池は、正極板及び負極板を含む電極体を電解質とともに電池ケース内に収容した構造を有している。電極体を構成する正極板及び負極板は、それぞれ金属製の芯体の表面に活物質層が形成されている。そして、正極板及び負極板のそれぞれに設けられた芯体露出部は、集電体を介して、電池ケースに取り付けられた端子と電気的に接続されている。
芯体と集電体とを接合する方法として、超音波接合により接合する方法が知られている。超音波接合は、積層された芯体と集電体とをホーンとアンビルとで挟み込みながら、超音波による振動エネルギーを接合面に加えることによって行われる。なお、積層された芯体と集電体とを確実に挟み込むために、ホーン及びアンビルの表面には、それぞれ複数の突起部が設けられている。
例えば、特許文献１には、ホーンの表面に設けられた突起部の形状を円弧状にしたり、ホーンの周辺に、突起部が形成されていないマージン領域を設ける方法が開示されている。
特開２０１２－１２５８０１号公報
本開示の一つの目的は、正極板と負極板の短絡が抑制された二次電池を提供することである。
本開示の一形態の二次電池は、
第１電極板と、
前記第１電極板と極性の異なる第２電極板と、
前記第１電極板と前記第２電極板を含む電極体と、
前記第１電極板に電気的に接続された第１電極集電体と、を備えた二次電池であって、
前記第１電極板は、第１電極芯体と、前記第１電極芯体上に形成された第１電極活物質層を有し、
前記電極体は、前記第１電極芯体が積層された第１電極芯体積層部を有し、
前記第１電極集電体の一方の面に前記第１電極芯体積層部が接合されて接合部が形成され、
前記第１電極集電体において前記接合部が形成された部分において、前記一方の面と反対側に位置する他方の面には凹凸形成部が形成され、
前記他方の面には、前記凹凸形成部を覆うようにカバー部材が配置されている。
発明者等が、積層された複数の芯体と集電体とを超音波接合により接合した後に、接合部で発生した金属小片（発塵）を調べていたところ、芯体の厚みよりも大きい金属小片が含まれていることに気がついた。その後の詳細な分析から、このような大きさの金属小片
は、芯体から剥がれてできたものではなく、集電体から削り取られてできたものであることが分かった。
上述の一形態の二次電池の構成によると、集電体の凹凸形成部の近傍に存在する金属小片が凹凸形成部の近傍から移動し電極体内に侵入することが効果的に抑制される。よって、正極板と負極板の短絡が抑制された信頼性の高い二次電池となる。なお、第１電極板は正極板であってもよいし、負極板であってもよい。
本開示の一形態の二次電池の製造方法は、
第１電極板と、
前記第１電極板と極性の異なる第２電極板と、
前記第１電極板と前記第２電極板を含む電極体と、
前記第１電極板に電気的に接続された第１電極集電体と、を備え、
前記第１電極板は、第１電極芯体と、前記第１電極芯体上に形成された第１電極活物質層を有する二次電池の製造方法であって、
前記第１電極芯体が積層された第１電極芯体積層部を有する前記電極体を作製する電極体作製工程と、
前記第１電極芯体積層部と前記第１電極集電体をアンビルとホーンで挟み込み超音波接合する超音波接合工程と、を有し、
前記超音波接合工程において、前記第１電極集電体において前記アンビルが接する部分に凹凸形成部が形成され、
前記超音波接合工程の後、カバー部材が前記凹凸形成部を覆うように前記カバー部材を前記第１電極集電体に接続するカバー部材接続工程を有する。
上述の一形態の二次電池の製造方法によると、集電体の凹凸形成部の近傍に存在する金属小片が凹凸形成部の近傍から移動し電極体内に侵入することが効果的に抑制された二次電池を製造できる。よって、正極板と負極板の短絡が抑制された信頼性の高い二次電池を製造できる。
本開示によれば、正極板と負極板の短絡が抑制された二次電池を提供することができる。
実施形態に係る角形二次電池の角形外装体の正面部分と絶縁シート正面部分とを取り除いた電池内部を示す模式的な正面図である。 実施形態に係る角形二次電池の上面図である。 （ａ）は実施形態に係る正極板の平面図である。（ｂ）は実施形態に係る負極板の平面図である。 実施形態に係る負極集電体と負極芯体積層部の断面図であり、負極集電体と負極芯体積層部をホーンとアンビルで挟み込む前の状態を示す図である。 実施形態に係る負極集電体と負極芯体積層部の断面図であり、負極集電体と負極芯体積層部をホーンとアンビルで挟み込んだ後の状態を示す図である。 実施形態に係る負極集電体と負極芯体積層部の断面図であり、負極集電体と負極芯体積層部を超音波接合した後の状態を示す図である。 実施形態に係る超音波接合した後の負極集電体と負極芯体積層部の平面図である。 シート部材を配置した後の負極集電体と負極芯体積層部の平面図である。 図８におけるＩＸ－ＩＸの断面図である。 凹凸形成部の拡大断面図である。 変形例１に係る負極集電体と負極芯体積層部の断面図であり、負極集電体と負極芯体積層部をホーンとアンビルで挟み込む前の状態を示す図である。 変形例１に係る負極集電体と負極芯体積層部の断面図であり、負極集電体と負極芯体積層部をホーンとアンビルで挟み込んだ後の状態を示す図である。 変形例１に係る負極集電体と負極芯体積層部の断面図であり、負極集電体と負極芯体積層部を超音波接合した後の状態を示す図である。 変形例１に係る超音波接合した後の負極集電体と負極芯体積層部の平面図である。 シート部材を配置した後の負極集電体と負極芯体積層部の平面図である。 図１５におけるＸＶＩ－ＸＶＩの断面図である。 変形例２に係る負極集電体と負極芯体積層部の接合部近傍の断面図である。 変形例３に係る負極集電体と負極芯体積層部の接合部近傍の断面図である。
以下、本開示の実施形態に係る二次電池としての角形二次電池１００について、図面を参照しながら説明する。なお、本開示の範囲は、以下の実施の形態に限定されず、本開示の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。
まず、一実施形態に係る角形二次電池１００の構成を説明する。図１及び図２に示すように、角形二次電池１００は、上方に開口を有する角形外装体１と、当該開口を封口する封口板２を備える。角形外装体１及び封口板２により電池ケース２００が構成される。角形外装体１及び封口板２はそれぞれ金属製であり、例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金製であることが好ましい。角形外装体１内には、帯状の正極板と帯状の負極板とが帯状のセパレータを挟んで巻回された偏平状の巻回型の電極体３が非水電解質（図示省略）と共に収容される。角形外装体１と電極体３の間には樹脂製の絶縁シート１４が配置されている。封口板２には電池ケース２００内の圧力が所定値以上となると破断し、電池ケース２００内のガスを電池ケース２００外に排出するガス排出弁１５が設けられている。また、封口板２に設けられた電解質注液孔１６が、封止部材１７により封止されている。
図３（ａ）に示すように、正極板４は、金属製の正極芯体４ａと、正極芯体４ａの両面に形成された正極活物質層４ｂを有する。正極板４は、幅方向の端部に、長手方向に沿って、正極芯体４ａの両面に正極活物質層４ｂが形成されていない正極芯体露出部を有する。正極芯体４ａは、アルミニウム又はアルミニウム合金製であることが好ましい。正極活物質層４ｂは、正極活物質を含む。正極活物質としては、例えば、リチウム遷移金属複合酸化物等を用いることができる。また、正極活物質層４ｂは、バインダー及び導電材を含むことが好ましい。バインダーとしては樹脂製のバインダーが好ましく、例えばポリフッ化ビニリデン等を用いることができる。導電部材としてはカーボンブラック等の炭素材料が好ましい。
図３（ｂ）に示すように、負極板５は、金属製の負極芯体５ａと、負極芯体５ａの両面に形成された負極活物質層５ｂを有する。負極板５は、幅方向の端部に、長手方向に沿って、負極芯体５ａの両面に負極活物質層５ｂが形成されていない負極芯体露出部が形成されている。負極芯体５ａは、銅又は銅合金製であることが好ましい。負極活物質層５ｂは、負極活物質を含む。負極活物質としては、例えば、黒鉛や非晶質炭素等の炭素材料、シリコンや酸化シリコン等のシリコン材料等を用いることができる。負極活物質層５ｂは、バインダーを含むことが好ましい。バインダーとしては樹脂製のバインダーが好ましく、例えばスチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）及びカルボキシメシルセルロース（ＣＭＣ）を含むことが好ましい。負極活物質層５ｂは必要に応じて導電材を含んでもよい。
巻回型の電極体３は、一方の端部に巻回された正極芯体露出部を有し、他方の端部に巻
回された負極芯体露出部を有する。巻回された正極芯体露出部は、正極芯体４ａが積層された正極芯体積層部４０を構成する。巻回された負極芯体露出部は、負極芯体５ａが積層された負極芯体積層部５０を構成する。
正極芯体積層部４０には正極集電体６が接続されている。正極集電体６は封口板２に取り付けられた正極端子７と接続されている。封口板２と正極集電体６の間には樹脂製の内部側絶縁部材１０が配置されている。封口板２と正極端子７の間には樹脂製の外部側絶縁部材１１が配置されている。内部側絶縁部材１０及び外部側絶縁部材１１により、正極集電体６及び正極端子７は封口板２と電気的に絶縁されている。正極集電体６及び正極端子７は、金属製であり、例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金製であることが好ましい。
負極芯体積層部５０には負極集電体８が接続されている。負極集電体８は封口板２に取り付けられた負極端子９と接続されている。封口板２と負極集電体８の間には樹脂製の内部側絶縁部材１２が配置されている。封口板２と負極端子９の間には樹脂製の外部側絶縁部材１３が配置されている。内部側絶縁部材１２及び外部側絶縁部材１３により、負極集電体８及び負極端子９は封口板２と電気的に絶縁されている。負極集電体８及び負極端子９は、金属製であり、例えば、銅又は銅合金製であることが好ましい。また、負極端子９は、銅又は銅合金からなる部分と、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる部分を有することが好ましい。そして、銅又は銅合金からなる部分を銅又は銅合金からなる負極集電体８と接続し、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる部分が封口板２よりも外部側に露出するようにすることが好ましい。
正極端子７は、封口板２よりも電池外部側に配置される鍔部７ａと、鍔部７ａの一方の面に形成された挿入部（図示省略）を有する。挿入部が封口板２に設けられた正極端子取り付け孔（図示省略）を貫通し、正極集電体６に接続される。
負極端子９は、封口板２よりも電池外部側に配置される鍔部９ａと、鍔部９ａの一方の面に形成された挿入部（図示省略）を有する。挿入部が封口板２に設けられた負極端子取り付け孔（図示省略）を貫通し、負極集電体８に接続される。
なお、正極集電体６と正極端子７を、他の導電部材を介して電気的に接続してもよい。また、負極集電体８と負極端子９を、他の導電部材を介して電気的に接続してもよい。
正極集電体６は、封口板２と電極体３の間に配置されるベース部６ａと、ベース部６ａの端部から電極体３側に延びるリード部６ｂを有する。ベース部６ａに正極端子７が接続されている。リード部６ｂが正極芯体積層部４０に接合されている。リード部６ｂの幅方向の端部にはリブ６ｃが設けられる。なお、リブ６ｃを省略することもできる。
負極集電体８は、封口板２と電極体３の間に配置されるベース部８ａと、ベース部８ａの端部から電極体３側に延びるリード部８ｂを有する。ベース部８ａに負極端子９が接続されている。リード部８ｂが負極芯体積層部５０に接合されている。リード部８ｂの幅方向の端部にはリブ８ｃが設けられている。なお、リブ８ｃを省略することもできる。
正極集電体６のリード部６ｂにおいて、正極芯体積層部４０と接合された部分の正極芯体積層部４０と接合された面とは反対側の面には、凹凸形成部６ｘが形成されている。この凹凸形成部６ｘは、正極集電体６と正極芯体積層部４０を超音波接合する際に、正極集電体６にアンビルに設けられたアンビル突起が食い込むことにより形成される。即ち、凹凸形成部６ｘは、アンビルによる押圧痕である。
負極集電体８のリード部８ｂにおいて、負極芯体積層部５０と接合された部分の負極芯体積層部５０と接合された面とは反対側の面には、凹凸形成部８ｘが形成されている。こ
の凹凸形成部８ｘは、負極集電体８と負極芯体積層部５０を超音波接合する際に、負極集電体８にアンビルに設けられたアンビル突起が食い込むことにより形成される。即ち、凹凸形成部８ｘは、アンビルによる押圧痕である。
[封口板への各部品取り付け]
以下に、正極集電体６、正極端子７、負極集電体８及び負極端子９の封口板２への取り付け方法を説明する。
まず、封口板２に設けられた正極端子取り付け孔（図示省略）の周囲において、封口板２の電池外部側に外部側絶縁部材１１を配置し、封口板２の内面側に内部側絶縁部材１０及び正極集電体６のベース部６ａを配置する。次に、正極端子７の挿入部を電池外部側から、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、内部側絶縁部材１０の貫通孔及びベース部６ａの貫通孔に挿入し、正極端子７の挿入部の先端側をベース部６ａ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及び正極集電体６が一体的に固定される。なお、正極端子７の挿入部の先端のカシメられた部分をベース部６ａに溶接してもよい。
同様に、封口板２に設けられた負極端子取り付け孔（図示省略）の周囲において、封口板２の電池外部側に外部側絶縁部材１３を配置し、封口板２の電池内部側に内部側絶縁部材１２及び負極集電体８のベース部８ａを配置する。次に、負極端子９の挿入部を電池外部側から、外部側絶縁部材１３の貫通孔、封口板２の負極端子取り付け孔、内部側絶縁部材１２の貫通孔及びベース部８ａの貫通孔に挿入し、負極端子９の挿入部の先端側をベース部８ａ上にカシメる。これにより、負極端子９、外部側絶縁部材１３、封口板２、内部側絶縁部材１２及び負極集電体８が一体的に固定される。なお、負極端子９の挿入部の先端のカシメられた部分をベース部８ａに溶接してもよい。
[角形二次電池１００の組立て]
封口板２に取り付けられた正極集電体６と正極芯体積層部４０を接合し、封口板２に取り付けられた負極集電体８と負極芯体積層部５０を接合する。そして、電極体３を絶縁シート１４で覆い、絶縁シート１４で覆われた電極体３を角形外装体１に挿入する。そして、封口板２を角形外装体１にレーザー溶接により溶接し、角形外装体１の開口を封口板２で封口する。封口板２の電解質注液孔１６から非水電解質を電池ケース２００内に注入した後、電解質注液孔１６を封止部材１７で封止する。これにより角形二次電池１００となる。
以下、負極集電体８と負極芯体積層部５０の接合方法を例に、集電体と芯体積層部の接合方法を説明する。なお、正極集電体６と正極芯体積層部４０の接合も同様の方法で行うことができる。
[集電体と芯体積層部の接合]
図４～図６は、リード部８ｂの幅方向（図１における左右方向）に沿った、リード部８ｂ、負極芯体積層部５０、ホーン９０、及びアンビル９１の断面図である。
図４に示すように、リード部８ｂの一方の面側に負極芯体積層部５０を配置する。そして、ホーン９０とアンビル９１で、負極芯体積層部５０とリード部８ｂを挟み込む。ホーン９０は先端に複数のホーン突起９０ａを有する。そして、ホーン突起９０ａが負極芯体積層部５０と接するようにする。アンビル９１は先端に複数のアンビル突起９１ａを有する。そして、アンビル突起９１ａがリード部８ｂと接するようにする。
図５に示すように、ホーン９０とアンビル９１で、負極芯体積層部５０とリード部８ｂを挟み込むことにより、ホーン突起９０ａが負極芯体積層部５０に食い込み、アンビル突
起９１ａがリード部８ｂに食い込んだ状態とする。そして、ホーン９０に超音波振動を与えることにより、図６に示すように負極芯体積層部５０における負極芯体５ａ同士、及び負極芯体積層部５０とリード部８ｂが接合される。これにより、負極芯体積層部５０に接合部５１が形成される。
接合部５１の表面には、芯体側凹凸形成部５１ｘが形成される。また、リード部８ｂには、アンビル９１による押圧痕である凹凸形成部８ｘが形成される。
図７は、負極芯体積層部５０とリード部８ｂが超音波接合された後の、リード部８ｂにおいて負極芯体積層部５０が接合される面とは反対側の面の平面図である。リード部８ｂにおいて接合部５１が形成された部分の反対側にはアンビル９１による押圧痕である凹凸形成部８ｘが形成される。なお、図６は、図７におけるＶＩ－ＶＩの断面図である。
次に、図８及び図９に示すように、凹凸形成部８ｘを覆うようにカバー部材としてのシート部材６０をリード部８ｂに接続する。これにより、凹凸形成部８ｘの近傍に金属小片が存在した場合でも、この金属小片が凹凸形成部８ｘから電極体３内に移動することを抑制できる。なお、図９は図８におけるＩＸ－ＩＸの断面図である。
なお、凹凸形成部８ｘの近傍に存在する金属小片としては次のようなものが想定される。図１０（ａ）に示すように、超音波接合の際にアンビル９１がリード部８ｂの一部を削りとり、削り取られた金属小片７０が凹凸形成部８ｘに付着している場合がある。また、図１０（ｂ）に示すように、超音波接合の際にアンビル９１がリード部８ｂの一部を削り、バリ７１が形成される場合がある。そして、このバリ７１がリード部８ｂから脱離して金属小片となる場合がある。
ここで、実施形態に係るシート部材６０は、接着層６１によりリード部８ｂに接続される。ここで、接着層６１は、平面視が環状形状であり、凹凸形成部８ｘを囲むように配置される。このため、リード部８ｂの厚み方向（シート部材６０の厚み方向）において、シート部材６０と凹凸形成部８ｘの間には隙間が形成される。図９に示すように、シート部材６０と凹凸形成部８ｘは接触していない。
凹凸形成部８ｘは、超音波接合の際にアンビル９１がリード部８ｂに食い込むことにより形成されるものである。凹凸形成部８ｘはその表面が平坦ではない。場合によっては、凹凸形成部８ｘの一部が、リード部８ｂにおける凹凸形成部８ｘの周囲の面よりも突出する（図９においては、凹凸形成部８ｘの一部がリード部８ｂの上面よりも上方に突出する）場合がある。したがって、凹凸形成部８ｘの表面にシート部材６０を配置する場合、リード部８ｂ上に安定的にシート部材６０を配置できない虞がある。例えば、シート部材６０に大きな皺が生じ、シート部材６０とリード部８ｂにおける凹凸形成部８ｘの周囲との間に意図しない大きな隙間が生じる可能性がある。
上述の実施形態の構成であると、シート部材６０が凹凸形成部８ｘと接しないようにシート部材６０をリード部８ｂに接続できる。よって、安定的にシート部材６０をリード部８ｂに接続できる。
シート部材６０において凹凸形成部８ｘと対向する領域には接着層６１が形成されていない。このような構成であると、接着層６１の量を低減できるため、接着層６１に吸収される非水電解液の量を低減できる。よって、電池反応に関与しない無駄な非水電解液を低減できる。なお、図８及び図９に示すようにシート部材６０の外周縁近傍にも接着層６１が形成されていない領域を有することがより好ましい。
[変形例１]
図１１～１６に、変形例１に係る負極集電体と負極芯体積層部の接合形態を示す。変形例１では、上述の実施形態とは負極集電体のリード部の形状が異なる。変形例１に係る負極集電体１０８では、リード部１０８ｂにおいて負極芯体積層部５０と対向する面とは反対側の面に凹部１０８ｄが設けられている。これにより、リード部１０８ｂに薄肉部１０８ｅが形成されている。負極集電体１０８は、リード部１０８ｂの幅方向の端部にリブ１０８ｃを有する。なお、図１１及び図１２は、リード部１０８ｂの幅方向（図１における左右方向）に沿った、リード部１０８ｂ、負極芯体積層部５０、ホーン９０、及びアンビル９１の断面図である。
図１１に示すように、リード部１０８ｂにおいて凹部１０８ｄが形成された面とは反対側の面に負極芯体積層部５０を配置する。そして、ホーン９０及びアンビル９１で、負極芯体積層部５０とリード部１０８ｂを挟み込む。
図１２に示すように、アンビル９１がリード部１０８ｂに形成された凹部１０８ｄの底面に接するようにする。なお、アンビル９１のアンビル突起９１ａが凹部１０８ｄの底面に食い込むようにする。
超音波接合を行うことにより、図１３に示すように、リード部１０８ｂの薄肉部１０８ｅにおいて、リード部１０８ｂと負極芯体積層部５０が接合される。これにより、接合部５１が形成される。リード部１０８ｂに形成されるアンビル９１の押圧痕である凹凸形成部１０８ｘは、凹部１０８ｄの底面に形成される。
図１４は、負極芯体積層部５０とリード部１０８ｂが超音波接合された後の、リード部１０８ｂにおいて負極芯体積層部５０が接合される面とは反対側の面の平面図である。リード部１０８ｂにおいて接合部５１が形成された部分の反対側にはアンビル９１による押圧痕である凹凸形成部１０８ｘが形成される。なお、図１３は、図１４におけるＸＩＩＩ－ＸＩＩＩの断面図である。
次に、図１５及び図１６に示すように、凹凸形成部１０８ｘを覆うようにカバー部材としてのシート部材１６０をリード部１０８ｂに接続する。これにより、凹凸形成部１０８ｘの近傍に金属小片が存在した場合でも、この金属小片が凹凸形成部１０８ｘから電極体３内に移動することを抑制できる。なお、図１６は、図１５におけるＸＶＩ－ＸＶＩの断面図である。
ここで、変形例１に係るシート部材１６０は、接着層１６１によりリード部１０８ｂに接続される。シート部材１６０は、接着層１６１により、リード部１０８ｂの凹部１０８ｄの周囲に接続されている。よって、リード部１０８ｂの厚み方向（シート部材１６０の厚み方向）において、接着層１６１と凹凸形成部１０８ｘの間に隙間が形成される。即ち、接着層１６１が凹凸形成部１０８ｘに接しないように、シート部材１６０をリード部１０８ｂに接続できる。
凹凸形成部１０８ｘは、超音波接合の際にアンビル９１がリード部１０８ｂに食い込むことにより形成されるものである。凹凸形成部１０８ｘはその表面が平坦ではない。したがって、凹凸形成部１０８ｘの表面にシート部材１６０を配置する場合、リード部１０８ｂ上に安定的にシート部材１６０を配置できない虞がある。例えば、シート部材１６０に大きな皺が生じ、シート部材１６０とリード部１０８ｂにおける凹凸形成部１０８ｘの周囲との間に意図しない大きな隙間が生じる可能性がある。
変形例１の構成であると、シート部材１６０が凹凸形成部１０８ｘと接しないようにシ
ート部材１６０をリード部１０８ｂに接続できる。よって、安定的にシート部材１６０をリード部１０８ｂに接続できる。
[シート部材]
カバー部材としてのシート部材は、樹脂製であることが好ましい。例えば、シート部材は、ポリプロピレン、ポリイミド、ポリフェニレンサルファイド、ポリエチレン、ポリエステル、ポリエチレンナフタレート、等から選択される部材あるいはそれらの混合物であることが好ましい。なお、シート部材は金属箔やガラスシートであってもよい。
シート部材の厚みは特に限定されないが、例えば、５μｍ以上であることが好ましく、１０μｍ以上であることが好ましく、２０μｍ以上であること更に好ましい。シート部材の厚みは１ｍｍ以下であることが好ましく、０．５ｍｍ以下であることがより好ましい。
なお、基材層と接着層により構成されるテープの基材層を、シート部材としてもよい。
シート部材に形成される接着層は、常温（２５°）で接着性を有することが好ましい。また、接着層は、熱溶着可能なものであってもよい。接着層は、ゴム系の接着剤、アクリル系、ポリエチレン系等から選択される部材あるいはそれらの混合物であることが好ましい。特に接着層は、ゴム系の接着剤であることが好ましい。
[変形例２]
図１７は、変形例２に係る負極集電体のリード部と負極芯体積層部の接合部近傍の断面図であり、カバー部を取り付けた後の断面図である。なお、図１７は、上述の実施形態に係る図９に対応する断面図である。
変形例２は、カバー部材の構成のみ上述の実施形態と異なる。変形例２において、カバー部材としての板状部材２６０は、凹凸形成部８ｘと対向する面に板状部材凹部２６０ａを有する。そして、板状部材２６０において板状部材凹部２６０ａの周囲に位置する周辺部２６０ｂが、接着層２６１により負極集電体８のリード部８ｂに接続されている。なお、周辺部２６０ｂは凹凸形成部８ｘを囲むように環状に形成されている。周辺部２６０ｂは凹凸形成部８ｘの周囲に接続されている。リード部８ｂの厚み方向において板状部材２６０と凹凸形成部８ｘが離間している。なお、板状部材２６０は樹脂製であることが好ましい。
[変形例３]
図１８は、変形例３に係る負極集電体のリード部と負極芯体積層部の接合部近傍の断面図であり、カバー部を取り付けた後の断面図である。なお、図１８は、上述の変形例１に係る図１６に対応する断面図である。
変形例３は、カバー部材の構成のみ上述の変形例１と異なる。変形例３において、板状部材３６０は、接着層３６１によりリード部１０８ｂに設けられた凹部１０８ｄの周囲に接続されている。なお、接着層３６１を環状に形成し、凹凸形成部１０８ｘと対向する部分に接着層３６１が配置されないようにしてもよい。リード部１０８ｂの厚み方向において板状部材３６０と凹凸形成部１０８ｘが離間している。なお、板状部材３６０は樹脂製であることが好ましい。
[カバー部材]
カバー部材の材質や形状は特に限定されない。カバー部材は、例えば、樹脂製、セラミック製、又は金属製とすることができる。カバー部材は、シート状、板状、ブロック状等とすることができる。カバー部材と集電体の接続は、接着、溶着、嵌合等により行うことができる。
[超音波接合]
集電体と芯体積層部を超音波接合する際の条件は、特に限定されないが、例えば、ホー
ン荷重を１０００Ｎ～２５００Ｎ（１００ｋｇｆ～２５０ｋｇｆ）、周波数を１９ｋＨｚ～３０ｋＨｚ、接合時間を２００ｍｓ～５００ｍｓに設定して超音波接合を行ってもよい。また、周波数が２０ｋＨｚの場合、ホーン振幅を最大振幅（例えば５０μｍ）の５０％～９０％としてもよい。芯体積層部に超音波振動が加えられることにより、芯体積層部を構成する芯体の各表面、集電体の表面の酸化膜が摩擦によって取り除かれ、芯体同士が固相接合されると共に、芯体と集電体が固相接合されることが好ましい。
＜その他＞
上述の実施形態及び変形例１～３においては、負極集電体の構成、負極集電体と負極芯体積層部の接合方法等について詳細を説明したが、正極集電体の構成、正極集電体と正極芯体積層部の接合方法等についても同様の構成とすることができる。
本開示の内容は、正極側及び負極側の少なくとも一方に適用される。
上述の実施形態及び変形例１～３においては、偏平状の巻回電極体を有する角形二次電池を例示したが、これに限定されない。電極体は、セパレータを挟んで正極板と負極板とが交互に複数枚積層された積層型の電極体であってもよい。積層型の電極体の場合、矩形状の芯体露出部が複数積層された芯体積層部とすることができる。なお、巻回電極体の場合でも、矩形状の芯体露出部が複数積層された芯体積層部とすることもできる。また、巻回電極体を、その巻回軸が封口板に対して垂直となる向きで電池ケース内に配置してもよい。また、電極体における封口板側の端部に正極芯体積層部と負極芯体積層部が配置される構成であってもよい。
正極芯体がアルミニウム又はアルミニウム合金製である場合、正極芯体の厚みは５～３０μｍであることが好ましく、１０～２０μｍであることがより好ましい。また、正極芯体積層部における正極芯体の積層数は１０～１００層であることが好ましく、３０～１００層がより好ましい。正極活物質層の厚みは、特に限定されないが、例えば、１０～５００μｍであることが好ましい。
負極芯体が銅又は銅合金製である場合、負極芯体の厚みは５～３０μｍであることが好ましく、６～１５μｍであることがより好ましい。また、負極芯体積層部における負極芯体の積層数は１０～１００層であることが好ましく、３０～１００層がより好ましい。負極活物質層の厚みは、特に限定されないが、例えば、１０～５００μｍであることが好ましい。
正極板、負極板、セパレータ、電解質等に関しては、公知の材料を用いることができる。
１００・・・角形二次電池
２００・・・電池ケース
１・・・角形外装体
２・・・封口板
３・・・電極体
４・・・正極板
４ａ・・・正極芯体
４ｂ・・・正極活物質層
５・・・負極板
５ａ・・・負極芯体
５ｂ・・・負極活物質層
６・・・正極集電体
６ａ・・・ベース部
６ｂ・・・リード部
６ｃ・・・リブ
６ｘ・・・凹凸形成部
７・・・正極端子
７ａ・・・鍔部
８・・・負極集電体
８ａ・・・ベース部
８ｂ・・・リード部
８ｃ・・・リブ
８ｘ・・・凹凸形成部

９・・・負極端子
９ａ・・・鍔部
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・・・ガス排出弁
１６・・・電解質注液孔
１７・・・封止部材

５０・・・負極芯体積層部
５１・・・接合部
５１ｘ・・・芯体側凹凸形成部

６０、１６０・・・シート部材
６１、１６１・・・接着層

９０・・・ホーン
９０ａ・・・ホーン突起
９１・・・アンビル
９１ａ・・・アンビル突起

１０８・・・負極集電体
１０８ｂ・・・リード部
１０８ｃ・・・リブ
１０８ｄ・・・凹部
１０８ｅ・・・薄肉部
１０８ｘ・・・凹凸形成部

２６０、３６０・・・板状部材
２６０ａ・・・板状部材凹部
２６０ｂ・・・周辺部
２６１、３６１・・・接着層

Claims (10)

  1. 第１電極板と、
    前記第１電極板と極性の異なる第２電極板と、
    前記第１電極板と前記第２電極板を含む電極体と、
    前記第１電極板に電気的に接続された第１電極集電体と、を備えた二次電池であって、
    前記第１電極板は、第１電極芯体と、前記第１電極芯体上に形成された第１電極活物質層を有し、
    前記電極体は、前記第１電極芯体が積層された第１電極芯体積層部を有し、
    前記第１電極集電体の一方の面に前記第１電極芯体積層部が接合されて接合部が形成され、
    前記第１電極集電体において前記接合部が形成された部分において、前記一方の面と反対側に位置する他方の面には凹凸形成部が形成され、
    前記第１電極集電体の前記他方の面には凹部が形成されており、
    前記凹部を構成する底面に前記凹凸形成部が形成され、
    前記他方の面には、前記凹凸形成部を覆うようにカバー部材が配置され、
    前記カバー部材は、前記凹部の周囲に接続された二次電池。
  2. 前記カバー部材は、接着層により前記第１電極集電体に接着された請求項１に記載の二次電池。
  3. 第１電極板と、
    前記第１電極板と極性の異なる第２電極板と、
    前記第１電極板と前記第２電極板を含む電極体と、
    前記第１電極板に電気的に接続された第１電極集電体と、を備えた二次電池であって、
    前記第１電極板は、第１電極芯体と、前記第１電極芯体上に形成された第１電極活物質層を有し、
    前記電極体は、前記第１電極芯体が積層された第１電極芯体積層部を有し、
    前記第１電極集電体の一方の面に前記第１電極芯体積層部が接合されて接合部が形成され、
    前記第１電極集電体において前記接合部が形成された部分において、前記一方の面と反対側に位置する他方の面には凹凸形成部が形成され、
    前記他方の面には、前記凹凸形成部を覆うようにカバー部材が配置され、
    前記カバー部材は、接着層により前記第１電極集電体に接着され、
    前記接着層は、前記凹凸形成部を囲むように環状に配置された二次電池。
  4. 前記第１電極集電体の厚み方向において、前記カバー部材と前記凹凸形成部は離間して配置された請求項１～３のいずれかに記載の二次電池。
  5. 前記第１電極芯体は銅又は銅合金製であり、
    前記第１電極集電体は銅又は銅合金製である請求項１～４のいずれかに記載の二次電池。
  6. 第１電極板と、
    前記第１電極板と極性の異なる第２電極板と、
    前記第１電極板と前記第２電極板を含む電極体と、
    前記第１電極板に電気的に接続された第１電極集電体と、を備え、
    前記第１電極板は、第１電極芯体と、前記第１電極芯体上に形成された第１電極活物質層を有する二次電池の製造方法であって、
    前記第１電極芯体が積層された第１電極芯体積層部を有する前記電極体を作製する電極体作製工程と、
    前記第１電極芯体積層部と前記第１電極集電体をアンビルとホーンで挟み込み超音波接合する超音波接合工程と、を有し、
    前記超音波接合工程において、前記第１電極集電体において前記アンビルが接する部分に凹凸形成部が形成され、
    前記第１電極集電体の前記凹凸形成部が形成された面には凹部が形成されており、
    前記凹部を構成する底面に前記凹凸形成部が形成され、
    前記超音波接合工程の後、カバー部材が前記凹凸形成部を覆うように前記カバー部材を前記第１電極集電体に接続するカバー部材接続工程を有し、
    前記カバー部材は、前記凹部を覆うように配置され、
    前記カバー部材は、前記凹部の周囲に接続された二次電池の製造方法。
  7. 前記カバー部材は、接着層により前記第１電極集電体に接着された請求項６に記載の二次電池の製造方法。
  8. 第１電極板と、
    前記第１電極板と極性の異なる第２電極板と、
    前記第１電極板と前記第２電極板を含む電極体と、
    前記第１電極板に電気的に接続された第１電極集電体と、を備え、
    前記第１電極板は、第１電極芯体と、前記第１電極芯体上に形成された第１電極活物質層を有する二次電池の製造方法であって、
    前記第１電極芯体が積層された第１電極芯体積層部を有する前記電極体を作製する電極体作製工程と、
    前記第１電極芯体積層部と前記第１電極集電体をアンビルとホーンで挟み込み超音波接合する超音波接合工程と、を有し、
    前記超音波接合工程において、前記第１電極集電体において前記アンビルが接する部分に凹凸形成部が形成され、
    前記超音波接合工程の後、カバー部材が前記凹凸形成部を覆うように前記カバー部材を前記第１電極集電体に接続するカバー部材接続工程を有し、
    前記カバー部材は、接着層により前記第１電極集電体に接着され、
    前記接着層は、前記凹凸形成部を囲むように環状に配置された二次電池の製造方法。
  9. 前記カバー部材接続工程において、前記第１電極集電体の厚み方向において、前記カバー部材と前記凹凸形成部の間に隙間が形成されるように前記カバー部材を前記第１電極集電体に接続する請求項６～８のいずれかに記載の二次電池の製造方法。
  10. 前記第１電極芯体は銅又は銅合金製であり、
    前記第１電極集電体は銅又は銅合金製である請求項６～９のいずれかに記載の二次電池の製造方法。
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