JP2002313309A - 電気化学装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 大電流放電に対応するため、複数の短冊状の
集電タブを均一に揃え、かつ強固に接続し、さらに溶接
することにより、集電抵抗の低減、集電タブの熱伝導性
の向上を図った電気化学装置およびその製造方法を提供
する。 【解決手段】 充電および放電の可能な、複数の短冊状
集電タブ２２を有する電気化学素子を備え、集電タブ２
２が内部端子２３の少なくとも１箇所に揃えられ、金属
材料からなる接続部材２１により集電タブ２２が内部端
子２３に接続されてなる電気化学装置である。接続部材
２１が、接続部材２１の頭部２５に超音波を印可しつつ
加圧することにより集電タブ２２および内部端子２３に
打ち込まれ、かつ集電タブ２２および／または接続部材
２１が溶接された構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】 本発明は、二次電池、電気
化学キャパシタ等の電気化学装置（以下、単に「装置」
ともいう）およびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】 近年、国際的な地球環境の保護のため
の省資源化や省エネルギー化の要請が高まり、電気自動
車やハイブリッド電気自動車（以下、単に「電気自動車
等」ともいう）のモータ駆動用電源として、リチウム二
次電池、ナトリウム硫黄二次電池等の各種二次電池や電
気化学キャパシタの開発が進められている。

【０００３】 この各種二次電池や電気化学キャパシタ
等は、電池容量が大きいことのみならず、自動車の加速
性能や登坂性能に大きな影響を及ぼす電池出力が大きい
ことも求められる。これらの電気化学装置は、電流の充
放電を為す電気化学素子を内部に有する。この電気化学
素子は、一般的に、以下のような構造を有し、上述した
理由のため、様々な技術的課題が生じ、それに対応する
構造の工夫が必要とされている。

【０００４】 例えば、リチウム二次電池の電気化学素
子は、正極板と負極板とを多孔性ポリマーフィルムから
なるセパレータを介して正極板と負極板とが直接に接触
しないように捲回又は積層して構成されている。例え
ば、図８に示すように、捲回型の電気化学素子１は、正
極板２と負極板３とをセパレータ４を介して捲回して作
製され、正極板２及び負極板３（以下、「電極板２、
３」ともいう）のそれぞれに正極用の集電タブ５及び負
極用の集電タブ６（以下、「タブ５、６」ともいう）が
配設される。

【０００５】 そして、タブ５、６の、電極板２、３と
接続された反対側の端部は、内部端子等に取り付けられ
る。即ち、タブ５、６は、電極板２、３からの集電を行
うと共に、リード線としての役割を担っている。

【０００６】 電極板は、正極板についてはアルミニウ
ム等、負極板については銅等の金属箔等を集電基板とし
て用い、それぞれに電極活物質を塗布して形成されてお
り、集電タブは、このような集電基板の少なくとも一辺
に配設される。そこで、集電タブとして短冊状のものを
用いると、電極板を捲回する際に、集電タブの部分で部
分的に外周に向けて膨らむといった形状むらが発生し難
く、また、集電基板と集電タブとの接触抵抗を低減する
ことができ、好ましい。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】 電気自動車等用の二
次電池や電気化学キャパシタ等の装置では、装置１本当
たりに、頻繁に１００Ａ、２００Ａといった大電流を流
す必要のある場面が想定される。このような大電流が流
れた場合に装置の出力ロスが小さくなるように、装置全
体の内部抵抗をできるだけ小さくする必要がある。電気
化学装置において、電気化学素子から電流を取り出す際
に発生する集電抵抗は大きな内部抵抗要因の一つであ
り、それを低減するため、上述したように、短冊状集電
タブを複数枚使用する工夫やその複数の集電タブを溶接
する工夫がなされている。

【０００８】 さらに、工夫の一つとして、特開平１０
−２７００４８号公報には、所定数に区分けされた複数
の集電タブを内部端子の溝部に差込んで積層し、この積
層部を２ｍｍ×２５ｍｍのサイズで超音波或いは電気抵
抗等により溶接、および／または、リベット或いははと
め等で機械的に接合した非水電解質二次電池が開示さ
れ、この発明によれば、高信頼な接合を短時間で製作で
きるとされている。しかし、この構成では、たとえ集電
タブを超音波溶接や機械的接合により内部端子に接合し
たとしても、内部端子の溝部が細いために、固定されて
いる部分は小さく、その接合は安定性がいいとは言い難
い。よって、頻繁に大きな振動を受ける電気自動車等の
用途には全く適さないと考えられる。また、集電タブを
所定数まとめた上で内部端子の溝部にはめこんで、溶接
等により接続されているので、その作業効率は悪く、実
際の製造工程を考えた場合に、この構成では、機械的自
動化は困難である。

【０００９】 また、電気自動車等用の二次電池や電気
化学キャパシタ等の装置では、大電流の放電時に大きな
発熱を伴うことになる。図７は、捲回型の電気化学素子
１を有するリチウム二次電池８を示している。このリチ
ウム二次電池８は、電気化学素子１をアルミ製又はステ
ンレス製の電池ケース１２に収納し、電池ケース１２の
両端をアルミ製の電極蓋とアルミ製又は銅製の電極蓋に
より封止してなるものである。捲回型の電気化学素子１
は、アルミ製の巻芯７の外周壁を囲繞するように、電極
活物質を塗工した、アルミ製の正極板と銅製又はニッケ
ル製の負極板とを樹脂製のセパレータを介して捲回した
捲回体の両端に、アルミ製の正極用集電タブと銅製又は
ニッケル製の負極用集電タブとを接続してなるものであ
る。この電気化学素子１の正極及び負極のタブ５、６
は、溶接等の方法を用いてそれぞれの電極蓋に接続され
ている。また、このリチウム二次電池８は、電気化学素
子１と電極蓋の間に樹脂製の振動防止部材１４を挟むこ
とにより、内部の固定が図られている。

【００１０】 このリチウム二次電池は、電池の中心軸
方向の場合、内部に発生した熱は電流経路を通って電池
表面から放出される。この場合の伝熱経路は、電流経
路、すなわち、正極板、負極板、正極用集電タブ、負極
用集電タブおよび外部端子と全て金属製のものから構成
されているため、熱が伝導しやすい構造になっている。
一方、電池の径方向の場合、内部に発生した熱が電池表
面から外部へ放出されるためには、電気化学素子の捲回
体を横断する必要がある。この場合の伝熱経路には、正
極板および負極板の積層構造、電極活物質、電解液、セ
パレータ等の金属に比べて熱伝導率の低いものが介在し
ており、中心軸方向に比べ熱は伝導しにくい構造になっ
ている。図７に示すリチウム二次電池８を用いて、本発
明者らが熱伝導率を計算したところ、電池の中心軸方向
では３４．０Ｗ／ｍ・Ｋ、電池の系方向では０．３０Ｗ
／ｍ・Ｋとなり、熱伝導率比（電池の中心軸方向／電池
の系方向）は１１３という結果となった。このような伝
熱経路や熱伝導率の傾向は、積層型の電気化学素子にお
いても同様であり、また捲回型や積層型の電気化学素子
を備える他の二次電池や電気化学キャパシタ等の電気化
学装置においても勿論同様である。

【００１１】 これらのことから電気化学素子の内部の
熱は、電流経路を利用すれば最も効率的に装置外部へと
放出し易いことが分かる。高い作動電圧及び高エネルギ
ー密度を有し、大電流の放電ができると電気化学素子
は、大きく発熱し、電池温度が上昇しやすいという不都
合を有している。この発熱による電池温度の上昇は、電
流が流れる際に生じる電気化学素子の内部抵抗によるも
のであり、電気化学素子は温度が上昇して高温状態に晒
され続けると、その内部抵抗は更に上昇することにな
り、結果として、電池容量は減少し、性能が低下すると
いう不都合があった。しかし、各種二次電池や電気化学
キャパシタ等の電気化学装置には、このような不都合が
あるにもかかわらず、発熱を防止するための十分な対策
はなされていないのが現状であり、性能の維持が不十分
であるとともに、寿命が短い等の問題があった。

【００１２】

【課題を解決するための手段】 本発明はかかる従来の
問題に鑑みてなされたものであり、その目的とするとこ
ろは、大電流放電に対応するため、複数の短冊状の集電
タブを均一に揃え、かつ強固に接続し、さらに溶接する
ことにより、集電抵抗の低減、集電タブの熱伝導性の向
上を図った電気化学装置およびその製造方法を提供する
ことにある。

【００１３】 即ち、本発明によれば、充電および放電
の可能な、複数の短冊状集電タブを有する電気化学素子
を備え、前記集電タブが内部端子の少なくとも１箇所に
揃えられ、金属材料からなる接続部材により前記集電タ
ブが前記内部端子に接続されてなる電気化学装置であっ
て、前記接続部材が、前記接続部材の頭部に超音波を印
可しつつ加圧することにより前記集電タブおよび前記内
部端子に打ち込まれ、かつ前記集電タブおよび／または
前記接続部材が溶接されたことを特徴とする電気化学装
置、が提供される。

【００１４】 このとき、前記接続が、前記頭部に縦振
動またはねじれ振動の超音波を印加して形成されること
が好ましく、前記軸部が、中空であることが好ましい。
また、前記接続部材が、前記集電タブと同一材であるこ
とが好ましい。

【００１５】 本発明においては、前記溶接が、ＹＡＧ
レーザーまたは電子ビームにより行われたものであるこ
とが好ましい。さらに、前記集電タブの１枚の厚みが５
μｍ以上１００μｍ以下であり、かつ、前記内部端子の
１箇所に少なくとも１０枚の前記集電タブが接続される
ことが好ましい。

【００１６】 また、本発明によれば、充電および放電
の可能な、複数の短冊状集電タブを有する電気化学素子
を備え、前記集電タブが電極端子の少なくとも１箇所に
揃えられて接続されてなる電気化学装置であって、前記
電極端子の１平面が、前記集電タブの先端が当接する面
を有する窪み部を備え、前記当接面と前記集電タブの先
端部とが溶接されたことを特徴とする電気化学装置、が
提供される。

【００１７】 このとき、前記集電タブが、前記当接面
から所定の長さの部分に接する固定部材を押し当てられ
固定されることが好ましい。前記固定部材の上面を含む
面が、前記平面と同一平面上であることが好ましく、前
記上面が、前記平面と接する部分を溶接されることが好
ましい。さらに、前記窪み部の幅が、前記集電タブの幅
と同一であることが好ましい。前記当接面と前記窪み部
の底面との為す角が、直角であることが好ましい。前記
当接面と対向する面が、スロープ状であることが好まし
い。

【００１８】 本発明においては、前記溶接が、ＹＡＧ
レーザーまたは電子ビームにより行われたものであるこ
とが好ましい。さらに、前記集電タブの１枚の厚みが５
μｍ以上１００μｍ以下であり、かつ、前記内部端子の
１箇所に少なくとも１０枚の前記集電タブが接続される
ことが好ましい。

【００１９】 また、本発明によれば、充電および放電
の可能な、複数の短冊状集電タブを有する電気化学素子
を備え、前記集電タブが電極端子の少なくとも１箇所に
揃えられて接続されてなる電気化学装置であって、その
先端が揃えられた前記集電タブの一部を、前記電極端子
の１平面に接触させ、鉤部材により前記集電タブを固定
し、かつ、前記集電タブの側部を溶接されたことを特徴
とする電気化学装置、が提供される。

【００２０】 このとき、前記鉤部材が、前記電極部材
および／または前記集電タブと同一材からなることが好
ましい。さらに、前記溶接が、ＹＡＧレーザーまたは電
子ビームにより行われたものであることが好ましい。前
記集電タブの１枚の厚みが５μｍ以上１００μｍ以下で
あり、かつ、前記内部端子の１箇所に少なくとも１０枚
の前記集電タブが接続されることが好ましい。

【００２１】 本発明の構成条件は、二次電池または電
気化学キャパシタに好適に採用され、特に容量が２Ａｈ
以上であるものに好適に採用される。用途としては、車
載用として、電気自動車用またはハイブリッド電気自動
車用として、エンジン起動用として好適に用いられる。

【００２２】 また、本発明によれば、充電および放電
の可能な、正極および負極を有する電気化学素子の両端
に設けた複数の短冊状集電タブを内部端子の少なくとも
１箇所に揃えた後、前記集電タブに金属材料からなる接
続部材を打ち込んで、前記集電タブを前記内部端子に接
続する電気化学装置の製造方法であって、前記頭部に超
音波を印加しつつ圧力を加えて前記集電タブを前記内部
端子に接続することを特徴とする電気化学装置の製造方
法、が提供される。

【００２３】 本発明においては、前記超音波印加時
に、縦振動またはねじれ振動を印加可能な超音波発生装
置を用いることが好ましい。前記接続部材として、軸部
が中空であるものを用いることが好ましい。また、前記
接続部材により前記集電タブを前記内部端子に接続した
後、前記集電タブ、および／または、前記接続部材と前
記集電タブとを溶接することが好ましい。前記接続部材
として、前記集電タブと同材質のものを用いることが好
ましい。さらに、前記溶接作業時に、エネルギー源とし
てＹＡＧレーザーまたは電子ビームを用いることが好ま
しい。前記集電タブとして、１枚の厚みが５μｍ以上１
００μｍ以下であるものを用い、かつ、前記内部端子の
１箇所に少なくとも１０枚の前記集電タブを接続するこ
とが好ましい。

【００２４】

【発明の実施の形態】 本発明の電気化学装置は、充電
および放電の可能な、複数の短冊状集電タブを有する電
気化学素子を備えたものである。本発明は、第一から第
四の発明に大別される。第一の発明から第三の発明は電
気化学装置に関し、第四の発明は第一の発明の電気化学
装置の製造方法に関する。以下、本発明の実施形態につ
いてリチウム二次電池を例として説明するが、本発明が
以下の実施形態に限定されないことはいうまでもない。

【００２５】 本発明における第一の発明の電気化学装
置は、充電および放電の可能な、複数の短冊状集電タブ
を有する電気化学素子を備え、前記集電タブが内電タブ
が前記内部端子に接続されてなる電気化学装置であり、
前記接続部材が、前記接続部材の頭部に超音波を印可し
つつ加圧することにより前記集電タブおよび前記内部端
子に打ち込まれ、かつ前記集電タブおよび／または前記
接続部材が溶接された構成とする。

【００２６】 従来、接続部材を打ち込んで集電タブを
内部端子に接続する場合、集電タブおよび内部端子に接
続部材を通すための穴を開ける加工が必要であった。本
発明においては、図１に示すように、接続部材２１の頭
部２５に超音波を印加しつつ圧力を加えることにより、
集電タブ２２や内部端子２３に穴がなくても超音波の力
で接続部材は打ち込まれるので、穴開け加工は不要とな
ることから、生産性の向上、コストの削減を実現するこ
とが出来る。また、集電タブおよび／または接続部材が
溶接されることより、集電タブが、さらに安定的に、一
体的に接続されるので、集電抵抗が低減されることにな
る。

【００２７】 この第一の発明においては、前記接続と
して、前記頭部に縦振動またはねじれ振動の超音波を印
加して形成されることが好ましい。このことにより、図
２（ａ）に示すように、積層された集電タブ２２に対し
て上部から１枚１枚下部へと力が与えられるので、スム
ーズに打ち抜いていくことが出来る。また、集電タブ２
２に与えられる力が超音波であるので、打ち込む際に集
電タブ２２のズレが小さく、均一に揃ったままで接続を
完了させることが出来る。このように、集電タブが均一
に揃い、かつ強固に接続されていると、その部分の熱伝
導性が良くなることから、電気化学装置の発熱を防止す
ることが出来る。

【００２８】 印加される超音波が横振動であると、図
２（ｂ）に示すように、振動が集電タブ２２の横方向に
伝わるため接続が甘くなり、また、超音波が直接集電タ
ブ２２を打ち込む力とならないので、打ち込みにくいと
いうこともある。尚、超音波を印加する装置に特に制限
はないが、図１に示すように、超音波ホーン２０を好適
に用いることが出来る。

【００２９】 また、第一の発明においては、前記軸部
が、中空であることが好ましい。通常、このような用途
に用いられる接続部材の軸部は、図３（ｂ）に示すよう
に、中空ではないものであるが、この従来の接続部材２
１を用いて集電タブを打ち抜くと、打ち抜かれた部分の
集電タブは、接続部材の周囲に移動することになり、そ
の周囲の集電タブは圧迫され、しわになりやすい。図３
（ａ）に示すように、接続部材２１の軸部２６が中空部
２７を有するものを用いると、この中空部分に打ち抜か
れた集電タブが入り込むので、接続部材の周囲への圧迫
は少なくなる。また、軸部２６が中空であると、打ち抜
く際の集電タブに接する面積が小さくなるので、相対的
に単位面積当たりの圧力は大きくなるので、より打ち抜
き易くなり、従来より低圧で打ち抜くことも可能とな
る。

【００３０】 接続部材の形状に特に制限はなく、超音
波により打ち込むことが出来ればどのような形状でも構
わない。具体例としては、リベットを挙げることができ
る。接続部材としては、図３（ａ）、図３（ｂ）に示す
ように、軸部２６と頭部２５とを有し、この頭部２５
は、超音波を安定的に印可できる程度に平たいことが好
ましい。尚、接続部材は、超音波により打ち込み、集電
タブを固定出来るものであれば、超音波打ち込みにより
変形してしまうものでも構わない。

【００３１】 また、接続部材としては、集電タブと同
一材であることが好ましい。本発明では接続部材で集電
タブを接続した後、図４（ａ）、図４（ｂ）に示すよう
に、レーザー等により溶接を行う。この際に、接続部材
２１が集電タブ２２と同一材であると、接続部材が溶け
た際に集電タブと一体化し、強固な接続を実現すること
が出来る。

【００３２】 第一の発明において、集電タブの溶接、
集電タブと接続部材との溶接は、ＹＡＧレーザーまたは
電子ビームにより行うことが好適である。レーザ溶接及
び電子ビーム溶接は、内部端子と束ねられた集電タブの
全体について、均一に金属を熔解させ、溶接することが
可能であり、集電タブと内部端子との接触抵抗を極めて
小さくすることができると共に、発熱量も小さいという
優れた特徴を有する。この特徴と接続部材の頭部に超音
波を印加しながら集電タブを接続部材を用いて固定する
ことで、各集電タブを一体化するまでに溶接でき、集電
抵抗を低減することが可能となる。

【００３３】 特に、図４（ｂ）に示すように、接続部
材２１の頭部２５を上部から狙ってレーザー等３４を照
射した場合には、金属材料からなる接続部材２１が溶け
出し、その溶金が積層された集電タブ２２の隙間を、よ
り密に埋めることができ、接続を強固とすることが出来
る。

【００３４】 なお、溶接を行う際には、集電タブの一
端は、内部電極体と接続された状態となっているので、
内部電極体の取り扱いの容易さ、集電タブの溶断の危険
性、内部電極体への熱伝達による内部電極体の損傷とい
った事項を含めて、溶接作業性を考慮することが好まし
い。

【００３５】 本発明を適用するに好ましい集電タブの
厚みや枚数は前述した条件に限定されるものではない
が、集電タブの１枚の厚みは、５μｍ以上１００μｍ以
下のものを用いることが好ましく、かつ、少なくとも１
０枚の集電タブを接合する場合に、本発明は顕著な効果
を奏する。

【００３６】 次に、本発明における第二の発明につい
て説明する。本発明における第二の発明の電気化学装置
は、充電および放電の可能な、複数の短冊状集電タブを
有する電気化学素子を備え、前記集電タブが電極端子の
少なくとも１箇所に揃えられて接続されてなる電気化学
装置であり、前記電極端子の１平面が、前記集電タブの
先端が当接する面を有する窪み部を備え、前記当接面と
前記集電タブの先端部とが溶接された構成とする。

【００３７】 電極端子に集電タブが収まる窪み部を設
け、図５（ａ）に示すように、その窪み部３８の１端面
に集電タブ２２の先端を突けるように構成すると、集電
タブ２２の先端がその端面で必然的に揃うことになる。
よって、その電極端子の当接面３０をレーザー等で照射
ことにより、集電タブの先端をもれなく溶接することが
出来ることとなる。ここで、「電極端子」とは、電気化
学素子に取り付けられた集電タブから電流を取り出す部
材のことをいい、具体的には、内部端子や電極蓋等の部
材をいう。

【００３８】 第二の発明において、集電タブとして
は、前記当接面から所定の長さの部分に接する固定部材
を押し当てられ固定されることが好ましい。このことに
より、集電タブをより安定的に固定することが出来る。
このとき、図５（ａ）に示すように、固定部材２９の上
面を含む面が、電極端子２８の前記平面と同一平面上で
あることが好ましい。これは、固定部材の上面と電極端
子の前記平面とに段差があると、レーザー等を用いて照
射・溶接する際に、その段差面で入射レーザー光が反射
されてしまい、溶接不良部分ができやすいからである。
また、前記上面としては、前記平面と接する部分が溶接
されることが好ましい。本発明においては、少なくと
も、図５（ａ）に示すように、固定部材２９と集電タブ
２２の先端とが接する当接面３０を溶接すればよいが、
図５（ｂ）に示すように、固定部材２９の上面と電極端
子２８との接する平面を溶接し、溶接部３１を作製する
と、さらに集電タブは安定的に固定され、信頼性は向上
することになる。

【００３９】 また、第二の発明において、前記固定部
材の材料としては、集電タブと同一材料、或いは同種材
料であることが、集電抵抗を低減させることができるこ
とから、好ましく、また集電タブの材料としては、ろう
材や導電性が有り溶接時に接合に十分な合金層をつくる
材料を用いても良い。ここで、同一材料とは同種の金属
材料を意味し、同種材料とは、同一材料を含む、同種の
金属材料の合金まで含めた金属を意味する。尚、固定部
材に集電タブと種類の異なる金属を使用すると、接合界
面に局部電池を形成する可能性があり好ましくない。

【００４０】 窪み部の幅としては、集電タブの幅と同
一であることが好ましく、集電タブの幅より若干小さい
ことが、さらに好ましい。窪み部の幅が集電タブの幅と
同一であれば、集電タブが窪み部にすっぽりと収まり、
安定的に固定されることになる。さらに窪み部の幅が集
電タブの幅より若干小さい場合には、いわゆるしまりば
めの状態となり、窪みに押し込まれた集電タブは抜けず
らく、より安定的に固定され、後工程の作業性が向上す
ることとなる。また、前記当接面と窪み部の底面との為
す角としては、直角であることが、集電タブを均一に揃
えやすいので、好ましい。

【００４１】 また、前記当接面と対向する面として
は、スロープ状であることが好ましい。前記当接面と対
向する面が窪み部の底面に対して垂直に形成されている
と、集電タブは直線的に折れ曲がった状態で固定される
ことになる。本発明では、図５（ａ）に示すように、前
記当接面３０と対向する面をスロープ状に形成している
ことから、集電タブ２２は大きな負荷なく電極端子に固
定されることになる。

【００４２】 第二の発明における溶接としては、ＹＡ
Ｇレーザーまたは電子ビームにより行われたものである
ことが好ましく、集電タブの１枚の厚みが５μｍ以上１
００μｍ以下であり、かつ、内部端子の１箇所に少なく
とも１０枚の集電タブが接続されることが好ましい。こ
れは、第一の発明と同様の技術的意義からである。

【００４３】 次に、本発明における第三の発明につい
て説明する。本発明における第三の発明の電気化学装置
は、充電および放電の可能な、複数の短冊状集電タブを
有する電気化学素子を備え、前記集電タブが電極端子の
少なくとも１箇所に揃えられて接続されてなる電気化学
装置であり、その先端が揃えられた前記集電タブの一部
を、前記電極端子の１平面に接触させ、鉤部材により前
記集電タブを固定し、かつ、前記集電タブの側部を溶接
された構成とする。

【００４４】 このように、積層された集電タブを、図
６に示すように、電極端子２８の１平面に接触させ、鉤
部材３２により固定した上で、集電タブ２２の側面を溶
接し、溶接部３３を作製することによっても、安定かつ
低抵抗な集電タブの接続を実現することが出来る。ここ
で、「電極端子」とは、第二の発明と同様に、電気化学
素子に取り付けられた集電タブから電流を取り出す部材
のことをいい、具体的には、内部端子や電極蓋等の部材
をいう。

【００４５】 鉤部材としては、電極部材および／また
は集電タブと同一材からなることが、レーザー照射によ
る溶接の際に鉤部材と電極部材、集電タブが溶け合い、
溶接欠陥を防ぐことが出来ることから、好ましい。

【００４６】 第三の発明における溶接としては、ＹＡ
Ｇレーザーまたは電子ビームにより行われたものである
ことが好ましく、集電タブの１枚の厚みが５μｍ以上１
００μｍ以下であり、かつ、内部端子の１箇所に少なく
とも１０枚の集電タブが接続されることが好ましい。こ
れは、第一の発明と同様の技術的意義からである。

【００４７】 以上、本発明について、リチウム二次電
池を用いた場合を例に説明してきたが、本発明は電気化
学装置の構造を問うものではないことはいうまでもない
が、本発明の電気化学装置は、複数の集電タブを用いる
ことが好ましい容量の比較的大きい装置に好適に用いら
れる。具体的には、二次電池または電気化学キャパシタ
に好適に採用され、捲回型或いは積層型の電極体が用い
られる容量が２Ａｈ以上のものに好適に採用される。電
気化学装置の用途も限定されるものではないことはいう
までもないが、大電流の放電が頻繁に行われ、低内部抵
抗と低発熱が要求される車載用大容量装置として、エン
ジン起動用、並びに電気自動車又はハイブリッド電気自
動車のモータ駆動用に特に好適に用いることができる。

【００４８】 次に、本発明における第四の発明につい
て説明する。この第四の発明は、第一の発明の電気化学
装置の製造方法である。従って、第四の発明について
は、第一の発明の中でもその意義を説明しているので、
重複する部分は省略することとする。本発明における第
四の発明の電気化学装置の製造方法は、充電および放電
の可能な、正極および負極を有する電気化学素子の両端
に設けた複数の短冊状集電タブを内部端子の少なくとも
１箇所に揃えた後、前記集電タブに金属材料からなる接
続部材を打ち込んで、前記集電タブを前記内部端子に接
続する電気化学装置の製造方法であり、前記頭部に超音
波を印加しつつ圧力を加えて前記集電タブを前記内部端
子に接続する方法をとる。このことにより、接続部材に
よって集電タブを打ち抜く際に、集電タブや内部端子に
穴がなくても超音波の力で接続部材は打ち込まれる。よ
って、穴開け加工は不要となることから、生産性の向
上、コストの削減を実現することが出来る。

【００４９】 第四の発明においては、超音波印加時
に、縦振動またはねじれ振動を印加可能な超音波発生装
置を用いることが好ましい。このことにより、図２
（ａ）に示されるように、積層された集電タブ２２に対
して上部から１枚１枚下部へと力が与えられるので、ス
ムーズに打ち抜いていくことが出来る。また、集電タブ
に与えられる力が超音波であるので、打ち込む際に集電
タブのズレが小さく、均一に揃ったままで接続を完了さ
せることが出来る。このように、集電タブが均一に揃
い、かつ強固に接続されていると、その部分の熱伝導性
が良くなることから、電気化学装置の発熱を防止するこ
とが出来る。また、図２（ｂ）に示すように、横振動の
超音波を与えるよりも、接続部材と集電タブが強固に接
続され、集電タブを安定的に固定することができる。
尚、超音波を印加する装置に特に制限はないが、超音波
ホーンを用いることが好適である。

【００５０】 接続部材としては、軸部が中空であるも
のを用いることが好ましい。このことより、接続部材の
頭部に圧力をかけ打ち込む際の集電タブにかかる単位面
積当たりの圧力が相対的に大きくなり、接続部材を打ち
込む力を小さくすることが出来る。また、軸部の中空部
分に集電タブの打ち込まれた部分が入り込むことができ
るので、接続部材の周囲の集電タブがしわになりにく
い。

【００５１】 また、第四の発明においては、接続部材
により集電タブを内部端子に接続した後、集電タブ、お
よび／または、接続部材と集電タブとを溶接することが
好ましい。このことにより、集電タブがさらに一体的に
接続され、集電抵抗は低減し、熱伝導性を向上させるこ
とができる。このとき、接続部材としては、前記集電タ
ブと同材質のものを用いることが好ましい。このことに
より、接続部材をレーザー等により溶かして溶接すると
きに、集電タブとより一体的に固着させることが出来
る。

【００５２】 接続部材の形状に特に制限はなく、超音
波により打ち込むことが出来ればどのような形状でも構
わない。具体例としては、リベットを挙げることができ
る。接続部材としては、図３（ａ）、図３（ｂ）に示す
ように、軸部２６と頭部２５とを有し、この頭部２５
は、超音波を安定的に印可できる程度に平たいことが好
ましい。尚、接続部材は、超音波により打ち込み、集電
タブを固定出来るものであれば、超音波打ち込みにより
変形してしまうものでも構わない。

【００５３】 第四の発明においては、溶接作業時に、
エネルギー源としてＹＡＧレーザーまたは電子ビームを
用いることが好ましい。このことにより、集電タブの全
体について、均一に金属を熔解させ、溶接することが可
能となり、集電タブと内部端子との接触抵抗を極めて小
さくすることができる。

【００５４】 本発明を適用するに好ましい集電タブの
厚みや枚数は前述した条件に限定されるものではない
が、集電タブの１枚の厚みは、５μｍ以上１００μｍ以
下のものを用いることが好ましく、かつ、少なくとも１
０枚の集電タブを接合する場合に、本発明は顕著な効果
を奏する。

【００５５】 本発明を適用できる二次電池としては、
ニッケル−カドミウム電池、ニッケル−鉄電池、ニッケ
ル−亜鉛電池、酸化銀−カドミウム電池、亜鉛−塩素電
池、ニッケル−水素電池、リチウム二次電池、リチウム
ポリマー電池、リチウム−硫化鉄電池を挙げることがで
きる。

【００５６】 二次電池としては、特に、非水電解液型
電池が好ましい。非水電解液の電解質としては、ＬｉＰ
Ｆ₆、ＬｉＡｓＦ₆、ＬｉＣｌＯ₄、ＬｉＢＦ₄、ＬｉＳＣ
Ｎ等が用いられる。非水電解液の溶媒としては、ジメチ
ルスルホキシド、エチレンカーボネート、プロピレンカ
ーボネート、スルホラン、ガンマ−ブチロラクトン、ガ
ンマ−バレロラクトン、１，２−ジエトキシエタン、
１，２−ジメトキシエタン、２−メチルテトラヒドロフ
ラン、１，３−ジオキソラン、テトラヒドロフラン、
１，２−ジブトキシエタン等が用いられる。非水電解液
の添加剤としては、クラウンエーテル、ジグライム、Ｔ
ＨＦ、ＤＭＦ、デカリン、パラフィン、ヘキサデカン等
を例示できる。負極としても公知の物質を使用できる
が、特に黒鉛ないしカーボンが好ましく、黒鉛化度の高
い天然黒鉛やメソフェーズ小球体が好ましい。

【００５７】 セパレータの材質としては、ポリエチレ
ン、ポリプロピレンが好ましい。

【００５８】 電気化学キャパシタにおいては、微粉砕
した活性炭、バインダーおよび溶剤を混合したスラリー
を金属箔上に塗布し、この塗布層を乾燥して活性物質層
を形成する。このバインダーとしてはポリビニルアルコ
ール、カルボキシメチルセルロースを例示でき、溶剤と
しては水を例示できる。

【００５９】

【発明の効果】 以上説明したように、本発明の電気化
学装置およびその製造方法は、大電流放電に対応するた
め、複数の短冊状の集電タブを均一に揃え、かつ強固に
接続し、さらに溶接することにより、集電抵抗の低減、
集電タブの熱伝導性の向上を図ることが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明における超音波による集電タブの接続
法の一例を示す側面図である。

【図２】 超音波により接続部材を圧入する際の集電タ
ブに伝わる振動を示し、（ａ）は縦振動およびねじれ振
動、（ｂ）は横振動を表す説明図である。

【図３】 超音波により圧入される接続部材の構造の一
例であり、（ａ）は中空部ありの側面図および下面図で
あり、（ｂ）は中空部なしの側面図および下面図であ
る。

【図４】 本発明における内部端子に接続された、接続
部材および集電タブの溶接の一実施形態を示し、（ａ）
は断面図、（ｂ）は斜視図である。

【図５】 本発明における電極端子と集電タブの接合の
一実施形態を示し、（ａ）は断面図、（ｂ）は斜視図で
ある。

【図６】 本発明における鉤部材を用いた電極端子と集
電タブの接合の一実施形態を示す斜視図である。

【図７】 電気化学装置の一例であるリチウム二次電池
の構造を示す断面図である。

【図８】 捲回型電気化学素子の構造を示す斜視図であ
る。

【符号の説明】

１…捲回型電気化学素子、２…正極板、３…負極板、４
…セパレータ、５…正極用集電タブ、６…負極用集電タ
ブ、７…巻芯、８…リチウム二次電池、９Ａ…正極電池
蓋、９Ｂ…負極電池蓋、１０Ａ…正極外部端子、１０Ｂ
…負極外部端子、１１Ａ…正極内部端子、１１Ｂ…負極
内部端子、１２…電池ケース、１３…弾性体、１４…振
動防止部材、２０…超音波ホーン、２１…接続部材、２
２…集電タブ、２３…内部端子、２４…金敷、２５…頭
部、２６…軸部、２７…中空部、２８…電極端子、２９
…固定部材、３０…当接面、３１…溶接部、３２…鉤部
材、３３…溶接部、３４…レーザーまたは電子ビーム、
３５…縦振動、３６…ねじれ振動、３７…横振動、３８
…窪み部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鬼頭 賢信 愛知県名古屋市瑞穂区須田町２番56号 日 本碍子株式会社内 Ｆターム(参考） 5H022 AA09 AA18 BB03 BB11 BB17 BB19 CC01 CC08 CC14 CC19 CC22 EE01 5H029 AJ06 AL06 AL07 AM02 AM03 AM04 AM07 BJ02 BJ14 CJ03 CJ05 DJ00 DJ05 DJ14 EJ01 HJ04 HJ12 HJ19

Claims (31)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 充電および放電の可能な、複数の短冊状
   集電タブを有する電気化学素子を備え、前記集電タブが
   内部端子の少なくとも１箇所に揃えられ、金属材料から
   なる接続部材により前記集電タブが前記内部端子に接続
   されてなる電気化学装置であって、 前記接続部材が、前記接続部材の頭部に超音波を印可し
   つつ加圧することにより前記集電タブおよび前記内部端
   子に打ち込まれ、かつ前記集電タブおよび／または前記
   接続部材が溶接されたことを特徴とする電気化学装置。
2. 【請求項２】 前記接続が、前記頭部に縦振動またはね
   じれ振動の超音波を印加して形成された請求項１に記載
   の電気化学装置。
3. 【請求項３】 前記軸部が、中空である請求項１または
   ２に記載の電気化学装置。
4. 【請求項４】 前記接続部材が、前記集電タブと同一材
   である請求項１〜３のいずれか１項に記載の電気化学装
   置。
5. 【請求項５】 前記溶接が、ＹＡＧレーザーまたは電子
   ビームにより行われたものである請求項１〜４のいずれ
   か１項に記載の電気化学装置。
6. 【請求項６】 前記集電タブの１枚の厚みが５μｍ以上
   １００μｍ以下であり、かつ、前記内部端子の１箇所に
   少なくとも１０枚の前記集電タブが接続された請求項１
   〜５のいずれか１項に記載の電気化学装置。
7. 【請求項７】 充電および放電の可能な、複数の短冊状
   集電タブを有する電気化学素子を備え、前記集電タブが
   電極端子の少なくとも１箇所に揃えられて接続されてな
   る電気化学装置であって、 前記電極端子の１平面が、前記集電タブの先端が当接す
   る面を有する窪み部を備え、前記当接面と前記集電タブ
   の先端部とが溶接されたことを特徴とする電気化学装
   置。
8. 【請求項８】 前記集電タブが、前記当接面から所定の
   長さの部分に接する固定部材を押し当てられ固定された
   請求項７に記載の電気化学装置。
9. 【請求項９】 前記固定部材の上面を含む面が、前記平
   面と同一平面上である請求項７または８に記載の電気化
   学装置。
10. 【請求項１０】 前記上面が、前記平面と接する部分と
    を溶接された請求項７〜９のいずれか１項に記載の電気
    化学装置。
11. 【請求項１１】 前記窪み部の幅が、前記集電タブの幅
    と同一である請求項７〜１０のいずれか１項に記載の電
    気化学装置。
12. 【請求項１２】 前記当接面と前記窪み部の底面との為
    す角が、直角である請求項７〜１１のいずれか１項に記
    載の電気化学装置。
13. 【請求項１３】 前記当接面と対向する面が、スロープ
    状である請求項７〜１２のいずれか１項に記載の電気化
    学装置。
14. 【請求項１４】 前記溶接が、ＹＡＧレーザーまたは電
    子ビームにより行われたものである請求項７〜１３のい
    ずれか１項に記載の電気化学装置。
15. 【請求項１５】 前記集電タブの１枚の厚みが５μｍ以
    上１００μｍ以下であり、かつ、前記内部端子の１箇所
    に少なくとも１０枚の前記集電タブが接続された請求項
    ７〜１４のいずれか１項に記載の電気化学装置。
16. 【請求項１６】 充電および放電の可能な、複数の短冊
    状集電タブを有する電気化学素子を備え、前記集電タブ
    が電極端子の少なくとも１箇所に揃えられて接続されて
    なる電気化学装置であって、 その先端が揃えられた前記集電タブの一部を、前記電極
    端子の１平面に接触させ、鉤部材により前記集電タブを
    固定し、かつ、前記集電タブの側部を溶接されたことを
    特徴とする電気化学装置。
17. 【請求項１７】 前記鉤部材が、前記電極部材および／
    または前記集電タブと同一材からなる請求項１６に記載
    の電気化学装置。
18. 【請求項１８】 前記溶接が、ＹＡＧレーザーまたは電
    子ビームにより行われたものである請求項１６または１
    ７に記載の電気化学装置。
19. 【請求項１９】 前記集電タブの１枚の厚みが５μｍ以
    上１００μｍ以下であり、かつ、前記内部端子の１箇所
    に少なくとも１０枚の前記集電タブが接続された請求項
    １６〜１８のいずれか１項に記載の電気化学装置。
20. 【請求項２０】 二次電池または電気化学キャパシタで
    ある請求項１〜１９のいずれか１項に記載の電気化学装
    置。
21. 【請求項２１】 容量が２Ａｈ以上である請求項１〜２
    ０のいずれか１項に記載の電気化学装置。
22. 【請求項２２】 車載用である請求項１〜２１のいずれ
    か１項に記載の電気化学装置。
23. 【請求項２３】 電気自動車用またはハイブリッド電気
    自動車用である請求項２２に記載の電気化学装置。
24. 【請求項２４】 エンジン起動用である請求項２２また
    は２３に記載の電気化学装置。
25. 【請求項２５】 充電および放電の可能な、正極および
    負極を有する電気化学素子の両端に設けた複数の短冊状
    集電タブを内部端子の少なくとも１箇所に揃えた後、前
    記集電タブに金属材料からなる接続部材を打ち込んで、
    前記集電タブを前記内部端子に接続する電気化学装置の
    製造方法であって、前記頭部に超音波を印加しつつ圧力
    を加えて前記集電タブを前記内部端子に接続することを
    特徴とする電気化学装置の製造方法。
26. 【請求項２６】 前記超音波印加時に、縦振動またはね
    じれ振動を印加可能な超音波発生装置を用いる請求項２
    ５に記載の電気化学装置の製造方法。
27. 【請求項２７】 前記接続部材として、軸部が中空であ
    るものを用いる請求項２５または２６に記載の電気化学
    装置の製造方法。
28. 【請求項２８】 前記接続部材により前記集電タブを前
    記内部端子に接続した後、前記集電タブ、および／また
    は、前記接続部材と前記集電タブとを溶接する請求項２
    ５〜２７のいずれか１項に記載の電気化学装置の製造方
    法。
29. 【請求項２９】 前記接続部材として、前記集電タブと
    同材質のものを用いる請求項２５〜２８のいずれか１項
    に記載の電気化学装置の製造方法。
30. 【請求項３０】 前記溶接作業時に、エネルギー源とし
    てＹＡＧレーザーまたは電子ビームを用いる請求項２５
    〜２９のいずれか１項に記載の電気化学装置の製造方
    法。
31. 【請求項３１】 前記集電タブとして、１枚の厚みが５
    μｍ以上１００μｍ以下であるものを用い、かつ、前記
    内部端子の１箇所に少なくとも１０枚の前記集電タブを
    接続する請求項２５〜３０のいずれか１項に記載の電気
    化学装置の製造方法。