JP2010108916A - 二次電池の製造方法及び二次電池 - Google Patents

Abstract

【課題】正極板及び負極板の端部が安定して集電板に接合された電極群を備えた二次電池を提供することにある。
【解決手段】正極板１及び負極板２の少なくとも一方の極板の端部１ａ、２ａが、多孔質絶縁層から突出した状態で、正極板１及び負極板２が多孔質絶縁層を介して配置された電極群４を準備する工程と、一の主面に、頂点を有する突出部１１が複数形成された集電板１０を準備する工程と、多孔質絶縁層から突出した極板の端部１ａ、２ａを、集電板１０の他の主面に当接する工程と、突出部１１の頂点に向けてアーク放電することによって突出部１１を溶融させ、突出部１１の溶融した溶融部材１２により、極板端部１ａ、２ａと集電板１０とを溶接する工程とを含む。
【選択図】図３

Description

本発明は、いわゆるタブレス構造の電極群を有する二次電池の製造方法、及びその製造方法に用いる集電板、並びに、タブレス構造の電極群を有する二次電池に関する。

携帯用電子機器の小型化に伴い、その電源として、リチウムイオン二次電池やニッケル水素蓄電池の利用が広がっている、近年、これらの電池は、電動工具やハイブリッド自動車等の耐振動性や大電流を必要とする動力源としても注目されている。そのため、種々の形態の使用機器に対応できるよう、円筒形や扁平形といった電池の形状を問わず、小型軽量で高出力の二次電池の要望が高まっている。

正極板及び負極板の幅方向の端部をそれぞれ集電板に接合したタブレス構造の電極群は、電気抵抗を小さくできるので、大電流放電に適しているが、正極板及び負極板の端部を、それぞれ集電板に確実に接合する必要がある。

図１６は、特許文献１に記載されたタブレス構造の電極群の構成を示した図で、（ａ）は、集電板６０の断面図、（ｂ）は、正極板（または負極板）６１の端部を集電板６０に接合した状態の断面図である。

図１６（ａ）に示すように、集電板６０の表面には、複数の溝部６０ａが形成されている。そして、図１６（ｂ）に示すように、この溝部６０ａに、正極板（または負極板）６１の端部を挿入し、各溝部６０ａの周縁を溶融することによって、正極板（または負極板）６１の端部が集電板６０に接合されている。この場合、正極板（または負極板）６１の端部は、集電板６０との接合部６２において、集電板６０の材料である金属で埋め込まれた状態で溶接されているので、正極板（または負極板）６１の端部を、集電板６０に確実に接合することができる。

しかしながら、上記方法では、正極板（または負極板）６１の配列に応じて、集電板６０に溝部６０ａを形成しなければならない。また、正極板（または負極板）６１の端部を、溝部６０ａに挿入するための位置合わせ技術が必要となる。その結果、製造工程が複雑になり、製造コストが高くなるという問題がある。

特許文献２には、このような位置合わせが不要で、かつ簡単な方法で、正極板（または負極板）の端部を集電板に接合する方法が記載されている。

図１７は、特許文献２に記載された二次電池の構成を示した断面図である。図１７に示すように、セパレータ７３から互いに反対方向に突出した正極板７１及び負極板７２の端部７１ａ、７２ａが、集電板７０、７４に接合されている。ここで、正極板７１及び負極板７２の端部７１ａ、７２ａは、集電板７０、７４に押圧されることによって平坦部が形成されており、この平坦部を集電板７０、７４に当接させて溶接しているので、位置合わせが不要である。

しかしながら、上記方法では、正極板７１及び負極板７２を構成する集電体が薄箔化（例えば、膜厚が２０μｍ以下）されると、薄箔自身の機械的強度が低下するため、正極板７１及び負極板７２の端部７１ａ、７２ａを押圧しても、均一に折れ曲がった平坦部を形成することが困難になる。

特許文献３、４には、正極板または負極板を構成する集電体が薄箔化されても、正極板または負極板の端部を集電板に接合することが可能な技術が記載されている。

図１８は、特許文献３に記載された集電板の構成を示した斜視図である。図１８に示すように、平板形状の集電板８０の表面に、互いに反対向きに突出した第１の凸部８０ａ及び第２の凸部８０ｂが形成されている。そして、正極板（または負極板）８１の端部を、第２の凸部８０ｂに当接した状態で、第１の凸部８０ａにエネルギーを照射して、第１の凸部８０ａ、集電板８０本体部の一部、及び第２の凸部８０ｂを溶融することにより、正極板（または負極板）８１の端部を集電板８０に接合することができる。この場合、正極板（または負極板）８０の端部を、集電板８０の第２の凸部８０ｂに当接するだけで、集電板８０自身が溶融された溶融部材によって、集電板８０に接合することができるので、正極板（または負極板）８１を構成する集電体が薄箔化されて機械的強度が弱くなっても、集電体に負荷をかけずに、正極板（または負極板）８１の端部を集電板８０に接合することができる。

図１９は、特許文献４に記載された集電板の構成を示した斜視図である。図１９に示すように、集電板９０には、波形９０ａが形成されており、また、厚み方向に貫通する溝部９０ｂが形成されている。正極板（または負極板）９１の端部を波形９０ａに収束させて、溝部９０ｂの周縁を溶融することにより、正極板（または負極板）９１の端部を集電板９０に接合することができる。この場合、正極板（または負極板）９１の端部を、波形９０ａに収束させるだけで、集電板９０自身が溶融された溶融部材によって、集電板９０に接合することができるので、正極板（または負極板）９１を構成する集電体が薄箔化されて機械的強度が弱くなっても、集電体に負荷をかけずに、正極板（または負極板）９１の端部を集電板９０に接合することができる。

特開２００６−１７２７８０号公報 特開２０００−２９４２２２号公報 特開２００４−１７２０３８号公報 特開２００３−３６８３４号公報

しかしながら、特許文献３及び４に記載された従来技術では、集電板の溶融すべき部位（特許文献３では、第１の凸部８０ａ、特許文献４では、溝部９０ｂの周縁）を精度良く溶融させることが難しい。そのため、溶融すべき部位がずれると、集電板の下にある電極群やセパレータに熱損傷を与えてしまうおそれがある。

本発明はかかる課題を鑑みなされたもので、その主な目的は、正極板及び負極板の端部が安定して集電板に接合された電極群を備えた二次電池を提供することにある。

本発明の一側面における二次電池の製造方法は、正極板及び負極板の少なくとも一方の極板の端部が、多孔質絶縁層から突出した状態で、正極板及び負極板が多孔質絶縁層を介して配置された電極群を用意する工程（ａ）と、一の主面に、頂点を有する突出部が複数形成された集電板を準備する工程（ｂ）と、多孔質絶縁層から突出した極板の端部を、集電板の他の主面に当接する工程（ｃ）と、突出部の頂点に向けてアーク放電することによって突出部を溶融させ、突出部の溶融した溶融部材により、極板端部と集電板とを溶接する工程（ｄ）とを含む。

このような方法により、アーク放電により極板の端部を集電板に溶接する際、突出部の頂点がアンテナとして作用することによって、突出部の頂点に向けてアーク放電を発生さることができる。その結果、アーク放電による溶接電流の流れるルートを、溶融すべき突出部に確実に確保することができるため、突出部のみを精度良く溶融させることができる。これにより、集電板の下にある電極群やセパレータに熱損傷を与えることなく、正極板及び負極板の端部を、安定して集電板に接合することが可能となる。

ある好適な実施形態において、工程（ｂ）では、集電板の他の主面に、一対の突起部がさらに形成され、集電板の一の主面に形成された突出部は、一対の突起部の間に位置しており、工程（ｃ）では、極板の端部は、一対の突起部間に収束されて集電板の他の主面に当接され、工程（ｄ）では、一対の突起部間に収束された極板の端部と集電板とが、突出部の溶融した溶融部材により溶接される。

このような方法により、一対の突起部間に収束された極板の端部を、一対の突起部間に位置する突出部を溶融させることにより、正極板及び負極板の端部を、確実に集電板に接合することができる。

本発明によれば、アーク放電により極板の端部を集電板に溶接する際、突出部の頂点がアンテナとして作用することによって、突出部の頂点に向けてアーク放電が発生する。その結果、アーク放電による溶接電流の流れるルートを、溶融すべき突出部に確実に確保することができるため、突出部のみを精度良く溶融させることができる。これにより、電極群やセパレータに熱損傷のない、正極板及び負極板の端部が安定して集電板に接合された電極群を備えた二次電池を提供することができる。

本発明の一実施形態における電極群の構成を模式的に示した図で、（ａ）は正極板の平面図、（ｂ）は負極板の平面図、（ｃ）は電極群の斜視図である。 本発明の一実施形態における集電板の構成を模式的に示した図で、（ａ）は集電板の斜視図、（ｂ）は（ａ）に示すIIb−IIb線に沿った断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、電極群を集電板に接合する工程を模式的に示した断面図である。 本発明の一実施形態における二次電池の構成を模式的に示した断面図である。 本発明の一実施形態における集電板の他の構成を示した斜視図である。 （ａ）〜（ｃ）は、本発明の一実施形態における集電板に形成された突出部の他の構成を示した断面図である。 正極板の端部を、突出部が形成された部位の近傍に収束させる方法を示した断面図である。 本発明の一実施形態における集電板の構成を示した平面図である。 （ａ）〜（ｂ）は、本発明の一実施形態における集電板の製造方法を示した断面図である。 鋳造加工により突出部及び一対の突起部を形成した集電板の構成を示した断面図である。 正極板１の端部を、突出部が形成された部位の近傍に収束させる他の方法を示した断面図である。 本発明の一実施形態における積層された電極群と集電板との構成を示した斜視図である。 本発明の一実施形態における捲回された扁平状の電極群と集電板との構成を示した斜視図である。 （ａ）〜（ｃ）は、集電板に形成された突出部の配列を示した平面図である。 積層された電極群と集電板との接合工程を示した斜視図である。 従来のタブレス構造の電極群の構成を示した図で、（ａ）は集電板の断面図、（ｂ）は正極板（または負極板）の端部を集電板に接合した状態の断面図である。 従来の二次電池の構成を示した断面図である。 従来の集電板の構成を示した斜視図である。 従来の集電板の構成を示した斜視図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。また、本発明の効果を奏する範囲を逸脱しない範囲で、適宜変更は可能である。さらに、他の実施形態との組み合わせも可能である。

図１〜３は、本発明の一実施形態における二次電池の製造方法を示した図である。図１は、電極群４の構成を模式的に示した図で、（ａ）は正極板１の平面図、（ｂ）は負極板２の平面図、（ｃ）は電極群４の斜視図である。図２は、集電板１０の構成を模式的に示した図で、（ａ）は集電板１０の斜視図、（ｂ）は（ａ）に示すIIb−IIb線に沿った断面図である。図３（ａ）〜（ｃ）は、電極群４を集電板１０に接合する工程を模式的に示した断面図である。なお、以下の説明において、特に、極性に限定されないときは、正極を例に説明する。

まず、図１（ｃ）に示すように、正極板１及び負極板２の端部１ａ、２ａが、それぞれ多孔質絶縁層（不図示）から突出した状態で、正極板１及び負極板２が多孔質絶縁層を介して配置された電極群４を準備する。なお、正極板１の端部１ａは、図１（ａ）に示すように、正極合剤層１ｂが形成されていない未塗工部で、負極板２の端部２ａは、図１（ｂ）に示すように、負極合剤層２ｂが形成されていない未塗工部である。

次に、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、表面（一の主面）に、頂点を有する突出部１１が複数形成された集電板１０を準備する。ここで、突出部１１は、頂点を有するものであれば、特にその形状は限定されない。例えば、円錐形状や角錐形状などが、好適な例として挙げられる。また、図２（ｂ）に示すように、頂点を有する突出部１１は、その内側に空洞部を有していてもよい。さらに、図２（ａ）に示すように、頂点を有する複数の突出部１１は、集電板１０の一の主面上を、放射状に形成されているのが好ましい。なお、集電板１０の中央に孔１０ａを設けておけば、集電板１０に接合された電極群を電池ケース内に収納した後、この孔１０ａから、電解液を容易に注入することができる。

次に、図３（ａ）に示すように、多孔質絶縁層（不図示）から突出した正極板１の端部１ａを、集電板１０の他の主面に当接する。なお、正極板１の端部１ａは、後述する方法を用いて、突出部１１が形成された部位の近傍に収束されているのが好ましい。

次に、図３（ｂ）に示すように、突出部１１の頂点に向けてアーク放電することによって突出部１１を溶融させる。具体的には、電極棒１３を、周囲が不活性ガス雰囲気１４にされた突出部１１に近づけ、電極棒１３と集電板１０との間に高電圧を印加することによって、突出部１１の頂点に向けてアーク放電が発生する。アーク放電が発生した後、溶接電流１５を制御することにより、突出部１１を溶融させることができる。アーク放電は、電極棒１３の近傍にある突起状の先端部に向けて発生する。そのため、電極棒１３の位置が突出部１１から多少ずれても、突出部１１の頂点がアーク放電のアンテナとして作用することにより、突出部１１に向けてアーク放電を確実に発生させることができる。

頂点を有する突出部１１の溶融した溶融部材１２は、突出部１１の中心を流動して、正極板１の端部１ａを覆うことによって、図３（ｃ）に示すように、正極板１の端部１ａと集電板１０とを、接合部１９において溶接することができる。

このように、集電板１０の一の主面に、頂点を有する突出部１１を形成することによって、アーク放電による溶接電流の流れるルートを、溶融すべき突出部に確実に確保することができるため、突出部のみを精度良く溶融させることができる。これにより、集電板の下にある電極群やセパレータに熱損傷を与えることなく、正極板及び負極板の端部を、安定して集電板に接合することが可能となる。

ここで、アーク放電を利用した溶接（アーク溶接）としては、ＴＩＧ（Tungsten Inert Gas）溶接、ミグ溶接、マグ溶接、炭酸ガスアーク溶接等が挙げられる。

図４は、本実施形態における二次電池の構成を模式的に示した断面図である。電池ケース５内には、上記の方法により、正極板１の端部１ａ及び負極板２の端部２ａが、それぞれ正極集電板１０及び負極集電板２０に溶接された電極群４が、電解液とともに収容されている。正極集電板１０は、正極リード６を介して封口板７に接続され、負極集電板２０は、電池ケース５の底面に接続されている。電池ケース５の開口部は、ガスケット８を周縁に具備した封口板７により封口されている。

図４に示すような円筒形の二次電池の場合、集電板１０は、通常、図２（ａ）に示したような円形のものが用いられるが、図５に示すように、頂点を有する突出部１１が形成された領域以外の集電板１０に、切欠き部１０ｂを設けても構わない。これにより、集電板１０に接合された電極群を電池ケース内に収納した後、切欠き部１０ｂから、電解液を容易に注入することができる。

集電板１０に形成された頂点を有する突出部１１は、プレス加工や鍛造等によって、集電板１０と一体的に形成することができるが、それ以外に、図６（ａ）〜（ｃ）に示したような方法で形成することもできる。図６（ａ）に示した突出部１１は、集電板１０の面を、刃物等で切り起こして形成したものである。図６（ｂ）に示した突出部１１は、押出加工により形成したものである。図６（ｃ）に示した突出部１１は、集電板１０の材料よりも融点の低い金属材料を、集電板１０に形成した貫通孔に嵌合させて形成したものである。例えば、正極集電板１０の材料が、アルミニウム、アルミニウム合金、ニッケルメッキ鋼板、ニッケル、ニッケル合金の場合、突出部１１の材料として、アルミニウム合金ろう、銀ろう、ニッケルろう等を用いることができる。また、負極集電板２０の材料として、銅、銅合金、ニッケルメッキ鋼板、ニッケル、ニッケル合金の場合、突出部１１の材料として、りん銅ろう、銅ろう、ニッケルろう等を用いることができる。

図７は、正極板１の端部１ａを、突出部１１が形成された部位の近傍に収束させる方法を示した断面図である。図７に示すように、集電板１０の裏面（他の主面）に、一対の突起部２１が形成されており、集電板１０の表面（一の主面）に形成された突出部１１は、一対の突起部２１の間に位置している。このように構成された集電板１０に、正極板１の端部１ａを当接させると、正極板１の端部１ａは、一対の突起部２１の側壁に案内されて、一対の突起部２１間に収束される。その後、突出部１１の頂点に向けてアーク放電することによって突出部１１を溶融させると、頂点を有する突出部１１は、一対の突起部２１の間に位置しているため、一対の突起部２１間に収束された正極板１の端部１ａと集電板１０とは、突出部１１の溶融した溶融部材により溶接される。これにより、一対の突起部２１間に収束された正極板１の端部１ａを、確実に集電板１０に接合することができる。

図８は、このような集電板１０の構成を示した平面図である。一対の突起部２１（紙面の下方に突出）は、集電板１０の裏面上を、放射状に形成されている。また、突出部１１（紙面の上方に突出）は、集電板１０の表面上を、一対の突起部２１の間に位置しながら、放射状に形成されている。

ここで、頂点を有する突出部１１は、一対の突起部２１の中間に位置していることが好ましいが、必ずしも、それに限定されるものではない。また、頂点を有する突出部１１は、一対の突起部２１間に、２以上形成されていてもよい。また、突出部１１と、一対の突起部２１とは、必ずしも、その大きさや形状を同じにする必要はなく、要求される接合態様により適宜定めればよい。また、一対の突起部２１の間隔は、特に制限されないが、例えば、正極板１の端部１ａを、３〜１５本程度拘束できる間隔があればよい。また、本発明でいう「頂点」とは、先端部が、アーク放電時にアンテナとして作用する程度に先鋭になっているものでをいい、必ずしも尖っている必要はなく、先端が丸みを帯びているものも含まれる。

図９（ａ）〜（ｂ）は、図７に示した集電板１０の製造方法の一例を示した断面図である。図９（ａ）に示すように、平板な集電板１０の裏面に、突出部１１形成用のパンチ２２を配置し、集電板１０の表面に、一対の突起部２１形成用の一対のパンチ２３を配置する。そして、パンチ２２及び一対のパンチ２３を、それぞれ、図中の矢印の方向に押して、集電板１０を折曲げ加工することによって、図９（ｂ）に示したような、突出部１１及び一対の突起部２１を、集電板１０と一体的に形成することができる。

また、集電板１０は、鋳造加工によっても製造することができる。図１０は、鋳造加工により突出部１１及び一対の突起部２１を形成した集電板１０の構成を示した断面図である。この場合、図１０に示すように、折曲げ加工で形成する場合と違って、突出部１１の内側、及び一対の突起部２１の内側には、それぞれ空洞部は形成されない。

図１１は、正極板１の端部１ａを、突出部１１が形成された部位の近傍に収束させる他の方法を示した断面図である。集電板１０の裏面（突出部１１が形成された面と反対側の面）に、正極板１の端部１ａを収束するための溝１６を形成する。この溝１６は、例えば、プレス加工にて刃物を押し付けて正極板１の端部１ａを収束するための溝１６を形成したり、旋盤加工にて切削により正極板１の端部１ａを収束するための溝１６を形成することができる。正極板１の端部１ａを、この溝１６にはめ込むことによって、収束させることができる。

図１２は、正極板１及び負極板２が多孔質絶縁層３を介して積層された電極群４と集電板３０との構成を示した斜視図である。このように積層された電極群４は、角形の電池ケースに収容されて、角形の二次電池を構成する。図１２に示すように、集電板３０は、電池ケースの外形形状と略同一の矩形をなし、集電板３０の表面には、正極板１及び負極板２が積層する方向に沿って、複数の突出部１１が形成されている。

図１３は、正極板１及び負極板２が多孔質絶縁層３を介して捲回された扁平状の電極群４と集電板５０との構成を示した斜視図である。このように捲回された扁平状の電極群４は、角形の電池ケースに収容されて、角形の二次電池を構成する。図１３に示すように、集電板５０は、楕円形状をなし、集電板５０の表面には、長尺方向または／及び短尺方向に沿って、複数の突出部１１が形成されている。

図１４は、集電板に形成された突出部１１の配列を示した平面図で、（ａ）は捲回された円筒状の電極群４（図１（ｃ）を参照）に接合される集電板１０、（ｂ）は積層された電極群４（図１２を参照）に接合される集電板３０、（ｃ）は扁平状に捲回された電極群４に接合される集電板５０、にそれぞれ形成された突出部１１の配列を示す。

図１４（ａ）に示すように、円筒状の電極群４に接合される集電板１０においては、突出部１１は、放射状に形成されていることが好ましい。この場合、正極板１及び負極板２は、渦巻き状に捲回されているので、正極板１の端部１ａは、全ての突出部１１と概ね直交する。そのため、突出部１１を溶融させることにより、正極板１の端部１ａを、確実に集電板１０に接合することができる。

図１４（ｂ）に示すように、積層された電極群４に接合される集電板３０においては、突出部１１は、正極板１及び負極板２の積層方向に沿って形成されていることが好ましい。この場合、正極板１の端部１ａは、全ての突出部１１と概ね直交するため、突出部１１を溶融させることにより、正極板１の端部１ａを、確実に集電板１０に接合することができる。

図１４（ｃ）に示すように、扁平状に捲回された電極群４に接合される集電板５０においては、突出部１１は、長尺方向及び短尺方向に沿って形成されていることが好ましい。この場合、正極板１の端部１ａは、全ての突出部１１と概ね直交するため、突出部１１を溶融させることにより、正極板１の端部１ａを、確実に集電板１０に接合することができる。

本発明は、二次電池に適用でき、後述の実施例に記載のリチウムイオン二次電池に適用してもよく、ニッケル水素蓄電池などに適用してもよい。以下に、本発明をリチウムイオン二次電池に適応した実施例を説明する。
（実施例１）
（１）正極板の作製
まず、正極活物質として、コバルト酸リチウム粉末を８５重量部用意し、導電材として、炭素粉末を１０重量部用意し、結着材としてポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）を５重量部用意した。そして、用意した正極活物質、導電材および結着材を混合して、正極合剤塗料を作製した。

次に、正極合剤塗料を、厚みが１５μｍ、幅が５６ｍｍのアルミニウム箔の正極集電体の両面に塗布し、正極合剤塗料を乾燥させた。その後、正極合剤塗料を塗布した正極合剤層１ｂを圧延して、厚みが１５０μｍである正極板１を作製した。このとき正極合剤層１ｂの幅は５０ｍｍであり、正極合剤の未塗工部１ａの幅は６ｍｍであった。

（２）負極板の作製
まず、負極活物質として、人造黒鉛粉末を９５重量部用意し、結着材としてＰＶｄＦを５重量部用意した。そして、負極活物質および結着材を混合して、負極合剤塗料を作製した。

次に、負極合剤塗料を、厚みが１０μｍ、幅が５７ｍｍの銅箔の負極集電体の両面に塗布し、負極合剤塗料を乾燥させた。その後、負極合剤塗料を塗布した負極合剤層２ｂを圧延して、厚みが１６０μｍである負極板２を作製した。このとき負極合剤層２ｂの幅は５２ｍｍであり、負極合剤の未塗工部２ａの幅は５ｍｍであった。

（３）電極群の作製
正極合剤層１ｂと負極合剤層２ｂとの間に、幅が５３ｍｍ、厚みが２５μｍのポリプロピレン樹脂製の微多孔フイルムよりなるセパレータ３を挟んだ。その後、正極板１、負極板２およびセパレータ３を渦巻状に巻回して電極群４を作製した。

（４）集電板の作製
厚みが０．８ｍｍであるアルミニウム板をプレス加工した。これにより、アルミニウム板を円盤状に成形するとともに、高さが０．５ｍｍ、中心角が６０°の断面略Ｖ字状の突出部１１を、アルミニウム板の径方向において、互いに３ｍｍ間隔を開けて形成した。

次に、このアルミニウム板をプレスで打ち抜いて、円盤の中央に直径７ｍｍの孔１０ａを形成して作製した。なお、アルミニウム板の直径は３０ｍｍであった。これにより、正極集電板１０を作製した。

同様の方法を用いて、厚みが０．６ｍｍである銅製の負極集電板２０を作製した。

（５）集電構造の作製
電極群４の端面に、正極集電板１０及び負極集電板２０をそれぞれ当接させ、ＴＩＧ溶接により、正極板１の端部（未塗工部）１ａを正極集電板１０に溶接させ、負極板２の端部（未塗工部）２ａを負極集電板２０に溶接させた。これにより、集電構造を作製した。

このとき、ＴＩＧ溶接の条件としては、正極集電板１０を接合させる際には、電流値を１５０Ａとし溶接時間を５０ｍｓとした。負極集電板２０を接合させる際には、電流値を１００Ａとし溶接時間を５０ｍｓとした。

（６）円筒形リチウムイオン二次電池の作製
上記のように作製した集電構造を、片側のみ開口した円筒形の電池ケース５に挿入した。その後、負極集電板２０を電池ケース５に抵抗溶接した後、絶縁板を間に配して、アルミニウム製の正極リード６を介して正極集電板１０と封口板７とを電池ケース５にレーザ溶接した。

次に、非水溶媒として、エチレンカーボネートとエチルメチルカーボネートとを体積比１：１で混合して調製し、この非水溶媒に、六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ_６）の溶質に溶解させて、非水電解質を作製した。

次に、電池ケース５を加熱して乾燥させた後、電池ケース５に非水電解質を注入した。その後、ガスケット８を介して封口板７を電池ケース５でかしめて封止し、直径が２６ｍｍ、高さが６５ｍｍの円筒形リチウムイオン二次電池（サンプル１）を作製した。このサンプル１の電池容量は２６００ｍＡｈであった。
（実施例２）
（１）正極板の作製
まず、正極活物質として、コバルト酸リチウム粉末を８５重量部用意し、導電材として炭素粉末を１０重量部用意し、結着材としてポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）を５重量部用意した。そして、用意した正極活物質と導電材と結着材とを混合させて、正極合剤塗料を作製した。

次に、正極合剤塗料を、厚みが１５μｍ、幅が８３ｍｍのアルミニウム箔の正極集電体の両面に塗布した。正極合剤塗料の乾燥後、正極合剤層１ｂを圧延して、厚みが８３μｍである正極板１を作製した。このとき正極合剤層１ｂの幅は７７ｍｍであり、正極合剤の未塗工部１ａの幅は６ｍｍであった。

（２）負極板の作製
まず、負極活物質として、人造黒鉛粉末を９５重量部用意し、結着材としてＰＶｄＦを５重量部用意した。そして、用意した負極活物質および結着材を混合し、負極合剤塗料を作製した。

次に、負極合剤塗料を、厚みが１０μｍ、幅が８５ｍｍの銅箔の負極集電体の両面に塗布した、負極合剤塗料の乾燥後、負極合剤層２ｂを圧延して、厚みが１００μｍの負極板２を作製した。このとき負極合剤層の幅は８０ｍｍであり、負極合剤の未塗工部２ａの幅は５ｍｍであった。

（３）電極群の作製
幅が８１ｍｍ、厚みが２５μｍのポリプロピレン樹脂製微多孔フイルムを用意し、セパレータ３とした。そして、そのセパレータ３を、正極板１と負極板２との間に配置した。その後、正極板１、負極板２およびセパレータ３を積層して、電極群４を作製した。

（４）集電板の作製
厚みが０．８ｍｍ、幅が８ｍｍ、長さが５５ｍｍのアルミニウム板を、プレス加工し、これにより、高さが０．５ｍｍ、中心角の角度が６０°である断面略Ｖ字状の突出部１１を、アルミニウム板の面上に形成した。このようにして、正極集電板１０を作製した。

同様の方法で、厚みが０．６ｍｍである銅板からなる負極集電板２０を作製した。

（５）集電構造の作製
電極群４の端面に、正極集電板１０及び負極集電板２０をそれぞれ当接させ、ＴＩＧ溶接により、正極板１の端部（未塗工部）１ａを正極集電板１０に溶接させ、負極板２の端部（未塗工部）２ａを負極集電板２０に溶接させた。これにより、集電構造を作製した。

このとき、ＴＩＧ溶接の条件としては、正極集電板１０を接合させる際には、電流値を１５０Ａ、溶接時間を５０ｍｓとし、負極集電板２０を接合させる際には、電流値を１００Ａ、溶接時間を５０ｍｓとした。

（６）角形リチウムイオン二次電池の作製
両側が開口した角形の電池ケースを用意した。そして、図１５に示すように、正極集電板１０及び負極集電板２０をそれぞれ開口から突出させた状態で、作製した集電構造を電池ケース５内に配置した。

次に、負極集電板２０を電池ケース５の底板９となる平板に抵抗溶接させ、電池ケース５内に収容させた。その後、底板９を電池ケース５にレーザ溶接し、電池ケース５の底部を封止した。同様に、正極集電板１０を封口板７にレーザ溶接し、正極リード６を折り畳んで電池ケース５内に収容させた。

その後、封口板７を電池ケース５にレーザ溶接し、封口板７を電池ケース５の上方開口に取り付けた。このとき、封口板７には注液孔が形成されているが、この注液孔を封じないようにした。

非水溶媒としては、エチレンカーボネートとエチルメチルカーボネートとを体積比１：１で混合した。そして、非水溶媒に、六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ_６）を溶解させて、非水電解質を作製した。

続いて、電池ケース５を加熱して乾燥した後、注液孔から非水電解質を電池ケース５内に注入した後、注液孔を密封した。これにより、厚みが１０ｍｍ、幅が５８ｍｍ、高さが１００ｍｍの角形リチウムイオン二次電池（サンプル２）を作製した。このときのサンプル２の電池容量は２６００ｍＡｈであった。

（比較例１）
比較例１では、図１７に記載のリチウムイオン二次電池を作製した。

具体的には、まず、実施例１と同様の仕様の正極板７１及び負極板７２をセパレータ７３を介して巻回して電極群を作製した。その後に、正極板７１の端部（未塗工部）７１ａ及び負極板７２の端部７２ａ（未塗工部）を、それぞれ巻回軸芯方向に押圧して平坦面を形成した。

そして、正極板７１の端部７１ａに形成された平坦面を、アルミニウムからなる厚みが０．５ｍｍ、直径が２４ｍｍの正極集電板７０に当接して、ＴＩＧ溶接により、平坦面を正極集電板７０に溶接した。同様に、負極板７２の端部７２ａに形成された平坦面を、銅からなる厚みが０．３ｍｍ、直径が２４ｍｍの負極集電板７４に当接して、ＴＩＧ溶接により、平坦面を負極集電板７４に溶接した。

このとき、ＴＩＧ溶接の条件は、正極集電板７０及び負極集電板７４とも、電流が１００Ａ、時間が１００ｍｓであった。以上の方法で作製された集電構造を用いて、実施例１と同様の方法で、円筒形リチウムイオン二次電池（サンプル３）を作製した。

（比較例２）
比較例２では、図１９に記載のリチウムイオン二次電池を作製した。

まず、厚みが０．５ｍｍ、幅が８ｍｍ、長さが５５ｍｍのアルミニウム板をプレス加工して、高さが１ｍｍで、角度が１２０°である断面略Ｖ字状の山部９０ａを、互いに２ｍｍの間隔を開けてアルミニウム板の面上に平行に形成した。

次に、幅方向の一部を切り欠いて、溝部９０ｂを設けた正極集電板９０を作製した。同様の方法で、厚み０．３ｍｍの銅板からなる負極集電板を作製した。

以上の方法で作製された正極集電板９０及び負極集電板を用いて、実施例２と同様の方法で、角形のリチウムイオン二次電池（サンプル４）を作製した。

次に、以上のように作製したサンプル１〜４のリチウムイオン二次電池を各５０個準備し、以下のような評価を行った。

（Ａ）極板端部と集電板との接合部の外観検査
作製したリチウムイオン二次電池の電池ケースから電極群を取り出して、接合部を視認により観察した。観察した結果を表１に示す。

表１に示すように、サンプル１及びサンプル２においては、接合部における穴および集電体（極板）の破損は観察されなかった。一方、サンプル３では、リチウムイオン二次電池当たり数個の接合部において、穴が観察された。これは、正極板端部及び負極板端部に形成された平坦面と集電板との接触が不安定だったためと考えられる。また、サンプル４では、全てのリチウムイオン二次電池において、集電板の破損が観察された。また、溶融した金属が電極群の端面に到達していない場合もあった。

（Ｂ）極板の折れ曲がり状態の観察
先ほどと同じく作製したリチウムイオン二次電池の電池ケースから電極群を取り出して、電極板を視認により観察した。観察した結果を表１に示す。

表１に示すように、サンプル１及びサンプル２においては、合剤層に歪が生じるほどの折曲がりはほとんど観察されなかった。また、サンプル１及びサンプル２のいずれにおいても、合剤層の集電体からの剥離や合剤層の損傷はまったく観察されなかった。

一方、サンプル３では、合剤層の剥離が多数観察された。これは、電極板の端部を集電板に押圧して平坦面を成形した際に発生したものと考えられる。また、サンプル４では、集電板の折曲がりは観察されなかった。

（Ｃ）引張強度の測定
各サンプルから５個ずつ抜き取って、ＪＩＳ Ｚ２２４１に基づいて接合部における引張強度を測定した。具体的には、引っ張り試験機の一方に電極群を保持させ、引っ張り試験機の他方に集電板を保持させた状態で、一定の速度で引っ張り試験機の軸方向（電極群と集電端子板とが互いに離れる方向）に双方を引っ張り、接合部が破壊したときの荷重を引張強度とした。その測定結果を表１に示す。

表１に示すように、サンプル１及びサンプル２において、引張強度は５０Ｎ以上であった。一方、サンプル３では、５個のうち４個において、引張強度が１０Ｎ以下となり接合部が破壊した。また、サンプル４では、５個のうち３個において、引張強度が１０Ｎ以下となり接合部が破壊した。

（Ｄ）内部抵抗の測定
各サンプルに対して、内部抵抗を測定した。具体的には、まず、各サンプルに対して、１２５０ｍＡの定電流で４．２Ｖまで充電した後、１２５０ｍＡの定電流で３．０Ｖまで放電する充放電サイクルを３回繰り返した。次に、１ｋＨｚの交流を印加して、二次電池の内部抵抗を測定した。その測定結果を表１に示す。

表１に示すように、サンプル１及びサンプル２において、内部抵抗の平均値は５ｍΩであり、そのばらつきは１０％程度であった。一方、サンプル３においては、内部抵抗の平均値は１３ｍΩであり、そのばらつきは３０％であった。また、サンプル４においては、内部抵抗の平均値は１８ｍΩであり、そのばらつきは３０％以上であった。

また、各サンプルの内部抵抗測定値（Ｒ）から平均出力電流（Ｉ）を計算した。電池を４．２Ｖの電圧値まで充電した後、１．５Ｖの電圧値まで放電した場合には、Ｒ（抵抗）×Ｉ（電流）＝Ｖ（電圧）であるので、出力電流（Ｉ）は、Ｖ／Ｒ＝２．７Ｖ／内部抵抗より求まる。その計算結果を表１に示す。

表１に示すように、サンプル１及びサンプル２は、大電流放電を行うことが可能であることがわかった。

なお、本発明を一実施形態により説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、勿論、種々の改変が可能である。例えば、上記一実施形態において、角形リチウムイオン二次電池の電極群が積層構造で両側が開口した角形の電池ケースに収納した例を説明したが、扁平状に巻回した電極群やつづら折れ状に積層した電極群を用いてもよい。さらに電池ケースにおいても片側のみ開口を有する有底扁平状の電池ケースに電極群を収納してリチウムイオン二次電池を作製しても構わない。

本発明によれば、大電流放電に適した集電構造を有する二次電池に有用で、例えば、高出力を必要とする電動工具や電気自動車などの駆動用電源、大容量のバックアップ用電源、蓄電用電源等に適用できる。

１ 正極板
１ａ 正極板の端部（未塗工部）
１ｂ 正極合剤層
２ 負極板
２ａ 負極板の端部（未塗工部）
２ｂ 負極合剤層
３ セパレータ（多孔質絶縁層）
４ 電極群
５ 電池ケース
６ 正極リード
７ 封口板
８ ガスケット
９ 底板
１０ 正極集電板
１０ａ 孔
１０ｂ 切欠き部
１１ 突出部
１２ 溶融部材
１３ 電極棒
１５ 溶接電流
１６ 溝
１９ 接合部
２０ 負極集電板
２１ 突起部
２２、２３ パンチ
３０、５０ 集電板

Claims (14)

1. 正極板及び負極板が多孔質絶縁層を介して配置された電極群を備えた二次電池の製造方法であって、
   前記正極板及び負極板の少なくとも一方の極板の端部が、前記多孔質絶縁層から突出した状態で、前記正極板及び負極板が前記多孔質絶縁層を介して配置された電極群を準備する工程（ａ）と、
   一の主面に、頂点を有する突出部が複数形成された集電板を準備する工程（ｂ）と、
   前記多孔質絶縁層から突出した前記極板の端部を、前記集電板の他の主面に当接する工程（ｃ）と、
   前記突出部の頂点に向けてアーク放電することによって前記突出部を溶融させ、該突出部の溶融した溶融部材により、前記極板端部と前記集電板とを溶接する工程（ｄ）と
   を含む、二次電池の製造方法。
2. 前記工程（ｂ）で準備される前記集電板は、該集電板の他の主面に、一対の突起部がさらに形成されており、前記集電板の一の主面に形成された前記突出部は、前記一対の突起部の間に位置しており、
   前記工程（ｃ）において、前記極板の端部は、前記一対の突起部間に収束されて前記集電板の他の主面に当接され、
   前記工程（ｄ）において、前記一対の突起部間に収束された前記極板の端部と前記集電板とが、前記突出部の溶融した溶融部材により溶接される、請求項１に記載の二次電池の製造方法。
3. 前記工程（ｂ）で準備される前記集電板において、前記突出部は、円錐形状または角錐形状をなしている、請求項１に記載の二次電池の製造方法。
4. 前記工程（ｂ）で準備される前記集電板において、前記複数の突出部は、前記集電板の一の主面上を、放射状に形成されている、請求項１に記載の二次電池の製造方法。
5. 前記工程（ｂ）で準備される前記集電板において、前記突出部は、平板からなる前記集電板をプレス加工することによって、該集電板と一体的に形成されている、請求項１に記載の二次電池の製造方法。
6. 前記工程（ｂ）で準備される前記集電板において、前記突出部及び前記一対の突起部は、平板からなる前記集電板をプレス加工することによって、該集電板と一体的に形成されている、請求項２に記載の二次電池の製造方法。
7. 前記工程（ｂ）で準備される前記集電板において、前記突出部は、その内側に空洞部を有している、請求項１に記載の二次電池の製造方法。
8. 前記工程（ｂ）で準備される前記集電板において、前記突出部は、前記集電板の材料よりも融点の低い金属材料からなる、請求項１に記載の二次電池の製造方法。
9. 前記工程（ａ）で準備される前記電極群において、正極板及び負極板の少なくとも一方の極板の端部は、合剤層が形成されていない未塗工部である、請求項１に記載の二次電池の製造方法。
10. 請求項１〜９の何れかに記載の二次電池の製造方法に使用される集電板であって、
    前記集電板の一の主面に、頂点を有する突出部が複数形成されている、集電板。
11. 前記集電板の他の主面に、一対の突起部がさらに形成されており、
    前記突出部は、前記一対の突起部の間に形成されている、請求項１０に記載の集電板。
12. 前記突出部は、円錐形状または角錐形状をなしている、請求項１０に記載の集電板。
13. 請求項１〜９の何れかに記載の方法により製造された二次電池であって、
    正極板及び負極板の少なくとも一方の極板の端部が、多孔質絶縁層から突出し、該突出した極板の端部が、集電板の他の主面に当接した状態で、該集電板に溶接されており、
    前記極板の端部は、前記集電板の一の主面に形成された頂点を有する突出部が、該頂点に向けてなされたアーク放電により溶融した溶融部材により、前記集電板に溶接されている、二次電池。
14. 前記集電板の他の主面に、一対の突起部がさらに形成されており、
    前記極板の端部は、前記一対の突起部間に収束された状態で、前記一対の突起部間に形成された前記突出部が溶融した溶融部材により、前記集電板に溶接されている、請求項１３に記載の二次電池。

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