JP2013187077A - 捲回型およびスタック型電極電池 - Google Patents

Abstract

【課題】捲回型電極電池およびスタック型電極電池において、積層された複数のタブとリードを溶接する際に容易な接合を可能とすること。
【解決手段】複数のタブを積層してリードに接続し、タブ積層体を形成するにあたって、タブ積層体の幅方向端部におけるタブ積層体の厚みを、極板が有するタブの総枚数とタブ１枚あたりの厚みとの積よりも小さくする。好ましくは、タブ積層体の厚みは一定である。より好ましくは、タブ積層体は、２以上の分離したタブ積層体から構成される。
【選択図】図２

Description

本発明は、帯状の正極板および負極板をセパレータを介して捲回して偏平形状に形成された電極体を有する捲回型電極電池、および、複数枚の短冊状の正極板および負極板を交互にセパレータを介して積層してなる電極体を有するスタック型電極電池に関する。

近年、環境問題やクリーンエネルギーへの関心が高まりつつある中で、電気自動車およびハイブリッド電気自動車に搭載される電池や、蓄電池の開発が進められている。このような電池には、大電流での充放電を行える能力が求められている。

このような能力を発揮する電池として、捲回型電極体を有する電池が知られている。当該電池では、通常、外ケースの中に電解液とともに捲回型電極体が封入されており、捲回型電極体からの電力の取り出しは、正極板および負極板に接続されたリードを通して行われる。

このような捲回型電極電池として、特許文献１では、正極板および負極板が、電極活物質層が形成された帯状の電極部と、電極活物質層が形成されずに、正極板および負極板の長手方向に沿って間隔を置いて並んだ複数の凸状のタブと、を有し、正極板および負極板を重ねて捲回することにより、正極板の複数の凸状のタブが互いに積層され正極タブを形成し、負極板の複数の凸状のタブが互いに積層されて負極タブを形成している捲回型電極電池が開示されている。積層された正極タブおよび負極タブはそれぞれが正極リードおよび負極リードと接続され、大電流での充放電を行うことができる。

同様に、複数枚の短冊状の正極板および複数枚の短冊状の負極板を交互に積層してなるスタック型電極体を有する電池も知られている。

特開２０１０−１１８３１５号公報

上記構成を有する捲回型電極電池およびスタック型電極電池は、電極体からの電流の取り出しを、極板に形成した多数の凸状のタブを通じて行うものであり、多数のタブを積層してなるタブ積層体が、電流取出し端子であるリードと溶接されている。しかしながら、大電流での充放電を目的にタブの個数を増加させると、タブを積層したタブ積層体の厚みが大きくなるために、リードとの溶接が困難または不可能となる場合があった。

本発明は、以上に鑑み、積層された複数のタブとリードを溶接する際に容易な接合を可能とする捲回型電極電池およびスタック型電極電池を提供することを目的とする。

本発明は、帯状の正極板および帯状の負極板を、帯状のセパレータを介して捲回して偏平形状に形成された捲回型の電極体と、正極リードおよび負極リードが設けられ、前記電極体および電解液を内部に収納したケースと、を備え、前記正極板および前記負極板は、前記セパレータに当接する電極活物質層が表面に形成された帯状の電極部と、表面に電極活物質層が形成されておらず、前記電極部の上辺から突出するように形成され、互いに間隔を置いて配置された複数の凸部であるタブと、を有し、前記正極板および前記負極板が捲回された状態で、前記複数のタブは積層され前記正極リードまたは前記負極リードに接続されて、正極タブ積層体または負極タブ積層体を形成し、前記正極タブ積層体の幅方向端部における前記正極タブ積層体の厚みが、前記正極板が有する前記タブの総枚数と前記タブ１枚あたりの厚みとの積よりも小さく、前記負極タブ積層体の幅方向端部における前記負極タブ積層体の厚みが、前記負極板が有する前記タブの総枚数と前記タブ１枚あたりの厚みとの積よりも小さい、捲回型電極電池である。

また本発明は、複数枚の短冊状の正極板および複数枚の短冊状の負極板を、短冊状のセパレータを介して交互に積層して形成されたスタック型の電極体と、正極リードおよび負極リードが設けられ、前記電極体および電解液を内部に収納したケースと、を備え、前記複数枚の正極板および前記複数枚の負極板の各々は、前記セパレータに当接する電極活物質層が表面に形成された電極部と、表面に電極活物質層が形成されておらず、前記電極部の上辺から突出するように形成され、凸部であるタブと、を有し、前記複数枚の正極板および前記複数枚の負極板が交互に積層された状態で、複数の前記タブは積層され前記正極リードまたは前記負極リードに接続されて、正極タブ積層体または負極タブ積層体を形成し、前記正極タブ積層体の幅方向端部における前記正極タブ積層体の厚みが、前記正極板の前記タブの総枚数と前記タブ１枚あたりの厚みとの積よりも小さく、前記負極タブ積層体の幅方向端部における前記負極タブ積層体の厚みが、前記負極板の前記タブの総枚数と前記タブ１枚あたりの厚みとの積よりも小さい、スタック型電極電池でもある。

本発明によれば、電極体に含まれるタブの総枚数を減らすことなく集電の均一性を保ちながらも、集電タブであるタブ積層体の厚みが従来よりも薄くなるため、タブ積層体とリードとの溶接を容易に行うことができ、接合部の信頼性を向上させることができる。

本発明の第一実施形態に係る捲回型電極電池の断面図 本発明の第一実施形態に係る捲回型電極電池に含まれる電極体の斜視図 本発明の第一実施形態に係る捲回型電極電池に含まれる電極体を構成する正極板および負極板を展開して示す平面図 従来形態に係る捲回型電極電池に含まれる電極体の斜視図 本発明における正極タブと正極リードの関係を概念的に示す平面断面図 本発明における正極タブと正極リードの関係の別形態を概念的に示す平面断面図 本発明における正極タブと正極リードの関係のさらに別形態を概念的に示す平面断面図 本発明の第二実施形態に係る捲回型電極電池の断面図 本発明の第三実施形態に係るスタック型電極電池に含まれる電極体の斜視図 実施例の極板のタブ周辺を拡大して示す平面図

以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態を説明する。ただし、本発明はこれに限定されない。

（第一実施形態）
図１は、本実施形態に係る捲回型電極電池の断面図、図２は、本実施形態に係る電極体の斜視図である。図１に示すように、捲回型電極電池は、偏平なパウチ型ケース１０と、ケース内に電解液１２とともに収納された偏平状の捲回型電極体１４と、を備えている。図２に示すように、捲回型電極体１４は、その軸方向に沿って同一方向に突出した正極タブ１６および負極タブ１８を有している。しかし、正極タブ１６と負極タブ１８を反対方向に突出させることも可能である。

正極タブ１６は、正極板３０の電極部から突出した複数の凸部（タブ）を積層することにより、また、負極タブ１８は、負極板３２の電極部から突出した複数の凸部（タブ）を積層することにより形成される。ここで、電極部は、電極活物質層が表面に形成された帯状の各極板の本体であり、凸部（タブ）は、前記電極部の上辺から突出するように形成され、表面に電極活物質層が形成されていない。

正極タブ１６は複数のタブが積層して構成された積層体であるが、図２で示すように、１捲き毎に凸部５０の位置が異なっており、隣り合う捲きに含まれる２つの凸部は積層されていない。しかし、１捲きを間に挟んだ２つの凸部は積層するように同じ位置に配置されている。その結果、２つの分離したタブ積層体が、タブの幅方向で隣接して形成されている。１つのタブ積層体に含まれるタブの枚数は、当該正極板が有するタブの総枚数の半分となる。負極タブ１８についても同様である。

隣接する２つのタブ積層体からなる正極タブ１６には樹脂フィルム２３を有する１つの正極リード２０が接合され、隣接する２つのタブ積層体からなる負極タブ１８には樹脂フィルム２３を有する１つの負極リード２２が接合されている。それぞれの樹脂フィルム２３はパウチ型ケース１０に熱融着されている。これにより、正極リード２０および負極リード２２は、ケース１０を気密に貫通して外部に突出しており、ケース１０とは電気的に絶縁されている。電極体１４に生じた電力は、正極タブ１６、負極タブ１８、正極リード２０および負極リード２２を介して取り出される。

捲回型電極体１４は、図３に示すような帯状の正極板３０および帯状の負極板３２と両極板間に介在するセパレータ（図示せず）とが積層されて捲回された状態で偏平形状に形成されている。

従来の電極体では、図４に示すように、正極タブ１６は、正極板が有する全ての凸部を積層することで形成され、負極タブ１８は、負極板が有する全ての凸部を積層することで形成されている。しかし、本発明における電極体では、正極タブ１６および負極タブ１８ではそれぞれ、１捲き毎に凸部の位置が変更されており、隣り合う捲きに含まれる２つの凸部は積層可能なように配置されていない。ここで、隣り合う捲きとは、正極板の捲きに関しては負極板を考慮せずに正極板のみを見たときに隣り合う巻きをいい、負極板の捲きに関しては正極板を考慮せずに負極板のみを見たときに隣り合う巻きをいう。言い換えれば、奇数番目の凸部は互いに積層可能なように配置されており、偶数番目の凸部は互いに積層可能なように配置されている。しかし、奇数番目の凸部と偶数番目の凸部は積層可能なように配置されていない。

以上は図５においてより明らかである。図５は、本発明における正極タブと正極リードの関係を概念的に示す平面断面図である。ただし、正極板と負極板の間に配置されているセパレータは図示を省略している。この構成により、本発明の電極体では、２つの分離したタブ積層体がタブの幅方向に隣接して形成される。また、２つの分離したタブ積層体に含まれる積層枚数が同じ場合には、２つのタブ積層体の厚みは一定である。本態様の電極体における凸部を従来の電極体における凸部と比較すると、本態様の電極体における凸部の幅は、従来の電極体における凸部の幅の略半分となっている。

本発明の電極体では、前述した従来の電極体と比較して、正極板または負極板が有する凸部の総枚数は同じでありながら、正極タブ１６または負極タブ１８における凸部の積層枚数、すなわち、正極タブ１６または負極タブ１８の厚みが半減している。すなわち、本発明では、正極タブ１６または負極タブ１８における凸部の積層枚数を減らすことができるため、正極タブ１６または負極タブ１８の厚みが減少し、正極タブ１６または負極タブ１８とリードとの溶接が容易となり、接合部の信頼性を向上させることができる。しかも、本発明では、正極タブ１６または負極タブ１８における凸部の積層枚数を減らすにあたって、正極板または負極板が有する凸部の総枚数を減らす必要がない。そのため、集電の均一性を確保したまま、タブ積層体とリードとの溶接を容易にすることができる。

本発明では、正極タブ１６または負極タブ１８における凸部の積層枚数を減らすにあたって、図５の態様に限定されない。他の態様を図６及び図７に示す。

図６の態様では、１捲き毎に凸部の位置が変更されており、隣り合う捲きに含まれる２つの凸部は積層されていない点は図５の態様と同じである。ただし、３×（ｎ−２）番目の凸部は互いに積層可能なように配置されており、３×（ｎ−１）番目の凸部は互いに積層可能なように配置されており、３ｎ番目の凸部は互いに積層可能なように配置されている。しかし、３×（ｎ−２）番目の凸部と３×（ｎ−１）番目の凸部と３ｎ番目の凸部は積層可能なように配置されていない。ここで、ｎは自然数である。この構成により、３つの分離したタブ積層体が隣接して形成されている。また、３つの分離したタブ積層体に含まれる積層枚数が同じ場合には、３つのタブ積層体の厚みは一定である。本態様の電極体における凸部の幅は、従来の電極体における凸部の幅の略３分の１となっている。さらに、４以上の分離したタブ積層体を形成することも可能である。

図７の態様は、２つのタブ積層体が分離しておらず、中央付近で一部重複している点以外は図５の態様と同じである。この態様でも、タブ積層体の両端部では、タブ積層体の厚みが従来のものよりも薄くなっているため、この薄くなっている箇所で溶接を行うことで、本発明の効果を奏することができる。

また、図５の態様においても、１捲き毎に凸部の配置を変更する必要はなく、例えば２捲き毎に凸部の配置を変更することでも同様の効果を達成することができる。この場合、（４ｎ−３）番目の凸部および（４ｎ−２）番目の凸部が積層可能なように同じ位置に配置され、（４ｎ−１）番目の凸部および４ｎ番目の凸部が積層可能なように同じ位置に配置されているが、両者は積層可能ではない。

また、図５および図６では、分離した複数のタブ積層体におけるタブの積層数が同一であり、すなわちタブ積層体の厚みが一定であるが、一定でなくともよい。図５〜図７に示した態様では、凸部の配置を一定の規則を以て変更しているが、ランダムに変更してもよい。

これらの態様のうち、タブ積層体の厚みを一定とすることができ、その結果、溶接を容易に実施できるので、図５および図６に示したような、複数個のタブ積層体が分離している形態が好ましい。また、製造が簡易である観点から、図５に示したような、２つの分離したタブ積層体からなるものがより好ましい。一方、タブ積層体の厚みがより薄くなり溶接がより容易になる観点から、図７に示したような、３個以上の分離したタブ積層体からなるものが好ましい。

図３は、正極板３０および負極板３２を展開して示す平面図である。

正極板３０は、導電性の金属箔、例えば、幅１５０ｍｍ、長さ４ｍの帯状のアルミニウムシートで形成され、この正極板の両面に正極活物質層４０が形成されている。正極活物質層４０は、正極板の全長に渡り帯状に形成されている。正極板の幅方向の一端部（上辺）には、互いに間隔を置いて配置された、複数（例えば３０個）の台形状の凸部（タブ）５０が形成されている。凸部が台形であると、極板の取り扱い時にタブが引っ掛かりにくくなり、さらに、捲回時に用いるローラにもタブが折れ込みにくくなるため、タブの根元から生じる極板の破断または亀裂の発生をより効果的に防止することができる。しかし、凸部の形状は長方形であってもよい。凸部が長方形であると、正極タブと負極タブが接触して電池が短絡することを確実に回避できる利点がある。凸部５０は、正極板３０の上辺からの高さが例えば１５ｍｍである。複数の凸部５０は、正極板３０の長手方向に間隔を置いて、つまり切欠き部分を間に挟んで配置されている。

負極板３２は、導電性の金属箔、例えば、幅１５０ｍｍ、長さ４ｍの帯状の銅シートで形成され、この負極板の両面に負極活物質層４２が形成されている。負極活物質層４２は、負極板の全長に渡って帯状に形成されている。負極板の幅方向の一端部（上辺）には、互いに間隔を置いて配置された、複数（例えば３０個）の台形状の凸部（タブ）５２が形成されている。凸部の形状は長方形であってもよい。凸部５２は、負極板３２の上辺からの高さが例えば１５ｍｍである。複数の凸部５２は、負極板３２の長手方向に間隔を置いて、つまり切欠き部分を間に挟んで配置されている。

セパレータ（図示せず）は、幅１５５ｍｍ、長さ４．４ｍの帯状の部材であり、正極板３０の電極活物質層および負極板３２の電極活物質層に当接した状態で、これらの間に配置されている。正極板３０および負極板３２は、その凸部５０、５２がセパレータの上辺から同一方向に突出するように重ね合わされ、更に、正極板３０の凸部５０と負極板３２の凸部５２とが、両極板の長手方向に沿って交互に位置するように重ね合わされている。

更に、これらの正極板３０、セパレータ、負極板３２、およびセパレータを捲回することにより、偏平状の電極体１４が形成されるとともに、正極板３０の複数の凸部５０が電極体の径方向に互いに隣接に積層され、電極体１４と一体の正極タブ１６が形成され、更に、負極板３２の複数の凸部５２が電極体の径方向に互いに隣接に積層され電極体１４と一体の負極タブ１８が形成される。

電極体１４は、その外周形状が幅方向に広がった偏平形状を有している。電極体１４は、正極板３０および負極板３２をセパレータを介して偏平形状に捲回させた電極体であってもよいし、正極板および負極板をセパレータを介して捲回した後に偏平形状に変形させた電極体であってもよい。

図１に示すように、電極体１４は、ケース１０内に収納され、正極タブ１６には樹脂フィルム２３を有した正極リード２０が接合され、負極タブ１８には樹脂フィルム２３を有した負極リード２２が接合されている。接合は、例えば、溶接により行う。それぞれの樹脂フィルム２３はパウチ型ケース１０に熱融着されている。これにより、正極リード２０および負極リード２２は、ケース１０を気密に貫通して外部に突出しており、ケース１０とは電気的に絶縁されている。ケース１０は、アルミニウム、鉄、ステンレス等により形成され内部を封止することができる槽状容器であってもよい。

次に、本実施形態の捲回型電極電池の各構成要素を説明する。

<<パウチ型ケース>>
ケース１０はパウチ型ケースで、アルミラミネートシートから構成される。アルミラミネートシートは、アルミニウム箔表面に樹脂層がラミネートされているものである。樹脂層を構成する樹脂材料としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ナイロン等が挙げられる。これらの樹脂層は１層のみであってもよいし、２層以上を積層したものであってもよい。具体的な構成としては、ポリエチレンテレフタレート、ナイロン、ポリプロピレン、およびアルミニウムを重ねて構成されたものが挙げられる。

<<正極板>>
正極板３０は、正極集電体と、正極集電体の片面または両面に設けられた正極活物質層とを有する。正極活物質層は、例えば、正極活物質、結着剤および導電助剤より構成されている。

正極集電体は、導電性を有するシート状の部材であり、典型的には金属箔で構成されている。正極集電体を構成する材料としては、アルミニウム、アルミニウム合金等の金属を好適に使用できる。正極タブは正極集電体が伸長して形成されたものであるので、正極集電体と同材料である。

正極活物質としては、二酸化マンガン（ＭｎＯ₂）、リチウムマンガン複合酸化物（例えばＬｉ_xＭｎ₂Ｏ₄またはＬｉ_xＭｎＯ₂）、リチウムニッケル複合酸化物（例えばＬｉ_xＮｉＯ₂）、リチウムコバルト複合酸化物（例えばＬｉ_xＣｏＯ₂）、リチウムニッケルコバルト複合酸化物（例えばＬｉＮｉ_1-yＣｏ_yＯ₂）、リチウムマンガンコバルト複合酸化物（例えばＬｉ_xＭｎ_yＣｏ_1-yＯ₂）、スピネル型リチウムマンガンニッケル複合酸化物（Ｌｉ_xＭｎ_2-yＮｉ_yＯ₄）、オリビン構造を有するリチウムリン酸化物（Ｌｉ_xＦｅＰＯ₄）等の酸化物、以上の酸化物を構成する金属元素の一部を他の金属元素で置換した物質を使用できる。上記化学式の「ｘ」および「ｙ」は、それぞれ、０〜１の範囲の値でありうる。

好ましい正極活物質として、リチウムマンガン複合酸化物、リチウムニッケル複合酸化物、リチウムコバルト複合酸化物、リチウムニッケルコバルト複合酸化物、スピネル型リチウムマンガンニッケル複合酸化物、リチウムマンガンコバルト複合酸化物、リチウムリン酸鉄が挙げられる。これらは、金属リチウムの電位に対して例えば３．０Ｖ以上５．０Ｖ以下の充放電電位を有する。

結着剤としては、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、フッ素ゴム、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）等の樹脂材料を使用できる。

導電剤としては、アセチレンブラック、カーボンブラック、黒鉛等の炭素材料を使用できる。

<<負極板>>
負極板３２は、負極集電体と、負極集電体の片面または両面に設けられた負極活物質層とを有する。負極活物質層は、例えば、負極活物質、結着剤および導電助剤より構成される。

負極集電体も導電性を有するシート状の部材であり、典型的には金属箔で構成されている。負極集電体を構成する材料としては、ニッケル、ニッケル合金、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金等の金属を好適に使用できる。負極タブは負極集電体が伸長して形成されたものであるので、負極集電体と同材料である。

負極活物質としては、金属リチウム、リチウム合金、リチウムチタン複合酸化物（例えばＬｉ₄Ｔｉ₅Ｏ₁₂）、リチウムイオンを吸蔵および放出できる炭素材料、リチウムと合金を形成しうる材料（いわゆる合金系活物質）等を使用できる。炭素材料としては、グラファイトが代表的である。合金系活物質としては、スズ、スズ合金、シリコンおよびシリコン合金が挙げられる。充放電効率およびサイクル寿命の観点から、炭素材料またはリチウムチタン複合酸化物を好適に使用できる。

結着剤および導電助剤としては、正極板におけるそれらに関して使用可能な物質を同様に使用できる。

負極活物質層が、金属リチウムの電位に対して１．０Ｖ以上貴な電位を有する負極活物質を含む場合、負極集電体を構成する材料は、好ましくはアルミニウムまたはアルミニウム合金である。

<<セパレータ>>
セパレータとしては、多孔質フィルム、不織布等を使用できる。多孔質フィルムとしては、ポリエチレンまたはポリプロピレンから形成された多孔質フィルム、または、これらを積層した多孔質フィルムを例示できる。不織布としては、セルロースまたはポリビニルアルコール（ＰＶＡ）から形成された不織布を例示できる。

<<非水電解質>>
正極板３０、負極板３２およびセパレータからなる電極体１４には、電解液が含浸されている。電解液としては、電解質と有機溶媒とを含む液状の非水電解質が挙げられる。

電解質としては、過塩素酸リチウム（ＬｉＣｌＯ₄）、六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ₆）、四フッ化ホウ酸リチウム（ＬｉＢＦ₄）等のリチウム塩が挙げられる。化学的安定性と高誘電率化の観点から、六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ₆）を主たる電解質として用いることが好ましい。「主たる電解質」とは、モル比にて最も多く含まれる電解質を意味する。電解質は、有機溶媒に対して、例えば０．５〜２．０ｍｏｌ／Ｌの濃度で溶解して電解液を構成することができる。

有機溶媒としては、エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、ビニレンカーボネート（ＶＣ）等の環状カーボネートを使用できる。また、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、メチルエチルカーボネート（ＭＥＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）等の鎖状カーボネート、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、２メチルテトラヒドロフラン（２ＭｅＴＨＦ）等の環状エーテル、ジメトキシエタン（ＤＭＥ）等の鎖状エーテル、アセトニトリル（ＡＮ）、スルホラン（ＳＬ）等も使用できる。これらの有機溶媒は、単独または２種以上の混合物の形態で使用できる。

<<リード>>
リード２０および２２は、電池内部の空間または密閉面からケースの外部まで伸長している部材であり、タブと電気的に接続され、電池内部から電流を外部に引き出すための端子である。リードとタブとの接続は、タブ積層体の一面にリードを重ね合わせ、両者を溶接等により連結することで行なわれる。リードがケースの密閉面に挟まれる部分には、リードの外面を覆い包む電極用絶縁シール部として樹脂フィルム２３が配置されている。リードを構成する材料としては、アルミニウム、アルミニウム合金、ニッケル、ニッケル合金、銅、銅合金、ステンレス等の金属を使用でき、樹脂フィルムを構成する材料としては、ポリプロピレン、ポリエチレン等の樹脂を使用できる。樹脂フィルムと金属の接着部分には、エッチングなどの表面処理を施すのが好ましい。

<<製造方法>>
次に、本発明の捲回形電極電池の製造方法について説明する。

本発明の捲回形電極電池は、まず、正極板３０および負極板３２を製造した後、正極板３０および負極板３２をセパレータを介して捲回させた捲回型の電極体１４を形成し、この電極体１４の正極タブ１６および負極タブ１８に正極リード２０および負極リード２２を溶接した後、ケース１０内に電解液１２とともに封口することで捲回形電極電池を製造することができる。

まず、帯状のアルミニウムシートの両面に正極活物質層４０を形成することで正極板３０を製造する。この正極活物質層４０の形成は、正極活物質を含むペースト状の合剤を帯状のアルミニウムシートの表面に、正極板３０の幅方向の一方側の端部（上端部）でアルミニウムシートが露出ように塗布した後、乾燥する。また、帯状の銅シートの両面に負極活物質層４２を有する負極板３２も、正極板と同様の手法により製造する。

その後、捲回装置を用いて正極板３０をリールに巻きつけてロール状とし、同様に負極板３２を別のリールに巻きつけてロール状とする。セパレータはロール状のものを用いる。

次に、リールに巻きつけてロール状とした正極板３０から引き出された正極板３０の側縁部をトムソン刃でプレスにより間欠的に切除し、所定の間隔で並んだ複数の凸部５０を形成する。引き出し量が測定できるようにリールにデジカラーを設置しているため、所定の間隔を設定することができる。同様に負極板３２の側縁部においても所定の間隔で並んだ複数の凸部５２を形成する。正極板３０と負極板３２ともに順次トムソン刃でプレスにより切除した後、プレスにより圧延してからそれぞれ、別のリールに巻きつけてロール状にする。

次いで、それぞれ正極板３０、負極板３２、セパレータを引き出し、これらを重ねて、巻き取り芯に巻き付ける。その際、巻き取り芯を回転させることにより、正極板３０および負極板３２は、その凸部５０、５２がセパレータから同一方向に突出するように重ね合わされ、更に、正極板３０の凸部５０と負極板３２の凸部５２とが、両極板の長手方向に沿って交互に隣接に位置するように重ね合わされた状態で、巻き取り芯に巻き取る。所定長さを捲回して電極体１４を形成した後、正極板３０、負極板３２、セパレータを切断する。続いて、捲回体を巻取り芯から抜き出し、この捲回体をプレスして扁平形状に成形する。これにより、正極タブ１６および負極タブ１８を一体に有する電極体１４が得られる。

その後、電極体１４の軸方向一端側に突出した正極タブ１６および負極タブ１８をそれぞれ積層して、それぞれに、正極リード２０および負極リード２２を超音波接合する。この電極リードとタブとの接合方法としては、スポット溶接およびシーム溶接等の電気溶接や、超音波溶接等の溶接方法を用いることができる。次いで、正極リード２０および負極リード２２が接合された電極体１４をパウチケース１０に納め、一辺を残して熱シールした後、熱シールしなかった一辺からケース１０内に電解液１２を注入する。そして、減圧と大気圧を繰り返した後で、残りの一辺を熱シールすることで電極電池が製造される。

（第二実施形態）
図８は、本実施形態に係る捲回型電極電池の断面図である。以下では、第一実施形態と異なる点のみを説明する。

第一実施形態に係る電極部では、図１に示すように、電極部およびタブは直線で囲まれた外形を有しており、電極部の上辺およびタブの側辺は直線と直線が交わることでつながっている。しかし、第二実施形態における電極部では、図８に示すように、電極部の上辺とタブの側辺は曲線により接続しており、当該曲線により凹部１１が形成されている。好ましい形態では、電極部の上辺が直線と曲線から構成され、タブの側辺も直線と曲線から構成され、電極部上辺の曲線とタブ側辺の曲線が曲線状を保持したまま連続することで、電極部の上辺とタブの側辺が曲線により連続している。そして、その曲線により連続している領域において、タブおよび電極部に凹部が形成されている。なお、複数の凸部（タブ）の根元において同一形状の曲線状凹部１１を有している。

タブの側辺と電極部の上辺との接続部に曲線で囲まれた凹部が存在することにより、タブと電極部の接続部の特定箇所に応力が集中することを回避して、極板の捲回時または打ち抜き加工で極板にタブを形成する時に極板が破断するのを防止することができる。凹部とは、直線で構成されるタブの側辺、および／または、直線で構成される電極部の上辺から凹むようにして形成された、タブおよび／または電極部の欠失部分をいう。好ましい凹部は、タブと電極部双方にまたがるようにして形成されたものである。凹部の形状は曲線により包囲されている形状であれば特に限定されないが、円又は楕円の一部または全部であることが好ましい。

曲線状凹部の位置は、タブの側辺と電極部の上辺との接続部が直線と直線の交点により構成されることを回避できる位置であれば、特に限定されない。

曲線状凹部を形成するには、凸部を形成する際に使用するトムソン刃の形状を、凸部根元に曲線状凹部を形成する形状とすればよい。

（第三実施形態）
図９は、本実施形態に係るスタック型電極電池に含まれる電極体の斜視図である。本実施形態では、捲回型電極電池における帯状の正極集電体、帯状の負極集電体および帯状のセパレータの代わりに、複数枚の短冊状の正極集電体、複数枚の短冊状の負極集電体および複数枚の短冊状のセパレータを使用する。この点以外は第一実施形態と同様である。正極集電体または負極集電体の各一枚に１つのタブが形成されており、複数の正極集電体を積層することで、複数の正極タブを積層して正極タブ積層体を形成する。また、複数の負極集電体を積層することで、複数の負極タブを積層して負極タブ積層体を形成する。この積層の際に、凸部の配置を適宜変更することで、少なくともタブ積層体の端部において、タブ積層体の厚みが従来のものよりも薄くなるように構成する。

また、第二実施形態と同様、電極部の上辺とタブの側辺は曲線により接続しており、当該曲線により凹部が形成されていてもよい。

以下、実施例を掲げて本発明をより具体的に説明する。ただし、下記の実施例は、本発明を例示するためのもので、本発明の範囲を限定するためのものではない。

まず、正極活物質としてコバルト酸リチウムを１００重量部、導電助剤としてアセチレンブラックを２重量部、結着剤としてポリフッ化ビニリデンを２重量部とを固形分濃度が５０％程度になるように適量のＮ−メチル−２−ピロリドンを加え、双腕式練合機にて撹拌し混練することで、正極合剤塗料を作製した。

次いでこの正極合剤塗料を、厚みが１５μｍのアルミニウム箔よりなる正極集電体に、正極集電体の幅方向の一方側の端部（上端部）で集電体が露出するように未塗工部を残しつつ、両面塗布した後、乾燥した。

次いで、正極合剤層が形成されていない集電領域をトムソン刃（森機工商会）により長手方向に所定の間隔を空けて打ち抜くことで、帯状正極板の長手方向に高さ１５ｍｍの凸部（タブ）を作製した。その際、所定の間隔とは、後に捲回によって正極と負極の凸部が接触しないように、捲回電極体の回転方向に対して垂直方向に凸部が重なり、正極タブまたは負極タブが形成できるように、更に、図２のように正極タブまたは負極タブがそれぞれ一捲きごとに水平方向に位置が移動して互いに隣接するように、事前にＣＡＤ（設計支援ツール）により求めた。打ち抜き形状はタブの根元に曲線状凹部を形成した台形または長方形とした。前記曲線状凹部を形成するための円の直径は３ｍｍ、タブ側辺の傾斜角は７０度とした。これらはトムソン刃の形状によるものとした。台形の上底の長さまたは長方形の長辺の長さが上述のトムソン刃で打ち抜く際の所定の間隔となる。円の中心がタブの側辺と正極板の上辺との交点に位置するようにした。以上のタブの形状を図１０に示した。

次に、プレスすることで、片面側の正極合剤層の厚みが７０μｍとなる正極板を作製した。その後、幅１５０ｍｍ×４０００ｍｍサイズに切断加工して帯状の正極板を得た。

一方、負極活物質としてリチウムチタン複合酸化物（Ｌｉ₄Ｔｉ₅Ｏ₁₂）を１００重量部、導電剤としてＶＧＣＦを４重量部、結着剤としてポリフッ化ビニリデンを５重量部とを固形分濃度が５０％程度になるように適量のＮ−メチル−２−ピロリドンを加え、双腕式練合機にて撹拌し混練することで、負極合剤塗料を作製した。

次いでこの負極合剤塗料を、厚みが１５μｍのアルミニウム箔よりなる負極集電体に、負極集電体の幅方向の一方側の端部（上端部）で集電体が露出するように未塗工部を残しつつ、両面塗布した後、乾燥した。

次いで、正極板と同様に加工して、帯状の負極板の長手方向に高さ１５ｍｍの凸部（タブ）を作製した。その凸部の形状は、タブの根元に曲線状凹部を形成した台形または長方形である。前記曲線状凹部を形成するための円の直径は３ｍｍ、タブの側辺の傾斜角は７０度とした。次にプレスすることで片面側の負極合剤層の厚みが１００μｍとなる負極板を作製した。

以上の実施例では、未塗工部を形成せず、集電体全面に電極活物質を塗布し、圧延後に正極集電体の幅方向の一方側の端部（上端部）で集電体が露出するように電極活物質を剥離した後に、剥離した領域をトムソン刃で打ち抜いてタブを形成することもできる。しかし、この方法では、電極活物質の剥離に工数を要するもので、電極活物質の塗布時に未塗工部を形成する方法の方が生産性の観点から好ましい。

セパレータは、ニッポン高度紙工業株式会社製のセルロースを、幅１５５ｍｍ、長さ４１００ｍｍ、厚み２５μｍに加工して用いた。

以上のようにして作製した正極板３０および負極板３２を、セパレータを介して重ね合わせて巻き取り、電極体１４を構成した。

リードとしては、幅４０ｍｍ、厚み０．５ｍｍのアルミ製金属リードに、幅４５ｍｍ、長さ６ｍｍでリードの外面を覆い包む電極用絶縁シールが配置されたリード（昭和電工パッケージング（株）製）を用いた。

このリードを、正極板の、正極集電体が露出した複数のタブを積層したタブ積層体と、負極板の、負極集電体が露出した複数のタブが積層したタブ積層体に、それぞれ超音波溶接（日本エマソン株式会社ブランソン事業本部製メタルウェルダ２０００ｅａ型 条件：ウェルドタイム０．５秒、振幅８０％）によって接続した。

本実施例では、タブ積層体の厚みが従来よりも半分に減少しているため、タブ数の多い長尺の極板にもかかわらず、タブ積層体とリードとの溶接が容易であった。しかも、タブ積層体の厚みは減少しているが、各極板に含まれるタブの総枚数は減少していないため、集電の均一性を確保することができる。

さらに、タブ積層体とリードとの接合部の強度を測定したところ、１３０Ｎ以上の引っ張り強度を確認した。

最後に、アルミラミネートシート（大日本印刷（株））から熱シールによりパウチを作製し、そのパウチに、リードを接続した電極体を挿入した後、電解液を入れて、アルミラミネートシートで電極用絶縁シール部を挟みこむようにして注液減圧封口装置（タクミ技研製）を用いて熱シールにより熱融着した。

以上から、本発明は、電極体に含まれるタブの総枚数を減らすことなく集電の均一性を保ちながら、集電タブであるタブ積層体の厚みが従来よりも薄くなるため、タブ積層体とリードとの溶接を容易に行うことができ、接合部の信頼性を向上させることができる。

本発明は、エネルギー分野向けの二次電池、例えば、一般家庭用の二次電池に有利に適用できる。

１０ パウチ型ケース
１１ 曲線状凹部
１２ 電解液
１４ 捲回型電極体
１６ 正極タブ
１８ 負極タブ
２０ 正極リード
２２ 負極リード
２３ 樹脂フィルム
３０ 正極板
３２ 負極板
４０ 正極活物質層
４２ 負極活物質層
５０ 正極凸部
５２ 負極凸部

Claims (12)

1. 帯状の正極板および帯状の負極板を、帯状のセパレータを介して捲回して偏平形状に形成された捲回型の電極体と、
   正極リードおよび負極リードが設けられ、前記電極体および電解液を内部に収納したケースと、を備え、
   前記正極板および前記負極板は、前記セパレータに当接する電極活物質層が表面に形成された帯状の電極部と、表面に電極活物質層が形成されておらず、前記電極部の上辺から突出するように形成され、互いに間隔を置いて配置された複数の凸部であるタブと、を有し、
   前記正極板および前記負極板が捲回された状態で、前記複数のタブは積層され前記正極リードまたは前記負極リードに接続されて、正極タブ積層体または負極タブ積層体を形成し、
   前記正極タブ積層体の幅方向端部における前記正極タブ積層体の厚みが、前記正極板が有する前記タブの総枚数と前記タブ１枚あたりの厚みとの積よりも小さく、
   前記負極タブ積層体の幅方向端部における前記負極タブ積層体の厚みが、前記負極板が有する前記タブの総枚数と前記タブ１枚あたりの厚みとの積よりも小さい、捲回型電極電池。
2. 前記正極タブ積層体の厚みが一定であり、前記負極タブ積層体の厚みが一定である、請求項１に記載の捲回型電極電池。
3. 前記正極タブ積層体は、２以上の分離した正極タブ積層体からなり、前記負極タブ積層体は、２以上の分離した負極タブ積層体からなる、請求項１に記載の捲回型電極電池。
4. 前記電極部の上辺と前記タブの側辺が曲線により連続しており、当該曲線により前記タブおよび／または前記電極部に凹部が形成されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の捲回型電極電池。
5. 前記正極タブ積層体および前記負極タブ積層体は、前記電極部から前記電極体の軸方向に沿って同一方向に突出している、請求項１〜４のいずれか１項に記載の捲回型電極電池。
6. 前記タブの側辺が、前記電極部の上辺に対して傾斜している、請求項１〜５のいずれか１項に記載の捲回型電極電池。
7. 複数枚の短冊状の正極板および複数枚の短冊状の負極板を、短冊状のセパレータを介して交互に積層して形成されたスタック型の電極体と、
   正極リードおよび負極リードが設けられ、前記電極体および電解液を内部に収納したケースと、を備え、
   前記複数枚の正極板および前記複数枚の負極板の各々は、前記セパレータに当接する電極活物質層が表面に形成された電極部と、表面に電極活物質層が形成されておらず、前記電極部の上辺から突出するように形成され、凸部であるタブと、を有し、
   前記複数枚の正極板および前記複数枚の負極板が交互に積層された状態で、複数の前記タブは積層され前記正極リードまたは前記負極リードに接続されて、正極タブ積層体または負極タブ積層体を形成し、
   前記正極タブ積層体の幅方向端部における前記正極タブ積層体の厚みが、前記正極板の前記タブの総枚数と前記タブ１枚あたりの厚みとの積よりも小さく、
   前記負極タブ積層体の幅方向端部における前記負極タブ積層体の厚みが、前記負極板の前記タブの総枚数と前記タブ１枚あたりの厚みとの積よりも小さい、スタック型電極電池。
8. 前記正極タブ積層体の厚みが一定であり、前記負極タブ積層体の厚みが一定である、請求項７に記載のスタック型電極電池。
9. 前記正極タブ積層体は、２以上の分離した正極タブ積層体からなり、前記負極タブ積層体は、２以上の分離した負極タブ積層体からなる、請求項７に記載のスタック型電極電池。
10. 前記電極部の上辺と前記タブの側辺が曲線により連続しており、当該曲線により前記タブおよび／または前記電極部に凹部が形成されている、請求項７〜９のいずれか１項に記載のスタック型電極電池。
11. 前記正極タブ積層体および前記負極タブ積層体は、前記電極部から同一方向に突出している、請求項７〜１０のいずれか１項に記載のスタック型電極電池。
12. 前記タブの側辺が、前記電極部の上辺に対して傾斜している、請求項７〜１１のいずれか１項に記載のスタック型電極電池。
    

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