JP2014102875A

JP2014102875A - 積層式電池

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Publication number: JP2014102875A
Application number: JP2011041627A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Fujiwara; 雅之藤原; Masataka Shinyashiki; 昌孝新屋敷; Daiki Kamifuji; 大輝上藤; Katsuyoshi INUI; 勝能乾
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2011-02-28
Filing date: 2011-02-28
Publication date: 2014-06-05
Also published as: WO2012117883A1

Abstract

【課題】正負極集電部における信頼性に優れる積層式電池を提供すること。
【解決手段】集電端子１５を、積層電極体１０における正負極板と実質的に平行な第１片１５１と、積層電極体１０における正負極板の積層方向と実質的に平行な第２片１５２とを有するように折り曲げて側面視鉤形状（Ｌ形状）に成形し、第１片１５１から第２片１５２にかけて拡がる貫通部１５Ｐを形成する。集電リード１１を、集電端子１５の第２片１５２に第２溶接点Ｄ１２で接合するとともに、貫通部１５Ｐが形成された領域内の第１溶接点Ｄ１１で、積層された集電リード１１同士を接合する。
【選択図】図１２

Description

本発明は、ロボット、電気自動車、バックアップ電源などに使用される大容量でハイレート特性を有する積層式電池に関し、特に、積層枚数が多く、多数の極板リードと集電端子との接続を必要とし、かつ各極板との接続抵抗を均一化した大容量のリチウムイオン電池に関する。

例えばロボットや電気自動車の電源、バックアップ電源等は、大容量でハイレート特性を有すること等が要望される。このような要望を満足するものとして、近年、高エネルギー密度を有するリチウムイオン電池が注目されている。

このようなリチウムイオン電池の電池形態としては、大別して、正負極板をセパレータを介して捲回した電極体を外装体に封入した捲回式電池と称されるものと、方形状の正極板および負極板をセパレータを介して交互に積層してなる積層電極体を外装体に収容した、積層式電池と称されるものとがある。

上記２種の電池形態のうち、後者の積層式電池における積層電極体の具体的な構成は、正極板リードを延出させたシート状の正極板と、負極板リードを延出させたシート状の負極板とを、負極板と実質的に同形状の方形状のセパレータを介して必要な数だけ積層し、各極板から延出した極板リードを正負極の集電端子にそれぞれ接合した構造となっている。

上記積層式電池において、正負極板リードが各極板から延出して正負極集電端子に接合される部分（以下、「正負極集電部」とも称す）では、正負極板リードと正負極集電端子との接続信頼性の向上や、正負極集電部の省スペース化等を目的として、例えば以下に挙げるような構造が提案されている。

特許文献１では、正負極板から外部へ導出させた正負極端子（リード）を電池内部で上下に折り曲げて段差形状とし、この段差形状部を上下の外装部材の内壁に支持させるようにし、これにより正負極端子の厚さ方向における位置精度を確保することが開示されている。

特許文献２では、正負極板から引き出された正負極端子（リード）を折り畳むことでスペース効率を向上させる構造とし、このとき正負極端子を予めたるみを付与した状態としておいて折り畳むようにすることにより、正負極端子の伸びや皺、よれ等を防止することが開示されている。

特許文献３では、正負極板から導出されるリード端子に、幅または厚みを局部的に小さくした折曲容易部を設けることにより、リード端子の折り曲げ加工時のチギレ不良を抑止して信頼性の高い接続構造とすることが開示されている。

特開２００７−４８６６８号公報特開２００９−１８７７６８号公報特開平７−２２６１９７号公報

ところで、大容量でハイレートでの充放電を必要とする積層式電池の場合、大容量化のために積層枚数が増加する傾向にあり、また、集電端子は大電流を流すためには厚くなる。したがって、厚い金属板よりなる集電端子に金属箔よりなる極板リードを多数溶接することが必要となる。この場合、厚みの相違により、金属箔同士の溶接部よりも金属箔と金属板との溶接部の溶着性が劣悪となりやい。溶着性が劣悪となると、各極板と集電端子との接続抵抗値が不均一となり、特にハイレートでの使用時に各極板に流れ込む電流値にバラツキが生じて、電池内で充放電状態の偏在が生じてしまい、部分的に過放電や過充電となることで、サイクル特性が低下することとなる。

そこで、本発明者等は、集電端子と極板リードとの接合部において、集電端子に切欠き等の局部的な貫通部を設け、この貫通部以外の部位で集電端子と極板リードとを接合するとともに、集電端子の存在しない貫通部で極板リードのみを接合する構造とすることにより、各極板と集電端子との接続抵抗値を均一とし、各極板に流れ込む電流値のバラツキによるサイクル特性の低下を効果的に抑止し得ることができることを見出し、この内容について先に特許出願（特願２００９−２１６３３０；以下、「先行出願」とも称す）している。

このとき、上記先行出願のような構造としなくとも、例えば集電端子と極板リードとの接合部とは別の箇所、例えば集電端子と極板との間であって本来的に極板リードしか存在しない位置で極板リードのみを接合するようにしても、各極板と集電端子との接続抵抗値を均一とすることが可能ではある。しかしながら、これによれば、集電端子と極板リードとの接合部以外にさらに接合部の面積が増大することとなる。これに対し、上記先行出願の構成は、集電端子に設けた貫通部で極板リードのみを接合するようにするので、接合部の面積の増大も回避することができ、したがって省スペースないし体積エネルギー密度の観点からも望ましいものである。

なお、特許文献１には、例えば図４（ないし図１０）に示されているように、正極端子２１０に、延伸方向に延びるスリット２１１を形成することが開示されているが、このスリット２１１は、この両側部分を上下に折り曲げて上側段差部２１２および下側段差部２１３とし、この上側段差部２１２および下側段差部２１３を上部外装部材１０６および下部外装部材１０７の内壁に支持させることにより正極端子２１０の厚さ方向における位置精度を確保することができるようにしたものであって、上記先行出願における貫通部とは構成上も機能上も全く異なるものであり、このスリット２１１において極板リードのみを接合することも、もとより記載も示唆もされていない。

本発明は、上記先行出願に係る発明を改良し、正負極集電部における信頼性にさらに優れる積層式電池を提供することを目的とする。

上記目的を達成する為に、本発明に係る積層式電池は、
複数枚の正極板と負極板とがセパレータを介して交互に積層され、該正極板および負極板から延出した正極集電リードおよび負極集電リードが正極集電端子および負極集電端子にそれぞれ複数枚積層して接合された構成を有する積層電極体を備える積層式電池であって、
前記正極集電端子および負極集電端子の少なくとも一方が、前記積層電極体における正極板および負極板と実質的に平行な第１片と、前記積層電極体における正極板および負極板の積層方向と実質的に平行な第２片とを有するように折り曲げ成形され、
前記正極集電端子および負極集電端子の少なくとも一方における第１片から第２片にかけて拡がる貫通部が形成され、
前記正極集電リードおよび負極集電リードの少なくとも一方が、前記正極集電端子および負極集電端子の少なくとも一方における第２片に接合されるとともに、前記貫通部が形成された領域で、積層された正極集電リード同士および／または負極集電リード同士が接合されていることを特徴とする。

本発明において、「実質的に平行」とは、厳密な（完全な）平行だけでなく、ある程度の傾き（例えば＋１０゜〜−１０゜程度）を有している様態も含意する。
また、「貫通部」には、正負極集電端子を、端部から凹入したり角落ちしたりする形状となるように切欠いたものや、正負極集電端子に孔（開口）を穿設したもの等がいずれも含まれる。

上記本発明の構成によれば、貫通部が形成された領域、即ち正負極集電端子が存在しない領域で、積層された正極集電リード同士および／または負極集電リード同士が接合されていることで閉回路が形成され、これにより接続抵抗が均一化される。したがって、ハイレートでの充放電時にも各極板に流れ込む電流値にバラツキが生じることもなく、良好なサイクル特性を得ることができる。また、貫通部が形成された領域で接合がなされるので、接合部の面積の増大も回避することができ、体積エネルギー密度も良好に維持することができる。

また、上記本発明の構成においては、正負極集電端子が、積層電極体における正負極板と実質的に平行な第１片と、積層電極体における正負極板の積層方向と実質的に平行な第２片とを有するように折り曲げ成形された構成、即ち、上記第１片と第２片とを有する側面視鉤形状（Ｌ形状）となるように折り曲げ成形された構成となっている。この構成により、積層電極体における正負極板の積層方向と実質的に平行な第２片で正負極集電端子を正負極集電リードに接合することができるので、正負極集電リードの延出方向にスペースを増大させることなく、正負極集電端子と正負極集電リードとの接続面積を大きく確保することができる。

このとき、貫通部が、正負極集電端子における第１片から第２片にかけて拡がるように形成されているので、折り曲げ成形時における正負極集電端子の変形を効果的に抑制することができる。貫通部および折曲形状を有する正負極集電端子を成形する場合、折り曲げ成形を行った後では貫通部が形成し難いため、通常は貫通部を形成した後に折り曲げ成形がなされる。このとき、例えば貫通部が形成された領域以外の領域すなわち貫通部が形成されていない領域で折り曲げるようにすると、折り曲げの応力により、貫通部の端部（例えば入隅部等）が変形し易い。このような変形が生じると、この変形部がラミネート外装体の内側絶縁層を突き破ってラミネート外装体の金属層と接触するといった問題があった。この問題を回避するため、例えば折り曲げの応力が伝わらない程度に貫通部から距離をおいた位置で正負極集電端子を折り曲げることも考えられるが、これによれば貫通部と折り曲げ位置との距離の増大により電池体積上のロスすなわち体積エネルギー密度のロスを生じることとなる。これに対し、上記本発明の構成によれば、貫通部が、正負極集電端子における第１片から第２片にかけて拡がるように形成される。つまり、貫通部が形成された位置で正負極集電端子が折り曲げられることとなるので、折り曲げの応力が小さくなって折り曲げ部以外には作用し難いこととなる。したがって、体積エネルギー密度のロスを生じることもなく、折り曲げ部以外での正負極集電端子の無用な変形を効果的に抑制することができる。

また、例えば仮に、貫通部が正負極集電端子の第２片のみに形成され、貫通部と距離をおいた位置で正負極集電端子が折り曲げられる構成とすると、貫通部の寸法は第２片の高さ（正負極板の積層方向における幅）よりも小さくなる。したがってこの場合、積層電極体の厚みが小さくなると、第２片の高さとともに貫通部の寸法も小さくなるので、貫通部形成領域で正負極集電リード同士が接合される接合部の面積も小さくならざるを得ず、その結果溶接チップの小型化すなわち溶接エネルギーの減少となって接合強度が低下することともなる。これに対し、上記本発明の構成によれば、貫通部が、正負極集電端子における第１片から第２片にかけて拡がるように形成されているので、接合部の面積を大きく確保することができる。

前記正極集電リードおよび負極集電リードの少なくとも一方が、前記正極集電端子および負極集電端子の少なくとも一方における第２片に接合される接合部（以下、「リード−端子接合部」とも称す）と、前記貫通部が形成された領域で、積層された正極集電リード同士および／または負極集電リード同士が接合される接合部（以下、「リード限定接合部」とも称す）とが、正極集電リードまたは負極集電リードの延出方向に対し実質的に垂直な方向に沿って並んでいることが望ましい。

本発明において、「正極集電リードまたは負極集電リードの延出方向に対し実質的に垂直な方向」とは、正極集電リードまたは負極集電リードの延出方向に対し厳密に９０゜の角度（直角）をなす方向だけでなく、正極集電リードまたは負極集電リードの延出方向に対し例えば８０〜１００゜程度の角度をなす方向も含意する。

例えば、リード−端子接合部とリード限定接合部とが正負極集電リードの延出方向に沿って並ぶような位置関係にあると、これら接合部が正負極集電リードの延出方向に大きく面積を占有することとなる。これに対し、上記のようにリード−端子接合部とリード限定接合部とが正負極集電リードの延出方向に対し実質的に垂直な方向に沿って並ぶ位置関係、即ち、リード−端子接合部とリード限定接合部とが、正負極集電リードの延出方向を縦方向とした場合に横方向に隣り合うように並ぶ位置関係とすると、正負極集電リードの延出方向においてこれら接合部が占有する面積を少なく抑えることができる。換言すれば、これら接合部の占有スペースを正負極集電リードの延出方向に長くならないようにコンパクトに納めることができるので、そのぶん体積エネルギー密度を良好とすることができる。

前記正極集電端子および負極集電端子に、外装体を封止する際の密閉性を確保するための樹脂封止材が付着され、該樹脂封止材が、前記貫通部が形成された領域に重複するように付着されていることが望ましい。

正負極集電端子において樹脂封止材が付着される位置は、正負極集電部を外側から包含するように外装体が封止される位置である。したがって、正負極集電端子において貫通部が形成された領域に重複するように樹脂封止材が付着される配置構成とすると、そのぶん正負極集電部を正負極集電リードの延出方向に省スペース化することができる。換言すれば、貫通部の深さ方向先端部（集電部引き出し方向側端部すなわち正極集電リードの延出方向側端部）が樹脂封止材の内側に入り込むような位置関係となるので、そのぶん、積層電極体と正負極集電端子の折り曲げ部とが極力近付くこととなって体積エネルギー密度のロスが低減されることとなる。

前記樹脂封止材の積層電極体側端が、前記正極集電端子および／または負極集電端子の折り曲げ線の位置にくるように配置されていることが望ましい。

本発明においては、貫通部が、正負極集電端子の第１片から第２片にかけて拡がるように形成される。換言すれば、正負極集電端子が貫通部の形成位置で折り曲げられる。したがって即ち、正負極集電端子の折り曲げ線は必然的に貫通部を通るように位置する。このとき、正負極集電端子の折り曲げ線は、貫通部を通る位置であればいずれの位置にあってもよい、即ち、正負極集電端子は貫通部の形成位置であればいずれの位置で折り曲げられてもよいが、上記のように正負極集電端子の折り曲げ線が樹脂封止材の積層電極体側端の位置にくるようにすれば、正負極集電リードの延出方向において正負極集電端子の占有スペースを極力少なくすることができ、したがって正負極集電部の省スペース化の点で望ましい。

前記リード−端子接合部およびリード限定接合部の少なくとも一方における接合が超音波溶接によりなされていることが望ましい。

上記接合は、例えば、接合対象部材を変形させるグサリ、カシメ等やネジ止め等のように、接合対象部材を機械的に接合する方法によって行うようにしても、上述のようにリード限定接合部で正負極集電リード同士を接合するようにした構成による効果は発揮され、また簡易な設備で接合作業を行うことができてそのぶん電池の製造を容易かつ安価に行うことができるという利点もあるが、溶接によるほうが抵抗をより均一化できるため望ましい。
また、溶接方法としては、例えば抵抗溶接法やレーザー溶接法等も可能であるが、溶接強度等の点で超音波溶接が特に望ましい。

また、リード限定接合部における接合が超音波溶接によりなされる場合には、薄い正負極集電リード同士を溶着するので（厚い集電端子が存在しない状態で溶着するので）、小さな出力で溶着することができる。この結果、溶着時の衝撃により正負極集電リードが変形するのを抑制することができるので、正負極集電リード同士の密着性が向上して、接続抵抗値をより均一化することができる。

前記リード−端子接合部およびリード限定接合部の少なくとも一方における接合が複数点でなされていることが望ましい。

上記構成によれば、リード−端子接合部ないしリード限定接合部における接合をより確実に行うことができて接続抵抗値をより均一化することができる。

前記積層式電池がリチウムイオン電池であることが望ましい。

高エネルギー密度を有するリチウムイオン電池を積層式電池として構成する場合、さらなる大容量化のために積層枚数が増加する傾向にあり、積層枚数が多くなるほど接続抵抗のバラツキが生じやすくなるため、リード限定接合部で正負極集電リード同士を接合するようにした構成による効果が一層発揮されることとなる。

前記正極板および負極板の積層枚数がそれぞれ３０枚以上であることが望ましい。

正極板および負極板の積層枚数がそれぞれ３０枚以上の場合には、リード−端子接合部の接合性が特に劣ることになり易いため、リード限定接合部で正負極集電リード同士を接合するようにした構成による効果が一層発揮されることになる。

本発明の積層式電池によれば、体積エネルギー密度のロスを生じることもなく、折り曲げ部以外での正負極集電端子の無用な変形を効果的に抑制することができ、したがって正負極集電部におけるラミネート外装体との短絡も生じ難く信頼性に優れる積層式電池を得ることができる。

本発明の積層式電池の一部を示す図であって、同図（ａ）は正極の平面図、同図（ｂ）はセパレータの斜視図、同図（ｃ）は正極が内部に配置された袋状セパレータを示す平面図である。本発明の積層式電池に用いる負極板の平面図である。本発明の積層式電池に用いる積層電極体の分解斜視図である。本発明の積層式電池に用いる積層電極体の平面図である。本発明の積層式電池の製造工程における第１ステップ（正負極集電リードの集束および切断）を行う状況を示す側面図である。本発明の積層式電池の製造工程における第２ステップ（正負極集電端子の接続）を行う状況を示す側面図である。本発明の積層式電池の製造工程における第３ステップ（絶縁層の形成）を行う状況を示す側面図である。本発明の積層式電池の製造工程における第４ステップ（正負極集電端子の折り曲げ）を行う状況を示す側面図である。本発明の積層式電池の製造工程における第５ステップ（正負極集電接合部の折り曲げおよび位置決め）を行う状況を示す側面図である。本発明の積層式電池に用いる正極集電端子の展開図である。正極集電リードに正極集電端子を接合した状況を示す平面図である。正極集電接合部を折り曲げた状況を示す斜視図である。正極集電接合部を折り曲げた状況を示す正面図である。正極集電接合部を折り曲げた状況を示す平面図である。本発明の積層式電池に用いる外装体に積層電極体を挿入した状態の概略要部縦断面図である。本発明の積層式電池に用いる外装体に積層電極体を挿入した状態の斜視図である。本発明の積層式電池に用いる正極集電端子の斜視図である。本発明の積層式電池に用いる正極集電端子の平面図である。本発明の積層式電池に用いる正極集電端子の正面図である。本発明の積層式電池に用いる正極集電端子の側面図である。他の例に係る集電端子を示す平面図である。他の例に係る集電端子を示す平面図である。他の例に係る集電端子を示す平面図である。

以下、本発明を図面を参照しながら更に詳細に説明するが、本発明は以下の最良の形態になんら限定されるものではなく、その趣旨を変更しない範囲において適宜変更して実施することが可能なものである。

〔正極の作製〕
正極活物質としてのＬｉＣｏＯ_２を９０質量％と、導電剤としてのカーボンブラックを５質量％と、結着剤としてのポリフッ化ビニリデンを５質量％と、溶剤としてのＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）溶液とを混合して正極用スラリーを調製した。この正極用スラリーを、正極集電体としてのアルミニウム箔（厚み：１５μｍ）の両面に塗布した。その後、加熱することにより溶剤を除去し、ローラーで厚み０.１ｍｍにまで圧縮した後、図１（ａ）に示すように、幅Ｌ１＝８５ｍｍ、高さＬ２＝８５ｍｍになるように切断して、両面に正極活物質層１ａを有する正極板１を作製した。この際、正極板１における幅Ｌ１方向に延びる一辺の一方端部（図１（ａ）では左端部）から幅Ｌ３＝３０ｍｍ、高さＬ４＝２０ｍｍの活物質未塗布部を延出させて正極集電リード１１とした。

〔負極の作製〕
負極活物質としての黒鉛粉末を９６質量％と、結着剤としてのカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）およびスチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）をそれぞれ２質量％と、溶剤としての純水とを混合して負極用スラリーを調製した。この負極用スラリーを負極集電体としての銅箔(厚み：１０μｍ)の両面に塗布した。その後、加熱することにより溶剤を除去し、ローラーで厚み０．０８ｍｍにまで圧縮した後、図２に示すように、幅Ｌ７＝９０ｍｍ、高さＬ８＝９０ｍｍになるように切断して、両面に負極活物質層２ａを有する負極板２を作製した。この際、負極板２の幅Ｌ７方向に延びる一辺において上記正極板１の正極集電リード１１形成側端部と反対側となる端部（図２では右端部）から幅Ｌ９＝３０ｍｍ、高さＬ１０＝２０ｍｍの活物質未塗布部を延出させて負極集電リード１２とした。

〔正極板が内部に配置された袋状セパレータの作製〕
図１（ｂ）に示すように、幅Ｌ５＝９０ｍｍおよび高さＬ６＝９４ｍｍを有する２枚の方形状のポリプロピレン（ＰＰ）製のセパレータ３ａ（厚み３０μｍ）の間に正極板１を配置した後、図１（ｃ）に示すように、セパレータ３ａにおいて正極集電リード１１が突出する辺以外の３辺を融着部４で熱溶着して、正極板１が内部に収納・配置された袋状セパレータ３を作製した。

上記セパレータ３ａは上述のように高さＬ６が９４ｍｍと、負極板２の高さＬ８＝９０ｍｍよりも４ｍｍ大きく成形され、したがってそのぶん袋状セパレータ３から正極集電リード１１が突出する方向にセパレータ３ａが負極板２よりも大きく延出するようになっている。これにより、負極板２の位置ズレによる短絡が生じ難いようになっている。

このとき、正極板１の正極集電リード１１における基端部（根元部分）の両面に、絶縁性の樹脂を塗工して、負極板２がセパレータ３ａよりも外側にはみ出した場合等に正極集電リード１１の基端部（根元部分）と接触して短絡することを防止する絶縁層を形成しておくようにした（図示省略）。

〔積層電極体の作製〕
上記正極板１が内部に配置された袋状セパレータ３を３５枚、負極板２を３６枚調製し、図３に示すように、該袋状セパレータ３と負極板２とを交互に積層した。その際、積層方向における両端部に負極板２が位置するようにし、さらにその両外側に、セパレータ３ａと同寸法、同形状のポリプロピレン（ＰＰ）製の絶縁シート５をそれぞれ配置するようにした。ついで、図４に示すように、この積層体の両端面を形状保持のための絶縁テープ２６で接続して、積層電極体１０を得た。この積層電極体１０の積層厚さは８．５ｍｍである。

〔集電部の整形・接続〕
以下のａ）〜ｅ）の手順に従い、上記積層電極体１０における正負極集電リード１１、１２の整形（集束、切断、折り曲げ等）および正負極集電端子１５、１６との接続を行った。なお、以下の記述、ならびに工程を摸式的に示す図５ないし図９においては、基本的に正極側（正極集電リード１１および正極集電端子１５）の場合を示すが、これと同時に負極側においても同様に行っている。

ａ）第１ステップ（正負極集電リードの集束および切断）
図５に示すように、積層電極体１０をワーク押え４１により矢印Ａ１１に示すように上下から挟圧するようにして保持しながら、積層された正極集電リード１１を、矢印Ａ１２に示すように上方から集束ヘッド４２でまとめて押し下げるようにして、積層電極体１０の積層方向における一方の最外面側（図５では下面側）に寄せるようにして基端部に集束した。ついで、この正極集電リード１１の集束部Ｂ１１から先端側へ延びる部位における余剰部を、積層電極体１０から距離７．５ｍｍをおいた切断位置Ｃ１１で切断して先端を揃えた。即ち、切断後の正極集電リード１１の積層電極体１０からの延出長さは７．５ｍｍである。

なお、図５に示す参照符号３２は、前述の、正極板１の正極集電リード１１における基端部（根元部分）の両面に形成した絶縁層を指示する。

ｂ）第２ステップ（正負極集電端子の接続）
図６に示すように、正極集電リード１１の集束部Ｂ１１から先端側へ延びる部位に下方から正極集電端子１５の正負極板１、２側４ｍｍの部分を重ねるように配置し、この状態で上下から超音波ホーン４３Ｔおよびアンビル４３Ｂをセットして超音波溶接を行った。

正極集電端子１５は、厚み０．４ｍｍのアルミニウム板を、図１０に示すように、幅Ｌ１１＝３０ｍｍ、高さＬ１２＝２０．５ｍｍの矩形状であって、一方長辺（図１０では下辺）の中央に、幅Ｌ１３＝１０ｍｍ、深さＬ１４＋Ｌ１５＝８．０ｍｍの矩形状に凹入する切欠状の貫通部１５Ｐを有する形状（図１０では逆凹字形状）となるように成形して作製した。正極集電端子１５における高さＬ１２方向中央あたりの高さ位置には、正極集電端子１５の幅Ｌ１１方向に沿って延びる長さＬ１６＝４０ｍｍ、高さ（幅）Ｌ１７−Ｌ１４＝６．０ｍｍの帯状となるように樹脂封止材（糊材）を固着し、後述する外装体１８を熱封止する際の密閉性を確保するための端子シール部３１を形成した。またこのとき、貫通部１５Ｐの内奥端から深さＬ１５＝０．５ｍｍの領域に端子シール部３１が重複するように、即ち貫通部１５Ｐの内奥端から深さＬ１５＝０．５ｍｍの領域が端子シール部３１により覆われるようにした。
なお、上記した以外にも、図１０における各部の寸法は以下の通りとなっている。
・正極集電端子１５における貫通部１５Ｐ形成側端縁（図１０では下端縁）から、端子シール部３１の一方端縁（図１０では下端縁）までの距離Ｌ１４＝７．５ｍｍ
・正極集電端子１５における貫通部１５Ｐ形成側端縁（図１０では下端縁）から、端子シール部３１の他方端縁（図１０では上端縁）までの距離、即ち正極集電端子１５における貫通部１５Ｐ形成側端縁から端子シール部３１形成領域までを含む領域の高さＬ１７＝１３．５ｍｍ

正極集電端子１５の接続のより具体的な手順としては、図１１に示すように、正極集電端子１５における貫通部１５Ｐ形成端部（先端からＬ１８＝７ｍｍの部分）の上に、正極集電リード１１の集束部Ｂ１１より先端の部分を重ねた状態で、まず、貫通部１５Ｐが形成された領域内の第１溶接点Ｄ１１で、積層された３５枚の正極集電リード１１同士のみを超音波溶接により接合し、ついで、貫通部１５Ｐが形成された領域の両側に隣接する領域内の第２溶接点Ｄ１２で、積層された３５枚の正極集電リード１１と正極集電端子１５とを超音波溶接により接合した。
なお、正極集電リード１１の先端と端子シール部３１との間の距離Ｌ１９は０．５ｍｍ、正極集電端子１５における貫通部１５Ｐ形成側端と積層電極体１０との間の距離Ｌ２０は０．５ｍｍである。

上記第１溶接点Ｄ１１はリード限定接合部となっており、第２溶接点Ｄ１２はリード−端子接合部となっているが、これらリード限定接合部（第１溶接点Ｄ１１）とリード−端子接合部（第２溶接点Ｄ１２）とは、正極集電リード１１の延出方向に対し垂直な方向に沿って一直線上に並ぶ位置関係となっている。

一方、負極集電端子１６（図５ないし図１１では図示せず）については、材料として銅板を用いた点以外は、上述の正極集電端子１５の場合と同様にして、作製および接続を行った。

上記正負極集電端子の接続工程における溶接条件を下記表１に示す。

ｃ）第３ステップ（絶縁層の形成）
図７に示すように、正極集電リード１１と正極集電端子１５との接合部（以下、「正極集電接合部」とも称す）Ｆ１１における一方側面である正極集電リード１１側面（図７では上側面）に３０ｍｍ×５ｍｍ×厚み３５μｍのポリイミド製の絶縁テープ４４Ｎを付着して絶縁層（以下、「内側絶縁層４４Ｎ」とも称す）を形成し、他方側面である正極集電端子１５側面（図７では下側面）に３０ｍｍ×１２ｍｍ×厚み７０μｍのポリイミド製の絶縁テープ４４Ｅを付着して絶縁層（以下、「外側絶縁層４４Ｅ」とも称す）を形成した。

このとき、内側絶縁層４４Ｎとなる絶縁テープ４４Ｎは、正極集電リード１１の集束部Ｂ１１近傍から、先端より若干外側までを覆うように貼着し、外側絶縁層４４Ｅとなる絶縁テープ４４Ｅにおける正負極板１、２側（正極集電リード１１の基端部側）は、積層電極体１０の積層方向における一方側面（即ち図５では下側の絶縁シート５の下面）の先端縁部にやや重なるように貼着し、集電部引き出し側（正極集電リード１１の先端側）は、正極集電端子１５および端子シール部３１の端部に重なるように貼着した。これにより、正極集電接合部Ｆ１１における一方側面である正極集電リード１１側面（図７では上側面）の金属部分は内側絶縁層４４Ｎとなる絶縁テープ４４Ｎによりほぼ全面的に覆う。また、他方側面である正極集電端子１５側面（図７では下側面）は積層電極体１０の絶縁シート５と正極集電端子１５の端子シール部３１との間を全面的に覆って金属部分が露出しないようにした。

ｄ）第４ステップ（正負極集電端子の折り曲げ）
図８に示すように、正極集電接合部Ｆ１１を上下から押え具４５Ｔ、４５Ｂで押圧するように保持固定しながら、正極集電端子１５において正極集電接合部Ｆ１１よりも先端側に突出する部分、即ち正極集電端子１５における正負極板１、２側端（積層電極体１０側端）から７ｍｍの位置よりも集電部引き出し側（先端側）へ延びる部分を、矢印Ａ１３に示すように側面視鉤形状（Ｌ形状）となるように外側（図８では下側）へ折り曲げた。このとき、正極集電端子１５の折り曲げ線は、端子シール部３１の積層電極体１０側端と実質的に同等の位置（厳密には、折り曲げが十分に可能となるように、端子シール部３１の積層電極体１０側端よりも僅かに、即ち正極集電端子１５の厚みぶん程度、積層電極体１０寄りの位置）となっている。

ｅ）第５ステップ（正負極集電接合部の折り曲げおよび位置決め）
図９および図１２〜図１４に示すように、正極集電接合部Ｆ１１が積層電極体１０の積層方向（図９では上下方向）に略平行となるように、正極集電接合部Ｆ１１よりも正負極板１、２側部（正極集電リード１１の基端部）で、矢印Ａ１４に示すように内側（図９では上側）へ折り曲げた。なお、図１２ないし図１４では、内側絶縁層（絶縁テープ）４４Ｎおよび外側絶縁層（絶縁テープ）４４Ｅは省略している。

ついで、図９に示すように、正極集電端子１５と積層電極体１０との間に架設するように、３０ｍｍ×１０ｍｍ×厚み３５μｍのポリイミド製の絶縁テープ（以下「係留テープ」とも称す）４６を正極集電接合部Ｆ１１の先端側方向（図９では上方）から付着し、これにより、正極集電リード１１を所定の折り曲げ状態に保持して位置決めした。

このとき、厚い金属板よりなる正極集電端子１５が存在する正極集電接合部Ｆ１１およびこれより先端側を、正極集電接合部Ｆ１１と正負極板１、２との間（即ち集束部Ｂ１１ないしその近傍）において積層状態の金属箔よりなる正極集電リード１１のみが存在する位置で折り曲げるので、正極集電接合部Ｆ１１およびこれより先端側を正極集電端子１５ごと容易に折り曲げることができる。

またこのとき、係留テープ４６における正負極板１、２側（正極集電リード１１の基端部側）は、積層電極体１０の積層方向における他方側面（即ち図９では上側の絶縁シート５の上面）の先端縁部にやや重なるように貼着し、係留テープ４６における集電部引き出し側（正極集電リード１１の延出方向先端側）は、正極集電端子１５および端子シール部３１の端部に重なるように貼着した。これにより、正極集電接合部Ｆ１１の先端側部（図９では上部）において、積層電極体１０の絶縁シート５と正極集電端子１５の端子シール部３１との間を全面的に覆って金属部分が露出しないようにした。

〔外装体への封入〕
図１５および図１６に示すように、あらかじめ電極体が設置できるように成形したラミネートフィルム１７で構成した外装体１８に、上記積層電極体１０を挿入し、正極集電端子１５および負極集電端子１６のみが外装体１８より外部に突出するようにして、正極集電端子１５および負極集電端子１６がある辺を除く1辺を残し、熱融着した。

〔電解液の封入、密封化〕
上記外装体１８の熱溶着していない１辺から、エチレンカーボネート（ＥＣ）とメチルエチルカーボネート（ＭＥＣ）とが体積比で３０：７０の割合で混合された混合溶媒に、ＬｉＰＦ_６が１Ｍ（モル／リットル）の割合で溶解された電解液を注入した。最後に外装体１８における熱溶着していない１辺を減圧状態で熱溶着して、電池（以下、「本発明電池」と称す）Ａ１を作製した。

＜本発明電池Ａ１の基本的特徴およびその効果＞
以上の記述から明らかなように、上記本発明電池Ａ１においては、図１７ないし図２０に示すように、正極集電端子１５が、積層電極体１０における正負極板１、２と実質的に平行な第１片１５１と、積層電極体１０における正負極板１、２の積層方向と実質的に平行な第２片１５２とを有するように折り曲げて側面視鉤形状（Ｌ形状）に成形され、第１片１５１から第２片１５２にかけて拡がる貫通部１５Ｐが形成された構成となっている。そして、図１２および図１３に示すように、正極集電リード１１が、正極集電端子１５の第２片１５２に第２溶接点Ｄ１２で接合されるとともに、貫通部１５Ｐが形成された領域内の第１溶接点Ｄ１１で、積層された正極集電リード１１同士が接合されている。一方、負極集電端子１６は、材料が銅板である点以外は上記正極集電端子１５と同様の構成を有し、また、上記正極集電端子１５と正極集電リード１１とを接続する場合と同様にして、負極集電端子１６と負極集電リード１２とが接続されている。
なお、図２０に示す、正極集電端子１５における第１片１５１の長さ（第１片１５１と第２片１５２との境界すなわち折り曲げ位置から第１片１５１が延出する長さ）Ｌ２１は１３．５ｍｍ、第２片１５２の長さ（第１片１５１と第２片１５２との境界すなわち折り曲げ位置から第２片１５２が延出する長さ）Ｌ２２は７．３ｍｍである。

上記本発明電池Ａ１の構成によれば、正極集電部の場合を代表的に取り上げると、貫通部１５Ｐが形成された領域、即ち正極集電端子１５が存在しない領域で、積層された正極集電リード１１同士が接合されていることで閉回路が形成され、これにより接続抵抗が均一化されている。したがって、ハイレートでの充放電時にも各正極板１に流れ込む電流値にバラツキが生じることもなく、良好なサイクル特性を得ることができるようになっている。また、貫通部１５Ｐが形成された領域で接合がなされるので、接合部の面積の増大も回避されており、体積エネルギー密度も良好に維持されている。

このとき、貫通部１５Ｐが、正極集電端子１５における第１片１５１から第２片１５２にかけて拡がるように形成されているので、折り曲げ成形時における正極集電端子１５の変形が効果的に抑制されるようになっている。貫通部１５Ｐおよび側面視鉤形状（Ｌ字形状）の折曲形状を有する図１７ないし図２０に示すような正極集電端子１５を成形する場合、折り曲げ成形を行った後では貫通部１５Ｐが形成し難いため、折り曲げ成形を行う前に、アルミニウム板から切り出す工程で正極集電端子１５に貫通部１５Ｐを予め形成しておくようにしている。このとき、例えば貫通部１５Ｐが形成された領域以外の領域すなわち貫通部１５Ｐが形成されていない領域で折り曲げるようにすると、折り曲げの応力により、貫通部１５Ｐの端部（例えば入隅部等）が変形し易い。このような変形が生じると、この変形部がラミネート外装体１８の内側絶縁層を突き破ってラミネート外装体１８の金属層と接触するといった問題がある。この問題を回避するため、例えば折り曲げの応力が伝わらない程度に貫通部１５Ｐから距離をおいた位置で正極集電端子１５を折り曲げることも考えられるが、これによれば貫通部１５Ｐと折り曲げ位置との距離の増大により電池体積上のロスすなわち体積エネルギー密度のロスを生じることとなる。これに対し、上記本発明電池Ａ１の構成によれば、貫通部１５Ｐが、正極集電端子１５における第１片１５１から第２片１５２にかけて拡がるように形成されており、したがって貫通部１５Ｐが形成された位置で正極集電端子１５が折り曲げられるようになっているので、折り曲げの応力が小さくなっていて折り曲げ部以外には作用し難くなっている。これにより、体積エネルギー密度のロスを生じることもなく、折り曲げ部以外での正極集電端子１５の無用な変形が効果的に抑制されるようになっている。

〔その他の事項〕
（１）上記本発明電池Ａ１においては、正極集電端子１５に矩形状に内側へ凹入する貫通部（以下、凹入貫通部とも称す）１５Ｐが形成されているが、貫通部としてはこれ以外にも、例えば図２１に示すような孔（開口）状の貫通部（以下、孔状貫通部とも称す）３４Ｐ、図２２に示すような角落ち状の貫通部（以下、角落状貫通部とも称す）３５Ｐ等も可能である。

図２１に示す孔状貫通部３４Ｐは、集電端子３４における一端縁部の中央に、矩形状（横長の長方形状）の孔（開口）を穿設することにより形成されている。この孔状貫通部３４Ｐが形成された集電端子３４には、上記凹入貫通部１５Ｐが形成された本発明電池Ａ１の正極集電端子１５の場合と全く同様にして極板リードが接合される。
この場合、孔状貫通部３４Ｐ形成領域において複数枚の極板リードのみが第１の接合点で接合されるとともに、この孔状貫通部３４Ｐ形成領域の側方に隣接する領域すなわち極板リードの延出方向に対し垂直な方向（幅方向）に並ぶように隣接する領域において極板リードが集電端子３４に第２の接合点でそれぞれ接合される。

図２２に示す角落状貫通部３５Ｐは、集電端子３５における一端縁部の両端部すなわち隣り合う１組の角部を矩形状（横長の長方形状）に切欠くようにして角落ちさせることにより形成されている。この角落状貫通部３５Ｐが形成された集電端子３５に極板リードを接合する場合には、両側の角落状貫通部３５Ｐの間に形成された中央の突起部３５Ｅに第２の接合点が位置し、該第２の接合点に対し幅方向に沿って両側に隣り合う角落状貫通部３５Ｐ内に第１の接合点が位置することとなり、両側の第１の接合点で接合を行った後、中央の第２の接合点で接合を行うようにする。
即ちこの場合、角落状貫通部３５Ｐ形成領域において複数枚の極板リードのみが第１の接合点でそれぞれ接合されるとともに、両側の角落状貫通部３５Ｐ形成領域に対し中央側に隣接する領域すなわち極板リードの延出方向に対し垂直な方向（幅方向）に並ぶように隣接する領域である中央の突起部３５Ｅにおいて極板リードが集電端子３５に第２の接合点で接合される。

上記凹入貫通部１５Ｐ、孔状貫通部３４Ｐおよび角落状貫通部３５Ｐのいずれの場合にも、第２の接合点では厚い集電端子と極板リードとが接合されるため、先にこの第２の接合点で接合を行うと第１の接合点で極板リードのみを接合することが困難となるので、まず第１の接合点で極板リードのみを接合してから、第２の接合点で集電端子と極板リードとを接合するようにする。

上記凹入貫通部１５Ｐ、孔状貫通部３４Ｐおよび角落状貫通部３５Ｐのうち、接合の容易性の点では、凹入貫通部１５Ｐと角落状貫通部３５Ｐとがほぼ同等であり、これに比して孔状貫通部３４Ｐがやや劣るものとなっている。また、形成の容易性（加工性）の点では、凹入貫通部１５Ｐ、角落状貫通部３５Ｐ、孔状貫通部３４Ｐの順で優れるものとなっている。

上記孔状貫通部３４Ｐおよび角落状貫通部３５Ｐは、図２１および図２２に示すように、本発明電池Ａ１における凹入貫通部１５Ｐの場合と同様に、内奥端部が端子シール部３１に重複するように、即ち内奥端部が端子シール部３１により覆われるように形成されている。また、図２１および図２２には、展開状態の集電端子３４、３５が示されているが、それぞれ、端子シール部３１の積層電極体１０側端（図２１および図２２では下端）と実質的に同等の位置にある折り曲げ線Ｇ１１、Ｇ１２で折り曲げられ、この折り曲げ線Ｇ１１、Ｇ１２よりも端子シール部３１側（図２１および図２２では上側）が第１片３４１、３５１、折り曲げ線Ｇ１１、Ｇ１２よりも積層電極体１０側（図２１および図２２では下側）が第２片３４２、３５２となる。

（２）上記凹入貫通部１５Ｐ、孔状貫通部３４Ｐおよび角落状貫通部３５Ｐの構成では、１箇所または２箇所の貫通部形成領域と、これに隣接する２箇所または１箇所の貫通部不形成領域との、計３領域が幅方向に１列に並ぶように配置されるが、例えば図２３に示すように、貫通部形成領域と貫通部不形成領域とが１箇所ずつ、計２領域が幅方向に並ぶように配置される構成としてもよい。同図に示す例では、集電端子３６における一端縁部の一方側半部を矩形状（横長の長方形状）に切欠くようにして貫通部３６Ｐが形成され、該貫通部３６Ｐに隣接して突起部３６Ｅが形成されて、当該端部が全体として鉤形状に成形されており、貫通部３６Ｐ内に第１の接合点が位置し、該第１の接合点に対し幅方向に沿って側方に隣り合うように、突起部３６Ｅ上に第２の接合点が位置するようになっている。この構成によれば、溶接点数を削減することができるが、貫通部形成領域（第１の接合点）および貫通部不形成領域（第２の接合点）の配置が左右非対称となって偏りが生じる難点がある。これに対し、上記凹入貫通部１５Ｐ、孔状貫通部３４Ｐおよび角落状貫通部３５Ｐの構成ではいずれも、貫通部形成領域と貫通部不形成領域とが左右対称に配置されるため、バランスの点でより好ましい。

図２３に示すように、上記貫通部形成領域と貫通部不形成領域とが１箇所ずつ形成された（非対称型の）集電端子３６の貫通部３６Ｐも、前記孔状貫通部３４Ｐおよび角落状貫通部３５Ｐの場合と同様に、内奥端部が端子シール部３１に重複するように、即ち内奥端部が端子シール部３１により覆われるように形成されている。また、集電端子３６が、端子シール部３１の積層電極体１０側端（図２３では下端）と実質的に同等の位置にある折り曲げ線Ｇ１３で折り曲げられ、この折り曲げ線Ｇ１３よりも端子シール部３１側（図２３では上側）が第１片３６１、折り曲げ線Ｇ１３よりも積層電極体１０側（図２３では下側）が第２片３６２となる。

（３）上記本発明電池Ａ１においては、正極集電端子１５をアルミニウム板、負極集電端子１６を銅板でそれぞれ構成しているが、これらをニッケル板で構成しても良い。このように両集電端子に同一素材のものを用いれば、電池の生産コストが低減できる。またこの場合、異種金属同士（なぜなら、正極集電リード１１はアルミニウム、負極集電リード１２は銅から構成されている）の溶接となるため、溶接部の溶着性が悪くなり、両極板と両端子との間の接続抵抗値にバラツキを生じるという問題が一層顕在化するので、本発明の構成が特に有用となる。

（４）外装体としては、例えば電池缶等を用いるようにしてもよいが、フィルム外装体を用いるほうが、正負極集電端子に折り曲げによる変形が生じた場合に外装体が損傷しやすいといった問題があることから、本発明の効果が特に発揮される。さらに、フィルム外装体のうち、ラミネートフィルムより構成されるラミネート外装体を用いるほうが、正負極集電端子に折り曲げによる変形が生じた場合に短絡を生じやすいといった問題があるため、本発明の構成がいっそう有用となる。

ラミネート外装体としては、例えば、
金属層としてアルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス等を、
内層（電池内側）としてポリエチレン、ポリプロピレン等を、
外層（電池外側）としてナイロン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ＰＥＴ／ナイロンの積層膜等を、
それぞれ用いて構成されるものが挙げられる。

（５）正極活物質としては、上記コバルト酸リチウムに限定されるものではなく、コバルト−ニッケル−マンガン、アルミニウム−ニッケル−マンガン、アルミニウム−ニッケル−コバルト等のコバルト、ニッケル或いはマンガンを含むリチウム複合酸化物や、スピネル型マンガン酸リチウム等でも構わない。

（６）負極活物質としては、天然黒鉛、人造黒鉛等の黒鉛以外にも、グラファイト・コークス・酸化スズ・金属リチウム・珪素・及びそれらの混合物等、リチウムイオンを挿入脱離できうるものであれば構わない。

（７）電解液としても特に本実施例で示したものに限定されるものではなく、リチウム塩としては例えばＬｉＢＦ_４、ＬｉＰＦ_６、ＬｉＮ（ＳＯ_２ＣＦ_３）_２,ＬｉＮ（ＳＯ_２Ｃ_２Ｆ_５）_２，ＬｉＰＦ_６―ｘ（Ｃ_ｎＦ_２ｎ＋１）_ｘ[但し、１＜ｘ＜６、ｎ＝１又は２]等が挙げられ、これらの１種もしくは２種以上を混合して使用できる。支持塩の濃度は特に限定されないが、電解液１リットル当り０．８〜１．８モルが望ましい。また、溶媒種としては上記ＥＣやＭＥＣ以外にも、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、γ−ブチロラクトン（ＧＢＬ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）等のカーボネート系溶媒が好ましく、更に好ましくは環状カーボネートと鎖状カーボネートの組合せが望ましい。

本発明は、例えばロボットや電気自動車等に搭載される動力、バックアップ電源などの高出力用途の電源に好適に適用することができる。

１０積層電極体
１１正極集電リード
１５正極集電端子
１５１第１片
１５２第２片
１５Ｐ貫通部
Ｄ１１第１溶接点
Ｄ１２第２溶接点

Claims

複数枚の正極板と負極板とがセパレータを介して交互に積層され、該正極板および負極板から延出した正極集電リードおよび負極集電リードが正極集電端子および負極集電端子にそれぞれ複数枚積層して接合された構成を有する積層電極体を備える積層式電池であって、
前記正極集電端子および負極集電端子の少なくとも一方が、前記積層電極体における正極板および負極板と実質的に平行な第１片と、前記積層電極体における正極板および負極板の積層方向と実質的に平行な第２片とを有するように折り曲げ成形され、
前記正極集電端子および負極集電端子の少なくとも一方における第１片から第２片にかけて拡がる貫通部が形成され、
前記正極集電リードおよび負極集電リードの少なくとも一方が、前記正極集電端子および負極集電端子の少なくとも一方における第２片に接合されるとともに、前記貫通部が形成された領域で、積層された正極集電リード同士および／または負極集電リード同士が接合されていることを特徴とする積層式電池。
前記正極集電リードおよび負極集電リードの少なくとも一方が、前記正極集電端子および負極集電端子の少なくとも一方における第２片に接合される接合部と、前記貫通部が形成された領域で、積層された正極集電リード同士および／または負極集電リード同士が接合される接合部とが、正極集電リードまたは負極集電リードの延出方向に対し実質的に垂直な方向に沿って並んでいる、請求項１に記載の積層式電池。
前記正極集電端子および負極集電端子に、外装体を封止する際の密閉性を確保するための樹脂封止材が付着され、該樹脂封止材が、前記貫通部が形成された領域に重複するように付着されている、請求項１または請求項２に記載の積層式電池。
前記樹脂封止材の積層電極体側端が、前記正極集電端子および／または負極集電端子の折り曲げ線の位置にくるように配置されている、請求項３に記載の積層式電池。