JP2019067544A - 二次電池及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
第1電極板と、前記第1電極板とは極性の異なる第2電極板を含む電極体と、
開口を有し、前記電極体を収容する外装体と、
前記開口を封口する封口板と、
前記第1電極板に電気的に接続された集電体と、を備え、
前記集電体は、前記封口板に対向するように配置されたベース部を有し、
前記封口板の前記電極体側の面に突起が設けられ、
前記ベース部に接続用開口又は接続用切り欠き部が設けられ、
前記突起が前記接続用開口又は接続用切り欠き部に嵌合され、
前記突起と前記ベース部が溶接されて溶接ナゲットが形成されている。
前記集電体は、前記ベース部の端部から前記電極体に向かって延びるリード部を有し、前記突起と前記ベース部の境界部であって、前記ベース部と前記リード部の境界に最も近い部分に、前記境界部における他の領域よりも溶接ナゲットが密に形成された領域を有する構成とすることができる。
前記二次電池は角形二次電池であり、
前記リード部は、前記封口板の短手方向における前記ベース部の端部に設けられており、
前記境界部は、前記ベース部と前記リード部の境界に沿って延びる領域を有し、
前記ベース部と前記リード部の境界に沿って延びる領域に、前記境界部における他の領域よりも溶接ナゲットが密に形成された領域が設けられた構成とすることができる。このような構成であると、より二次電池を容易に製造することができる。
前記ベース部に前記接続用開口が設けられ、
前記境界部の平面視の形状は長円形状であり、第1直線部、第2直線部、第1曲線部及び第2曲線部を有し、
前記第1直線部は前記第2直線部よりも、前記ベース部と前記リード部の境界の近くに位置し、
前記第1直線部に前記境界部における他の領域よりも溶接ナゲットが密に形成された領域が設けられ、
前記第1直線部では、前記第1曲線部及び前記第2曲線部よりも溶接ナゲットが密に形成された構成とすることができる。このような構成によると、封口板と集電体の接続部の信頼性がより高い二次電池となる。
前記第1電極板に設けられたタブ部を備え、
複数の前記タブ部が積層されて前記ベース部に接続され、
前記突起と前記ベース部の境界部であって、前記ベース部と前記タブ部の接続部に最も
近い部分に、前記ベース部と前記タブ部の接続部に沿った直線部を有する構成とすることができる。
前記第1電極板に設けられたタブ部を備え、
複数の前記タブ部が積層されて前記ベース部に接続され、
前記突起と前記ベース部の境界部であって、前記ベース部と前記タブ部の接続部に最も近い部分に、前記境界部における他の領域よりも溶接ナゲットが密に形成された領域を有する構成とすることができる。突起とベース部の境界部においてベース部とタブ部の接続部に最も近い部分に、他の領域に比べて溶接ナゲットが密に形成されていると、最も負荷が加わり易い部分がより強固に接続される。よって、封口板と集電体の接続部の信頼性がより高い。また、突起とベース部の境界部において、封口板と集電体の接続部の信頼性に比較的に寄与し難い部分においては、溶接ナゲットの形成状態をより疎とすることにより、溶接ナゲットを形成する際に金属スパッタが発生することを抑制できる。よって、より信頼性の高い二次電池となる。
第1電極板と、前記第1電極板とは極性の異なる第2電極板を含む電極体と、
開口を有し、前記電極体を収容する外装体と、
前記開口を封口する封口板と、
前記第1電極板に電気的に接続された集電体と、を備え、
前記集電体は、前記封口板に対向するように配置されたベース部を有する二次電池の製造方法であって、
前記封口板に設けられた突起を、前記ベース部に設けられた接続用開口又は接続用切り欠き部内に配置する配置工程と、
前記突起と前記ベース部にエネルギー線を照射し、前記突起と前記ベース部を溶接接続し溶接ナゲットを形成する溶接工程と、を有する。
前記集電体は、前記ベース部の端部から前記電極体に向かって延びるリード部を有する二次電池の製造方法であって、
前記溶接工程において、前記突起と前記ベース部の境界部であって、前記ベース部と前記リード部の境界に最も近い部分に、前記境界部における他の領域よりも溶接ナゲットが密に形成されるように前記突起と前記接続用開口又は接続用切り欠き部の縁部とを溶接接
続する構成とすることができる。
これにより、封口板と集電体の接続部の信頼性が高く、また、内部短絡がより確実に防止されたより信頼性の高い二次電池となる。
前記ベース部は、前記封口板の短手方向における前記ベース部の端部に設けられており、
前記境界部は、前記ベース部と前記リード部の境界に沿って延びる領域を有し、
前記ベース部と前記リード部の境界に沿って延びる領域に、前記境界部における他の領域よりも溶接ナゲットが密に形成された領域が形成される構成とすることができる。これにより、封口板と集電体の接続部の信頼性がより高い二次電池となる。
前記第1電極板に設けられたタブ部を備え、
複数の前記タブ部が積層されて前記ベース部に接続された二次電池の製造方法であって、
複数の前記タブ部が積層された第1タブ群と、複数の前記タブ部が積層された第2タブ群とを、前記ベース部に接続するタブ群接続工程と、
前記第1タブ群と前記第2タブ群をそれぞれ異なる方向に湾曲させる湾曲工程と、を有し、
前記タブ群接続工程の後に前記溶接工程を行い、
前記溶接工程の後に前記湾曲工程を行うことができる。
これにより、より体積エネルギー密度が高く、信頼性の高い二次電池となる。
複数の前記タブ部が積層されて前記ベース部に接続された二次電池の製造方法であって、
前記溶接工程において、前記突起と前記ベース部の境界部であって、前記ベース部と前記タブ部の接続部に最も近い部分に、前記境界部における他の領域よりも溶接ナゲットが密に形成されるように前記突起と前記ベース部を溶接接続する構成とすることができる。
[正極板の作製]
正極活物質としてのリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物、結着剤としてのポリフッ化ビニリデン(PVdF)、導電剤としての炭素材料、及び分散媒としてのN−メチル−2−ピロリドン(NMP)を含む正極合剤スラリーを作製する。この正極合剤スラリーを、正極芯体としての厚さ15μmの長尺状のアルミニウム箔の両面に塗布する。そして、これを乾燥させることにより、正極合剤スラリー中のNMPを取り除き、正極芯体上に正極活物質層を形成する。その後、正極活物質層を所定厚みになるように圧縮処理を行った後、所定の形状に裁断する。このようにして得られた正極板は、長尺状の正極芯体の幅方向の端部に、正極芯体の長手方向に沿って両面に正極活物質合剤層が形成されていない正極芯体露出部4を有する。
負極活物質としての黒鉛、結着剤としてのスチレンブタジエンゴム(SBR)、増粘剤としてのカルボキシメチルセルロース(CMC)、及び分散媒としての水を含む負極合剤スラリーを作製する。この負極合剤スラリーを、負極芯体としての厚さ8μmの長尺状の銅箔の両面に塗布する。そして、これを乾燥させることにより、負極合剤スラリー中の水を取り除き、負芯体上に負極活物質層を形成する。その後、負極活物質層を所定厚みになるように圧縮処理を行った後、所定の形状に裁断する。このようにして得られた負極板は、長尺状の負極芯体の幅方向の端部に、負極芯体の長手方向に沿って両面に負極活物質合剤層が形成されていない負極芯体露出部5を有する。
上述の方法で作製した正極板と負極板をセパレータを介して巻回することにより巻回型の電極体3を作製する。図3に示すように電極体3は、巻回軸方向における一方の端部に巻回された正極芯体露出部4を有し、他方の端部に巻回された負極芯体露出部5を有する。なお、電極体3の最外周はセパレータで覆われていることが好ましい。
封口板2に設けられた負極端子取り付け孔2dの周囲において、封口板2の電池内面側に内部側絶縁部材9と負極集電体7のベース部7aを配置し、封口板2の電池外面側に外部側絶縁部材10を配置する。次に、負極外部端子8を、外部側絶縁部材10の貫通孔、封口板2の負極端子取り付け孔2d、内部側絶縁部材9の貫通孔及び負極集電体7のベース部7aの貫通孔のそれぞれに挿入し、負極外部端子8の先端部を負極集電体7のベース部7a上にカシメる。これにより、図2、図4に示すように、負極外部端子8、外部側絶縁部材10、内部側絶縁部材9及び負極集電体7が封口板2に固定される。なお、負極外部端子8においてカシメられた部分と負極集電体7のベース部7aを更にレーザ溶接等により溶接接続し、溶接接続部を形成することが好ましい(図示は省略)。
図5に示すように、封口板2の電池内部側の面には、突起2aが設けられている。突起2aは、封口板2の短手方向において、封口板2の中心線Cよりも一方側(図5においては上方)にずれている。なお、中心線Cは、封口板2の短手方向における封口板2の中心を通り、封口板2の長手方向に延びる。突起2aの先端には、先端凹部2bが設けられている。突起2aの平面視の形状は長円形状である。突起2aは、直線状の突起直線部2a1を有する。なお、突起2aを中心線C上に設けてもよい。
部が形成される。したがって、封口板2と正極集電体6がより強固に接続される。なお、環状突起6dの先端(図8Aにおいては上端)は、正極集電体6のベース部6aの電極体3側の面(図8Aにおいては上面)よりも突出していないことが好ましい。なお、環状薄肉部6c及び環状突起6dは必須の構成ではない。
封口板2に接続された正極集電体6について、ベース部6aとリード部6bの第1境界部40で曲げ加工を行う。このとき、ベース部6aを封口板2に押し付けた状態で、リード部6bをベース部6aに対して曲げることが好ましい。
正極集電体6のリード部6bを電極体3の巻回された正極芯体露出部4の最外面に溶接接続する。負極集電体7のリード部7bを電極体3の巻回された負極芯体露出部5の最外面に溶接接続する。なお、接続方法としては、抵抗溶接、超音波溶接、レーザ溶接等を用いることができる。
封口板2に正極集電体6及び負極集電体7を介して接続された電極体3の周囲を絶縁シート14で覆う。次に、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、角形外装体1と封口板2をレーザ溶接することにより、角形外装体1の開口を封
口板2により封口する。その後、封口板2に設けられた電解液注液孔15から角形外装体1内に非水溶媒と電解質塩を含む非水電解液を注入し、電解液注液孔15を封止栓16により封止する。封止栓16としてはブラインドリベットを用いることが好ましい。なお、金属製の封止栓16を封口板2に溶接接続することも可能である。
図7に示すように、封口板2に設けられた突起2aが、正極集電体6のベース部6aに設けられた接続用開口6xに嵌合されている。このため、封口板2と正極集電体6が強固に接続される。更に、正極集電体6のベース部6aに設けられた接続用開口6xの縁部は、リード部6b側に封口板2の長手方向に延びる直線部6yを有する。このため、電極体3により正極集電体6が角形外装体1の底部方向に引っ張られた際、負荷が封口板2と正極集電体6の接続部50における1点に集中することを抑制できる。よって、封口板2と正極集電体6の接続部50が損傷あるいは破損することをより効果的に抑制できる。
図11は、実施形態1に係る角形二次電池20における封口板2と正極集電体6のベース部6aの接続部近傍の拡大図である。なお、図11は、封口板2に対して垂直な方向から封口板2と正極集電体6のベース部6aの接続部近傍を見た図である。また、図11においては、封口板2の先端凹部2b、正極集電体6の環状薄肉部6c及び環状突起6dの図示は省略している。
そして、封口板2の突起2aと正極集電体6のベース部6aの第2境界部60は、第1直線部60a、第2直線部60b、第1曲線部60c及び第2曲線部60dを有する。なお、第2境界部60の第1直線部60aは、ベース部6aの接続用開口6xの直線部6yと封口板2の突起2aの突起直線部2a1の境界に相当する。
第2境界部60において、ベース部6aとリード部6bの境界である第1境界部40側に位置する第1直線部60aにおいては、第2境界部60における他の領域に比べて、溶接ナゲット30が密に形成されている。角形二次電池20においては、第1直線部60aにおける溶接ナゲット30同士の距離が、他の領域における溶接ナゲット30間の距離よりも小さくすることにより、溶接ナゲット30がより密に形成されている。
角形二次電池20に衝撃や振動が加わったとき、電極体3により正極集電体6が引っ張られるように力が加わる。そして、封口板2に設けられた突起2aと正極集電体6のベース部6aの接続部のうち、リード部6bに最も近い位置に最も負荷が加わる。このため、角形二次電池20のように、第2境界部60のうち、ベース部6aとリード部6bの境界である第1境界部40の近くに位置する領域に、溶接ナゲット30を密に形成することにより、封口板2と正極集電体6の接続部の信頼性がより高いものとなる。
金属スパッタ等の発生の確率が高くなる可能性がある。実施形態1に係る角形二次電池20では、第2境界部60において、ベース部6aとリード部6bの境界である第1境界部40側に位置する第1直線部60aにおいては、第2境界部60における他の領域に比べて、溶接ナゲット30が密に形成されているため、封口板2と正極集電体6の接続部の信頼性を高くすると共に、溶接時に必要なエネルギーを低減すると共に、スパッタ等の発生を抑制し、内部短絡等の発生をより効果的に抑制できる。
図13は、実施形態2に係る角形二次電池の図11に対応する図である。実施形態2に係る角形二次電池は、溶接ナゲット30の形成状態が異なる以外は実施形態1に係る角形二次電池20と同様の構成を有する。
図14は、実施形態3に係る角形二次電池の図11に対応する図である。実施形態3に係る角形二次電池は、溶接ナゲット30の形成状態が異なる以外は実施形態に係る角形二次電池20と同様の構成を有する。
図16は、実施形態4に係る角形二次電池における組立て途中の封口板の電池内面側を示す図である。
実施形態4に係る角形二次電池では、電極体が第1電極体要素103Aと第2電極体要素103Bを含む。第1電極体要素103Aと第2電極体要素103Bは、それぞれ正極板と負極板を含む。正極板に正極タブが設けられ、負極板には負極タブが設けられている。正極タブは正極芯体の一部であり、負極タブは負極芯体の一部とすることができる。
溶接接続される。また、第1負極タブ群150Aと第2負極タブ群150Bは負極集電体109に溶接接続される。これにより、溶接部120が形成される。
第1正極タブ群140Aと第2正極タブ群140Bが接続された正極集電体106が封口板2に設けられた突起2aに接続される。また、第1負極タブ群150Aと第2負極タブ群150Bが接続された負極集電体109が封口板2に固定された負極端子に接続されて、溶接部121が形成される。このようにして、図16に示す状態となる。
溶接ナゲットの径は、例えば0.3mm〜1.2mmであることが好ましく、0.5mm〜1.2mmであることがより好ましく、0.5mm〜1.0mmであることが更に好ましい。溶接ナゲットの深度は、例えば0.1mm〜1.5mmであることが好ましく、
0.2mm〜1.0mmであることがより好ましく、0.3mm〜0.7mmであることが更に好ましい。そして、突起とベース部の境界部であってベース部とリード部の境界に最も近い部分、あるいは、突起とベース部の境界部であってベース部とタブ部の接続部に最も近い部分には、溶接ナゲットが線状に形成されるか、スポット状の溶接ナゲットが重なって形成された領域が形成されていることが好ましい。
1・・・角形外装体
2・・・封口板
2a・・・突起
2a1・・・突起直線部
2b・・・先端凹部
2c・・・凹部
2d・・・負極端子取り付け孔
3・・・電極体
4・・・正極芯体露出部
5・・・負極芯体露出部
6・・・正極集電体
6a・・・ベース部
6b・・・リード部
6c・・・環状薄肉部
6d・・・環状突起
6e・・・テーパー部
6f・・・切り欠き部
6g・・・切り欠き部
6x・・・接続用開口
6y・・・直線部
7・・・負極集電体
7a・・・ベース部
7b・・・リード部
8・・・負極外部端子
8a・・・第1金属部
8b・・・第2金属部
9・・・内部側絶縁部材
10・・・外部側絶縁部材
14・・・絶縁シート
15・・・電解液注液孔
16・・・封止栓
17・・・ガス排出弁
30・・・溶接ナゲット
40・・・第1境界部
41・・・第1折れ曲がり部
42・・・第2折れ曲がり部
50・・・接続部
60・・・第2境界部
60a・・・第1直線部
60b・・・第2直線部
60c・・・第1曲線部
60d・・・第2曲線部
103A・・・第1電極体要素
103B・・・第2電極体要素
140A・・・第1正極タブ群
140B・・・第2正極タブ群
150A・・・第1負極タブ群
150B・・・第2負極タブ群
106・・・正極集電体
106x・・・接続用開口
109・・・負極集電体
114・・・内部絶縁部材
120、121・・・溶接部
130・・・溶接ナゲット
160・・・第3境界部
160a・・・第1直線部
160b・・・第2直線部
160c・・・第1曲線部
160d・・・第2曲線部
Claims (12)
- 第1電極板と、前記第1電極板とは極性の異なる第2電極板を含む電極体と、
開口を有し、前記電極体を収容する外装体と、
前記開口を封口する封口板と、
前記第1電極板に電気的に接続された集電体と、を備え、
前記集電体は、前記封口板に対向するように配置されたベース部を有し、
前記封口板の前記電極体側の面に突起が設けられ、
前記ベース部に接続用開口又は接続用切り欠き部が設けられ、
前記突起が前記接続用開口又は接続用切り欠き部に嵌合され、
前記突起と前記ベース部が溶接されて溶接ナゲットが形成された二次電池。 - 前記集電体は、前記ベース部の端部から前記電極体に向かって延びるリード部を有し、
前記突起と前記ベース部の境界部であって、前記ベース部と前記リード部の境界に最も近い部分に、前記境界部における他の領域よりも溶接ナゲットが密に形成された領域を有する請求項1に記載の二次電池。 - 前記二次電池は角形二次電池であり、
前記リード部は、前記封口板の短手方向における前記ベース部の端部に設けられており、前記境界部は、前記ベース部と前記リード部の境界に沿って延びる領域を有し、
前記ベース部と前記リード部の境界に沿って延びる領域に、前記境界部における他の領域よりも溶接ナゲットが密に形成された領域が設けられた請求項2に記載の二次電池。 - 前記第1電極板に設けられたタブ部を備え、
複数の前記タブ部が積層されて前記ベース部に接続され、
前記突起と前記ベース部の境界部であって、前記ベース部と前記タブ部の接続部に最も近い部分に、前記ベース部と前記タブ部の接続部に沿った直線部を有する請求項1に記載の二次電池。 - 前記第1電極板に設けられたタブ部を備え、
複数の前記タブ部が積層されて前記ベース部に接続され、
前記突起と前記ベース部の境界部であって、前記ベース部と前記タブ部の接続部に最も近い部分に、前記境界部における他の領域よりも溶接ナゲットが密に形成された領域を有する請求項1に記載の二次電池。 - 前記境界部は、前記ベース部と前記タブ部の接続部に沿って延びる領域に、前記境界部における他の領域よりも溶接ナゲットが密に形成された領域が設けられた請求項5に記載の二次電池。
- 第1電極板と、前記第1電極板とは極性の異なる第2電極板を含む電極体と、
開口を有し、前記電極体を収容する外装体と、
前記開口を封口する封口板と、
前記第1電極板に電気的に接続された集電体と、を備え、
前記集電体は、前記封口板に対向するように配置されたベース部を有する二次電池の製造方法であって、
前記封口板に設けられた突起を、前記ベース部に設けられた接続用開口又は接続用切り欠き部内に配置する配置工程と、
前記突起と前記ベース部にエネルギー線を照射し、前記突起と前記ベース部を溶接接続し溶接ナゲットを形成する溶接工程と、を有する二次電池の製造方法。 - 前記集電体は、前記ベース部の端部から前記電極体に向かって延びるリード部を有する二次電池の製造方法であって、
前記溶接工程において、前記突起と前記ベース部の境界部であって、前記ベース部と前記リード部の境界に最も近い部分に、前記境界部における他の領域よりも溶接ナゲットが密に形成されるように前記突起と前記接続用開口又は接続用切り欠き部の縁部とを溶接接続する、請求項7に記載の二次電池の製造方法。 - 前記二次電池は角形二次電池であり、
前記ベース部は、前記封口板の短手方向における前記ベース部の端部に設けられており、前記境界部は、前記ベース部と前記リード部の境界に沿って延びる領域を有し、
前記ベース部と前記リード部の境界に沿って延びる領域に、前記境界部における他の領域よりも溶接ナゲットが密に形成された領域が形成された請求項8に記載の二次電池の製造方法。 - 前記溶接工程の後、前記リード部を前記ベース部に対して折り曲げる折り曲げ工程を有する請求項8又は9に記載の二次電池の製造方法。
- 前記第1電極板に設けられたタブ部を備え、
複数の前記タブ部が積層されて前記ベース部に接続された二次電池の製造方法であって、
複数の前記タブ部が積層された第1タブ群と、複数の前記タブ部が積層された第2タブ群とを、前記ベース部に接続するタブ群接続工程と、
前記第1タブ群と前記第2タブ群をそれぞれ異なる方向に湾曲させる湾曲工程と、を有し、
前記タブ群接続工程の後に前記溶接工程を行い、
前記溶接工程の後に前記湾曲工程を行う請求項7に記載の二次電池の製造方法。 - 前記第1電極板に設けられたタブ部を備え、
複数の前記タブ部が積層されて前記ベース部に接続された二次電池の製造方法であって、前記溶接工程において、前記突起と前記ベース部の境界部であって、前記ベース部と前記タブ部の接続部に最も近い部分に、前記境界部における他の領域よりも溶接ナゲットが密に形成されるように前記突起と前記ベース部を溶接接続する、請求項7に記載の二次電池の製造方法。
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