JP2021089856A - 二次電池およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】製造時における超音波接合の際にセパレータの破損が起こり難く、かつ粗大な異物の発生が抑制された、二次電池を提供する。【解決手段】ここに開示される二次電池は、電極体と、前記電極体を収容する電池ケースと、前記電池ケースに取り付けられた電極端子と、を備える。前記電極体は、電極の電極集電箔露出部が纏められた集箔部を有する。前記電極端子は、前記集箔部と、集電端子を介して電気的に接続されている。前記集電端子は、前記集箔部と接合されている。前記集箔部は、前記集電端子と接合されている面と対向する面に、複数の凹部から構成される接合痕を有する。前記接合痕は、前記電極体の内部側および前記電極体の外部側にそれぞれ２つの角部を有し、前記電極体の内部側の２つの角部のみが、面取りされた形状を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、二次電池に関する。本発明はまた、その製造方法に関する。

近年、リチウムイオン二次電池等の二次電池は、パソコン、携帯端末等のポータブル電源や、電気自動車（ＥＶ）、ハイブリッド自動車（ＨＶ）、プラグインハイブリッド自動車（ＰＨＶ）等の車両駆動用電源などに好適に用いられている。

二次電池は、典型的には、正極と負極とがセパレータを介して積層された電極体が、電池ケースに収容されている構成を有する。これらの電極は一般に、集電箔上に活物質層が設けられた構成を有し、また、これらの電極は、集電タブとして機能する集電箔露出部を有している。電極体は集電箔露出部が纏められた集箔部を有する。このような構成においては一般に、電極体は、集電端子を介して、電池ケースに取り付けられた電極端子と電気的に接続されている。この接続のために、集電端子と電極体の集箔部とを超音波接合することが行われている（例えば、特許文献１参照）。この超音波接合は、電極体の集箔部と集電端子とを、ホーンおよびアンビルで挟み込み、ホーンを集箔部に対してアンビルの方向に押しつけながら振動させることにより行われる。集箔部にはホーン先端の凸形状に対応した凹形状の接合痕が形成される。

特開２０１９−１３９９５４号公報

車両駆動用電源に用いられる二次電池には、さらなる高出力化および高エネルギー密度化が求められている。高出力化および高エネルギー密度化のためには、電池ケース内に占める活物質層の体積を大きくする必要がある。言い換えると、電池ケース内に占める活物質層以外の体積を小さくする必要がある。

本発明者らは、活物質層を大きくするために集箔部と活物質層との距離を小さくすることを試みると共に、活物質層以外の体積を小さくするために、セパレータの薄型化を試みた。その結果、以下のことを見出した。
車両駆動用電源に用いられる二次電池の電極体は、複数の正極層と複数の負極層とを備える、厚さが１０ｍｍ以上の積層体である。そのため、集箔部と活物質層との距離を小さくすると、その結果、電極体の最外層の電極においては、集電箔露出部が大きく折れ曲がることによって、最外層の電極に隣接するセパレータが、集電箔露出部と電極との間に挟まれて、その結果セパレータに応力が印加される。この状態で、超音波接合によって電極体の集箔部と集電端子との接合を行った場合には、接合の際の振動と、セパレータが薄くなったこととに起因して、セパレータの破損が生じやすくなる。
またその一方で、超音波接合装置のホーン形状によっては、超音波接合の際にアンビルによって集電端子の表面が切削されることにより、異物が発生することを見出した。この異物は導電性を有するために、異物が一定以上のサイズを有すると、短絡の原因となる。

以上のように、車両駆動用電源に用いられる二次電池のさらなる高出力化および高エネルギー密度化の要求に応えるために本発明者らが鋭意検討した結果、電極体の集箔部と集電端子との超音波接合の際に、セパレータの破損と粗大な異物の発生という新たな課題に直面した。
そこで本発明は、製造時における超音波接合の際にセパレータの破損が起こり難く、かつ粗大な異物の発生が抑制された、二次電池を提供することを目的とする。

ここに開示される二次電池は、正極と、負極と、セパレータと、を含む電極体と、前記電極体を収容する電池ケースと、前記電池ケースに取り付けられた、正極端子および負極端子と、を備える。前記正極および前記負極の少なくとも一方の電極は、電極集電箔と、前記電極集電箔上に設けられた電極活物質層とを有する。前記少なくとも一方の電極は、前記電極集電箔が露出した露出部を有する。前記電極体は、前記露出部が纏められた集箔部を有する。前記少なくとも一方の電極に対応する電極端子は、前記集箔部と、集電端子を介して電気的に接続されている。前記集電端子は、前記集箔部と接合されている。前記集箔部は、前記集電端子と接合されている面と対向する面に、複数の凹部から構成される接合痕を有する。前記接合痕は、前記電極体の内部側および前記電極体の外部側にそれぞれ２つの角部を有し、前記電極体の内部側の２つの角部のみが、面取りされた形状を有する。
このような構成によれば、製造時における超音波接合の際にセパレータの破損が起こり難く、かつ粗大な異物の発生が抑制された、二次電池が提供される。
ここで、電極体の厚さが１０ｍｍ以上である場合、特に、二次電池が車両駆動用電源に用いられる場合には、セパレータの破損がより起こりやすいため、本発明の効果がより高くなる。
ここで、前記セパレータの厚さが５μｍ以上２５μｍ以下である場合には、セパレータの破損がより起こりやすいため、本発明の効果がより高くなる。

ここに開示される二次電池の製造方法は、正極と、負極と、セパレータと、を含む電極体を準備する工程、ここで、前記正極および前記負極の少なくとも一方の電極は、電極集電箔と、前記電極集電箔上に設けられた電極活物質層を有し、前記少なくとも一方の電極は、前記電極集電箔が露出した露出部を有し、前記電極体は、前記露出部が纏められた集箔部を有する；前記電極体の集箔部と、集電端子とを、超音波接合装置のホーンとアンビルで挟み込む工程、ここで、前記集箔部は、前記ホーンと接触し、前記集電端子は前記アンビルと接触する；前記ホーンを前記アンビルの方向に押し付けつつ、前記ホーンを振動させて、前記集箔部と前記集電端子とを超音波接合する工程；および前記集電端子が取り付けられた電極体を用いて、リチウムイオン二次電池を構築する工程、を包含する。前記ホーンの先端は複数の凸部を有する。前記ホーンの先端形状は、前記凸部の突出方向に垂直な断面において、４つの角部を有し、かつそのうちの２つの角部のみが面取りされている。前記面取りされた２つの角部は隣り合っている。前記挟み込む工程において、前記電極体の内部側に、前記面取りされた２つの角部を配置する。
このような構成によれば、製造時における超音波接合の際にセパレータの破損が起こり難く、かつ粗大な異物の発生が抑制された、二次電池が提供される。

本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池の内部構造を模式的に示す正面断面図である。 本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池の捲回電極体の構成を示す模式分解図である。 本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池の内部構造を模式的に示す側面断面図である。 本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池における正極側接合痕の一例の、電極体の厚さ方向に沿って見た場合の模式図である。 本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池における正極側接合痕の形状の別の例を示す模式図である。 本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池における正極側接合痕の形状のまた別の例を示す模式図である。 セパレータの破損について説明するための電極体の部分図である。 試験例Ｂ１における接合痕を電極体の厚さ方向に沿って見た場合の模式図である。 試験例Ｂ２における接合痕を電極体の厚さ方向に沿って見た場合の模式図である。

以下、本発明による実施の形態を説明する。なお、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄（例えば、本発明を特徴付けない二次電池の一般的な構成および製造プロセス）は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。また、以下の図面においては、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付して説明している。また、各図における寸法関係（長さ、幅、厚み等）は実際の寸法関係を反映するものではない。

以下、扁平角型のリチウムイオン二次電池を例にして、本発明について詳細に説明するが、本発明をかかる実施形態に記載されたものに限定することを意図したものではない。
なお、本明細書において「二次電池」とは、繰り返し充放電可能な蓄電デバイス一般をいい、いわゆる蓄電池ならびに電気二重層キャパシタ等の蓄電素子を包含する用語である。また、本明細書において「リチウム二次電池」とは、電荷担体としてリチウムイオンを利用し、正負極間におけるリチウムイオンに伴う電荷の移動により充放電が実現される二次電池をいう。

図１は、本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池の内部構造を模式的に示す正面断面図である。図２は、本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池の捲回電極体の構成を示す模式分解図である。図３は、本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池の内部構造を模式的に示す側面断面図である。
なお、本明細書において、リチウムイオン二次電池の電池ケースの幅広面に垂直方向から見た場合の図面を正面図としているが、これは説明の便宜のためであり、リチウムイオン二次電池の使用態様をなんら限定するものではない。

図１に示すリチウムイオン二次電池１００は、扁平形状の捲回電極体２０と非水電解質８０とが扁平な角形の電池ケース（即ち外装容器）３０に収容されることにより構築される密閉型電池である。電池ケース３０には、外部接続用の正極端子４２および負極端子４４が取り付けられている。また、電池ケース３０には、電池ケース３０の内圧が所定レベル以上に上昇した場合に該内圧を開放するように設定された薄肉の安全弁３６と、非水電解質８０を注入するための注入口（図示せず）とが設けられている。正極端子４２は、集電端子としての正極集電板４２ａと電気的に接続されている。負極端子４４は、集電端子としての負極集電板４４ａと電気的に接続されている。電池ケース３０の材質としては、例えば、アルミニウム等の軽量で熱伝導性の良い金属材料が用いられる。正極集電板４２ａの材質としては、例えば、アルミニウムである。負極集電板４４ａの材質としては、例えば、銅である。

捲回電極体２０は、図１および図２に示すように、正極シート５０と、負極シート６０とが、２枚の長尺状のセパレータシート７０を介して重ね合わされて長手方向に捲回された形態を有する。
正極シート５０は、長尺状の正極集電箔５２の片面または両面（図示例では両面）に長手方向に沿って正極活物質層５４が形成されている構成を有する。負極シート６０は、長尺状の負極集電箔６２の片面または両面（図示例では両面）に長手方向に沿って負極活物質層６４が形成されている構成を有する。

正極シート５０および負極シート６０には、従来のリチウムイオン二次電池に用いられているものと同様のものを特に制限なく使用することができる。典型的な一態様を以下に示す。

正極シート５０を構成する正極集電箔５２としては、例えばアルミニウム箔等が挙げられる。
正極活物質層５４は正極活物質を含有する。正極活物質の例としては、リチウム遷移金属酸化物（例、ＬｉＮｉ_１／３Ｃｏ_１／３Ｍｎ_１／３Ｏ_２、ＬｉＮｉＯ_２、ＬｉＣｏＯ_２、ＬｉＦｅＯ_２、ＬｉＭｎ_２Ｏ_４、ＬｉＮｉ_０．５Ｍｎ_１．５Ｏ_４等）、リチウム遷移金属リン酸化合物（例、ＬｉＦｅＰＯ_４等）等が挙げられる。
正極活物質層５４は、活物質以外の成分、例えば導電材やバインダ等を含み得る。
導電材としては、例えばアセチレンブラック（ＡＢ）等のカーボンブラックやその他（例、グラファイト等）の炭素材料を好適に使用し得る。
バインダとしては、例えばポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）等を使用し得る。

負極シート６０を構成する負極集電箔６２としては、例えば銅箔等が挙げられる。
負極活物質層６４は、負極活物質を含有する。負極活物質の例としては、黒鉛、ハードカーボン、ソフトカーボン等の炭素材料が挙げられる。
負極活物質層６４は、活物質以外の成分、例えばバインダや増粘剤等を含み得る。
バインダとしては、例えばスチレンブタジエンラバー（ＳＢＲ）等を使用し得る。
増粘剤としては、例えばカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）等を使用し得る。

セパレータ７０としては、例えばポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエステル、セルロース、ポリアミド等の樹脂から成る多孔性シート（フィルム）が挙げられる。かかる多孔性シートは、単層構造であってもよく、二層以上の積層構造（例えば、ＰＥ層の両面にＰＰ層が積層された三層構造）であってもよい。セパレータ７０の表面には、耐熱層（ＨＲＬ）が設けられていてもよい。
セパレータ７０の厚さは、二次電池の高出力化および高エネルギー密度化の観点から、小さいことが好ましい。具体的には、セパレータ７０の厚さは、好ましくは５μｍ以上２５μｍ以下であり、より好ましくは１０μｍ以上２０μｍ以下である。このような厚さのセパレータ７０はより破損し易いために、本発明の効果がより高くなる。

図１および図２に示すように、正極シート５０は、正極活物質層５４が形成されずに正極集電箔５２が露出した部分（正極集電箔露出部）５２ａを有する。正極集電箔露出部５２ａは、捲回電極体２０の捲回軸方向（即ち、上記長手方向に直交するシート幅方向）の一方の端から外方にはみ出している。
同様に、負極シート６０は、負極活物質層６４が形成されずに負極集電箔６２が露出した部分（負極集電箔露出部）６２ａを有する。負極集電箔露出部６２ａは、捲回電極体２０の捲回軸方向の他方の端から外方にはみ出している。
電極体２０の幅方向に沿った正極集電箔露出部５２ａおよび負極集電箔露出部６２ａの寸法は、特に限定されないが、電極体２０の厚さよりも大きいことが好ましい。

リチウムイオン二次電池１００は、車両駆動用電源用途のものである。そのため、薄型化が求められるポータブル電源用途とは異なり、電極体２０の厚さは１０ｍｍ以上であり、特に１０ｍｍ以上２５ｍｍ以下である。電極体２０の厚さが１０ｍｍ以上であると、電極体２０の最外層の電極に隣接するセパレータに応力がかかり易くなって、セパレータの破損がより起こり易いため、本発明の効果がより高くなる。

ここで、図２は、分解図であり、正極集電箔露出部５２ａおよび負極集電箔露出部６２ａが纏められていない状態を示している。
実際は、図１および図３（特に図３）に示すように、正極５０側において、電極体２０は、正極集電箔露出部５２ａが纏められた正極側集箔部２２を有する。集箔部２２では、正極集電箔露出部５２ａは、電極体２０の主面の幅方向に直交する方向（図面の上下方向）の中央部において、密に積層されている。そのため、集箔部２２の厚さは、電極体２０の厚さより小さくなっている。
また、負極側６０においても同様に、電極体２０は、負極集電箔露出部６２ａが纏められた負極側集箔部２４を有する。
なお、集箔部２２，２４の位置は、電極体２０の主面の幅方向に直交する方向（図面の上下方向）の中央部でなくてもよい。しかしながら、電極体２０の厚さをＤとした場合に、集箔部２２，２４の位置は、電極体２０の主面の幅方向に直交する方向（図面の上下方向）の両端部から、それぞれＤ以上離れていることが好ましい。

本実施形態では、正極側集箔部２２は、超音波接合（超音波溶接とも呼ばれる）によって、正極集電板４２ａと接合されている。そのため、図１に示すように、正極側集箔部２２は、正極集電板４２ａと接合されている面と対向する面（すなわち、反対側の面）に正極側接合痕５６を有する。
負極側集箔部２４は、抵抗溶接によって負極集電板４４ａと接合されている。そのため、図１に示すように、負極側集箔部２４は、負極集電板４４ａと接合されている面と対向する面（すなわち、反対側の面）に負極側接合痕６６を有する。

ここで、正極側接合痕５６について詳細に説明する。正極側接合痕５６は、複数の凹部から構成される。具体的には、正極側接合痕５６は、超音波接合の際に超音波接合装置のホーンによって形成される凹部の集合である。したがって、正極側接合痕５６の形状は、凹部の集合の全体形状として把握される形状である。

図４は、電極体２０の厚さ方向から見た場合の一例の模式図である。図示例では、正極側接合痕５６は、超音波接合が、四角推が２×４個接して並んだ先端形状のホーンによって行われたことに起因して、ホーンの先端形状に対応した、逆四角推状の凹部が２×４個接して並んだ形状をしている。なお、正極側接合痕５６を構成する凹部の数は複数である限りこれに限られない。正極側接合痕５６を構成する凹部の配列もこれに限られない。

正極側接合痕５６の形状（すなわち、凹部の集合の全体形状）は、平面視において（すなわち、電極体２０の厚さ方向から見た場合に）、略方形状である。そのため、正極側接合痕５６は、電極体２０の内部側および電極体２０の外部側にそれぞれ２つの角部５６ａ，５６ｂ，５６ｃ，５６ｄを有している。電極体２０の内部側の角部５６ａ，５６ｂは、面取りされた形状を有している。図示例では、面取りされることによって、Ｒ形状を有している。
一方で、電極体２０の外部側の角部５６ｃ，５６ｄは、面取りされていない形状を有している。したがって、電極体２０の外部側の角部５６ｃ，５６ｄの角度は、略直角である。

この面取りされた角部の形状は、特に限定されず、よってＲ形状に限られない。図５に、正極側接合痕の別の例を示す。図５では、正極側接合痕５６’の、電極体２０の内部側の角部は、直線状に面取りされた形状を有している。

図６に、正極側接合痕のまた別の例を示す。図６に示す正極側接合痕５６’’は、２×４個の逆四角推状の凹部から形成されているが、凹部と凹部との間に隙間を有している。しかしながら、８個の凹部の集合を全体的に見た場合には、略方形状である。すなわち、凹部と凹部との間に隙間がある場合には、凹部の集合の全体形状は、凹部の外側の辺を伸長して繋げることによって得られる輪郭の形状ということができ、図示例では、略方形状である。したがって、電極体２０の角部を構成するのは、平面視において（すなわち、電極体２０の厚さ方向から見た場合に）、凹部の集合において隅にある凹部の隅側の角部である。正極側接合痕５６’’の、電極体２０の内部側の角部は、面取りされており、Ｒ形状を有している。
このように、接合痕が、凹部の集合として全体形状を把握できる限り、凹部と凹部の間に隙間があってもよい。この隙間の寸法は、凹部の配列方向において凹部の寸法の１００％以下であることが好ましい。

このような形状を有する正極接合痕５６，５６’，５６’’によれば、製造時における超音波接合の際にセパレータの破損が起こり難く、かつ粗大な異物の発生が抑制された、二次電池を構成できる。
以下、この理由について説明する。図７は、セパレータの破損について説明するための電極体２０の部分図である。
電極体２０は、厚さが１０ｍｍ以上の積層体である。電極体２０の幅方向（図面の左右方向）における、集箔部２２の電極体の内部側の端部と負極活物質層６０の端部との距離（図７における距離Ｌ）を小さくすると、図７に示すように、電極体の外層、特に最外層の電極（図７では正極５０）においては、集電箔露出部５２ａが大きく折れ曲がる。その結果、最外層の正極５０に隣接するセパレータ７０が折れ曲がって、負極６０と正電箔露出部５２ａとの間に挟まる。このためセパレータ７０が挟まった部分において、応力が生じる。この状態で、超音波接合によって電極体２０の集箔部２２と正極集電板４２ａとの接合を行った場合には、接合の際の振動と、セパレータ７０が薄くなったこととに起因して、セパレータ７０の破損が生じやすい。
しかしながら、本実施形態では、正極側接合痕５６の電極体２０の内部側の角部が、面取りされた形状を有している。このような接合痕が形成されるように超音波溶接を行なえば（すなわち、これに対応した形状のホーンを用いて超音波溶接を行なえば）、このセパレータ７０の応力が生じた部分に伝わる振動を低減することができる。その結果、セパレータ７０の破損を抑制することができる。

なお、電極体２０の厚さをＤとした場合、厚さＤと、集箔部２２の電極体の内部側の端部と負極活物質層６０の端部とのの距離Ｌは、０．５Ｄ≦Ｌ≦２Ｄを満たすことが好ましく、０．７Ｄ≦Ｌ≦１．５Ｄを満たすことがより好ましい。

一方、超音波接合においては、正極集電板４２ａが超音波接合装置のアンビル上に配置され、ホーンからアンビルの方向に荷重が印加されるために、アンビルが正極集電板４２ａの表面に食い込む。この部分がホーンからの振動を受けると、正極集電板４２ａが切削されて粗大な（例えば、粒径が１００μｍ以上の）異物が発生し得る。この異物の発生は、正極集電板４２ａの、電極体２０の外部側の部分で起こりやすい。
しかしながら、本実施形態では正極側接合痕５６の、電極体２０の外部側の角部が、面取りされていない形状である。このような接合痕が形成されるように超音波溶接を行なえば（すなわち、これに対応した形状のホーンを用いて超音波溶接を行なえば）、正極集電板４２ａとアンビルの接触部分であって電極体２０の外部側の部分に、ホーンから印加される荷重が十分に伝わり、当該部分での過度の振動を抑制することができる。よって、粗大な（例えば、粒径が１００μｍ以上の）異物の発生を抑制することができる。

他方で、負極側接合痕６６は、抵抗溶接によって形成されたものであり、従来と同様の形状を有する。
一般に、超音波接合されるのは、正極側集箔部２２と正極集電板４２ａとであるため、図示例では、正極接合痕５６のみが、電極体２０の内部側および電極体２０の外部側にそれぞれ２つの角部角部５６ａ，５６ｂ，５６ｃ，５６ｄを有し、電極体２０の内部側の２つの角部５６ａ，５６ｂのみが、面取りされた形状を有している。
しかしながら、負極側においても超音波接合を採用し、正極接合痕５６のみならず負極側接合痕６６も、電極体２０の内部側および電極体２０の外部側にそれぞれ２つの角部を有し、電極体２０の内部側の２つの角部のみが、面取りされた形状を有していてもよい。あるいは、負極側接合痕６６のみが、電極体２０の内部側および電極体２０の外部側にそれぞれ２つの角部を有し、電極体２０の内部側の２つの角部のみが、面取りされた形状を有していてもよい。

非水電解質８０は、典型的には非水溶媒および支持塩を含有する。
非水溶媒としては、一般的なリチウムイオン二次電池の電解液に用いられる各種のカーボネート類、エーテル類、エステル類、ニトリル類、スルホン類、ラクトン類等の有機溶媒を、特に限定なく用いることができる。なかでも、カーボネート類が好ましく、その具体例としては、エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、モノフルオロエチレンカーボネート（ＭＦＥＣ）、ジフルオロエチレンカーボネート（ＤＦＥＣ）、モノフルオロメチルジフルオロメチルカーボネート（Ｆ−ＤＭＣ）、トリフルオロジメチルカーボネート（ＴＦＤＭＣ）等が挙げられる。このような非水溶媒は、１種を単独で、あるいは２種以上を適宜組み合わせて用いることができる。
支持塩としては、例えば、ＬｉＰＦ_６、ＬｉＢＦ_４、ＬｉＣｌＯ_４等のリチウム塩（好ましくはＬｉＰＦ_６）を好適に用いることができる。支持塩の濃度は、０．７ｍｏｌ／Ｌ以上１．３ｍｏｌ／Ｌ以下が好ましい。

なお、上記非水電解質８０は、本発明の効果を著しく損なわない限りにおいて、例えば、ビフェニル（ＢＰ）、シクロヘキシルベンゼン（ＣＨＢ）等のガス発生剤；ホウ素原子および／またはリン原子を含むオキサラト錯体化合物、ビニレンカーボネート（ＶＣ）等の被膜形成剤；分散剤；増粘剤等の各種添加剤を含み得る。

リチウムイオン二次電池１００の製造方法の好適な例について、以下説明する。以下の方法は、正極側において超音波接合を行う例である。
当該製造方法においては、正極５０と、負極６０と、セパレータ７０と、を含む電極体２０を準備する工程をまず行う。この電極体２０は、上記説明した電極体２０である。よって、正極５０は、正極集電箔５２と、正極集電箔５２上に設けられた正極活物質層５４を有する。正極５０は、正極集電箔５２が露出した露出部５２ａを有する。電極体２０は、露出部５２ａが纏められた集箔部２２を有する。当該工程は、公知方法と同様にして、行うことができる。

次に、電極体２０の集箔部２２と、集電端子としての正極集電板４２ａとを、超音波接合装置のホーンとアンビルで挟み込む工程を行う。ここで、集箔部２２は、ホーンと接触し、正極集電板４２ａはアンビルと接触する。
ここで、使用されるホーンの先端は複数の凸部を有する。このホーンの先端形状は、当該凸部の突出方向（すなわち、ホーンの先端方向）に垂直な断面において、４つの角部を有している。そのうちの２つの角部のみが面取りされており、当該面取りされた２つの角部は隣り合っている。また、当該工程において、電極体の内部側に、当該面取りされた２つの角部を配置する。これらの以外の点については、公知方法と同様にして実施することができる。

次に、ホーンをアンビルの方向に押し付けつつ、ホーンを振動させて、集箔部２２と正極集電板４２ａとを超音波接合する工程を行う。当該工程は、公知方法と同様にして、行うことができる。

次に、正極集電板４２ａが取り付けられた電極体２０を用いて、リチウムイオン二次電池１００を構築する工程を行う。当該工程は、公知方法と同様にして、行うことができる。
なお、以上においては、正極側のみ超音波接合を行っているが、負極側において超音波接合を行う場合も、上記の先端形状を有するホーンを用いて、同様にして実施することができる。

以上のようにして構成されるリチウムイオン二次電池１００は、電気自動車（ＥＶ）、ハイブリッド自動車（ＨＶ）、プラグインハイブリッド自動車（ＰＨＶ）等の車両に搭載される駆動用電源として好適に用いることができる。また、家庭用または産業用の電力貯蔵システムの蓄電池として用いることもできる。リチウムイオン二次電池１００は、典型的には複数個を直列および／または並列に接続してなる組電池の形態でも使用され得る。

なお、一例として扁平形状の捲回電極体２０を備える角形のリチウムイオン二次電池１００について説明した。しかしながら、リチウムイオン二次電池は、複数の正極シートおよび複数の負極シートが交互にセパレータを介して積層された積層型電極体を備えるリチウムイオン二次電池として構成することもできる。また、ここに開示される技術は、リチウムイオン二次電池以外の二次電池にも適用可能である。

以下、本発明に関する試験例を説明するが、本発明をかかる試験例に示すものに限定することを意図したものではない。

〔試験例Ａ１，Ａ２およびＢ１，Ｂ２〕
（超音波接合）
アルミニウム箔上に正極活物質層が形成された正極と、銅箔上に負極活物質層が形成された負極と、セパレータとして厚さ２０μｍのＰＰ／ＰＥ／ＰＰの三層構造の多孔質シートを準備した。なお、正極および負極には、活物質層が設けられずに箔が露出している集電箔露出部を設けた。
正極と負極とセパレータとを積層し、捲回して捲回電極体を準備した。この捲回電極体の厚さは１１．５ｍｍであった。電極体の端部において、正極集電箔露出部を束ねることにより、集電部を形成した。
この集電部に対して、図４、５、８および９に示す形状の接合痕が形成されるように、超音波接合を行った。
具体的には、図４、５、８および９に示す形状に対応する凸形状を先端に備えるホーンを準備し、アンビルを有する超音波接合装置に取り付けた。
電極体の集電部の下側に、アルミニウム製の集電板を配置し、上記準備したホーンが集電部に接触し、かつアンビルが集電板に接触するようにして、これらをホーンとアンビルとで挟み込んだ。このとき、図４、５、８および９の右側が電極体の内部側、図面の左側が電極体の端部側となるように、ホーンを集電部に接触させた。
この状態で超音波金属接合を行い、正極の集電部と集電板とを接合した。この接合によって、集電部には図４、５、８および９に示す形状の接合痕が形成された。

（評価）
上記実施例および比較例の超音波接合後の電極体について、接合を行った側のセパレータの端部を、拡大鏡を用いて観察し、セパレータの破れの有無を調べた。結果を表１に示す。
また、電極体に接合された電極板のアンビルが接触していた面に、粘着テープを貼付し、押圧した後、剥離させた。粘着テープの粘着面を顕微鏡を用いて観察し、１００μｍ以上の異物の発生の有無を調べた、結果を表１に示す。

表１に示すように、接合痕が、電極体の内部側および前記電極体の外部側にそれぞれ角部を有し、かつ電極体の内部側の角部のみが、面取りされた形状である場合（すなわち試験例Ａ１およびＡ２）に、セパレータの破損と１００μｍ以上の異物の発生とを共に抑制できることがわかる。
以上の結果から、ここに開示される二次電池によれば、製造時における超音波接合の際にセパレータの破損が起こり難く、かつ粗大な異物の発生が抑制されていることがわかる。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、請求の範囲を限定するものではない。請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。

２０ 捲回電極体
２２ （正極側）集箔部
２４ （負極側）集箔部
３０ 電池ケース
３６ 安全弁
４２ 正極端子
４２ａ 正極集電板
４４ 負極端子
４４ａ 負極集電板
５０ 正極シート（正極）
５２ 正極集電箔
５２ａ 正極活物質層非形成部分
５４ 正極活物質層
５６ 正極側接合痕
６０ 負極シート（負極）
６２ 負極集電箔
６２ａ 負極活物質層非形成部分
６４ 負極活物質層
６６ 負極側接合痕
７０ セパレータシート（セパレータ）
８０ 非水電解質
１００ リチウムイオン二次電池

Claims (5)

1. 正極と、負極と、セパレータと、を含む電極体と、
   前記電極体を収容する電池ケースと、
   前記電池ケースに取り付けられた、正極端子および負極端子と、
   を備える二次電池であって、
   前記正極および前記負極の少なくとも一方の電極は、電極集電箔と、前記電極集電箔上に設けられた電極活物質層とを有し、
   前記少なくとも一方の電極は、前記電極集電箔が露出した露出部を有し、
   前記電極体は、前記露出部が纏められた集箔部を有し、
   前記少なくとも一方の電極に対応する電極端子は、前記集箔部と、集電端子を介して電気的に接続されており、
   前記集電端子は、前記集箔部と接合されており、
   前記集箔部は、前記集電端子と接合されている面と対向する面に、複数の凹部から構成される接合痕を有し、
   前記接合痕は、前記電極体の内部側および前記電極体の外部側にそれぞれ２つの角部を有し、
   前記電極体の内部側の２つの角部のみが、面取りされた形状を有する、
   二次電池。
2. 前記電極体の厚さが、１０ｍｍ以上である、請求項１に記載の二次電池。
3. 車両駆動用電源に用いられる二次電池である、請求項１または２に記載の二次電池。
4. 前記セパレータの厚さが、５μｍ以上２５μｍ以下である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の二次電池。
5. 正極と、負極と、セパレータと、を含む電極体を準備する工程、ここで、前記正極および前記負極の少なくとも一方の電極は、電極集電箔と、前記電極集電箔上に設けられた電極活物質層を有し、前記少なくとも一方の電極は、前記電極集電箔が露出した露出部を有し、前記電極体は、前記露出部が纏められた集箔部を有する；
   前記電極体の集箔部と、集電端子とを、超音波接合装置のホーンとアンビルで挟み込む工程、ここで、前記集箔部は、前記ホーンと接触し、前記集電端子は前記アンビルと接触する；
   前記ホーンを前記アンビルの方向に押し付けつつ、前記ホーンを振動させて、前記集箔部と前記集電端子とを超音波接合する工程；および
   前記集電端子が取り付けられた電極体を用いて、リチウムイオン二次電池を構築する工程、
   を包含し、
   前記ホーンの先端は複数の凸部を有し、前記ホーンの先端形状は、前記凸部の突出方向に垂直な断面において、４つの角部を有し、かつそのうちの２つの角部のみが面取りされており、前記面取りされた２つの角部は隣り合っており、
   前記挟み込む工程において、前記電極体の内部側に、前記面取りされた２つの角部を配置する、二次電池の製造方法。

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