JP2023124490A - 電池セルおよびその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】電極タブと集電体との良好なレーザ溶接部が形成された電池セルおよびその製造方法を提供する。【解決手段】電池セルは、開口を有する本体および本体を封止する封口板を含むケースと、ケースに収容され、電極タブを有する電極体と、電極タブに接合される集電体とを備える。電極タブは金属箔の積層構造を有し、金属箔の積層方向に沿った複数のバーリング加工部が電極タブに形成される。少なくとも複数のバーリング加工部の間に位置する領域、または少なくとも複数のバーリング加工部に隣接する領域に電極タブと集電体とを接合するレーザ溶接部が形成される。【選択図】図４

Description

本技術は、電池セルおよびその製造方法に関する。
特開２０１９－２０７７６７号公報（特許文献１）には、電極体のタブ群と導電部材との溶接部において、タブの積層方向に貫通する孔を複数有する保護部材が用いられ、レーザ照射装置を複数の孔を跨ぐように移動させることが開示されている。
特許第６７８４２３２号公報（特許文献２）には、二次電池の電極タブを構成する積層金属箔を一対の金属板に溶接する構造において、一対の金属板に挟持された積層金属箔を、溶接予定箇所において局所的に積層方向に押圧してかしめることが開示されている。
特開２０１３－１６６１８２号公報（特許文献３）には、積層した金属箔の溶接部位に、縦断面形状が略Ｖ字状のカッターによって、積層方向に沿って貫通する切り目を入れ、金属箔どうしを切り目端部で積層方向に密着させることが開示されている。
特開２０１９－２０７７６７号公報 特許第６７８４２３２号公報 特開２０１３－１６６１８２号公報
電極タブと集電体との間に良好なレーザ溶接部を形成するという観点から、従来の接合構造にはなお改善の余地がある。本願発明者らは、従来の構造とは異なる観点から良好なレーザ溶接部を形成し得る構造について検討した。
本技術の目的は、電極タブと集電体との良好なレーザ溶接部が形成された電池セルおよびその製造方法を提供することにある。
本技術に係る電池セルは、開口を有する本体および本体を封止する封口板を含むケースと、ケースに収容され、電極タブを有する電極体と、電極タブに接合される集電体とを備える。電極タブは金属箔の積層構造を有し、金属箔の積層方向に沿った複数のバーリング加工部が電極タブに形成される。少なくとも複数のバーリング加工部の間に位置する領域、または少なくとも複数のバーリング加工部に隣接する領域に電極タブと集電体とを接合するレーザ溶接部が形成される。
本技術に係る電池セルの製造方法は、金属箔の積層構造を有する電極タブを含む電極体を作製する工程と、電極タブ上に集電体を配置する工程と、互いに離間した第１の位置および第２の位置において電極タブに金属箔の積層方向に沿ってバーリング加工を施す工程と、少なくとも第１の位置および第２の位置の間に位置する領域、または少なくとも第１の位置および第２の位置に隣接する領域において電極タブと集電体とをレーザ溶接により接合する工程と、電極タブと集電体とを接合した後に、電極体および集電体をケース本体に収容する工程と、電極体および集電体を収容したケース本体を封口板により封止する工程とを備える。
本技術によれば、電池セルの電極タブと集電体との接合部において、バーリング加工により、電極タブを構成する金属箔の積層構造に隙間がない、または隙間が極小化された状態でレーザ溶接を行うことができるので、電極タブと集電体との良好なレーザ溶接部を形成することが可能となる。
電池セルを示す斜視図である。 電池セルをＹ軸方向から見た断面図である。 電極体の構成の一例を示す概略図である。 電極タブと集電体との接合部を示す図（その１）である。 電極タブと集電体との接合部を示す図（その２）である。 電極タブと集電体との接合部を示す図（その３）である。 電極タブと集電体との接合部を示す図（その４）である。 電極タブと集電体との接合部を示す図（その５）である。 電極タブと集電体との接合部を示す図（その６）である。 電極タブと集電体との接合部を示す図（その７）である。 電極タブと集電体との接合部を示す図（その８）である。 １つの実施例に係る電極タブのバーリング加工部周辺を示す断面図である。 電極タブのバーリング加工部周辺の構造を模式的に示した拡大断面図である。 比較例に係る電極タブのバーリング加工部周辺を示す断面図である。 レーザ溶接部の周辺の寸法関係を説明するための図（その１）である。 レーザ溶接部の周辺の寸法関係を説明するための図（その２）である。 レーザ溶接部の周辺の寸法関係を説明するための図（その３）である。 レーザ溶接部の周辺の寸法関係を説明するための図（その４）である。 電池セルの製造方法の各工程を示すフロー図である。
以下に、本技術の実施の形態について説明する。なお、同一または相当する部分に同一の参照符号を付し、その説明を繰返さない場合がある。
なお、以下に説明する実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本技術の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。また、以下の実施の形態において、各々の構成要素は、特に記載がある場合を除き、本技術にとって必ずしも必須のものではない。また、本技術は、本実施の形態において言及する作用効果を必ずしもすべて奏するものに限定されない。
なお、本明細書において、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」および「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」、「有する（ｈａｖｅ）」の記載は、オープンエンド形式である。すなわち、ある構成を含む場合に、当該構成以外の他の構成を含んでもよいし、含まなくてもよい。
また、本明細書において幾何学的な文言および位置・方向関係を表す文言、たとえば「平行」、「直交」、「斜め４５°」、「同軸」、「沿って」などの文言が用いられる場合、それらの文言は、製造誤差ないし若干の変動を許容する。本明細書において「上側」、「下側」などの相対的な位置関係を表す文言が用いられる場合、それらの文言は、１つの状態における相対的な位置関係を示すものとして用いられるものであり、各機構の設置方向（たとえば機構全体を上下反転させる等）により、相対的な位置関係は反転ないし任意の角度に回動し得る。
本明細書において、「電池」は、リチウムイオン電池に限定されず、ニッケル水素電池およびナトリウムイオン電池などの他の電池を含み得る。本明細書において、「電極」は正極および負極を総称し得る。
本明細書において、「電池セル」は必ずしも角形のものに限定されず、円筒型など、他の形状のセルも含み得る。
また、「電池セル」は、ハイブリッド車（ＨＥＶ：Hybrid Electric Vehicle）、プラグインハイブリッド車（ＰＨＥＶ：Plug-in Hybrid Electric Vehicle）、および電気自動車（ＢＥＶ：Battery Electric Vehicle）などに搭載可能である。ただし、「電池セル」の用途は、車載用に限定されるものではない。
図１は、電池セル１００を示す斜視図である。図１に示すように、電池セル１００は、角形形状を有する。電池セル１００は、電極端子１１０と、筐体１２０（外装缶）とを有する。すなわち、電池セル１００は角形二次電池セルである。
電極端子１１０は、筐体１２０上に形成されている。電極端子１１０は、Ｙ軸方向（第１の方向）に直交するＸ軸方向（第２の方向）に沿って並ぶ正極端子１１１および負極端子１１２を有する。正極端子１１１および負極端子１１２は、Ｘ軸方向において、互いに離れて設けられている。
筐体１２０は、直方体形状を有し、電池セル１００の外観をなす。筐体１２０は、ケース本体１２０Ａと、ケース本体１２０Ａの開口を封止する封口板１２０Ｂとを含む。封口板１２０Ｂは、溶接によりケース本体１２０Ａに接合される。
筐体１２０は、上面１２１と、下面１２２と、第１側面１２３と、第２側面１２４と、２つの第３側面１２５とを有する。筐体１２０には、ガス排出弁１２６が設けられている。
上面１２１は、Ｙ軸方向およびＸ軸方向に直交するＺ軸方向（第３の方向）に直交する平面である。上面１２１には、電極端子１１０が配置されている。下面１２２は、Ｚ軸方向に沿って上面１２１に対向している。
第１側面１２３および第２側面１２４の各側面は、Ｙ軸方向に直交する平面からなる。第１側面１２３および第２側面１２４の各側面は、筐体１２０が有する複数の側面のうちで最も大きい面積を有する。第１側面１２３および第２側面１２４の各側面は、Ｙ軸方向に見て、矩形形状を有する。第１側面１２３および第２側面１２４の各側面は、Ｙ軸方向に見て、Ｘ軸方向が長手方向となり、Ｚ軸方向が短手方向となる矩形形状を有する。
複数の電池セル１００を直列接続する場合、複数の電池セル１００は、Ｙ軸方向に隣り合う電池セル１００，１００の間において、第１側面１２３どうし、第２側面１２４どうしが向かい合わせとなるように積層されている。これにより、複数の電池セル１００が積層されるＹ軸方向において、正極端子１１１と負極端子１１２とが、交互に並ぶ。
ガス排出弁１２６は、上面１２１に設けられている。ガス排出弁１２６は、電池セル１００の温度が異常に上昇し（熱暴走）、筐体１２０の内部で発生したガスにより筐体１２０の内圧が所定値以上となった場合に、そのガスを筐体１２０の外部に排出する。
図２は、電極体の構成の一例を示す概略図である。図２に示すように、電池セル１００において、筐体１２０の内部には、電極体１３０と、集電部材１４０と、電解液（不図示）とが収納される。集電部材１４０は、正極集電部材１４１と、負極集電部材１４２とを含む。
電極端子１１０は、樹脂製の絶縁部材１５０を介して封口板１２０Ｂに固定されている。絶縁部材１５０は、正極側の絶縁部材１５１と、負極側の絶縁部材１５２とを含む。
集電部材１４０を介して電極端子１１０と電極体１３０とが電気的に接続される。具体的には、電極体１３０は、正極集電部材１４１によって正極端子１１１に接続される。電極体１３０は、負極集電部材１４２によって負極端子１１２に接続される。
電極体１３０のＸ軸方向の両端に正極タブ１３０Ａおよび負極タブ１３０Ｂが形成されている。正極タブ１３０Ａは、接合部１Ａにおいて正極集電部材１４１と接合される。負極タブ１３０Ｂは、接合部１Ｂにおいて負極集電部材１４２と接合される。
図２の例において、正極タブ１３０Ａおよび負極タブ１３０Ｂは電極体１３０に対してＸ軸方向の両側に分かれて形成されているが、正極タブ１３０Ａおよび負極タブ１３０Ｂの配置はこれに限定されない。たとえば、正極タブ１３０Ａおよび負極タブ１３０Ｂは、Ｚ軸方向において電極体１３０の封口板１２０Ｂ側（図２中の上側）に配置されてもよい。
図３は、電極体１３０の構成の一例を示す概略図である。図３に示す例において、電極体１３０は巻回型である。電極体１３０は巻回型に限定されるものではなく、積層型（スタック型）であってもよい。
図３の例において、電極体１３０は、正極１３１Ａ、負極１３１Ｂ、およびセパレータ１３１Ｃを含む。正極１３１Ａ、負極１３１Ｂ、およびセパレータ１３１Ｃは、いずれも帯状のシートである。電極体１３０は複数枚のセパレータ１３１Ｃを含んでいてもよい。正極１３１Ａと負極１３１Ｂとの間にセパレータ１３１Ｃが挟まれる。正極１３１Ａ、負極１３１Ｂ、およびセパレータ１３１Ｃの積層体が渦巻状に巻回されることにより電極体１３０が形成される。電極体１３０は、巻回後に扁平状に成形されていてもよい。
正極１３１Ａは、正極基材１３１１Ａと正極活物質層１３１２Ａとを含む。正極基材１３１１Ａは導電性シートである。正極基材１３１１Ａは、たとえばアルミニウム合金箔などであってもよい。正極基材１３１１Ａは、たとえば１０μｍから３０μｍ程度の厚さを有していてもよい。正極活物質層１３１２Ａは、正極基材１３１１Ａの表面に配置されている。正極活物質層１３１２Ａは、たとえば正極基材１３１１Ａの片面のみに配置されていてもよい。正極活物質層１３１２Ａは、たとえば正極基材１３１１Ａの表裏両面に配置されていてもよい。正極１３１Ａの幅方向（Ｘ軸方向）において、一方の端部に正極基材１３１１Ａが露出していてもよい。正極基材１３１１Ａが露出した部分には、正極集電部材１４１が接合される。
たとえば、正極活物質層１３１２Ａと正極基材１３１１Ａとの間に中間層（不図示）が形成されていてもよい。本明細書においては、中間層がある場合も、正極活物質層１３１２Ａが正極基材１３１１Ａの表面に配置されているとみなされる。中間層は、正極活物質層１３１２Ａと比べて薄くてもよい。中間層は、たとえば０．１μｍから１０μｍ程度の厚さを有していてもよい。中間層は、たとえば導電材、絶縁材などを含んでいてもよい。
正極活物質層１３１２Ａは、たとえば１０μｍから２００μｍ程度の厚さを有していてもよい。正極活物質層１３１２Ａは、たとえば１３０μｍから１１３０μｍ程度の厚さを有していてもよい。正極活物質層１３１２Ａは、たとえば１３０μｍから１００μｍ程度の厚さを有していてもよい。
正極活物質層１３１２Ａは正極活物質を含む。正極活物質は粒子群である。正極活物質層１３１２Ａは、正極活物質を含む限り、追加の成分をさらに含んでいてもよい。正極活物質層１３１２Ａは正極活物質に加えて、たとえば導電材およびバインダなどを含んでいてもよい。導電材は、任意の成分を含み得る。導電材は、たとえば、カーボンブラック、黒鉛、気相成長炭素繊維（ＶＧＣＦ）、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）およびグラフェンフレークからなる群より選択される少なくとも１種を含んでいてもよい。導電材の配合量は、１００質量部の正極活物質に対して、たとえば０．１質量部から１０質量部程度であってもよい。バインダは、任意の成分を含み得る。バインダは、たとえば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、ポリ(ビニリデンフルオリド－ｃｏ－ヘキサフルオロプロピレン（ＰＶｄＦ－ＨＦＰ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）およびポリアクリル酸（ＰＡＡ）からなる群より選択される少なくとも１種を含んでいてもよい。バインダの配合量は、１００質量部の正極活物質に対して、たとえば０．１質量部から１０質量部程度であってもよい。
正極活物質層１３１２Ａは高密度を有し得る。正極活物質層１３１２Ａは、たとえば３．６ｇ／ｃｍ3から３．９ｇ／ｃｍ3程度の密度を有していてもよい。正極活物質層１３１２Ａは、たとえば３．６５ｇ／ｃｍ3から３．８１ｇ／ｃｍ3程度の密度を有していてもよい。正極活物質層１３１２Ａは、たとえば３．７０ｇ／ｃｍ3から３．８１ｇ／ｃｍ3程度の密度を有していてもよい。本明細書において、活物質層の密度は、見かけ密度を示す。
負極１３１Ｂは、たとえば負極基材１３１１Ｂと負極活物質層１３１２Ｂとを含んでいてもよい。負極基材１３１１Ｂは導電性シートである。負極基材１３１１Ｂは、たとえば銅合金箔などであってもよい。負極基材１３１１Ｂは、たとえば５μｍから３０μｍ程度の厚さを有していてもよい。負極活物質層１３１２Ｂは、負極基材１３１１Ｂの表面に配置されていてもよい。負極活物質層１３１２Ｂは、たとえば負極基材１３１１Ｂの片面のみに配置されていてもよい。負極活物質層１３１２Ｂは、たとえば負極基材１３１１Ｂの表裏両面に配置されていてもよい。負極１３１Ｂの幅方向（Ｘ軸方向）において、一方の端部に負極基材１３１１Ｂが露出していてもよい。負極基材１３１１Ｂが露出した部分には、負極集電部材１４２が接合される。
負極活物質層１３１２Ｂは、たとえば１０μｍから２００μｍ程度の厚さを有していてもよい。負極活物質層１３１２Ｂは負極活物質を含む。負極活物質は任意の成分を含み得る。負極活物質は、たとえば黒鉛、ソフトカーボン、ハードカーボン、珪素、酸化珪素、珪素基合金、錫、酸化錫、錫基合金、およびリチウムチタン複合酸化物からなる群より選択される少なくとも１種を含んでいてもよい。
負極活物質層１３１２Ｂは負極活物質に加えて、たとえばバインダなどをさらに含んでいてもよい。負極活物質層１３１２Ｂは、たとえば質量分率で、９５％から９９．５％程度の負極活物質と、残部のバインダとを含んでいてもよい。バインダは任意の成分を含み得る。バインダは、たとえば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）からなる群より選択される少なくとも１種を含んでいてもよい。
セパレータ１３１Ｃの少なくとも一部は、正極１３１Ａと負極１３１Ｂとの間に介在している。セパレータ１３１Ｃは、正極１３１Ａと負極１３１Ｂとを分離している。セパレータ１３１Ｃは、たとえば１０μｍから３０μｍ程度の厚さを有していてもよい。
セパレータ１３１Ｃは多孔質シートである。電解液はセパレータ１３１Ｃを透過する。セパレータ１３１Ｃは、たとえば２００ｓ／１００ｍＬから４００ｓ／１００ｍＬ程度の透気度を有していてもよい。本明細書における「透気度」は、「ＪＩＳ Ｐ ８１１７：２００９」に規定される「透気抵抗度（Ａｉｒ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）」を示す。透気度はガーレー試験法により測定される。
セパレータ１３１Ｃは電気絶縁性である。セパレータ１３１Ｃは、たとえばポリオレフィン系樹脂などを含んでいてもよい。セパレータ１３１Ｃは、たとえば、実質的にポリオレフィン系樹脂からなっていてもよい。ポリオレフィン系樹脂は、たとえばポリエチレン（ＰＥ）およびポリプロピレン（ＰＰ）からなる群より選択される少なくとも１種を含んでいてもよい。セパレータ１３１Ｃは、たとえば単層構造を有していてもよい。セパレータ１３１Ｃは、たとえば、実質的にＰＥ層からなっていてもよい。セパレータ１３１Ｃは、たとえば多層構造を有していてもよい。セパレータ１３１Ｃは、たとえばＰＰ層とＰＥ層とＰＰ層とがこの順に積層されることにより形成されていてもよい。セパレータ１３１Ｃの表面に、たとえば耐熱層などが形成されていてもよい。
電解液は溶媒と支持電解質とを含む。溶媒は非プロトン性である。溶媒は任意の成分を含み得る。溶媒は、たとえば、エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、ブチレンカーボネート（ＢＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、１，２－ジメトキシエタン（ＤＭＥ）、メチルホルメート（ＭＦ）、メチルアセテート（ＭＡ）、メチルプロピオネート（ＭＰ）、およびγ－ブチロラクトン（ＧＢＬ）からなる群より選択される少なくとも１種を含んでいてもよい。
支持電解質は溶媒に溶解している。支持電解質は、たとえば、ＬｉＰＦ6、ＬｉＢＦ4、およびＬｉＮ（ＦＳＯ2）2からなる群より選択される少なくとも１種を含んでいてもよい。支持電解質は、たとえば０．５ｍоｌ／Ｌから２．０ｍоｌ／Ｌ程度のモル濃度を有していてもよい。支持電解質は、たとえば０．８ｍоｌ／Ｌから１．２ｍоｌ／Ｌ程度のモル濃度を有していてもよい。
電解液は、溶媒および支持電解質に加えて、任意の添加剤をさらに含んでいてもよい。たとえば電解液は、質量分率で、０．０１％から５％程度の添加剤を含んでいてもよい。添加剤は、たとえば、ビニレンカーボネート（ＶＣ）、ジフルオロリン酸リチウム（ＬｉＰＯ2Ｆ2）、フルオロスルホン酸リチウム（ＦＳＯ3Ｌｉ）、およびリチウムビスオキサラトボラート（ＬｉＢＯＢ）からなる群より選択される少なくとも１種を含んでいてもよい。
図３の例では、電極体１３０のＸ軸方向の両端に位置する正極基材１３１１Ａおよび負極基材１３１１Ｂが集箔されて各々正極タブ１３０Ａおよび負極タブ１３０Ｂとなる。正極タブ１３０Ａおよび負極タブ１３０Ｂは、金属箔の積層構造を有する。
次に、図４を用いて、正極タブ１３０Ａ（電極タブ）と正極集電部材１４１（集電体）との接合部１Ａの構造について説明する。なお、図４および図５～図１１においては、正極側の接合部１Ａについて説明するが、負極側の接合部１Ｂにおいても同様の構造を適用可能である。
図４は、正極タブ１３０Ａ（電極タブ）と正極集電部材１４１（集電体）との接合部１Ａを示す図である。なお、図４および後述の図５～図１８においては、正極タブ１３０Ａと正極集電部材１４１との接合部１Ａについて説明するが、負極タブ１３０Ｂと負極集電部材１４２との接合部１Ｂについても、接合部１Ａと同様の構造を適用し得る。
図４に示すように、接合部１Ａには、複数のバーリング加工部１０と、複数のバーリング加工部１０の間に挟まれた領域に形成されたレーザ溶接部２０とを含む。
バーリング加工部１０は、正極タブ１３０Ａと正極集電部材１４１とを重ねた状態で正極タブ１３０Ａに形成される。バーリング加工部１０は、正極タブ１３０Ａを構成する金属箔の積層方向に沿って形成される。図４の例では、バーリング加工部１０は、金属箔の積層方向から見て略円形状に形成される。
レーザ溶接部２０は、正極タブ１３０Ａと正極集電部材１４１とを接合する。レーザ溶接部２０は、図４中横方向に沿って形成される。図４におけるレーザ溶接部２０の延在方向（図中横方向）は、Ｘ軸方向に平行であってもよいし、Ｚ軸方向に平行であってもよいし、Ｘ軸およびＺ軸に対して斜めに交差する方向であってもよい。
図５～図１１は、変形例に係る接合部１Ａを示す図である。図５～図１１を参照して、バーリング加工部１０およびレーザ溶接部２０の変形例について説明する。
図５～図７の例では、２つのバーリング加工部１０が図中横方向に並ぶように形成されている。レーザ溶接部２０は、２つのバーリング加工部１０の間において、２つのバーリング加工部１０が並ぶ方向に延びるように形成されている。このように、複数のバーリング加工部１０の数は、適宜変更され得る。
図５の例では、図４の例と同様に、バーリング加工部１０は、金属箔の積層方向から見て略円形状に形成される。図６の例では、バーリング加工部１０は、金属箔の積層方向から見て略三角形状に形成される。図７の例では、バーリング加工部１０は、金属箔の積層方向から見て略四角形状に形成される。バーリング加工部１０は、金属箔の積層方向から見て、その他の多角形形状を有してもよいし、たとえば楕円形状を有してもよい。このように、バーリング加工部１０の平面形状は適宜変更が可能である。
図４～図７の例では、レーザ溶接部２０は、金属箔の積層方向からみて、バーリング加工部１０と離間するように形成されている。これに対し、図８の例では、レーザ溶接部２０の一部は、金属箔の積層方向からみて、バーリング加工部１０と重なるように形成されている。
図９，図１０に示すように、バーリング加工部１０は、千鳥配置されてもよい。さらに、バーリング加工部１０は、必ずしも規則的に配置されなくてもよい。このように、バーリング加工部１０の配置は適宜変更され得る。
図９の例では、レーザ溶接部２０は、図中横方向に延びるように形成される。図１０の例では、レーザ溶接部２０は、千鳥配置されたバーリング加工部１０の間においてジグザグ状に延びるように形成される。このように、レーザ溶接部２０の延在方向および形状も適宜変更され得る。
図１１の例では、２行（図中縦方向）×３列（図中横方向）に並ぶように形成された６箇所のバーリング加工部１０の間において、レーザ溶接部２０が２つに分かれて形成されている。このように、レーザ溶接部２０は、１つの接合部１Ａにおいて単一とは限らず、複数に分かれて形成されてもよい。
図５～図１１の変形例においても、図４の例と同様に、図中横方向ないし縦方向は、Ｘ軸方向に平行であってもよいし、Ｚ軸方向に平行であってもよいし、Ｘ軸およびＺ軸に対して斜めに交差する方向であってもよい。
図１２は、１つの実施例に係る正極タブ１３０Ａのバーリング加工部１０の周辺を示す断面図である。図１２は、図４中のＡ－Ａ断面に相当する。
図１２に示すように、バーリング加工部１０は、開口部から先端に向かうにつれて加工幅が狭くなるテーパ形状を有する。すなわち、バーリング加工は、先端に向かうにつれて加工幅が狭くなるように施される。ただし、バーリング加工部１０の形状はテーパ形状に限定されない。
図１２の例では、バーリング加工は、正極タブ１３０Ａに有底の穴を形成するように施される。バーリング加工部１０は、正極タブ１３０Ａの総厚みＴの５０％以上程度の加工深さＨを有する。バーリング加工は、正極タブ１３０Ａを貫通するように形成されてもよい。
複数のバーリング加工部１０の間には、積層された金属箔に隙間がない、または隙間が極小化された密着領域３０が形成される。密着領域３０を含む領域にレーザ溶接を施すことにより、正極タブ１３０Ａと正極集電部材１４１とのレーザ溶接部２０が形成される。
図１３は、正極タブ１３０Ａのバーリング加工部１０の周辺の構造を模式的に示した拡大断面図である。バーリング加工部１０の開口の幅Ａは、一例としてたとえば０．７ｍｍ程度である。複数のバーリング加工部１０の間に位置する密着領域３０の幅Ｂは、一例としてたとえば１．５ｍｍ程度である。
図１４は、比較例に係る正極タブ１３０Ａのバーリング加工部１０の周辺を示す断面図である。図１４においては、複数のクリップ４０により正極タブ１３０Ａの金属箔が挟持される。複数のクリップ４０間の中間部分３０Ａに位置する金属箔には隙間３０Ｂが形成されている。隙間３０Ｂが形成された中間部分３０Ａにレーザ溶接を施したとき、レーザ溶接部２０に溶接不良が発生しやすくなる。
これに対し、本実施の形態に係る電池セル１００においては、正極集電部材１４１との接合部１Ａに位置する正極タブ１３０Ａにバーリング加工を施すことにより、正極タブ１３０Ａを構成する金属箔の積層構造に隙間がない、または隙間が極小化された状態でレーザ溶接を行うことができる。この結果、正極タブ１３０Ａと正極集電部材１４１との良好なレーザ溶接部２０を形成することが可能となる。この点、負極タブ１３０Ｂと負極集電部材１４２との接合部１Ｂにおいても同様である。
より具体的には、バーリング加工時に発生するカエリ（バリ）により、金属箔どうしが密着状態になりやすく、金属箔の積層構造を１つに束ねることができる。この点、金属箔の積層構造を圧縮して金属箔を潰す圧縮加工では、正極集電部材１４１および負極集電部材１４２（集電体）に近い金属箔を束ねることが難しく、金属箔どうしの間に隙間ができる可能性がある。金属箔どうしの隙間を確実に避けるためには、相当大きな圧縮荷重が必要とされる。これに対し、本実施の形態に係る電池セル１００においては、圧縮加工に代えてバーリング加工（穴あけ加工）を採用しているため、圧縮加工と比較して相対的に小さな荷重で金属箔どうしの密着構造を得ることができる。
さらに、バーリング加工により、金属箔の酸化皮膜を除去した上で１つに束ねることが可能である。金属箔を１つに束ねることにより、レーザ溶接時の熱歪（金属箔の伸び、たわみ）の影響を抑えることができる。仮溶接により金属箔を束ねる場合、金属箔に熱歪が生じるのに対し、バーリング加工において熱歪は生じない。
次に、図１５～図１８を用いて、レーザ溶接部２０の周辺の寸法関係を説明する。図１５の模式図および前述の図１３に示すように、バーリング加工部の幅（開口幅）をＡ、密着領域３０の幅をＢ、レーザ溶接時のビーム径をＣ、バーリング加工部１０の中心とレーザビームの中心との距離（縦方向）をＤ、バーリング加工部１０のピッチをＥｘ（横方向）およびＥｒ（斜め方向）としたとき、標準的には、以下の関係が成立することが好ましい（標準範囲）。
Ａ／２＋Ｃ／２≦Ｄ≦Ａ／２＋Ｂ－Ｃ／２
Ａ＋Ｃ≦Ｅｘ，Ｅｒ＜Ａ＋２×Ｂ
上記の関係を満たすことにより、図１６に示すように、複数のバーリング加工部１０の間に位置する領域を隙間なく密着領域３０とすることができ、かつ、バーリング加工部１０とレーザ溶接部２０とが重ならないようにすることができる。
一例として、図１６に示す例において、バーリング加工部の幅Ａ＝０．７ｍｍ、密着領域３０（金属箔の隙間がない範囲）の幅Ｂ＝１．５５ｍｍ、レーザビーム径Ｃ＝１．０ｍｍ、バーリング加工部１０の中心とレーザビームの中心との距離（縦方向）Ｄ＝１．４ｍｍ、バーリング加工部１０のピッチＥｘ＝３．３５ｍｍ，Ｅｒ＝３．２６ｍｍ、レーザビームの照射長Ｌ＝１１．７４ｍｍである。ただし、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅｘ，Ｅｒ，Ｌの値はこれに限定されるものではない。
レーザビーム径Ｃは適宜変更が可能である。たとえば、レーザビーム径Ｃは０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下程度の範囲で適宜変更可能であるが、レーザビーム径Ｃの範囲はこれに限定されるものではない。レーザビーム径Ｃを小さくして複数回走査させてもよい。たとえば、レーザビーム径Ｃ＝０．２ｍｍとして３回照射してもよい。レーザビームを複数回照射するときは、既溶接部分から中心をずらして照射する。このとき、既溶接部分を完全に避けて照射してもよいし、既溶接部分と一部重複してもよい。
バーリング加工部の幅（開口幅）Ａ、密着領域３０の幅Ｂ、レーザ溶接時のビーム径Ｃ、バーリング加工部１０の中心とレーザビームの中心との距離（縦方向）Ｄ、バーリング加工部１０のピッチＥｘ（横方向）およびＥｒ（斜め方向）は、以下の関係となる場合もあり得る（限界範囲）。
Ｃ／２≦Ｄ≦Ａ／２＋Ｂ
Ｅｘ，Ｅｒ＝Ａ＋２×Ｂ
上記の関係を満たすことにより、図１７に示すように、複数のバーリング加工部１０の間に位置する領域の大部分を密着領域３０とすることができ、かつ、バーリング加工部１０とレーザ溶接部２０とが重ならないようにすることができる。
一例として、図１７に示す例において、バーリング加工部の幅Ａ＝０．７ｍｍ、密着領域３０（金属箔の隙間がない範囲）の幅Ｂ＝１．５５ｍｍ、レーザビーム径Ｃ＝１．０ｍｍ、バーリング加工部１０の中心とレーザビームの中心との距離（縦方向）Ｄ＝１．６５ｍｍ、バーリング加工部１０のピッチＥｘ＝３．８ｍｍ，Ｅｒ＝３．８ｍｍ、レーザビームの照射長Ｌ＝１１．４ｍｍである。ただし、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅｘ，Ｅｒ，Ｌの値はこれに限定されるものではない。
また、レーザビーム径Ｃは密着領域３０（金属箔の隙間がない範囲）の幅Ｂ以下であることが好ましい。ただし、Ｃ×０．５≦Ｂ程度であってもレーザ溶接部２０を形成し得る。
レーザ溶接部２０は、バーリング加工部１０と重ならないことが好ましい。すなわち、バーリング加工部１０にはレーザビームを照射しないことが好ましい。ただし、レーザの出力を調整（比較的小さく）することにより、バーリング加工部１０にレーザ溶接部２０が一部重なる場合でも、レーザ溶接部２０を形成し得る。
図１８に示すように、一列に形成された複数のバーリング加工部１０に隣接する位置にレーザ溶接部２０を設けることも可能である。この場合も、複数のバーリング加工部１０に隣接する密着領域３０にレーザ溶接部２０を形成し、かつ、バーリング加工部１０とレーザ溶接部２０とが重ならないようにすることができる。
図１８の例では、複数のバーリング加工部１０が並ぶ方向（図中横方向）と略平行に延びるようにレーザ溶接部２０が形成されている。
一例として、図１８に示す例において、バーリング加工部の幅Ａ＝０．７ｍｍ、密着領域３０（金属箔の隙間がない範囲）の幅Ｂ＝１．５５ｍｍ、レーザビーム径Ｃ＝１．０ｍｍ、バーリング加工部１０の中心とレーザビームの中心との距離（縦方向）Ｄ＝０．９ｍｍ、バーリング加工部１０のピッチＥｘ＝２．５７ｍｍ、レーザビームの照射長Ｌ＝９．８５ｍｍである。ただし、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅｘ，Ｌの値はこれに限定されるものではない。
図１７，図１８に示す構造においても、図１６の場合と同様に、レーザビーム径Ｃおよびその照射回数を適宜変更することが可能である。また、上述のとおり、レーザ溶接部２０は、その一部が密着領域３０（金属箔の隙間がない、または極小化された部分）の外側に形成されていてもよい。
図１９は、電池セル１００の製造方法の各工程を示すフロー図である。図１９に示すように、電池セルの製造方法は、金属箔の積層構造を有する正極タブ１３０Ａおよび負極タブ１３０Ｂを含む電極体１３０を作製する工程（Ｓ１０）と、電極体１３０の正極タブ１３０Ａおよび負極タブ１３０Ｂと正極集電部材１４１および負極集電部材１４２とを各々接合する工程（Ｓ２０）と、電極体１３０と正極集電部材１４１および負極集電部材１４２とを筐体１２０に封入する工程（Ｓ３０）とを含む。
電極体１３０と正極集電部材１４１および負極集電部材１４２とを接合する工程（Ｓ２０）は、正極タブ１３０Ａおよび負極タブ１３０Ｂ上に正極集電部材１４１および負極集電部材１４２を配置する工程（Ｓ２１）と、互いに離間した複数の位置（第１の位置および第２の位置）において正極タブ１３０Ａおよび負極タブ１３０Ｂに金属箔の積層方向に沿ってバーリング加工を施し、複数のバーリング加工部１０を形成する工程（Ｓ２２）と、複数のバーリング加工部１０の間に位置する、または複数のバーリング加工部１０に隣接する密着領域３０において正極タブ１３０Ａおよび負極タブ１３０Ｂ（電極タブ）と正極集電部材１４１および負極集電部材１４２（集電体）とをレーザ溶接により接合する工程（Ｓ２３）とを含む。
電極体１３０と正極集電部材１４１および負極集電部材１４２とを筐体１２０に封入する工程（Ｓ３０）は、互いに接合された電極体１３０と正極集電部材１４１および負極集電部材１４２とをケース本体１２０Ａに収容する工程（Ｓ３１）と、電極体１３０と正極集電部材１４１および負極集電部材１４２とを収容したケース本体１２０Ａを封口板１２０Ｂにより封止する工程（Ｓ３２）とを含む。
以上、本技術の実施の形態について説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本技術の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
１Ａ，１Ｂ 接合部、１０ バーリング加工部、２０ レーザ溶接部、３０ 密着領域、３０Ａ 中間部分、３０Ｂ 隙間、４０ クリップ、１００ 電池セル、１１０ 電極端子、１１１ 正極端子、１１２ 負極端子、１２０ 筐体、１２０Ａ ケース本体、１２０Ｂ 封口板、１２１ 上面、１２２ 下面、１２３ 第１側面、１２４ 第２側面、１２５ 第３側面、１２６ ガス排出弁、１３０ 電極体、１３０Ａ 正極タブ、１３０Ｂ 負極タブ、１３１Ａ 正極、１３１Ｂ 負極、１３１Ｃ セパレータ、１４０ 集電部材、１４１ 正極集電部材、１４２ 負極集電部材、１５０，１５１，１５２ 絶縁部材、１３１１Ａ 正極基材、１３１１Ｂ 負極基材、１３１２Ａ 正極活物質層、１３１２Ｂ 負極活物質層。
図１２の例では、バーリング加工は、正極タブ１３０Ａに有底の穴を形成するように施される。バーリング加工部１０は、正極タブ１３０Ａの総厚みＴの５０％以上程度の加工深さＨを有する。バーリング加工は、正極タブ１３０Ａを貫通するように施されてもよい。

Claims (8)

  1. 開口を有する本体および前記本体を封止する封口板を含むケースと、
    前記ケースに収容され、電極タブを有する電極体と、
    前記電極タブに接合される集電体とを備え、
    前記電極タブは金属箔の積層構造を有し、
    前記金属箔の積層方向に沿った複数のバーリング加工部が前記電極タブに形成され、
    少なくとも前記複数のバーリング加工部の間に位置する領域、または少なくとも前記複数のバーリング加工部に隣接する領域に前記電極タブと前記集電体とを接合するレーザ溶接部が形成される、電池セル。
  2. 前記レーザ溶接部は、前記金属箔の積層方向からみて、前記バーリング加工部と離間する、請求項１に記載の電池セル。
  3. 前記バーリング加工部は、前記電極タブの総厚みの５０％以上の加工深さを有する、請求項１または請求項２に記載の電池セル。
  4. 前記バーリング加工部は、先端に向かうにつれて加工幅が狭くなるテーパ形状を有する、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電池セル。
  5. 金属箔の積層構造を有する電極タブを含む電極体を作製する工程と、
    前記電極タブ上に集電体を配置する工程と、
    互いに離間した第１の位置および第２の位置において前記電極タブに前記金属箔の積層方向に沿ってバーリング加工を施す工程と、
    少なくとも前記第１の位置および前記第２の位置の間に位置する領域、または少なくとも前記第１の位置および前記第２の位置に隣接する領域において前記電極タブと前記集電体とをレーザ溶接により接合する工程と、
    前記電極タブと前記集電体とを接合した後に、前記電極体および前記集電体をケース本体に収容する工程と、
    前記電極体および前記集電体を収容した前記ケース本体を封口板により封止する工程とを備えた、電池セルの製造方法。
  6. 前記レーザ溶接が施される領域は、前記金属箔の積層方向からみて、前記電極タブおよび前記集電体における前記バーリング加工が施された領域と離間する、請求項５に記載の電池セルの製造方法。
  7. 前記バーリング加工は、前記電極タブの総厚みの５０％以上の深さにまで施される、請求項５または請求項６に記載の電池セルの製造方法。
  8. 前記バーリング加工は、先端に向かうにつれて加工幅が狭くなるように施される、請求項５から請求項７のいずれか１項に記載の電池セルの製造方法。
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