JP5354755B2 - リチウムイオン二次電池 - Google Patents

Description

この発明は、リチウムイオン二次電池に関するものである。

従来、電気化学的にリチウムイオンの吸蔵および放出が行なわれる材料を主体とした正極および負極とをセパレータを介して捲回した捲回体、または正極と負極とをセパレータを介して積層した積層体（以下、これらを「発明要素」と言う。）を金属製またはラミネート製の外装体に収納してなるリチウムイオン二次電池が知られている。

これら発電要素は、正極および負極にそれぞれ接続された正極タブおよび負極タブを備える。通常のリチウムイオン二次電池は、外装体が角形または円筒型の金属缶である場合、外装缶や外装缶を封口する蓋体等に前記負極タブおよび正極タブを溶接接続した構造が一般的である。また、アルミニウム製などのラミネート体を外装体とした場合は、正極タブおよび負極タブの一方端がラミネート体を介して外部に引き出され、外部端子と接続させることで、電力の授受を行なうことができる。

そして、従来のリチウムイオン二次電池は、発電要素は、タブ溶接機、捲回機、タブ切断機などの各種組立装置を用いて、複数の生産工程を経て作製されるが、大量の生産に対応する等の目的で、複数の生産工程を１つの生産ラインとし、電池の生産個数などに対応して、少なくとも２つ以上の生産ラインを並行させて製造する方法が一般的である。

リチウムイオン二次電池の生産管理を行う上で、電池のトレーサビリティを向上することが重要である。特に、リチウムイオン二次電池の安全性は、電池の内部構造によって大きく左右されることが多く、非常時に備える意味も含め、不具合を生じた電池がいずれの生産ラインで製造されたかを追跡できるようにすることは極めて重要である。

そこで、タブや電極の集電体などに数字や図形を刻印して識別表示を設け、その識別表示からトレーサビリティをとる手法が提案されている（特許文献１）。

特開２００６−４０８７５号公報

しかし、特許文献１に開示された識別表示を設ける方法は、電池の非破壊での識別が、困難であり、識別するには、電池を分解調査する必要がある。また、識別表示を新たに設ける工程が必須であり、生産の工程数が増すことで電池の単価が上昇してしまうという問題がある。

リチウムイオン二次電池は、厳重に密閉されているので、電池の分解は、手間のかかる作業である。また、操作を誤ると、短絡する等の危険もあり、非破壊でトレーサビリティの取れる電池が求められていた。より好ましくは、簡易な工程で単価を増すことなく、トレーサビリティの取れる電池である。

そこで、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、不具合が生じた電池について、非破壊でも、その電池を組み立てた生産ラインの識別を可能としたリチウムイオン二次電池を提供することである。

この発明によれば、リチウムイオン二次電池は、発電要素と、外装体とを少なくとも備える。発電要素は、正極タブの一方端が接続された正極と、負極タブの一方端が接続された負極とをセパレータを介して配置される。そして、正極および負極にそれぞれ接続された正極タブおよび／または負極タブの一方端の平面形状は、円弧形状あるいは少なくとも２角を有する幾何学形状である。

また、この発明によれば、リチウムイオン二次電池は、正極タブの一方端が接続された正極と、負極タブの一方端が接続された負極とをセパレータを介して配置した発電要素と、外装体とを少なくとも備え、複数の生産工程から構成される生産工程ラインを経て作製されるリチウムイオン二次電池であって、発電要素は、正極タブおよび負極タブの切断工程と、正極タブおよび負極タブのそれぞれ正極および負極への接続工程と、正極と負極とをセパレータを介して配置する工程とから作製されており、生産工程ラインは、少なくとも２つ以上あり、かつ発電要素を作製する工程を少なくとも含む。そして、正極および負極にそれぞれ接続された正極タブおよび負極タブの一方端のうち、正極タブおよび負極タブの少なくとも一方の一方端は、生産工程ライン毎に対応して異なった平面形状からなる。

この発明の実施の形態によれば、リチウムイオン二次電池においては、正極タブおよび負極タブの少なくとも一方の一方端は、その平面形状が円弧形状あるいは少なくとも２角を有する幾何学形状であり、それら形状は、各電池を組み立てる生産工程ラインに対応して決定された平面形状からなる。即ち、ある１つの生産工程ライン（例えば、第１生産工程ライン）で製造したリチウムイオン二次電池におけるタブの一方端の平面形状と、別の生産工程ライン（例えば、第２生産工程ライン）で製造したリチウムイオン二次電池におけるタブの一方端の平面形状とは、別の形状を示す。

それぞれの生産工程ラインを経て完成したリチウムイオン二次電池をＸ線検査機を用いて非破壊にて検査し、正極および負極の配置に関する不具合、または正極タブおよび／または負極タブの外装体への接触の不具合等が検出されると、その不具合が検出されたリチウムイオン二次電池の正極タブおよび／または負極タブの一方端の平面形状を識別することによって、その電池を製造した生産工程ラインを特定することができる。

その結果、トレーサビリティを向上できる。

図１は、この発明の実施の形態によるリチウムイオン二次電池の斜視図である。 図２は、この発明の実施の形態におけるリチウムイオン二次電池の製造方法を示す工程図である。 図３は、図２に示すステップＳ２の工程を示す模式図である。 図４は、図２に示すステップＳ３〜ステップＳ７の工程を示す模式図である。 図５は、図２に示すステップＳ３〜ステップＳ７の工程を示す模式図である。 図６は、図２に示すステップＳ８〜ステップＳ１２の工程を示す模式図である。 図７は、図２に示すステップＳ１４の工程を示す模式図である。 図８は、図２に示すステップＳ１４の工程を示す模式図である。 図９は、捲回体の長さ方向における断面図である。 図１０は、リチウムイオン二次電池の一部の側面図である。

本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

この発明は、従来公知の角形電池、円筒形電池およびラミネート形電池のいずれのリチウムイオン二次電池に好適に適用される。

図１は、この発明の実施の形態によるリチウムイオン二次電池の斜視図である。なお、図１においては、外装体４は、その内部が見えるように図示されている。

図１を参照して、この発明の実施の形態によるリチウムイオン二次電池１０は、角形電池であり、捲回体１と、正極タブ２と、負極タブ３と、外装体４と、蓋体５と、ベント６と、端子７と、注入口８とを備える。

捲回体１は、正極と負極とをセパレータを介して捲回した構造からなる。また、捲回体１は、正極、負極およびセパレータを捲回した後に押圧して扁平形状とし、外装体４内に収納される。そして、捲回体１は、電解液を含む。

正極タブ２は、リチウムに対して貴な電位で安定な金属や炭素質などの導電性材料で構成される。そして、正極タブ２は、多くは、アルミニウム（Ａｌ）またはアルミニウム合金から構成され、短冊形からなる。但し、正極タブ２は、アルミニウムと他の金属（例えば、溶接性の良好なニッケル等）とのクラッド材等から構成されていてもよい。そして、正極タブ２は、一方端が捲回体１の正極に接続され、他方端が蓋体５に接続される。この場合、正極タブ２は、捲回体１と蓋体５との間で湾曲されて外装体４内に配置される。

負極タブ３は、リチウムに対して卑な電位で安定な部材からなり、正極タブ２と同様に短冊形状を有する。また、負極タブ３は、後述する外装体４よりもＸ線吸収能が高い部材で構成されることが好ましい。負極タブ３が外装体４よりもＸ線吸収能が高い部材で構成されると、外装体４に対する負極タブ３のコントラストを高めることができる。従って、電池内部を非破壊にて検査するためのＸ線検査機として、簡易に内部観察が可能な透過型Ｘ線検査装置を用いることができるので望ましい。そのような部材は、例えば、銅、銅合金、ニッケル、および銅とニッケル等の他の金属とのクラッド材のいずれかである。

金属がＸ線を吸収する度合は、金属の真密度が高くなれば大きくなり、金属の真密度が低くなれば小さくなる。従って、「Ｘ線吸収能が高い」とは、金属の真密度が高いことを言う。

負極タブ３を構成する銅、銅合金、およびニッケルの真密度は、それぞれ、８．９、８．５〜９．５および８．９ｇ／ｃｍ^３であり、外装体４を構成するアルミニウムの真密度は、２．７ｇ／ｃｍ^３である。従って、上述したように、負極タブ３は、外装体４よりもＸ線吸収能が高い部材で構成される。

また、負極タブ３は、その一方端が捲回体１の負極に接続され、他方端が端子７に接続される。この場合、負極タブ３は、捲回体１と端子７との間で折り曲げられて外装体４内に配置される。

負極タブ３の捲回体１の負極に接続された一方端は、任意の角度で切断された形状を有する。この形状は、負極タブ３の一方端の幅方向における左端および右端にそれぞれ角度を有した、本発明で言う少なくとも２角を有する幾何学形状を有する。負極タブ３を外装体４よりもＸ線吸収能が高い部材で構成することによって、透過型のＸ線検査機により非破壊で電池の内部を観察可能であり、負極タブ３の少なくとも２角を把握することができる。更に、捲回体１の負極に接続された負極タブ３の一方端を、例えば、±０〜６０度の範囲で角度を変えて切断すると、いずれかの切断角度であることも認識することができる。

外装体４内に収納された負極タブ３の一方端を、Ｘ線検査機により非破壊で観察し、その幾何学形状や、タブの切断角度を認識すれば、本発明の目的を達成できるので、負極タブ３の任意の幾何学形状や、切断角度を設けた一方端部分（あるいはその周辺部）が外装体４よりもＸ線吸収能が高い部材で構成されていてもよい。

外装体４は、アルミニウム、アルミニウム合金およびニッケルを被覆した鉄等の金属材料、あるいはポリプロピレン等の樹脂材料からなる。そして、特定以上の機械強度を確保する目的、または電池外部へ電力を供給する媒体等の機能を兼ね備える目的を達成する場合、外装体４は、多くは、金属材料からなる。

負極タブ３が銅または銅合金、あるいは銅とニッケル等の他の金属とのクラッド材で構成される場合、外装体４は、負極タブ３の材料よりもＸ線吸収能が低い材料で構成されることが好ましく、例えば、アルミニウム（合金も含む）が挙げられる。また、負極タブ３の全面か、少なくとも切断角度を設けた一方端部分（あるいはその周辺部）が、例えば、金や白金で被覆されたものであれば、外装体４は、ニッケルを被覆した鉄等の金属材料によって構成されてもよい。そして、外装体４は、捲回体１、正極タブ２および負極タブ３を収納する。

蓋体５は、例えば、外装体４がアルミニウムで構成される場合、アルミニウムで構成される。そして、蓋体５は、レーザー等の溶接加工を施して外装体４の開口端に嵌合する。

ベント６は、蓋体５に設けられる。そして、ベント６は、外装体４内で発生したガス等により内圧が上昇した場合、開裂して圧力を開放する機能を果たす。端子７は、絶縁体（図示せず）を介して蓋体５に設けられ、負極タブ３の他方端に接続される。注入口８は、蓋体５に設けられる。そして、注入口８は、捲回体１に電解液を注入するための口である。電解液の注入後、ピン（図示せず）を嵌合して注入口８を塞ぎ、レーザー等で溶接して完全密封する。

正極は、正極集電体と、正極活物質層とからなる。正極集電体は、例えば、Ａｌ箔からなり、帯形状を有する。

正極活物質層は、正極集電体の片面または両面に形成される。より具体的には、正極活物質層は、例えば、正極活物質とバインダーとを混合したスラリーを正極集電体の両面に塗布し、その塗布したスラリーを乾燥し、次いで、厚み方向にプレスすることによって形成される。スラリーの塗布は、例えば、ドクターブレード法およびスプレー法等によって行なわれる。また、スラリーは、必要に応じて、導電性材料を更に含んでいてもよい。

正極活物質は、例えば、ＬｉＣｏＯ_２、ＬｉＮｉＯ_２、ＬｉＭｎ_２Ｏ_４、ＬｉＮｉ_１／３Ｃｏ_１／３Ｍｎ_１／３Ｏ_２、およびＬｉＦｅＰＯ_４等のいずれかからなる。

バインダーは、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）およびポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）等のフッ素系樹脂、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）およびエチレンプロピレンジエンマルチブロックポリマー等のゴム系樹脂、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）等のセルロース系樹脂等からなる。

導電性材料は、アセチレンブラック（ＡＢ）、ケッチェンブラック（ＫＢ）、黒鉛、および非晶質炭素等の炭素材料からなる。これらの導電性材料は、単独または混合して用いられても良い。

負極は、負極集電体と、負極活物質層とからなる。負極集電体は、例えば、Ｃｕ箔からなり、帯形状を有する。

負極活物質層は、負極集電体の片面または両面に形成される。より具体的には、負極活物質層は、例えば、負極活物質とバインダーとを混合したスラリーを負極集電体の両面に塗布し、その塗布したスラリーを乾燥し、次いで、厚み方向にプレスすることによって形成される。スラリーの塗布は、上述したドクターブレード法およびスプレー法等によって行なわれる。また、スラリーは、必要に応じて、導電性材料を更に含んでいてもよい。

負極活物質は、例えば、ＳｎおよびＳｉ等のＬｉと合金化可能な金属、金属リチウム、ＬｉＡｌ合金、非晶質炭素、人造黒鉛、天然黒鉛、フラーレン、およびナノチューブ等のリチウム（Ｌｉ）を吸蔵放出可能な炭素系材料、Ｌｉ_４Ｔｉ_５Ｏ_１２、およびＬｉ_２Ｔｉ_３Ｏ_７等のＬｉを吸蔵放出可能なチタン酸リチウム等からなる。

バインダーは、ＰＴＦＥ、ＰＶＤＦ、ＳＢＲ、およびカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）等のいずれかからなる。これらのバインダーは、単独または混合して用いられても良い。

導電性材料は、ＡＢ、ＫＢ、および非晶質炭素等の炭素材料からなる。これらの導電性材料は、単独または混合して用いられても良い。

セパレータについては、特に制限は無く、従来、公知のものがセパレータとして適用される。例えば、厚みが５〜３０μｍで、開孔率が３０〜７０％の微多孔性ポリエチレンフィルムまたは微多孔性ポリプロピレンフィルム、およびポリエチレンポリプロピレン複合フィルム等がセパレートとして好適に用いられる。また、これらのセパレータの突き刺し強度や耐熱収縮性を改善する等の目的で、微多孔性フィルムの片面あるいは両面に、アルミナ、シリカ、およびベーマイト等の耐熱性および高強度の無機フィラー、イミドおよびアラミド等の耐熱性樹脂を被覆または積層したものをセパレータとして用いてもよい。

電解液は、例えば、Ｌｉ塩が有機溶媒に溶解されたものからなる。Ｌｉ塩としては、有機溶媒中で解離してＬｉ^＋イオンを生成可能であり、電解液を構成要素とする電池の電圧範囲で分解等の副反応を起こさないものが用いられる。

そして、Ｌｉ塩は、例えば、ＬｉＰＦ_６、ＬｉＢＦ_４、ＬｉＡｓＦ_６、およびＬｉＣｌＣＯ_４等の無機化合物、ＬｉＮ（ＳＯ_２ＣＦ_３）_２、ＬｉＮ（ＳＯ_２Ｃ_２Ｆ_５）_２、ＬｉＮ（ＳＯ_２ＣＦ_３）（ＳＯ_２Ｃ_４Ｆ_９）、ＬｉＣ（ＳＯ_２ＣＦ_２）_３、ＬｉＣ（ＳＯ_２Ｃ_２Ｆ_５）_３、ＬｉＰＦ_６−ｎ（Ｃ_２Ｆ_５）_ｎ（ｎは１〜６の整数）、ＬｉＳＯ_３ＣＦ_３、ＬｉＳＯ_３Ｃ_２Ｆ_５、およびＬｉＳＯ_３Ｃ_４Ｆ_８等の有機化合物等からなる。

有機溶媒は、Ｌｉ塩を溶解でき、電池の電圧範囲で分解等の副反応を起こさないものであれば制限されない。有機溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、およびビニレンカーボネート等の環状カーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、およびエチルメチルカーボネート等の鎖状カーボネート、γ−ブチロラクトン等の環状エステル、ジメトキシエタン、ジグライム、トリグライム、およびテトラグライム等の鎖状エーテル、ジオキサン、テトラヒドロフラン、および２−メチルテトラヒドロフラン等の環状エーテル、アセトニトリル、プロピオニトリル、メトキシプロピオニトリル、およびエトキシプロピオニトリル等のニトリル類等が挙げられる。これらの有機溶媒は、単独又は混合して用いることができる。

これらのうち、有機溶媒は、エチレンカーボネートと鎖状カーボネートとの混合溶媒が好ましい。この混合溶媒を用いれば、高い導電率が得られ、良好な電池特性を実現できる。

電解液には、安全性、サイクル性、高温貯蔵性等の特性を向上する目的で、適宜、ビニレンカーボネート類、１，３−プロパンサルトン、ジフェニルジスルフィド、シクロヘキシルベンゼン、ビフェニル、フルオロベンゼン、およびｔ−ブチルベンゼン等の添加剤が含まれていてもよい。

また、電解液は、有機溶媒に代えて、エチル−メチルイミダゾリウムトリフルオロメチルスルホニウムイミド、へプチル−トリメチルアンモニウムトリフルオロメチルスルホニウムイミド、ピリジニウムトリフルオロメチルスルホニウムイミド、およびグアジニウムトリフルオロメチルスルホニウムイミド等の常温溶融塩を含んでいてもよい。

更に、電解液は、下記のホストポリマーによりゲル化されていてもよい。ホストポリマーとしては、ポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、ポリアクリロニトリル、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、エチレンオキシド−プロピレンオキシド共重合体、主鎖または側鎖にエチレンオキシド鎖を含む架橋ポリマー、光及び熱により架橋可能であり側鎖にオキセタン化合物や脂環式エポキシ化合物を有する（メタ）アクリレート共重合体等が挙げられる。

図２は、この発明の実施の形態におけるリチウムイオン二次電池１０の製造方法を示す工程図である。なお、図２は、５台の捲回機Ａ〜Ｅを用いて捲回体１を捲回する場合について、リチウムイオン二次電池１０の製造方法を示す。また、図３は、図２に示すステップＳ２の工程を示す模式図である。更に、図４および図５は、図２に示すステップＳ３〜ステップＳ７の工程を示す模式図である。更に、図６は、図２に示すステップＳ８〜ステップＳ１２の工程を示す模式図である。更に、図７および図８は、図２に示すステップＳ１４の工程を示す模式図である。

図２を参照して、リチウムイオン二次電池１０の製造が開始されると、複数の正極および複数の負極が上述した方法によって作製され、複数のセパレータが作製される（ステップＳ１）。そして、テープ状のアルミニウム箔２０の一方端２０Ａを溶接機を用いて正極１１に溶接し、一方端２０Ａから所定の長さＬ１の位置でテープ状のアルミニウム箔２０をカッター３０で切断する（ステップＳ２、図３の（ａ）参照）。これによって、正極タブ２が正極１１に接続される。この場合、正極タブ２は、例えば、正極１１の長さ方向における一方端側で正極１１に接続される。そして、正極タブ２の一方端２Ａおよび他方端２Ｂは、正極タブ２の幅方向ＤＲ１に正極タブ２を切断した形状からなる（図３の（ｂ）参照）。なお、ステップＳ２の工程は、ステップＳ１で作製された複数の正極１１の全てに正極タブ２が接続されるまで繰り返し実行される。

その後、テープ状の銅箔４０の一方端４０Ａを溶接機を用いて負極１２に溶接し、一方端４０Ａから所定の長さＬ１の位置で＋２０度の切断角度でテープ状の銅箔４０をカッター５０で切断する（ステップＳ３、図４参照）。これによって、＋２０度の切断角度で切断された一方端３１Ａおよび他方端３１Ｂを有する負極タブ３（３１）が負極１２に接続されたものが作製される（図５の（ａ）参照）。

また、テープ状の銅箔４０の一方端４０Ａを溶接機を用いて負極１２に溶接し、一方端４０Ａから所定の長さＬ１の位置で＋１０度の切断角度でテープ状の銅箔４０をカッター５０で切断する（ステップＳ４、図４参照）。これによって、＋１０度の切断角度で切断された一方端３２Ａおよび他方端３２Ｂを有する負極タブ３（３２）が負極１２に接続されたものが作製される（図５の（ｂ）参照）。

更に、テープ状の銅箔４０の一方端４０Ａを溶接機を用いて負極１２に溶接し、一方端４０Ａから所定の長さＬ１の位置で０度の切断角度でテープ状の銅箔４０をカッター５０で切断する（ステップＳ５、図４参照）。これによって、０度の切断角度で切断された一方端３３Ａおよび他方端３３Ｂを有する負極タブ３（３３）が負極１２に接続されたものが作製される（図５の（ｃ）参照）。

更に、テープ状の銅箔４０の一方端４０Ａを溶接機を用いて負極１２に溶接し、一方端４０Ａから所定の長さＬ１の位置で−１０度の切断角度でテープ状の銅箔４０をカッター５０で切断する（ステップＳ６、図４参照）。これによって、−１０度の切断角度で切断された一方端３４Ａおよび他方端３４Ｂを有する負極タブ３（３４）が負極１２に接続されたものが作製される（図５の（ｄ）参照）。

更に、テープ状の銅箔４０の一方端４０Ａを溶接機を用いて負極１２に溶接し、一方端４０Ａから所定の長さＬ１の位置で−２０度の切断角度でテープ状の銅箔４０をカッター５０で切断する（ステップＳ７、図４参照）。これによって、−２０度の切断角度で切断された一方端３５Ａおよび他方端３５Ｂを有する負極タブ３（３５）が負極１２に接続されたものが作製される（図５の（ｅ）参照）。

この場合、負極タブ３（３１〜３５）は、例えば、負極１２の長さ方向における負極１２の略中央部に接続される。

なお、＋２０度、＋１０度、０度、−１０度、および−２０度の切断角度は、テープ状の銅箔４０の幅方向ＤＲ２を０度とし、反時計回りをプラス（＋）、時計回りをマイナス（−）としたときの角度である（図４参照）。また、＋２０度、＋１０度、０度、−１０度、および−２０度の切断角度は、それぞれ、捲回機Ａ〜Ｅに対応して決定された切断角度である。

更に、ステップＳ３〜ステップＳ７は、並行して実行される。即ち、ステップＳ１で作製された複数の負極１２を５つの生産工程ラインに分け、それぞれ、ステップＳ３、ステップＳ４、ステップＳ５、ステップＳ６、およびステップＳ７を実行させる。

このように、ステップＳ３〜ステップＳ７が並行して実行されると、異なる切断角度で切断された一方端および他方端を有する負極タブ３が負極１２に接続されたものが作製される。

引き続いて、正極タブ２付き正極１１、セパレータ１３、およびステップＳ３で作製された負極タブ３（３１）付き負極１２を積層し、その積層体を矢印ＡＲＷ１の方向へ捲回機Ａで捲回する（ステップＳ８、図６参照）。また、正極タブ２付き正極１１、セパレータ１３、およびステップＳ４で作製された負極タブ３（３２）付き負極１２を積層し、その積層体を矢印ＡＲＷ１の方向へ捲回機Ｂで捲回する（ステップＳ９、図６参照）。更に、正極タブ２付き正極１１、セパレータ１３、およびステップＳ５で作製された負極タブ３（３３）付き負極１２を積層し、その積層体を矢印ＡＲＷ１の方向へ捲回機Ｃで捲回する（ステップＳ１０、図６参照）。更に、正極タブ２付き正極１１、セパレータ１３、およびステップＳ６で作製された負極タブ３（３４）付き負極１２を積層し、その積層体を矢印ＡＲＷ１の方向へ捲回機Ｄで捲回する（ステップＳ１１、図６参照）。更に、正極タブ２付き正極１１、セパレータ１３、およびステップＳ７で作製された負極タブ３（３５）付き負極１２を積層し、その積層体を矢印ＡＲＷ１の方向へ捲回機Ｅで捲回する（ステップＳ１２、図６参照）。

なお、ステップＳ８〜ステップＳ１２は、ステップＳ３〜ステップＳ７と同様に、並行して実行される。即ち、ステップＳ３とステップＳ８とは、１つの生産工程ライン（第１生産工程ライン）を形成し、以下同様にして、ステップＳ４とステップＳ９とは、第２生産工程ラインを、ステップＳ５とステップＳ１０とは、第３生産工程ラインを、ステップＳ６とステップＳ１１とは、第４生産工程ラインを、そして、ステップＳ７とステップＳ１２とは、第５生産工程ラインをそれぞれ形成する。

そして、第１〜第５生産工程ラインにおいて作製された捲回体１を外装体４に収納する（ステップＳ１３）。

その後、外装体４に収納された捲回体１の正極１１および負極１２にそれぞれ接続された正極タブ２および負極タブ３の他方端を切り揃え、正極タブ２の他方端を蓋体５に接続し、負極タブ３の他方端を端子７に接続する（ステップＳ１４）。この場合、正極タブ２の他方端は、正極タブ２の幅方向に切断され、負極タブ３の他方端は、負極タブ３の幅方向に切断される。従って、正極タブ２の他方端および負極タブ３の他方端は、同じ形状からなる。また、正極タブ２の他方端および負極タブ３の他方端は、正極タブ２および負極タブ３が相互に同じ長さになるように切断される。より具体的には、正極タブ２の他方端および負極タブ３の他方端は、捲回体１の端面１Ａからの長さＬ２が捲回体１の端面１Ａから外装体４の開口部までの距離Ｌ３よりも長くなるように切断される（図７参照）。そして、正極タブ２の切断された他方端は、蓋体５に接続され、負極タブ３の切断された他方端は、端子７に接続される（図８参照）。

そして、蓋体５を外装体４の開口部に嵌合する（ステップＳ１５）。この場合、正極タブ２のうち、捲回体１と蓋体５との間の部分が外装体４の内壁に接触しないように曲げられる。負極タブ３についても同様である。その後、電解液を注入口８から捲回体１に注入する（ステップＳ１６）。これによって、リチウムイオン二次電池１０が完成する。

なお、ステップＳ１３〜ステップＳ１６は、ステップＳ８〜ステップＳ１２で作製された複数の捲回体１の全てに対して実行される。

図２においては、ステップＳ３〜ステップＳ７の工程と、ステップＳ８〜ステップＳ１２の工程とを組み合わせて、前記第１〜第５生産工程ラインを形成させたが、一定の生産物量を確保すること、あるいは、より高いトレーサビリティを確保するなどの目的から、その前後の生産工程である、ステップＳ１〜Ｓ２、およびステップＳ１３〜Ｓ１６も、第１〜第５生産工程ラインに含めて並行に行ってもよい。

上述したように、一方端３１Ａが銅箔４０を＋２０度の角度で切断した平面形状からなる負極タブ３（３１）を用いた捲回体は、第１生産工程ラインで作製され（ステップＳ３，Ｓ８参照）、一方端３２Ａが銅箔４０を＋１０度の角度で切断した平面形状からなる負極タブ３（３２）を用いた捲回体は、第２生産工程ラインで作製され（ステップＳ４，Ｓ９参照）、一方端３３Ａが銅箔４０を０度の角度で切断した平面形状からなる負極タブ３（３３）を用いた捲回体は、第３生産工程ラインで作製され（ステップＳ５，Ｓ１０参照）、一方端３４Ａが銅箔４０を−１０度の角度で切断した平面形状からなる負極タブ３（３４）を用いた捲回体は、第４生産工程ラインで作製され（ステップＳ６，Ｓ１１参照）、一方端３５Ａが銅箔４０を−２０度の角度で切断した平面形状からなる負極タブ３（３５）を用いた捲回体は、第５生産工程ラインで作製される（ステップＳ７，Ｓ１２参照）。このように、負極タブ３（３１〜３５）の一方端３１Ａ〜３５Ａは、それぞれ、第１〜第５生産工程ラインに対応して決定され、負極タブ３の長さ方向において幅が変化した平面形状または負極タブ３の長さ方向において幅が一定である平面形状を有する（図５の（ａ）〜（ｅ）参照）。

その結果、完成したリチウムイオン二次電池１０の負極タブ３（３１〜３５）の一方端３１Ａ〜３５Ａ（負極と溶接される側の端）の平面形状を認識できれば、その電池が第１〜第５生産工程ラインのいずれの生産工程ラインによって作製されたかを特定できる。

そして、負極タブ３（３１〜３５）は、外装体４よりもＸ線吸収能が高い銅等によって構成されているので、リチウムイオン二次電池１０の厚み方向からＸ線をリチウムイオン二次電池１０に照射し、リチウムイオン二次電池１０を透過したＸ線によってリチウムイオン二次電池１０の内部を観察するＸ線検査を行なうことにより、負極タブ３（３１〜３５）の一方端３１Ａ〜３５Ａの平面形状を認識できる。特許文献１では、突起および穿孔等を識別表示として正極タブ等に形成するが、正極タブ等が缶と同じ材料によって構成されている場合、Ｘ線検査によって識別表示を認識することが困難な可能性がある。

また、従来のリチウムイオン二次電池を製造する工程数を変更することなく、負極タブ３となるテープ状の銅箔４０を切断するときの切断角度を変えるだけで、負極タブ３（３１〜３５）の一方端３１Ａ〜３５Ａの形状を第１〜第５生産工程ラインに対応して決定された平面形状に設定できる。従って、リチウムイオン二次電池を製造するときの工程数を増加させることなく、電池を作製した生産工程ラインを特定できるように負極タブ３（３１〜３５）の一方端３１Ａ〜３５Ａの平面形状を変えることができる。

即ち、特許文献１においては、正極タブを正極に溶接し、負極タブを負極に溶接した後に、正極タブ等および／または負極タブ等に識別表示を付する工程を増やす必要があるが、この発明の実施の形態においては、特許文献１におけるような識別表示を付する工程が不要であり、従来の銅箔４０を切断する工程において、負極タブ３（３１〜３５）の一方端３１Ａ〜３５Ａの平面形状を各生産工程ラインに対応させて、角度を変えるだけでよい。

図９は、捲回体１の長さ方向における断面図である。また、図１０は、リチウムイオン二次電池１０の一部の側面図である。図９を参照して、負極１２は、幅方向ＤＲ３における両端の各々が正極１１よりも０．５ｍｍだけ突出しており、長さ方向（図９の紙面に垂直な方向）における両端の各々が正極１１よりも２ｍｍ程度突出している。即ち、負極１２は、幅方向ＤＲ３において１ｍｍだけ正極１１よりも広く、長さ方向において４ｍｍだけ正極１１よりも長い。

そして、正常な捲回体１においては、正極１１は、その幅方向ＤＲ３において負極１２内に配置されている（図９の（ａ）参照）。

一方、不正常な捲回体１においては、正極１１は、その幅方向ＤＲ３において負極１２内に配置されていない（図９の（ｂ）参照）。その結果、正極１１の一部１１Ａにリチウムが溜まり、発火の原因になる。

前記正極１１および負極１２の配置は、捲回機における捲回不良が原因で不正常になることが多い。そこで、Ｘ線検査機を用いて正極１１および負極１２の配置と、捲回体１における負極タブ３の一方端の切断角度とを確認し、配置の不正常が検出された場合、負極タブ３の一方端の切断角度が＋２０度であると、第１生産工程ラインにおける捲回機Ａによる捲回が原因で正極１１および負極１２の不正常な配置が生じたことを識別できる。その判別された切断角度が＋２０度以外である場合も同様である。

図１０を参照して、蓋体５が外装体４の開口部に嵌合すると、正極タブ２および負極タブ３は、捲回体１と蓋体５との間で折り曲げられている。そして、正常である場合、折り曲げられた正極タブ２および負極タブ３は、外装体４と接触していない（図１０の（ａ）参照）。

一方、不正常である場合、折り曲げられた正極タブ２および／または折り曲げられた負極タブ３は、外装体４に接触している（図１０の（ｂ）参照）。

正極タブ２および／または負極タブ３の外装体４への接触も捲回機における捲回不良が原因で生じることが多い。そこで、Ｘ線検査機を用いて正極タブ２、および負極タブ３の外装体４への接触と、生産工程ラインにおける負極タブ３の一方端の切断角度とを確認し、不正常が検出された場合、負極タブ３の一方端の切断角度が−２０度であると、第５生産工程ラインにおける捲回機Ａにおける捲回が原因で正極１１および負極１２の不正常な配置が生じたことを識別できる。その判別された切断角度が−２０度以外である場合も同様である。

このように、Ｘ線検査機を用いて、例えば、上記の２項目について検査し、その検査結果が不正常である場合、不正常な結果が得られた捲回体１の負極タブ３の一方端の切断角度を判別すれば、不正常な電池がいずれの生産工程ラインで作製されたものであるかを判別することができる。即ち、トレーサビリティを向上できる。

負極タブ３の一方端の切断角度を２０度、１０度、０度、−１０度および−２０度と変化させた場合について、負極タブ３の一方端のＸ線写真から負極タブ３の一方端の切断角度を判別する実験を行った結果について説明する。

５人のＸ線作業担当者が各１回ずつ実験を行った結果、全員が、１００％、２０度、１０度、０度、−１０度および−２０度の切断角度を判別可能であった。

また、負極タブ３の一方端の切断角度を＋１０度、＋５度、０度、−５度および−１０度と変化させた場合について、負極タブ３の一方端のＸ線写真から負極タブ３の一方端の切断角度を判別する実験を行った結果について説明する。

５人のＸ線作業担当者が各１回ずつ実験を行った結果、９０％程度の正答率であった。従って、負極タブ３の一方端の切断角度を変化させる場合、切断角度は、１０度単位以上で変化させることが好ましい。

負極タブ３の一方端の切断角度を絶対値で３０度以上になるように＋側または−側へ１０度づつ変化させた場合、切断角度が＋側または−側に大きくなるに従って、負極タブ３の負極への溶接面積が小さくなるので、溶接不良を起こすことが判明した。実験の結果、切断角度は、±６０度まで（＋６０度、＋５０度、＋４０度、＋３０度、＋２０度、＋１０度、０度、−１０度、−２０度、−３０度、−４０度、−５０度、および−６０度）が好適であることを確認した。

上述したように、リチウムイオン二次電池１０は、作製された生産工程ラインに対応して決定された切断角度で切断された一方端を有する負極タブ３を備えるので、リチウムイオン二次電池１０の完成後にリチウムイオン二次電池１０をＸ線検査機で検査し、正極１１および負極１２の配置に関する不具合、または正極タブ２および／または負極タブ３の外装体４への接触の不具合が検出されると、その不具合が検出されたリチウムイオン二次電池１０の負極タブ３の一方端の切断角度を識別することによって、その電池を作製した生産工程ラインの判別が可能となる。その結果、トレーサビリティを向上できる。

上記においては、負極タブ３の一方端の切断角度を各生産工程ラインに対応付けて変化させると説明したが、この発明の実施の形態においては、これに限らず、正極タブ２の一方端の切断角度を各生産工程ラインに対応付けて変化させてもよい。

また、この発明の実施の形態においては、正極タブ２の一方端および負極タブ３の一方端の両方の切断角度を各生産工程ラインに対応付けて変化させてもよい。そして、一般的には、正極タブ２の一方端および負極タブ３の一方端の少なくとも１つの切断角度が各生産工程ラインに対応付けて変化されていればよい。そして、各生産工程ラインとの対応付けとは他の目的で、正極タブ２および負極タブ３のいずれか一方の一方端を切断角度を変えて切断してもよい。

以上、正極タブ２および／または負極タブ３の一方端の形状を少なくとも２角とし、更に切断角度を変化させて正極タブ２および／または負極タブ３の一方端の形状を識別する例について説明したが、この発明の実施の形態においては、これに限らず、正極タブ２および／または負極タブ３の一方端の平面形状を他の幾何学形状を用いて各生産工程ラインに対応付けて変化させてもよい。

この場合、正極タブ２および／または負極タブ３の一方端は、円弧状あるいは３角以上（階段状、および三角波状等）の任意の形状からなる切断形状を有していればよい。具体的には、切断工程や識別工程における作業の容易性や信頼性を確保するなどの意味で、前記２角形状と円弧状の他に、３角形状、４角形状、５角形状が挙げられる。

つまり、この発明の実施の形態においては、正極タブ２および／または負極タブ３の一方端は、正極タブ２および／または負極タブ３の長さ方向における幅が変化した平面形状であれば、どのような平面形状からなっていてもよい。

更に、上記においては、電池を第１〜第５生産工程ラインを用いて作製すると説明したが、この発明の実施の形態においては、これに限らず、電池は、２つ以上の生産工程ラインを用いて作製されていればよく、６つ以上の生産工程ラインを用いて作製されてもよい。

更に、上記においては、正極１１および負極１２の配置に関する不具合と、正極タブ２および／または負極タブ３の外装体４への接触の不具合との２項目をＸ線検査機を用いて検査すると説明したが、これらは、製造工程における不具合調査の一例を示したものであり、この発明の実施の形態においては、これらに限らず、この発明は、非破壊検査をすることが好ましい他の検査についても好適に適用される。

上記においては、外装体４が角柱形状である角形のリチウムイオン二次電池１０を例にして、負極タブ３の一方端の切断角度を各生産工程ラインに対応付けて変化させる例を説明したが、この発明の実施の形態においては、これに限らず、この発明は、外装体が円柱形状である円筒形のリチウムイオン二次電池、または外装体がラミネート材によって構成されたラミネート形のリチウムイオン二次電池にも好適に適用される。

円筒形のリチウムイオン二次電池においては、外装体は、鉄またはニッケルを含む金属材料で構成され、負極タブは、鉄またはニッケルよりもＸ線吸収能が高い金属材料で構成され、正極タブは、アルミニウムで構成される。従って、負極タブと同様に、正極タブの一方端の切断角度を各生産工程ラインに対応付けて変化させてもよいし、負極タブの代わりに正極タブのみの一方端の切断角度を各生産工程ラインに対応付けて変化させてもよい。この場合、正極タブについてＸ線検査機による非破壊の検査を行なうとき、正極タブは、外装体よりもＸ線吸収能が高い部材で構成されることが望ましい。

なお、一般の円筒形のリチウムイオン二次電池は、外装体が円柱形状であるので、捲回体もそれにならって外見が円柱形状となるが、捲回体の形状の違いによって本発明の実施に支障をきたす要因はない。

ラミネート形のリチウムイオン二次電池は、正極と負極とをセパレータを介して捲回した捲回体をラミネートフィルムによってシールした構造、または正極と負極とをセパレータを介して積層した積層体をラミネートフィルムによってシールした構造からなる。そして、捲回体または積層体の正極には、正極タブが溶接され、捲回体または積層体の負極には、負極タブが溶接される。ラミネート形のリチウムイオン二次電池においては、正極タブは、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなり、負極タブは、ニッケル、ニッケルメッキした銅、およびニッケルと銅とのクラッド材のいずれか（即ち、銅またはニッケルを少なくとも含む金属材料）からなり、ラミネートフィルムは、アルミニウムまたは溶融性樹脂からなる。

そして、ラミネート形のリチウムイオン二次電池が捲回体を備える場合、捲回体の構造は、上述した捲回体１の構造と概ね同じである。正極タブおよび負極タブの正極および負極タブへの接続方法、および接続位置等も上述した角形のリチウムイオン二次電池１０とほぼ同様であり、正極タブおよび／または負極タブを外装体よりもＸ線吸収能が高い材料で構成することによって、本発明を好適に実施できる。

一方、ラミネート形のリチウムイオン二次電池が積層体を備える場合、積層体は、正極と負極とをセパレータを介して積層した構造からなる。そして、正極タブは、正極を構成する正極集電体のうち、正極活物質層が形成されていない部分に溶接され、負極タブは、負極を構成する負極集電体のうち、負極活物質層が形成されていない部分に溶接される。また、正極、負極およびセパレータは、積層装置によって積層される。従って、正極タブおよび負極タブの少なくとも一方をその積層装置を含む生産工程ラインに応じて決定された切断角度で切断することによって、ラミネート形のリチウムイオン二次電池の完成後に、正極タブおよび負極タブの少なくとも一方の平面形状をＸ線検査機によって認識すれば、その電池を作製した生産工程ラインを特定できる。この場合、正極タブおよび負極タブの少なくとも一方を外装体（＝ラミネート材）よりもＸ線吸収能が高い部材で構成することが好ましい。

そして、円筒形のリチウムイオン二次電池またはラミネート形のリチウムイオン二次電池においても、正極および負極の配置に関する不具合と、正極タブおよび／または負極タブの外装体への接触の不具合との２項目の少なくとも１つをＸ線検査機を用いた検査の対象としてもよく、非破壊検査をすることが好ましい他の検査をＸ線検査機を用いた検査の対象としてもよい。

上述したように、角形のリチウムイオン二次電池、円筒形のリチウムイオン二次電池およびラミネート形のリチウムイオン二次電池においては、正極タブおよび負極タブの少なくとも一方の一方端は、各電池を作製した生産工程ラインに応じて決定された平面形状からなり、正極タブおよび負極タブの少なくとも一方は、外装体よりもＸ線吸収能が高い部材で構成されることが好ましい。

しかし、角形のリチウムイオン二次電池、円筒形のリチウムイオン二次電池およびラミネート形のリチウムイオン二次電池において、Ｘ線ＣＴによって、前記リチウムイオン二次電池等を厚み方向に検査する場合、正極タブおよび負極タブの少なくとも一方は、外装体よりもＸ線吸収能が高い部材で構成されていなくてもよく、外装体と同じ材料で構成されていてもよい。Ｘ線ＣＴによって、リチウムイオン二次電池等を厚み方向に検査した場合、電池の厚み方向で切断したときの断面画像が得られるので、正極タブおよび負極タブの少なくとも一方が外装体よりもＸ線吸収能の高い部材で構成されていなくても、正極タブおよび負極タブの一方端の平面形状を認識できるからである。

従って、この発明の実施の形態によるリチウムイオン二次電池は、外装体と、外装体内に収納され、正極および負極がセパレータを介して配置された発電要素と、発電要素の正極に溶接された正極タブと、発電要素の負極に溶接された負極タブとを備え、正極タブおよび負極タブの少なくとも一方の一方端は、円弧形状あるいは少なくとも２角を有する幾何学形状であり、あるいは切断角度を変化させた形状であり、それら形状は、平面形状からなるものであればよい。

Claims (6)

1. 正極タブの一方端が接続された正極と、負極タブの一方端が接続された負極とをセパレータを介して配置した発電要素と、外装体とを少なくとも備え、複数の生産工程から構成される生産工程ラインを経て作製されるリチウムイオン二次電池であって、
   前記発電要素は、前記正極タブおよび負極タブの切断工程と、前記正極タブおよび負極タブのそれぞれ前記正極および前記負極への接続工程と、前記正極と前記負極とをセパレータを介して配置する工程とから作製されており、
   前記生産工程ラインは、少なくとも２つ以上あり、かつ前記発電要素を作製する工程を少なくとも含み、
   前記正極および負極にそれぞれ接続された前記正極タブおよび前記負極タブの一方端のうち、前記正極タブおよび前記負極タブの少なくとも一方の一方端は、前記生産工程ライン毎に対応して異なった平面形状からなり、
   前記平面形状は、前記負極タブの幅方向を基準とし、かつ、複数の生産工程から構成される生産工程ラインに対応して決定された切断角度で前記負極タブを直線状に切断した形状からなる、リチウムイオン二次電池。
2. 前記正極タブおよび前記負極タブの少なくとも一方は、前記外装体よりもＸ線吸収能が高い部材で構成されている、請求項１に記載のリチウムイオン二次電池。
3. 前記外装体は、アルミニウムまたはアルミニウム合金で構成されており、
   前記負極タブは、銅、ニッケル、および銅とニッケルとのクラッド材の中から選択される材料で構成されている、請求項１または請求項２に記載のリチウムイオン二次電池。
4. 前記外装体は、鉄またはニッケルを含む金属材料で構成されており、
   前記負極タブは、鉄またはニッケルよりもＸ線吸収能が高い金属材料で構成されている、請求項１または請求項２に記載のリチウムイオン二次電池。
5. 前記外装体は、アルミニウムおよび溶融性樹脂を含むラミネート体で構成されており、
   前記負極タブは、銅またはニッケルを少なくとも含む金属材料で構成されている、請求項１または請求項２に記載のリチウムイオン二次電池。
6. 前記平面形状は、＋６０度、＋５０度、＋４０度、＋３０度、＋２０度、＋１０度、０度、−１０度、−２０度、−３０度、−４０度、−５０度、および−６０度のいずれかの切断角度で前記負極タブを直線状に切断した形状からなる、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のリチウムイオン二次電池。

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