JP6012606B2 - 角形電池 - Google Patents

Description

本発明は、偏平状の電極体の正極芯体露出部及び負極芯体露出部の少なくとも一方にリブを備えた集電体が接続された角形電池に関する。

近年、環境保護運動が高まり、二酸化炭素ガス等の温暖化の原因となる排ガスの排出規制が強化されている。そのため、自動車業界では、ガソリン、ディーゼル油、天然ガス等の化石燃料を使用する自動車に換えて、電気自動車（ＥＶ）やハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ、ＰＨＥＶ）の開発が活発に行われている。このようなＥＶ、ＨＥＶ、ＰＨＥＶ用電池としては、ニッケル−水素二次電池やリチウムイオン二次電池が使用されているが、近年は軽量で、かつ高容量の電池が得られるということから、リチウムイオン二次電池等の非水電解質二次電池が多く用いられるようになってきている。

一般に、ＥＶ、ＨＥＶ、ＰＨＥＶ用の二次電池としては、正極板及び負極板をセパレータを介して積層ないし巻回した偏平状の電極体を角形外装缶内に収容した角形二次電池が多く使用されており、加速時や登坂時等には大電流、高出力の放電が行われるため、電池の内部抵抗を極力低減させることが要望されている。極板の芯体露出部と集電体とを電気的に接合して集電する方法としては、機械的なカシメ法、超音波溶接法、レーザ溶接法、抵抗溶接法等があるが、大電流、高出力が要求される電池に対しては、安価に実現でき、低抵抗化を実現し易く、しかも経時変化が生じ難いことから、抵抗溶接法が適している。

一方、ＥＶ、ＨＥＶ、ＰＨＥＶ用の角形二次電池における正極芯体露出部及び負極芯体露出部の積層枚数は、容量が大きいため、非常に多くなる。しかも、ＥＶ、ＨＥＶ、ＰＨＥＶ用の非水電解質二次電池では、正極芯体及び正極集電体としてアルミニウム又はアルミニウム合金が、負極芯体及び負極集電体として銅又は銅合金等が、それぞれ多く用いられている。これらのアルミニウム、アルミニウム合金や銅、銅合金は、電気抵抗が小さく、熱伝導率も良好な材料であるため、正極芯体露出部と正極集電体との間及び負極芯体露出部と負極集電体との間を、それぞれ確実に抵抗溶接して溶接強度を強くし、溶接部の内部抵抗を小さくするには多大な溶接エネルギーを必要とする。

そのため、極板の芯体露出部と集電体との間を抵抗溶接する際には、電極棒と集電体との接触部でスパッタが発生するが、このスパッタが電極体側に飛散しないようにするため、集電体の電極体側にスパッタ飛散防止用のリブを設けることが行われている。例えば、下記特許文献１には、図８に示したように、積層ないし巻回された電極体５０の電極板の芯体露出部５１の両側に一対の集電体５２、５３を配置し、一対の集電体５２、５３の両側から一対の抵抗溶接用電極棒５４、５５を当接させ、一対の抵抗溶接用電極棒５４、５５を互いに押圧しながら抵抗溶接するようにした角形二次電池の製造方法が開示されている。

ここで用いられている一対の集電体５２、５３の電極体５０側には、それぞれ電極体５０に対して略垂直方向に伸びるリブ５２ａ、５３ａが形成されているが、これらのリブ５２ａ、５３ａは抵抗溶接時に電極棒５４と集電体５２との間及び電極棒５５と集電体５３との間で発生したスパッタ５６が、それぞれ電極体５０側に到達しないように遮蔽するように形成されているものである。なお、集電体５２と芯体露出部５１との間及び芯体露出部５１と集電体５２との間に配置されている環状の絶縁テープ５７、５８は、それぞれ抵抗溶接時に集電体５２と芯体露出部５１との間及び芯体露出部５１と集電体５３との間に発生したスパッタをこれらの環状の絶縁テープ５７、５８内に捕集するためのものである。

特開２００９−０３２６４０号公報 特開２００９−２８９５９３号公報

上記特許文献１に開示されている角形二次電池の製造方法によれば、極板の芯体露出部と集電体との間を抵抗溶接する際に、電極棒と集電体との接触部で発生したスパッタを電極体側に飛散しないようにできるので、内部短絡の発生を抑制することができるという効果を奏する。このような効果は、リブの長さを長くすればより良好に奏されるようになる。なお、集電体のリブは、上記特許文献２に示されているように、偏平状の電極体を角形外装缶内での位置決めする役割も果たすことができる。

一方、ＥＶ、ＨＥＶ、ＰＨＥＶ用の角形二次電池においては、電池側面に重量物が落下したり、組電池にする際に異物を挟んで荷重をかけた等により、電池側面に過剰な力がかかって外装缶の側面が変形した際に、外装缶と集電体とが短絡するリスク対策として、通常は樹脂製の絶縁シート等の絶縁部材を電極体と外装缶の間に設置している。しかしながら、特に負極側の集電体に用いられる銅ないし銅合金は硬いため、外装缶の側面が変形した際に集電体のリブが樹脂製の絶縁シートを貫通してしまい、外装缶と集電体とが短絡してしまう可能性がある。

本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決するためになされたものであって、偏平状の電極体の正極芯体露出部及び負極芯体露出部の少なくとも一方にリブを備えた集電体が接続された角形電池において、何からの影響によって外装缶の側面が変形することがあっても、外装缶と集電体とがリブを介して短絡し難い構成の角形電池を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の角形電池は、一方の端部に積層された正極芯体露出部を有し、他方の端部に積層された負極芯体露出部を有する偏平形電極体が外装缶に収納され、前記積層された正極芯体露出部及び前記積層された負極芯体露出部の少なくとも一方の積層方向における最外面には集電体が接続されており、前記集電体は、前記集電体の本体と、前記集電体の本体に対して略垂直方向に伸びるリブが形成されている角形電池であって、前記リブと前記外装缶との間には絶縁部材が配置されており、前記リブには、前記リブの先端部を除く領域に、薄肉部、溝部、開口部又はリブの幅を狭くする切り欠き部からなる易曲折部が形成されていることを特徴とする。

本発明の角形電池においては、外装缶の側面が変形して外装缶の内面に配置されている絶縁部材が集電体のリブの先端部と強く接触することがあっても、集電体のリブは易屈曲部において容易に折れ曲がる。そのため、本発明の角形電池によれば、外装缶の側面に変形が生じても、リブの先端部が絶縁部材を突き破り難くなるから、集電体と外装缶との間の短絡が生じ難くなる。

また、本発明の角形電池の集電体に形成されているリブは、集電体と正極芯体露出部ないし負極芯体露出部とを抵抗溶接する際のスパッタの飛散防止効果や、集電体の抵抗溶接部以外の部分の溶融を防止するための放熱フィンとしての効果も有する。また、集電体の本体とリブとの間のなす角度は垂直であることが好ましいが、必ずしも垂直である必要はなく、垂直から±１０°程度傾いていてもよい。また、集電体の形態としては、積層された芯体露出部の両側に集電体が接続されるものでも片側にのみ集電体が接続されるものでもよい。また、積層された芯体露出部の一方の面に外部端子に接続される集電体、他方の面に単独部品である集電体受け部品を接続するものでもよい。この場合、この単独部品である集電体受け部品は、直接外部端子と接続されているものではないが、本発明の集電体に含まれる。また、集電体は直接外部端子に接続されるものであっても、例えば端子内部に組み込まれた安全弁を兼ねる電流遮断機構や内部端子を経て外部端子に接続されるものであってもよい。

なお、本発明の角形電池においては、リブに形成されている易曲折部は、リブの先端（集電体の本体から最も離間した位置）を除いた位置に形成されていれば、集電体の本体に近い位置でも、リブの先端に近い位置でも、任意に形成し得る。リブの先端に薄肉部、溝部、開口部ないしリブの幅を狭くする切り欠き部を形成しても、リブの先端に外力が加わった場合には却ってリブの先端が絶縁部材を突き破る可能性が大きくなり、本発明の効果が有効に奏され難くなる。また、リブに易曲折部を形成するための薄肉部、溝部、開口部又はリブの幅を狭くする切り欠き部の形状は、任意の形状のものを採用することができる。

また、本発明の集電体のリブに形成される易屈曲部は、正極板側及び負極板側の少なくとも一方に形成されていればよいが、非水電解質二次電池に対して本発明を適用する場合には、集電体構成材料の機械的強度を考慮すると、少なくとも負極板に設けられる集電体のリブに対して適用することが好ましい。また、本発明の角形電池は、正極板及び負極板がセパレータを介して巻回ないし積層された偏平形電極体のどちらに対しても適用可能であり、一次電池であっても二次電池であっても適用可能である。

なお、本発明の角形二次電池における絶縁部材としては、製造上の容易性を考慮するとシート状のものが好ましく、また、シート状の絶縁部材としては、樹脂製、セラミック製ないしガラス繊維製のもの等を使用し得るが、樹脂製のものが特に好ましい。さらに、この絶縁部材としては、外装缶の内壁に塗布された絶縁層や、外装缶の内壁に形成した酸化物層ないしセラミック層等の絶縁層であってもよい。

また、本発明の角形電池においては、前記リブに形成される易屈曲部は、前記リブの前記集電体本体からリブの長さの２／３までの領域に設けられていることが好ましい。

リブに形成される易屈曲部が集電体本体からリブの長さの２／３までの領域に形成されていれば、リブの先端に外力が加わった際に易屈曲部がより折り曲げられ易くなるのでより集電体と外装缶との間の短絡が生じ難くなる。

また、本発明の角形電池においては、前記リブは前記電極体よりも外装缶側に突出していることが好ましい。

本発明の角形電池によれば、リブが電極体よりも外装缶側（外側）に突出していることにより、集電体と正極芯体露出部ないし負極芯体露出部とを抵抗溶接する際のスパッタの飛散防止効果が大きくなっているとともに、リブが絶縁部材を介して外装缶と接触するようにできるため、電極体が外装缶内で動くことを防止できるようになる。そのため、本発明の角形電池は、ＥＶやＨＥＶ等の振動が多い環境下で使用するための角形電池として最適となる。なお、このような構成を採用する場合、リブに易屈曲部が形成されていないとリブが絶縁部材を突き破り易くなるが、本願発明の角形電池では、リブに易屈曲部が形成されているので、リブが絶縁部材を突き破り難くなる。

また、本発明の角形電池においては、前記リブは前記集電体の一部を折り返して形成されたものであることが好ましい。

本発明の角形電池によれば、リブは集電体の一部を折り返して形成されたものであるため、集電体の製造が容易となる。

また、本発明の角形電池においては、前記リブは、前記集電体の前記正極芯体露出部側ないし負極芯体露出部側の根元側に形成されていることが好ましい。

本発明の角形電池によれば、リブが電極体における正極板、セパレータ、及び負極板の積層部に近い位置に形成されていることにより、それに応じて集電体と正極芯体露出部ないし負極芯体露出部とを抵抗溶接する際のスパッタが電極体の方に飛散することを防止できるので、より電極体の内部短絡を抑制することができるようになる。

また、本発明の角形電池においては、前記正極芯体露出部及び前記負極芯体露出部の少なくとも一方は、２分割されてその間に少なくとも１つの導電性中間部材を保持した樹脂材料製の中間部材が配置され、前記２分割された芯体露出部側の前記集電体は、前記２分割された芯体露出部の最外側の少なくとも一方の面に配置され、前記２分割された芯体露出部と前記中間部材の前記少なくとも１つの導電性中間部材と共に抵抗溶接法によって電気的に接合されているものとすることが好ましい。

本発明の角形電池によれば、積層された正極芯体露出部ないし負極芯体露出部の厚さが厚くても、シリーズ抵抗溶接法によって２分割された側の芯体露出部と導電性中間部材及び集電体との間を一度に溶接することができる。加えて、導電性中間部材を複数個設けた場合には、導電性中間部材は樹脂材料製の中間部材に保持・固定されているから、複数の導電性中間部材間の寸法精度が向上し、しかも、２分割された側の芯体露出部の間に安定な状態で位置決め配置できるため、抵抗溶接部の品質が向上して低抵抗化を実現できる。そのため、本発明の角形電池によれば、出力が向上し、しかも、出力のバラツキが低減した角形電池が得られる。

図１Ａは実施形態１の角形非水電解質二次電池の断面図であり、図１Ｂは図１ＡのＩＢ−ＩＢ線に沿った断面図であり、図１Ｃは図１ＡのＩＣ−ＩＣ線に沿った断面図である。 図２Ａは図１ＢのIIＡ部分の拡大図であり、図２Ｂは図２ＡのIIＢ−IIＢ線に沿った断面図である。 実施形態１における芯体露出部と集電体との抵抗溶接状態を示す側部断面図である。 図４Ａは変形例１に対応する図１ＡのＩＢ−ＩＢ線に沿った部分の断面図であり、図４Ｂは変形例２に対応する図１ＡのＩＢ−ＩＢ線に沿った部分の断面図である。 図５Ａは実施形態２の場合の図１ＢのIIＡ部分に対応する部分の拡大図であり、図５Ｂは図５ＡのＶＢ−ＶＢ線に沿った断面図である。 図６Ａは実施形態３の場合の図１ＢのIIＡ部分に対応する部分の拡大図であり、図６Ｂは図６ＡのVIＢ−VIＢ線に沿った断面図である。 図７Ａは実施形態４の場合の図１ＢのIIＡ部分に対応する部分の拡大図であり、図７Ｂは図７ＡのVIIＢ−VIIＢ線に沿った断面図である。 従来例の芯体露出部と集電体とを抵抗溶接状態を示す側面図である。

以下に本発明の実施形態を図面を用いて詳細に説明する。ただし、以下に示す各実施形態は、本発明の技術思想を理解するために例示するものであって、本発明をこの実施形態に特定することを意図するものではなく、本発明は特許請求の範囲に示した技術思想を逸脱することなく種々の変更を行ったものにも均しく適用し得るものである。なお、この明細書における説明のために用いられた各図面においては、各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各部材毎に適宜縮尺を異ならせて表示しており、必ずしも実際の寸法に比例して表示されているものではない。

また、本発明で使用し得る電極体は、正極板と負極板とをセパレータを介して積層又は巻回することにより、一方の端部に複数枚の正極芯体が積層された正極芯体露出部が形成され、他方の端部に複数枚の負極芯体が積層された負極芯体露出部が形成された偏平状のものに適用できるが、以下においては、偏平状の巻回電極体に代表させて説明する。

［実施形態１］
最初に、実施形態１の角形電池の例として角形非水電解質二次電池を図１〜図３を用いて説明する。なお、図１Ａは実施形態１の角形非水電解質二次電池の断面図であり、図１Ｂは図１ＡのＩＢ−ＩＢ線に沿った断面図であり、図１Ｃは図１ＡのＩＣ−ＩＣ線に沿った断面図である。図２Ａは図１ＢのIIＡ部分の拡大図であり、図２Ｂは図２ＡのIIＢ−IIＢ線に沿った断面図である。図３は実施形態１における芯体露出部と集電体との抵抗溶接状態を示す側部断面図である。

この角形非水電解質二次電池１０は、正極板と負極板とがセパレータ（何れも図示省略）を介して巻回された偏平状の巻回電極体１１を有している。正極板は、アルミニウム箔からなる正極芯体の両面に正極活物質合剤を塗布し、乾燥及び圧延した後、アルミニウム箔が帯状に露出するようにスリットすることにより作製されている。また、負極板は、銅箔からなる負極芯体の両面に負極活物質合剤を塗布し、乾燥及び圧延した後、銅箔が帯状に露出するようにスリットすることによって作製されている。

そして、上述のようにして得られた正極板及び負極板を、正極板のアルミニウム箔露出部と負極板の銅箔露出部とがそれぞれ対向する電極の活物質層と重ならないようにずらして、ポリエチレン製微多孔質セパレータを介して巻回することで、巻回軸方向の一方の端には複数枚重なった正極芯体露出部１４を備え、他方の端には複数枚重なった負極芯体露出部１５を備えた偏平状の巻回電極体１１が作製されている。

複数枚の正極芯体露出部１４は積層されて正極集電体１６を介して正極端子１７に接続され、同じく複数枚の負極芯体露出部１５は積層されて負極集電体１８を介して負極端子１９に接続されている。なお、ここでは、正極集電体１６及び負極集電体１８がそれぞれ直接正極端子１７及び負極端子１９に接続されている例を示したが、この正極集電体１６及び負極集電体１８はそれぞれ別の導電部材を経て正極端子１７及び負極端子１９に接続されているようにしてもよい。また、正極端子１７ないし負極端子１９は、安全弁を兼ねる電流遮断機構を内蔵するものであってもよい。

また、正極端子１７、負極端子１９はそれぞれ絶縁部材２０、２１を介して封口板１３に固定されている。この実施形態１の角形非水電解質二次電池１０は、上述のようにして作製された偏平状の巻回電極体１１の封口板１３側を除く周囲に絶縁性の絶縁シート２３を介在させて角形の外装缶１２内に挿入した後、封口板１３を外装缶１２の開口部にレーザ溶接し、その後、電解液注液孔２２から非水電解液を注液し、この電解液注液孔２２を密閉することにより作製されている。

偏平状の巻回電極体１１は、図１Ｂ及び図１Ｃに示すように、正極板側では、積層された複数枚の正極芯体露出部１４が２分割されて、その間に正極中間部材２４が配置されている。正極中間部材２４は、樹脂材料からなる絶縁性中間部材２４Ａに導電性中間部材２４Ｂが複数個、ここでは２個が配置されている。各導電性中間部材２４Ｂは、それぞれ積層された正極芯体露出部１４と対向する側に、プロジェクションとして作用する円錐台状の突起２４Ｃが形成されている。

同じく負極板側では、積層された複数枚の負極芯体露出部１５が２分割され、その間に負極中間部材２５が配置されている。負極中間部材２５は、樹脂材料からなる絶縁性中間部材２５Ａに導電性中間部材２５Ｂが複数個、ここでは２個が配置されている。各導電性中間部材２５Ｂは、それぞれ積層された負極芯体露出部１５と対向する側に、プロジェクションとして作用する円錐台状の突起２５Ｃが形成されている。

また、正極中間部材２４の両側に位置する正極芯体露出部１４の最外側の両側の表面にはそれぞれ正極集電体１６が配置されており、負極中間部材２５の両側に位置する負極芯体露出部１５の最外側の両側の表面にはそれぞれ負極集電体１８が配置されている。

なお、正極中間部材２４を構成する導電性中間部材２４Ｂは正極芯体と同じ材料であるアルミニウム製であり、負極中間部材２５を構成する導電性中間部材２５Ｂは負極芯体と同じ材料である銅製であるが、それぞれの形状は同じであっても異なっていてもよい。また、正極中間部材２４を構成する絶縁性中間部材２４Ａ及び負極中間部材２５を構成する絶縁性中間部材２５Ａとして使用し得る材料としては、たとえばポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリ塩化ビニリデン（ＰＶＤＣ）、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）などが挙げられる。

また、実施形態１の角形非水電解質二次電池１０においては、図１Ａ、図１Ｂ及び図２に示したように、正極中間部材２４及び負極中間部材２５として、それぞれ樹脂材料からなる絶縁性中間部材２４Ａ、２５Ａにそれぞれ２個の導電性中間部材２４Ｂ、２５Ｂを用いた例を示したが、これらの導電性中間部材２４Ｂ、２５Ｂからなる組は、要求される電池の出力等に応じて１個でもよく、あるいは３個以上としてもよい。２個以上用いる構成であれば、１個の樹脂材料からなる絶縁性中間部材２４Ａ、２５Ａにそれぞれ２個以上の導電性中間部材２４Ｂ、２５Ｂが配置されているので、それぞれの組の導電性中間部材２４Ｂ、２５Ｂを２分割された側の芯体露出部の間に安定な状態で位置決め配置できるようになる。

これらの正極集電体１６と２分割された正極芯体露出部１４の最外面との間、正極中間部材２４の導電性中間部材２４Ｂと２分割された正極芯体露出部１４の内面との間は、共に導電性中間部材２４Ｂに形成された円錐台状の突起２４Ｃを介して抵抗溶接されており、同じく、負極集電体１８と２分割された負極芯体露出部１５の最外面との間、負極中間部材２５を構成する導電性中間部材２５Ｂと２分割された負極芯体露出部１５の内面との間も共に導電性中間部材２５Ｂに形成された円錐台状の突起２５Ｃを介して抵抗溶接されている。

以下、偏平状の巻回電極体１１の具体的製造方法、並びに、正極芯体露出部１４、正極集電体１６、導電性中間部材２４Ｂを有する正極中間部材２４を用いた抵抗溶接方法、及び、負極芯体露出部１５、負極集電体１８、導電性中間部材２５Ｂを有する負極中間部材２５を用いた抵抗溶接方法を図２及び図３を用いて詳細に説明する。しかしながら、実施形態１においては、正極中間部材２４の形状及び負極中間部材２５の形状は実質的に同一とすることができ、しかも、それぞれの抵抗溶接方法も実質的に同様であるので、以下においては負極板側のものに代表させて説明することとする。

まず、正極板及び負極板を、正極板のアルミニウム箔露出部と負極板の銅箔露出部とがそれぞれ対向する電極の活物質層と重ならないようにずらして、ポリエチレン製多孔質セパレータを介して巻回して得られた偏平状の巻回電極体１１を作製した。次いで、負極芯体露出部１５を、巻回中央部分から両側に２分割し、電極体厚みの１／４を中心として負極芯体露出部１５を集結させた。ここで、集結させた銅箔の厚さは片側約４５０μｍである。

また、負極集電体１８は厚さ０．８ｍｍの銅板を打ち抜き、曲げ加工等にて製作した。なお、この負極集電体１８は銅板から鋳造等にて製作してもよい。ここで使用した負極集電体１８は、抵抗溶接箇所から負極端子１９まで延在している本体部１８Ａと、溶接箇所において本体部から略垂直方向に伸びるリブ１８Ｂと、このリブ１８Ｂの表面に形成されてリブ１８Ｂの厚さを部分的に薄くして屈曲し易くするための溝部１８Ｃとが形成されており、負極端子１９を中心として対称な構造となるように一体に形成されている。なお、負極集電体１８のリブ１８Ｂ及び溝部１８Ｃの詳細な構成及び作用については後述する。

そして、２分割された負極芯体露出部１５の最外面の両面に負極集電体１８を配置し、２分割された負極芯体露出部１５の内面に、導電性中間部材２５Ｂの両側の円錐台状の突起２５Ｃがそれぞれ２分割された負極芯体露出部１５の内面と当接するように負極中間部材２５を挿入する。負極中間部材２５の導電性中間部材２５Ｂは、例えば円柱状をしており、両端部にそれぞれ円錐台状の突起２５Ｃが形成されている。円錐台状の突起２５Ｃの高さは、抵抗溶接部材に一般的に形成されている突起（プロジェクション）と同程度、すなわち、数ｍｍ程度であればよい。

また、負極中間部材２５を構成する導電性中間部材２５Ｂの径及び長さは、偏平状の巻回電極体１１や外装缶１２（図１参照）の大きさによっても変化するが、３ｍｍ〜数１０ｍｍ程度であればよい。なお、ここでは負極中間部材２５を構成する導電性中間部材２５Ｂの形状は円柱状のものとして説明したが、角柱状、楕円柱状等、金属製のブロック状のものであれば任意の形状のものを使用することができる。

実施形態１の負極中間部材２５は、導電性中間部材２５Ｂが２個、樹脂材料からなる絶縁性中間部材２５Ａにそれぞれ一体に保持されている。この場合、それぞれの導電性中間部材２５Ｂは互いに並行になるように保持されており、かつ、導電性中間部材２５Ｂの両端面、すなわち円錐台状の突起２５Ｃが形成されている側がそれぞれ２分割された負極芯体露出部１５の内面に位置するように配置されている。この負極中間部材２５を構成する樹脂材料からなる絶縁性中間部材２５Ａの形状は角柱状、円柱状等任意の形状をとることができるが、２分割した負極芯体露出部１５間で安定的に位置決めして固定されるようにするために、ここでは角柱状とされている。

そして、負極中間部材２５の長さは、角形非水電解質二次電池のサイズによっても変化するが、２０ｍｍ〜数十ｍｍとすることができ、その幅は、負極中間部材２５の近傍において、抵抗溶接を行った後に樹脂材料からなる絶縁性中間部材２５Ａの側面が２分割された負極芯体露出部１５の内面と接するような状態となるように設定することが好ましいが、他の部分では、例えば抵抗溶接時のガス抜きが良好となるようにするために、外周部に溝を形成しても、内部に空洞を形成してもよい。

次いで、図３に示したように、上下に配置された一対の抵抗溶接用電極棒３１及び３２間に偏平状の巻回電極体１１を配置し、負極集電体１８のリブ１８Ｂが形成されている箇所の本体部１８Ａが、導電性中間部材２５Ｂの両側に形成されている円錐台状の突起２５Ｃとそれぞれ２分割された負極芯体露出部１５を介して互いに対向するように配置し、一対の抵抗溶接用電極棒３１及び３２をそれぞれ負極集電体１８の本体部１８Ａに当接させる。

なお、負極集電体１８を負極芯体露出部１５の最外面の両面に配置する時期は、２分割された負極芯体露出部１５間に負極中間部材２５を配置する前であっても後であってもよい。また、負極集電体１８を負極端子１９に接続するのは負極集電体１８を負極芯体露出部１５に抵抗溶接する前であっても抵抗溶接した後であってもよい。しかしながら、予め負極集電体１８を負極端子１９に接続した後に負極集電体１８を負極芯体露出部１５に抵抗溶接するようした方が、抵抗溶接時の位置決めが容易となるので、製造効率が向上する。

そして、一対の抵抗溶接用電極棒３１及び３２間に適度の押圧力を印加し、予め定められた条件で抵抗溶接を行うと、抵抗溶接用電流は、例えば抵抗溶接用電極棒３１から、上側の負極集電体１８の本体部１８Ａ、２分割された負極芯体露出部１５、導電性中間部材２５Ｂ、２分割された負極芯体露出部１５、下側の負極集電体１８の本体部１８Ａ、抵抗溶接用電極棒３２へと流れる。これにより、上側の負極集電体１８の本体部１８Ａ、２分割された負極芯体露出部１５、及び導電性中間部材２５Ｂの一方の端面の間、導電性中間部材２５Ｂの他方の端面、２分割された負極芯体露出部１５、及び下側の負極集電体１８の本体部１８Ａとの間に、それぞれ抵抗溶接部分が形成される。

このとき、負極集電体１８は、負極端子１９を中心として対称な構造となるように一体に形成されているため、上側の本体部１８Ａから下側の本体部１８Ａまで短絡されている形になり、無効電流が流れるが、抵抗溶接電流が大きいために，一対の抵抗溶接用電極棒３１，３２間の押圧力を適切に維持することにより、有効に抵抗溶接を行うことができる。しかも、この抵抗溶接時には、負極中間部材２５は２分割された負極芯体露出部１５の間に安定的に位置決めされた状態で配置されているので、正確にかつ安定した状態で抵抗溶接することが可能となり、溶接強度がばらつくことが抑制され、溶接部の低抵抗化を実現でき、大電流充放電が可能な角形非水電解質二次電池を製造することができるようになる。

なお、上記実施形態１では、負極中間部材２５を形成する導電性中間部材２５Ｂとして両端側に円錐台状の突起２５Ｃが形成されているものを用いた例を示したが、これらの円錐台状の突起２５Ｃを設けることは必ずしも必要な構成要件ではなく、形成しなくてもよい。また、ここでは円錐台状の突起２５Ｃを形成した例を示したが、三角錐台状のものや四角錐台状のものやさらに多角錐台状のものも使用することができ、さらには突起の先端部に開口（窪み）が形成されているものを用いてもよい。突起に開口が形成されていない場合、突起の作用は従来の抵抗溶接時のプロジェクションと同様になるが、突起の先端側に開口を設けると、抵抗溶接時にこの開口の周囲に電流が集中するので、発熱状態が良好となり、より良好に抵抗溶接を行うことができるようになる。

また、第１実施形態では、正極側も負極側の場合と同様にして、２分割された正極芯体露出部１４の内側に絶縁性中間部材２４Ａ、導電性中間部材２４Ｂ及び円錐台状の突起２４Ｃを備えた正極中間部材２４を配置し、正極芯体露出部１４の最外面に本体部１６Ａ、リブ１６Ｂ及び溝部１６Ｃ（図１参照）が形成された正極集電体１６を配置し、抵抗溶接している例を示している。そして、このように正極集電体１６及び負極集電体１８が取り付けられた偏平状の巻回電極体１１の周囲を絶縁シート２３によって被覆し、角形の外装缶１２内に挿入した後、封口板１３を外装缶１２の開口部にレーザ溶接し、その後、電解液注液孔２２から非水電解液を注液し、この電解液注液孔２２を密閉することにより第１実施形態の角形非水電解質二次電池１０が完成される。

ここで、第１実施形態の角形非水電解質二次電池１０における負極集電体１８の具体的構成及び作用について説明する。負極集電体１８は、本体部１８Ａとリブ１８Ｂとを備え、リブ１８Ｂには、リブ１８Ｂの偏平状の巻回電極体１１とは反対側において、先端部を除く領域に本体部１８Ａに沿う方向に溝部１８Ｃが形成されている。このリブ１８Ｂは、負極集電体１８の本体部１８Ａと一体に形成されており、図８に示した従来技術のように、負極集電体１８の一部を本体部１８Ａとの境界部分で略垂直となるように折り返すことにより形成されたものである。

なお、折り返す角度は正確に垂直でなくても、実質的に垂直に近ければよく、±１０°程度ずれていてもかまわない。そして、このリブ１８Ｂは、抵抗用溶接時に抵抗溶接用電極棒３１ないし３２と負極集電体１８の本体部１８Ａとの間から発生したスパッタが偏平状の巻回電極体１１側に飛散することを抑制する効果と、負極集電体１８の抵抗溶接部以外の部分の溶融を防止するための放熱フィンとしての効果を奏する。

また、リブ１８Ｂは、図２Ａに示したように、先端１８Ｄが巻回電極体１１よりも外装缶１２側（外側）に僅かに突出しているように形成されている。そのため、抵抗用溶接時に抵抗溶接用電極棒３１ないし３２と負極集電体１８の本体部１８Ａとの間から発生したスパッタが偏平状の巻回電極体１１側に飛散することを抑制する効果が大きくなるとともに、リブ１８Ｂの先端１８Ｄが絶縁シート２３を介して外装缶１２と接触するようになるため、偏平状の巻回電極体１１が外装缶１２内で動くことを防止できるようになる。

加えて、リブ１８Ｂの先端１８Ｄが偏平状の巻回電極体１１よりも外装缶１２側に僅に突出していると、リブ１８Ｂに溝部１８Ｃが形成されていない場合は、外部から何らかの力が加わって外装缶１２が変形した場合、リブ１８Ｂの先端１８Ｄが絶縁シート２３を突き破り易くなる。しかしながら、第１実施形態の角形非水電解質二次電池１０では、リブ１８Ｂに溝部１８Ｃが形成されているので、この部分のリブ１８Ｂの厚さが薄くなっており、リブ１８Ｂに先端１８Ｄから力が加わると、リブ１８Ｂの先端１８Ｄ側は溝部１８Ｃが形成されている箇所で曲折し易くなっている。すなわち、第１実施形態の角形非水電解質二次電池１０では、負極集電体１８のリブ１８Ｂに溝部１８Ｃが形成されている領域が、本発明の「易曲折部」となっている。

そのため、第１実施形態の角形非水電解質二次電池１０によれば、外部から力が加わって外装缶１２が変形し、リブ１８Ｂの先端１８Ｄから力が加わることがあっても、リブ１８Ｂの先端１８Ｄ側は容易に溝部１８Ｃの箇所から折れ曲るので、リブ１８Ｂの先端１８Ｄが絶縁シート２３を突き破る虞が極めて小さくなり、負極集電体１８と外装缶１２との間で短絡が生じる虞が極めて小さくなる。

なお、負極集電体１８のリブ１８Ｂにおける溝部１８Ｃの形成位置は、負極集電体１８の本体部１８Ａからリブ１８Ｂの長さの２／３までの領域に設けられていることが好ましい。溝部１８Ｃは、リブ１８Ｂの先端１８Ｄ以外に形成されていれば、それなりの効果を奏するが、負極集電体１８の本体部１８Ａからリブ１８Ｂの長さの２／３以内とすれば、リブ１８Ｂが折れ曲がり易くなる。
ただし、溝部１８Ｃをリブ１８Ｂの先端１８Ｄに形成すると、却ってリブ１８Ｂの先端１８Ｄが絶縁シート２３を突き破り易くなり、負極集電体１８と外装缶１２との間の短絡が生じやすくなってしまう。また、溝部１８Ｃに変えて、明確に溝とは認識できない薄肉部が形成するようにしてもよい。

なお，上記実施形態１では、２分割された正極芯体露出部１４の間及び負極芯体露出部１５の間にそれぞれ正極中間部材２４及び負極中間部材２５を配置した例を示した。しかしながら、これらの正極中間部材２４及び負極中間部材２５は、必ずしも必要な構成ではなく、正極芯体露出部１４及び負極芯体露出部１５の何れか一方に設けてもよく、さらには、図８に示した従来例のように、正極中間部材２４及び負極中間部材２５を用いることなく、すなわち正極芯体露出部１４及び負極芯体露出部１５をそれぞれ２分割することなく、それぞれに正極集電体１６及び負極集電体１８を接続してもよい。

［変形例１及び２］
上記実施形態１では、２分割された負極芯体露出部１５の最外面の両面に負極集電体１８を当接させる例を示した。しかしながら、本発明においては、２分割された負極芯体露出部１５の最外面の両面に負極端子１９に接続された負極集電体１８を当接させることは必ずしも必要な条件ではなく、少なくとも２分割された負極芯体露出部１５の最外側の一方の面に負極集電体１８を接続すればよい。

このような少なくとも２分割された負極芯体露出部１５の最外側の一方の面に負極端子１９に接続された負極集電体１８を当接させた変形例１及び２の抵抗溶接後の負極集電体１８の配置状態を図４Ａ及び図４Ｂを用いて説明する。なお、図４Ａは変形例１に対応する図１ＡのＩＢ−ＩＢ線に沿った部分の断面図であり、図４Ｂは変形例２に対応する図１ＡのＩＢ−ＩＢ線に沿った部分の断面図である。なお、変形例１及び２では、偏平状の巻回電極体１１及び負極中間部材２５として実施形態１で使用したものと同様の構成のものを用いるものとし、また、実施形態１のものと同様の構成部分については同一の参照符号を付与してその詳細な説明は省略する。

変形例１では、図４Ａに示すように、２分割された負極芯体露出部１５の最外側の一方の面に負極端子１９に接続された負極集電体１８の本体部１８Ａを当接するように配置すると共に、２分割された負極芯体露出部１５の最外側の他方の面に負極集電受け部材１８Ｅを当接するように配置し、負極集電体１８と負極集電受け部材１８Ｅとの間に一対の抵抗溶接用電極棒を当接して抵抗溶接を行ったものである。この場合、 変形例１では、負極集電受け部材１８Ｅは、直接負極端子１９とは電気的に接続されておらず、抵抗溶接時に一対の抵抗溶接用電極棒の一方側を受け止める役割を果たす。なお、この変形例１の負極集電受け部材１８Ｅは折り曲げにより形成されたリブ１８Ｆを備えており、このリブ１８Ｆに溝部１８Ｃが形成されている。この負極集電受け部材１８Ｅは、リブ１８Ｆに溝１８Ｃが形成されていることにより、実質的に実施形態１の場合と同様の作用効果を奏する。

すなわち、負極集電受け部材１８Ｅは、直接負極端子１９と接続されていない以外は実質的に負極集電体１８と同様の作用効果を奏するものである。そのため、本発明における「集電体」とはこのような「集電受け部材」をも含む意味で用いられている。ただ、抵抗溶接は、負極集電受け部材１８Ｅを用いるよりも、負極集電部材を２分割された芯体露出部の最外側の両方の面に配置した方が物理的に安定した状態で行うことができる。

また、変形例２では、図４Ｂに示すように、２分割された負極芯・BR>フ露出部１５の最外側の一方の面には負極集電体１８を当接するように配置すると共に、２分割された正極芯体露出部１４の最外側の他方の面には何も設けず、負極集電体１８と２分割された負極芯体露出部１５の他方側との間に一対の抵抗溶接用電極を当接して抵抗溶接を行ったものである。すなわち、この変形例２では、抵抗溶接時に一対の抵抗溶接用電極の一方側を２分割された負極芯体露出部１５の最外側の他方の面に直接接触させて抵抗溶接を行っている。この変形例２のような構成でも、負極中間部材２５の導電性中間部材２５Ｂの円錐台状の突起２５Ｃが備えているプロジェクション効果のため、一応良好な抵抗溶接を行うことができる。しかしながら、抵抗溶接用電極と負極芯体露出部１５の最外側の他方の面との間に融着が生じる可能性があるので、実施形態１ないし変形例１のように、負極芯体露出部１５の最外側の他方の面には、負極集電体１８ないし負極集電受け部材１８Ｅを配置することが望ましい。

［実施形態２及び３］
上記実施形態１、変形例１及び２では、負極集電体１８のリブ１８Ｂに易曲折部を形成するための溝部１８Ｃを、リブ１８Ｂの偏平状の巻回電極体１１とは反対側において、本体部１８Ａから離間した位置に形成した例を示した。しかしながら、易曲折部を形成するための溝部１８Ｃは、リブ１８Ｂの先端以外であれば、本体部１８Ａに隣接した位置に設けても、或いはリブ１８Ｂの偏平状の巻回電極体１１側に設けてもよい。このような溝部１８Ｃを本体部１８Ａに隣接した位置に設けた例を実施形態２として、また、リブ１８Ｂの偏平状の巻回電極体１１側に設けた例を実施形態３として、それぞれ図５及び図６を用いて説明する。

なお、図５Ａは実施形態２の場合の図１ＢのIIＡ部分に対応する部分の拡大図であり、図５Ｂは図５ＡのＶＢ−ＶＢ線に沿った断面図である。図６Ａは実施形態３の場合の図１ＢのIIＡ部分に対応する部分の拡大図であり、図６Ｂは図６ＡのVIＢ−VIＢ線に沿った断面図である。また、実施形態２及び３においては、偏平状の巻回電極体１１及び負極中間部材２５として実施形態１で使用したものと同様の構成のものを用いており、実施形態１のものと同様の構成部分については同一の参照符号を付与してその詳細な説明は省略する。

実施形態２では、負極集電体１８のリブ１８Ｂに易曲折部を形成するための溝部１８Ｃを本体部１８Ａに隣接した位置に本体部１８Ａに沿う方向に設けている。このような構成を採用すると、外装缶１２の変形の程度が大きくても、リブ１８Ｂの先端側が大きく変形することができるので、負極集電体１８と外装缶１２との間の短絡が少なくなる。

また、実施形態３では、負極集電体１８のリブ１８Ｂに易曲折部を形成するための溝部１８Ｃを、実施形態１の場合とは逆に、本体部１８Ａに沿う方向にリブ１８Ｂの偏平状の巻回電極体１１側に設けている。このような構成であっても，実質的に実施形態１の場合と同様の作用効果を奏することができる。

［実施形態４］
上記実施形態１〜３、変形例１及び２では、負極集電体１８のリブ１８Ｂに易曲折部を形成するため、溝部１８Ｃを本体部１８Ａに沿う方向に形成した例を示した。しかしながら、易曲折部はリブの先端１８Ｄから外力が印加された場合に、リブ１８Ｂが変形して，リブ１８Ｂの先端１８Ｄが絶縁シート２３を突き破らないようにすればよいのであるから、溝部１８Ｃに換えてリブ１８Ｂの本体部１８Ａに沿う方向の幅を小さくする切り欠きを形成してもよい。この実施形態４の例を図７によって説明する。なお、図７Ａは実施形態４の場合の図１ＢのIIＡ部分に対応する部分の拡大図であり、図７Ｂは図７ＡのVIIＢ−VIIＢ線に沿った断面図である。

実施形態４では、負極集電体１８のリブ１８Ｂに易曲折部を形成するために、リブ１８Ｂの先端１８Ｄを除外して、リブ１８Ｂの本体部１８Ａに沿う方向の両側に２箇所の切り欠き１８Ｇを形成している。このような構成を採用すると、リブ１８Ｂの先端１８Ｄに外力が印加された場合、この切り欠き１８Ｇが形成された領域においてリブ１８Ｂが曲折しやすくなるので、実施形態１の場合と同様の作用効果を奏することができる。なお、リブ１８Ｂに切り欠き１８Ｇを形成する代わりに、リブ１８Ｂに、リブ１８Ｂの本体部１８Ａに沿う方向に細長い開口を形成してもよい。

なお、本発明においては、集電体のリブに形成される易屈曲部は、正極板側及び負極板側の少なくとも一方に形成されていればよいが、非水電解質二次電池に対して本発明を適用する場合には、アルミニウムからなる正極集電体１６よりも銅からなる負極集電体１８の方が固いため、少なくとも負極集電体１８に設けられるリブ１８Ｂに設けることが好ましい。また、本発明の角形電池は、正極板及び負極板がセパレータを介して巻回ないし積層された偏平形電極体のどちらに対しても適用可能であり、一次電池であっても二次電池であっても適用可能である。

また、本発明における「積層された正極芯体露出部」及び「積層された負極芯体露出部」とは、一方の端部に正極芯体露出部を有する正極極板及び他方の端部に負極芯体露出部を有する負極極板を、セパレータを挟んで互いに積層することにより形成されたものであっても、あるいは、セパレータを挟んで巻回することにより積層されたものであってもよい。さらに、上記実施形態では、正極集電体と積層された正極芯体露出部の最外面との間の接続及び負極集電体と積層された負極芯体露出部の最外面との間の接続を抵抗溶接によって行った例を示したが、レーザ光ないし電子ビーム等の高エネルギー線による溶接、超音波溶接等によって行ってもよい。この場合においても、集電体のリブは少なくとも外装缶内での偏平状電極体の位置決めの作用効果を奏することができる。

１０…角形非水電解質二次電池 １１…偏平状の巻回電極体 １２…外装缶 １３…封口板 １４…正極芯体露出部 １５…負極芯体露出部 １６…正極集電体 １６Ａ…（正極集電体の）本体部 １６Ｂ…（正極集電体の）リブ １６Ｃ…（正極集電体の）溝部 １７…正極端子 １８…負極集電体 １８Ａ…（負極集電体の）本体部 １８Ｂ…（負極集電体の）リブ １８Ｃ…（リブに形成された）溝部 １８Ｄ…（リブの）先端 １８Ｅ…負極集電体受け部材 １８Ｆ…（負極集電受け部材の）リブ １８Ｇ…切り欠き １９…負極端子 ２０、２１…絶縁部材 ２２…電解液注液孔 ２３…樹脂シート ２４…正極中間部材 ２４Ａ…（正極中間部材の）絶縁性中間部材 ２４Ｂ…（正極中間部材の）導電性中間部材 ２４Ｃ…（正極中間部材の）円錐台状の突起 ２５…負極中間部材 ２５Ａ…（負極中間部材の）絶縁性中間部材 ２５Ｂ…（負極中間部材の）導電性中間部材 ２５Ｃ…（負極中間部材の）円錐台状の突起 ３１、３２…抵抗溶接用電極棒

Claims (8)

1. 一方の端部に積層された正極芯体露出部を有し、他方の端部に積層された負極芯体露出部を有する偏平形電極体が外装缶に収納され、
   前記積層された正極芯体露出部及び前記積層された負極芯体露出部の少なくとも一方の積層方向における最外面のうち偏平面に集電体が接続されており、
   前記集電体は、前記偏平面に対向するように配置される集電体本体と、前記集電体本体に対して略垂直方向に伸びるリブを有する角形電池であって、
   前記リブと前記外装缶との間には絶縁部材が配置されており、
   前記リブには、前記リブの前記集電体本体からリブの長さの２／３までの領域に、薄肉部、溝部、開口部又はリブの幅を狭くする切り欠き部からなる易曲折部が形成されていることを特徴とする角形電池。
2. 前記偏平面に前記集電体が溶接接続されている請求項１に記載の角形電池。
3. 前記リブは、前記集電体本体の前記正極芯体露出部ないし負極芯体露出部側の根元側に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の角形電池。
4. 前記リブは、前記集電体本体の端部から折れ曲がった折れ曲がり部である請求項１〜３のいずれかに記載の角形電池。
5. 前記リブは前記電極体よりも外装缶側に突出していることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の角形電池。
6. 一方の端部に積層された正極芯体露出部を有し、他方の端部に積層された負極芯体露出部を有する偏平形電極体が外装缶に収納され、
   前記積層された正極芯体露出部及び前記積層された負極芯体露出部の少なくとも一方の積層方向における最外面のうち偏平面に集電体が接続されており、
   前記集電体は、前記偏平面に対向するように配置される集電体本体と、前記集電体本体に対して略垂直方向に伸びるリブを有し、
   前記リブと前記外装缶との間には絶縁部材が配置されており、
   前記リブには、前記リブの前記集電体本体からリブの長さの２／３までの領域に、薄肉部、溝部、開口部又はリブの幅を狭くする切り欠き部からなる易曲折部が形成されている角形電池の製造方法であって、
   前記偏平面に前記集電体を溶接する工程を有する角形電池の製造方法。
7. 前記リブは、前記集電体本体の前記正極芯体露出部ないし負極芯体露出部側の根元側に形成されていることを特徴とする請求項６に記載の角形電池の製造方法。
8. 前記正極芯体露出部及び前記負極芯体露出部の少なくとも一方は、２分割されてその間に少なくとも１つの導電性中間部材を保持した樹脂材料製の中間部材が配置され、
   前記２分割された芯体露出部側の前記集電体は、前記２分割された芯体露出部の最外側の少なくとも一方の面に配置され、
   前記２分割された芯体露出部と前記中間部材の前記少なくとも１つの導電性中間部材と共に抵抗溶接法によって電気的に接合される請求項６又は７に記載の角形電池の製造方法。