JP6045286B2 - 円筒形蓄電素子 - Google Patents

Description

この発明は、円筒形蓄電素子に関し、より詳細には、負極集電部材に接続される負極タブを備える円筒形蓄電素子に関する。

リチウム二次電池等に代表される円筒形二次電池においては、正極合剤層が形成された正極電極と負極合剤層が形成された負極電極とをセパレータを介して軸芯の周囲に捲回して電極群を構成する。正極電極は、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金等のアルミニウム系金属で形成された正極金属箔の両面に正極合剤が塗布された正極合剤塗工部と正極金属箔の長手方向に沿う一側縁部に正極合剤が塗布されない正極合剤未塗工部とを備えている。正極合剤未塗工部には、正極電極を正極集電部材に溶接するため、通常、タブと言われる複数の正極タブが、正極電極の長手方向の一側縁に沿って所定間隔で正極金属箔に一体に形成されている。

負極電極側においても同様で、例えば、銅、銅合金等の銅系金属で形成された負極金属箔の両面に負極合剤が塗布された負極合剤塗工部と、負極金属箔の長手方向に沿う一側縁部に負極合剤が塗布されない負極合剤未塗工部とを備えている。負極合剤未塗工部には、負極電極を負集電部材に溶接するため、複数の負極タブが、負極電極の長手方向の一側縁に沿って所定間隔で負極金属箔に一体に形成されている。

正極電極および負極電極は、それぞれ、発電量を満足する所定の長さを有する長尺状に形成され、軸芯に捲回される。正極電極あるいは負極電極は次の手順で作製される。正極電極金属箔の両面に正極合剤層を形成した正極電極金属箔を搬送しながら、または負極電極金属箔の両面に負極合剤層を形成した負極各電極金属箔を搬送しながら、ロールカッタなどにより正極タブまたは負極タブを形成し、所定の長さで切断して正極電極および負極電極を作製する。そして、正極電極と負極電極とをセパレータを介して軸芯の周囲に捲回して、一側縁側に正極タブ、他側縁側に負極タブが配列された電極群が形成される（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１１−２３８３７５号公報

円筒形二次電池では、水分の混入による性能の劣化を防止するために、正・負極合剤塗工後、セパレータを介して正・負極電極を捲回する前に高温で乾燥される。この乾燥工程において、正・負極金属箔が焼鈍され、銅系金属により形成されている負極タブはその剛性が低下する。負極タブは剛性の低下に伴い、捻れ、倒れあるいは折れ等が発生し易くなり、捲回等、その後の工程に支障が生じる恐れがあった。

この発明の円筒形蓄電素子は、長手方向の一側縁に沿って負極合剤が形成されていない負極合剤未塗工部を有する長尺状に形成され、銅系金属により形成された負極金属箔を有する負極電極と、長手方向の他側縁に沿って正極合剤が形成されていない正極合剤未塗工部を有する長尺状の正極電極とがセパレータを介して捲回されて成る発電ユニットと、前記負極電極が接続される負極集電部材と、前記正極電極が接続される正極集電部材と、前記発電ユニット、前記負極集電部材および前記正極電極が収容され、電解液が注入された容器と、を備え、前記負極電極の前記負極合剤は、熱乾燥されており、前記負極電極は、前記負極電極に一体に形成され、かつ、前記負極合剤未塗工部の一側縁に沿って前記長手方向に所定間隔で前記長手方向に直交する方向に延在され、前記負極集電部材に接続された複数の負極タブを備え、 前記複数の負極タブは、それぞれ、少なくとも前記負極合剤未塗工部に接続される根元部に、タブの面内変形に対する剛性を有する補強用変形部を備えていることを特徴とする。

この発明によれば、補強用変形部により負極タブの剛性を向上することができる。このため、負極合剤塗工部を乾燥処理した後においても、負極タブに、捻れ、倒れ、折れ等の変形が生じ難い。これにより、この後の工程の効率の向上を図ることができる。

この発明による円筒形蓄電素子の一実施形態としての円筒形二次電池の断面図。 図１に示された円筒形二次電池の分解斜視図。 図１の電極群の詳細を示すための一部を切断した状態の斜視図。 図３に図示された電極群の終端側を展開した状態の平面図。 図３に図示された電極群を作製する方法を説明するための斜視図。 図３に図示された電極群の完成状態を示す外観斜視図。 本発明の円筒形二次電池の製造方法の一実施の形態を示す処理フロー図。 負極タブを形成する方法を説明するための平面図。 （ａ）は負極タブ付近の拡大平面図、（ｂ）は、（ａ）の側面図。 負極タブを形成する方法を説明するための拡大断面図。 本発明の実施形態２を示し、（ａ）は負極タブ付近の拡大平面図、（ｂ）は、（ａ）の側面図。 本発明の実施形態３を示し、（ａ）は負極タブ付近の拡大平面図、（ｂ）は、（ａ）の側面図。 本発明の実施形態４を示し、（ａ）は負極タブ付近の拡大平面図、（ｂ）は、（ａ）の側面図。 図１３に図示された負極タブを形成する方法を説明するための拡大断面図。 本発明の実施形態５を示し、（ａ）は負極タブ付近の拡大平面図、（ｂ）は、（ａ）の側面図。

--実施形態１--
［円筒形二次電池の構造］
以下、この発明による円筒形蓄電素子について、リチウムイオン円筒形二次電池を一実施形態として図面と共に説明する。
図１は、この発明の円筒形二次電池の一実施形態を示す断面図であり、図２は、図１に示された円筒形二次電池の分解斜視図である。
円筒形二次電池１は、例えば、外形４０ｍｍφ、高さ１００ｍｍの寸法を有する。
この円筒形二次電池１は、有底円筒形の電池缶２およびハット形の上蓋３の内部に、以下に説明する発電用の各構成部材を収容している。有底円筒形の電池缶２には、その開放側である上端部側に電池缶２の内側に突き出した溝２ａが形成されている。

（電極群）
電池缶２内には電極群１０が収容されている。電極群１０は、中央部に軸芯１５を有し、軸芯１５の周囲に正極電極１１（図３参照）および負極電極１２（図３参照）が捲回されている。図３は、電極群１０の構造の詳細を示し、一部を切断した状態の斜視図である。図３に図示されるように、電極群１０は、軸芯１５の周囲に、正極電極１１、負極電極１２、および第１、第２のセパレータ１３、１４が捲回された構成を有する。
軸芯１５は、中空円筒状を有し、軸芯１５には、負極電極１２、第１のセパレータ１３、正極電極１１および第２のセパレータ１４が、この順に積層され、捲回されている。最内周の負極電極１２の内側には第１のセパレータ１３および第２のセパレータ１４が数周（図３では、１周）捲回されている。また、最外周は負極電極１２およびその外周に捲回された第１のセパレータ１３となっている。最外周の第１のセパレータ１３が接着テープ１９で止められる（図２参照）。

正極電極１１は、アルミニウム、アルミニウム合金等のアルミニウム系金属箔により形成され長尺な形状を有し、正極金属箔１１ａと、この正極金属箔１１ａの両面に正極合剤が塗布された正極合剤塗工部１１ｂを有する。この正極合剤未塗工部１１ｃには、軸芯１５と平行に上方に突き出す多数の正極タブ１６が等間隔に一体的に形成されている。

正極合剤は正極活物質と、正極導電材と、正極バインダとからなる。正極活物質はリチウム酸化物が好ましい。例として、コバルト酸リチウム、マンガン酸リチウム、ニッケル酸リチウム、リチウム複合酸化物（コバルト、ニッケル、マンガンから選ばれる２種類以上を含むリチウム酸化物）などが挙げられる。正極導電材は、正極合剤中におけるリチウムの吸蔵放出反応で生じた電子の正極電極１１への伝達を補助できるものであれば制限は無い。しかし中でも上述の材料である、コバルト酸リチウムとマンガン酸リチウムとニッケル酸リチウムとからなるリチウム複合酸化物を使用することにより良好な特性が得られる。

正極バインダは、正極活物質と正極導電材を結着させ、また正極合剤と正極集電体を結着させることが可能であり、非水電解液との接触により、大幅に劣化しなければ特に制限はない。正極バインダの例としてポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）やフッ素ゴムなどが挙げられる。正極合剤層の形成方法は、正極電極上に正極合剤が形成される方法であれば制限はない。正極合剤の形成方法の例として、正極合剤の構成物質の分散溶液を正極金属箔１１ａ上に塗布する方法が挙げられる。このような方法で製造することにより特性の優れた正極合剤が得られる。

正極合剤を正極金属箔１１ａに塗布する方法の例として、ロール塗工法、スリットダイ塗工法、などが挙げられる。正極合剤に分散溶液の溶媒例としてＮ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）や水等を添加し、混練したスラリを、厚さ２０μｍのアルミニウム系金属箔の両面に均一に塗布し、乾燥させた後、裁断する。正極合剤の塗布厚さの一例としては片側約４０μｍである。正極金属箔１１ａを裁断する際、正極タブ１６を一体的に形成する。すべての正極タブ１６の長さは、ほぼ同じである。

負極電極１２は、銅、銅合金等の銅系金属箔により形成され長尺な形状を有し、負極金属箔１２ａと、この負極金属箔１２ａの両面に負極合剤が塗布された負極合剤塗工部１２ｂを有する。負極金属箔１２ａの長手方向に沿う下方側の側縁は、負極合剤が塗布されず銅系金属箔が表出した負極合剤未塗工部１２ｃとなっている。この負極合剤未塗工部１２ｃには、正極タブ１６とは反対方向に延出された、多数の負極タブ１７が等間隔に一体的に形成されている。

負極合剤は、負極活物質と、負極バインダと、増粘剤とからなる。負極合剤は、アセチレンブラックなどの負極導電材を有しても良い。負極活物質としては、黒鉛炭素を用いること、特に人造黒鉛を使用することが好ましい。しかしその中でも次に記載する方法により優れた特性の負極合剤が得られる。黒鉛炭素を用いることにより、大容量が要求されるプラグインハイブリッド自動車や電気自動車向けのリチウムイオン二次電池が作製できる。負極合剤の形成方法は、負極金属箔１２ａ上に負極合剤が形成される方法であれば制限はない。負極合剤を負極金属箔１２ａに塗布する方法の例として、負極合剤の構成物質の分散溶液を負極金属箔１２ａ上に塗布する方法が挙げられる。塗布方法の例として、ロール塗工法、スリットダイ塗工法などが挙げられる。

負極合剤を負極金属箔１２ａに塗布する方法の例として、負極合剤に分散溶媒としてＮ−メチル−２−ピロリドンや水を添加し、混練したスラリを、厚さ１０μｍの圧延銅系金属箔の両面に均一に塗布し、乾燥させた後、裁断する。負極合剤の塗布厚さの一例としては片側約４０μｍである。負極金属箔１２ａを裁断する際、負極タブ１７を一体的に形成する。すべての負極タブ１７の長さは、ほぼ同じである。
なお、本発明の実施形態において、負極タブ１７の成形時に補強用変形部が形成される。補強用変形部の構造、製造方法等、詳細は後述する。

第１のセパレータ１３および第２のセパレータ１４の幅は、負極金属箔１２ａに形成される負極合剤塗工部１２ｂの幅より大きく形成されている。また、負極合剤塗工部１２ｂの幅は、正極金属箔１１ａに形成される正極合剤塗工部１１ｂの幅より大きく形成されている。
つまり、正極合剤塗工部１１ｂの幅よりも、常に、負極合剤塗工部１２ｂの幅が大きい。これは、リチウムイオン二次電池の場合、正極活物質であるリチウムがイオン化してセパレータを浸透するが、負極側に負極活物質が形成されておらず負極金属箔１２ａが露出していると負極金属箔１２ａにリチウムが析出し、内部短絡を発生する原因となるからである。
セパレータ１３は、例えば、厚さ４０μｍのポリエチレン製多孔膜である。

（発電ユニット）
図１および図３において、中空な円筒形状の軸芯１５の上端部に正極集電部材３１が圧入されている。正極集電部材３１は、ほぼ、円盤形状に形成され、例えば、アルミニウムまたはアルミニウム合金などのアルミニウム系金属により形成されている。
正極金属箔１１ａの正極タブ１６は、正極集電部材３１の上部筒部３１ａに溶接される。この場合、図２に図示されるように、正極タブ１６は、正極集電部材３１の上部筒部３１ａ上に重なり合って接合されている。

軸芯１５の下端部の外周には、負極集電部材２１が圧入されて固定されている。負極集電部材２１は、ほぼ、円盤状に形成され、例えば、銅または銅合金などの銅系金属により形成されている。
負極金属箔１２ａの負極タブ１７は、すべて、負極集電部材２１の外周筒部２１ａに超音波溶接等により溶接されている。

負極集電部材２１の外周筒部２１ａの外周には、負極金属箔１２ａの負極タブ１７およびリング状の押え部材２２が溶接されている。多数の負極タブ１７は、負極集電部材２１の外周筒部２１ａの外周に密着させておき、負極タブ１７の外周に押え部材２２を巻き付けて仮固定し、この状態で溶接される。

負極集電部材２１の下面には、銅製の負極通電リード２３が溶接されている。
負極通電リード２３は、電池缶２の底部において、電池缶２に溶接されている。
電池缶２は、例えば、０．５ｍｍの厚さの炭素鋼で形成され、表面にニッケルメッキが施されている。このような材料を用いることにより、負極通電リード２３は、電池缶２に抵抗溶接等により溶接することができる。

正極集電部材３１の中央部には、負極通電リード２３を電池缶２に溶接するための電極棒（図示せず）を挿通するための開口部３１ｂが形成されている。より詳細には、電極棒を正極集電部材３１に形成された開口部３１ｂから軸芯１５の中空部に差し込み、その先端部で負極通電リード２３を電池缶２の底部内面に押し付けて抵抗溶接を行う。

正極集電部材３１の上部筒部３１ａの外周には、正極金属箔１１ａの正極タブ１６およびリング状の押え部材３２が溶接されている。多数の正極タブ１６は、正極集電部材３１の上部筒部３１ａの外周に密着させておき、正極タブ１６の外周に押え部材３２を巻き付けて仮固定し、この状態で溶接される。
多数の正極タブ１６が正極集電部材３１に溶接され、多数の負極タブ１７が負極集電部材２１に溶接されることにより、正極集電部材３１、負極集電部材２１および電極群１０が一体的にユニット化された発電ユニット２０が構成される（図２参照）。但し、図２においては、図示の都合上、負極集電部材２１、押え部材２２および負極通電リード２３は発電ユニット２０から分離して図示されている。

（円筒形二次電池）
正極集電部材３１の上面には、複数のアルミニウム箔が積層されて構成されたフレキシブルな接続部材３３が、その一端を溶接されて接合されている。接続部材３３は、複数枚のアルミニウム箔を積層して一体化することにより、大電流を流すことが可能とされ、且つ、フレキシブル性を付与されている。

正極集電部材３１上には、円形の開口部４１ａを有する絶縁性樹脂材料からなるリング状の絶縁板４１が載置されている。
絶縁板４１は、開口部４１ａ（図２参照）と下方に突出す側部４１ｂを有している。絶縁板４１の開口部４１ａ内には接続板３５が嵌合されている。接続板３５の下面には、フレキシブルな接続部材３３の他端が、接続板３５に溶接されて固定されている。

接続板３５は、アルミニウム合金で形成され、中央部を除くほぼ全体が均一でかつ、中央側が少々低い位置に撓んだ、ほぼ皿形状を有している。接続板３５の厚さは、例えば、１ｍｍ程度である。接続板３５の中心には、突起部３５ａが形成されている。

接続板３５の突起部３５ａはダイアフラム３７の中央部の底面に抵抗溶接または摩擦拡散接合により接合されている。ダイアフラム３７はアルミニウム合金で形成され、切込み３７ａを有する。ダイアフラム３７は、電池の安全性確保のために設けられており、電池の内圧が上昇すると、切込み３７ａにおいて開裂し、内部のガスを放出する機能を有する。

ダイアフラム３７は周縁部において上蓋３の周縁部を固定している。ダイアフラム３７は図２に図示されるように、当初、周縁部に上蓋３側に向かって垂直に起立する側部３７ｂを有している。この側部３７ｂ内に上蓋３を収容し、かしめ加工により、側部３７ｂを上蓋３の上面側に屈曲して固定する。
上蓋３は、炭素鋼等の鉄で形成してニッケルめっきが施されており、ダイアフラム３７に接触する円盤状の周縁部３ａとこの周縁部３ａから上方に突出す有頭の筒部３ｂを有するハット形を有する。筒部３ｂには複数の開口部３ｃが形成されている。この開口部３ｃは、電池内部に発生するガス圧によりダイアフラム３７が開裂した際、ガスを電池外部に放出するためのものである。

ダイアフラム３７の側部３７ｂと周縁部を覆ってガスケット４３が設けられている。ガスケット４３は、当初、図２に図示されるように、リング状の基部４３ａの周側縁に、上部方向に向けてほぼ垂直に起立して形成された外周壁部４３ｂと、内周側に、基部４３ａから下方に向けてほぼ垂直に垂下して形成された筒部４３ｃとを有する形状を有している。
プレス等により、電池缶２と共にガスケット４３の外周壁部４３ｂを折曲して基部４３ａと外周壁部４３ｂにより、ダイアフラム３７と上蓋３を軸方向に圧接するようにかしめ加工される。これにより、上蓋３とダイアフラム３７とがガスケット４３を介して電池缶２に固定される。

電池缶２の内部には、非水電解液が所定量注入されている。非水電解液の一例としては、リチウム塩がカーボネート系溶媒に溶解した溶液を用いることが好ましい。リチウム塩の例として、フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ_６）、フッ化ホウ酸リチウム（ＬｉＢＦ_４）、などが挙げられる。また、カーボネート系溶媒の例として、エチレンカーボネート（ＥＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、メチルエチルカーボネート（ＭＥＣ）、或いは上記溶媒の１種類以上から選ばれる溶媒を混合したもの、が挙げられる。

図４は、図３に図示された電極群の終端側を展開した状態の平面図であり、図５は、図３に図示された電極群を作製する方法を説明するための斜視図であり、図６は、図３に図示された電極群の完成状態を示す外観斜視図である。
図３に図示されるように電極群１０は、終端側からみて最外周に第１のセパレータ１３が捲回され、その内側に負極電極１２が捲回され、負極電極１２の内側に第２のセパレータ１４が捲回され、第２のセパレータ１４の内側に正極電極１１が捲回されている。

従って、図４に図示されるように、第１のセパレータ１３の長さが最も長くその終端縁１３ａが軸芯１５から径方向に最も遠くに位置する。第１のセパレータ１３の次に第２のセパレータ１４が長く、その終端縁１４ａが第１のセパレータ１３の終端縁１３ａより少し軸芯１５側に位置している。正極電極１１と負極電極１２とは、負極電極１２の方が長い。しかし、負極電極１２は、第２のセパレータ１４より短く、負極電極１２の終端縁１２ｄは、第２のセパレータ１４の終端縁１４ａより軸芯１５側に位置している。正極電極１１は、負極電極１２より短く、その終端縁１１ｄは最も軸芯１５に近い位置となっている。

また、第１のセパレータ１３と第２のセパレータ１４の幅は同一であり、共に、正極電極１１および負極電極１２の幅よりも大きく、正極電極１１の正極タブ１６の根元および負極電極１２の負極タブ１７の根元を覆っている。しかし、正極タブ１６の根元より先端側の部分および負極タブ１７の根元より先端側の部分は第１のセパレータ１３および第２のセパレータ１４の外側に延出されている。

正極電極１１の正極タブ１６および負極電極１２の負極タブ１７は所定のピッチＰで配列されている。また、正極タブ１６の最も外側（外周側）の正極タブ１６の中心と終端縁１１ｄの距離はＰ／２であり、負極タブ１７の最も外側（外周側）の負極タブ１７の中心と終端縁１２ｄの距離はＰ／２である。ここで、正極タブ１６の幅、および負極タブ１７の幅を、それぞれ、ｗとし、正極タブ１６の間隔および負極タブ１７の間隔を、それぞれ、Ｓとすると、Ｓ＝（Ｐ−ｗ）となる。

図５は、第１のセパレータ１３、第２のセパレータ１４、負極電極１２および正極電極１１を軸芯１５に捲回する状態における先端側を示す斜視図である。第１のセパレータ１３および第２のセパレータ１４の先端縁（図示せず）を、軸芯１５に溶着し、１〜数周、軸芯１５に捲回する。この場合、第１のセパレータ１３の先端縁および第２のセパレータ１４の先端縁はその位置を揃えてもよいし、ずらしてもよい。
そして、第２のセパレータ１４と第１のセパレータ１３との間に負極電極１２を挟み込む。また、第１のセパレータ１３と第２のセパレータ１４との間に正極電極１１を挟み込む。この時、正極電極１１の先端縁１１ｅが負極電極１２の先端縁１２ｅよりも外周側に位置するようにする。

この後、図示はしないが、捲回装置の回転軸を軸芯１５に連結して軸芯１５を回転駆動すると、負極電極１２および正極電極１１は、第１のセパレータ１３および第２のセパレータ１４の間で圧接され、軸芯１５の周囲に所定の回転トルクで捲回される。そして、最外周の第１のセパレータ１３の外周を接着テープ１９で接着する。

図６は、このようにして作製された電極群１０の完成状態を示す斜視図である。上述した如く、正極合剤塗工部１１ｂ、正極合剤未塗工部１１ｃ、負極合剤塗工部１２ｂ、負極合剤未塗工部１２ｃはすべて第１、第２のセパレータ１３、１４に覆われている。図６に図示されるように、電極群１０の最外周では、第１のセパレータ１３が露出され、第１のセパレータ１３の最外周端部は接着テープにより巻き止めされている。正極タブ１６と負極タブ１７は、根元部よりも先端側が第１のセパレータ１３から露出している。

上述した如く、本発明の実施形態では、負極タブ１７には、補強用変形部が形成されている。補強用変形部は、電極群１０を作製する工程において、負極タブ１７と一体的に形成されるものであり、以下に、電極群１０の製造方法と共に負極タブ１７の構造および形成方法について説明する。

［円筒形二次電池の製造方法］
図７は、本発明の円筒形二次電池の製造方法の一実施の形態を示す処理フロー図であり、図８は、負極タブを形成する方法を説明するための平面図である。また、図９（ａ）は負極タブ付近の拡大平面図であり、図９（ｂ）は、図９（ａ）の側面図であり、図１０は、負極タブを形成する方法を説明する拡大断面図である。
先ず、負極タブ１７の構造について説明する。
負極タブ１７は、負極電極１２の負極金属箔１２ａに、負極合剤未塗工部１２ｃと一体に、負極金属箔１２ａの長手方向の一側縁６１図（図４、図９参照）に沿って、所定のピッチＰで配列されている。

（負極タブの詳細構造）
各負極タブ１７は、図９（ａ）、図９（ｂ）に図示されるように、山折り部５０（補強用変形部）を備える。すなわち、負極タブ１７は負極金属箔１２ａの長手方向の長さｗを有し、そのほぼ中央に、負極タブ１７の延出方向に沿う稜線５１が負極タブ１７の先端部から負極合剤未塗工部１２ｃの一側縁６１付近まで延出して形成されている。稜線５１からタブの各側縁５２に向かってそれぞれ下り勾配のほぼ平面状の斜面が形成されている。稜線５１は、負極合剤未塗工部１２ｃの表面６２から、所定の高さｈだけ突出している。
このように、負極タブ１７は、山折り部５０を備える形状とされることにより、その剛性は、山折り部５０を持たないタブ形状に比べて大きい。
次に、図７を参照して、電極群１０の作製方法を中心に、本発明の円筒形二次電池の製造方法を説明する。

ステップＳ１において、正・負極金属箔１１ａ、１２ａの表裏両面に、それぞれ、正・負極合剤を塗工して、正・負極合剤塗工部１１ｂ、１２ｂを形成する。
すなわち、正極金属箔１１ａの表裏両面に、それぞれ、正極金属箔１１ａの長手方向に沿う一側縁に正極合剤が塗布されず正極金属箔１１ａが露出した正極合剤未塗工部１１ｃが形成されるように正極合剤を塗工して正極合剤塗工部１１ｂを形成する。
同様に、負極金属箔１２ａの表裏両面に、それぞれ、負極金属箔１２ａの長手方向に沿う一側縁６１に負極合剤が塗布されず負極金属箔１２ａが露出した負極合剤未塗工部１２ｃが形成されるように負合剤を塗工して負極合剤塗工部１２ｂを形成する。

ステップＳ２では、正・負極タブ１６、１７を形成する。
正極金属箔１１ａに対しては、正極合剤未塗工部１１ｃの一側縁に沿って、正極タブ１６が所定のピッチＰで配列されるように正極金属箔１１ａを裁断する。これにより、正極電極１１が作製される。

次に、負極電極１２の製造方法について説明する。
図８に図示されるように、負極金属箔１２ａの負極合剤未塗工部１２ｃの一側縁に沿って、タブ形成装置１００を配置する。タブ形成装置１００は、負極タブ１７を複数個分、成形することが可能な幅を有するパンチ１００ａとダイ１００ｂとを備えている。
図１０は、負極タブ１７の１個分の領域におけるタブ形成装置１００の断面図である。
パンチ１００ａは、負極タブ１７の外形に対応する形状を有する切断用突出部１１１と、隣接する一対の切断用突出部１１１の幅方向における中央部に、切断用突出部１１１よりも高さが低い折曲用突出部１１２とを備えている。図９（ａ）に、切断用突出部１１１と折曲用突出部１１２の平面形状が二点鎖線で示されている。折曲用突出部１１２は、中央に、頂部１１２ａを有する。頂部１１２ａは、負極タブ１７の先端から一側縁６１付近まで延出される長さに形成されている。
ダイ１００ｂは、切断用突出部１１１を挿通する一対の貫通孔１２１を備えている。

表裏両面に負極合剤塗工部１２ｂが形成された負極金属箔１２ａを、ダイ１００ｂの上面に載置し、パンチ１００ａを下降する。パンチ１００ａの切断用突出部１１１により負極金属箔１２ａが切断され、負極タブ１７の外形形状が形成される。また、パンチ１００ａの折曲用突出部１１２の頂部１１２ａにより負極タブ１７が加圧されることにより、図１０に二点鎖線で示すように負極タブ１７が、稜線５１を中央にして各側縁５２（図９参照）側に向けて上昇するように傾斜する。つまり、山折り部５０が形成される。このため、負極タブ１７の剛性が大きくなる。このようにして、山折り部５０を備える負極タブ１７が形成された負極電極１２が作製される。

ステップＳ３では、正極電極１１および負極電極１２を加熱し、正極合剤塗工部１１ｂの正極合剤、および負極合剤塗工部１２ｂの負極合剤を乾燥する。
ステップＳ３において、負極電極１２の負極金属箔１２ａの材料である銅系金属が焼鈍され、特に、幅狭で長い形状の負極タブ１７は、その剛性が低下する。剛性の低下により、負極タブ１７は、自重あるいはその運動エネルギーにより、捻れ、倒れあるいは折れ等が発生し易くなる。しかし、この実施形態では、予め、負極タブ１７が山折り部５０を備える形状にして剛性を大きくしているので、負極タブ１７は、捻れ、倒れあるいは折れ等が発生し難いものとなっている。

ステップＳ４では、正極電極１１および負極電極１２を、第１、第２のセパレータ１３、１４を介在して軸芯１５の周囲に捲回して電極群１０を作製する。この工程は、図５に関して説明した通りである。この場合、負極電極１２は、山折り側を軸芯１５側に向けても、それとは反対に谷折り側を軸芯１５側に向けてもよい。

ステップＳ５では、発電ユニット２０を組み立てる。
電極群１０の軸芯１５の下部に負極集電部材２１を取り付ける。次に、負極集電部材２１の外周筒部２１ａの外周の全周囲に亘り、負極タブ１７を密着し、負極タブ１７の外周に押え部材２２を巻き付ける。そして、超音波溶接等により、負極集電部材２１に負極タブ１７および押え部材２２を溶接する。
次に、軸芯１５の下端面と負極集電部材２１とに跨るように負極通電リード２３を負極集電部材２１に溶接する。

次に、正極集電部材３１に接続部材３３の一端部を、例えば超音波溶接等により溶接する。次に、接続部材３３が溶接された正極集電部材３１の下部を軸芯１５の上端側に取り付ける。この状態で、正極集電部材３１の上部筒部３１ａの外周の全周囲に亘り、正極タブ１６を密着し、正極タブ１６の外周に押え部材３２を巻き付ける。そして、超音波溶接等により、正極集電部材３１に正極タブ１６および押え部材３２を溶接する。このようにして、図２に図示される発電ユニット２０が作製される。

ステップＳ６では、電池缶２内に発電ユニット２０を収容して、円筒形二次電池１を組み立てる。
電池缶２内に発電ユニット２０を収容し、発電ユニット２０の負極通電リード２３を電池缶２の底部内面に抵抗溶接等により溶接する。次に、電池缶２の上端部側の一部を絞り加工して内方に突出し、外面にほぼＶ字状の溝２ａを形成する。そして、発電ユニット２０が収容された電池缶２の内部に、非水電解液を所定量注入する。

一方、ダイアフラム３７に上蓋３を固定しておく。ダイアフラム３７と上蓋３との固定は、かしめ等により行う。図２に図示された如く、当初、ダイアフラム３７の側部３７ｂは基部３７ａに垂直に形成されているので、上蓋３の周縁部３ａをダイアフラム３７の側部３７ｂ内に配置する。そして、ダイアフラム３７の側部３７ｂをプレス等により変形させて、上蓋３の周縁部の上面および下面、および外周側面を覆って圧接する。

また、接続板３５を絶縁板４１の開口部４１ａに嵌合して取り付けておく。そして、接続板３５の突起部３５ａを、上蓋３が固定されたダイアフラム３７の底面に溶接する。この場合の溶接方法は、抵抗溶接または摩擦拡散接合を用いることができる。接続板３５とダイアフラム３７を溶接することにより、接続板３５が嵌合された絶縁板４１および接続板３５に固定された上蓋３が接続板３５およびダイアフラム３７に一体化される。

次に、電池缶２の溝２ａの上にガスケット４３を収容する。この状態におけるガスケット４３は、図２に図示するように、リング状の基部４３ａの上方に、基部４３ａに対して垂直な外周壁部４３ｂを有する構造となっている。この構造で、ガスケット４３は、電池缶２の溝２ａ上部の内側に留まっている。ガスケット４３の材料の一例として、ＰＦＡ（ポリテトラフルオロエチレン）をあげることができる。

プレス等により、電池缶２と共にガスケット４３の外周壁部４３ｂを折曲して基部４３ａと外周壁部４３ｂにより、ダイアフラム３７と上蓋３を軸方向に圧接するようにかしめ加工される。これにより、上蓋３とダイアフラム３７とがガスケット４３を介して電池缶２に固定され、円筒形二次電池１が作製される。

ステップＳ７では、作製された円筒形二次電池１の充放電テストが行われる。このテストにおいて所定の特性を満足するものが良品として選定される。

--実施形態２--
図１１は、本発明の実施形態２を示し、図１１（ａ）は負極タブ付近の拡大平面図であり、図１１（ｂ）は、図１１（ａ）の側面図である。
実施形態２では、負極タブ１７は、表裏両面に山折り部５０を備える形状とされている。
すなわち、負極タブ１７は、表裏両面のそれぞれに、負極合剤未塗工部１２ｃの表面６２から、所定の高さｈだけ突出した稜線５１が形成され、稜線５１と各側縁５２との間、および稜線５１間が斜面とされた２つの山折り部５０が形成されている。
実施形態２においても、実施形態１と同様な効果を奏する。
なお、表裏両面に突き出して形成する稜線５１の負極合剤未塗工部１２ｃの表面６２からの所定の高さｈは、表裏面で異なる高さとしてもよい。

--実施形態３--
図１２は、本発明の実施形態３を示し、図１２（ａ）は負極タブ付近の拡大平面図であり、図１２（ｂ）は、図１２（ａ）の側面図である。
実施形態３では、負極タブ１７は、山折り部５０を３つ備える形状とされている。山折り部５０の中、両側の山折り部５０は、負極合剤未塗工部１２ｃの表面６２から、所定の高さｈだけ突出した稜線５１を有し、中央の山折り部５０は、負極合剤未塗工部１２ｃの表面６２と同一面若しくは負極合剤未塗工部１２ｃの表面６２より凹んでいる。
実施形態３においても、実施形態１と同様な効果を奏する。
なお、実施形態３において、中央の山折り部５０の稜線５１を負極合剤未塗工部１２ｃの表面６２より突き出すようにしてもよい。

--実施形態４--
図１３は、本発明の実施形態４を示し、図１３（ａ）は負極タブ付近の拡大平面図であり、図１３（ｂ）は、図１３（ａ）の側面図である。
実施形態１〜３においては、負極タブ１７は、稜線５１の両側に斜面が形成された山折り部５０を備えるものであった。
実施形態４においては、負極タブ１７は、断面ほぼ台形状の突出部（補強用変形部）５０Ａを備えている。突出部５０Ａは、負極合剤未塗工部１２ｃの表面６２から所定の高さｈだけ突出して形成されている。

図１４は、実施形態４の負極タブ１７の１個分の領域におけるタブ形成装置１００Ａの断面図である。
パンチ１００ａ₁は、負極タブ１７の外形に対応する形状を有する切断用突出部１１１と、切断用突出部１１１の幅方向における中央部に形成された切断用突出部１１１よりも高さが低い凹部形成用突出部１１３と、凹部形成用突出部１１３の両側に形成された押え用突出部１１４とを備えている。
ダイ１００ｂ₁は、切断用突出部１１１を挿通する一対の貫通孔１２１と、凹部形成用突出部１１３に対応して位置に形成された凹部１２２とを備えている。

表裏両面に負極合剤塗工部１２ｂが形成された負極金属箔１２ａを、ダイ１００ｂ₁の上面に載置し、パンチ１００ａ₁を下降する。パンチ１００ａの切断用突出部１１１により負極金属箔１２ａが切断され、負極タブ１７の外形形状が形成される。また、パンチ１００ａ₁の凹部形成用突出部１１３により加圧され、負極タブ１７がダイ１００ｂ₁の凹部１２２内に屈曲される。これにより、図１３に図示される負極合剤未塗工部１２ｃの表面６２から突出して形成された突出部５０Ａを備えた負極タブ１７が形成される。
なお、パンチ１００ａ₁に形成された押え用突出部１１４は、凹部形成用突出部１１３により負極タブ１７が加圧された際、ダイ１００ｂ₁の凹部１２２の周縁部に対応する負極タブ１７が反力により浮き上がるのを防止する機能を有する。
実施形態４においても、実施形態１と同様な効果を奏する。

実施形態４において、負極タブ１７の補強用変形部を、断面が台形状に凸である突出部５０Ａとして例示した。しかし、突出部５０Ａは、種々の形状とすることが可能であり、例えば、断面が三角形状に凸、円弧状に凸、矩形状に凸等にしてもよい。

--実施形態５--
図１５は、発明の実施形態５を示し、図１５（ａ）は負極タブ付近の拡大平面図であり、図１５（ｂ）は、図１５（ａ）の側面図である。
実施形態５では、実施形態１として図９に図示された負極タブ１７に対して、山折り部５０Ｂ、すなわち、補強用変形部が、負極タブ１７の根元から先端までの長さＬの１／３程度の長さに形成されている点が相違する。
すなわち、山折り部５０Ｂは、負極タブ１７の根元から先端までの長さＬの全長に亘り形成する必要はなく、長さＬの１／３程度以上の長さに形成されていれば十分である。

このことは実施形態２〜４においても同様であり、それぞれの実施形態において山折り部５０または突出部５０Ａの長さを、負極タブ１７の長さＬの１／３程度以上とすればよい。

以上説明した通り、本発明の各実施形態では、各負極タブ１７における負極合剤未塗工部１２ｃに接続される根元部に、タブの面内変形に対する剛性を有する補強用変形部を形成したので、負極タブ１７の剛性を大きくすることができる。このため、負極金属箔１２ａを高温で乾燥する工程において、負極タブ１７の剛性が低下しても、負極タブ１７は、予め、その剛性が大きくされているので、自重あるいはその運動エネルギーにより、捻れ、倒れあるいは折れ等が発生し難いものとなっている。この結果、この後の工程の効率を向上することができる。

各実施形態において説明した通り、負極タブ１７に形成する山折り部５０、５０Ｂ、突出部５０Ａは、負極タブ１７の外形形成と同時に形成することができる。
従って、負極タブ１７に補強用変形部を形成しても、生産効率の低下を抑えることができる。

なお、上記実施形態では、負極金属箔１２ａが銅系金属で形成されているものとして例示した。しかし、本発明は銅系金属に限られるものではなく、正・負極合剤塗工部１１ｂ、１２ｂを高温で乾燥する工程で、正・負極タブ１６、１７の剛性が低下する材料に対して、すべて適用することが可能である。

また、上記各実施形態では、円筒形蓄電素子として、リチウム二次電池を例として説明したが、この発明は、リチウム二次電池に限られるものではなく、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池など、他の円筒形二次電池にも適用をすることができる。また、リチウムイオンキャパシタや電気二重層キャパシタにも本発明を適用することができる。

その他、本発明の円筒形蓄電素子は、発明の趣旨の範囲内において、種々、変形して構成することが可能であり、要は、負極金属箔と一体に形成される負極タブにおける、少なくとも、負極合剤未塗工部に接続される根元部に、負極タブの面内変形に対する剛性を高くする補強用変形部を備えているものであればよい。

１ 円筒形二次電池
２ 電池缶
１０ 電極群
１１ 正極電極
１１ａ 正極金属箔
１１ｂ 正極合剤塗工部
１１ｃ 正極合剤未塗工部
１２ 負極電極
１２ａ 負極金属箔
１２ｂ 負極合剤塗工部
１２ｃ 負極合剤未塗工部
１５ 軸芯
１６ 正極タブ
１７ 負極タブ
２０ 発電ユニット
２１ 負極集電部材
３１ 正極集電部材
５０、５０Ｂ 山折り部（補強用変形部）
５０Ａ 突出部（補強用変形部）
５１ 稜線
５２ 側縁
６１ 一側縁
６２ 表面
１００ タブ形成装置

Claims (9)

1. 長手方向の一側縁に沿って負極合剤が形成されていない負極合剤未塗工部を有する長尺状に形成され、銅系金属により形成された負極金属箔を有する負極電極と、長手方向の他側縁に沿って正極合剤が形成されていない正極合剤未塗工部を有する長尺状の正極電極とがセパレータを介して捲回されて成る発電ユニットと、
   前記負極電極が接続される負極集電部材と、
   前記正極電極が接続される正極集電部材と、
   前記発電ユニット、前記負極集電部材および前記正極電極が収容され、電解液が注入された容器と、を備え、
   前記負極電極の前記負極合剤は、熱乾燥されており、
   前記負極電極は、前記負極金属箔に一体に形成され、かつ、前記負極合剤未塗工部の一側縁に沿って前記長手方向に所定間隔で前記長手方向に直交する方向に延在され、前記負極集電部材に接続された複数の負極タブを備え、
   前記複数の負極タブは、それぞれ、少なくとも前記負極合剤未塗工部に接続される根元部に、タブの面内変形に対する剛性を有する補強用変形部を備えていることを特徴とする円筒形蓄電素子。
2. 請求項１に記載の円筒形蓄電素子において、
   前記補強用変形部は前記長手方向に直交する方向に延設されていることを特徴とする円筒形蓄電素子。
3. 請求項２に記載の円筒形蓄電素子において、
   前記補強用変形部は、前記負極タブの幅方向のほぼ中央部に形成されていることを特徴とする円筒形蓄電素子。
4. 請求項３に記載の円筒形蓄電素子において、
   前記補強用変形部は、前記幅方向の中央部に稜線を有する山折り状に形成されていることを特徴とする円筒形蓄電素子。
5. 請求項２に記載の円筒形蓄電素子において、
   前記補強用変形部は、幅方向に山折り状に複数形成されていることを特徴とする円筒形蓄電素子。
6. 請求項２に記載の円筒形蓄電素子において、
   前記補強用変形部の前記長手方向の断面が、多角形状に凸または円弧状に凸に形成されていることを特徴とする円筒形蓄電素子。
7. 請求項１に記載の円筒形蓄電素子において、
   前記補強用変形部は、前記長手方向に直交する方向における前記負極タブの全長の１／３以上の長さを有することを特徴とする円筒形蓄電素子。
8. 請求項１に記載の円筒形蓄電素子において、
   前記負極タブは銅系金属により形成されていることを特徴とする円筒形蓄電素子。
9. 請求項１乃至８のいずれか１項に記載の円筒形蓄電素子において、
   前記補強用変形部は、前記負極タブにのみ形成されており、前記正極電極の前記正極合剤未塗工部に一体に形成された正極タブには形成されていないことを特徴とする円筒形蓄電素子。
   

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