JP6725258B2 - 二次電池及び二次電池の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、二次電池及び二次電池の製造方法に関するものである。

従来から、リチウムイオン二次電池として、正極板と、負極板と、正極板と負極板との間に介装されたセパレータと、を備え、これら正極板、負極板及びセパレータが電解液とともにケース内に密封されたものが知られている。

また、下記の特許文献１に記載のリチウムイオン二次電池では、複数の電極板の端部が接合され、外側に配置された電極板の表面に端子が接合されている。

特開２０１２−１９０５６６号公報

しかしながら、上記の特許文献１に記載の二次電池では、端子が電極板の一方の面にのみ溶着等により接続されており、溶着が弱いと電気抵抗が発生し、電気的に不具合が生じる可能性がある。

そこで、本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、端子の極板への接合性の良い二次電池及び二次電池の製造方法を提供する。

上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を採用している。
すなわち、本発明に係る二次電池は、積層配置された複数の極板と、複数の該極板間の少なくとも一箇所に配置された端子と、を備え、該端子は、一の極板に接合された第一接合部と、前記一の極板と隣り合う他の極板に接合され前記第一接合部と対向する第二接合部と、を有し、前記端子は、前記第一接合部と前記第二接合部との間に、湾曲した連続部が形成されていることを特徴とする。

このように構成された二次電池では、端子の第一接合部が一の極板に接合され、第二接合部が隣り合う他の極板に接合されている。よって、複数箇所で接合されるため、端子の極板への接合性を高めることができる。
また、第一接合部と第二接合部との間を湾曲させれば、複数の接合箇所を形成することができるため、簡易な構成でありながら、端子を極板に確実に接合することができる。また、連続部は湾曲形成されているため、局所的な負荷がかからずに電気的及び構造的に良好とされる。

また、本発明に係る二次電池では、前記極板は、正極板と、負極板と、を有するとともに、前記正極板と前記負極板とが平板状に形成されるとともに交互に積層され、前記端子は、プラス端子と、マイナス端子と、を有し、前記プラス端子は、一の正極板の一端部と、該一の正極板と隣り合う他の正極板の一端部との間に配置され、前記プラス端子の前記第一接合部は前記一の正極板の一端部に接合されるとともに、前記プラス端子の前記第二接合部は前記他の正極板の一端部に接合され、前記マイナス端子は、一の負極板の一端部と、該一の負極板と隣り合う他の負極板の一端部との間に配置され、前記マイナス端子の前記第一接合部は前記一の負極板の一端部に接合されるとともに、前記マイナス端子の前記第二接合部は前記他の負極板の一端部に接合されていてもよい。

このように構成された二次電池では、正極板と負極板とが平板状に形成されるとともに交互に積層された二次電池において、正極板の一端部にて、プラス端子の第一接合部が一の正極板に接合され、第二接合部が隣り合う他の正極板に接合されるとともに、負極板の一端部にて、マイナス端子の第一接合部が一の負極板に接合され、第二接合部が隣り合う他の負極板に接合される。よって、正極板及び負極板が平板状に形成された積層型二次電池において、端子の極板への接合性を高めることができる。

また、本発明に係る二次電池では、前記極板は、正極板と、負極板と、を有するとともに、前記正極板と前記負極板とが交互に積層巻回され、前記端子は、プラス端子と、マイナス端子と、を有し、前記プラス端子は、巻回された中心側に配置された一の正極板の正側端部と、該一の正極板の前記正側端部と対向する正側対向部との間に配置され、前記プラス端子の前記第一接合部は前記正側端部に接合されるとともに、前記プラス端子の前記第二接合部は前記正側対向部に接合され、前記マイナス端子は、巻回された中心側に配置された一の負極板の負側端部と、該一の負極板の前記負側端部と対向する負側対向部との間に配置され、前記マイナス端子の前記第一接合部は前記負側端部に接合されるとともに、前記マイナス端子の前記第二接合部は前記負側対向部に接合されていてもよい。

このように構成された二次電池では、正極板と負極板とが交互に積層巻回された二次電池において、巻回された中心側にて、プラス端子の第一接合部が一の正極板の正側端部に接合され、第二接合部が一の正極板の正側対向部に接合されるとともに、マイナス端子の第一接合部が一の負極板の負側端部に接合され、第二接合部が一の負極板の負側対向部に接合される。よって、積層巻回された巻回型二次電池において、端子の極板への接合性を高めることができる。

また、本発明に係る二次電池の製造方法は、複数の極板を積層配置する積層工程と、一方向に延びる本体部と、前記本体部の先端側に該本体部との間に空間部を形成する空間形成部とを有する形状の端子を用いて、一の極板と、該一の極板と隣り合う他の極板との間に、前記端子を配置し、前記本体部を前記一の極板に沿わせるとともに、前記空間形成部の先端を前記他の極板に沿わせる端子配置工程と、前記空間形成部により形成された前記空間部に支持具を配置し、前記一の極板側及び前記他の極板側から超音波溶着をする溶着工程と、を備えることを特徴とする。

このように構成された二次電池の製造方法では、複数積層された極板の厚み方向の中間等に端子の空間形成部を配置して、空間形成部により形成された空間部に支持具を配置して、一の極板側及び他の極板側から、それぞれ端子と極板とを溶着させる。つまり、複数配置された極板を、端子よりも一方側と端子よりも他方側とに、極板の厚み方向に分割して溶着するため、溶着に必要な加圧力等を抑えて効率よく溶着することができる。
また、端子は一の極板に沿って配置された本体部、及び他の極板に沿って配置された空間形成部の先端の複数箇所で接合されるため、端子の極板への接合性を高めることができる。

また、本発明に係る二次電池の製造方法は、前記端子の前記空間形成部は、前記本体部から湾曲して形成されていることが好ましい。

このように構成された二次電池の製造方法では、空間形成部は湾曲形成されているため、溶着工程の際に、局所的な負荷がかからずに電気的及び構造的に良好な状態で、端子を極板に接合することができる。

本発明に係る二次電池及び二次電池の製造方法によれば、端子の極板への接合性の高めることができる。

本発明の第一実施形態に係る二次電池を示す斜視図である。 本発明の第一実施形態に係る二次電池の端子の接合構造を示した模式図である。 本発明の第一実施形態に係る二次電池の製造方法を説明するための模式図である。 本発明の第二実施形態に係る二次電池を示す斜視図である。 図４をＡ−Ａで切断した模式的な断面図である。 本発明の変形例１に係る二次電池の端子の模式図である。 本発明の変形例２に係る二次電池の端子の模式図である。

（第一実施形態）
本発明の第一実施形態に係る二次電池について、図面を用いて説明する。
図１は、本発明の第一実施形態に係る二次電池を示す斜視図である。
以下では、二次電池の一例としてリチウムイオン二次電池を例に挙げて説明する。
図１に示すように、リチウムイオン二次電池１００は、複数の正極板２０及び複数の負極板３０と、正極板２０と負極板３０との間に介装された電解質膜４と、正極板２０及び負極板３０にそれぞれ接合されたプラス端子６０及びマイナス端子７０と、を備えている。なお、正極板２０及び負極板３０を総称して、極板１と称することがある。また、プラス端子６０及びマイナス端子７０を総称して、端子５と称することがある。
リチウムイオン二次電池１００は、平板状の形成された正極板２０及び負極板３０が電解質膜４を介して交互に積層された積層型電池である。

正極板２０は、例えば、平面視で略長方形に形成された導電性金属箔からなる正極集電体２１が基体とされている。正極集電体２１において、端部２０Ｚ側には活物質が塗布された正極活物質層２２が形成され、反対側の端部２０Ｘ側には活物質が塗布されていない活物質未塗布部２３が形成されている。

正極集電体２１は、導電性金属箔が用いられ、例えばアルミニウム、ステンレス鋼、ニッケル、チタンまたはこれらの合金などが採用される。

正極活物質層２２は、例えば、正極活物質、導電助剤、及び、バインダーとなる結着剤を溶媒に分散させてなる正極用スラリーを正極集電体２１に塗布することで形成されるものであり、例えば正極集電体２１の両面に塗布される。

正極活物質としては、特に制限されず、例えば、一般式ＬｉＭｘＯｙ（ただし、Ｍは金属であり、ｘ及びｙは金属Ｍと酸素Ｏの組成比である）で表される金属酸リチウム化合物を用いることができる。具体的には、金属酸リチウム化合物としては、コバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム、マンガン酸リチウムや、これらの三元系（ニッケル・マンガン・コバルト系）の他、リン酸鉄リチウム等が用いられる。

導電助剤としては、例えばアセチレンブラック、カーボンナノファイバー等が用いられ、結着剤としては、例えばポリフッ化ビニリデン等が用いられる。

負極板３０は、正極板２０と同様に、例えば、平面視で略長方形に形成された導電性金属箔からなる負極集電体３１が基体とされている。負極集電体３１において、端部３０Ｚ側には活物質が塗布された負極活物質層３２が形成され、反対側の端部３０Ｘ側には活物質が塗布されていない活物質未塗布部３３が形成されている。

負極集電体３１は、導電性金属箔が用いられ、例えば銅、ステンレス鋼、ニッケル、チタンまたはこれらの合金が採用される。

負極活物質層３２は、例えば、負極活物質、バインダーとなる結着剤、及び、必要に応じて加えられた導電助剤を溶媒に分散させてなる負極用スラリーを負極集電体３１に塗布することで形成されるものであり、例えば負極集電体３１の両面に塗布される。

負極活物質としては、特に制限されず、例えば、炭素粉末や黒鉛粉末等からなる炭素材料やチタン酸リチウム等の金属酸化物を用いることができるが、より高容量のリチウムイオン二次電池１００が実現できる観点から、シリコン系活物質を用いることが好ましい。

結着材としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン等を用いることができ、導電助剤としては、例えば、アセチレンブラック、カーボンナノチューブ等を用いることができる。

積層された複数の正極板２０及び負極板３０の端部２０Ｘ，３０Ｘ側どうしは、それぞれ抵抗溶接、導電性ペーストによる接着、超音波溶接、導電性の粘着剤を塗布した金属テープ等の導電性テープによる貼着等に方法により、互いに接合されている。

これにより、積層された複数の正極板２０の集合体である正極板積層体２５が形成される。また、積層された複数の負極板３０の集合体である負極板積層体３５が形成される。

図２は、リチウムイオン二次電池１００の端子５の接合構造を示した模式図である。なお、図２において、電解質膜４の図示を省略している。
図２に示すように、プラス端子６０、マイナス端子７０等の端子５は、それぞれ対応する極板１（プラス端子６０の場合には正極板２０、マイナス端子７０の場合には負極板３０）間に配置されている。本実施形態では、端子５は、積層された複数の極板１の高さ方向の略中央の位置で、一の極板１Ｘの端部２０Ｘ，３０Ｘと隣り合う他の極板１Ｚの端部２０Ｘ，３０Ｘとの間に配置されている。

端子５は、先端５０Ｘ側が折り返されて形成されている。具体的には、端子５は、平面状に形成された本体部５１と、先端５０Ｘ側の先端部５３と、本体部５１の端部と先端部５３の端部との間で湾曲形成された連続部５２と、を有している。本体部５１、連続部５２及び先端部５３は、一体に形成されている。

端子５の本体部５１の一の面が、一の極板１Ｘの面に当接して接合されている。この接合されている部分が第一接合部５６である。

また、端子５の先端部５３の一の面が、他の極板１Ｚの面に当接して接合されている。この接合されている部分が第二接合部５７である。

第一接合部５６及び第二接合部５７は、端子５と極板１とが例えば超音波溶着により接合されることで形成されている。

次に、上記のように構成されたリチウムイオン二次電池１００の製造方法について、図面を用いて説明する。

（積層工程）
まず、積層工程を行う。
すなわち、正極板２０を、端部２０Ｘが揃うようにして積層するとともに、負極板３０を、端部３０Ｘが揃うようにして積層する。

次に、図３に示すように、先端５０Ｘ側がＪ型となるように湾曲した端子５を用意する。具体的には、平面状に形成され一方向に延びる本体部５１と、本体部５１から連続して湾曲した湾曲部（空間形成部）５５と、を有する端子５を用意する。

（端子配置工程）
次に、端子配置工程を行う。
すなわち、端子５の本体部５１を一の極板１Ｘの面に当接させるとともに、湾曲部５５の先端５０Ｘを他の極板１Ｚの面に当接させる。

（超音波溶着工程）
次に、超音波溶着工程を行う。
すなわち、湾曲部５５により形成された空間部Ｋに支持具Ｓを配置して、一の極板１Ｘ側及び他の極板１Ｚ側から超音波溶着を行い、端子５を一の極板１Ｘ及び他の極板１Ｚに接合する。その後、支持部Ｓを引き抜き、端子５の湾曲部５５を押し潰し、隣り合う極板１どうしを互いに接合する。これにより、端子５が接合された正極板積層体２５及び負極板積層体３５が得られる。
なお、端子５を極板１に超音波溶着した後に、極板１どうしを所定の方法で接合してもよい。

（正負極板積層工程）
次に、正負極板積層工程を行う。
すなわち、有機溶媒を飛ばした正極板積層体２５及び負極板積層体３５をドライルーム等の乾燥環境内に搬入し、それぞれの接合部と接合部とを平行に対向させる。そして、正極板２０、電解質膜４、負極板３０、電解質膜４を１セットとして、順に積層していく。そして、ラミネートフィルム等のケースで包装し、その後に外周を封止してリチウムイオン二次電池１００となる。

このように構成されたリチウムイオン二次電池１００及びリチウムイオン二次電池１００の製造方法では、端子５の第一接合部５６が一の極板１Ｘに接合され、第二接合部５７が隣り合う他の極板１Ｚに接合されている。よって、複数箇所で接合されるため、端子５の極板１への接合性を高めることができる。

また、第一接合部５６と第二接合部５７との間を湾曲させれば、複数の接合箇所を形成することができるため、簡易な構成でありながら、端子５を極板１に確実に接合することができる。また、連続部５２は湾曲形成されているため、局所的な負荷がかからずに電気的及び構造的に良好とされる。

また、正極板２０の端部２０Ｘにて、プラス端子６０の第一接合部５６が一の正極板２０に接合され、第二接合部５７が隣り合う他の正極板２０に接合されるとともに、負極板３０の端部３０Ｘにて、マイナス端子７０の第一接合部５６が一の負極板３０に接合され、第二接合部５７が隣り合う他の負極板３０に接合される。よって、リチウムイオン二次電池１００のような積層型二次電池において、端子５の極板１への接合性を高めることができる。

また、複数積層された極板１の厚み方向の中間等に端子５の湾曲部５５を配置して、湾曲部５５により形成された空間部Ｋに支持具Ｓを配置して、一の極板１Ｘ側及び他の極板１Ｚ側から、それぞれ端子５と極板１とを溶着させる。つまり、複数配置された極板１を、端子５よりも極板１Ｘ側と端子５よりも極板１Ｚ側に、極板１の厚み方向に分割して溶着するため、溶着に必要な加圧力等を抑えて効率よく溶着することができる。

また、支持具Ｓが挿入される端子５の先端５０Ｘ側は、湾曲形成された湾曲部５５であるため、溶着工程の際には、局所的な負荷がかからずに電気的及び構造的に良好な状態で、端子５を極板１に接合することができる。

（第二実施形態）
次に、本発明の第二実施形態に係る二次電池について、主に図４及び図５を用いて説明する。
以下の実施形態、変形例において、前述した実施形態で用いた部材と同一の部材には同一の符号を付して、その説明を省略する。
図４は、本発明の第二実施形態に係る二次電池を示す斜視図である。図５は、図４をＡ−Ａで切断した模式的な断面図である。
図４及び図５に示すように、第二実施形態では、リチウムイオン二次電池２００は、正極板２０及び負極板３０が電解質膜４を介して交互に積層巻回された巻回型電池である。

プラス端子６０及びマイナス端子７０は、それぞれ巻回された中心側の正極板２０及び負極板３０に溶着されている。プラス端子６０及びマイナス端子７０の先端側は、第一実施形態と同様に、折り返されて形成されている。

具体的には、プラス端子６０の第一接合部５６は、正極板２０の正側端部２８に接合されている。また、プラス端子６０の第二接合部５７は、正極板２０に正側端部２８と対向する正側対向部２９に接合されている。

また、マイナス端子７０の第一接合部５６は、負極板３０の負側端部３８に接合されている。また、マイナス端子７０の第二接合部５７は、負極板３０に負側端部３８と対向する負側対向部３９に接合されている。

このように構成されたリチウムイオン二次電池２００では、巻回された中心側にて、プラス端子６０の第一接合部５６が一の正極板２０の正側端部２８に接合され、第二接合部５７が一の正極板２０の正側対向部２９に接合されるとともに、マイナス端子７０の第一接合部５６が一の負極板３０の負側端部３８に接合され、第二接合部５７が一の負極板３０の負側対向部３９に接合される。よって、巻回型のリチウムイオン二次電池２００において、端子５の極板１への接合性を高めることができる。

なお、上述した実施の形態において示した組立手順、あるいは各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

例えば、超音波溶着される前の端子５は、図３に示すように先端５０Ｘ側がＪ型となるように湾曲されているが、当該形状は何ら限定されるものではない。端子５は、本体部５１の先端５０Ｘ側に本体部５１との間に空間部Ｋを形成する形状であればよく、図６に示すように、先端５０Ｘ側がコ字状に屈曲形成されていてもよいし、図７に示すように、先端５０Ｘ側がＭ字状に形成されていてもよい。

１…極板
４…電解質膜
５…端子
２０…正極板
２１…正極集電体
２２…正極活物質層
２３…活物質未塗布部
２５…正極板積層体
３０…負極板
３１…負極集電体
３２…負極活物質層
３３…活物質未塗布部
３５…負極板積層体
５１…本体部
５２…連続部
５３…先端部
５５…湾曲部（空間形成部）
５６…第一接合部
５７…第二接合部
６０…プラス端子
７０…マイナス端子
１００…リチウムイオン二次電池
Ｋ…空間部

Claims (5)

1. 積層配置された複数の極板と、
   複数の該極板間の少なくとも一箇所に配置された端子と、を備え、
   該端子は、一の極板に接合された第一接合部と、前記一の極板と隣り合う他の極板に接合され前記第一接合部と対向する第二接合部と、を有し、
   前記端子は、前記第一接合部と前記第二接合部との間に、湾曲した連続部が形成されていることを特徴とする二次電池。
2. 前記極板は、正極板と、負極板と、を有するとともに、前記正極板と前記負極板とが平板状に形成されるとともに交互に積層され、
   前記端子は、プラス端子と、マイナス端子と、を有し、
   前記プラス端子は、一の正極板の一端部と、該一の正極板と隣り合う他の正極板の一端部との間に配置され、
   前記プラス端子の前記第一接合部は前記一の正極板の一端部に接合されるとともに、前記プラス端子の前記第二接合部は前記他の正極板の一端部に接合され、
   前記マイナス端子は、一の負極板の一端部と、該一の負極板と隣り合う他の負極板の一端部との間に配置され、
   前記マイナス端子の前記第一接合部は前記一の負極板の一端部に接合されるとともに、前記マイナス端子の前記第二接合部は前記他の負極板の一端部に接合されていることを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
3. 前記極板は、正極板と、負極板と、を有するとともに、前記正極板と前記負極板とが交互に積層巻回され、
   前記端子は、プラス端子と、マイナス端子と、を有し、
   前記プラス端子は、巻回された中心側に配置された一の正極板の正側端部と、該一の正極板の前記正側端部と対向する正側対向部との間に配置され、
   前記プラス端子の前記第一接合部は前記正側端部に接合されるとともに、前記プラス端子の前記第二接合部は前記正側対向部に接合され、
   前記マイナス端子は、巻回された中心側に配置された一の負極板の負側端部と、該一の負極板の前記負側端部と対向する負側対向部との間に配置され、
   前記マイナス端子の前記第一接合部は前記負側端部に接合されるとともに、前記マイナス端子の前記第二接合部は前記負側対向部に接合されていることを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
4. 複数の極板を積層配置する積層工程と、
   一方向に延びる本体部と、前記本体部の先端側に該本体部との間に空間部を形成する空間形成部とを有する形状の端子を用いて、一の極板と、該一の極板と隣り合う他の極板との間に、前記端子を配置し、前記本体部を前記一の極板に沿わせるとともに、前記空間形成部の先端を前記他の極板に沿わせる端子配置工程と、
   前記空間形成部により形成された前記空間部に支持具を配置し、前記一の極板側及び前記他の極板側から超音波溶着をする溶着工程と、を備えることを特徴とする二次電池の製造方法。
5. 前記端子の前記空間形成部は、前記本体部から湾曲して形成されていることを特徴とする請求項４に記載の二次電池の製造方法。

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