JP6739615B2

JP6739615B2 - 二次電池

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Publication number: JP6739615B2
Application number: JP2019502523A
Authority: JP
Inventors: 良介伊藤; 山本　祐輝; 祐輝山本
Original assignee: Vehicle Energy Japan Inc
Current assignee: Vehicle Energy Japan Inc
Priority date: 2017-02-28
Filing date: 2018-01-31
Publication date: 2020-08-12
Anticipated expiration: 2038-01-31
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Description

本発明は二次電池に関する。

リチウムイオン二次電池は他の二次電池と比較してエネルギー密度が高いため、主にデジタルカメラやノート型パソコン、携帯電話などのポータブル機器に多く使用されている。また近年は環境問題に対応すべく、電気自動車用や電力貯蔵用を目的とする、大型のリチウムイオン二次電池の研究開発が活発に行われている。特に、自動車産業界においては、動力源としてモータを用いる方式の電気自動車や内燃機関とモータとの両方を用いるハイブリッド方式の電気自動車の開発が進められており、その一部はすでに実用化されている。

リチウムイオン二次電池においては、主に高出力を必要とする車載用等のリチウムイオン二次電池として、電極を積層させた電極群の両端に正極と負極それぞれの未塗工部を突出させ、突出させた未塗工部を電極端子又は集電体に接続することで、簡便な構成を可能にし、かつ電極端子や集電体に至る通電経路を短くし、接続抵抗を小さくして高出力が得られるように工夫したものが種々提案されている。未塗工部と集電体電気的な接続には、超音波溶接や抵抗溶接等により接合される。

リチウムイオン電池においては、集電体と電極群の未塗工部を接合する溶接工程で金属異物が発生し電極群内に進入する場合がある。電極群内に進入した金属異物は電極群内の正極電極と負極電極との間に入り込み、正極電極に接触してイオン化し、正極電極と負極電極の間に配置されたセパレータを透過して負極電極で析出する。負極電極に析出した析出物が堆積して正極側に接触すると内部短絡を生じる。このように正極電極と負極電極が部分的に短絡すると、必要な電圧が得られなくなり電池性能が低下する。

特許文献１に記載の電池においては、未塗工部に孔部を設け、そこに挟持部材を挿通させて未塗工部と集電体を挟持した状態で接合することで、未塗工部に挿通した挟持部材が溶接工程で発生する金属異物の電極群内への進入を防ぐ構造が開示されている。

特開２０１４−２１６３０２号公報

特許文献１に記載の構造では、未塗工部に孔部を設ける際の電極箔の異物発生リスクがある。また、構造及び製造方法が複雑である。

本発明は、特許文献１に対して構造及び製造方法をより簡易にして、集電体と捲回群の未塗工部を接合する溶接工程で発生する金属異物の電極群内の進入を防止する、発塵耐性の高い集電構造を実現する二次電池を提供することを目的とする。

本発明では、合剤層を塗布し、一端側に金属箔露出部を有する電極を積層した捲回電極群と、前記金属箔露出部と溶接により接続される集電板と、を備えた二次電池において、前記捲回電極群の合剤層積層部と前記集電板の溶接部との間の金属箔露出部の両端には、前記捲回電極群の捲回中心方向に向かう２つの凹部が設けられ、前記金属箔露出部は、板状金属部材及び集電板側板状金属部材によって挟持され、前記板状金属部材は、前記捲回電極群の捲回中心方向に向かう凸部が設けられ、１つ面の凹部と当接し、前記集電板側板状金属部材は、前記捲回電極群の捲回中心方向に向かう凸部が設けられ、他の１つ面の凹部と当接し、前記板状金属部材の凸部と前記集電板側板状金属部材の凸部とは互いにずれて配置される。

本発明によれば、金属箔露出部の金属箔隙間が狭くなり、集電体と電極群の金属箔露出部を接合する溶接工程で発生する金属異物の電極群内の進入を防止できる。

本発明を角形二次電池として例示する実施形態１の外観斜視図。図１で図示された二次電池の分解斜視図。図２に図示された捲回電極群の一部を展開した状態を示す分解斜視図。図２で図示された捲回電極群の負極箔露出部の接合部の断面図。図２で図示された捲回電極群の負極箔露出部の超音波接合時の分解斜視図。図５で図示された超音波接合時の負極箔露出部の接合部の断面図。実施形態１の捲回電極群の負極箔露出部の接合部の断面図。実施形態２の保護用金属板の外観斜視図。実施形態２の捲回電極群の負極箔露出部の接合部の断面図。実施形態２の捲回電極群の負極箔露出部の超音波接合時の分解斜視図。実施形態３の捲回電極群の負極箔露出部の接合部の断面図。実施形態３の捲回電極群の負極箔露出部の超音波接合時の分解斜視図。実施形態４の捲回電極群の負極箔露出部の接合部の断面図。実施形態５の捲回電極群の負極箔露出部の接合部の断面図。

以下、本発明を実施するための実施形態について図面を用いて説明する。

≪実施形態１≫
図１は、角形二次電池の外観斜視図である。

角形二次電池１００は、電池缶１および電池蓋６を備える。電池缶１と電池蓋６は、例えばアルミニウム合金などの金属材料からなり、深絞り加工及びプレス加工を施すことによって形成される。

電池缶１内には、捲回電極群３（図２を参照）が内蔵され、電池缶１の開口部１ａが電池蓋６によって封口されている。電池蓋６は略矩形平板状であって、電池缶１の開口部１ａを塞ぐように溶接されて電池缶１が封止されている。電池蓋６には、インサート成形により絶縁部材５によって電池蓋６に固定された正極外部端子１４と、負極外部端子１２が設けられている。正極外部端子１４と負極外部端子１２を介して捲回電極群３に充電され、また外部負荷に電力が供給される。電池蓋６には、ガス排出弁１０が一体的に設けられ、電池容器内の圧力が上昇すると、ガス排出弁１０が開いて内部からガスが排出され、電池容器内の圧力が低減される。これによって、角形二次電池１００の安全性が確保される。

図２は、角形二次電池の分解斜視図である。

角形二次電池１００の電池缶１は、長方形の底面１ｄと、底面１ｄの一対の長辺から立ち上がる幅広面１ｂと、底面１ｄの一対の短辺から立ち上がる幅狭面１ｃと、これら幅広面１ｂ及び幅狭面１ｃの上端で上方に向かって開放された開口部１ａとを有している。電池缶１内には、絶縁保護フィルム２を介して捲回電極群３が収容されている。

捲回電極群３は、帯状の電極が扁平形状に捲回されて構成されており、断面半円形状の互いに対向する一対の湾曲部と、これら一対の湾曲部の間に連続して形成される平面部とを有している。捲回電極群３は、捲回軸方向が電池缶１の横幅方向に沿うように、一方の湾曲部側から電池缶１内に挿入されて底面１ｄと対向し、他方の湾曲部側が開口部１ａ側に配置される。

捲回電極群３の正極箔露出部３４ｃは、正極集電板４４を介して電池蓋６に設けられた正極外部端子１４と電気的に接続されている。また、捲回電極群３の負極箔露出部３２ｃは、負極集電板２４を介して電池蓋６に設けられた負極外部端子１２と電気的に接続されている。これにより、正極集電板４４および負極集電板２４を介して捲回電極群３から外部負荷へ電力が供給され、正極集電板４４および負極集電板２４を介して捲回電極群３へ外部発電電力が供給され充電される。

正極集電板４４と負極集電板２４、及び、正極外部端子１４と負極外部端子１２を、それぞれ電池蓋６から電気的に絶縁するために、ガスケット５および絶縁板７が電池蓋６に設けられている。また、注液口９から電池缶１内に電解液を注入した後、電池蓋６に注液栓１１をレーザ溶接により接合して注液口９を封止し、角形二次電池１００を密閉する。

ここで、正極集電板４４の形成素材としては、例えばアルミニウム合金が挙げられ、負極集電板２４の形成素材としては、例えば銅合金が挙げられる。また、ガスケット５の形成素材としては、例えばポリブチレンテレフタレートやポリフェニレンサルファイド、ペルフルオロアルコキシフッ素樹脂等の絶縁性を有する樹脂材が挙げられる。

また、電池蓋６には、電池容器内に電解液を注入するための注液口９が穿設されており、この注液口９は、電解液を電池容器内に注入した後に注液栓１１によって封止される。ここで、電池容器内に注入される電解液としては、例えばエチレンカーボネート等の炭酸エステル系の有機溶媒に６フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ_６）等のリチウム塩が溶解された非水電解液を適用することができる。

正極外部端子１４、負極外部端子１２は、バスバー等に溶接接合される溶接接合部を有している。溶接接合部は、ガスケット５よりも上方で電池蓋６の外面と平行に配置される平坦面を有しており、かかる平坦面にバスバー等が接面されて溶接接合されるようになっている。

正極集電板４４、負極集電板２４は、電池缶１の幅広面に沿って底面側に向かって延出し、捲回電極群３の正極箔露出部３４ｃ、負極箔露出部３２ｃに対向して重ね合わされた状態で接続される正極側接続端部４２、負極側接続端部２２を有している。

捲回電極群３の扁平面に沿う方向でかつ捲回電極群３の捲回軸方向に直交する方向を中心軸方向として捲回電極群３の周囲には絶縁保護フィルム２が巻き付けられている。絶縁保護フィルム２は、例えばＰＰ（ポリプロピレン）などの合成樹脂製の一枚のシートまたは複数のフィルム部材からなり、捲回電極群３の扁平面と平行な方向でかつ捲回軸方向に直交する方向を巻き付け中心として巻き付けることができる長さを有している。

図３は、捲回電極群の一部を展開した状態を示す分解斜視図である。

捲回電極群３は、負極電極３２と正極電極３４の間にセパレータ３３、３５を介して扁平状に捲回することによって構成されている。捲回電極群３は、最外周の電極が負極電極３２であり、さらにその外側にセパレータ３３、３５が捲回される。セパレータ３３、３５は、正極電極３４と負極電極３２との間を絶縁する役割を有している。負極電極３２の負極合剤層３２ｂが塗布された部分は、正極電極３４の正極合剤層３４ｂが塗布された部分よりも幅方向に大きく、これにより正極合剤層３４ｂが塗布された部分は、必ず負極合剤層３２ｂが塗布された部分に挟まれるように構成されている。正極箔露出部３４ｃ、負極箔露出部３２ｃは、平面部分で束ねられて溶接等により接続される。尚、セパレータ３３、３５は幅方向で負極合剤層３２ｂが塗布された部分よりも広いが、正極箔露出部３４ｃ、負極箔露出部３２ｃで端部の金属箔面が露出する位置に捲回されるため、束ねて溶接する場合の支障にはならない。

正極電極３４は、正極集電体である正極箔３４ａの両面に正極活物質合剤を有し、正極箔３４ａの幅方向一方側の端部には、正極活物質合剤を塗布しない正極箔露出部３４ｃが設けられている。負極電極３２は、負極集電体である負極箔３２ａの両面に負極活物質合剤を有し、負極箔３２ａの幅方向他方側の端部には、負極活物質合剤を塗布しない負極箔露出部３２ｃが設けられている。正極箔露出部３４ｃと負極箔露出部３２ｃは、電極箔の金属面が露出した領域であり、捲回軸方向の一方側と他方側の位置に配置されるように捲回される。

負極電極３２に関しては、負極活物質として非晶質炭素粉末１００重量部に対して、結着剤として１０重量部のポリフッ化ビニリデン（以下、ＰＶＤＦという。）を添加し、これに分散溶媒としてＮ−メチルピロリドン（以下、ＮＭＰという。）を添加、混練した負極合剤を作製した。この負極合剤を厚さ１０μｍの銅箔（負極箔）の両面に溶接部（負極未塗工部）を残して塗布した。その後、乾燥、プレス、裁断工程を経て、銅箔を含まない負極活物質塗布部厚さ７０μｍの負極電極３２を得た。

尚、本実施形態では、負極活物質に非晶質炭素を用いる場合について例示したが、これに限定されるものではなく、リチウムイオンを挿入、脱離可能な天然黒鉛や、人造の各種黒鉛材、コークスなどの炭素質材料やＳｉやＳｎなどの化合物（例えば、ＳｉＯ、ＴｉＳｉ_２等）、またはそれの複合材料でもよく、その粒子形状においても、鱗片状、球状、繊維状、塊状等、特に制限されるものではない。

正極電極３４に関しては、正極活物質としてマンガン酸リチウム（化学式ＬｉＭｎ_２Ｏ_４）１００重量部に対し、導電材として１０重量部の鱗片状黒鉛と結着剤として１０重量部のＰＶＤＦとを添加し、これに分散溶媒としてＮＭＰを添加、混練した正極合剤を作製した。この正極合剤を厚さ２０μｍのアルミニウム箔（正極箔）の両面に溶接部（正極未塗工部）を残して塗布した。その後、乾燥、プレス、裁断工程を経て、アルミニウム箔を含まない正極活物質塗布部厚さ９０μｍの正極電極３１を得た。

また、本実施形態では、正極活物質にマンガン酸リチウムを用いる場合について例示したが、スピネル結晶構造を有する他のマンガン酸リチウムや一部を金属元素で置換又はドープしたリチウムマンガン複合酸化物や層状結晶構造を有すコバルト酸リチウムやチタン酸リチウムやこれらの一部を金属元素で置換またはドープしたリチウム−金属複合酸化物を用いるようにしてもよい。

また、本実施形態では、正極電極３４、負極電極３２における塗工部の結着剤としてＰＶＤＦを用いる場合について例示したが、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリブタジエン、ブチルゴム、ニトリルゴム、スチレンブタジエンゴム、多硫化ゴム、ニトロセルロース、シアノエチルセルロース、各種ラテックス、アクリロニトリル、フッ化ビニル、フッ化ビニリデン、フッ化プロピレン、フッ化クロロプレン、アクリル系樹脂などの重合体およびこれらの混合体などを用いることができる。

図２に図示されるように、正極集電板４４の正極側接続端部４２のｚ方向の前方には、捲回電極群３の正極金属箔露出部３４ｃを介して正極側保護用金属板４０が配置されている。また、負極集電板２４の負極側接続端部２２のｚ方向の前方には、捲回電極群３の負極金属箔露出部３２ｃを介して負極側保護用金属板３０が配置されている。捲回電極群３の正極金属箔露出部３４ｃは、正極集電板４４と正極側保護用金属板４０との間に配置され、正極集電板４４と正極側保護用金属板４０とにより挟圧された状態で、例えば、超音波溶接や抵抗溶接等の溶接により接合される。同様に、捲回電極群３の負極金属箔露出部３２ｃは、負極集電板２４と負極側保護用金属板３０との間に配置され、負極集電板２４と負極側保護用金属板３０とにより挟圧された状態で、超音波溶接や抵抗溶接等の溶接により接合される。

図４は本発明の原理を説明するため、従来構造の捲回電極群３、負極集電板２４、負極側保護用金属板４０を切断した断面図である。図４を用いて発塵の原理について説明する。図４は負極箔露出部３２ｃが負極集電板２４と負極側保護用金属板３０が上記のように接合された状態の断面図である。溶接により接合される際に、負極箔露出部３２ｃ同士の擦れにより金属異物が発塵する。発塵した金属異物は負極箔露出部３２ｃの箔隙間を経由して合剤層部２０１ａに到達する。また、接合時には合剤層部２０１ａまで到達せずに負極箔露出部３２ｃの箔隙間に存在する金属異物は、その後の電解液の注液工程などにより合剤層部２０１ａに到達する。金属異物が合剤層部２０１ａまで進入すると、溶解析出反応を起こし、セパレータ３３を透過し正極電極３４と負極電極３２間で内部短絡が生じる可能性がある。

このように、金属異物に起因する捲回電極群３の内部短絡を防止するには、合剤層内部に金属異物が進入するのを抑制する必要がある。

続いて本発明の特徴点について説明する。図５は、捲回電極群３の負極箔露出部３２ｃが、負極集電板２４と負極側保護用金属板３０とにより挟圧されて超音波溶接される時の外観斜視図である。なお、正極側の構造も本図と同様の構造となるため、本実施例では負極側を代表して説明する。図５に図示されるように、本発明の特徴部となる金属箔の狭窄部３２ｄを設けるために、位置決め治具１０１を工夫している。その狭窄部３２ｄを作成工程を含めて以下で説明する。

まずは負極集電板２４に負極箔露出部３２ｃを載せる。次に接合部が開口している位置決め冶具１０１で負極側保護用金属板３０を押えて、負極金属箔露出部３２ｃを保護用金属板３０と負極集電板２４とで挟圧する。このとき、位置決め冶具１０１は基部１０１ｂから捲回電極群３の捲回群中心方向に向かう凸部１０１ａを設けてある。また、位置決め冶具１０１の凸部１０１ａは、合剤層積層部と負極側保護用金属板３０の間に位置するように配置する。

図６は、位置決め冶具１０１を用いて、負極箔露出部３２ｃを負極側保護用金属板３０と負極集電板２４とで挟圧した狭窄部３２ｄを設けた状態の、負極箔露出部３２ｃの積層部の断面図である。図６に図示されるように、位置決め冶具１０１に設けられた凸部１０１ａは負極箔露出部３２ｃに押圧される。そのため、負極箔露出部３２に狭窄部３２ｄが設けられる。この状態で、超音波溶接機のアンビルを負極集電板２４に当接させ、超音波ホーンを位置決め冶具１０１の開口部から負極側保護用金属板３０に当接させ、超音波接合を実施する。

図７は位置決め冶具１０１を用いて超音波溶接を実施した後の負極箔露出部３２ｃの積層部の断面図である。図７に図示されるように、本製造実施例で超音波溶接された、捲回電極群３の合剤層積層部と集電板２４の溶接部との間の負極箔露出部３２ｃには捲回電極群３の捲回中心方向に向かう凹部３２ｅが設けられる。このとき、負極箔露出部３２ｃの箔隙間は狭くなり狭窄部３２ｄが残る。溶接時に発塵した金属異物は、当然溶接時には位置決め治具１０１によって合剤層部２０１ａに到達しないようになるが、電解液を入れた際にもこの狭窄部３２ｄが凹形状になっていることによって、金属異物が合剤層部２０１ｄに到達する経路があたかも迷路のようになる。そのため、負極集電板２４の近傍で発生した金属異物が合剤層部２０１ａに到達するまでの距離が長くなり、金属異物が合剤層部２０１ａに到達しづらくなる。これにより、負極箔露出部３２ｃが接合される際に発塵する金属異物が負極箔露出部３２ｃの箔隙間を経由して合剤層部２０１ａに到達するのを抑制することができる。なお、凹形状の程度はどの程度の深さであれ効果があるが、凹部３２ｅの表面の金属箔が、負極集電板２４の箔を搭載している面よりも凹んでいれば十分に効果がある（図７のＢ−Ｂ参照）。また、本実施形態では負極集電板２４側に向かって凹形状を設ける構成としたが、当然負極側保護用金属板３０側に凹形状となるように凹部３２ｅを設けても効果がある。また、上述したように本発明を正極集電板４４側に適用することも当然に可能である。正極側、負極側両方に凹部を設けることによって、より合剤層部２０１ａに金属異物が侵入しにくくなる。

上記実施形態１によれば、下記の効果を奏する。

二次電池１００は、合剤層を塗布し、一端側に金属箔露出部を有する正極電極３４と負極電極３２、セパレータ３３、３５それぞれの各一側縁が積層された一側面、および正極電極３４と負極電極３２、セパレータ３３、３４それぞれの他側縁が積層された他側面を有する捲回電極群３と、負極箔露出部３２ｃと接続される負極集電板２４と、前記負極集電板２４とで負極箔露出部３２ｃを挟持する負極側保護用金属板３０を備え、前記捲回電極群３の合剤層積層部と前記負極集電板２４の溶接部との間の負極箔露出部３２ｃには、前記捲回電極群３の捲回中心方向に向かう凹部が設けられる。これにより、溶接で発生した金属異物が合剤層内部へ進入するのを防ぎ、金属異物による内部短絡を抑制することが可能となる。

上記の効果を実現するための具体的構造の一例としては、合剤層（３２ｂ、３４ｂ）を塗布し、一端側に金属箔露出部（３２ｃ、３４ｃ）を有する電極（３２、３４）を捲回した捲回電極群（３）と、金属箔露出部（３２ｃ、３４ｃ）と溶接により接続される集電板（２４、４４）と、を備え、捲回電極群（３）の合剤層積層部（３２ｂ、３４ｂ）と集電板（２４、４４）の溶接部との間の金属箔露出部（３２ｃ、３４ｃ）には、捲回電極群（３）の捲回中心方向に向かう凹部が設けられる構造である。

また、本実施形態では、溶接に超音波溶接を用いている。もちろん本発明は抵抗溶接の場合でも有効であるが、より金属箔同士が擦れやすい超音波溶接を行っているものに適用することで金属異物侵入抑制の効果が大きくなる。

≪実施形態２≫
続いて実施形態２について説明する。本実施形態が実施形態１と異なる点は、実施形態１の保護用金属板３０は接合部を覆う大きさの平板構造であるのに対して、本実施形態の保護用金属板５０は一面に突出する凸部を有する点が異なる。

図８は、実施形態２における保護用金属板５０の斜視図である。図８に示す通り、保護用金属板５０は集電板と対向する平坦部５０ｂと、平坦部５０ｂから突出する凸部５０ａの２つの部分からなる。

図９は、保護用金属板５０の凸部５０ａが捲回中心方向に対して突出するように配置させて接合された、負極箔露出部３２ｃの積層部の断面図である。捲回電極群３の負極箔露出部３２ｃは、負極集電板２４と保護用金属板５０との間に配置され、負極集電板２４と保護用金属板５０とにより挟圧されて狭窄部３２ｄが設けられた状態で接合される。

図９に図示されるように、本実施形態においては、負極箔露出部３２ｃに対して突出する凸部３２ｄを有する保護用金属板５０が、その凸部３２ｄが負極箔露出部３２ｃに押圧するように配置されて接合されるため、捲回電極群３の合剤層部２０１ａと負極集電板２４の溶接部との間の負極箔露出部３２ｃは、保護用金属板５０が配置される一面に、前記捲回電極群３の捲回中心方向に向かう凹部３２ｅが設けられる。このとき、負極箔露出部３２ｃの箔隙間は狭くなり狭窄部３２ｄが設けられることとなる。これにより、負極箔露出部３２ｃが接合される際に発塵する金属異物が負極箔露出部３２ｃの箔隙間を経由して合剤層部２０１ａに進入するのを抑制することができる。このように、保護用金属板５０の凸部は、内部短絡を引き起こさない、負極箔露出部３２ｃの箔隙間がセパレータ３３の厚みよりも小さくなるような大きさとすることが好ましい。

図１０は、負極箔露出部３２ｃ、保護用金属板５０と負極集電板２４の分解斜視図である。図１０に図示されるように、保護用金属板５０の幅Ｗ１は、負極箔露出部３２ｃとの接合部２０２ａの幅Ｗ２よりも大きいほど、捲回電極群３の合剤層積層部と負極集電板２４の溶接部との間の負極箔露出部３２ｃに設けられる、捲回電極群３の捲回中心方向に向かう凹部の幅が大きくなる。これにより、負極箔露出部３２ｃが接合される際に発塵する金属異物が負極箔露出部３２ｃの箔隙間を経由して合剤層部２０１ａに到達するのをより確実に抑制することができる。なお、保護用金属板５０の幅Ｗ１が接合部の幅Ｗ２の幅であったとしても十分効果があることはいうまでもない。また、捲回電極群３の湾曲部の張力が大きいため、湾曲部には金属異物しづらい構造となっている。そのため、保護用金属板５０の幅Ｗ１の幅はたとえば捲回電極群３の平坦部の幅（捲回電極群３の一対の湾曲部間の幅）であれば上述のとおりより効果が大きくなる。また、保護用金属板５０の凸部５０ａの凸部の大きさについては、実施例１と同様、凹部が負極集電板２４の箔を搭載している面よりも凹んでいれば十分に効果があるので、保護用金属板５０の凸部は負極集電板２４の表面の位置（図９のＢ−Ｂの位置）まで到達していれば十分に異物侵入に対して効果がある。

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。さらに、捲回中心方向に突出する凸部を有する保護用金属板５０が、負極箔露出部３２ｃに押圧するように配置されて接合されるため、捲回電極群３の合剤層積層部と負極集電板の溶接部との間の負極箔露出部に設けられる捲回電極群３の捲回中心方向に向かう凹部は、その後の電解液の注液工程や振動等の外力により変形しない構造となる。これにより、負極箔露出部の箔隙間を狭くした状態を、溶接後も確実に維持できるため、接合時には合剤層部まで到達せずに負極箔露出部の箔隙間に存在する金属異物が、その後の電解液の注液工程などにより合剤層積層部に進入することも確実に防止できる。

上記の効果を実現するための具体的構造の一例としては、金属箔露出部（３２ｃ、３４ｃ）が集電板（２４、４４）と板状金属部材（５０）とによって挟持され、板状金属部材（５０）は、捲回電極群（３）の捲回中心方向に向かう凸部（５０ａ）が設けられ、凹部（３２ｄ）と当接している構造となっている。

また、保護用金属板５０の幅Ｗ１が接合部の幅Ｗ２の幅であったとしても十分効果があることはいうまでもないが、捲回電極群３の湾曲部の張力が大きく、湾曲部には金属異物しづらい構造となっているため、保護用金属板５０の幅Ｗ１の幅はたとえば捲回電極群３の平坦部の幅（捲回電極群３の一対の湾曲部間の幅）であればより合剤層部２０１ａへの金属異物侵入を抑制することが可能となる。

≪実施形態３≫
続いて、実施形態３について説明する。本実施形態が実施形態２と異なる点は、実施形態１の保護用金属板に替えて、集電板に捲回中心方向に対して突出する凸部を設けた点である。

図１１は、本発明の実施形態３を示し、図９と同一断面模式図である。
捲回電極群３の負極箔露出部３２ｃは、負極集電板５１と負極側保護用金属板３０との間に配置され、集電板５１と負極側保護用金属板３０とにより挟圧された狭窄部３２ｄが形成された状態で接合される。

図１１に図示されるように、本実施形態においては、負極箔露出部３２ｃに対して突出する凸部５１ｅを有する負極集電板５１が、その凸部５１ｅが負極箔露出部３２ｃに押圧するように配置されて接合されるため、捲回電極群３の合剤層部２０１ａと負極集電板５１の溶接部との間の負極箔露出部３２ｃは、負極集電板５１が配置される一面に、捲回電極群３の捲回中心方向に向かう凹部３２ｅが設けられる。このとき、負極箔露出部３２ｃの箔隙間は狭くなり狭窄部３２ｄが設けられる。これにより、負極箔露出部３２ｃが接合される際に発塵する金属異物が負極箔露出部３２ｃの箔隙間を経由して合剤層部２０１ａに到達するのを抑制することができる。このように、負極集電板５１の凸部５１ａは、内部短絡を引き起こさない、負極箔露出部３２ｃの箔隙間がセパレータ３３の厚みよりも小さくなるような大きさとすることが好ましい。

図１２は、負極箔露出部３２ｃ、負極側保護用金属板３０と負極集電板５１の分解斜視図である。図１２に図示されるように、負極集電板５１の凸部５１ａの幅Ｗ３は、負極箔露出部３２ｃとの接合部の幅Ｗ２よりも大きいほど、捲回電極群３の合剤層積層部と負極集電板の溶接部との間の負極箔露出部３２ｃに設けられる、捲回電極群３の捲回中心方向に向かう凹部の幅が大きくなる。これにより、負極箔露出部３２ｃが接合される際に発塵する金属異物が負極箔露出部３２ｃの箔隙間を経由して合剤層部２０１ａに到達するのをより確実に抑制することができる。なお、集電板の凸部５１ａの幅Ｗ３が接合部の幅Ｗ２の幅であったとしても十分効果があることはいうまでもない。また、捲回電極群３の湾曲部の張力が大きいため、湾曲部には金属異物しづらい構造となっている。そのため、集電板の凸部５１ａの幅Ｗ３の幅はたとえば捲回電極群３の平坦部の幅（捲回電極群３の一対の湾曲部間の幅）であればより合剤層部２０１ａへの金属異物混入抑制の効果が大きくなる。また、集電板５１の凸部５１ａの凸部の大きさについては、実施例１と同様、凹部が保護用金属板３０の箔を搭載している面よりも凹んでいれば十分に効果があるので、負極集電板５１の凸部５１ａは保護用金属板３０の表面の位置（図１１のＣ−Ｃの位置）まで到達していれば十分に異物侵入に対して効果がある。なお、板厚の厚い集電板側に凸部５１ａを設けているため、実施形態２よりもより、凹部がその後の電解液の注液工程や振動等の外力により変形しない構造となる。

実施形態３においても、実施形態２と同様な効果を奏する。負極集電板５１の凸部はプレス金型や鋳造型等により成型することができる。

≪実施形態４≫
続いて、実施形態４について説明する。本実施形態が実施形態２と異なる点は、実施形態２の保護用金属板に加えて、さらに凸部を有する下部保護用金属板５２ｂを集電板と金属箔との間に設けた点である。

図１３は、本発明の実施形態４を示し、図１１と同一断面模式図である。

実施形態４においては、実施形態２の保護用金属板は、負極箔露出部と負極集電板の間にも配置されており、負極箔露出部は、負極集電板と二つの保護用金属板５２ａ、５２ｂによって挟圧された状態で接合される。なお、実施形態４における他の構成は、実施形態２と同様であり、対応する部材に同一の符号を付して説明を省略する。

図１３に図示されるように、実施形態４においては負極箔露出部３２ｃに対して基部５２ｄから突出する凸部５２ｃを有する上部保護用金属板５２ａと、基部５２ｆから突出する凸部５２ｅを有する下部保護用金属板５２ｂが、その凸部が負極箔露出部３２ｃに押圧するように配置されて接合されるため、捲回電極群３の合剤層部２０１ａと負極集電板２４の溶接部との間の負極箔露出部３２ｃの両面には、前記捲回電極群３の捲回中心方向に向かう２つの凹部３２ｅ１、３２ｅ２が設けられる。このとき、負極箔露出部３２ｃの箔隙間が狭くなる狭窄部３２ｄ１、３２ｄ２が設けられる。この二つの狭窄部によって、実施形態１と比較して、負極集電板２４の近傍で発生した金属異物が合剤層部２０１ａに到達するまでの距離がより長くなり、金属異物が合剤層部２０１ａに到達しづらくなる。そのため、より金属異物が合剤層部２０１ａに到達する可能性が低くなり、内部短絡の可能性が低くなる。

実施形態４においても、実施形態２、３と同様な効果を奏する。しかも、実施形態４では保護用金属板が負極箔露出部の両面に配置されているので、実施形態２、３よりも負極箔露出部の箔隙間を一層狭くすることができ、溶接で発生した金属異物が合剤層内部へ進入するのをさらに確実に防ぐことができる。このとき、負極箔露出部の両面に配置する保護用金属板の凸部は、負極箔露出部を挟んで互いに対向して配置をしても、合剤層と集電板の間でずらして配置してもよい。凸部をずらして配置すると、負極箔露出部を、集電板と２つの保護用金属板によって挟圧することが容易となり、作業能率が良いものとなり、かつ、保護用金属板の位置ずれが少なくなる。

上記の効果を実現するための具体的構造の一例としては、金属箔露出部（３２ｃ、３４ｃ）は、集電板（２４、４４）と板状金属部材（５２ａ）との間にさらに集電板側板状金属部材（５２ｂ）を有し、金属箔露出部（３２ｃ、３４ｃ）は板状金属部材（５２ａ）及び集電板側板状金属部材（５２ｂ）で挟持され、集電板側板状金属部材（５２ｂ）は、捲回電極群（３）の捲回中心方向に向かう凸部（５２ｃ、５２ｅ）が設けられ、凹部（３２ｄ１、３２ｄ２）と当接している構造である。

また、本発明では、板状金属部材（５２ａ）の凸部（５２ｃ）と、集電板側板状金属部材（５２ｂ）の凸部（５２ｅ）は互いにずれて配置される構造になっている。

≪実施形態５≫
続いて、実施形態５について説明する。本実施形態が実施形態２と異なる点は、実施形態２の保護用金属板に加えて、さらに凸部を有する集電板５１設けた点である。図１４は、本発明の実施形態５を示し、図１３と同一断面模式図である。なお、実施形態５における他の構成は、実施形態２と同様であり、対応する部材に同一の符号を付して説明を省略する。

実施形態５においては、負極箔露出部は、実施形態２と同じ保護用金属板と、実施形態３と同じ負極集電板によって挟圧された状態で接合される。

図１４に図示されるように、実施形態５においては負極箔露出部３２ｃに対して基部５０ｂから突出する凸部５０ａを有する保護用金属板５０と、基部５１ｄから突出する凸部５１ａを有する負極集電板５１が、それぞれ２つの凸部が負極箔露出部３２ｃに押圧するように配置されて接合されるため、捲回電極群３の合剤層部２０１ａと負極集電板５１の溶接部との間の負極箔露出部３２ｃの両面には、捲回電極群３の捲回中心方向に向かう凹部３２ｄ１、３２ｄ２が設けられる。このとき、負極箔露出部３２ｃの箔隙間が狭くなる。

実施形態５においても、実施形態４と同様な効果を奏する。しかも、実施形態５では保護用金属板が一面のみであるため実施形態３よりも安価にすることができる。また、接合する負極箔露出部と保護用金属板の総厚みが大きくならないため、容易に接合することができる。負極箔露出部を挟んで配置する保護用金属板と集電板の凸部は、負極箔露出部を挟んで互いに対向して配置をしても、合剤層と集電板の間でずらして配置してもよい。凸部をずらして配置すると、負極箔露出部を、集電板と２つの保護用金属板によって挟圧することが容易となり、作業能率が良いものとなり、かつ、保護用金属板の位置ずれが少なくなる。

なお、実施形態４と実施形態５では凹部が２つ設けられる構造としたが、この凹部が２個以上設けられるような構造としてもよい。その場合には、より合剤層部２０１ａに金属異物が侵入しにくい構造となる。

以上が本発明の内容になる。なお。上記実施形態における二次電池の構造は、単に一例として例示するものであり、適宜、変更して適用することが可能である。

上記実施形態では、負極側の構成のみを示したが、本実施形態は、負極側に限定するものではなく、正極側も負極側と同様の構成が可能である。また、捲回電極群の合剤層積層部と集電板の溶接部との間の金属箔露出部には、捲回電極群の捲回中心方向に向かう凹部が一つの構成のみ示したが、本発明の実施形態は一つの凹部に限定されるものではなく、複数の凹部を設ける構成としても良い。

上記実施形態では、二次電池を角形リチウムイオン電池として例示した。しかし、本発明は、円筒形リチウムイオン電池またはニッケル水素電池やニッケル・カドミウム電池、鉛蓄電池のように水溶性電解液を用いる二次電池にも適用が可能である
上記では、種々の実施の形態および変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。上記各実施形態を組み合わせて適用することも可能であり、本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。

１電池缶
１ａ開口部
１ｂ幅広側面
１ｃ幅狭側面
１ｄ底面
２絶縁保護フィルム
３捲回電極群
５ガスケット
６電池蓋
７絶縁板
９注液口
１０ガス排出弁
１１注液栓
１２負極外部端子
１４正極外部端子
２２負極側接続端部
２４負極集電板
３０負極側保護用金属板
３２負極電極
３２ａ負極箔
３２ｂ負極合剤層
３２ｃ負極箔露出部
３３セパレータ
３４正極電極
３４ａ正極箔
３４ｂ正極合剤層
３４ｃ正極箔露出部
３５セパレータ
４０正極側保護用金属板
４２正極側接続端部
４４正極集電板
５０保護用金属板
５１負極集電板
５２ａ上部保護用金属板
５２ｂ下部保護用金属板
１００角形二次電池
１０１位置決め冶具
２０１ａ合剤層部
２０２ａ接合部

Claims

合剤層を塗布し、一端側に金属箔露出部を有する電極を捲回した捲回電極群と、
前記金属箔露出部と溶接により接続される集電板と、を備えた二次電池において、
前記捲回電極群の合剤層積層部と前記集電板の溶接部との間の金属箔露出部の両面には、前記捲回電極群の捲回中心方向に向かう２つの凹部が設けられ、
前記金属箔露出部は、板状金属部材及び集電板側板状金属部材によって挟持され、
前記板状金属部材は、前記捲回電極群の捲回中心方向に向かう凸部が設けられ、１つ面の凹部と当接し、
前記集電板側板状金属部材は、前記捲回電極群の捲回中心方向に向かう凸部が設けられ、他の１つ面の凹部と当接し、
前記板状金属部材の凸部と前記集電板側板状金属部材の凸部とは互いにずれて配置されることを特徴とする二次電池。
請求項１に記載の二次電池において、前記溶接部は、超音波溶接部であることを特徴とする二次電池。
請求項１乃至２のいずれかに記載の二次電池において、前記金属箔露出部は銅箔であり、前記電極は負極であることを特徴とする二次電池。