JP6768578B2 - 角形二次電池の製造方法 - Google Patents

Description

本開示は、角形二次電池の製造方法に関する。

従来、角形二次電池としては、特許文献１に記載されているものがある。この角形二次電池は、車両に搭載され、正極板と負極板とがセパレータを介して巻回された偏平状の巻回電極体を有する。正極板は、正極活物質合剤層が帯状の正極芯体の両面に設けられ、正極芯体が帯状に露出した正極芯体露出部を上記両面の幅方向一方側に有する。また、負極板は、負極活物質合剤層が帯状の負極芯体の両面に設けられ、負極芯体が帯状に露出した負極芯体露出部を上記両面の幅方向他方側に有する。正極及び負極活物質合剤層の夫々は、リチウムイオンの挿入・脱離が可能な構造を有している。

角形二次電池は、更に、正極芯体露出部に電気的に接続された正極集電体、負極芯体露出部に電気的に接続された負極集電体、電解液、角形外装缶、及び封口板を備える。電極体は、正極芯体露出部及び負極芯体露出部が角形外装缶の互いに異なる側の幅方向端部に位置するように角形外装缶に挿入され、電解液は、角形外装缶の開口を封口板で封止して形成されるケース内に封入される。正極集電体は、正極端子に電気的に接続され、負極集電体は、負極端子に電気的に接続される。

特開２０１２−３３３３４号公報

車載向け等の角形二次電池においては、高出力が求められている。このことから、抵抗を小さくするために、電極体の端部に設けた積層された負極芯体露出部を、まとめて抵抗溶接で負極集電体に電気的に接続して、負極集電体を介して負極端子に電気的に接続する集電構造が採用されている。また、電極体の端部に設けた積層された正極芯体露出部を、まとめて抵抗溶接で正極集電体に電気的に接続して、正極集電体を介して正極端子に電気的に接続する集電構造が採用されている。

このような背景において、更に、電池内空間を有効活用して高容量を実現するために、正負極板における活物質合剤層の厚みを相対的に厚くしたり、芯体上に形成された活物質合剤層の幅を広げるために芯体露出部の幅を小さくしたりして電池内の活物質比率を大きくすることが所望されている。しかしながら、正負極板の厚みを相対的に厚くしたり、芯体露出部の幅を小さくすると、極板の外周側の正負極芯体露出部における集電体との接触端部までの延在方向と、電極体の軸方向とがなす角度が急峻となってしまう。

本開示の一つの目的は、負極芯体露出部の破断を抑制でき、負極板にシワが生じることも抑制できる抵抗溶接を用いた角形二次電池の製造方法を提供することにある。

本開示に係る角形二次電池の製造方法は、正極板及び負極板を含む偏平状の電極体を備え、負極板は、銅箔又は銅合金箔からなる負極芯体と、負極芯体上に形成された負極活物質合剤層とを含み、偏平状の電極体は、端部に積層された負極芯体露出部を有し、積層された負極芯体露出部は、互いに間隔をおいて配置される第１の積層された負極芯体露出部及び第２の積層された負極芯体露出部を含み、積層された負極芯体露出部の２つの最外面に電気的に接続された集電体と、第１の積層された負極芯体露出部と、第２の積層された負極芯体露出部との間に配置された金属製の導電部材とを備える角形二次電池の製造方法であって、積層された負極芯体露出部の２つの最外面の外側に集電体を配置し、第１の積層された負極芯体露出部と、第２の積層された負極芯体露出部との間に突起を有する導電部材を配置する配置工程と、集電体に積層された負極芯体露出部側とは反対側から抵抗溶接電極を当接し、集電体、負極芯体露出部及び導電部材を抵抗溶接する溶接工程と、を有し、負極芯体の破断伸び率が５．６％以上１２．０％以下であり、溶接工程において、導電部材に形成された突起が、導電部材と集電体の間に位置する負極芯体露出部に接する状態で抵抗溶接電流を流し、導電部材に形成された突起を溶融させる。

本開示に係る角形二次電池の製造方法では、第１の積層された負極芯体露出部と第２の積層された負極芯体露出部の間に導電部材を配置した状態で抵抗溶接を行う。このため、負極芯体露出部の幅をより小さくすることができる。よって、負極活物質合剤層の幅をより広くすることができ、より高容量の角形二次電池となる。また、導電部材に突起を設け、この突起が負極芯体露出部と接する状態で抵抗溶接を行うことにより、抵抗溶接電流が集中し、より安定的に抵抗溶接を行えるようになる。

しかしながら、抵抗溶接の際、負極集電体は抵抗溶接電極により導電部材側に押圧されているため、導電部材に設けた突起が溶融することにより、負極集電体が導電部材側に移動する。そして、負極集電体の端部が最外周に位置する負極芯体露出部を導電部材側に強く押圧し、負極芯体露出部が破断する可能性がある。このような課題は、負極板の外周側の負極芯体露出部における負極集電体との接触端部までの延在方向と、電極体の軸方向とがなす角度が急峻である場合、顕著である。

発明者は、このような負極芯体露出部の破断を、破断伸び率が５．６％以上の負極芯体を用いることにより解決できることを見出した。

しかしながら、破断伸び率が５．６％以上の負極芯体を用いた場合の新たな課題として、負極板の製造時に負極板にシワが生じる可能性がるという課題を見出した。そして、更なる検討を重ねた結果、極芯体の破断伸び率を５．６％以上１２．０％以下とすることにより、負極芯体の破断を抑制でき、且つ負極板にシワが生じることも抑制できることを見出した。

また、本開示に係る別の角形二次電池の製造方法は、正極板及び負極板を含む偏平状の電極体を備え、負極板は、銅箔又は銅合金箔からなる負極芯体と、負極芯体上に形成された負極活物質合剤層を含み、偏平状の電極体は、端部に積層された負極芯体露出部を有し、積層された負極芯体露出部の最外面には集電体が配置された二次電池の製造方法であって、積層された負極芯体露出部の最外面に突起を有する集電体を配置する配置工程と、集電体に積層された負極芯体露出部側とは反対側から抵抗溶接電極を当接し、集電体と負極芯体露出部を抵抗溶接する溶接工程とを有し、負極芯体の破断伸び率が５．６％以上１２．０％以下であり、集電体に形成された突起が、負極芯体露出部に接する状態で抵抗溶接電流を流し、集電体に形成された突起を溶融させる。

本開示に係る別の角形二次電池の製造方法では、負極集電体において負極芯体露出部と対向する面に突起を設ける。そして、この突起が負極芯体露出部と接する状態で抵抗溶接を行うことにより、抵抗溶接電流が集中し、より安定的に抵抗溶接を行えるようになる。

しかしながら、抵抗溶接の際、負極集電体は抵抗溶接電極により導電部材側に押圧されているため、負極集電体に設けた突起が溶融することにより、負極集電体の本体部分が負極芯体露出部側に移動する。そして、負極集電体の本体部分の端部が最外周に位置する負極芯体露出部を導電部材側に強く押圧し、負極芯体露出部が破断する可能性がある。このような課題は、負極板の外周側の負極芯体露出部における負極集電体との接触端部までの延在方向と、電極体の軸方向とがなす角度が急峻である場合、顕著である。

発明者は、このような負極芯体露出部の破断を、破断伸び率が５．６％以上の負極芯体を用いることにより解決できることを見出した。

しかしながら、破断伸び率が５．６％以上の負極芯体を用いた場合の新たな課題として、負極板の製造時に負極板にシワが生じる可能性があるという課題を見出した。そして、更なる検討を重ねた結果、極芯体の破断伸び率を５．６％以上１２．０％以下とすることにより、負極芯体の破断を抑制でき、且つ負極板にシワが生じることも抑制できることを見出した。

本開示に係る角形二次電池の製造方法によれば、負極芯体露出部の破断を抑制でき、負極板にシワが生じることも抑制できる。

図１Ａは、本開示の方法で製造できる角形二次電池の平面図であり、図１Ｂは、上記角形二次電池の正面図である。 図２Ａは、図１ＡのＩＩＡ−ＩＩＡ線に沿った部分断面図であり、図２Ｂは、図２ＡのＩＩＢ−ＩＩＢ線に沿った部分断面図であり、図２Ｃは、図２ＡのＩＩＣ−ＩＩＣ線に沿った断面図である。 図３Ａは、上記角形二次電池が含む正極板の平面図であり、図３Ｂは、上記角形二次電池が含む負極板の平面図である。 上記角形二次電池が含む偏平状の巻回電極体の巻回終了端側を展開した斜視図である。 破断伸び率の試験片を示す図である。 負極側の抵抗溶接を説明するための模式図である。 負極側の抵抗溶接を説明するための模式図である。 負極側の抵抗溶接を説明するための模式図である。 図２Ｂの負極側の部分拡大図である。 負極側における、芯体伸び率と、極板破断及びシワの発生の有無との関係を表す図である。

以下に、本開示に係る実施の形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。以下に示す各実施形態は、本開示の技術思想を理解するために例示するものであって、本開示をこの実施形態に特定することを意図するものではない。例えば、以下で説明する実施形態や変形例の特徴部分を適宜に組み合わせて新たな実施形態を構築することは当初から想定されている。本開示は、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。

先ず、図１Ａ〜図４を用いて、本開示の製造方法を適用できる角形二次電池１０の概略構成について説明する。

図１Ａ、図１Ｂ、及び図４を参照して、角形二次電池１０は、角形外装体（角形外装缶）２５と、封口板２３と、扁平状の巻回電極体１４とを備える。角形外装体２５は、例えばアルミニウム又はアルミニウム合金からなり、高さ方向一方側に開口部を有する。図１Ｂに示すように、角形外装体２５は、底部４０、一対の第１側面４１、及び一対の第２側面４２を有し、第２側面４２は、第１側面４１よりも大きくなっている。封口板２３は角形外装体２５の開口部に嵌合され、封口板２３と角形外装体２５との嵌合部を接合することで、角形の電池ケース４５が構成される。

図４に示すように、巻回電極体１４は、正極板１１と負極板１２とがセパレータ１３を介して互いに絶縁された状態で巻回された構造を有する。巻回電極体１４の最外面側にはセパレータ１３が配置されている。負極板１２は正極板１１よりも外周側に配置される。偏平状の巻回電極体１４の平坦部における正極板１１の総積層数（以下、この総積層数を、正極板の積層数として定義する）は、４０層以上（巻回数２０層以上）であり、５０層以上（巻回数２５層以上）が好ましく、６０層以上（巻回数３０層以上）が更に好ましい。正極板１１は、厚さが１０〜２０μｍ程度のアルミニウム又はアルミニウム合金箔からなる正極芯体の両面に正極活物質合剤スラリーを塗布し、乾燥及び圧延した後、所定寸法に帯状に切断されることにより作製される。図３Ａに示すように、正極板１１では、帯状の正極芯体上に正極活物質合剤層１１ａが形成される。また、正極板１１には、幅方向の一方側の端部に、長手方向に延びる正極芯体露出部１５が形成される。この帯状に露出した正極芯体部分が正極芯体露出部１５となる。この正極芯体露出部１５の少なくとも一方側の表面には、例えば正極活物質合剤層１１ａに隣接するように、正極芯体露出部１５の長さ方向に沿った正極保護層１１ｂが形成される。正極保護層１１ｂは、正極活物質合剤層１１ａよりも導電性が低い層とする。なお、正極保護層１１ｂは、例えば、アルミナ等の無機粒子と結着剤からなる。なお、必要に応じて、正極保護層１１ｂに少量の炭素材料等の導電剤を添加することもできる。なお、正極保護層１１ｂは、設けられなくてもよい。

また、負極板１２は、厚さが５〜２０μｍ程度の銅又は銅合金箔からなる負極芯体の両面に負極活物質合剤スラリーを塗布し、乾燥及び圧延した後、所定寸法に帯状に切断されることにより作製される。図３Ｂに示すように、負極板１２では、帯状の負極芯体上に負極活物質合剤層１２ａが形成される。また、負極板１２には、幅方向の一方側の端部に、長手方向に延びる負極芯体露出部１６が形成される。なお、正極芯体露出部１５ないし負極芯体露出部１６は、それぞれ正極板１１ないし負極板１２の幅方向の両側の端部に沿って形成してもよい。

負極芯体は、破断伸び率が５．６％以上１２．０％以下のものを使用する。ここで、破断伸び率は、ＪＩＳ Ｚ ２２０１（試験片形状）,ＪＩＳ Ｚ ２２４１(測定方法)［１９９８年版］に基づいて測定され、試験片：１３Ｂ、試験速度：２０ｍｍ／ｍｉｎ、数量：ｎ＝３、測定内容：引張強度＝最大張力/箔断面積、伸び率：変位量/基準長（６０ｍｍ）の条件で測定されたものである。また、試験片１３Ｂは、図５に示す試験片において、幅Ｗが１２.５ｍｍ、原点距離Ｌが５０ｍｍ、平行部の長さＰが約６０ｍｍ、肩部の半径Ｒが２０〜３０ｍｍ、厚さＴがもとの厚さのまま、つかみ部の幅Ｂが２０ｍｍ以上と定義されている。

図４に示すように、正極芯体露出部１５と負極芯体露出部１６が夫々に対向する電極の合剤層１１ａ,１２ａに重ならないように、正極板１１及び負極板１２を、対向する合剤層１１ａ,１２ａに対して巻回電極体１４の幅方向（正極板１１及び負極板１２の幅方向）にずらして配置する。そして、セパレータ１３を挟んで互いに絶縁した状態で巻回し、偏平状に成形することで、偏平状の巻回電極体１４が作製される。巻回電極体１４は、巻回軸が延びる方向（帯状の正極板１１、帯状の負極板１２、及び帯状のセパレータ１３を矩形状に展開したときの幅方向に一致）の一方側端部に複数枚積層された正極芯体露出部１５を備え、他方側端部に複数枚積層された負極芯体露出部１６を備える。セパレータ１３としては、好ましくは、ポリオレフィン製の微多孔性膜を使用できる。セパレータ１３の幅は、正極活物質合剤層１１ａ及び正極保護層１１ｂを被覆できると共に負極活物質合剤層１２ａの幅よりも大きいことが好ましい。

後で詳述するが、複数枚積層された正極芯体露出部１５は、正極集電体１７（図２Ａ参照）を介して正極端子１８に電気的に接続され、複数枚積層された負極芯体露出部１６は、負極集電体１９（図２Ａ参照）を介して負極端子２０に電気的に接続される。また、詳述しないが、図２Ａに示すように、正極集電体１７と正極端子１８との間には、電池ケース４５の内部のガス圧が所定値以上となった時に作動する電流遮断機構２７が設けられることが好ましい。なお、電流遮断機構２７は必須の構成ではない。

図１Ａ、図１Ｂ及び図２Ａに示すように、正極端子１８及び負極端子２０の夫々は、絶縁部材２１、２２を介して封口板２３に固定される。封口板２３は、電池ケース４５内のガス圧が電流遮断機構２７の作動圧よりも高くなったときに開放されるガス排出弁２８を有する。正極集電体１７、正極端子１８及び封口板２３は、それぞれアルミニウム又はアルミニウム合金で形成され、負極集電体１９及び負極端子２０は、それぞれ銅又は銅合金で形成される。図２Ｃに示すように、偏平状の巻回電極体１４は、封口板２３側を除く周囲に絶縁性の絶縁シート（樹脂シート）２４を介在させた状態で一面が開放された角形の角形外装体２５内に挿入される。

図２Ｂ及び図２Ｃに示すように、正極板１１側では、巻回されて積層された複数枚の正極芯体露出部１５は、厚み方向の中央部に収束されてさらに２分割され、偏平状の巻回電極体の厚みの１／４を中心として正極芯体露出部１５が収束され、その間に正極用中間部材３０が配置される。正極用中間部材３０は樹脂材料からなり、正極用中間部材３０には、導電性の正極用導電部材２９が、１以上、例えば２個保持される。正極用導電部材２９は、例えば円柱状のものが用いられ、積層された正極芯体露出部１５と対向する両端部にプロジェクションとして作用する円錐台状の突起が形成されている。

負極板１２側でも、図２Ｂに示すように、巻回されて積層された複数枚の負極芯体露出部１６は、厚み方向の中央側に収束されてさらに２分割され、偏平状の巻回電極体１４の厚みの１／４を中心として負極芯体露出部１６が収束される。換言すると、積層された負極芯体露出部１６は、互いに間隔をおいて配置される第１の積層された負極芯体露出部５１及び第２の積層された負極芯体露出部５２を含む。

第１の積層された負極芯体露出部５１と、第２の積層された負極芯体露出部５２との間には負極用中間部材３２が配置される。負極用中間部材３２は、樹脂材料からなり、負極用中間部材３２には、負極用導電部材３１が、１以上、例えば２個保持される。なお、負極用中間部材３２は必須の構成ではなく、省略することもできる。負極用導電部材３１は、例えば円柱状のものが用いられ、積層された負極芯体露出部１６と対向する両端部に、プロジェクションとして作用する円錐台状の突起が形成されている。なお、各正極及び負極用中間部材３０,３２に複数個の正極及び負極用導電部材２９,３１を設置すると、複数の正極及び負極用導電部材２９,３１が共に同一の正極及び負極用中間部材３０,３２に保持されることになり、複数の正極及び負極用導電部材２９,３１の寸法精度が向上し、しかも、正極及び負極用導電部材２９,３１を、２分割された正極及び負極芯体露出部１５,１６の間に安定な状態で位置決め配置できる。

正極用導電部材２９と、その延在方向の両側に配置されている収束された正極芯体露出部１５は、抵抗溶接されて電気的に接続され、収束された正極芯体露出部１５と、その電池ケース４５の奥行方向外側に配置された正極集電体１７も、抵抗溶接されて電気的に接続される。また、同様に、負極用導電部材３１と、その両側に配置されて収束されている負極芯体露出部１６は、抵抗溶接されて電気的に接続され、収束された負極芯体露出部１６と、その電池ケース４５の奥行方向外側に配置された負極集電体１９も、抵抗溶接されて電気的に接続される。係る抵抗溶接については、後で図６〜図８を用いて詳述する。

正極集電体１７の正極芯体露出部１５側とは反対側の端部は、正極端子１８に電気的に接続され、負極集電体１９の負極芯体露出部１５側とは反対側の端部は、負極端子２０に電気的に接続される。その結果、正極芯体露出部１５が正極端子１８に電気的に接続され、負極芯体露出部１６が負極端子２０に電気的に接続される。巻回電極体１４、正極及び負極用中間部材３０,３２、及び正極及び負極用導電部材２９,３１は、抵抗溶接により接合され、一体構造を構成する。正極用導電部材２９は、正極芯体と同じ材料であるアルミニウム又はアルミニウム合金製のものが好ましく、負極用導電部材３１は、負極芯体と同じ材料である銅又は銅合金製のものが好ましい。正極用導電部材２９及び負極用導電部材３１の形状は、同じであっても異なっていてもよい。

図１Ａに示すように、封口板２３には電解液注液孔２６が設けられる。角形外装体２５に、抵抗溶接により構成される上述の一体構造と、その他の機構部分を、所定の位置に配設した後、封口板２３と角形外装体２５との嵌合部をレーザ溶接し、その後、電解液注液孔２６から非水電解液を注液する。その後、電解液注液孔２６を密封することで角形二次電池１０を作製する。電解液注液孔２６の密封は、例えばブラインドリベットや溶接等で実行される。

なお、巻回電極体１４が、その巻回軸が角形外装体２５の底部４０と平行となる向きに配置される場合について説明したが、巻回電極体が、その巻回軸が角形外装体２５の底部４０と垂直となる向きに配置される構成でもよい。また、角形二次電池１０が、巻回電極体１４を有する例について説明したが、角形二次電池は、積層型の電極体を有してもよい。

次に、図６〜図８、すなわち、負極側の抵抗溶接を説明するための模式図を用いて、負極側の抵抗溶接について説明する。なお、負極側と同様に実行される正極側の抵抗溶接は、説明を省略する。また、負極用導電部材３１の延在方向の両側で、第１の積層された負極芯体露出部５１の抵抗溶接と、第２の積層された負極芯体露出部５２の抵抗溶接が同時に実行される。第１の積層された負極芯体露出部５１の抵抗溶接と同様に実行される第２の積層された負極芯体露出部５２の抵抗溶接は、説明を省略する。また、図６〜図８において、第１の積層された負極芯体露出部５１として、最外周に位置する負極芯体露出部１６のみを図示する。

抵抗溶接では、先ず、図６に示す負極芯体露出部集結工程が実施される。負極芯体露出部集結工程では、集電体押さえ６０が矢印Ａで示す方向に下降し、集電体押さえ６０が、負極集電体１９を介して第１の積層された負極芯体露出部５１を負極用導電部材３１側に押圧し、移動させる。第１の積層された負極芯体露出部５１は、負極用導電部材３１側に移動するにしたがって負極用導電部材３１側に引っ張られる。そして、図７に示すように、負極集電体１９が、第１の積層された負極芯体露出部５１を集結させてまとめると共に、第１の積層された負極芯体露出部５１の内側を負極用導電部材３１の延在方向の端部に設けられた突起（プロジェクション）３１ａに接触させる。図７に示す状態で、集電体押さえ６０の外側（図７における右側）に取り付けられたスポンジ６３が第１の積層された負極芯体露出部５１に接触し、第１の積層された負極芯体露出部５１は、スポンジ６３で傷が付きにくい状態で圧迫される。スポンジ６３は、負極芯体露出部５１に接触する側とは反対側の面が箔押さえ６１に固定され、支持される。なお、スポンジ６３は、省略することもできる。

その後、溶接工程が実行される。溶接工程では、図７に示すように、抵抗溶接電極としての電極棒６２が矢印Ｂで示す方向に下降し、電極棒６２が負極集電体１９を押圧する圧力が所定の圧力に到達した後、電極棒６２に通電する。なお、図６〜図８では図示を省略しているが、抵抗溶接においては、第２の積層された負極芯体露出部５２の外面側に配置された負極集電体１９の外面に、もう一方の抵抗溶接電極としての電極棒が当接される。そして、一方の電極棒、負極集電体１９、第１の積層された負極芯体露出部５１、負極用導電部材３１、第２の積層された負極芯体露出部５２、負極集電体１９、他方の電極棒の間に抵抗溶接電流が流れる。この通電により、図８に示すように、突起３１ａが溶融し、負極用導電部材３１、第１の積層された負極芯体露出部５１、及び負極集電体１９が接合されて電気的に接続され、抵抗溶接が終了する。

負極芯体露出部１６の総積層枚数が多いと、負極芯体露出部１６に負極集電体１９を、抵抗溶接により取り付ける際に、多数積層された負極芯体露出部１６の全積層部分にわたって貫通するような溶接痕１６ａを形成するには多大な溶接電流が必要である。そのため、突起３１ａを有する負極用導電部材３１を用いた上述の抵抗溶接を実行し、溶接電流を低減可能としている。

電池で高容量化を実現するために、正負極板における活物質合剤層の厚みを相対的に厚くしたり、芯体上に活物質が塗布されている幅を広げたりして電池内の活物質比率を大きくすることが考えられる。この場合、図９、すなわち、図２Ｂの負極側の部分拡大図を参照して、負極板１２の外周側の負極芯体露出部５１における負極集電体１９との接触端部５８までの延在方向αと、巻回電極体１４の軸方向βとがなす角度（以下、集電角度という）θが急峻となり、外側の負極芯体露出部５１に大きな応力がかかる。このような背景において、突起３１ａの溶融により、負極集電体１９が更に負極用導電部材３１側に移動し、第１の積層された負極芯体露出部５１が更に負極用導電部材３１側に引っ張られると、上記集電角度θが更に大きくなって、外側の負極芯体露出部５１に大きな応力がかかる。しかし、本開示の角形二次電池１０では、負極側で負極芯体露出部５１の破断が生じることがなく、負極板１２を製造する塗布・圧縮・スリット工程において、負極板１２が伸ばされても、負極板１２にシワが生じることも殆どない。この理由を、次の実施例に基づいて説明する。

以下、本開示に係る実施例について、表１と、図１０とを用いて詳細に説明する。表１は、負極芯体の破断伸び率と、負極側の集電角度θが互いに異なる複数の比較例及び実施例の電池の夫々における、負極極板の破断の有無と、負極極板のシワの発生の有無とを示す表である。なお、本開示は、実施例に限定されるものではない。

[実施例、比較例の角形二次電池の作製]
上記各実施例、比較例の角形二次電池を、図１〜図８を用いて説明した抵抗溶接を用いた方法で作製した。また、上記各実施例、比較例の角形二次電池は、負極芯体の銅製の芯体の破断伸び率と、図９で説明した集電角度θ以外の要素を同一にして作製された。集電角度θは、外周側の負極芯体露出部５１における負極集電体１９との接触端部５８（図９参照）を調整することで変動させた。各実施例、比較例の角形二次電池における共通の要素として次のものを使用した。

＜正極板＞
厚さ１５μｍのアルミニウム箔の両面に、正極活物質合剤層を形成した。正極活物質合剤層の厚みは、圧縮処理後、片面で７４μｍとした。正極板の短手方向の長さは、１３１．８ｍｍとした。正極芯体露出部の幅（短手方向の長さ）は、１５．７ｍｍとした。正極板の長手方向の長さは、５０００ｍｍとした。 正極活物質合剤層は、正極活物質としてのＬｉＮｉ_0.35Ｃｏ_0.35Ｍｎ_0.30Ｏ₂と、導電剤としてのカーボンブラックと、結着剤としてのポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）を、質量比で９２：５：３の割合で含む。

＜負極板＞
厚さ１０μｍの銅箔の両面に、負極活物質合剤層を形成した。負極活物質合剤層の厚みは、圧縮処理後、片面で６８μｍとした。負極板の短手方向の長さは、１３３.８ｍｍとした。負極芯体露出部の幅（短手方向の長さ）は、１０.０ｍｍとした。正極板の長手方向の長さは、５２００ｍｍとした。
負極活物質合剤層は、負極活物質としての黒鉛と、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）と、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）を質量比で９８：１：１の割合で含む。

＜セパレータ＞
セパレータは、ポリエチレン／ポリプロピレン／ポリエチレンの三層セパレータである。セパレータの厚みは１２μｍとした。

＜巻回電極体＞
正極板の巻回数が３３、即ち正極板の積層数が６６層となるようにした。巻回電極体の巻回軸が延びる方向における長さは１４４ｍｍ、巻回電極体の巻回軸が延びる方向に対して垂直な方向の長さは８２ｍｍ、巻回電極体の厚みは２２.５ｍｍとした。

＜集電部品＞
負極集電体としては、厚さ０.８ｍｍの銅板からなるものを用いた。また、負極用導電部材としては、銅製の柱状の本体部（高さ１２ｍｍ、直径８.５ｍｍ）の両面に突起（高さ１.５ｍｍ、根元の直径２.５ｍｍ）が設けられているものを用いた。

[評価]
（極板破断の評価）
負極芯体露出部１６に負極集電体１９を抵抗溶接により接続した後、負極芯体露出部１６について目視で確認を行った。ｎ＝１００以上のサンプルで目視にて確認できる破断が1つ以上発生していた場合に、極板破断有と判定し、そうでない場合に、極板破断無と判定した。
（シワの発生の有無に関する評価）
負極板は、負極芯体上に負極活物質、結着剤、及び水等の分散媒を含む負極活物質合剤スラリーを塗布し、この負極活物質合剤スラリーを乾燥させ負極活物質合剤層とし、この活物質合剤層を圧縮処理することにより作製される。圧縮処理後の負極板について、シワが発生しているか否かを目視で確認した。また、この判定でシワが発生していない場合でも、圧縮の次工程のスリットや巻取において、流れ位置不良や巻きズレが生じたものをシワの発生と判定した。

[評価結果]
極板破断の評価に関し、負極芯体の破断伸び率が４.６％の比較例２、３では、負極芯体の破断が見られた。これに対し、負極芯体の破断伸び率が５.６％の実施例１、２、負極芯体の破断伸び率が１２.０％の実施例３、及び負極芯体の破断伸び率が１２.５％の比較例３では、負極芯体の破断が見られなかった。

他方、負極板におけるシワの発生の有無に関する評価に関しては、負極芯体の破断芯体伸び率が１２.５％の比較例３において、シワの発生が確認された。これに対し、負極芯体の破断伸び率が４.６％の比較例２、３、負極芯体の破断伸び率が５.６％の実施例１、２、及び負極芯体の破断伸び率が１２.０％の実施例３においては、シワの発生が確認できなかった。

また、負極芯体の破断伸び率が４.６％で、集電角度θが３８度の比較例２と、負極芯体の破断伸び率は４.６％で比較例２と同一であるが、集電角度θが比較例２よりも格段に大きい５８度の比較例３とで、負極芯体の破断の評価と、シワの発生の有無の評価とが、変わらずに一致した。

また、負極芯体の破断伸び率が５.６％で、集電角度θが５８度の実施例１と、負極芯体の破断伸び率は５.６％で実施例１と同一であるが、集電角度θは実施例１と異なる６９度である実施例２に関しても、負極芯体の破断の評価と、シワの発生の有無の評価とが、変わらずに一致した。

また、比較例２においては、集電角度θが３８度と小さいにも拘わらず負極芯体の破断が確認されたのに対し、比較例１においては、集電角度θが６８度と大きいにも拘わらず負極芯体の破断が確認されなかった。

また、本願発明者は、更に、多数のサンプルで上述の方法と同じ方法で試験及び調査を行った。図１０にその結果を示す。図１０に示すように、負極芯体の破断伸び率が、５．６％以上１２．０％以下の範囲では、集電角度θの値によらず、負極芯体の破断もシワの発生も確認できなかった。他方、負極芯体の破断芯体伸び率が、１２．５％よりも大きくなると負極板にシワが発生し易くなった。また、上で説明したように、定性的には、電池の容量が大きくなって、活物質合剤層の厚さが厚くなると、集電角度θが大きくなって、負極板の外周側の負極芯体の破断が起き易くなると考えられる。しかし、図１０の結果からは、負極芯体の破断伸び率が５．６％以上であれば、集電角度θが５０度以上（７０度以下）の大きな角度になっても、負極芯体の破断が生じなかった。

以上の結果から次の事実が見出される。すなわち、負極用導電部材に形成された突起を積層された負極芯体露出部の内側に接するように配置し、積層された負極芯体露出部を負極集電体とで挟持した上で、抵抗溶接で上記突起を溶融させることによって、負極集電体、積層された負極芯体露出部、及び負極用導電部材を一体化する角形二次電池において、破断伸び率が５．６％以上１２．０％以下の負極芯体を用いると、負極極板の破断が起こりにくく、かつ負極にシワも発生しにくい良好な角形二次電池を作製できる。

更には、抵抗溶接を行うために、負極用導電部材に突起を設けているので、溶接部の品質を安定させることができる。なお、より高容量な電池とするため、集電角度θを５０度以上とした場合、外周側の負極芯体露出部により大きな応力が作用し易くなる。したがって、集電角度θが５０度以上である場合、本発明の効果はより顕著になる。

尚、本開示は、上記実施形態およびその変形例に限定されるものではなく、本願の特許請求の範囲に記載された事項およびその均等な範囲において種々の改良や変更が可能である。

例えば、上記実施形態では、負極用導電部材３１を用いて、負極用導電部材３１の延在方向の両端部に、抵抗溶接する際に溶融する突起３１ａを設けた。しかし、負極用導電部材は設けるが、負極用導電部材に抵抗溶接する際に溶融する突起を設けなくてもよい。そして、その替わりに、抵抗溶接する際に溶融する突起を、負極集電体における積層された負極芯体露出部側に設け、抵抗溶接を行ってもよい。又は、積層された負極芯体露出部を２つに分けないようにして、負極用導電部材を設けないようにしてもよい。そして、負極集電体における積層された負極芯体露出部側に突起を設けて、抵抗溶接を行ってもよい。但し、突起が設けられた負極用導電部材を用いることがより好ましい。

この構成でも、角形二次電池が高容量な電池であっても、破断伸び率が５．６％以上１２．０％以下の負極芯体を採用しているので、抵抗溶接による突起の溶融により、積層された負極芯体露出部が引っ張られて、積層された負極芯体露出部の外周側の傾斜部に大きな応力が作用しても、溶接の際に負極極板の破断や、負極極板にシワが発生することを抑制できる。したがって、生産性も高く、高容量で高品質な角形二次電池を作製できる。

なお、正極芯体露出部と正極集電体の接続方法は特に限定されない。例えば、抵抗溶接、超音波溶接、あるいはレーザ溶接により、正極芯体露出部と正極集電体を接続できる。

なお、偏平状の電極体については、巻回電極体であってもよいし、複数の正極板と複数の負極板からなる積層型電極体であってもよい。

また、負極集電体１９と負極芯体露出部１６の間であって、負極集電体１９と負極芯体露出部１６の溶接部の周囲に樹脂フィルムを配置することができる。

負極用導電部材及び負極集電体の両方に突起を設けることも可能である。なお、負極用導電部材ないし負極集電体に設けられた突起は、抵抗溶接により溶融するが、全てが消失するとは限らず、その一部が残る場合もある。

正極芯体は金属箔からなることが好ましく、例えばアルミニウム箔、アルミニウム合金箔とすることが好ましい。正極芯体の厚みは、１０μｍ〜３０μｍとすることが好ましく、１０μｍ〜２０μｍとすることがより好ましく、１２μｍ〜１８μｍとすることが更に好ましい。正極芯体一方の面に形成される正極活物質合剤層の厚みは、５０μｍ〜１５０μｍとすることが好ましく、５０μｍ〜１００μｍとすることがより好ましく、６０μｍ〜９０μｍとすることがより更に好ましい。

負極芯体は、銅箔又は銅合金箔とすることが好ましい。負極芯体の厚みは、５μｍ〜３０μｍとすることが好ましく、５μｍ〜２０μｍとすることがより好ましく、８μｍ〜１５μｍとすることが更に好ましい。負極芯体一方の面に形成される負極活物質合剤層の厚みは、５０μｍ〜１５０μｍとすることが好ましく、５０μｍ〜１００μｍとすることがより好ましく、６０μｍ〜９０μｍとすることが更に好ましい。

≪その他≫
正極板、負極板、セパレータ、電解質等の各材料は、二次電池に使用される公知のものを使用することができる。なお、例えば、リチウムイオン二次電池の場合は以下のような材料を用いることが好ましい。

正極活物質としては、リチウム遷移金属複合酸化物を用いることが好ましい。リチウム遷移金属複合酸化物としては、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、リチウムニッケルマンガン複合酸化物、リチウムニッケルコバルト複合酸化物、リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物等が挙げられる。また、上記のリチウム遷移金属複合酸化物にＡｌ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｗ、Ｎｂ、Ｂ、Ｍｇ又はＭｏ等を添加したものも使用し得る。あるいは、オリビン型のリン酸鉄リチウムを用いることもできる。

負極活物質としてはリチウムイオンの吸蔵・放出が可能な炭素材料を用いることが好ましい。リチウムイオンの吸蔵・放出が可能な炭素材料としては、黒鉛、難黒鉛性炭素、易黒鉛性炭素、繊維状炭素、コークス及びカーボンブラック等が挙げられる。これらの内、特に黒鉛が好ましい。さらに、非炭素系材料としては、シリコン、スズ、及びそれらを主とする合金や酸化物などが挙げられる。

非水電解質の非水溶媒（有機溶媒）としては、カーボネート類、ラクトン類、エーテル類、ケトン類、エステル類等を使用することができ、これらの溶媒の２種類以上を混合して用いることができる。非水電解質の電解質塩としては、従来のリチウムイオン二次電池において電解質塩として一般に使用されているものを用いることができる。

セパレータとしては、多孔性の樹脂膜を用いることが好ましい。例えば、ポリオレフィン製の多孔質セパレータを用いることが好ましい。

１０ 角形二次電池、１１ 正極板、１１ａ 正極活物質合剤層、１１ｂ 正極保護層、１２ 負極板、１２ａ 負極活物質合剤層、１３ セパレータ、１４ 偏平状の巻回電極体、１５ 正極芯体露出部、１６ａ 溶接痕、１６ 負極芯体露出部、１７ 正極集電体、１８ 正極端子、１９ 負極集電体、２０ 負極端子、２１，２２ 絶縁部材、２３ 封口板、２４ 絶縁シート、２５ 角形外装体、２６ 電解液注液孔、２７ 電流遮断機構、２８ ガス排出弁、２９ 正極用導電部材、３０ 正極用中間部材、３１ 負極用導電部材、３１ａ 突起、３２ 負極用中間部材、４０ 底部、４１ 第１側面、４２ 第２側面、４５ 電池ケース、５１ 第１の積層された負極芯材露出部、５２ 第２の積層された負極芯材露出部

Claims (2)

1. 正極板及び負極板を含む偏平状の電極体を備え、
   前記負極板は、銅箔又は銅合金箔からなる負極芯体と、前記負極芯体上に形成された負極活物質合剤層とを含み、
   前記偏平状の電極体は、端部に積層された負極芯体露出部を有し、
   前記積層された負極芯体露出部は、互いに間隔をおいて配置される第１の積層された負極芯体露出部及び第２の積層された負極芯体露出部を含み、
   前記積層された負極芯体露出部の２つの最外面に電気的に接続された集電体と、
   前記第１の積層された負極芯体露出部と、前記第２の積層された負極芯体露出部との間に配置された金属製の導電部材とを備える角形二次電池の製造方法であって、
   前記積層された負極芯体露出部の２つの最外面の外側に前記集電体を配置し、前記第１の積層された負極芯体露出部と、前記第２の積層された負極芯体露出部との間に突起を有する前記導電部材を配置する配置工程と、
   前記集電体に前記積層された負極芯体露出部側とは反対側から抵抗溶接電極を当接し、前記集電体、前記負極芯体露出部及び前記導電部材を抵抗溶接する溶接工程と、
   を有し、
   前記負極芯体の破断伸び率が５．６％以上１２．０％以下であり、
   前記溶接工程において、前記導電部材に形成された前記突起が、前記導電部材と前記集電体の間に位置する前記負極芯体露出部に接する状態で抵抗溶接電流を流し、前記突起を溶融させる角形二次電池の製造方法。
2. 正極板及び負極板を含む偏平状の電極体を備え、
   前記負極板は、銅箔又は銅合金箔からなる負極芯体と、前記負極芯体上に形成された負極活物質合剤層を含み、
   前記偏平状の電極体は、端部に積層された負極芯体露出部を有し、
   前記積層された負極芯体露出部の最外面には集電体が配置された角形二次電池の製造方法であって、
   前記積層された負極芯体露出部の最外面に突起を有する前記集電体を配置する配置工程と、
   前記集電体に前記積層された負極芯体露出部側とは反対側から抵抗溶接電極を当接し、前記集電体と前記負極芯体露出部を抵抗溶接する溶接工程とを有し、
   前記負極芯体の破断伸び率が５．６％以上１２．０％以下であり、
   前記溶接工程において、前記集電体に形成された前記突起が、前記負極芯体露出部に接する状態で抵抗溶接電流を流し、前記突起を溶融させる角形二次電池の製造方法。

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