JP6892496B2

JP6892496B2 - 二次電池

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Publication number: JP6892496B2
Application number: JP2019502522A
Authority: JP
Inventors: 直子月森; 稔之有賀; 磯野　栄一; 栄一磯野; 八木　陽心; 陽心八木
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Filing date: 2018-01-31
Publication date: 2021-06-23
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Description

本発明は、高い接合強度を保ちつつ、亀裂や破れ、破断を抑制し、製品の信頼性および安全性を向上させることができるリチウム二次電池に関する。

軽量で高エネルギー密度が得られるリチウム二次電池は、正負の電極をセパレータと共に積層または捲回して電極体を構成し、前記電極体から電気エネルギーを外部へ取り出すため、電極体と集電体を溶接または接合している。この接続構造を形成する手段の一つとして、超音波溶接方法が挙げられる。

超音波溶接を行う超音波溶接装置は、重ね合わせられた例えば２枚の金属板をアンビルおよびホーンと呼ばれる接合工具で挟み、所定の加圧力（把持力）を与えながら、ホーンを超音波振動により往復直線運動させて接合する。この超音波溶接装置のホーン及びアンビルの接合面は、金属板を確実に挟持するため、一般的に凹凸形状を有し、接合時において凹凸部は金属板を加圧し、加振するため、金属板に食い込まれる。そのため、凸部周辺の金属板の板厚が薄くなってしまい、特に、ホーンの接合面に設けられた凸部の頂面に接する金属板で破れや破損が生じる場合がある。このような問題は、製品の信頼性及び安全性等の問題を生じる。

本技術分野の背景技術として、特許文献１が挙げられる。この特許文献１には、超音波溶接装置のホーンの接合面の凸部または複数の凸部の間に存在する１つまたは複数の凹部が角部を持たない面からなることを特徴としていると記載されている。

特開２０１５−１９９０９５号公報

しかしながら、凸部に角部を持たない超音波溶接装置のホーン形状の場合、接合時において凸部は接合面との接触面積が小さくなるため、接合強度が弱くなる。従来の接合強度を保つためには、加圧力や加振、時間等の接合条件をより高く長くする必要があり、応力が集中しやすい部分でさらに破れや破損が起こりやすくなる。

また、超音波溶接の接合時において、アンビルおよびホーンによってはさまれている金属板の把持領域は、ホーンによって振動させられ、一方で、アンビルおよびホーンによってはさまれていない金属板の非把持領域は、慣性によってその位置にとどまる現象が起きる。このため、把持領域と非把持領域との境界において、ホーンが当接する上層箔が最も伸び、アンビル側の下層箔側は塑性流動により押し込まれ縮むことになる。このため、上層箔に亀裂が発生しやすい。本発明は、このような積層された箔の流動性から発生する破れについて着目し、超音波溶接時の接合強度を保ちつつ、ホーンが当接する上層箔の亀裂や破れ、破断を抑制し、金属異物の発生を抑制した二次電池を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。

本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、一端に金属箔露出部を有する電極とセパレータとを互いに積層させた電極と、前記金属箔露出部と超音波溶接により接続される超音波溶接部を有する集電板とを備えた二次電池において、前記超音波溶接部の接合痕は複数の凸部を有する形状となっており、当該凸部は傾斜部と上面部からなり、凸部の下端部からの傾斜部と凸部上面部の半分の長さの和をＡ、当該傾斜部及び上面部を集電板方向に投影した場合の凸部の下端部から上面部の半分長さまでをＢとしたときに、下記（１）式を満たす接合痕が、下記（１）式を満たさない接合痕の外周に、配置されることを特徴とする。

Ａ≦Ｂ×Ｃ・・・（数１）

本発明によれば，凸部の下端部からの傾斜部と凸部上面部の半分の長さの和をＡが金属箔の伸び率以上に伸びないように接合痕を形成するため、接合強度を保ちつつ、亀裂や破れ、破断を抑制し、製品の信頼性および安全性が向上させることができる。

角形二次電池の外観斜視図角形二次電池の分解斜視図捲回電極群の分解斜視図（ａ）超音波溶接前の図、（ｂ）超音波溶接後の図超音波溶接によって形成された接合領域の拡大図超音波溶接によって形成された接合痕の断面図（ａ）実施形態２のホーン及び、（ｂ）ホーン断面図。（ａ）実施形態３の接合痕の１つめのバリエーションを示す図、（ｂ）実施形態３の接合痕の２つめのバリエーションを示す図。（ａ）実施形態３の接合痕の３つめのバリエーションを示す図、（ｂ）実施形態３の接合痕の４つめのバリエーションを示す図。実施形態３の接合痕の５つめのバリエーションを示す図。

以下、本発明の実施形態を、図面を用いて説明する。

≪実施形態１≫
図１は、扁平捲回形二次電池の外観斜視図である。

扁平捲回形二次電池１００は、電池缶１および蓋（電池蓋）６を備える。電池缶１は、相対的に面積の大きい一対の対向する幅広側面１ｂと相対的に面積の小さい一対の対向する幅狭側面１ｃとを有する側面と底面１ｄを有し、その上方に開口部１ａを有する。

電池缶１内には、捲回群３が収納され、電池缶１の開口部１ａが電池蓋６によって封止されている。電池蓋６は略矩形平板状であって、電池缶１の上方開口部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、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、扁平捲回形二次電池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。

扁平捲回形二次電池１００の電池缶１は、矩形の底面１ｄと、底面１ｄから立ち上がる角筒状の側面１ｂ、１ｃと、側面１ｂ、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を介して捲回群３が収容されている。

捲回群３は、扁平形状に捲回されているため、断面半円形状の互いに対向する一対の湾曲部３ａ、３ｂと、これら一対の湾曲部３ａ、３ｂの間に連続して形成される平面部３ｃとを有している。捲回群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３ｂから電池缶１内に挿入され、他方の湾曲部３ａ側が上部開口側に配置される。

正極集電板（集電端子）４４と正極保護用金属板４５で捲回群３の正極電極箔露出部３４ｃを挟み、超音波溶接により接合する。正極保護用金属板４５は、接合する際に、正極電極箔露出部３４ｃを保護するものである。また、負極集電板（集電端子）２４と負極保護用金属板２５で捲回群３の負極電極箔露出部３２ｃを挟み、超音波溶接により接合する。負極保護用金属板２５は、接合する際に、負極電極箔露出部３２ｃを保護するものである。尚、正極保護用金属板４５の材質はアルミニウムやアルミニウム合金で、負極保護用金属板２５の材質は銅や銅合金を用いる。

これにより、捲回群３の正極電極箔露出部３４ｃは、正極集電板（集電端子）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、捲回群３の負極電極箔露出部３２ｃは、負極集電板（集電端子）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。

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溶接して注液口９を封止し、扁平捲回形二次電池１００を密閉する。

ここで、正極外部端子１４および正極集電板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、負極外部端子１２および負極集電板２４の形成素材としては、例えば銅合金が挙げられる。また、絶縁板７およびガスケット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孔９が穿設されており、この注液孔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、バスバー等に溶接される溶接部を有している。溶接接合部は、電池蓋６から上方に突出する直方体のブロック形状を有しており、下面が電池蓋６の表面に対向し、上面が所定高さ位置で電池蓋６と平行になる構成を有している。

正極接続部１４ａ、負極接続部１２ａは、正極外部端子１４、負極外部端子１２の下面からそれぞれ突出して先端が電池蓋６の正極側貫通孔４６、負極側貫通孔２６に挿入可能な円柱形状を有している。正極接続部１４ａ、負極接続部１２ａは、電池蓋６を貫通して正極集電板４４、負極集電板２４の正極集電板基部４１、負極集電板基部２１よりも電池缶１の内部側に突出しており、先端がかしめられて、正極外部端子１４、負極外部端子１２と、正極集電板４４、負極集電板２４を電池蓋６に一体に固定している。正極外部端子１４、負極外部端子１２と電池蓋６との間には、ガスケット５が介在されており、正極集電板４４、負極集電板２４と電池蓋６との間には、絶縁板７が介在されている。

正極集電板４４、負極集電板２４は、電池蓋６の下面に対向して配置される矩形板状の正極集電板基部４１、負極集電板基部２１と、正極集電板基部４１、負極集電板基部２１の側端で折曲されて、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。正極集電板基部４１、負極集電板基部２１には、正極接続部１４ａ、負極接続部１２ａが挿通される正極側開口穴４３、負極側開口穴２３がそれぞれ形成されている。

捲回群３の扁平面に沿う方向でかつ捲回群３の捲回軸方向に直交する方向を中心軸方向として前記捲回群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。

捲回群３は、負極電極３２と正極電極３４を間にセパレータ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電極箔の両面に正極活物質合剤を有し、正極電極箔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電極箔の両面に負極活物質合剤を有し、正極電極箔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（負極電極箔）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、ＴｉＳｉ２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ＬｉＭｎ２Ｏ４）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（正極電極箔）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、負極電極における塗工部の結着材として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
また、軸芯としては例えば、正極箔３１ａ、負極箔３２ａ、セパレータ３３のいずれよりも曲げ剛性の高い樹脂シートを捲回して構成したものを用いることができる。

以下、捲回群３における接続端部と集電板の超音波溶接から形成される接合領域の接合痕について詳細に記載するが、正極側も負極側も同様な構成であるため、負極側に限定して説明する。

図４は、超音波溶接時の模式図である。なお、本実施形態では代表して負極側で説明するが、当然正極側であったとしても本発明を適用することは可能である。図４（ａ）は超音波溶接前、（ｂ）は超音波溶接後を示す図である。まず（ａ）を用いて超音波溶接前の図について説明する。まず負極集電板２４と負極保護用金属板２５との間に負極箔露出部３２ｃが配置される。その後、負極保護用金属板２５側にホーン１６０ａを、負極集電板２４側にアンビル１６１ａを配置する。そしてアンビル１６１ａの上に集電板２４を載置し、負極保護用金属板２５側からホーン１６０ａを押圧する。そしてその後ホーン１６０ａを振動させて負極保護用金属板２５、負極箔露出部３２ｃ、負極集電板２４を互いに超音波溶接する。そして（ｂ）に示すように、負極保護用金属板２５上に接合領域１４０が設けられることとなる。

続いて、図４（ｂ）の接合領域１４０を拡大した図を図５に示す。なお、図５中記載の方向は二次電池内での配置関係を示すものであり、図５右側は蓋側、左側は缶底側、上側は合剤層側、下側は電池缶側である。本実施形態では、アンビル１６１ａと複数の凹凸部を有するホーン１６０ａとを備える超音波溶接装置を用いて、アンビル１６１ａとホーン１６０ａとの間に負極保護用金属板２５と負極電極箔露出部３２ｃと負極集電板２４を配置し、ホーン１６０ａが有する複数の凹凸部を負極保護用金属板２５に押し当て、ホーン１６０ａを振動させることにより、負極保護用金属板２５と負極電極箔露出部３２ｃと負極集電板２４とが接合され、その接合された接合領域１４０において、負極保護用金属板２５上のホーン１６０ａの凹凸部との接触面に凸部のある接合痕１４１が形成される。本発明の特徴はこの接合痕１４１の形状を制御することによって、ホーンが当接する上層箔の亀裂や破れ、破断を抑制しようとするものである。

図６は、本発明の特徴となる接合痕１４１及び本発明の原理について説明する図であり、超音波溶接によって形成された接合痕１４１の断面図である。具体的には図５のＡ−Ａ断面をとったものである。

負極保護用金属板２５上の接合領域１４０における接合痕１４１は、主に接合痕凸部１４１ａと、接合痕凹部１４１ｂとの２つに分類される。接合により形成された接合痕凸部１４１ａは、その凸部が傾斜部１５０と上面部１５１からなり、凸部の下端部１５２からの傾斜部１５０と凸部上面部１５１の半分の長さの和をＡ、傾斜部１５０及び上面部１５１を集電板方向に投影した場合の凸部の下端部１５２から上面部１５１の半分までの長さをＢとしたときに、下記（数１）を満たすように接合痕１４１を形成する。

Ａ≦Ｂ×Ｃ（数１）
Ａ：接合痕の傾斜部１５０及び凸部上面部１５１の半分の長さの和
Ｂ：接合痕の傾斜部１５０及び凸部上面部１５１を集電板方向に投影した場合の
凸部下端部１５２から凸部上面部１５１の半分長さ
Ｃ：室温（２５℃）における金属箔の伸び率
なお、このＡ、Ｂの値はそれぞれ、接合痕凸部１４１ａの中央領域で切断した切断面を見たものである。この中央領域での切断面で長さＡ及びＢをとることによって、もっとも箔に力がかかる領域（図６で言うと平坦部１４１ａの略中央部）の長さを考慮することができ、より高精度に金属箔の亀裂を抑制することが可能となる。

本発明は溶接されているので、見た目ではわからない極小の亀裂が、金属箔の伸び率以上に最上面の金属箔が伸ばされた場合に発生し、それが金属異物の発生に寄与していることを見出した。なお、凸部上面部１５１なかったとしても十分に効果があるが、凸部上面部１５１がが長ければ長いほど、金属箔の伸びを吸収できる金属箔領域が増えるため、目に見えない亀裂の発生を抑制することができる。そのため、異物の発生をより抑制することができる。

一方で、凸部上面部１５１が長くなれば長くなるほど、隣り合う凸部との間隔が大きくなる。そのため、限られた接合領域において十分な接合面積を確保するには、凸部上面１５１の長さは小さくなることが好ましい。また、本実施形態では凸部上面部は平坦である例を示したが、凸部上面部は湾曲形状や、Ｒ部を有してもよい。

なお、アンビル１６１ａおよびホーン１６０ａによってはさまれている負極電極箔露出部３２ｃの把持領域の金属箔は超音波溶接の塑性流動により、アンビル１６１ａおよびホーン１６０ａによってはさまれていない負極電極箔露出部３２ｃの非把持領域方向に流れるため、把持領域の金属箔の量が少なくなることから、接合強度の保持および金属箔の分離防止のため、接合痕１４１の凸部上面部から下端部までの高さ方向の長さ１５３は、負極電極箔露出部３２ｃにおける重ね合わされた箔の総厚みより小さくなることが好ましい。

また、接合痕１４１が２つ以上形成される場合は、接合痕１４１が（数１）を満たしていれば、各々のＡとＢの値は異なってもよい。

このようにして得られた本実施形態の接合痕の形状は、ホーン１６０ａが当接する上層箔となる負極保護用金属板の凸部の下端部１５２からの傾斜部１５０と凸部上面部１５１の半分の長さの和Ａが金属板の伸び率以上に伸ばされないため、亀裂や破れ、破断を抑制することができ、製品の信頼性及び安全性の向上の効果が期待できる。

以上、本発明について簡単にまとめる。本発明に記載の二次電池は、一端に金属箔露出部（３２ｃ、３４ｃ）を有する電極（３２、３４）とセパレータ（３３、３５）とを互いに積層させた電極（３２、３４）と、金属箔露出部（３２ｃ、３４ｃ）と超音波溶接により接続される超音波溶接部（１４０）を有する集電板（２４、４４）とを備え、超音波溶接部（１４０）の接合痕は複数の凸部（１４１ａ）を有する形状となっており、凸部（１４１ａ）は傾斜部（１５０）と上面部（１５１）からなり、凸部（１４１ａ）の下端部（１５２）からの傾斜部（１５０）と凸部上面部（１５１）の半分の長さの和をＡ、傾斜部（１５０）及び上面部（１５１）を集電板（２４、４４）方向に投影した場合の凸部の下端部（１５２）から上面部（１５１）の半分長さまでをＢとしたときに、下記（数１）を満たすことを特徴とする。

Ａ≦Ｂ×Ｃ（Ｃは前記金属箔の伸び率）・・・（数１）
本発明は、見た目ではわからない極小の亀裂が見た目ではわからない極小の亀裂が、金属箔の伸び率以上に最上面の金属箔が伸ばされた場合に発生し、それが金属異物の発生に寄与していることを見出した点に大きな意義がある。特に接合痕を見た場合には、溶接時に極小の箔切れが発生していたとしても溶融金属によって極小の箔切れがわからなくなり、接合痕を見ただけではわからないような極小の箔切れについて発生しているか否か見分けて分類するのは非常に困難である。そのため、本発明では、
Ａ≦Ｂ×Ｃ（数１）
Ａ：接合痕の傾斜部１５０及び凸部上面部１５１の半分の長さの和
Ｂ：接合痕の傾斜部１５０及び凸部上面部１５１を集電板方向に投影した場合の
凸部下端部１５２から凸部上面部１５１の半分長さ
Ｃ：室温（２５℃）における金属箔の伸び率
とすることによって、溶接時であっても極小の箔切れを抑制し、金属異物の発生しにくい二次電池を提供することが可能となる。なお、本実施形態はホーンの形状を工夫する以外に、超音波溶接時の押圧力をコントロールすることによっても実現できる。

また、本発明に記載の二次電池（１００）は、接合痕（１４１）の凸部上面部（１４１ａ）から下端部（１５２）までの高さ方向の長さは、金属箔露出部が重ね合わされた総厚みより小さくなっている。

また、本発明に記載の二次電池は、凸部上面部１４１ａは平坦またはＲ部を有している。

≪実施形態２≫
続いて実施形態２について説明する。実施形態１では最終的な箔の接合痕をコントロールして極小な箔切れを抑制したが、本実施形態では具体的な形状を規定したホーンを用いて箔切れを抑制した点である。なお、実施形態１と同様の構成については、実施形態１で用いた二次電池の
図７の（ａ）は本発明のホーン１８０ａを示すもので、（ｂ）は（ａ）のホーン１８０ａをＢ−Ｂ断面で切断した図である。

ホーン１８０ａはホーン凸部１８１ａ、ホーン凹部１８１ｂからなる。このホーン凸部１８１ａは上面部１７１と傾斜部１７０から形成され、ホーン凹部は傾斜部１７０と底面部１７２から形成される。本実施形態では基本的な概念は実施形態１に従ったものであるが、それをホーン側の構造で対応しようというものである。

凹部の下端部１７２からの傾斜部１７０と凸部上面部１７１の半分の長さの和をＤ、傾斜部１７０及び上面部１７１をアンビル側に投影した場合の凹部の下端部１７２から上面部１７１の半分までの長さをＥとしたときに、ホーン１８０ａは下記（数２）を満たす。

Ｄ≦Ｅ×Ｃ（数２）
Ｄ：ホーン傾斜部１７０とホーン凸部上面部１７１の半分の長さの和
Ｂ：ホーン傾斜部１７０及び凸部上面部１７１をアンビル方向に投影した場合の
凸部下端部１７２から凸部上面部１７１の半分長さ
Ｃ：室温（２５℃）における金属箔の伸び率
このような構造のホーン１８０ａを用いることによっても実施形態１同様、溶接時であっても極小の箔切れを抑制し、金属異物の発生しにくい二次電池を提供することが可能となる。また、本実施形態の場合ホーン形状はあらかじめ作れるため、一定ではない形状の接合痕の大きさをそれぞれ考慮してホーンの押圧力を調整するよりも効率的に金属異物の発生しづらい二次電池を提供することができる。なお、本実施形態でも実施形態１と同様、このＤ、Ｅの値はそれぞれ、ホーン凸部１８１ａの中央領域で切断した切断面を見たものである。この中央領域での切断面で長さＤ及びＥをとることによって、もっとも箔に力がかかる領域（図７（ｂ）で言うと平坦部１８１ａの略中央部）の長さを考慮することができ、より高精度に金属箔の亀裂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１と異なる点は、実施形態１では接合痕の全領域にわたって（数１）を満たす構造としたが、本実施形態では最も箔切れが発生しやすい外周領域の一部または全部の接合痕で（数１）を満たす構造とした点である。

実施形態１に記載のように、すべての接合痕が（数１）を満たす構造が金属異物発生を抑制するには一番である。しかし、本発明の（数１）を満たす接合痕が一部であったとしても従来の二次電池よりは金属異物発生の抑制に対して効果がある。そのため本実施形態では、負極保護用金属板２５０に設けられた接合痕のうち、（数１）を満たす接合痕の配置バリエーションを記載する。図８から図１０は接合痕のバリエーションを示す図である。図８（ａ）は合剤層積層部側の接合痕２４１ａ１が（数１）を満たし、捲回群３の外側（電池缶１の幅狭側面１Ｃ側）にある接合痕が（数１）を満たさない接合痕２４１ａ２を有する。このような構造では、より合剤層積層部側に近い側で接合痕が（数１）を満たすような構造となっているため、金属異物が合剤層積層部側に混入しづらい構造となっている。一方で、図８（ｂ）は合剤層積層部側の接合痕２４１ａ２が（数１）を満たさず、捲回群３の外側（電池缶１の幅狭側面１Ｃ側）にある接合痕が（数１）を満たす接合痕２４１ａ１を有する。このような構造にすることによって、従来のものよりは金属異物の発生が抑えられる。また、一部の接合痕が（数１）を満たせばよいので、生産管理が容易になり、生産性が向上するという良い点がある。

図９（ａ）は接合痕のうち、蓋側と缶底側の両端に（数１）を満たす接合痕２４１ａ１、その両端の接合痕２４１ａ１に挟まれるように（数１）を満たさない接合痕２４１ａ２がある。このような構造をとる場合には、箔の引っ張り力がかかりやすい部分の接合痕２４１ａ１が（数１）を満たすため、より箔切れによる金属異物の発生を抑制することができる。一方で図９（ｂ）は接合痕のうち、蓋側と缶底側の両端に（数１）を満たさない接合痕２４１ａ２、その両端の接合痕２４１ａ２に挟まれるように（数１）を満たす接合痕２４１ａ１がある。このような構造にすることによって、従来のものよりは金属異物の発生が抑えられる。また、一部の接合痕が（数１）を満たせばよいので、生産管理が容易になり、生産性が向上するという良い点がある。

最後に図１０に示す接合痕のパターンについて説明する。図１０は接合痕が２列以上ある構造を示すものであり、（数１）を満たす接合痕２４１ａ１が、（数１）をみたさない接合痕２４１ａ２の外周に配置されているものである。特に外周部の接合痕は箔の引っ張り力が大きいため、微小な箔切れが発生しやすい。そのため、このような構造にすることにより、生産性を向上させつつ、効果的に実施形態１の効果を得ることができる。

≪実施形態４≫
続いて実施形態４について説明する。実施形態４が実施形態１と異なる点は、（数１）のＣの値を超音波溶接時の発熱温度での金属伸び率を使用した点が異なる。

本実施形態の接合痕１４１は下記（数３）を満たす構造となっている。

Ａ≦Ｂ×Ｃ_t （数３）
Ａ：接合痕の傾斜部１５０及び凸部上面部１５１の半分の長さの和
Ｂ：接合痕の傾斜部１５０及び凸部上面部１５１を集電板方向に投影した場合の
凸部下端部１５２から凸部上面部１５１の半分長さ
Ｃ_t：超音波溶接時の発熱温度での金属箔の伸び率
本実施形態では、超音波溶接時、ホーン１６０ａの振動による摩擦熱により接合部が発熱するため、その発熱温度を考慮した金属箔の伸び率を用いている。（数３）を満たすような接合痕１４１を設けるようにすることによって、（数１）を満たしながらさらに接合領域が小さくすることができ、負極保護用金属板２５および負極電極箔露出部３２ｃおよび負極集電板２４の面積を小さくできる。

以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。例えば、前記した実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。さらに、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

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
１２ａ負極接続部
１４正極外部端子
１４ａ正極接続部
２１負極集電板基部
２２負極側接続端部
２３負極側開口穴
２４負極集電板
２５負極保護用金属板
２６負極側貫通孔
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
４１正極集電板基部
４２正極側接続端部
４３正極側開口穴
４４正極集電板
４５正極保護用金属板
４６正極側貫通孔
１００二次電池
１４０接合領域
１４１接合痕
１５０凸部傾斜部
１５１凸部上面部
１５２凸部下端部
１６０ａホーン
１６１ａアンビル

Claims

一端に金属箔露出部を有する電極とセパレータとを互いに積層させた電極と、
前記金属箔露出部と超音波溶接により接続される超音波溶接部を有する集電板と、
を備えた二次電池において、
前記超音波溶接部の接合痕は複数の凸部を有する形状となっており、
前記凸部は傾斜部と上面部からなり、当該傾斜部と凸部上面部の半分の長さの和をＡ、
当該傾斜部及び上面部を集電板方向に投影した場合の、凸部の下端部から上面部の半分までの長さをＢとしたときに、
下記（１）式を満たす接合痕が、下記（１）式を満たさない接合痕の外周に、配置されることを特徴とする二次電池。
Ａ≦Ｂ×Ｃ（Ｃは、室温（２５℃）における前記金属箔の伸び率）・・・（１）
請求項１に記載の二次電池において、
前記Ｃの値は超音波溶接時の温度伸び率であることを特徴とする二次電池。
請求項１または２に記載の二次電池において、
前記接合痕の凸部上面部から下端部までの高さ方向の長さは、前記金属箔露出部が重ね合わされた総厚みより小さいことを特徴とする二次電池。
請求項１から３のうちいずれか１項に記載の二次電池において、
前記凸部上面部は平坦またはＲ部を有していることを特徴とする二次電池。