JP7037728B2

JP7037728B2 - 二次電池

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Publication number: JP7037728B2
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Inventors: 哲男原
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Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-05-28
Filing date: 2018-05-28
Publication date: 2022-03-17
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Description

本発明は、二次電池に関する。詳しくは、正極と負極がセパレータを介して積層された構造の電極体を備える二次電池に関する。

リチウムイオン二次電池、ニッケル水素電池等の二次電池は、パソコンおよび携帯端末等のいわゆるポータブル電源用とのみならず、近年は車両駆動用電源として好ましく用いられている。例えば、特許文献１に記載されているようなリチウムイオン二次電池の一つの典型的な構成は、正極集電体および負極集電体を有する電極体と、正極集電体に溶接された正極集電端子と、負極集電体に溶接された負極集電端子とを備える。

特開２０１７－３３８３０号公報

前述のような二次電池において、集電体と集電端子の溶接部において、密閉された空隙が生じてしまう場合がある。この場合、空隙に存在する気体が、温度変化等の理由により膨張または収縮することで、溶接部に負荷がかかる可能性がある。

本発明の典型的な目的は、溶接部の空隙に存在する気体によって溶接部にかかる負荷を低減できる二次電池を提供することである。

上記目的を実現するべく、ここで開示される二次電池は、シート状の正極集電体と該正極集電体上に形成された正極活物質層とを有する正極と、シート状の負極集電体と該負極集電体上に形成された負極活物質層とを有する負極とが、セパレータを間に介在させつつ交互に複数積層された構造の電極体を備える。かかる電極体の端部には、前記正極活物質層を有さない正極集電体の一部分が積層して形成された正極集電体露出部が形成されている。同様に、電極体の別の端部には、前記負極活物質層を有さない負極集電体の一部分が積層して形成された負極集電体露出部が形成されている。
また、ここで開示される二次電池は、前記正極集電体露出部に溶接された正極集電端子と、前記負極集電体露出部に溶接された負極集電端子とを備える。
そして、ここで開示される二次電池は、前記正極集電端子と前記正極集電体露出部の溶接部、および、前記負極集電端子と前記負極集電体露出部の溶接部の少なくとも一方において、前記溶接部によって囲まれる部分と外部との間で気体を通過させる連通部を備える。

かかる構成によれば、溶接部に空隙が生じた場合に、溶接部において、連通部が空隙と連通することで、密閉された空隙が生じる可能性が低減される。従って、溶接部の空隙に存在する気体によって溶接部にかかる負荷を低減できる。

一実施形態にかかる二次電池の外形を模式的に示す斜視図である。一実施形態にかかる電極体を構成する各部材を模式的に示す説明図である。一実施形態に係る負極集電端子と負極集電体露出部との溶接部および正極集電端子と正極集電体露出部との溶接部を模式的に示す正面図である。スポット溶接の一例を説明するための断面図である。一実施形態に係る電極棒の先端を示す斜視図である。一実施形態に係る溶接部および連通部を説明するための断面図である。別の実施形態に係る溶接部および連通部を説明するための断面図である。実施例および比較例を用いた耐久試験の結果を示す図である。

以下、ここで開示される二次電池の例として、リチウムイオン二次電池の好適な実施形態を、図面を参照しつつ詳細に説明する。本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって実施に必要な事柄は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。本発明の実施態様は、リチウムイオン二次電池に限られず、他の二次電池、例えば電気二重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタ、ナトリウムイオン二次電池、等においても好適に本発明を実施することができる。

本明細書において「活物質」とは、正極側または負極側において電荷担体（例えばリチウムイオン二次電池においてはリチウムイオン）の吸蔵および放出に関与する物質をいう。なお、本明細書中の数値範囲Ａ～Ｂ（Ａ、Ｂは任意の数）は、Ａ以上Ｂ以下を示すものとする。

以下、ここで開示される二次電池の一例として、電極体と電解質（本実施形態では非水電解液）とを角型（即ち直方体の箱形形状）のケースに収容した形態のリチウムイオン二次電池を例として説明する。各図における寸法関係（長さ、幅、厚さ等）は実際の寸法関係を反映するものではない。また、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付し、重複する説明は省略または簡略化する。

図１に示すように、本実施形態に係るリチウムイオン二次電池１０では、後述する扁平形状の積層型電極体（以下、単に「電極体」という）５０（図３参照）が、図示しない電解質（ここでは非水電解液）と共に、当該電極体５０の形状に対応する扁平な角型のケース１２（即ちリチウムイオン二次電池１０の外装容器）に収容される。

ケース１２は、ケース本体１４と蓋体１６を備える。ケース本体１４は、一端に開口部を有する箱形（即ち有底直方体状）である。蓋体１６は、ケース本体１４の開口部に取り付けられて開口部を塞ぐ矩形プレート状の部材である。蓋体１６は、ケース本体１４の開口部周縁に溶接される。なお、ケース１２および電極体５０のサイズは、電極体５０がケース１２に収容できるサイズに規定されればよく、特に限定されない。

ケース１２（ケース本体１４および蓋体１６）の材質は、従来の二次電池で使用されるものと同じであればよく、特に制限はない。軽量で熱伝導性の良い金属材料を主体に構成されたケース１２が好ましく、このような金属製材料としてアルミニウム、ステンレス鋼、ニッケルめっき鋼等が例示される。

図１に示すように、蓋体１６の外面側には、外部接続用の負極端子１８および正極端子２０が一体に形成されている。負極端子１８および正極端子２０の各々には、本実施形態に係るリチウムイオン二次電池１０の利用形態に応じて適当な形状の外部接続用端子が連結される。なお、蓋体１６の負極端子１８と正極端子２０の間には、薄肉の安全弁４０および注液口４２が形成されている。安全弁４０は、ケース１２の内圧が所定レベル以上に上昇した場合に該内圧を開放するように構成されている。注液口４２からは、非水電解液が供給される。図１は、注液完了後のリチウムイオン二次電池１０の状態を示している。注液口４２は、封止材４３により封止されている。なお、安全弁４０の機構、注液口４２の封止形態は、従来のこの種の電池と同様でよく、特別な構成は要しない。

図２に示すように、本実施形態に係る電極体５０は、矩形状の正極シート５１と、該正極シート５１と同様の矩形状の負極シート５５とを、同様の矩形シート状のセパレータ５８を間に介在させつつ交互に積層することにより構成されている。図２では、１つの正極シート５１と、１つの負極シート５５と、２つのセパレータ５８のみが１つのセットとして示されている。実際の電極体５０では、図２に示すセットが多数積層されている。

正極シート５１は、正極集電体５２と正極活物質層５３を備える。正極集電体５２の形状は、長尺なシート状である。正極活物質層５３は、正極集電体５２の両面に形成されている。負極シート５５は、負極集電体５６と負極活物質層５７を備える。負極集電体５６は、長尺なシート状である。負極活物質層５７は、負極集電体５６の両面に形成されている。図示されるように、矩形状の正極集電体５２の長辺方向の一方の端部には、短辺方向に沿って帯状に、正極活物質層５３を有しない正極集電体露出部５２Ａが形成されている。同様に、矩形状の負極集電体５６の長辺方向の他方の端部には、短辺方向に沿って帯状に、負極活物質層５７を有しない負極集電体露出部５６Ａが形成されている。

図２および図３に示すように、正極シート５１と負極シート５５とは、長辺方向に位置をややずらしてセパレータ５８の長辺方向の一方の端部から正極集電体露出部５２Ａがはみ出し、且つ、他方の端部から負極集電体露出部５６Ａがはみ出すように積層される。その結果として、図３に示すように、電極体５０の長辺方向の一方の端部および他方の端部に、それぞれ、正極集電体露出部５２Ａが積層された部分および負極集電体露出部５６Ａが積層された部分が形成される。

なお、本実施形態に係る電極体５０において、良好で安定した電荷担体の吸蔵および放出を考慮し、負極活物質層５７の長辺方向のサイズが正極活物質層５３の長辺方向のサイズよりも大きくなるように形成されることが好ましい。また、セパレータ５８の長辺方向のサイズは、正極活物質層５３と負極活物質層５７との間を確実に絶縁するため、これらの長辺方向のサイズよりも大きくなるように形成されることが好ましい。以下、各構成部材について、より詳細に説明する。

電極体５０の正負極を構成する材料、部材は、従来の一般的なリチウムイオン二次電池に用いられるものと同様のものを制限なく使用可能である。例えば、正極集電体５２は、この種のリチウムイオン二次電池の正極集電体として用いられるものを特に制限なく使用し得る。典型的には、良好な導電性を有する金属製の正極集電体が好ましい。例えば、アルミニウム、ニッケル、チタン、ステンレス鋼等の金属材を正極集電体５２として採用できる。特にアルミニウム（例えばアルミニウム箔）が好ましい。

正極活物質層５３の正極活物質としては、例えば層状構造やスピネル構造等のリチウム複合金属酸化物（例えば、ＬｉＮｉ_１／３Ｃｏ_１／３Ｍｎ_１／３Ｏ_２、ＬｉＮｉＯ_２、ＬｉＣｏＯ_２、ＬｉＦｅＯ_２、ＬｉＭｎ_２Ｏ_４、ＬｉＮｉ_０．５Ｍｎ_１．５Ｏ_４，ＬｉＣｒＭｎＯ_４、ＬｉＦｅＰＯ_４等）が挙げられる。

正極活物質層５３は、正極活物質と必要に応じて用いられる材料（導電材、バインダ等）とを適当な溶媒（例えばＮ－メチル－２－ピロリドン：ＮＭＰ）に分散させ、ペースト状（またはスラリー状）の組成物を調製し、該組成物の適当量を正極集電体５２の表面に付与し、乾燥することによって形成することができる。また、必要に応じて適当なプレス処理を施すことによって正極活物質層５３の性状（例えば、平均厚み、密度、空孔率等）を調整することができる。

一方、負極集電体５６は、この種のリチウムイオン二次電池の負極集電体として用いられるものを特に制限なく使用し得る。典型的には、良好な導電性を有する金属製の負極集電体が好ましく、例えば、銅（例えば銅箔）や銅を主体とする合金を用いることができる。

負極活物質層５７の負極活物質としては、従来からリチウムイオン二次電池に用いられる材料の一種または二種以上を特に限定なく使用することができる。例えば、少なくとも一部にグラファイト構造（層状構造）を含む粒子状（或いは球状、鱗片状）の炭素材料、リチウム遷移金属複合酸化物（例えば、Ｌｉ_４Ｔｉ_５Ｏ_１２等のリチウムチタン複合酸化物）、リチウム遷移金属複合窒化物等が挙げられる。

このような負極活物質層５７は、負極活物質と必要に応じて用いられる材料（バインダ等）とを適当な溶媒（例えばイオン交換水）に分散させ、ペースト状（またはスラリー状）の組成物を調製し、該組成物の適当量を負極集電体５６の表面に付与し、乾燥することによって形成することができる。また、必要に応じて適当なプレス処理を施すことによって負極活物質層５７の性状（例えば、平均厚み、密度、空孔率等）を調整することができる。

セパレータ５８としては、従来公知の多孔質シートからなるセパレータを特に制限なく使用することができる。例えば、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）等のポリオレフィン樹脂から成る多孔質シート（フィルム、不織布等）が挙げられる。かかる多孔質シートは、単層構造であってもよく、二層以上の複数構造（例えば、ＰＥ層の両面にＰＰ層が積層された三層構造）であってもよい。また、多孔質シートの片面または両面に、多孔質の耐熱層を備える構成のものであってもよい。この耐熱層は、例えば、無機フィラーとバインダとを含む層（フィラー層ともいう。）であり得る。無機フィラーとしては、例えばアルミナ、ベーマイト、シリカ等を好ましく採用し得る。使用するセパレータ５８としては、対向する正極シート５１（大部分は正極活物質層５３）または負極シート５５（大部分は負極活物質層５７）との接着性を向上させ得る接着材付きセパレータが特に好ましい。

電極体５０は、上述したような構成の正極シート５１、負極シート５５およびセパレータ５８（好ましくは接着材付きセパレータ）を所望するセット数だけ積層し、積層方向に適当な圧でプレスする。このとき、必要に応じて所望する温度で加熱プレスを行うことにより、セパレータ（特には接着材付きセパレータ）と、対向する正負極との密着性を向上させることができる。

電極体５０と共にケース１２に収容される非水電解液は、適当な非水溶媒に支持塩を含有するものであり、リチウムイオン二次電池用途のものとして従来公知の非水電解液を特に制限なく採用することができる。例えば、非水溶媒として、エチレンカーボネート（ＥＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）等を用いることができる。また、支持塩としては、例えば、ＬｉＰＦ６等のリチウム塩を好適に用いることができる。

非水電解液には、上記非水溶媒および支持塩に加えて各種添加剤（例えば、被膜形成材等）を添加し得る。例えば、リチウムビス（オキサラト）ボレート（ＬｉＢ（Ｃ_２Ｏ_４）_２）、ＬｉＢＦ_２（Ｃ_２Ｏ_４）、ＬｉＰＦ_２（Ｃ_２Ｏ_４）等のオキサラト錯体をアニオンとするリチウム塩や、ジフルオロリン酸リチウム（ＬｉＰＯ_２Ｆ_２）、ビニレンカーボネート（ＶＣ）、ビニルエチレンカーボネート（ＶＥＣ）、フルオロエチレンカーボネート（ＦＥＣ）、エチレンサルファイト（ＥＳ）、プロパンサルトン（ＰＳ）、リチウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド（ＬｉＴＦＳＩ）等が挙げられる。これらの添加剤は、一種のみを単独でまたは二種以上を組み合わせて使用することができる。

上記構成の電極体５０および非水電解液を用いて本実施形態に係るリチウムイオン二次電池１０を構築する。図３に示すように、本実施形態に係る蓋体１６の内面側には、正極端子２０と電気的に接続される正極集電端子３２、および、負極端子１８と接続される負極集電端子３６が設けられている。具体的には、本実施形態に係る正極集電端子３２および負極集電端子３６は、それぞれ、ケース１２内に配置された状態の電極体５０の短辺方向にパラレルに延びる。なお、正極集電端子３２および負極集電端子３６の材質は、対応する正負極集電体と同じまたは類似の金属種でよく、特に制限されない。

具体的には、例えば、図３に示すように、正極集電端子３２が電極体５０の正極集電体露出部５２Ａに配置され、且つ、負極集電端子３６が電極体５０の負極集電体露出部５６Ａに配置される。そして、正極集電端子３２の一部および負極集電端子３６の一部においてスポット溶接が行われる。これにより、電極体５０は、正極側の接合部位（本実施形態においては溶接部Ｗｐ）で正極集電端子３２と導電可能な状態で接合される。また、電極体５０は、負極側の接合部位（本実施形態においては溶接部Ｗｎ）で、負極集電端子３６と導電可能な状態で接合される。スポット溶接の方法は、従来と同様でよく、特別な溶接方法に限定されない。例えば、抵抗溶接、超音波溶接、レーザ溶接、等によって、スポット溶接が行われてもよい。本実施形態で採用されているスポット溶接の方法については後述する。

スポット溶接後、蓋体１６が、正極端子２０、負極端子１８、正極集電端子３２、負極集電端子３６、および電極体５０と共にケース本体１４に装着される。ケース本体１４の開口周縁部と蓋体１６の周縁部は溶接されて、ケース１２は密閉される。その後、蓋体１６に設けられた注液口４２から非水電解液が注入される。次いで、注液口４２を所定の封止材４３で塞ぐことによって、本実施形態に係るリチウムイオン二次電池１０が構築される。

次に、本実施形態に係るスポット溶接の溶接方法について説明する。本実施形態では、スポット溶接は抵抗溶接によって行われる。例えば、負極集電端子３６は、負極側の溶接部Ｗｎで、電極体５０の負極集電体露出部５６Ａに抵抗溶接によって接合される。図４に示すように、抵抗溶接では、一対の電極棒６１および電極棒６２が用いられる。電極棒６１の先端６３および電極棒６２の先端６４は、それぞれ、負極集電端子３６よりも小さな表面積を有する。負極集電体露出部５６Ａは積層方向において集められ、負極集電端子３６と負極集電体露出部５６Ａとが面接触する。この状態で、電極棒６１および電極棒６２により、負極集電端子３６と負極集電体露出部５６Ａが挟まれ（矢印ＡＲ１，ＡＲ２）、十分な圧力を加えられた状態で溶接される。抵抗溶接において、電極棒６１および電極棒６２によって挟まれた部位において、抵抗が小さい部分に電流が流れ、その部分が溶接される。溶接部Ｗｎにおいて、密閉された空隙１００が生じてしまう場合がある。この場合、空隙１００に存在する気体が、温度変化等の理由により膨張または収縮することで、溶接部Ｗｎに負荷がかかる可能性がある。

第１実施形態において、電極棒６１の先端６３および電極棒６２の先端６４の少なくとも一方は、凹部を有する。電極棒６１および電極棒６２により、負極集電端子３６および負極集電体露出部５６Ａが挟まれた場合に、凹部に対向する部分には電流が流れにくい。従って、負極集電端子３６および負極集電体露出部５６Ａのうち凹部に対向する部分は、溶接されない。例えば、図５に示すように、電極棒６１の先端部分は略円柱形状で、先端６３は凹部６３１を有する。例えば、電極棒６１を先端側から見た場合に、凹部６３１は、略扇形の切り欠き部である。電極棒６１の先端部分は、先端６３に向かってすぼまっていてもよい。

なお、電極棒６１を先端側から見た場合に、凹部６３１の形状は、略扇形以外の形状（例えば、矩形状等）であってもよい。また、先端６３に形成される凹部６３１の数は１つに限定されず、複数であってもよい。電極棒６２の先端６４に凹部が形成される場合も、同様である。つまり、先端６４に形成される凹部の形状は限定されず、凹部の数も限定されない。なお、電極棒６１の先端６３および電極棒６２の先端６４の両方に凹部が形成される場合、電極棒６１および電極棒６２の使用時において、先端６３の凹部６３１および先端６４の凹部は対向していることが望ましい。図示は省略するが、本実施形態では、電極棒６２の先端６４にも、電極棒６１と同様の凹部が形成されている。

図６に示すように、第１実施形態に係る電極棒６１および電極棒６２を用いて溶接が行われると、負極集電端子３６および負極集電体露出部５６Ａの溶接部Ｗｎにおいて、凹部に対向する部分は溶接されない。つまり、第１実施形態では、溶接部Ｗｎの形状は開環状となる。従って、溶接部Ｗｎにおいて、溶接部Ｗｎによって囲まれる部分と溶接部Ｗｎの外部との間で気体を通過させる連通部２０１が形成される。従って、溶接部Ｗｎに空隙１００が生じた場合、空隙１００と溶接部Ｗｎの外部とが連通部２０１によって連通する。よって、溶接部Ｗｎにおいて空隙１００が密閉されない。

なお、正極集電端子３２が、正極側の溶接部Ｗｐで、電極体５０の正極集電体露出部５２Ａに抵抗溶接によって接合されてもよい。正極集電端子３２と正極集電体露出部５２Ａとの溶接、および、負極集電端子３６と負極集電体露出部５６Ａとの溶接の少なくとも一方が、抵抗溶接以外の溶接方法によって行われてもよい。これらの場合においても、第１実施形態に係る電極棒６１および電極棒６２と同様の形状の電極棒を用いて溶接を行うことで、溶接部において、溶接部によって囲まれる部分と溶接部の外部との間で気体を通過させる連通部を形成させることができる。

以上のように、第１実施形態に示す二次電池の製造方法では、先端に凹部を備えた電極棒によって、負極集電端子３６と負極集電体露出部５６Ａ、および、正極集電端子３２と正極集電体露出部５２Ａの少なくともいずれかの抵抗溶接を行うことで、溶接部によって囲まれる部分と溶接部の外部との間で気体を通過させる連通部を形成する工程が含まれる。

第２実施形態において、電極棒６１の先端６３および電極棒６２の先端６４はいずれも、凹部を有しなくてよい。第２実施形態においては、積層された正極集電体露出部５２Ａおよび積層された負極集電体露出部５６Ａの少なくとも一方が、溶接部の内側に通じる部位に貫通孔である連通部を有していてもよい。この場合、溶接部において、溶接部によって囲まれる部分と溶接部の外部との間で気体を通過させる連通部が設けられる。例えば、図７に示すように、負極集電体露出部５６Ａは、溶接部Ｗｎの内側に通じる部位に連通部２０２を有する。従って、溶接部Ｗｎによって囲まれる空隙１００は、連通部２０２を通じて外部に通じる。

なお、積層された負極集電体露出部５６Ａが連通部２０２を有する場合、連通部２０２は、負極集電端子３６が負極集電体露出部５６Ａに溶接される前に形成されてもよい。また、負極集電端子３６が負極集電体露出部５６Ａに溶接された後に、積層された負極集電体露出部５６Ａに連通部２０２が形成されてもよい。積層された正極集電体露出部５２Ａが溶接部Ｗｐの内側に通じる部位に、貫通孔である連通部を有する場合も同様である。

貫通孔である連通部が形成される位置を変更することも可能である。例えば、正極集電端子３２および負極集電端子３６の少なくとも一方が、溶接部の内側に通じる部位に、貫通孔である連通部を有していてもよい。この場合でも、溶接部において、溶接部によって囲まれる部分と溶接部の外部との間で気体を通過させる連通部が設けられる。なお、負極集電端子３６が連通部を有する場合、連通部は、負極集電端子３６が負極集電体露出部５６Ａに溶接される前に形成されてもよい。また、負極集電端子３６が負極集電体露出部５６Ａに溶接された後に、負極集電端子３６に連通部が形成されてもよい。正極集電端子３２が溶接部Ｗｐに通じる部位に貫通孔である連通部を有する場合も同様である。

以上のように、第２実施形態に示す二次電池の製造方法では、負極集電端子３６と負極集電体露出部、および、正極集電端子３２と正極集電体露出部５２Ａの少なくともいずれかの抵抗溶接を行う工程と、抵抗溶接を行う前後の少なくともいずれかで、抵抗溶接によって形成される溶接部の内側に通じる部位に貫通孔を形成する工程と、が含まれる。

次に、図８を参照して、実施例および比較例を用いた耐久試験の試験結果について説明する。実施例に係るリチウムイオン二次電池では、負極集電端子３６および負極集電体露出部５６Ａの溶接部は、第１実施形態に係る溶接部Ｗｎと同様の構成を有する。詳細には、負極集電端子３６および負極集電体露出部５６Ａの溶接部において、溶接部によって囲まれる部分と溶接部の外部との間で気体を通過させる連通部２０１が形成されている。なお、実施例における溶接部は、電極棒６１および電極棒６２によって形成される。電極棒６１の先端６３および電極棒６２の先端６４は、それぞれ、電極棒６１および電極棒６２の使用時に対向する部位に凹部を有する。凹部がある場合の先端６３の面積は、凹部がない場合の先端６３の面積の６０％である。同様に、凹部がある場合の先端６４の面積は、凹部がない場合の先端６４の面積の６０％である。

比較例に係るリチウムイオン二次電池では、負極集電端子３６および負極集電体露出部５６Ａの溶接部は、実施例に係る溶接部と異なる。詳細には、負極集電端子３６および負極集電体露出部５６Ａの溶接部において、溶接部によって囲まれる部分と溶接部の外部との間で気体を通過させる連通部２０１が形成されていない。なお、比較例における溶接部を形成する電極棒６１および電極棒６２において、電極棒６１の先端６３および電極棒６２の先端６４は、いずれも凹部を有しない。

耐久試験として、実施例および比較例を用いて、温度サイクル試験（温度範囲：－４０℃～６５℃、サイクル数：５５００（ｃｙｃ））を実施した。図８は、耐久試験前後における正極端子と負極端子の間の抵抗、および、耐久試験の結果溶接外れが生じたか否かを示す。

比較例に係るリチウムイオン二次電池を５つ用いて、耐久試験を行った。耐久試験前における正極端子と負極端子の間の抵抗は、０．６８ｍΩ～０．７２ｍΩであった。１つ目および４つ目の比較例では、耐久試験後、溶接外れが生じ、正極端子と負極端子の間の抵抗が過負荷（ＯＬ）となった。２つ目、３つ目、および５つ目の比較例では、耐久試験後、溶接外れは生じなかったが、正極端子と負極端子の間の抵抗が１．１０ｍΩ～２．２１ｍΩまで上昇した。これは、溶接部によって密閉された空隙に存在する気体が、耐久試験の過程で膨張または収縮することで、溶接部に負荷がかかり、溶接されていた部分の接触面積が低下したことが原因と考えられる。

また、実施例に係るリチウムイオン二次電池を５つ用いて、耐久試験を行った。耐久試験前における正極端子と負極端子の間の抵抗は、０．７２ｍΩ～０．７４ｍΩであった。全ての実施例において、耐久試験後、正極端子と負極端子の間の抵抗は、０．７１ｍΩ～０．７５ｍΩであり、耐久試験前の抵抗からほぼ変化はなかった。また、実施例に係る全てのリチウムイオン二次電池において、耐久試験の結果溶接外れは生じなかった。

比較例の試験結果と実施例の試験結果を比較すると、比較例では、耐久試験後に正極端子と負極端子の間の抵抗が上昇したが、実施例では、耐久試験前後で正極端子と負極端子の間の抵抗は殆ど変化しなかった。また、一部の比較例では、耐久試験の結果溶接外れが生じたが、いずれの実施例においても、耐久試験の結果溶接外れは生じなかった。従って、本試験の結果、溶接部において、溶接部によって囲まれる部分と溶接部の外部との間で気体を通過させる連通部が形成されることで、溶接部にかかる負荷を低減できることが分かる。

次に、電極棒の溶接面積の割合と溶接部の強度未達成率との関係を説明する。電極棒の溶接面積の割合とは、電極棒において、凹部がないと仮定した場合の先端の面積に対する、凹部を除いた先端の面積の割合である。強度未達成率とは、必要とされる強度に満たない程度を示す。例えば、溶接部が必要とされる強度を満たしている場合、強度未達成率は０％である。例えば、溶接部の強度が、必要とされる強度に対して１０％足りない場合、強度未達成率は１０％である。

電極棒の溶接面積が６０％の場合、強度未達成率は０％であった。電極棒の溶接面積が５０％の場合、強度未達成率は０％であった。電極棒の溶接面積が４５％の場合、強度未達成率は０％であった。しかし、電極棒の溶接面積が４０％の場合、強度未達成率は１０％であった。また、電極棒の溶接面積が３０％の場合、強度未達成率は１０％であった。なお、電極棒の溶接面積が９５％を超えると、強度未達成率は０％となるが、溶接部に連通部を形成できない可能性がある。従って、電極棒の溶接面積は４５％～９５％であることが望ましい。

上記の通り、ここで開示されるリチウム二次電池等の二次電池は、正極集電端子と正極集電体露出部の溶接部、および、前記負極集電端子と前記負極集電体露出部の溶接部の少なくとも一方において、溶接部によって囲まれる部分と外部との間で気体を通過させる連通部を備える。よって、溶接部に空隙が生じた場合に、溶接部において、連通部が空隙と連通することで、密閉された空隙が生じる可能性が低減される。従って、溶接部の空隙に存在する気体によって溶接部にかかる負荷を低減できる。

１０リチウムイオン二次電池
３２正極集電端子
３６負極集電端子
５２正極集電体
５２Ａ正極集電体露出部
５３正極活物質層
５６負極集電体
５６Ａ負極集電体露出部
５７負極活物質層
５８セパレータ
２０１，２０２連通部
Ｗｎ，Ｗｐ溶接部

Claims

シート状の正極集電体と該正極集電体上に形成された正極活物質層とを有する正極と、シート状の負極集電体と該負極集電体上に形成された負極活物質層とを有する負極とが、セパレータを間に介在させつつ交互に複数積層された構造の電極体であって、該電極体の端部に、前記正極活物質層を有さない前記正極集電体の一部分が積層して形成された正極集電体露出部と、前記負極活物質層を有さない前記負極集電体の一部分が積層して形成された負極集電体露出部とを有する電極体と、
前記正極集電体露出部に溶接された正極集電端子と、
前記負極集電体露出部に溶接された負極集電端子と、
を備える二次電池であって、
前記正極集電端子と前記正極集電体露出部の溶接部、および、前記負極集電端子と前記負極集電体露出部の溶接部の少なくとも一方において、前記溶接部によって囲まれる部分と外部との間で気体を通過させる連通部を備えており、
前記溶接部は、環状の形状であってその一部に溶接されていない部分を有する開環状に形成されており、該溶接されていない部分が前記連通部を構成することを特徴とする、二次電池。
シート状の正極集電体と該正極集電体上に形成された正極活物質層とを有する正極と、シート状の負極集電体と該負極集電体上に形成された負極活物質層とを有する負極とが、セパレータを間に介在させつつ交互に複数積層された構造の電極体であって、該電極体の端部に、前記正極活物質層を有さない前記正極集電体の一部分が積層して形成された正極集電体露出部と、前記負極活物質層を有さない前記負極集電体の一部分が積層して形成された負極集電体露出部とを有する電極体と、
前記正極集電体露出部に溶接された正極集電端子と、
前記負極集電体露出部に溶接された負極集電端子と、
を備える二次電池であって、
前記正極集電端子と前記正極集電体露出部の溶接部、および、前記負極集電端子と前記負極集電体露出部の溶接部の少なくとも一方において、前記溶接部によって囲まれる部分と外部との間で気体を通過させる連通部を備えており、
ここで前記連通部は、前記正極集電体露出部および前記負極集電体露出部の少なくとも一方において前記積層の方向に形成された前記溶接部の内側に通じる貫通孔であることを特徴とする、二次電池。