JP7194600B2

JP7194600B2 - 二次電池の製造方法

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Publication number: JP7194600B2
Application number: JP2019012631A
Authority: JP
Inventors: 陽平室屋; 友和山中; 拓也山脇; 龍平甲斐
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2019-01-29
Filing date: 2019-01-29
Publication date: 2022-12-22
Anticipated expiration: 2039-01-29
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Description

本開示は、二次電池の製造方法に関する。

リチウムイオン二次電池等の二次電池は、正極板及び負極板を含む電極体を電解質とともに電池ケース内に収容した構造を有している。電極体を構成する正極板及び負極板は、それぞれ金属製の芯体の表面に活物質層が形成されている。そして、正極板及び負極板のそれぞれに設けられた芯体露出部は、集電体を介して、電池ケースに取り付けられた端子と電気的に接続されている。

芯体と集電体とを接合する方法として、超音波接合により接合する方法が知られている。超音波接合は、積層された芯体と集電体とをホーンとアンビルとで挟み込みながら、超音波による振動エネルギーを接合面に加えることによって行われる。なお、積層された芯体と集電体とを確実に挟み込むために、ホーン及びアンビルの表面には、それぞれ複数の突起部が設けられている。

例えば、特許文献１には、ホーンの表面に設けられた突起部の形状を円弧状にしたり、ホーンの周辺に、突起部が形成されていないマージン領域を設ける方法が開示されている。

特開２０１２－１２５８０１号公報

本開示の一つの目的は、芯体と集電体を接合する際に集電体の変形が抑制された二次電池の製造方法を提供することである。

本開示の一形態の二次電池の製造方法は、
第１電極板と、
前記第１電極板と極性の異なる第２電極板と、
前記第１電極板と前記第２電極板を含む電極体と、
前記第１電極板に電気的に接続された第１電極集電体と、を備え、
前記第１電極板は、第１電極芯体と、前記第１電極芯体上に形成された第１電極活物質層を有し、
前記電極体は、前記第１電極芯体が積層された第１電極芯体積層部を有する二次電池の製造方法であって、
前記第１電極芯体積層部を有する前記電極体を作製する電極体作製工程と、
前記第１電極芯体積層部に前記第１電極集電体を超音波接合する超音波接合工程を有し、
前記超音波接合工程において、前記第１電極集電体は、周囲の厚みよりも厚みの薄い薄肉部を有し、前記薄肉部と前記第１電極芯体積層部をホーンとアンビルで挟み込み、前記薄肉部と前記第１電極芯体積層部を超音波接合する。

図１７（ａ）は、第１電極芯体積層部３４０上に第１電極集電体３０６を配置した状態
であり、第１電極芯体積層部３４０と第１電極集電体３０６を超音波接合する前の状態を示す平面図である。図１７（ｂ）は、第１電極芯体積層部３４０上に第１電極集電体３０６を配置した状態であり、第１電極芯体積層部３４０と第１電極集電体３０６を超音波接合した後の状態を示す平面図である。第１電極芯体積層部３４０と第１電極集電体３０６を超音波接合する際、ホーンとアンビルにより第１電極芯体積層部３４０と第１電極集電体３０６を押圧して超音波振動を与える。このため、図１７（ｂ）に示すように、超音波接合により、第１電極集電体３０６の幅が大きくなるように第１電極集電体３０６が変形する場合がある。そして、幅が大きくなるように第１電極集電体３０６が変形すると、第１電極集電体３０６が接続された電極体を電池ケースに挿入する際、第１電極集電体３０６において変形した部分が電池ケースに接触し、電極体の電池ケースへの挿入性が低下する虞がある。あるいは、第１電極集電体３０６において変形した部分が、電極体と電池ケースの間に配置された絶縁シートを損傷される虞がある。

本開示の一形態の二次電池の製造方法により、第１電極集電体と第１電極芯体積層部を超音波接合する際に、第１電極集電体の幅が大きくなるように第１電極集電体が変形することを効果的に抑制できる。したがって、より信頼性の高い二次電池が提供される。なお、第１電極板は正極板であってもよいし、負極板であってもよい。

本開示によれば、芯体と集電体を接合する際に集電体の変形が抑制された二次電池が提供される。

実施形態に係る角形二次電池の角形外装体の正面部分と絶縁シート正面部分とを取り除いた電池内部を示す模式的な正面図である。実施形態に係る角形二次電池の上面図である。（ａ）は実施形態に係る正極板の平面図である。（ｂ）は実施形態に係る負極板の平面図である。実施形態に係る正極集電体と正極芯体積層部の断面図であり、正極集電体と正極芯体積層部をホーンとアンビルで挟み込む前の状態を示す図である。実施形態に係る正極集電体において、正極芯体積層部が接合される面の平面図であり、正極芯体積層部と接合される前の状態を示す図である。実施形態に係る正極集電体と正極芯体積層部の断面図であり、正極集電体と正極芯体積層部をホーンとアンビルで挟み込んだ後の状態を示す図である。実施形態に係る正極集電体と正極芯体積層部の断面図であり、正極集電体と正極芯体積層部を超音波接合した後の状態を示す図である。変形例１に係る正極集電体と正極芯体積層部の断面図であり、正極集電体と正極芯体積層部をホーンとアンビルで挟み込む前の状態を示す図である。変形例１に係る正極集電体と正極芯体積層部の断面図であり、正極集電体と正極芯体積層部をホーンとアンビルで挟み込んだ後の状態を示す図である。変形例１に係る正極集電体と正極芯体積層部の断面図であり、正極集電体と正極芯体積層部を超音波接合した後の状態を示す図である。変形例１に係る正極集電体において、正極芯体積層部が接合される部分であって、正極芯体積層部が接合される面とは反対側の面を示す図であり、正極芯体積層部と接合された後の状態を示す図である。変形例２に係る正極集電体と正極芯体積層部の断面図であり、正極集電体と正極芯体積層部をホーンとアンビルで挟み込んだ後の状態を示す図である。変形例２に係る正極集電体と正極芯体積層部の断面図であり、正極集電体と正極芯体積層部を超音波接合した後の状態を示す図である。変形例２に係る正極集電体と正極芯体積層部の断面図であり、正極集電体にテープを張り付けた後の状態を示す図である。変形例２に係る正極集電体と正極芯体積層部の平面図であり、正極集電体にテープを張り付けた後の状態を示す図である。正極芯体積層部の接合部の拡大断面図である。（a）及び（ｂ）は従来技術に関する図である。（ａ）第１電極集電体を第１芯体積層部上に配置した状態を示す図である。（ｂ）第１電極集電体と第１芯体積層部を超音波接合した状態を示す図である。

以下、本開示の実施形態に係る二次電池としての角形二次電池１００について、図面を参照しながら説明する。なお、本開示の範囲は、以下の実施の形態に限定されず、本開示の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。

まず、一実施形態に係る角形二次電池１００の構成を説明する。図１及び図２に示すように、角形二次電池１００は、上方に開口を有する角形外装体１と、当該開口を封口する封口板２を備える。角形外装体１及び封口板２により電池ケース２００が構成される。角形外装体１及び封口板２はそれぞれ金属製であり、例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金製であることが好ましい。角形外装体１内には、帯状の正極板と帯状の負極板とが帯状のセパレータを挟んで巻回された偏平状の巻回型の電極体３が非水電解質（図示省略）と共に収容される。角形外装体１と電極体３の間には樹脂製の絶縁シート１４が配置されている。封口板２には電池ケース２００内の圧力が所定値以上となると破断し、電池ケース２００内のガスを電池ケース２００外に排出するガス排出弁１５が設けられている。また、封口板２に設けられた電解質注液孔１６が、封止部材１７により封止されている。

図３（ａ）に示すように、正極板４は、金属製の正極芯体４ａと、正極芯体４ａの両面に形成された正極活物質層４ｂを有する。正極板４は、幅方向の端部に、長手方向に沿って、正極芯体４ａの両面に正極活物質層４ｂが形成されていない正極芯体露出部を有する。正極芯体４ａは、アルミニウム又はアルミニウム合金製であることが好ましい。正極活物質層４ｂは、正極活物質を含む。正極活物質としては、例えば、リチウム遷移金属複合酸化物等を用いることができる。また、正極活物質層４ｂは、バインダー及び導電材を含むことが好ましい。バインダーとしては樹脂製のバインダーが好ましく、例えばポリフッ化ビニリデン等を用いることができる。導電部材としてはカーボンブラック等の炭素材料が好ましい。

図３（ｂ）に示すように、負極板５は、金属製の負極芯体５ａと、負極芯体５ａの両面に形成された負極活物質層５ｂを有する。負極板５は、幅方向の端部に、長手方向に沿って、負極芯体５ａの両面に負極活物質層５ｂが形成されていない負極芯体露出部が形成されている。負極芯体５ａは、銅又は銅合金製であることが好ましい。負極活物質層５ｂは、負極活物質を含む。負極活物質としては、例えば、黒鉛や非晶質炭素等の炭素材料、シリコンや酸化シリコン等のシリコン材料等を用いることができる。負極活物質層５ｂは、バインダーを含むことが好ましい。バインダーとしては樹脂製のバインダーが好ましく、例えばスチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）及びカルボキシメシルセルロース（ＣＭＣ）を含むことが好ましい。負極活物質層５ｂは必要に応じて導電材を含んでもよい。

巻回型の電極体３は、一方の端部に巻回された正極芯体露出部を有し、他方の端部に巻回された負極芯体露出部を有する。巻回された正極芯体露出部は、正極芯体４ａが積層された正極芯体積層部４０を構成する。巻回された負極芯体露出部は、負極芯体５ａが積層された負極芯体積層部５０を構成する。

正極芯体積層部４０には正極集電体６が接続されている。正極集電体６は封口板２に取
り付けられた正極端子７と接続されている。封口板２と正極集電体６の間には樹脂製の内部側絶縁部材１０が配置されている。封口板２と正極端子７の間には樹脂製の外部側絶縁部材１１が配置されている。内部側絶縁部材１０及び外部側絶縁部材１１により、正極集電体６及び正極端子７は封口板２と電気的に絶縁されている。正極集電体６及び正極端子７は、金属製であり、例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金製であることが好ましい。

負極芯体積層部５０には負極集電体８が接続されている。負極集電体８は封口板２に取り付けられた負極端子９と接続されている。封口板２と負極集電体８の間には樹脂製の内部側絶縁部材１２が配置されている。封口板２と負極端子９の間には樹脂製の外部側絶縁部材１３が配置されている。内部側絶縁部材１２及び外部側絶縁部材１３により、負極集電体８及び負極端子９は封口板２と電気的に絶縁されている。負極集電体８及び負極端子９は、金属製であり、例えば、銅又は銅合金製であることが好ましい。また、負極端子９は、銅又は銅合金からなる部分と、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる部分を有することが好ましい。そして、銅又は銅合金からなる部分を銅又は銅合金からなる負極集電体８と接続し、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる部分が封口板２よりも外部側に露出するようにすることが好ましい。

正極端子７は、封口板２よりも電池外部側に配置される鍔部７ａと、鍔部７ａの一方の面に形成された挿入部（図示省略）を有する。挿入部が封口板２に設けられた正極端子取り付け孔（図示省略）を貫通し、正極集電体６に接続される。
負極端子９は、封口板２よりも電池外部側に配置される鍔部９ａと、鍔部９ａの一方の面に形成された挿入部（図示省略）を有する。挿入部が封口板２に設けられた負極端子取り付け孔（図示省略）を貫通し、負極集電体８に接続される。

なお、正極集電体６と正極端子７を、他の導電部材を介して電気的に接続してもよい。また、負極集電体８と負極端子９を、他の導電部材を介して電気的に接続してもよい。

正極集電体６は、封口板２と電極体３の間に配置されるベース部６ａと、ベース部６ａの端部から電極体３側に延びるリード部６ｂを有する。ベース部６ａに正極端子７が接続されている。リード部６ｂが正極芯体積層部４０に接合されている。リード部６ｂの幅方向の端部にはリブ６ｃが設けられる。なお、リブ６ｃを省略することもできる。
負極集電体８は、封口板２と電極体３の間に配置されるベース部８ａと、ベース部８ａの端部から電極体３側に延びるリード部８ｂを有する。ベース部８ａに負極端子９が接続されている。リード部８ｂが負極芯体積層部５０に接合されている。リード部８ｂの幅方向の端部にはリブ８ｃが設けられている。なお、リブ８ｃを省略することもできる。

正極集電体６のリード部６ｂにおいて、正極芯体積層部４０と接合された部分の正極芯体積層部４０と接合された面とは反対側の面には、凹凸形成部６ｘが形成されている。この凹凸形成部６ｘは、正極集電体６と正極芯体積層部４０を超音波接合する際に、正極集電体６にアンビルに設けられたアンビル突起が食い込むことにより形成される。即ち、凹凸形成部６ｘは、アンビルによる押圧痕である。

負極集電体８のリード部８ｂにおいて、負極芯体積層部５０と接合された部分の負極芯体積層部５０と接合された面とは反対側の面には、凹凸形成部８ｘが形成されている。この凹凸形成部８ｘは、負極集電体８と負極芯体積層部５０を超音波接合する際に、負極集電体８にアンビルに設けられたアンビル突起が食い込むことにより形成される。即ち、凹凸形成部８ｘは、アンビルによる押圧痕である。

[封口板への各部品取り付け]
以下に、正極集電体６、正極端子７、負極集電体８及び負極端子９の封口板２への取り付け方法を説明する。
まず、封口板２に設けられた正極端子取り付け孔（図示省略）の周囲において、封口板２の電池外部側に外部側絶縁部材１１を配置し、封口板２の内面側に内部側絶縁部材１０及び正極集電体６のベース部６ａを配置する。次に、正極端子７の挿入部を電池外部側から、外部側絶縁部材１１の貫通孔、封口板２の正極端子取り付け孔、内部側絶縁部材１０の貫通孔及びベース部６ａの貫通孔に挿入し、正極端子７の挿入部の先端側をベース部６ａ上にカシメる。これにより、正極端子７、外部側絶縁部材１１、封口板２、内部側絶縁部材１０及び正極集電体６が一体的に固定される。なお、正極端子７の挿入部の先端のカシメられた部分をベース部６ａに溶接してもよい。

同様に、封口板２に設けられた負極端子取り付け孔（図示省略）の周囲において、封口板２の電池外部側に外部側絶縁部材１３を配置し、封口板２の電池内部側に内部側絶縁部材１２及び負極集電体８のベース部８ａを配置する。次に、負極端子９の挿入部を電池外部側から、外部側絶縁部材１３の貫通孔、封口板２の負極端子取り付け孔、内部側絶縁部材１２の貫通孔及びベース部８ａの貫通孔に挿入し、負極端子９の挿入部の先端側をベース部８ａ上にカシメる。これにより、負極端子９、外部側絶縁部材１３、封口板２、内部側絶縁部材１２及び負極集電体８が一体的に固定される。なお、負極端子９の挿入部の先端のカシメられた部分をベース部８ａに溶接してもよい。

[角形二次電池１００の組立て]
封口板２に取り付けられた正極集電体６と正極芯体積層部４０を接合し、封口板２に取り付けられた負極集電体８と負極芯体積層部５０を接合する。そして、電極体３を絶縁シート１４で覆い、絶縁シート１４で覆われた電極体３を角形外装体１に挿入する。そして、封口板２を角形外装体１にレーザー溶接により溶接し、角形外装体１の開口を封口板２で封口する。封口板２の電解質注液孔１６から非水電解質を電池ケース２００内に注入した後、電解質注液孔１６を封止部材１７で封止する。これにより角形二次電池１００となる。

以下、正極集電体６と正極芯体積層部４０の接合方法を例に、集電体と芯体積層部の接合方法を説明する。なお、負極集電体８と負極芯体積層部５０の接合も同様の方法で行うことができる。

[集電体と芯体積層部の接合]
図４及び図５に示すように、リード部６ｂに薄肉部６ｅが設けられた正極集電体６を用いる。リード部６ｂにおいて正極芯体積層部４０と対向する側の面に凹部６ｄが形成されることにより、その周囲の厚みよりも厚みの薄い薄肉部６ｅが形成されている。なお、図４は、リード部６ｂの幅方向に沿った断面図であり、図１における左右方向に沿った断面図である。

図４に示すように、リード部６ｂにおいて凹部６ｄが形成された面側に正極芯体積層部４０を配置する。そして、ホーン９０とアンビル９１で、正極芯体積層部４０とリード部６ｂを挟み込む。ホーン９０は先端に複数のホーン突起９０ａを有する。そして、ホーン突起９０ａが正極芯体積層部４０と接するようにする。アンビル９１は先端に複数のアンビル突起９１ａを有する。そして、アンビル突起９１ａがリード部６ｂと接するようにする。

図６に示すように、ホーン９０とアンビル９１で、正極芯体積層部４０とリード部６ｂを挟み込むことにより、ホーン突起９０ａが正極芯体積層部４０に食い込み、アンビル突起９１ａがリード部６ｂに食い込んだ状態とする。そして、ホーン９０に超音波振動を与
えることにより、図７に示すように正極芯体積層部４０における正極芯体４ａ同士、及び正極芯体積層部４０とリード部６ｂが接合される。これにより、正極芯体積層部４０に接合部４１が形成される。

正極芯体積層部４０は、リード部６ｂにおける薄肉部６ｅに接合される。即ち、接合部４１の少なくとも一部が凹部６ｄ内に配置されるようになる。正極芯体積層部４０の表面には、芯体側凹凸形成部４１ｘが形成される。また、リード部６ｂには、アンビル９１による押圧痕である凹凸形成部６ｘが形成される。

上述の構成によると、正極集電体６のリード部６ｂにおいてホーン９０及びアンビル９１により挟み込まれて押圧される部分が、周囲よりも厚みの薄い薄肉部６ｅとなっている。このため、リード部６ｂが押圧された際、リード部６ｂにおいて押圧された部分から移動するリード部６ｂを構成する金属の量を低減することができる。更に、薄肉部６ｅの周囲に、薄肉部６ｅの厚みよりも厚みの大きい部分が存在するため、リード部６ｂの幅方向の変形を効果的に抑制できる。また、リード部６ｂにおいて正極芯体積層部４０と接合する部分の厚みを小さくすることで、超音波接合に必要なエネルギーを低減できるため、リード部６ｂの変形をより効果的に抑制できる。
このように、上述の構成により、正極芯体積層部４０とリード部６ｂとをホーン９０及びアンビル９１により挟み込み超音波接合を行った場合でも、リード部６ｂの幅が大きくなるようにリード部６ｂが変形することを効果的に抑制できる。

なお、リード部６ｂの幅方向（図７において左右方向）において、薄肉部６ｅの両側に薄肉部６ｅの厚みよりも厚みの大きい領域が形成されていることが好ましい。
薄肉部６ｅの厚みは、その周囲の厚みに対して２０～７０％であることが好ましく、２０～６５％であることがより好ましく、２０％～３０％であることが更に好ましい。なお、負極集電体８のリード部８ｂに薄肉部を設ける場合も同様である。

アルミニウム又はアルミニウム合金からなる薄肉部６ｅの厚みは、０．２～１ｍｍであることが好ましく、０．２～０．９ｍｍであることがより好ましく、０．２～０．４ｍｍであることが更に好ましい。
なお、銅又は銅合金製の負極集電体８のリード部８ｂに薄肉部を設ける場合は、薄肉部の厚みが０．１～０．６ｍｍであることが好ましく、０．１～０．５ｍｍであることがより好ましく、０．１～０．２ｍｍであることが更に好ましい。

リード部６ｂの幅方向の一方の端部にはリブ６ｃが設けられていることが好ましい。リブ６ｃを設けることにより、超音波接合の際のリード部６ｂの変形がより効果的に抑制できる。リブ６ｃは、リード部６ｂにおいて正極芯体積層部４０が配置される側の面とは反対側の面に形成されることが好ましい。また、リブ６ｃは、リード部６ｂの幅方向において、電極体３の中央側の端部に形成されていることが好ましい。これにより、リード部６ｂの側端部が電極体３に接触するように変形し電極体３を損傷させることを抑制できる。

リード部６ｂの幅方向において、凹部６ｄの幅は、リード部６ｂの幅の３０～９５％であることが好ましく、３０～８０％であることがより好ましく、３０～７０％であることが更に好ましい。なお、負極集電体８のリード部８ｂに凹部を設ける場合も同様である。

アルミニウム又はアルミニウム合金からなるリード部６ｂの場合、リード部６ｂの幅方向において、凹部６ｄの幅は２～１０ｍｍであることが好ましく、２～６ｍｍであることがより好ましく、２～５ｍｍであることが更に好ましい。
銅又は銅合金からなる負極集電体８のリード部８ｂに凹部を設ける場合、リード部８ｂの幅方向において、凹部の幅は２～１０ｍｍであることが好ましく、２～６ｍｍであるこ
とがより好ましく、２～５ｍｍであることが更に好ましい。

リード部６ｂの幅方向において、薄肉部６ｅの両側に形成される薄肉部６ｅの厚みよりも厚みの大きい部分の幅は、０．５ｍｍ以上とすることが好ましく、１ｍｍ以上とすることがより好ましい。なお、負極集電体８のリード部８ｂに薄肉部を設ける場合も同様である。

なお、ホーン９０において正極芯体積層部４０と接する部分の幅は、凹部６ｄの幅よりも小さい。また、アンビル９１においてリード部６ｂと接する部分の幅は、凹部６ｄの幅よりも小さい。また、超音波接合により形成される凹凸形成部６ｘの幅は、凹部６ｄの幅より小さい。なお、凹部６ｄの幅は、凹部６ｄの底面の幅とする。

リード部６ｂにおいて正極芯体積層部４０と対向する面に凹部６ｄを設ける場合、凹部６ｄを構成する側面は、凹部６ｄを構成する底面に対して傾斜していることが好ましい。即ち、図４に示すように凹部６ｄを構成する側面と凹部６ｄを構成する底面がなす角が鈍角であることが好ましい。これにより、正極芯体積層部４０が損傷することを抑制できる。また、凹部６ｄの縁部はＲ化ないし面取りされていることが好ましい。

[変形例１]
図８～１１に、変形例１に係る正極集電体と正極芯体積層部の接合形態を示す。変形例１では、上述の実施形態とは正極集電体のリード部の形状が異なる。変形例１に係る正極集電体１０６は、リード部１０６ｂにおいて正極芯体積層部４０と対向する面とは反対側の面に凹部１０６ｄが設けられることにより、リード部１０６ｂに薄肉部１０６ｅが形成されている。正極集電体１０６は、リード部１０６ｂの幅方向の端部にリブ１０６ｃを有する。

図８に示すように、リード部１０６ｂにおいて凹部１０６ｄが形成された面とは反対側の面に正極芯体積層部４０を配置する。そして、ホーン９０及びアンビル９１で、正極芯体積層部４０とリード部１０６ｂを挟み込む。

図９に示すように、アンビル９１がリード部１０６ｂに形成された凹部１０６ｄの底面に接するようにする。なお、アンビル９１のアンビル突起９１ａが凹部１０６ｄの底面に食い込むようにする。

図１０及び図１１に示すように、リード部１０６ｂの薄肉部１０６ｅにおいて、リード部１０６ｂと正極芯体積層部４０が接合される。正極芯体積層部４０における正極芯体４ａ同士、及び正極芯体４ａとリード部１０６ｂが接合されて接合部４１が形成される。リード部１０６ｂに形成されるアンビル９１の押圧痕である凹凸形成部１０６ｘは、凹部１０６ｄの底面に形成される。なお、正極芯体積層部４０における接合部４１の表面には、芯体側凹凸形成部４１ｘが形成される。

変形例１の構成であると、リード部１０６ｂの幅方向において、その両側よりも厚みの薄い薄肉部１０６ｅで超音波接合される。よって、超音波接合の際に、リード部１０６ｂの幅が大きくなるようにリード部１０６ｂが変形することを効果的に抑制できる。なお、凹部１０６ｄ及び薄肉部１０６ｅの大きさ等については、上述の実施形態の構成と同様とすることができる。

[変形例２]
図１２及び１３に、変形例２に係る正極集電体と正極芯体積層部の接合形態を示す。変形例２では、上述の実施形態とは正極集電体のリード部の形状が異なる。変形例２に係る
正極集電体２０６においては、リード部２０６ｂの両面に凹部（外面側凹部２０６ｄ、内面側凹部２０６ｆ）が形成されている。これにより、リード部２０６ｂに薄肉部２０６ｅが形成されている。そして、薄肉部２０６ｅにおいて、リード部２０６ｂと正極芯体積層部４０が接合される。

図１３に示すように、リード部２０６ｂの内面側凹部２０６ｆの底面に正極芯体積層部４０が接合されて、接合部４１が形成されている。また、リード部２０６ｂの外面側凹部２０６ｄの底面に、アンビル９１の押圧痕である凹凸形成部２０６ｘが形成されている。なお、リード部２０６ｂの幅方向の端部にはリブ２０６ｃが形成されている。

変形例２の形態では、リード部２０６ｂの両面に凹部が形成されることにより形成された薄肉部２０６ｅが正極芯体積層部４０に超音波接合されている。したがって、リード部２０６ｂが押圧された際、リード部２０６ｂにおいて押圧された部分から移動するリード部２０６ｂを構成する金属の量を低減することができる。更に、薄肉部２０６ｅの周囲に、薄肉部２０６ｅの厚みよりも厚みの大きい部分が存在するため、リード部２０６ｂの幅方向の変形を効果的に抑制できる。また、リード部２０６ｂにおいて正極芯体積層部４０と接合する部分の厚みを小さくすることで、超音波接合に必要なエネルギーを低減できるため、リード部２０６ｂの変形をより効果的に抑制できる。更に、リード部２０６ｂの両面に凹部が形成されているため、リード部２０６ｂにおいて正極芯体積層部４０と対向する側の面に形成された凹部（内面側凹部２０６ｆ）の深さを小さくすることができる。よって、正極芯体積層部４０がホーン９０により押圧された際の正極芯体積層部４０の変位を小さくすることができ、より安定的に超音波接合できる。

[変形例３]
図１４及び図１５は、変形例３の形態を示す図である。図１４は、図１５におけるＸＩＶ－ＸＩＶの断面図である。変形例３では、正極集電体にテープが貼り付けられている以外は、上述の変形例１と同様の構成である。
図１４及び図１５に示すように、正極集電体１０６のリード部１０６ｂにテープ６０が貼り付けられている。テープ６０は、凹凸形成部１０６ｘを覆うように配置され、凹部１０６ｄの周囲に貼り付けられている。このため、超音波接合の際に生じて凹凸形成部１０６ｘに付着した金属小片、あるいは超音波接合の際に凹凸形成部１０６ｘに生じたバリが脱離することにより生じた金属小片が、凹部１０６ｄとテープ６０により形成される空間に閉じ込められる。したがって、金属小片が電極体３の内部に侵入し、短絡の原因となることを効果的に抑制できる。

なお、テープ６０は、基材層６０ａと、基材層６０ａ上に形成された接着層６０ｂからなることが好ましい。基材層６０ａは、ポリプロピレン、ポリイミド、ポリフェニレンサルファイド、ポリエチレン、ポリエステル、ポリエチレンナフタレート、等から選択される部材あるいはそれらの混合物であることが好ましい。特に基材層６０ａはポリプロピレンからなることが好ましい。基材層６０ａの厚みは、２０μｍ～２００μｍであることが好ましい。接着層６０ｂは、常温（２５°）で粘着性を有することが好ましい。また、熱溶着可能なものであってもよい。接着層６０ｂは、ゴム系の接着剤、アクリル系、ポリエチレン系等から選択される部材あるいはそれらの混合物であることが好ましい。特に接着層６０ｂはゴム系の接着剤であることが好ましい。なお、テープ６０は、一つの層からなるものでもよい。例えば、テープ６０は熱溶着性樹脂からなり、テープ６０を正極集電体１０６に熱溶着してもよい。

また、テープ６０に代えて、カバー部材で凹部１０６ｄを覆うようにカバー部材を正極集電体１０６に接続してもよい。カバー部材は、シート状、板状、又はブロック状等の部材とすることができる。カバー部材は、例えば、樹脂製、セラミック製、又は金属製とす
ることができる。カバー部材と正極集電体１０６の接続は、接着、溶着、嵌合等により行うことができる。

また、凹凸形成部１０６ｘの表面に樹脂を塗布してもよい。凹凸形成部１０６ｘの表面に樹脂を塗布する際、樹脂が液状、あるいはゲル状である場合、凹部１０６ｄの底面に凹凸形成部１０６ｘが形成されていることにより、樹脂を所定の範囲内に塗布しやすくなる。

＜超音波接合＞
集電体と芯体積層部を超音波接合する際の条件は、特に限定されないが、例えば、ホーン荷重を１０００Ｎ～２５００Ｎ（１００ｋｇｆ～２５０ｋｇｆ）、周波数を１９ｋＨｚ～３０ｋＨｚ、接合時間を２００ｍｓ～５００ｍｓに設定して超音波接合を行ってもよい。また、周波数が２０ｋＨｚの場合、ホーン振幅を最大振幅（例えば５０μｍ）の５０％～９０％としてもよい。芯体積層部に超音波振動が加えられることにより、芯体積層部を構成する芯体の各表面、集電体の表面の酸化膜が摩擦によって取り除かれ、芯体同士が固相接合されると共に、芯体と集電体が固相接合されることが好ましい。

＜接合部＞
超音波接合により、芯体積層部に形成される接合部が以下のような状態になるように超音波接合を行うことが好ましい。以下のような状態になるように超音波接合することにより、超音波接合する際のホーン及びアンビルにより芯体積層部及び集電体の挟み込む力が過度にならず、集電体の変形をより効果的に抑制できる。

図１６は、上述の実施形態、変形例１～３における正極芯体積層部４０に形成された接合部４１の拡大断面図である。接合部４１には、隣接する正極芯体４ａ同士が超音波接合されることにより形成された接合層４６が形成されている。また、正極芯体４ａの積層方向において、接合層４６と接合層４６の間には、中央層４５が存在する。一枚の正極芯体４ａにおいて、両外面近傍がそれぞれ隣接する正極芯体４ａと接合されることにより接合層４６が形成される。また、中央層４５は、正極芯体４ａの厚み方向における中央領域が略変化せずに残っている部分である。

接合層４６におけるアルミニウム又はアルミニウム合金の結晶粒の平均粒径は、中央層４５におけるアルミニウム又はアルミニウム合金の結晶粒の平均粒径よりも小さくなっていることが好ましい。また、中央層４５におけるアルミニウム又はアルミニウム合金の結晶粒の平均粒径は、接合部４１の周囲における正極芯体４ａにおけるアルミニウム又はアルミニウム合金の結晶粒の平均粒径と略同じであることが好ましい。

例えば、接合層４６を構成するアルミニウム又はアルミニウム合金の結晶粒の平均粒径（長径）は、中央層４５を構成するアルミニウム又はアルミニウム合金の結晶粒の平均粒径（長径）の３０～７０％であることが好ましく、３０～６０％であることがより好ましい。なお、接合層４６を構成するアルミニウム又はアルミニウム合金の結晶粒のアスペクト比（短径：長径）は１：１～１：３であることが好ましい。接合層４６を構成するアルミニウム又はアルミニウム合金の結晶粒の平均粒径（長径）が０．１～１．０μｍであることが好ましい。中央層４５を構成するアルミニウム又はアルミニウム合金の結晶粒のアスペクト比（短径：長径）は１：３～１：１０であることが好ましい。中央層４５を構成するアルミニウム又はアルミニウム合金の結晶粒の平均粒径（長径）が１．７～８．０μｍであることが好ましい。

正極芯体積層部４０において接合部４１の周囲の部分（超音波接合されていない部分）における正極芯体４ａを構成するアルミニウム又はアルミニウム合金の結晶粒のアスペク
ト比（短径：長径）は１：３～１：１０であることが好ましい。正極芯体積層部４０において接合部４１の周囲の部分（超音波接合されていない部分）における正極芯体４ａを構成するアルミニウム又はアルミニウム合金の結晶粒の平均粒径（長径）は１．７～８．０μｍであることが好ましい。

＜その他＞
上述の実施形態、変形例１～３においては、正極集電体の構成、正極集電体と正極芯体積層部の接合方法等について詳細を説明したが、負極集電体の構成、負極集電体と負極芯体積層部の接合方法等についても同様の構成とすることができる。

本開示の二次電池の製造方法は、正極側及び負極側の少なくとも一方に適用される。

上述の実施形態、変形例１～３においては、偏平状の巻回電極体を有する角形二次電池を例示したが、これに限定されない。電極体は、セパレータを挟んで正極板と負極板とが交互に複数枚積層された積層型の電極体であってもよい。積層型の電極体の場合、矩形状の芯体露出部が複数積層された芯体積層部とすることができる。なお、巻回電極体の場合でも、矩形状の芯体露出部が複数積層された芯体積層部とすることもできる。また、巻回電極体を、その巻回軸が封口板に対して垂直となる向きで電池ケース内に配置してもよい。また、電極体における封口板側の端部に正極芯体積層部と負極芯体積層部が配置される構成であってもよい。

正極芯体がアルミニウム又はアルミニウム合金製である場合、正極芯体の厚みは５～３０μｍであることが好ましく、１０～２０μｍであることがより好ましい。また、正極芯体積層部における正極芯体の積層数は１０～１００層であることが好ましく、３０～１００層がより好ましい。

負極芯体が銅又は銅合金製である場合、負極芯体の厚みは５～３０μｍであることが好ましく、６～１５μｍであることがより好ましい。また、負極芯体積層部における負極芯体の積層数は１０～１００層であることが好ましく、３０～１００層がより好ましい。

正極板、負極板、セパレータ、電解質等に関しては、公知の材料を用いることができる。

１００・・・角形二次電池
２００・・・電池ケース
１・・・角形外装体
２・・・封口板
３・・・電極体
４・・・正極板
４ａ・・・正極芯体
４ｂ・・・正極活物質層
５・・・負極板
５ａ・・・負極芯体
５ｂ・・・負極活物質層
６・・・正極集電体
６ａ・・・ベース部
６ｂ・・・リード部
６ｃ・・・リブ
６ｄ・・・凹部
６ｅ・・・薄肉部
６ｘ・・・凹凸形成部
７・・・正極端子
７ａ・・・鍔部
８・・・負極集電体
８ａ・・・ベース部
８ｂ・・・リード部
８ｃ・・・リブ
８ｘ・・・凹凸形成部
９・・・負極端子
９ａ・・・鍔部
１０・・・内部側絶縁部材
１１・・・外部側絶縁部材
１２・・・内部側絶縁部材
１３・・・外部側絶縁部材
１４・・・絶縁シート
１５・・・ガス排出弁
１６・・・電解質注液孔
１７・・・封止部材

４０・・・正極芯体積層部
４１・・・接合部
４１ｘ・・・芯体側凹凸形成部
５０・・・負極芯体積層部

９０・・・ホーン
９０ａ・・・ホーン突起
９１・・・アンビル
９１ａ・・・アンビル突起

１０６、２０６・・・正極集電体
１０６ｂ、２０６ｂ・・・リード部
１０６ｃ、２０６ｃ・・・リブ
１０６ｄ・・・凹部
１０６ｅ、２０６ｅ・・・薄肉部
２０６ｄ・・・外面側凹部
２０６ｆ・・・内面側凹部
１０６ｘ、２０６ｘ・・・凹凸形成部

４５・・・中央層
４６・・・接合層

Claims

第１電極板と、
前記第１電極板と極性の異なる第２電極板と、
前記第１電極板と前記第２電極板を含む電極体と、
前記第１電極板に電気的に接続された第１電極集電体と、を備え、
前記第１電極板は、第１電極芯体と、前記第１電極芯体上に形成された第１電極活物質層を有し、
前記電極体は、前記第１電極芯体が積層された第１電極芯体積層部を有し、
前記第１電極集電体は、周囲の厚みよりも厚みの薄い薄肉部と、前記第１電極芯体積層部が配される側と反対側の面であって、且つ当該集電体の幅方向の前記電極体の中央側の端部において、前記薄肉部の周囲の前記薄肉部よりも厚みの厚い部分の一部に形成され、前記第１電極芯体の厚み方向に突出したリブを含む二次電池の製造方法であって、
前記第１電極芯体積層部を有する前記電極体を作製する電極体作製工程と、
前記第１電極芯体積層部に前記第１電極集電体を超音波接合する超音波接合工程を有し、
前記超音波接合工程において、前記薄肉部と前記第１電極芯体積層部をホーンとアンビルで挟み込み、前記薄肉部と前記第１電極芯体積層部を超音波接合する二次電池の製造方法。
前記超音波接合工程において、前記第１電極集電体は凹部を有し、前記凹部の底面を構成する部分が前記薄肉部であり、
前記凹部の底面に前記第１電極芯体積層部を当接し、
前記第１電極芯体積層部において前記凹部の底面と当接する面とは反対側の面に前記ホーンを当接し、
前記薄肉部において、前記凹部の底面とは反対側の面に前記アンビルを当接した状態で超音波接合を行う請求項１に記載の二次電池の製造方法。
前記超音波接合工程において、前記第１電極集電体は凹部を有し、前記凹部の底面を構成する部分が前記薄肉部であり、
前記凹部の底面に前記アンビルを当接させて超音波接合を行う請求項１に記載の二次電池の製造方法。