JP7394051B2 - 電池及びその製造方法 - Google Patents

Description

本開示は、リードと外装缶とが溶接された電池及びその製造方法に関する。

近年の二次電池は、高性能化や高容量化に伴い、車両に搭載され、車両の走行用のモータへの電力供給等に用いることが期待されている。非水電解質二次電池は、高いエネルギーを得られる代わりに、電池内部への金属異物などの混入による内部短絡が発生すると、電池自体の発熱等の問題が発生する可能性がある。

従来、電極体の正極及び負極の一方に接続されたリードと、外装缶との接続は、主に抵抗溶接によって行われている。しかしながらこの抵抗溶接は、溶接過程に電池内部でスパッタが発生し、金属異物が電池内に混入することで、電圧不良による電池の製造品質、安全性、及び信頼性が悪化する課題があった。そのため近年では、外装缶の外側からエネルギービーム、例えばレーザ光を照射して、外装缶とリードとを溶接させて、スパッタの発生を抑制しているものがある（例えば特許文献１～３参照）。

特開平４－１６２３５１号公報 特開２００４－１５８３１８号公報 特開２０１０－３６８６号公報

外装缶の外側からレーザ光などのエネルギービームを照射する場合、その照射により外装缶とリードとに形成される溶融部がリードを貫通すると、電池内部でスパッタが発生してしまう。このようなスパッタの発生を抑制するために、リード全体の厚みを大きくすることも考えられるが、この場合には、外装缶内で、リードが占める空間が大きくなるため、電池の体積エネルギー密度が低下して、電池容量が低下する原因となる。

本開示は、電池及びその製造方法において、電池容量の低下を抑制しつつ、電池内部でのスパッタによる異物混入を抑制することを目的とする。

本開示に係る電池は、少なくとも１つの正極と少なくとも１つの負極とがセパレータを介して巻回又は積層された電極体と、電極体を収容する外装缶と、を備え、電極体は、正極及び負極の一方に接続されたリードを含み、リードは、折り返されることにより形成された断面Ｕ字形のＵ字形部を有し、Ｕ字形部のうち外装缶に接触する部分の少なくとも一部と、外装缶とが、外装缶の外部から照射されるエネルギービームにより形成された溶接部により溶接されている、電池である。

本開示に係る電池の製造方法は、本開示に係る電池の製造方法であって、正極及び負極の一方に接続されたリードが折り返された状態で、外装缶にリードを溶接する溶接工程を含み、溶接工程は、外装缶において、リードのＵ字形部のうち、外装缶に接触する部分と対向する部分に向かって、外装缶の外部からエネルギービームを照射し、外装缶とリードとを溶接部により溶接する、電池の製造方法である。

本開示に係る電池及びその製造方法によれば、電池容量の低下を抑制しつつ、電池内部でのスパッタによる異物混入を抑制できる。

図１は、実施形態の一例の電池の断面図である。 図２は、図１のＡ部において、一部を省略して示している図である。 図３は、図１に示す電池の底面図である。 図４は、図１から負極を取り出して展開状態で示している図である。 図５は、実施形態の別例の電池の製造方法において、外装缶とリードとを溶接する状態を示している図であって、電極体を省略して示している図１の下半部に対応する図である。 図６は、実施形態の別例の電池において、図５に対応する図である。 図７は、実施形態の別例の電池において、図５に対応する図である。 図８は、実施形態の別例の電池において、図５に対応する図である。 図９は、実施形態の別例の電池において、図５に対応する図である。 図１０は、実施形態の別例の電池において、図５に対応する図である。 図１１は、図１０から下側の絶縁板を取り出して示す図である。

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。以下の説明において、具体的な形状、材料、数値、方向等は、本開示の理解を容易にするための例示であって、電池の仕様に合わせて適宜変更することができる。また、以下において「略」なる用語は、例えば、完全に同じである場合に加えて、実質的に同じとみなせる場合を含む意味で用いられる。さらに、以下において複数の実施形態、変形例が含まれる場合、それらの特徴部分を適宜に組み合わせて用いることは当初から想定されている。

また、以下では、電池が円筒形の非水電解質二次電池である場合を説明するが、電池は角形電池等の円筒形電池以外としてもよい。また、電池は、以下で説明するようなリチウムイオン二次電池に限定するものではなく、ニッケル水素電池、ニッカド電池等の他の二次電池、または乾電池またはリチウム電池等の一次電池であってもよい。また、電池が有する電極体は、以下で説明するような巻回型に限定するものではなく、複数の正極と負極とがセパレータを介して交互に積層された積層型としてもよい。

図１は、実施形態の一例の電池１０の断面図である。図２は、図１のＡ部において、一部を省略して示している図である。図３は、図１に示す電池１０の底面図である。以下の実施形態の電池１０は、負極リード１７が先端部において折り返されることにより形成されたＵ字形部１８を有する。負極リード１７のＵ字形部１８のうち外装缶５１に接触する部分の少なくとも一部と、外装缶５１とが、外装缶５１の外部から照射されるレーザ光４０により形成された溶接群４１により溶接されている。負極リード１７は、負極１４の巻き終わり側端部に接合されている。Ｕ字形部１８は、負極１４との接続側から先端に向かって、外装缶５１と接触する部分から連続して、外装缶５１から離れるように外装缶５１の内側に折り返されている。以下、電池１０を詳しく説明する。

図１～図３に例示するように、電池１０は、巻回型の電極体１１及び非水電解質（図示せず）を含む発電要素と、外装缶５１とを備える。巻回型の電極体１１は、正極１２と、負極１４と、セパレータ１５とを有し、正極１２と負極１４がセパレータ１５を介して積層されるとともに、渦巻状に巻回されている。以下では、電極体１１の軸方向一方側を「上」、軸方向他方側を「下」という場合がある。非水電解質は、非水溶媒と、非水溶媒に溶解したリチウム塩等の電解質塩とを含む。非水電解質は、液体電解質に限定されず、ゲル状ポリマー等を用いた固体電解質であってもよい。

正極１２は、帯状の正極集電体を有し、当該集電体に正極リード１６が接続される。正極リード１６は、正極集電体を正極端子であるキャップ２８に電気的に接続するための導電部材であって、電極群の上端から電極体１１の軸方向（図１の上下方向）の一方側（図１の上方）に延出している。ここで、電極群とは電極体１１において各リードを除く部分を意味する。正極リード１６は、例えば電極体１１の径方向の略中央部に設けられている。

負極１４は、帯状の負極集電体１４ａ（図４）を有し、当該集電体１４ａに負極リード１７が接続される。負極リード１７は、負極端子となる外装缶５１に負極集電体１４ａを電気的に接続するための導電部材であって、電極群の巻き終わり側端部に接合され、この巻き終わり側端部の下端から軸方向の他方側（図１の下方）に延出している。

各リードの構成材料は特に限定されない。正極リード１６はアルミニウムを主成分とする金属によって、負極リード１７はニッケルまたは銅を主成分とする金属によって、または、ニッケル及び銅の両方を含む金属によって、それぞれ構成することができる。負極リード１７は、ニッケルめっきされた鉄から形成されてもよい。

外装缶５１と封口体２３とによって、発電要素を収容する金属製の電池ケースが構成されている。電極群の上下には、絶縁板３３，３５がそれぞれ配置される。２つの絶縁板３３，３５は、例えば樹脂製であり、それぞれ中心部には貫通孔３４，３６を有する。電極
群は、２つの絶縁板３３，３５によって上下から挟まれている。正極リード１６は上側の絶縁板３３の貫通孔３４を通って封口体２３側に延び、封口体２３の底板であるフィルタ２４の下面に溶接されることでフィルタ２４に電気的に接続される。電池１０では、フィルタ２４と電気的に接続された封口体２３の天板であるキャップ２８が正極端子となる。

外装缶５１は、底部５２を有し、発電要素を収容する有底円筒状の金属製容器である。外装缶５１と封口体２３との間にはガスケット２９が配置され、電池ケース内の密封性が確保されている。外装缶５１は、例えば側面部を外側からプレスして形成されて、封口体２３を支持する張り出し部５３を有する。張り出し部５３は、外装缶５１の周方向に沿って環状に形成されることが好ましく、その上面で封口体２３を支持する。封口体２３は、外装缶５１の開口を封口する。発電要素は、外装缶５１において張り出し部５３より下側に収容される。

外装缶５１は、金属材料を有底円筒状に加工して形成される。外装缶５１の構成材料は、例えば銅、ニッケル、鉄、又はこれらの合金等であり、好ましくは鉄又は鉄合金である。外装缶５１が鉄製である場合は、例えば鉄の腐食を防止するため、また負極リード１７との接合強度を向上させるために、ニッケルまたはニッケル合金からなるＮｉメッキ層５１ａ（図２）を外装缶５１の内面に形成することが好適である。外装缶５１の厚みは、例えば０．２～０．５ｍｍ程度であり、Ｎｉメッキ層５１ａの厚みは、例えば０．１～１μｍ程度である。

封口体２３は、複数の部材を重ね合わせて構成されていることが好適である。本実施形態では、下から順に、フィルタ２４、下弁体２５、絶縁板２６、上弁体２７、及びキャップ２８を重ね合わせて封口体２３が構成されている。

封口体２３の各部材（絶縁板２６を除く）は、互いに電気的に接続されている。具体的には、フィルタ２４と下弁体２５が各々の周縁部で互いに接合されており、上弁体２７とキャップ２８も各々の周縁部で互いに接合されている。一方、下弁体２５と上弁体２７は、各々の中央部で互いに接触しており、各周縁部の間には絶縁板２６が介在している。電池１０の内圧が上昇した場合、まず下弁体２５が破断する。これにより、上弁体２７が上方に膨れて下弁体２５との電気的接続が遮断される。さらに内圧が上昇すると、上弁体２７が破断して、発生したガスはキャップ２８のガス抜き孔を通って外部へ排出される。

負極リード１７は、下側の絶縁板３５の外側を通って外装缶５１の底部５２側に延びている。負極リード１７は、外装缶５１の底部５２の近くで略直角に曲げられて、下側の絶縁板３５の貫通孔３６を介して電極体１１の中空状の巻芯部１１ａと対向する部分まで延びるように、底部５２に沿って配置される。

負極リード１７は、底部５２と対向する先端部において折り返されることにより形成された断面Ｕ字形のＵ字形部１８を含む。Ｕ字形部１８は、負極リード１７の負極１４との接続側から負極リード１７の先端に向かって、底部５２と接触する部分から連続して、折り返し部Ｐを支点として、底部５２から離れるように外装缶５１の内側に折り返されている。これにより、Ｕ字形部１８は、外側部分１９と、この外側部分１９よりＵ字形部１８の先端側に形成された内側部分２０とを含み、外側部分１９及び内側部分２０が重ねられている。また、Ｕ字形部１８側の負極リード１７の先端が外装缶５１から離れるように、外装缶５１の内側に折り返されている。

負極リード１７は、Ｕ字形部１８の外側部分１９が、底部５２に沿うように底部５２の内面に重ねられ、この内面に接触する。そして、この状態で、外装缶５１の外部から底部５２において、Ｕ字形部１８の外側部分１９と対向する部分に向かってレーザ光４０が照射されることで、外装缶５１と負極リード１７の外側部分１９とが溶接群４１により溶接される。

図２、図３に示すように、溶接群４１は、３本の溶接部４２，４３，４４によって形成される。各溶接部４２，４３，４４は、外装缶５１の外部から照射されるレーザ光４０により形成される。レーザ光４０はエネルギービームに相当する。溶接群４１は、負極リード１７の内側部分２０にまで達して、外装缶５１と、負極リード１７の外側部分１９及び内側部分２０とを溶接してもよい。外側部分１９と内側部分２０との間に隙間が形成されてもよい。図３に示すように、底部５２を外側から見た場合に、溶接群４１の全部は、底部５２のうち、Ｕ字形部１８に対向する部分（図３の斜格子部）に含まれる。

図３に示すように、各溶接部４２，４３，４４は、底部５２の外側（図１の下側）から見た場合の平面形状が直線状である。なお、本開示で溶接部とは、外装缶５１や負極リード１７のうちレーザ光４０が照射されて溶融し、凝固した溶融痕により形成される部分をいう。溶接群４１及び溶接工程については後で詳しく説明する。

図１に戻って、電極体１１は、正極１２と負極１４がセパレータ１５を介して渦巻状に巻回されてなる巻回構造を有する。正極１２、負極１４、及びセパレータ１５は、いずれも帯状に形成され、渦巻状に巻回されることで電極体１１の径方向に交互に積層された状態となる。本実施形態では、電極体１１の巻中心軸Ｏを含む巻芯部１１ａは、円柱状の空間である。

正極１２は、正極集電体と、当該集電体上に形成された正極活物質層とを有する。例えば正極集電体の両面に正極活物質層が形成されている。正極集電体には、例えばアルミニウムなどの正極の電位範囲で安定な金属の箔、当該金属を表層に配置したフィルム等が用いられる。好適な正極集電体は、アルミニウムまたはアルミニウム合金を主成分とする金属などの正極の電位範囲で安定な金属の箔である。

正極活物質層は、正極活物質、導電剤、及び結着剤を含むことが好ましい。正極１２は、例えば正極活物質、導電剤、結着剤、及びＮ－メチル－２－ピロリドン（ＮＭＰ）等の溶剤を含む正極合剤スラリーを正極集電体の両面に塗布した後、乾燥及び圧延することにより作製される。

正極活物質としては、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｎｉ等の遷移金属元素を含有するリチウム含有複合酸化物が例示できる。例えば、リチウム含有複合酸化物としては、Ｌｉ_ｘＣｏＯ_２、Ｌｉ_ｘＮｉＯ_２、Ｌｉ_ｘＭｎＯ_２、Ｌｉ_ｘＣｏ_ｙＮｉ_１-ｙＯ_２、Ｌｉ_ｘＣｏ_ｙＭ_１-ｙＯ_ｚ、Ｌｉ_ｘＮｉ_１-ｙＭ_ｙＯ_ｚ、Ｌｉ_ｘＭｎ_２Ｏ_４、Ｌｉ_ｘＭｎ_２-ｙＭ_ｙＯ_４、ＬｉＭＰＯ_４、Ｌｉ_２ＭＰＯ_４Ｆ｛０＜ｘ≦１．２、０＜ｙ≦０．９、２．０≦ｚ≦２．３、Ｍは、Ｎａ、Ｍｇ、Ｓｃ、Ｙ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｐｂ、Ｓｂ、Ｂのうち少なくとも１種｝等が例示できる。

上記導電剤の例としては、カーボンブラック（ＣＢ）、アセチレンブラック（ＡＢ）、ケッチェンブラック、黒鉛等の炭素材料などが挙げられる。上記結着剤の例としては、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）等のフッ素系樹脂、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリイミド（ＰＩ）、アクリル系樹脂、ポリオレフィン系樹脂などが挙げられる。また、これらの樹脂と、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）またはその塩、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）等が併用されてもよい。これらは、１種類を単独で用いてもよく、２種類以上を組み合わせて用いてもよい。

正極リード１６は、正極集電体に形成された無地部に接合され、正極集電体から上方に突出した部分がフィルタ２４に接続される。無地部は、正極活物質層が形成されず正極集電体の表面が露出した領域である。

図４は、図１から負極１４を取り出して展開状態で示している図である。負極１４は、負極集電体１４ａと、当該負極集電体１４ａ上に形成された負極活物質層１４ｂとを有する。例えば負極集電体１４ａの両面には負極活物質層１４ｂが形成されている。負極集電体１４ａには、例えばアルミニウムや銅などの負極の電位範囲で安定な金属の箔、当該金属を表層に配置したフィルム等が用いられる。

負極活物質層１４ｂは、負極集電体１４ａの両面において、後述の無地部１４ｃを除く全域に形成されることが好適である。負極活物質層１４ｂは、負極活物質及び結着剤を含むことが好ましい。負極活物質層１４ｂは、必要により導電剤を含んでいてもよい。負極１４は、例えば負極活物質、結着剤、及び水等を含む負極合剤スラリーを負極集電体１４ａの両面に塗布した後、乾燥及び圧延することにより作製される。

負極活物質としては、リチウムイオンを可逆的に吸蔵、放出できるものであれば特に限定されず、例えば天然黒鉛、人造黒鉛、リチウム、珪素、炭素、錫、ゲルマニウム、アルミニウム、鉛、インジウム、ガリウム、リチウム合金、予めリチウムを吸蔵させた炭素や珪素、これらの合金や混合物などを用いることができる。負極活物質層に含まれる結着剤には、例えば正極１２の場合と同様の樹脂が用いられる。水系溶媒で負極合剤スラリーを調製する場合は、スチレン－ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ＣＭＣまたはその塩、ポリアクリル酸またはその塩、ポリビニルアルコール等を用いることができる。これらは、１種類を単独で用いてもよく、２種類以上を組み合わせて用いてもよい。

負極１４には、負極集電体１４ａを構成する金属の表面が露出した無地部１４ｃが設けられる。無地部１４ｃは、負極リード１７が接続される部分であって、負極集電体１４ａの表面が負極活物質層に覆われていない部分である。無地部１４ｃは、負極１４の幅方向である軸方向に沿って長く延びた正面視略矩形形状であり、負極リード１７よりも幅広に形成される。無地部１４ｃは、負極１４において、巻き終わり側端部となる長手方向の一端部（図４の左端部）に形成される。

負極リード１７は、負極集電体１４ａの無地部１４ｃの表面に、例えば超音波溶接等の溶接により接合されている。無地部１４ｃは、例えば負極集電体１４ａの一部に負極合剤スラリーを塗布しない間欠塗布により設けられる。

本実施形態では、負極リード１７が、負極集電体１４ａの巻き終わり側端部に接合されている場合を説明するが、これに限定せず、負極リードが負極集電体の長手方向中央部に接合されてもよい。

セパレータ１５には、イオン透過性及び絶縁性を有する多孔性シートが用いられる。多孔性シートの具体例としては、微多孔薄膜、織布、不織布などが挙げられる。セパレータ１５の材質としては、セルロース、またはポリエチレン、ポリプロピレン等のオレフィン樹脂が好ましい。セパレータ１５は、セルロース繊維層及びオレフィン系樹脂等の熱可塑性樹脂繊維層を有する積層体であってもよい。

電解質の非水溶媒には、例えばエステル類、エーテル類、アセトニトリル等のニトリル類、ジメチルホルムアミド等のアミド類、及びこれらの２種以上の混合溶媒等を用いることができる。非水溶媒は、これら溶媒の水素をフッ素等のハロゲン原子で置換したハロゲン置換体を含有していてもよい。

本実施形態では、負極リード１７が外装缶５１の底部５２の内面に接続されている。外装缶５１は、負極外部端子としての機能を有する。

次に、負極リード１７と外装缶５１とを溶接する溶接群４１を説明する。溶接群４１を形成する各溶接部４２，４３，４４（図２、図３）は、上記のように溶融痕により形成される。図３に示すように、外装缶５１の底部５２の外側（図１の下側）から溶接群４１を見た場合に、３本の溶接部４２，４３，４４は平行な直線状に形成されている。各溶接部４２，４３，４４は、略同じ長さである。

３本の溶接部４２，４３，４４は、いずれも底部５２において、負極リード１７のＵ字形部１８と対向する部分に形成される。Ｕ字形部１８の外側部分１９（図２）は底部５２の内面に沿って配置される。各溶接部４２，４３，４４は、負極リード１７底部５２との一部を溶融させて、負極リード１７と底部５２とを溶接している。各溶接部４２，４３，４４は、レーザ照射工程で、多分岐光学素子を用いて１本のレーザ光を３本のレーザ光４０に分岐させ、３本のレーザ光４０を外装缶５１の外部から底部５２に向かって照射させることにより形成される。

レーザ光としては、ファイバーレーザのレーザ光を用いることが好適である。ファイバーレーザのスポット径は、例えば直径が０．０２ｍｍ～０．０５ｍｍ程度と非常に小さくできるため、そのファイバーレーザにより形成される溶融痕の幅も約０．１ｍｍと非常に小さくできる。このため、レーザ光の集光点のパワー密度を非常に高くできる。図３に示すように、３本の溶接部４２，４３，４４を底部５２の外側から見た場合に、各溶接部４２，４３，４４の長さは、０．５ｍｍ～２．０ｍｍ程度である。また、各溶接部４２，４３，４４の幅は、０．０５ｍｍ～０．２０ｍｍ程度である。

レーザ光４０は、３分岐されたレーザ光には限定しない。例えば、直線方向に沿って一方側（例えば図１の右側）に向かって、レーザ光の照射部を外装缶５１の底部５２の外側表面において移動させて、それを繰り返すことで、３本の溶接部４２，４３，４４を形成してもよい。

また、電池１０をレーザ光の照射方向に対し直交する方向に相対的に移動させることで、レーザ光による各溶接部４２，４３，４４が底部５２の外側から見た場合に線状となりやすい。このとき、電池１０は底部５２を上にした状態で配置し、その底部に向けてレーザ光を照射させることができる。電池１０は底部５２を横に傾けた状態で配置し、その底部５２に向けてレーザ光を照射させることもできる。

負極リード１７に折り返されたＵ字形部１８が存在しない場合、通常、レーザ光４０の出力は溶融部が外装缶５１の底部５２から負極リード１７の中央にかけて形成されるように設定される。その場合、負極リード１７と外装缶５１の溶接強度を確保するとともに、溶融部が負極リード１７を貫通しないようにするため、レーザ光４０の出力マージンは厳密にコントロールする必要がある。一方、負極リード１７に折り返されたＵ字形部１８が存在する場合、Ｕ字形部１８の外側部分１９に加えて内側部分にも溶融部を形成することが可能となるため、レーザ光４０の出力マージンが拡大する。例えば、Ｕ字形部１８が存在しない場合のレーザ光４０の出力マージンを１００とすると、Ｕ字形部１８が存在する場合のレーザ光４０の出力マージンは１５０以上に拡大する。

負極リード１７は、ニッケルを主成分とする単層構造の金属の導線である。負極リード１７を構成する金属は、例えばニッケルまたはニッケル合金である。負極リード１７は、長手方向に対し直交する断面が略矩形形状の平角線であることが好適であり、例えば断面についての矩形の幅が２～５ｍｍ、厚みが０．０５～０．２ｍｍ程度である。

[電池の製造方法]
次に本実施形態に係る電池１０の製造方法を説明する。電池１０の製造方法は、電極体収容工程とリード溶接工程とを含む。まず、電極体収容工程は、外装缶５１の底部５２の内面に負極リード１７のＵ字形部１８を対向させた状態で、外装缶５１に電極体１１を収容する。この状態で、正極リード１６を外装缶５１の開口部側に配置する。

次に、電極体１１が外装缶５１に対して動かないように保持した状態で、かつ、電極体１１全体を外装缶５１の開口部側から加圧することにより、負極リード１７のＵ字形部１８と外装缶５１の底部５２とを密着させる。

リード溶接工程は、負極リード１７のＵ字形部１８と底部５２とを密着させた状態で、底部５２の外側から、底部５２において、負極リード１７のＵ字形部１８のうち、底部５２に接触する外側部分１９と対向する部分に向かって、レーザ光を照射する。これにより、外装缶５１に負極リード１７を溶接群４１により溶接する。Ｕ字形部１８は、上記のように負極リード１７が先端部で折り返されることにより形成される。

上記の電池１０及び電池の製造方法によれば、負極リード１７のＵ字形部１８のうち外装缶５１に接触する部分の少なくとも一部と、外装缶５１とが、外装缶５１の外部から照射されるレーザ光により形成された溶接群４１により溶接される。これにより、レーザ光の照射時に、レーザ光による溶接群４１の溶接部４２，４３，４４が、負極リード１７の内側部分２０の電極体１１側の表面にまで達するように負極リード１７を貫通することを抑制できる。このため、外装缶５１内でのスパッタの発生を抑制できるので、電池内部でのスパッタによる異物混入を抑制できる。また、スパッタの発生を抑制するために、負極リード１７の全体の厚みを大きくする必要がないので、電池容量の低下を抑制できる。また、負極リード１７には、折り返しによってＵ字形部１８が形成され、底部５２のうちＵ字形部１８に対向する部分にレーザ光が照射されるので、レーザ光の出力（レーザ出力）を増大させても、電池内部でのスパッタによる異物混入を抑制できる。

図５は、実施形態の別例の電池の製造方法において、外装缶５１と負極リード１７とを溶接する状態を示している図であって、電極体を省略して示している図１の下半部に対応する図である。本例の製造方法の場合には、リード溶接工程において、外装缶５１への電極体１１（図１）の挿入後に、電極体１１の巻芯部に上側から押さえ棒６０を挿入する。そして、押さえ棒６０において下側の絶縁板３５の中心部の貫通孔３６を貫通した部分により、負極リード１７のＵ字形部１８を上側から押圧する。これにより、外装缶５１と負極リード１７とを密着させた状態とし、その状態で、底部５２においてＵ字形部１８が対向する部分に、外装缶５１の外部からレーザ光４０を照射して、溶接群４１を形成する。本例において、その他の構成及び作用は、図１～図４の構成と同様である。

図６は、実施形態の別例の電池において、図５に対応する図である。本例の場合には、下側の絶縁板３５ａには貫通孔が形成されない。リード溶接工程では、外装缶５１への電極体１１（図１）の挿入後に、電極体１１の巻芯部に上側から押さえ棒６０を挿入し、下側の絶縁板３５ａに押さえ棒６０の下端を突き当てる。この押さえ棒６０により、負極リード１７のＵ字形部１８を上側から絶縁板３５ａを介して押圧し、外装缶本体５１と負極リード１７とを密着させた状態とする。その状態で、底部５２においてＵ字形部１８が対向する部分に、外部からレーザ光４０を照射して、溶接群４１を形成する。

上記の構成によれば、下側の絶縁板３５ａに貫通孔が形成されないので、溶接時に万が一、外装缶５１内の絶縁板３５ａの下側でスパッタが発生しても、そのスパッタが電極体１１側に侵入することを抑制できる。また、絶縁板３５ａの貫通孔を通って負極リード１７が、電極体１１の内部に入り込むことがないので、負極リード１７の寸法を厳密に規制することなく短絡を防止できる。これにより、負極リード１７の寸法管理の容易化を図れる。

また、押さえ棒６０の先端部が、絶縁板３５ａを介して負極リード１７に、外装缶５１側に押し付けられる。このとき、押さえ棒６０を金属製とし、絶縁板３５ａを樹脂製とすれば、押さえ棒６０の先端面の平坦度が低い場合に、その平坦度が負極リード１７と外装缶５１との密着性に及ぼす影響を、絶縁板３５ａの弾性変形により吸収しやすくなる。これにより、負極リード１７の底部５２からの浮きを抑制できることで、スパッタの発生をより低減できるとともに、押さえ棒６０の先端の平坦度の管理の容易化を図れる。また、絶縁板３５ａに貫通孔を形成する必要がないので、低コスト化を図れる。本例において、その他の構成及び作用は、図１～図４の構成と同様である。

図７は、実施形態の別例の電池において、図５に対応する図である。本例の場合には、負極リード１７ａの先端部には、外側に断面Ｕ字形に折り返されることによりＵ字形部１８ａが形成される。具体的には、Ｕ字形部１８ａは、負極１４（図１）との接続側から先端に向かって、外装缶５１の底部５２から離れた部分から連続して、底部５２の内面に接触するように底部５２側である外側に折り返されている。Ｕ字形部１８ａは、内側部分２１と、内側部分２１より先端側の外側部分２２とが重ねられている。これにより、Ｕ字形部１８ａ側の負極リード１７ａの先端が、外装缶５１に接触するように外装缶５１側である外側に折り返されている。負極リード１７ａは、Ｕ字形部１８ａの外側部分２２が、底部５２に沿うように底部５２の内面に重ねられ、この内面に接触する。そして、この状態で、外装缶５１の外部から、底部５２においてＵ字形部１８ａの外側部分２２と対向する部分に向かってレーザ光４０が照射されることで、底部５２と負極リード１７ａの外側部分２２とが溶接群４１により溶接される。このとき、溶接群４１がＵ字形部１８ａの内側部分２１にまで達して、内側部分２１、外側部分２２及び底部５２が溶接群４１により溶接されてもよい。本例において、その他の構成及び作用は、図１～図４の構成と同様である。

図８は、実施形態の別例の電池において、図５に対応する図である。本例の場合には、負極１４（図１）の巻き始め側端部に、負極リード１７ｂが接合されている。負極リード１７ｂの下端部は、下側の絶縁板３５の貫通孔３６ａを通って外装缶５１の底部５２側に延びている。負極リード１７ｂは、外装缶５１の底部５２の近くで略直角に曲げられて、底部５２に沿って配置される。負極リード１７ｂの先端部には、図１～図４の構成と同様に、Ｕ字形部１８が形成される。

リード溶接工程では、外装缶５１への電極体１１（図１）の挿入後に、電極体１１の巻芯部に上側から押さえ棒６０を挿入する。そして、押さえ棒６０において、下側の絶縁板３５の貫通孔３６ａを貫通した部分により、負極リード１７ｂのＵ字形部１８を上側から押圧する。これにより、外装缶５１と負極リード１７ｂとを密着させた状態とし、その状態で、底部５２においてＵ字形部１８が対向する部分に、外装缶５１の外部からレーザ光４０を照射して、溶接群４１を形成する。本例において、その他の構成及び作用は、図１～図４の構成と同様である。

図９は、実施形態の別例の電池において、図５に対応する図である。本例の場合には、負極リード１７ｃの先端部に形成されたＵ字形部１８ａは、負極１４（図１）との接続側から先端に向かって、外装缶５１の底部５２から離れた部分から連続して、底部５２の内面に接触するように折り返されている。このとき、Ｕ字形部１８ａは、底部５２側である外側に折り返されている。Ｕ字形部１８ａは、内側部分２１と、内側部分２１より先端側の外側部分２２とが重ねられている。負極リード１７ｃは、Ｕ字形部１８ａの外側部分２２が、底部５２に沿うように底部５２の内面に重ねられ、この内面に接触する。そして、この状態で、外装缶５１の外部から、底部５２においてＵ字形部１８ａの外側部分２２と対向する部分に向かってレーザ光４０が照射されることで、底部５２と負極リード１７ｃの外側部分２２とが溶接群４１により溶接される。本例において、その他の構成及び作用は、図１～図４の構成、または図７の構成、または図８の構成と同様である。

図１０は、実施形態の別例の電池において、図５に対応する図である。図１１は、図１０から下側の絶縁板３７を取り出して示す図である。本例の場合には、図１１に示すように、下側の絶縁板３７の中心Ｏ１から径方向外側に離れた部分の周方向一部には、円弧形のスリット３８が、厚み方向（図１１の紙面に対し直交する方向）に貫通するように形成される。図１０に示すように、負極１４（図１）の巻き始め側端部には、図８の構成と同様に、負極リード１７ｂが接合されている。負極リード１７ｂは、下側の絶縁板３７のスリット３８を通って外装缶５１の底部５２側に延びている。負極リード１７ｂは、外装缶５１の底部５２の近くで略直角に曲げられて、底部５２に沿って配置される。負極リード１７ｂの先端部には、図１～図４の構成と同様に、Ｕ字形部１８が形成される。

リード溶接工程では、外装缶５１への電極体１１（図１）の挿入後に、電極体１１の巻芯部に上側から押さえ棒６０を挿入する。そして、図６の構成と同様に、押さえ棒６０により上側から、絶縁板３７を介して負極リード１７ｂのＵ字形部１８を押圧し、外装缶５１と負極リード１７ｂとを密着させた状態とする。その状態で、底部５２においてＵ字形部１８が対向する部分に、外装缶５１の外部からレーザ光４０を照射して、溶接群４１を形成する。本例において、その他の構成及び作用は、図１～図４の構成と同様である。

上記の各例では、負極リードと外装缶とが３本の溶接部からなる溶接群により溶接される場合を説明したが、本開示はこれに限定するものではない。例えば、２本、または３本以上の溶接部からなる溶接群、または１本の溶接部のみにより、負極リードと外装缶とが溶接されてもよい。

上記の各例では、負極に１本の負極リードが接続される場合を説明したが、負極に、２本以上の負極リードが接続されてもよい。例えば、負極の巻き始め側端部と巻き終わり側端部とに、それぞれ負極リードが接続されてもよい。このとき、２本の負極リードの少なくとも一方の先端部には、Ｕ字形部が形成される。このように負極に２本以上の負極リードを接続する場合には、電池の内部抵抗を低下させて電池の入出力特性を向上させることができる。

上記の各例では、負極に接続された負極リードを外装缶に溶接する場合を説明したが、正極に接続された正極リードを外装缶に溶接する場合にも、本開示の構成を適用できる。

１０ 電池、１１ 電極体、１１ａ 巻芯部、１２ 正極、１４ 負極、１４ａ 負極集電体、１４ｂ 負極活物質層、１４ｃ 無地部、１５ セパレータ、１６ 正極リード、１７ 負極リード、１８,１８ａ Ｕ字形部、１９ 外側部分、２０ 内側部分、２１ 内側部分、２２ 外側部分、２３ 封口体、２４ フィルタ、２５ 下弁体、２６ 絶縁板、２７ 上弁体、２８ キャップ、２９ ガスケット、３０ 負極リード、３３ 絶縁板、３４ 貫通孔、３５,３５ａ 絶縁板、３６,３６ａ 貫通孔、３７ 絶縁板、３８ スリット、４０ レーザ光、４１ 溶接群、４２，４３，４４ 溶接部、５１ 外装缶、５１ａ Ｎｉメッキ層、５２ 底部、６０ 押さえ棒。

Claims (3)

1. 電池の製造方法であって、
   前記電池は、
   少なくとも１つの正極と少なくとも１つの負極とがセパレータを介して巻回又は積層された電極体と、
   前記電極体を収容する外装缶と、を備え、
   前記電極体は、前記正極及び前記負極の一方に接続されたリードを含み、
   前記リードは、折り返されることにより形成された断面Ｕ字形のＵ字形部を有し、
   前記Ｕ字形部は、内側部分と外側部分が重ねられており、
   前記Ｕ字形部のうち前記外装缶に接触する部分の少なくとも一部と、前記外装缶とが、前記外装缶及び前記リードのうち、溶融し、凝固した溶融痕により形成された溶接部により溶接されており、
   前記正極及び前記負極の一方に接続された前記リードが折り返された状態で、前記外装缶に前記リードを溶接する溶接工程を含み、
   前記溶接工程は、前記外装缶において、前記リードの前記Ｕ字形部のうち、前記外装缶に接触する部分と対向する部分に向かって、前記外装缶の外部からエネルギービームを照射し、前記外装缶と前記リードとを溶接部により溶接する、
   電池の製造方法。
2. 請求項１に記載の電池の製造方法において、
   前記リードは、前記負極の巻き終わり側端部または前記負極の巻き始め側端部に接合された負極リードである、電池の製造方法。
3. 請求項２に記載の電池の製造方法において、
   前記Ｕ字形部側の前記負極リードの先端が、前記外装缶から離れるように前記外装缶の内側に折り返されているか、または、前記外装缶に接触するように前記外装缶側である外側に折り返されている、電池の製造方法。

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