JPH11111261A - 円筒型非水電解液二次電池の製造方法 - Google Patents

円筒型非水電解液二次電池の製造方法

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育郎 米津
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 レーザー光により電極群が溶融して短絡する
という事態が生じることなく、リード取付部とリードを
レーザー溶接することを可能とした円筒型非水電解液二
次電池の製造方法の提供を目的とする。 【解決手段】 正極集電体の両面に正極活物質層が形成
された正極と、負極集電体の両面に負極活物質層が形成
された負極の各々に、集電体に活物質層が形成されてい
ないリード取付部を形成し、このリード取付部がセパレ
ータの端部より突出形成するように、上記両極を上記セ
パレータを介して渦巻き状に巻回する第１ステップと、
上記リード取付部の先端部に、多数の孔５ａが形状され
ているパンチングメタル５を介して正極リード６を配置
した後、スポット径ｄ１が金属板の孔径ｄ２より大きい
レーザー光を照射して、リード取付部とパンチングメタ
ル５とリードとをレーザー溶接する第２ステップと、を
有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、円筒型非水電解液
二次電池の製造方法に関し、詳しくは電気自動車等に用
いられる高出力密度を必要とする円筒型非水電解液二次
電池の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】この種電池では、帯状の正極と負極とが
セパレータを介して渦巻き状に巻回される渦巻き電極体
を有しており、この渦巻き電極体からの集電方法として
は、上記正負極の端部に各々導電性タブを取り付け、こ
れら導電性タブと電流端子とを電気的に接続することに
より行われていた。このような構造の電池では、電流値
が小さな小型の円筒型非水電解液二次電池であれば、集
電効果を十分に発揮することができるが、電流値が大き
な大型の円筒型非水電解液二次電池では、電極面積が大
きくなることから、集電効果を十分に発揮することがで
きなくなるという課題を有していた。
【０００３】そこで、特開平６−２６７５２８号公報に
示すように、帯状の正極及び帯状の負極の集電体の長手
方向の両端部を、それぞれセパレータから突出させると
共に活物質を付着させずに露出させ、この集電体の両端
の露出部分を正極及び負極の各リード取付部とし、正極
のリード取付部と正極リード、及び、負極のリード取付
部と負極リードとが溶接される構造の円筒型非水電解液
二次電池が提案されている。しかしながら、このような
円筒型非水電解液二次電池においては、正極のリード取
付部と正極リード、及び、負極のリード取付部と負極リ
ードの溶接は、一般的にはスポット溶接が用いられる。
従って、集電体の厚みが５０μｍ以下と薄い場合には、
スポット溶接の際にリード取付部に圧力が作用して、リ
ード取付部が潰れてしまうおそれがある。そのため、リ
ード取付部を金属箔等で補強して、スポット溶接しなけ
ればならず、作業性が悪かった。
【０００４】そこで、かかる課題を解決するためには、
正極のリード取付部と正極リード、及び、負極のリード
取付部と負極リードとをレーザー溶接することが考えら
れる。レーザー溶接によれば、溶接の際にリード取付部
に圧力が作用しない非接触型溶接法であるため、リード
取付部を金属箔等で補強する必要がなくなり、作業性の
改善を図ることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、レーザ
ー溶接によると、以下の新たな問題が生じる。即ち、リ
ード取付部とリードをレーザー溶接するに際し、現状で
はレーザーの正確な位置決めができない。従って、リー
ドにレーザー光が照射される際に、リード取付部が配置
されていない箇所にも、一律にレーザー光が照射される
ことになる。これにより、リードの当該箇所が溶融して
穴が開いてしまい、この穴からレーザー光がリードを貫
通して内部の電極群を照射し、その結果、電極群が溶融
され、短絡の発生を招いてしまう。
【０００６】本発明は、上記従来の課題を考慮して成さ
れたものであって、レーザー光により電極群が溶融して
短絡するという事態が生じることなく、リード取付部と
リードをレーザー溶接することを可能とした円筒型非水
電解液二次電池の製造方法の提供を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の円筒型非水電解液二次電池の製造方法は、
帯状の正極集電体の両面に正極活物質層が形成された正
極と、帯状の負極集電体の両面に負極活物質層が形成さ
れた負極とのうち、少なくとも一方の極における集電体
に活物質層が形成されていないリード取付部を形成し、
このリード取付部が帯状のセパレータの端部より突出形
成するように、上記両極を上記セパレータを介して渦巻
き状に巻回する第１ステップと、上記リード取付部の先
端部に、多数の孔が形状されている金属板を介してリー
ドを配置した後、スポット径が金属板の孔径より大きい
レーザー光を照射して、リード取付部と金属板とリード
とをレーザー溶接により溶着する第２ステップと、を有
することを特徴とする。
【０００８】上記の方法であれば、レーザー溶接時に、
リードにレーザー光が照射されるが、このときリード取
付部が配置されていないリードの箇所に照射されて、リ
ードの当該箇所が溶融して穴が開いても、リードを貫通
してレーザー光がすべて内部の電極群に照射されること
はなく、従って、電極群が溶融して短絡するというダメ
ージを受けることを防止できる。なぜなら、レーザー光
のスポット径が金属板の孔径より大きいため、必ず金属
板により、レーザー光が完全に遮断されるか、又はレー
ザー光の一部が遮断された状態となる。そのため、レー
ザー光が完全に遮断される場合はレーザー光が電極群に
照射さないし、レーザー光が完全に遮断されない場合で
あっても、金属板の孔を通過したレーザー光のみしか電
極群に照射されないからである。換言すれば、レーザー
光がリードを貫通して電極群を照射しても、電極群に到
達するまでに金属板によりレーザー強度が減少され、電
極群に影響を与えない程度となっているからである。
【０００９】また、集電体と一体的に形成されるリード
取付部が帯状であり、且つこのリード取付部とリードと
がレーザー溶接されているので、集電体内での電位勾配
が少なくて電流分布が偏ることがない。したがって、電
池が大型化した場合であっても、大面積の正極又は負極
から均一に集電を行うことができ、電池の内部抵抗が格
段に減少した円筒型非水電解液二次電池を製造すること
ができる。
【００１０】請求項２記載の発明は、請求項１記載の円
筒型非水電解液二次電池の製造方法において、前記金属
板の開口率が、４５〜７０％であることを特徴とする。
【００１１】このように金属板の開口率を規制するの
は、金属板の開口率が小さすぎると、孔の開いていない
金属板により近づくため、単にリードが厚くなったのと
等価になる。そうすると、レーザー溶接を適切に行うた
めには、等価的な意味でのリードの厚くなった分だけレ
ーザー出力を大きくする必要があり、そのため、レーザ
ー光により電極群がダメージを受ける確率が大きくなる
からである。一方、金属板の開口率が大きすぎると、リ
ードと金属板とリード取付部との電気的な接続が不十分
となり、電池の内部抵抗が増大するからである。
【００１２】請求項３記載の発明は、請求項１又は２に
記載の円筒型非水電解液二次電池の製造方法おいて、上
記金属板がパンチングメタルであることを特徴とする。
【００１３】パンチングメタルを用いることによって
も、請求項１又は２に記載の発明と同様な効果が得られ
る。
【００１４】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を、図１〜図
７に基づいて、以下に説明する。先ず、図１及び図２に
示すように、アルミニウムから成る帯状の正極集電体１
ａ（厚さ：３０μｍ）の両面に、ＬｉＣｏＯ2 から成る
正極活物質と炭素から成る導電助剤とポリフッ化ビニリ
デン（ＰＶｄＦ）から成るバインダーとを混合した正極
合剤を塗布することにより、正極集電体１ａの両面に正
極活物質層１ｂが形成された正極１を作製する。尚、こ
の際、正極集電体１ａの長手方向の一方の端部には、正
極活物質層１ｂが存在しない未塗布部（幅Ｌ1 ：１０ｍ
ｍ）を形成する。これにより、正極側リード取付部１ｃ
が形成される。
【００１５】これと並行して、図３及び図４に示すよう
に、銅から成る帯状の負極集電体２ａ（厚さ：２０μ
ｍ）の両面に、天然黒鉛から成る負極活物質とＰＶｄＦ
から成るバインダーとを混合した負極合剤を塗布するこ
とにより、負極集電体２ａの両面に負極活物質層２ｂが
形成された負極２を作製する。尚、この際、負極集電体
２ａの長手方向の他方の端部（上記正極１とは反対方向
の端部）には、負極活物質層２ｂが存在しない未塗布部
（幅Ｌ2 ：１０ｍｍ）を形成する。これにより、負極側
リード取付部２ｃが形成される。
【００１６】次に、図５に示すように、幅Ｌ5 が、上記
正極活物質層１ｂの幅Ｌ3 及び上記負極活物質層２ｂの
幅Ｌ4 より若干大きくなるように形成されたセパレータ
３を用意する。尚、このセパレータ３は、多孔性のポリ
エチレン又はポリプロピレンから成る。
【００１７】次いで、図６に示すようにして正極１、負
極２、及びセパレータ３を重ね合わせつつ、これらを渦
巻き状に巻回して渦巻き電極体４を形成する。この際、
正極側リード取付部１ｃと、負極側リード取付部２ｃと
を、セパレータ３の端部より巻回軸方向に突出するよう
に形成する。この後、渦巻き電極体４の上端面に、アル
ミニウムからなる正極側のパンチングメタル５（厚み：
０．０５ｍｍ、孔径：０．０５ｍｍ、開口率：５０％）
と、アルミニウムからなる正極リード６（厚み：０．２
ｍｍ）とを順に配置した後、矢符Ｃ方向からレーザー光
を照射して、正極側リード取付部１ｃと正極側のパンチ
ングメタル５と正極リード６とをレーザー溶接した。同
様にして、渦巻き電極体４の上端面に、銅からなる負極
側のパンチングメタル７（厚み：０．０５ｍｍ、孔径：
０．０５ｍｍ、開口率：５０％）と、銅からなる負極リ
ード８（厚み：０．１５ｍｍ）とを順に配置した後、矢
符Ｄ方向からレーザー光を照射して、負極側リード取付
部２ｃと正極側のパンチングメタル７と正極リード８と
をレーザー溶接した。
【００１８】この後、上記正極リード６と正極側電流端
子（図示せず）とを下記の条件でレーザー溶接し、また
上記負極リード８と負極側電流端子（図示せず）とを下
記の条件でレーザー溶接した後、電池缶（図示せず）内
に挿入した。最後に、エチレンカーボネートとジエチル
カーボネート（混合比は体積比で１：１）との混合溶媒
に、ＬｉＰＦ6 を１Ｍ（モル／リットル）の割合で溶か
して非水電解液を電池缶内に注入した後、電池缶を封口
することにより電池を作製した。
【００１９】ここで、レーザー溶接は以下の条件で行っ
た。 レーザー光のスポット径：約１ｍｍ 正極側のレーザー出力：７０Ｗ 負極側のレーザー出力：５０Ｗ
【００２０】このようにレーザー光のスポット径がパン
チングメタルの孔径より大きい条件でレーザー溶接する
ことにより、リード取付部が配置されていない箇所への
レーザ光の照射に起因して、リードの当該箇所が溶融し
て穴が開いた場合でも、この穴からレーザ光がリードを
貫通して内部の電極群を照射する場合が生じても、電極
群の受けるダメージを防止することができる。この理由
を図７を参照して説明する。図７において５ａはパンチ
ングメタル５のパンチング孔、ｄ１はレーザー光のスポ
ット径、ｄ２はパンチング孔５の孔径である。この図７
から明らかなように、スポット径ｄ１がパンチングメタ
ル５の孔径ｄ２より大きく場合には、レーザー光がリー
ド６を貫通しても、パンチングメタル５により大部分が
遮断され、その一部のみがパンチングメタルの孔５ａを
通過して電極群に到達することになる。従って、電極群
に到達したレーザー強度は、電極群に影響を与えないレ
ベルのものとなっているため、電極群が溶融されて短絡
の発生するという事態を防止することができる。
【００２１】尚、パンチングメタルの孔径は０．０５ｍ
ｍに限定されるものではなく、レーザー溶接の条件とパ
ンチングメタルの開口率とから好ましい範囲が決められ
る。例えば、レーザー溶接の条件を上記条件とし、パン
チングメタルの開口率を上記のように５０％とした場
合、孔径が０．０５〜０．３ｍｍの範囲のパンチングメ
タルを使用することができる。このようにパンチングメ
タルの孔径を規制する理由は、パンチングメタルの孔径
が０．０５ｍｍ未満であれば、レーザー光がパンチング
メタルとリードを貫通し、電極群にダメージを与えるた
め、電池特性が低下する一方、パンチングメタルの孔径
が０．３ｍｍを超えると、リードとパンチングメタルと
リード取付部の各相互間の電気的な接続が不十分とな
り、電池の内部抵抗が増大するからである。
【００２２】またパンチングメタルの厚みは０．０５ｍ
ｍに限定されるものではなく、レーザー溶接の条件とパ
ンチングメタルの開口率とから好ましい範囲が決められ
る。例えば、レーザー溶接の条件を上記条件とし、パン
チングメタルの開口率を上記のように５０％とした場
合、厚みが０．０１〜０．２ｍｍの範囲のパンチングメ
タルを使用することができる。このようにパンチングメ
タルの厚みを規制する理由は、パンチングメタルの厚み
が０．０１ｍｍ未満であれば、レーザー光がパンチング
メタルとリードを貫通し、電極群にダメージを与えるた
め、電池特性が低下する一方、パンチングメタルの厚み
が０．２ｍｍを超えると、リードとパンチングメタルと
リード取付部の各相互間の電気的な接続が不十分とな
り、電池の内部抵抗が増大するからである。
【００２３】ここで、正極活物質としては、上述のＬｉ
ＣｏＯ2 に限定するものではなく、ＬｉＮｉＯ2 、Ｌｉ
Ｍｎ2 Ｏ4 等を用いることができ、更に負極活物質とし
ては、上述の天然黒鉛に限定するものではなく、人造黒
鉛、コークス等の他の炭素材料を用いることができる。
【００２４】また、非水電解液としては、上述のものに
限定するものではなく、ビニレンカーボネート、プロピ
レンカーボネートなどの有機溶媒や、これらとジメチル
カーボネート、ジエチルカーボネート、１，２−ジメト
キシエタン、１，２−ジエトキシエタン、エトキシメト
キシエタンなどの低沸点溶媒との混合溶媒に、ＬｉＰＦ
6 、ＬｉＣｌＯ4 、ＬｉＣＦ3 ＳＯ3 などの溶質を０．
７〜１．５Ｍ（モル／リットル）の割合で溶かした溶液
等を用いることができる。
【００２５】
【実施例】
〔実施例〕実施例としては、上記発明の実施の形態に示
した円筒型非水電解液二次電池を用いた。このような構
造の電池を、以下本発明電池Ａと称する。
【００２６】〔比較例〕比較例としては、正極及び負極
の未塗布部に、正極集電タブ及び負極集電タブ（共に
幅：１ｃｍ、長さ：４ｃｍ）を、それぞれ３０ｃｍ間隔
で超音波溶着法にて溶着し、上記正極集電タブと正極側
電流端子とをレーザー溶接し、上記負極集電タブと負極
側電流端子とをレーザー溶接した他は、上記実施例と同
様にして電池を作製した。このような構造の電池を、以
下比較電池Ｘと称する。
【００２７】〔実験１〕上記本発明電池Ａと比較電池Ｘ
とにおける、放電深度と電池の出力密度との関係を調べ
たので、その結果を表１に示す。尚、本実験における充
放電条件は、０．１４Ｃ（９．８Ａ）の電流で電池電圧
が４．２Ｖとなるまで定電流充電した後、２Ｃ（１４０
Ａ）の電流で電池電圧が２．７Ｖとなるまで定電流放電
するという条件である。また、表１には、比較電池Ｘの
出力密度を１００とした場合の本発明電池Ａの出力密度
を表している。
【００２８】
【表１】
【００２９】表１から明らかなように、いかなる放電深
度であっても本発明電池Ａの方が比較電池Ｘより出力密
度が大きくなっていることが認められる。これは、本発
明電池Ａでは、正極集電体と正極側リード取付部及び負
極集電体と負極側リード取付部とが各々一体的に形成さ
れ、しかも正極側リード取付部と正極リード及び負極側
リード取付部と負極リードとがレーザー溶接されている
ので、両集電体と両リードに溶接された両電流端子との
間の抵抗が大幅に減少し、電池の内部抵抗が格段に減少
するという理由によるものと考えられる。
【００３０】
【発明の効果】以上で説明したように本発明によれば、
電池の内部抵抗が格段に減少するので、電池の出力密度
が飛躍的に増大した円筒型電池を実現できる。また、電
極群が溶融して短絡するという事態が生じることなく、
リード取付部とリードをレーザー溶接することが可能と
なり、その結果、従来技術のようなリード取付部の補強
工程が不要となるので、電池の生産性が向上するといっ
た優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に用いる正極の正面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線矢視断面図である。
【図３】本発明に用いる負極の正面図である。
【図４】図１のＢ−Ｂ線矢視断面図である。
【図５】本発明に用いるセパレータの正面図である。
【図６】正極、負極、及びセパレータを重ね合わせたと
きの断面図である。
【図７】レーザー溶接時のパンチングメタルの作用を説
明するための図である。
【符号の説明】
１：正極 １ａ：正極集電体 １ｂ：正極活物質層 １ｃ：正極側リード取付部 ２：負極 ２ａ：負極集電体 ２ｂ：負極活物質層 ２ｃ：負極側リード取付部 ３：セパレータ ５：正極側のパンチングメタル ６：正極リード ７：負極側のパンチングメタル ８：負極リード ｄ１：レーザー光のスポット径 ｄ２：パンチングメタルの孔径
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 米津 育郎 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 西尾 晃治 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 帯状の正極集電体の両面に正極活物質層
    が形成された正極と、帯状の負極集電体の両面に負極活
    物質層が形成された負極とのうち、少なくとも一方の極
    における集電体に活物質層が形成されていないリード取
    付部を形成し、このリード取付部が帯状のセパレータの
    端部より突出形成するように、上記両極を上記セパレー
    タを介して渦巻き状に巻回する第１ステップと、 上記リード取付部の先端部に、多数の孔が形状されてい
    る金属板を介してリードを配置した後、スポット径が金
    属板の孔径より大きいレーザー光を照射して、リード取
    付部と金属板とリードとをレーザー溶接する第２ステッ
    プと、 を有することを特徴とする円筒型非水電解液二次電池の
    製造方法。
  2. 【請求項２】 前記金属板の開口率が、４５〜７０％で
    あることを特徴とする請求項１に記載の円筒型非水電解
    液二次電池の製造方法。
  3. 【請求項３】 上記金属板がパンチングメタルであるこ
    とを特徴とする請求項１又は２に記載の円筒型非水電解
    液二次電池の製造方法。
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