JPWO2019069659A1 - 二次電池 - Google Patents
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Abstract
捲回電極群と集電板との超音波接合による異物の発生を抑制することができる二次電池およびその製造方法を提供する。偏平に束ねられた箔露出部３１ｃ，３２ｃは、ホーン痕領域３６Ｒを有する。集電板４０は、アンビル痕領域４３Ｒを有する。ホーン痕領域３６Ｒおよびアンビル痕領域４３Ｒに沿う少なくとも一方向（Ｚ方向）において、アンビル痕領域４３Ｒの両端部の位置は、ホーン痕領域３６Ｒの両端部の位置と一致、または、ホーン痕領域３６Ｒの両端部の位置よりも内側に位置する。
Description
本発明は、二次電池に関する。
従来から捲回電極体と集電端子とが超音波溶接により接合されている二次電池とその製造方法が知られている（下記特許文献１を参照）。特許文献1に記載された発明は、集電体積層部が十分に接合され、集電端子が集電体積層部から剥離され難い接合強度に優れた信頼性の高い二次電池を提供することを目的としている（同文献、第０００６段落等を参照）。
上記目的を達成するために、特許文献１は、次の特徴を有する二次電池を開示している。超音波溶接により集電体積層部の表面側に形成された溶接凹部の数が、集電端子の表面側に形成された溶接凹部の数よりも相対的に少なく、かつ、集電体積層部の表面側に形成された溶接凹部の陥没が、集電端子の表面側に形成された溶接凹部の陥没よりも深く形成されている（同文献、請求項1等を参照）。
このような構成により、集電体積層部に溶接凹部がしっかりと食い込まれて陥没を形成しているため、集電体積層部の内層部分でも隣り合う層同士が強固に接合されている。また、集電端子の表面側に形成された溶接凹部が、集電体積層部の表面側に形成された溶接凹部よりも溶接凹部の数が多く形成されているため、集電端子側は多点で溶接されて集電体積層部に接合されている。
このように多点溶接が施されることによって、集電端子の集電体積層部に対する接合強度が向上されている。さらに、多点溶接により超音波溶接時の荷重が分散されているため、集電端子を変形されたり、集電体を傷つけて亀裂や破断されたりするなどの虞が低減されている。その結果、高品質で信頼性の高い二次電池を提供することができる（同文献、第００１０段落等を参照）。
前記従来の二次電池は、捲回電極体の集電体積層部と集電端子との超音波溶接、すなわち超音波金属接合において、凸部を有するアンビルの上に集電端子が配置され、その上に捲回電極体の集電体積層部が配置され、その上に凸部を有するホーンが配置される。そして、ホーンを集電体積層部に押し当てて、ホーンの凸部を集電体積層部に食い込ませ、アンビルの凸部を集電端子に食い込ませた状態で、ホーンを超音波振動させる。
ここで、アンビルが凸部を有する領域、すなわちアンビルの凸部領域は、ホーンが凸部を有する領域、すなわちホーンの凸部領域よりも広くなっている。したがって、集電端子と集電体積層部は、アンビルの凸部領域とホーンの凸部領域との間に挟持された部分と、片側にアンビルの凸部領域が配置され、反対側にホーンの凸部領域が配置されない部分とを有することになる。
この状態で、ホーンを超音波振動させると、集電端子と集電体積層部は、アンビルの凸部領域とホーンの凸部領域との間に挟持された部分において、接合界面の酸化被膜や汚れが取り除かれ、結晶粒同士が原子間距離になるまで近接する。これにより、各部材間に強力な引力が働いて冶金結合が生成され、集電端子と集電体積層部とが接合される。
このとき、ホーンから振動が伝達されてアンビルが振動すると、集電端子と集電体積層部の片側にアンビルの凸部領域が配置され、その反対側にホーンの凸部領域が配置されない部分において、集電端子に接したアンビルの凸部が集電端子に対して振動する。この振動により集電端子がアンビルの凸部によって削られて微小な金属粉などの異物が発生し、この異物が捲回電極体内部に混入して短絡経路を形成するおそれがある。
本発明は、捲回電極群と集電板との超音波接合による異物の発生を抑制することができる二次電池およびその製造方法を提供する。
本発明の二次電池は、箔露出部を有する電極を捲回した捲回電極群と、扁平に束ねられた前記箔露出部に接合された集電板と、該集電板に接続された外部端子とを備える二次電池であって、前記箔露出部は、前記集電板に対する超音波接合時にホーンの凸部が押し当てられて複数の凹状のホーン痕が形成されたホーン痕領域を有し、前記集電板は、前記箔露出部に対する超音波接合時にアンビルの凸部が押し当てられて複数の凹状のアンビル痕が形成されたアンビル痕領域を有し、前記ホーン痕領域および前記アンビル痕領域に沿う少なくとも一方向において、前記アンビル痕領域の両端部の位置は、前記ホーン痕領域の両端部の位置と一致、または、前記ホーン痕領域の両端部の位置よりも内側に位置することを特徴とする。
本発明の二次電池は、扁平に束ねられた箔露出部と集電板との超音波接合時に、ホーン痕領域およびアンビル痕領域に沿う少なくとも一方向におけるアンビルの凸部が形成された領域の両端部は、箔露出部と集電板とを挟んで、ホーンの凸部が形成された領域に対向する。これにより、前記一方向において、扁平に束ねられた箔露出部に対してホーンの凸部が形成された領域が対向していない部分で、集電板に対してアンビルの凸部が形成された領域が対向することがなくなる。
したがって、本発明によれば、集電板がアンビルの凸部によって削られることが防止され、捲回電極群と集電板との超音波接合による異物の発生を抑制することができる二次電池およびその製造方法を提供することができる。
以下、図面を参照して本発明の二次電池およびその製造方法の実施の形態を説明する。
［実施形態１］
図１は、本発明の実施形態１に係る二次電池１００の一例を示す斜視図である。図２は、図１に示す二次電池１００の分解斜視図である。本実施形態の二次電池１００は、たとえば電気自動車等の動力源として使用される角形のリチウムイオン二次電池である。二次電池１００は、たとえば、電池容器１０と、この電池容器１０に収容される捲回電極群３０と、この捲回電極群３０に接続される集電板４０と、この集電板４０を介して捲回電極群３０に接続される外部端子２０とを備えている。
図１は、本発明の実施形態１に係る二次電池１００の一例を示す斜視図である。図２は、図１に示す二次電池１００の分解斜視図である。本実施形態の二次電池１００は、たとえば電気自動車等の動力源として使用される角形のリチウムイオン二次電池である。二次電池１００は、たとえば、電池容器１０と、この電池容器１０に収容される捲回電極群３０と、この捲回電極群３０に接続される集電板４０と、この集電板４０を介して捲回電極群３０に接続される外部端子２０とを備えている。
詳細については後述するが、本実施形態の二次電池１００は、次の構成を主な特徴としている。捲回電極群３０は、箔露出部３１ｃ，３２ｃに複数の凹状のホーン痕３６が形成されたホーン痕領域３６Ｒを有し、集電板４０は、複数の凹状のアンビル痕４３が形成されたアンビル痕領域４３Ｒを有している（図６、図７を参照）。これらホーン痕領域３６Ｒおよびアンビル痕領域４３Ｒに沿う少なくとも一方向において、アンビル痕領域４３Ｒの両端部の位置は、ホーン痕領域３６Ｒの両端部の位置と一致するか、または、ホーン痕領域３６Ｒの両端部の位置よりも内側に位置する。
以下、本実施形態の二次電池１００の各部の構成について詳細に説明する。なお、各図面では、偏平角形の二次電池１００の幅方向をＸ方向、厚さ方向をＹ方向、高さ方向をＺ方向とするＸＹＺ直交座標系を用いて、二次電池１００の各部の構成を説明する場合がある。また、以下の説明における上下左右の方向は、図面に基づいて二次電池１００の各部の構成を説明するための便宜的な方向であり、鉛直方向や水平方向に限定されない。
電池容器１０は、たとえば扁平な矩形箱形の形状を有する金属製の容器であり、相対的に面積の大きい一対の広側面１０ｗと、相対的に面積の小さい狭側面１０ｎと、細長い長方形の上面１０ｔおよび底面１０ｂを有している。電池容器１０は、たとえば、上部が開放された有底角筒状の電池缶１１と、この電池缶１１の上部の開口１１ａを封止する細長い矩形平板状の電池蓋１２とを有している。電池容器１０は、電池缶１１の開口１１ａから捲回電極群３０が内部に挿入され、たとえばレーザ溶接によって電池缶１１の開口１１ａの全周にわたって電池蓋１２が溶接され、電池缶１１の開口１１ａが電池蓋１２によって封止されている。
電池蓋１２は、二次電池１００の幅方向（Ｘ方向）である長手方向の両端部に外部端子２０の一部を挿通させる貫通孔１２ａを有している。また、電池蓋１２は、長手方向の中央部にガス排出弁１５を有している。ガス排出弁１５は、たとえば、電池蓋１２の一部をプレス加工して薄肉化し、スリットを形成した部分であり、電池蓋１２と一体的に設けられている。ガス排出弁１５は、電池容器１０の内圧が所定の圧力まで上昇したときに開裂して、電池容器１０の内部のガスを排出することで、電池容器１０の内圧を低減して二次電池１００の安全性を確保する。
電池蓋１２は、たとえば貫通孔１２ａとガス排出弁１５との間に注液孔１６を有している。注液孔１６は、電池蓋１２の内部に電解液を注入するために設けられ、電解液の注入後に、たとえばレーザ溶接によって注液栓１７を接合することによって封止される。電池容器１０内に注入される電解液としては、たとえば、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（ＬｉＰＦ６）等のリチウム塩が溶解された非水電解液を使用することができる。
図３は、図２に示す二次電池１００の電池容器１０の内部に収容された捲回電極群３０の一部を展開した状態を示す分解斜視図である。捲回電極群３０は、たとえば電極３１，３２と、この電極３１，３２間を絶縁する絶縁体であるセパレータ３３，３４とを備え、これら電極３１，３２とセパレータ３３，３４とが交互に積層されて捲回された構成を有している。より具体的には、捲回電極群３０は、たとえば正極電極３１と、セパレータ３３と、負極電極３２と、セパレータ３４とを備え、これらが積層されて捲回されている。捲回電極群３０において、最内周と最外周に捲回された電極は負極電極３２であり、最外周に捲回された負極電極３２の外周にさらにセパレータ３３，３４が捲回されている。
負極電極３２は、負極集電体である負極金属箔３２ａと、その表裏両面に形成された負極合剤層３２ｂと、その負極合剤層３２ｂから負極金属箔３２ａが露出した部分である箔露出部３２ｃとを有している。負極電極３２の箔露出部３２ｃは、長尺帯状の負極電極３２の幅方向（Ｘ方向）、すなわち捲回電極群３０の捲回軸３０Ａ方向の一側に設けられている。負極金属箔３２ａは、たとえば厚さが約１０μｍ程度の銅箔である。すなわち、本実施形態の二次電池１００において、負極電極３２の箔露出部３２ｃは、たとえば銅箔によって構成されている。
負極合剤層３２ｂは、たとえば、負極金属箔３２ａの表裏両面に、箔露出部３２ｃを除いてスラリー状の負極合剤を塗布し、塗布された負極合剤を乾燥させてプレスすることで形成されている。その後、負極合剤層３２ｂが形成された負極金属箔３２ａを、適宜、裁断することによって負極電極３２を製作することができる。負極金属箔３２ａを含まない負極合剤層３２ｂの厚さは、たとえば約７０μｍ程度である。負極合剤のスラリーとしては、たとえば、負極活物質である１００重量部の非晶質炭素粉末に対し、結着剤である１０重量部のポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を添加し、さらに分散溶媒としてＮ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）を添加して混練したものを用いることができる。
なお、負極合剤層３２ｂに含まれる負極活物質は、前述の非晶質炭素に限定されない。たとえば、負極活物質として、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（たとえば、ＳｉＯ、ＴｉＳｉ２など）、またはこれらの複合材料を用いてもよい。また、負極活物質の粒子形状は特に制限されず、たとえば、鱗片状、球状、繊維状、塊状などであってもよい。
正極電極３１は、正極集電体である正極金属箔３１ａと、その表裏両面に形成された正極合剤層３１ｂと、その正極合剤層３１ｂから正極金属箔３１ａが露出した部分である箔露出部３１ｃとを有している。正極電極３１の箔露出部３１ｃは、長尺帯状の正極電極３１の幅方向（Ｘ方向）、すなわち捲回電極群３０の捲回軸３０Ａ方向において、負極電極３２の箔露出部３２ｃと反対側の一側に設けられている。正極金属箔３１ａは、たとえば厚さが約２０μｍ程度のアルミニウム箔である。すなわち、本実施形態の二次電池１００において、正極電極３１の箔露出部３１ｃは、たとえばアルミニウム箔によって構成されている。
正極合剤層３１ｂは、たとえば、正極金属箔３１ａの表裏両面に、箔露出部３１ｃを除いてスラリー状の正極合剤を塗布し、塗布された正極合剤を乾燥させてプレスすることで形成されている。その後、正極合剤層３１ｂが形成された正極金属箔３１ａを、適宜、裁断することによって正極電極３１を製作することができる。正極金属箔３１ａを含まない正極合剤層３１ｂの厚さは、たとえば約９０μｍ程度である。正極合剤のスラリーとしては、たとえば、正極活物質である１００重量部のマンガン酸リチウム（化学式ＬｉＭｎ２Ｏ４）に対し、導電材である１０重量部の鱗片状黒鉛と、結着剤である１０重量部のＰＶＤＦとを添加し、さらに分散溶媒としてＮＭＰを添加して混練したものを用いることができる。
なお、正極合剤層３１ｂに含まれる正極活物質は、前述のマンガン酸リチウムに限定されない。たとえば、正極活物質として、スピネル結晶構造を有する他のマンガン酸リチウム、一部を金属元素で置換またはドープしたリチウムマンガン複合酸化物を用いることができる。また、正極活物質として、層状結晶構造を有するコバルト酸リチウムやチタン酸リチウム、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てもよい。
また、負極合剤および正極合剤に用いられる結着剤は、ＰＶＤＦに限定されない。結着剤としては、たとえば、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。
図示は省略するが、捲回電極群３０は、負極電極３２、セパレータ３３、正極電極３１、およびセパレータ３４を積層させて捲回するための軸芯を有してもよい。軸芯としては、たとえば、正極金属箔３１ａ、負極金属箔３２ａ、およびセパレータ３３，３４よりも曲げ剛性の高い樹脂シートを捲回したものを用いることができる。また、捲回電極群３０は、捲回軸３０Ａ方向（Ｘ方向）において負極合剤層３２ｂの寸法が正極合剤層３１ｂの寸法よりも大きく、正極合剤層３１ｂが必ず負極合剤層３２ｂの間に挟まれるように構成されている。
捲回電極群３０において、正極電極３１の箔露出部３１ｃと負極電極３２の箔露出部３２ｃは、それぞれ、図３に示すように捲回軸３０Ａ方向（Ｘ方向）の一端と他端で捲回されて積層され、図２に示すように扁平に束ねられて、たとえば溶接によって接合されている。なお、捲回軸３０Ａ方向（Ｘ方向）において、セパレータ３３，３４の寸法は、負極合剤層３２ｂの寸法よりも大きい。しかし、セパレータ３３，３４の端部は、正極電極３１および負極電極３２の箔露出部３１ｃ，３２ｃの端部よりも、捲回軸３０Ａ方向（Ｘ方向）における内側の位置に配置されるため、正極電極３１および負極電極３２の箔露出部３１ｃ，３２ｃを束ねて溶接するのに支障はない。
集電板４０は、図２に示すように、所定の形状に屈曲された板状の部材であり、捲回電極群３０に接続されている。集電板４０は、正極電極３１に接続される正極集電板４０Ｐと、負極電極３２に接続される負極集電板４０Ｎとを含む。正極集電板４０Ｐの素材は、たとえばアルミニウムまたはアルミニウム合金である。負極集電板４０Ｎの素材は、たとえば銅または銅合金である。
集電板４０は、電池蓋１２の下面に対向して配置される矩形板状の基部４１と、この基部４１の側端で折曲されて電池容器１０の広側面１０ｗに沿って電池容器１０の底面１０ｂに向かって延びる接続端部４２とを有している。集電板４０の基部４１は、外部端子２０を接続するための貫通孔４１ａを有している。集電板４０の接続端部４２は、捲回電極群３０の扁平に束ねられた箔露出部３１ｃ，３２ｃに接合されている。
正極集電板４０Ｐは、超音波接合によって、捲回電極群３０の捲回軸３０Ａ方向（Ｘ方向）の一側で扁平に束ねられた正極電極３１の箔露出部３１ｃに接合されている。負極集電板４０Ｎは、超音波接合によって、捲回電極群３０の捲回軸３０Ａ方向（Ｘ方向）の他側で扁平に束ねられた負極電極３２の箔露出部３２ｃに接合されている。なお、本実施形態の二次電池１００では、正極集電板４０Ｐと正極電極３１の箔露出部３１ｃの接合および負極集電板４０Ｎと負極電極３２の箔露出部３２ｃの接合の双方が超音波接合であるが、これらの接合の少なくとも一方が超音波接合であればよい。
図４は、超音波接合によって形成されるホーン痕領域３６Ｒとアンビル痕領域４３Ｒとの関係を示す斜視図である。図５は、ホーン痕領域３６Ｒとアンビル痕領域４３Ｒの形成過程を示す側面図である。図６は、ホーン痕領域３６Ｒの拡大平面図である。図７は、アンビル痕領域４３Ｒの拡大平面図である。なお、図４において集電板４０の図示は省略している。
前述のように、本実施形態の二次電池１００は、次の構成を主な特徴としている。捲回電極群３０は、箔露出部３１ｃ，３２ｃに複数の凹状のホーン痕３６が形成されたホーン痕領域３６Ｒを有している。集電板４０は、複数の凹状のアンビル痕４３が形成されたアンビル痕領域４３Ｒを有している。これらホーン痕領域３６Ｒおよびアンビル痕領域４３Ｒに沿う少なくとも一方向（Ｚ方向）において、アンビル痕領域４３Ｒの両端部の位置は、ホーン痕領域３６Ｒの両端部の位置と一致するか、または、ホーン痕領域３６Ｒの両端部の位置よりも内側に位置する。
ここで、図５に示すように、超音波接合に用いられるホーンＨは、捲回電極群３０において電極３１，３２の箔露出部３１ｃ，３２ｃが捲回されて偏平に積層された積層部３５と、集電板４０とを超音波接合によって接合するときに、箔露出部３１ｃ，３２ｃの積層部３５に押し当てられる。これにより、ホーンＨに設けられた複数の凸部ｈが、箔露出部３１ｃ，３２ｃの積層部３５に食い込んで、ホーンＨの凸部ｈに対応する凹状の複数のホーン痕３６が、箔露出部３１ｃ，３２ｃの積層部３５に形成される。ここで、ホーンＨの凸部ｈは、たとえば四角錐の凸形状を有し、ホーン痕３６は、たとえばホーンＨの凸部ｈに対応する四角錐の凹形状を有している。
図６に示すように、ホーン痕領域３６Ｒは、箔露出部３１ｃ，３２ｃに複数の凹状のホーン痕３６が形成された領域である。より詳細には、ホーン痕領域３６Ｒは、捲回電極群３０の箔露出部３１ｃ，３２ｃの積層部３５に複数の凹状のホーン痕３６が形成された領域である。図６に示す例において、矩形のホーン痕３６は、二次電池１００の幅方向（Ｘ方向）に二つ、二次電池１００の高さ方向（Ｚ方向）に六つの計１２個が、矩形のホーン痕領域３６Ｒに互いに隣接して設けられている。なお、ホーンＨの凸部ｈおよびホーン痕３６の数と配置は一例であり、特に限定されない。
また、図６に示す例では、二次電池１００の幅方向（Ｘ方向）において、ホーン痕領域３６Ｒの外縁は、幅方向（Ｘ方向）の一端と他端に配置されたホーン痕３６の外側の外縁に一致している。また、二次電池１００の高さ方向（Ｚ方向）において、ホーン痕領域３６Ｒの外縁は、高さ方向（Ｚ方向）の一端と他端に配置されたホーン痕３６の外側の外縁に一致している。
また、図５に示すように、超音波接合に用いられるアンビルＡは、捲回電極群３０の箔露出部３１ｃ，３２ｃの積層部３５と、集電板４０とを超音波接合によって接合するときに、集電板４０に押し当てられる。これにより、アンビルＡに設けられた複数の凸部ａが、集電板４０に食い込んで、アンビルＡの凸部ａに対応する凹状の複数のアンビル痕４３が、集電板４０の接続端部４２に形成される。ここで、アンビルＡの凸部ａは、たとえば四角錐の凸形状を有し、アンビル痕４３は、たとえばアンビルＡの凸部ａに対応する四角錐の凹形状を有している。
図７に示すように、アンビル痕領域４３Ｒは、集電板４０に複数の凹状のアンビル痕４３が形成された領域である。より詳細には、アンビル痕領域４３Ｒは、捲回電極群３０の箔露出部３１ｃ，３２ｃの積層部３５に接続される集電板４０の接続端部４２に複数の凹状のアンビル痕４３が形成された領域である。図７に示す例において、矩形のアンビル痕４３は、二次電池１００の幅方向（Ｘ方向）に二つ、二次電池１００の高さ方向（Ｚ方向）に五つの計１０個のパターンと、二次電池１００の幅方向（Ｘ方向）に三つ、二次電池１００の高さ方向（Ｚ方向）に四つの計１２個のパターンとが、二次電池１００の高さ方向（Ｚ方向）に交互に配置されている。これにより、合計２２個のアンビル痕４３が矩形のアンビル痕領域４３Ｒに千鳥状に配置されている。なお、ホーンＨの凸部ｈおよびホーン痕３６の数と配置は一例であり、特に限定されない。
また、図７に示す例では、二次電池１００の幅方向（Ｘ方向）において、アンビル痕領域４３Ｒの外縁は、幅方向（Ｘ方向）の一端と他端に配置されたアンビル痕４３の外側の外縁に一致している。また、二次電池１００の高さ方向（Ｚ方向）において、アンビル痕領域４３Ｒの外縁は、高さ方向（Ｚ方向）の一端と他端に配置されたアンビル痕４３の外側の外縁に一致している。
前述のように、本実施形態の二次電池１００は、ホーン痕領域３６Ｒおよびアンビル痕領域４３Ｒに沿う少なくとも一方向において、アンビル痕領域４３Ｒの両端部の位置は、ホーン痕領域３６Ｒの両端部の位置と一致するか、または、ホーン痕領域３６Ｒの両端部の位置よりも内側に位置する。図５から図７に示す例において、ホーン痕領域３６Ｒおよびアンビル痕領域４３Ｒに沿う少なくとも一方向は、二次電池１００の高さ方向（Ｚ方向）である。
この一方向（Ｚ方向）において、アンビル痕領域４３Ｒの両端部の位置は、ホーン痕領域３６Ｒの両端部の位置よりも内側に位置している。なお、この一方向（Ｚ方向）において、アンビル痕領域４３Ｒの両端部の位置は、ホーン痕領域３６Ｒの両端部の位置に一致していてもよい。換言すると、この一方向（Ｚ方向）において、アンビル痕領域４３Ｒの寸法Ｌａはホーン痕領域３６Ｒの寸法Ｌｈ以下である。また、この一方向（Ｚ方向）において、アンビル痕領域４３Ｒの一端は、ホーン痕領域３６Ｒの一端に重なるかまたはホーン痕領域３６Ｒの両端の間に位置し、アンビル痕領域４３Ｒの他端は、ホーン痕領域３６Ｒの他端に重なるかまたはホーン痕領域３６Ｒの両端の間に位置している。
なお、本実施形態の二次電池において上記一方向（Ｚ方向）に交差し、ホーン痕領域３６Ｒおよびアンビル痕領域４３Ｒに沿う別の方向（Ｘ方向）において、アンビル痕領域４３Ｒの両端部の位置は、ホーン痕領域３６Ｒの両端部の位置よりも外側に位置している。この方向（Ｘ方向）において、アンビル痕領域４３Ｒの寸法Ｗａはホーン痕領域３６Ｒの寸法Ｗｈより大である。
また、図６および図７に示す例において、ホーン痕領域３６Ｒの面積は、アンビル痕領域４３Ｒの面積以上であることが好ましい。また、ホーン痕３６は、アンビル痕４３よりも大きくなっている。たとえば、ホーン痕３６の開口面積、深さ、および容積は、アンビル痕４３の開口面積、深さ、および容積よりも大きい。また、複数のホーン痕３６の密度は、複数のアンビル痕４３の密度よりも低くなっている。すなわち、複数のアンビル痕４３の密度は、複数のホーン痕３６の密度よりも高くなっている。
ホーン痕３６が形成される電極３１，３２の箔露出部３１ｃ，３２ｃは、捲回前の状態で集電板４０よりも薄く可撓性および柔軟性を有している。集電板４０は、捲回されて扁平に束ねられた箔露出部３１ｃ，３２ｃの積層部３５よりも高い剛性を有する。なお、正極金属箔３１ａは、たとえば、厚さが数十μｍ程度のアルミニウム箔である。負極金属箔３２ａは、たとえば、厚さが数μから十数μｍ程度の銅箔である。また、正極集電板４０Ｐは、たとえば、厚さが０．５ｍｍから数ｍｍ程度のアルミニウムまたはアルミニウム合金の板である。負極集電板４０Ｎは、たとえば、厚さが０．５ｍｍから数ｍｍ程度の銅または銅合金の板である。
また、前述のように、捲回電極群３０の電極３１，３２は、負極電極３２を含み、集電板４０は、負極電極３２の箔露出部３２ｃに接続される負極集電板４０Ｎを含んでいる。本実施形態の二次電池１００では、特に、負極電極３２における箔露出部３２ｃのホーン痕領域３６Ｒの面積を、負極集電板４０Ｎにおけるアンビル痕領域４３Ｒの面積以上にしてもよい。
また、本実施形態の二次電池１００において、ホーン痕領域３６Ｒおよびアンビル痕領域４３Ｒは、一方向（Ｚ方向）に沿う寸法Ｌｈ，Ｌａが一方向に交差する方向（Ｘ方向）の寸法Ｗｈ，Ｗａよりも大きくなっている。より具体的には、図６および図７に示す例において、ホーン痕領域３６Ｒは、二次電池１００の高さ方向（Ｚ方向）に沿う寸法Ｌｈが、この高さ方向に交差する二次電池１００の幅方向（Ｘ方向）の寸法Ｗｈよりも大きくなっている。同様に、アンビル痕領域４３Ｒは、二次電池１００の高さ方向（Ｚ方向）に沿う寸法Ｌａが、この高さ方向に交差する二次電池１００の幅方向（Ｘ方向）の寸法Ｗａよりも大きくなっている。すなわち、ホーン痕領域３６Ｒおよびアンビル痕領域４３Ｒは、二次電池１００の高さ方向（Ｚ方向）が長手方向であり、二次電池１００の幅方向（Ｘ方向）が短手方向となっている。
以上のように、捲回電極群３０の箔露出部３１ｃ，３２ｃが捲回されて偏平に積層された積層部３５に対して超音波接合によって接合された集電板４０は、図２に示すように、板状の絶縁部材１４を介して電池蓋１２に固定され、外部端子２０に電気的に接続される。これにより、捲回電極群３０を構成する電極３１，３２が、集電板４０を介して外部端子２０に電気的に接続される。
外部端子２０は、正極外部端子２０Ｐと負極外部端子２０Ｎを含んでいる。正極外部端子２０Ｐの素材は、たとえばアルミニウムまたはアルミニウム合金である。負極外部端子２０Ｎの素材は、たとえば銅または銅合金である。外部端子２０は、たとえばバスバーに接合される接合部２１と、集電板４０に接続される接続部２２とを有している。接合部２１は、おおむね直方体形状の矩形のブロック状の形状を有し、電気絶縁性を有するガスケット１３を介して電池蓋１２の上に配置される。接続部２２は、電池蓋１２に対向する接合部２１の底面から電池蓋１２を貫通する方向に延びる円柱状または円筒状の部分である。
外部端子２０の接続部２２は、たとえば、ガスケット１３の貫通孔１３ａと、電池蓋１２の貫通孔１２ａと、絶縁部材１４の貫通孔１４ａと、集電板４０の基部４１の貫通孔４１ａに挿通され、集電板４０の基部４１の下面で先端を拡径させるように塑性変形させてかしめられる。これにより、外部端子２０と集電板４０は、互いに電気的に接続され、電池蓋１２に対してガスケット１３と絶縁部材１４を介して電気的に絶縁された状態で固定される。ガスケット１３および絶縁部材１４の素材は、たとえばポリブチレンテレフタレート、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などの電気絶縁性を有する樹脂である。
図２に示すように、捲回電極群３０は、箔露出部３１ｃ，３２ｃが捲回されて扁平に積層された積層部３５に集電板４０が接合され、集電板４０を介して電池蓋１２に固定された状態で、電気絶縁性を有する樹脂製の絶縁シート５０によって覆われて、電池缶１１の開口１１ａから電池缶１１内に挿入される。絶縁シート５０は、たとえばポリプロピレンなどの合成樹脂を素材とする一枚のシートまたは複数のフィルム部材からなる。絶縁シート５０は、集電板４０が接合された捲回電極群３０のおおむね全体を集電板４０とともに覆うことができる寸法および形状を有している。
図３に示すように、捲回電極群３０は、扁平形状に捲回され、電池容器１０の高さ方向の両端部に設けられた半円筒状の湾曲部３０ｂと、これら湾曲部３０ｂの間の平坦な平坦部３０ａとを有している。捲回電極群３０は、捲回軸３０Ａ方向が二次電池１００の幅方向（Ｘ方向）に沿うように、一方の湾曲部３０ｂから電池缶１１内に挿入され、他方の湾曲部３０ｂが電池蓋１２に対向して配置される。その後、前述のように、電池蓋１２を電池缶１１の開口１１ａの全周にわたって接合して電池容器１０を構成し、注液孔１６を介して電池容器１０内に電解液を注入し、注液孔１６に注液栓１７を接合して封止する。
以上の構成により、二次電池１００は、外部端子２０と集電板４０を介して捲回電極群３０の電極３１，３２に電力を供給することで充電され、捲回電極群３０の電極３１，３２から集電板４０および外部端子２０を介して外部へ電力を供給することができる。
以下、本発明の二次電池の製造方法の実施形態の一例を、従来の二次電池の製造方法と対比しつつ説明し、あわせて前述の本実施形態の二次電池１００の作用についても説明する。なお、本実施形態の二次電池の製造方法は、図４および図５に示す超音波接合工程を有することを特徴としている。本実施形態の二次電池の製造方法のその他の工程については、公知の工程を採用することができるため、説明を省略する。
本実施形態の二次電池の製造方法は、箔露出部３１ｃ，３２ｃを有する電極３１，３２を捲回した捲回電極群３０と、扁平に束ねられた箔露出部３１ｃ，３２ｃに接合された集電板４０と、この集電板４０に接続された外部端子２０とを備える二次電池１００の製造方法である。本実施形態の二次電池の製造方法は、扁平に束ねられた箔露出部３１ｃ，３２ｃの積層部３５と集電板４０とを、ホーンＨとアンビルＡとの間に挟み、ホーンＨを超音波振動させて接合する超音波接合工程を含んでいる。
本実施形態の二次電池の製造方法において、ホーンＨは、超音波接合工程において箔露出部３１ｃ，３２ｃに押し当てられる凸部ｈが形成されたホーン凸部領域ＨＲを有している。また、アンビルＡは、超音波接合工程において集電板４０に押し当てられる凸部ａが形成されたアンビル凸部領域ＡＲを有している。ホーン凸部領域ＨＲおよびアンビル凸部領域ＡＲは、それぞれ、たとえば図６および図７に示すホーン痕領域３６Ｒおよびアンビル痕領域４３Ｒと同一の面積および形状を有している。すなわち、ホーン凸部領域ＨＲおよびアンビル凸部領域ＡＲは、それぞれ、ホーン痕領域３６Ｒおよびアンビル痕領域４３Ｒに全体が対向している。
図１３は、従来の二次電池の製造方法における超音波接合工程を説明する図５に相当する側面図である。従来の二次電池の製造方法における超音波接合工程では、ホーン凸部領域ＨＲおよびアンビル凸部領域ＡＲに沿う二次電池の高さ方向（Ｚ方向）において、アンビル凸部領域ＡＲの両端部の位置は、ホーン凸部領域ＨＲの両端部の位置よりも外側に位置している。そのため、集電板４０と箔露出部３１ｃ，３２ｃの積層部３５は、アンビル凸部領域ＡＲとホーン凸部領域ＨＲとの間に挟持された部分と、片側にアンビル凸部領域ＡＲが配置され、反対側にホーン凸部領域ＨＲが配置されない部分とを有することになる。
この状態で、ホーンＨを二次電池の幅方向（Ｘ方向）に沿って超音波振動させると、集電板４０と箔露出部３１ｃ，３２ｃの積層部３５は、アンビル凸部領域ＡＲとホーン凸部領域ＨＲとの間に挟持された部分において接合される。このとき、ホーンＨから振動が伝達されてアンビルＡが振動すると、集電板４０に対向してアンビル凸部領域ＡＲが配置され、その反対側の箔露出部３１ｃ，３２ｃの積層部３５に対向してホーン凸部領域ＨＲが配置されていない部分において、集電板４０に接したアンビルＡの凸部ａが集電板４０に対して振動する。この振動により集電板４０がアンビルＡの凸部ａによって削られて微小な金属粉などの異物が発生し、この異物が捲回電極群３０に浸入して短絡経路を形成するおそれがある。
より詳細には、発生した金属異物が捲回電極群３０の内部に浸入した状態で二次電池に初充電を施すと、たとえば金属異物が正極電位の溶解電位で溶解してイオン化する。そのイオンが電解液を介して拡散し、たとえば負極電位の析出電位で析出し、正極と負極間に短絡回路を形成する恐れがある。金属異物により内部短絡経路が形成され、かつ正極電極３１と負極電極３２が短絡状態にある二次電池は、電池容量が減少する等の不具合を引き起こす可能性がある。
また、集電板４０に対向してアンビル凸部領域ＡＲが配置され、その反対側の箔露出部３１ｃ，３２ｃの積層部３５に対向してホーン凸部領域ＨＲが配置されていない部分において、集電板４０に接したアンビルＡの凸部ａの摩耗が進行し、アンビルＡの寿命が短くなり、耐久性が低下するおそれがある。
これに対し、本実施形態の二次電池１００の製造方法における超音波接合工程では、図５に示すように、ホーン凸部領域ＨＲおよびアンビル凸部領域ＡＲに沿う少なくとも一方向（Ｚ方向）において、アンビル凸部領域ＡＲの両端部の位置は、ホーン凸部領域ＨＲの両端部の位置と一致、または、ホーン凸部領域ＨＲの両端部の位置よりも内側に位置している。
より具体的には、図４および図５に示す例において、ホーン凸部領域ＨＲおよびアンビル凸部領域ＡＲに沿う二次電池１００の高さ方向（Ｚ方向）において、アンビル凸部領域ＡＲの両端部の位置は、ホーン凸部領域ＨＲの両端部の位置よりも内側に位置している。なお、二次電池１００の高さ方向（Ｚ方向）において、アンビル凸部領域ＡＲの一方の端部の位置は、ホーン凸部領域ＨＲの一方の端部の位置と一致していてもよい。また、二次電池１００の高さ方向（Ｚ方向）において、アンビル凸部領域ＡＲの他方の端部の位置は、ホーン凸部領域ＨＲの他方の端部の位置と一致していてもよい。
これにより、超音波接合工程において、扁平に束ねられた箔露出部３１ｃ，３２ｃの積層部３５と集電板４０とを、ホーンＨとアンビルＡとの間に挟み、ホーンＨを超音波振動させて接合するときに、次のようになる。ホーン凸部領域ＨＲおよびアンビル凸部領域ＡＲに沿う少なくとも一方向（Ｚ方向）におけるアンビル凸部領域ＡＲの両端部は、ホーン凸部領域ＨＲに対向する。これにより、上記一方向（Ｚ方向）において、扁平に束ねられた箔露出部３１ｃ，３２ｃに対してホーン凸部領域ＨＲが対向していない部分で、集電板４０に対してアンビル凸部領域ＡＲが対向することがなくなる。
すなわち、本実施形態の二次電池の製造方法によれば、少なくとも上記一方向（Ｚ方向）において、箔露出部３１ｃ，３２ｃの積層部３５にホーンＨの凸部ｈが押し付けられていない状態で、アンビルＡの凸部ａが集電板４０に押し付けられて振動することが防止される。これにより、集電板４０がアンビルＡの凸部ａによって削られることが防止され、捲回電極群３０と集電板４０との超音波接合による異物の発生を抑制することができる。
したがって、本実施形態の二次電池の製造方法によれば、異物が捲回電極群３０の内部に侵入して短絡経路が形成されるのを防止し、二次電池１００の歩留まりを向上させることができる。また、上記一方向（Ｚ方向）では、集電板４０に対向してアンビル凸部領域ＡＲが配置されると、その反対側の箔露出部３１ｃ，３２ｃの積層部３５に対向してホーン凸部領域ＨＲが配置されるので、集電板４０に接したアンビルＡの凸部ａの摩耗を抑制し、アンビルＡの寿命を延長し、アンビルＡの耐久性を向上させることができる。
また、本実施形態の二次電池の製造方法によって製造された二次電池１００は、前述の構成を有することになる。すなわち、捲回電極群３０の電極３１，３２の箔露出部３１ｃ，３２ｃは、集電板４０に対する超音波接合時にホーンＨの凸部ｈが押し当てられて複数の凹状のホーン痕３６が形成されたホーン痕領域３６Ｒを有している。集電板４０は、箔露出部３１ｃ，３２ｃに対する超音波接合時にアンビルＡの凸部ａが押し当てられて複数の凹状のアンビル痕４３が形成されたアンビル痕領域４３Ｒを有している。ホーン痕領域３６Ｒおよびアンビル痕領域４３Ｒに沿う少なくとも一方向（Ｚ方向）において、アンビル痕領域４３Ｒの両端部の位置は、ホーン痕領域３６Ｒの両端部の位置と一致、または、ホーン痕領域３６Ｒの両端部の位置よりも内側に位置している。
したがって、本実施形態の二次電池１００によれば、前述のように、集電板４０と箔露出部３１ｃ，３２ｃとの超音波接合時に、集電板４０と反対側の箔露出部３１ｃ，３２ｃの積層部３５にホーンＨの凸部ｈが押し付けられていない状態で、アンビルＡの凸部ａが集電板４０に押し付けられて振動することが防止される。したがって、集電板４０がアンビルＡの凸部ａによって削られることが防止され、捲回電極群３０と集電板４０との超音波接合による異物の発生を抑制することができる。
また、ホーン凸部領域ＨＲの面積が、アンビル凸部領域ＡＲの面積以上である場合には、ホーン痕領域３６Ｒの面積が、アンビル痕領域４３Ｒの面積以上になる。これにより、前述のように、ホーン凸部領域ＨＲおよびアンビル凸部領域ＡＲに沿う少なくとも一方向において、アンビル凸部領域ＡＲの両端部の位置を、ホーン凸部領域ＨＲの両端部の位置と一致、または、ホーン凸部領域ＨＲの両端部の位置よりも内側に位置させるのが容易になる。また、ホーン凸部領域ＨＲに対向しないアンビル凸部領域ＡＲの面積を減少させ、捲回電極群３０と集電板４０との超音波接合による異物の発生を抑制することができる。
また、ホーンＨの凸部ｈは、アンビルＡの凸部ａよりも大きい。すなわち、ホーン痕３６は、アンビル痕４３よりも大きい。これにより、比較的に柔軟性および可撓性の高い箔露出部３１ｃ，３２ｃが積層された積層部３５にホーンＨの凸部ｈがしっかりと食い込んで、積層部３５を集電板４０に対してより確実に超音波接合することが可能になる。また、比較的に剛性の高い集電板４０に対して、ホーンＨの凸部ｈを確実に食い込ませ、箔露出部３１ｃ，３２ｃの積層部３５に対して集電板４０をより確実に超音波接合することが可能になる。
また、ホーンＨの凸部ｈの密度は、アンビルＡの凸部ａの密度よりも低くなっている。すなわち、ホーン痕３６の密度は、アンビル痕４３の密度よりも低くなっている。これにより、比較的に柔軟性および可撓性の高い箔露出部３１ｃ，３２ｃが積層された積層部３５に対して、比較的に高い圧力でホーンＨの凸部ｈを食い込ませてしっかりと保持することができる。また、比較的に剛性の高い集電板４０に対するアンビルＡの凸部ａの摩擦を増大させてしっかりと保持することができる。したがって、箔露出部３１ｃ，３２ｃの積層部３５と集電板４０をより確実に超音波接合することができる。
また、箔露出部３１ｃ，３２ｃは、捲回前の状態で集電板４０よりも薄く可撓性および柔軟性を有し、集電板４０は、捲回されて扁平に束ねられた箔露出部３１ｃ，３２ｃよりも高い剛性を有している。これにより、前述のように、ホーンＨを捲回されて扁平に束ねられた箔露出部３１ｃ，３２ｃに押し当て、アンビルＡを集電板４０に押し当てて、箔露出部３１ｃ，３２ｃと集電板４０を超音波接合することができる。
また、前述のように、捲回電極群３０の電極３１，３２は、負極電極３２を含み、集電板４０は、負極電極３２の箔露出部３２ｃに接続される負極集電板４０Ｎを含み、負極電極３２における箔露出部３２ｃのホーン痕領域３６Ｒの面積は、特に、負極集電板４０Ｎにおけるアンビル痕領域４３Ｒの面積以上であってもよい。この場合、たとえば銅または銅合金を素材とする比較的に硬度が低く、超音波接合による異物の発生しやすい負極集電板４０Ｎにおいて、超音波接合による異物の発生を効果的に抑制することができる。
また、前述のように、負極電極３２の箔露出部３２ｃが、銅箔によって構成されているので、比較的に柔軟性および可撓性が高いが、前述の二次電池１００の構成および製造方法により、負極集電板４０Ｎに対して確実に超音波接合することが可能になる。
また、前述のように、ホーン凸部領域ＨＲおよびアンビル凸部領域ＡＲは、上記一方向（Ｚ方向）に沿う寸法がその一方向に交差する方向（Ｘ方向）の寸法よりも大きくなっている。これにより、ホーン痕領域３６Ｒおよびアンビル痕領域４３Ｒは、その一方向（Ｚ方向）に沿う寸法がその一方向に交差する方向（Ｘ方向）の寸法よりも大きくなっている。そのため、その一方向（Ｚ方向）に沿って延びる集電板４０の接続端子に対して、より広い範囲にわたって捲回電極群３０の箔露出部３１ｃ，３２ｃの積層部３５をより確実に超音波接合することができる。
以上説明したように、本実施形態の二次電池１００およびその製造方法によれば、集電板４０がアンビルＡの凸部ａによって削られることが防止され、捲回電極群３０と集電板４０との超音波接合による異物の発生を抑制することができる。これにより、異物が捲回電極群３０の内部へ侵入するのを防止し、短絡経路が形成されるのを防止して、二次電池１００の歩留まりを向上させることができる。また、アンビルＡの寿命を延長し、アンビルＡの耐久性を向上させることができる。よって、二次電池１００の製造工程の簡素化、低コスト化、および高品質化を実現することができる。
［実施形態２］
次に、図１から図４を援用し、図８および図９を参照して、本発明の実施形態２に係る二次電池およびその製造方法について説明する。図８は、本実施形態の二次電池の製造方法を説明する側面図である。図９は、実施形態１の二次電池の図７に相当する本実施形態の二次電池のアンビル痕領域４３Ｒを示す拡大平面図である。
次に、図１から図４を援用し、図８および図９を参照して、本発明の実施形態２に係る二次電池およびその製造方法について説明する。図８は、本実施形態の二次電池の製造方法を説明する側面図である。図９は、実施形態１の二次電池の図７に相当する本実施形態の二次電池のアンビル痕領域４３Ｒを示す拡大平面図である。
本実施形態の二次電池は、ホーン痕領域３６Ｒおよびアンビル痕領域４３Ｒに沿う少なくとも一方向であって、二次電池の幅方向（Ｘ方向）において、アンビル痕領域４３Ｒの両端部の位置が、ホーン痕領域３６Ｒの両端部の位置よりも内側に位置する点で前述の実施形態１の二次電池１００と異なっている。本実施形態の二次電池のその他の構成は、前述の実施形態１の二次電池１００と同様であるので、同様の部分には同一の符号を付して説明を省略する。
図１４は、従来の二次電池の製造方法における超音波接合工程を説明する図８に相当する側面図である。従来の二次電池の製造方法における超音波接合工程では、ホーン凸部領域ＨＲおよびアンビル凸部領域ＡＲに沿う二次電池の幅方向（Ｘ方向）において、アンビル凸部領域ＡＲの両端部の位置は、ホーン凸部領域ＨＲの両端部の位置よりも外側に位置している。そのため、集電板４０と箔露出部３１ｃ，３２ｃの積層部３５は、アンビル凸部領域ＡＲとホーン凸部領域ＨＲとの間に挟持された部分と、片側にアンビル凸部領域ＡＲが配置され、反対側にホーン凸部領域ＨＲが配置されない部分とを有することになる。
この状態で、ホーンＨを二次電池の幅方向（Ｘ方向）に沿って超音波振動させると、集電板４０と箔露出部３１ｃ，３２ｃの積層部３５は、アンビル凸部領域ＡＲとホーン凸部領域ＨＲとの間に挟持された部分において接合される。このとき、ホーンＨから振動が伝達されてアンビルＡが振動すると、集電板４０に対向してアンビル凸部領域ＡＲが配置され、その反対側の箔露出部３１ｃ，３２ｃの積層部３５に対向してホーン凸部領域ＨＲが配置されていない部分において、集電板４０に接したアンビルＡの凸部ａが集電板４０に対して振動する。この振動により集電板４０がアンビルＡの凸部ａによって削られて微小な金属粉などの異物が発生し、この異物が捲回電極群３０に混入して短絡経路を形成するおそれがある。
これに対し、本実施形態の二次電池の製造方法における超音波接合工程では、ホーン凸部領域ＨＲおよびアンビル凸部領域ＡＲに沿う少なくとも一方向（Ｘ方向）において、アンビル凸部領域ＡＲの両端部の位置は、ホーン凸部領域ＨＲの両端部の位置と一致、または、ホーン凸部領域ＨＲの両端部の位置よりも内側に位置している。
より具体的には、図８に示す例において、ホーン凸部領域ＨＲおよびアンビル凸部領域ＡＲに沿う二次電池の幅方向（Ｘ方向）において、アンビル凸部領域ＡＲの両端部の位置は、ホーン凸部領域ＨＲの両端部の位置よりも内側に位置している。なお、二次電池の幅方向（Ｘ方向）において、アンビル凸部領域ＡＲの一方の端部の位置は、ホーン凸部領域ＨＲの一方の端部の位置と一致していてもよい。また、二次電池の幅方向（Ｘ方向）において、アンビル凸部領域ＡＲの他方の端部の位置は、ホーン凸部領域ＨＲの他方の端部の位置と一致していてもよい。
また、図９に示すように、本実施形態の製造方法によって製造された本実施形態の二次電池は、ホーン痕領域３６Ｒおよびアンビル痕領域４３Ｒに沿う少なくとも一方向（Ｘ方向）において、アンビル痕領域４３Ｒの両端部の位置は、ホーン痕領域３６Ｒの両端部の位置と一致、または、ホーン痕領域３６Ｒの両端部の位置よりも内側に位置している。
本実施形態の二次電池およびその製造方法によれば、前述の実施形態１の二次電池１００およびその製造方法と同様の効果を奏することができる。すなわち、集電板４０がアンビルＡの凸部ａによって削られることが防止され、捲回電極群３０と集電板４０との超音波接合による異物の発生を抑制することができる。したがって、異物が捲回電極群３０の内部に混入するのを防止し、短絡経路が形成されるのを防止して、二次電池の歩留まりを向上させることができ、アンビルＡの寿命を延長し、耐久性を向上させることができる。
［実施形態３］
次に、図１から図５および図８を援用し、図１０を参照して、本発明の実施形態３に係る二次電池およびその製造方法について説明する。図１０は、実施形態１の二次電池１００の図７に相当する本実施形態の二次電池のアンビル痕領域４３Ｒを示す拡大平面図である。
次に、図１から図５および図８を援用し、図１０を参照して、本発明の実施形態３に係る二次電池およびその製造方法について説明する。図１０は、実施形態１の二次電池１００の図７に相当する本実施形態の二次電池のアンビル痕領域４３Ｒを示す拡大平面図である。
本実施形態の二次電池は、ホーン痕領域３６Ｒおよびアンビル痕領域４３Ｒに沿う二方向であって、二次電池の幅方向（Ｘ方向）および高さ方向（Ｚ方向）において、それぞれ、アンビル痕領域４３Ｒの両端部の位置が、ホーン痕領域３６Ｒの両端部の位置よりも内側に位置する点で前述の実施形態１の二次電池１００と異なっている。本実施形態の二次電池のその他の構成は、前述の実施形態１の二次電池１００と同様であるので、同様の部分には同一の符号を付して説明を省略する。
本実施形態の二次電池の製造方法における超音波接合工程では、図５および図８に示すように、ホーン凸部領域ＨＲおよびアンビル凸部領域ＡＲに沿う二方向（Ｘ方向、Ｚ方向）において、それぞれ、アンビル凸部領域ＡＲの両端部の位置は、ホーン凸部領域ＨＲの両端部の位置と一致、または、ホーン凸部領域ＨＲの両端部の位置よりも内側に位置している。より具体的には、二次電池の幅方向（Ｘ方向）および高さ方向（Ｚ方向）において、それぞれ、アンビル凸部領域ＡＲの両端部の位置は、ホーン凸部領域ＨＲの両端部の位置よりも内側に位置している。
なお、二次電池の幅方向（Ｘ方向）において、アンビル凸部領域ＡＲの一方の端部の位置は、ホーン凸部領域ＨＲの一方の端部の位置と一致していてもよい。また、二次電池の幅方向（Ｘ方向）において、アンビル凸部領域ＡＲの他方の端部の位置は、ホーン凸部領域ＨＲの他方の端部の位置と一致していてもよい。また、二次電池の高さ方向（Ｚ方向）において、アンビル凸部領域ＡＲの一方の端部の位置は、ホーン凸部領域ＨＲの一方の端部の位置と一致していてもよい。また、二次電池の高さ方向（Ｚ方向）において、アンビル凸部領域ＡＲの他方の端部の位置は、ホーン凸部領域ＨＲの他方の端部の位置と一致していてもよい。
また、図１０に示す例において、ように、本実施形態の製造方法によって製造された本実施形態の二次電池は、ホーン痕領域３６Ｒおよびアンビル痕領域４３Ｒに沿う二方向（Ｘ方向、Ｚ方向）において、アンビル痕領域４３Ｒの両端部の位置は、ホーン痕領域３６Ｒの両端部の位置と一致、または、ホーン痕領域３６Ｒの両端部の位置よりも内側に位置している。
本実施形態の二次電池およびその製造方法によれば、前述の実施形態１の二次電池１００およびその製造方法と同様の効果を奏することができる。すなわち、集電板４０がアンビルＡの凸部ａによって削られることが防止され、捲回電極群３０と集電板４０との超音波接合による異物の発生を抑制することができる。したがって、異物が捲回電極群３０の内部に混入するのを防止し、短絡経路が形成されるのを防止して、二次電池の歩留まりを向上させることができ、アンビルＡの寿命を延長し、耐久性を向上させることができる。
［実施形態４］
最後に、図１から図４を援用し、図１１および図１２を参照して本発明の二次電池の製造方法の実施形態４を説明する。図１１は、本実施形態のアンビル凸部領域ＡＲの一例を示す平面図である。図１２は、図１１に示すアンビル凸部領域ＡＲの側面図である。なお、図１２では、アンビル凸部領域ＡＲの端部の凸部の形状の理解を容易にするためにアンビルＡの側面にハッチングを施している。
最後に、図１から図４を援用し、図１１および図１２を参照して本発明の二次電池の製造方法の実施形態４を説明する。図１１は、本実施形態のアンビル凸部領域ＡＲの一例を示す平面図である。図１２は、図１１に示すアンビル凸部領域ＡＲの側面図である。なお、図１２では、アンビル凸部領域ＡＲの端部の凸部の形状の理解を容易にするためにアンビルＡの側面にハッチングを施している。
本実施形態の二次電池の製造方法は、アンビル凸部領域ＡＲの端部における凸部ｂの形状が、前述の実施形態１の二次電池の製造方法と異なっている。本実施形態の二次電池の製造方法のその他の点は、前述の実施形態１の二次電池の製造方法と同様であるので、図面において、同一の部分には同一の符号を付して説明を省略する。
本実施形態の二次電池の製造方法において用いられるアンビルＡは、アンビル凸部領域ＡＲの端部の凸部ｂが、四角錐の基端部から先端部に至る途中で切断され、その他の凸部ａよりも突出高さが低くなっている。より具体的には、図１１および図１２に示す例において、二点鎖線の仮想線で示すように、アンビル凸部領域ＡＲの二次電池の幅方向（Ｘ方向）および高さ方向（Ｚ方向）の端部に配置された四角錐形状の凸部を想定する。本実施形態のアンビルＡは、この四角錐形状の凸部が、アンビル凸部領域ＡＲの二次電池の幅方向（Ｘ方向）および高さ方向（Ｚ方向）の端部において、突出方向（Ｙ方向）における基端部の内側縁と頂点との間で切断されている。
これにより、アンビル凸部領域ＡＲの二次電池の幅方向（Ｘ方向）および高さ方向（Ｚ方向）の端部の凸部ｂは、その内側の凸部ａよりも突出方向（Ｙ方向）における高さが低くなっている。これにより、超音波接合時の高加圧と振動によって、アンビル凸部領域ＡＲの二次電池の幅方向（Ｘ方向）および高さ方向（Ｚ方向）の端部における凸部ｂが摩耗したり欠けたりすることが抑制される。したがって、アンビルＡの耐久性を向上させ、アンビルＡの寿命を延ばすことができる。
以上、図面を用いて本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。
たとえば、前述の実施形態では、二次電池がリチウムイオン二次電池である例について説明した。しかし、本発明は、ニッケル水素電池またはニッケル・カドミウム電池、鉛蓄電池のように水溶性電解液を用いる二次電池にも適用が可能である。さらに、本発明は、リチウムイオンキャパシタ等のキャパシタにも適用可能である。
２０ 外部端子
３０ 捲回電極群
３１ 電極
３１ｃ 箔露出部
３２ 電極（負極電極）
３２ｃ 箔露出部
３５ 積層部
３６ ホーン痕
３６Ｒ ホーン痕領域
４０ 集電板
４０Ｎ 負極集電板
４３ アンビル痕
４３Ｒ アンビル痕領域
１００ 二次電池
Ａ アンビル
ＡＲ アンビル凸部領域
ａ 凸部
Ｈ ホーン
ＨＲ ホーン凸部領域
ｈ 凸部
３０ 捲回電極群
３１ 電極
３１ｃ 箔露出部
３２ 電極（負極電極）
３２ｃ 箔露出部
３５ 積層部
３６ ホーン痕
３６Ｒ ホーン痕領域
４０ 集電板
４０Ｎ 負極集電板
４３ アンビル痕
４３Ｒ アンビル痕領域
１００ 二次電池
Ａ アンビル
ＡＲ アンビル凸部領域
ａ 凸部
Ｈ ホーン
ＨＲ ホーン凸部領域
ｈ 凸部
Claims (13)
- 箔露出部を有する電極を捲回した捲回電極群と、扁平に束ねられた前記箔露出部に接合された集電板と、該集電板に接続された外部端子とを備える二次電池であって、
前記箔露出部は、前記集電板に対する超音波接合時にホーンの凸部が押し当てられて複数の凹状のホーン痕が形成されたホーン痕領域を有し、
前記集電板は、前記箔露出部に対する超音波接合時にアンビルの凸部が押し当てられて複数の凹状のアンビル痕が形成されたアンビル痕領域を有し、
前記ホーン痕領域および前記アンビル痕領域に沿う少なくとも一方向において、前記アンビル痕領域の両端部の位置は、前記ホーン痕領域の両端部の位置と一致、または、前記ホーン痕領域の両端部の位置よりも内側に位置することを特徴とする二次電池。 - 前記ホーン痕領域の面積は、前記アンビル痕領域の面積以上であることを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
- 前記ホーン痕は、前記アンビル痕よりも大きいことを特徴とする請求項２に記載の二次電池。
- 前記ホーン痕の密度は、前記アンビル痕の密度よりも低いことを特徴とする請求項３に記載の二次電池。
- 前記箔露出部は、捲回前の状態で前記集電板よりも薄く可撓性および柔軟性を有し、
前記集電板は、捲回されて扁平に束ねられた前記箔露出部よりも高い剛性を有することを特徴とする請求項４に記載の二次電池。 - 前記電極は、負極電極を含み、
前記集電板は、前記負極電極の前記箔露出部に接続される負極集電板を含み、
前記負極電極における前記箔露出部の前記ホーン痕領域の面積は、前記負極集電板における前記アンビル痕領域の面積以上であることを特徴とする請求項２から請求項５のいずれか一項に記載の二次電池。 - 前記負極電極の前記箔露出部は、銅箔によって構成されていることを特徴とする請求項６に記載の二次電池。
- 前記ホーン痕領域および前記アンビル痕領域は、前記一方向に沿う寸法が前記一方向に交差する方向の寸法よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
- 箔露出部を有する電極を捲回した捲回電極群と、扁平に束ねられた前記箔露出部に接合された集電板と、該集電板に接続された外部端子とを備える二次電池の製造方法であって、
扁平に束ねられた前記箔露出部の積層部と前記集電板とを、ホーンとアンビルとの間に挟み、前記ホーンを超音波振動させて接合する超音波接合工程を含み、
前記ホーンは、前記超音波接合工程において前記箔露出部に押し当てられる凸部が形成されたホーン凸部領域を有し、
前記アンビルは、前記超音波接合工程において前記集電板に押し当てられる凸部が形成されたアンビル凸部領域を有し、
前記超音波接合工程では、前記ホーン凸部領域および前記アンビル凸部領域に沿う少なくとも一方向において、前記アンビル凸部領域の両端部の位置は、前記ホーン凸部領域の両端部の位置と一致、または、前記ホーン凸部領域の両端部の位置よりも内側に位置することを特徴とする二次電池の製造方法。 - 前記ホーン凸部領域の面積は、前記アンビル凸部領域の面積以上であることを特徴とする請求項９に記載の二次電池の製造方法。
- 前記ホーンの前記凸部は、前記アンビルの前記凸部よりも大きいことを特徴とする請求項１０に記載の二次電池の製造方法。
- 前記ホーンの前記凸部の密度は、前記アンビルの前記凸部の密度よりも低いことを特徴とする請求項１１に記載の二次電池の製造方法。
- 前記ホーン凸部領域および前記アンビル凸部領域は、前記一方向に沿う寸法が前記一方向に交差する方向の寸法よりも大きいことを特徴とする請求項９に記載の二次電池の製造方法。
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