WO2018159198A1 - 二次電池 - Google Patents

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WO2018159198A1
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WO
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negative electrode
current collector
plate
electrode group
foil exposed
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良介 伊藤
山本　祐輝
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Astemo Ltd
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Hitachi Automotive Systems Ltd
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/531—Electrode connections inside a battery casing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
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    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H—ELECTRICITY
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    • H01M4/66—Selection of materials
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    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the present invention relates to a secondary battery.
  • lithium ion secondary batteries Since lithium ion secondary batteries have higher energy density than other secondary batteries, they are mainly used in portable devices such as digital cameras, notebook computers and mobile phones. In recent years, research and development of large-sized lithium ion secondary batteries for the purpose of electric vehicles and power storage have been actively conducted in order to cope with environmental problems. In particular, in the automobile industry, the development of electric vehicles using a motor as a power source and hybrid electric vehicles using both an internal combustion engine and a motor are underway, some of which have already been put into practical use. Yes.
  • the uncoated portions of the positive electrode and the negative electrode protrude from both ends of the electrode group in which the electrodes are laminated,
  • the protruding uncoated part By connecting the protruding uncoated part to the electrode terminal or current collector, a simple configuration is possible, the current path to the electrode terminal or current collector is shortened, the connection resistance is reduced, and the output is high.
  • the uncoated portion and the current collector are electrically connected by ultrasonic welding or resistance welding.
  • metal foreign matter may be generated and enter the electrode group during the welding process of joining the current collector and the uncoated part of the electrode group.
  • the metal foreign matter that has entered the electrode group enters between the positive electrode and the negative electrode in the electrode group, comes into contact with the positive electrode, is ionized, passes through the separator disposed between the positive electrode and the negative electrode, and is negative. Deposited at the electrode. When deposits deposited on the negative electrode accumulate and come into contact with the positive electrode, an internal short circuit occurs. Thus, when the positive electrode and the negative electrode are partially short-circuited, a necessary voltage cannot be obtained and the battery performance is deteriorated.
  • an uncoated part is formed by providing a hole in an uncoated part and inserting a holding member therethrough and joining the uncoated part and the current collector in a sandwiched state.
  • a structure is disclosed in which the holding member inserted through the metal member prevents the entry of metal foreign matter generated in the welding process into the electrode group.
  • Patent Document 1 there is a risk of occurrence of foreign matter in the electrode foil when a hole is provided in an uncoated part. Further, the structure and the manufacturing method are complicated.
  • the present invention makes the structure and manufacturing method simpler than that of Patent Document 1, and prevents the entry of metallic foreign matter generated in the welding process in which the current collector and the uncoated part of the winding group are joined into the electrode group.
  • An object of the present invention is to provide a secondary battery that realizes a current collecting structure with high resistance to dust generation.
  • a wound electrode group in which a mixture layer is applied and an electrode having a metal foil exposed part on one end side is laminated, and a current collector plate connected to the metal foil exposed part by welding is provided.
  • the exposed portion of the metal foil between the mixture layer stack portion of the wound electrode group and the welded portion of the current collector plate is provided with a recess toward the winding center direction of the wound electrode group. ing.
  • the metal foil gap in the exposed portion of the metal foil is narrowed, and it is possible to prevent the entry of metal foreign matter generated in the welding process for joining the current collector and the exposed metal foil portion of the electrode group into the electrode group.
  • FIG. 1 is an external perspective view of Embodiment 1 illustrating the present invention as a square secondary battery.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of the secondary battery illustrated in FIG. 1.
  • FIG. 3 is an exploded perspective view illustrating a state where a part of the wound electrode group illustrated in FIG. 2 is developed. Sectional drawing of the junction part of the negative electrode foil exposure part of the winding electrode group illustrated in FIG. The disassembled perspective view at the time of ultrasonic bonding of the negative electrode foil exposure part of the wound electrode group illustrated in FIG. Sectional drawing of the junction part of the negative electrode foil exposure part at the time of ultrasonic joining illustrated in FIG. Sectional drawing of the junction part of the negative electrode foil exposure part of the winding electrode group of Embodiment 1.
  • FIG. FIG. 1 is an external perspective view of Embodiment 1 illustrating the present invention as a square secondary battery.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of the secondary battery illustrated in FIG. 1.
  • FIG. 3 is an exploded perspective view illustrating a state where
  • FIG. 6 is an external perspective view of a protective metal plate according to a second embodiment. Sectional drawing of the junction part of the negative electrode foil exposure part of the winding electrode group of Embodiment 2.
  • FIG. FIG. 9 is an exploded perspective view of the negative electrode foil exposed portion of the wound electrode group according to the second embodiment when ultrasonic bonding is performed. Sectional drawing of the junction part of the negative electrode foil exposure part of the winding electrode group of Embodiment 3.
  • FIG. FIG. 9 is an exploded perspective view of the negative electrode foil exposed portion of the wound electrode group according to the third embodiment when ultrasonic bonding is performed. Sectional drawing of the junction part of the negative electrode foil exposure part of the winding electrode group of Embodiment 4.
  • FIG. 1 is an external perspective view of a prismatic secondary battery.
  • the prismatic secondary battery 100 includes a battery can 1 and a battery lid 6.
  • the battery can 1 and the battery lid 6 are made of a metal material such as an aluminum alloy, for example, and are formed by performing deep drawing and pressing.
  • the wound electrode group 3 (see FIG. 2) is built in the battery can 1, and the opening 1 a of the battery can 1 is sealed by the battery lid 6.
  • the battery lid 6 has a substantially rectangular flat plate shape, and is welded so as to close the opening 1 a of the battery can 1 to seal the battery can 1.
  • the battery cover 6 is provided with a positive external terminal 14 and a negative external terminal 12 fixed to the battery cover 6 by an insulating member 5 by insert molding.
  • the wound electrode group 3 is charged via the positive external terminal 14 and the negative external terminal 12, and power is supplied to the external load.
  • the battery cover 6 is integrally provided with a gas discharge valve 10, and when the pressure in the battery container rises, the gas discharge valve 10 opens to discharge gas from the inside, and the pressure in the battery container is reduced. Thereby, the safety of the prismatic secondary battery 100 is ensured.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of the prismatic secondary battery.
  • the battery can 1 of the rectangular secondary battery 100 includes a rectangular bottom surface 1d, a wide surface 1b rising from a pair of long sides of the bottom surface 1d, a narrow surface 1c rising from a pair of short sides of the bottom surface 1d, and the wide surface 1b. And an opening 1a opened upward at the upper end of the narrow surface 1c.
  • a wound electrode group 3 is accommodated in the battery can 1 via an insulating protective film 2.
  • the wound electrode group 3 is formed by winding a strip-like electrode into a flat shape, and is formed continuously between a pair of curved portions facing each other and having a semicircular cross section, and the pair of curved portions. And a flat portion.
  • the wound electrode group 3 is inserted into the battery can 1 from one curved portion side so that the winding axis direction is along the lateral width direction of the battery can 1 and faces the bottom surface 1d, and the other curved portion side is an opening. It is arranged on the 1a side.
  • the positive electrode foil exposed portion 34 c of the wound electrode group 3 is electrically connected to the positive external terminal 14 provided on the battery lid 6 via the positive current collector plate 44.
  • the negative electrode foil exposed portion 32 c of the wound electrode group 3 is electrically connected to the negative electrode external terminal 12 provided on the battery lid 6 via the negative electrode current collector plate 24.
  • a gasket 5 and an insulating plate 7 are provided on the battery lid 6. It has been. Moreover, after injecting electrolyte solution into the battery can 1 from the liquid injection port 9, a liquid injection stopper 11 is joined to the battery lid 6 by laser welding to seal the liquid injection port 9, and the rectangular secondary battery 100 is sealed. To do.
  • examples of the material for forming the positive electrode current collector plate 44 include an aluminum alloy
  • examples of the material for forming the negative electrode current collector plate 24 include a copper alloy
  • examples of the material for forming the gasket 5 include resin materials having insulation properties such as polybutylene terephthalate, polyphenylene sulfide, and perfluoroalkoxy fluororesin.
  • the battery lid 6 is provided with a liquid injection port 9 for injecting an electrolytic solution into the battery container.
  • the liquid injection port 9 is an injection stopper after the electrolytic solution is injected into the battery container. 11 is sealed.
  • a non-aqueous electrolytic solution in which a lithium salt such as lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) is dissolved in a carbonic acid ester-based organic solvent such as ethylene carbonate is used. Can be applied.
  • the positive external terminal 14 and the negative external terminal 12 have a weld joint that is welded to a bus bar or the like.
  • the welded joint has a flat surface disposed above the gasket 5 and parallel to the outer surface of the battery lid 6, and a bus bar or the like is brought into contact with the flat surface to be welded. .
  • the positive electrode current collector plate 44 and the negative electrode current collector plate 24 extend toward the bottom surface along the wide surface of the battery can 1, and face the positive electrode foil exposed portion 34 c and the negative electrode foil exposed portion 32 c of the wound electrode group 3.
  • the positive electrode side connection end portion 42 and the negative electrode side connection end portion 22 which are connected in a state of being overlapped with each other.
  • the insulating protective film 2 is wound around the wound electrode group 3 with the direction along the flat plane of the wound electrode group 3 and the direction orthogonal to the wound axis direction of the wound electrode group 3 as the central axis direction.
  • the insulating protective film 2 is made of, for example, a single sheet made of synthetic resin such as PP (polypropylene) or a plurality of film members, and is parallel to the flat surface of the wound electrode group 3 and orthogonal to the winding axis direction. It has a length that can be wound around the direction as the winding center.
  • FIG. 3 is an exploded perspective view showing a state in which a part of the wound electrode group is developed.
  • the wound electrode group 3 is configured by winding in a flat shape via separators 33 and 35 between the negative electrode 32 and the positive electrode 34.
  • the outermost electrode is the negative electrode 32
  • separators 33 and 35 are wound further outside.
  • the separators 33 and 35 have a role of insulating between the positive electrode 34 and the negative electrode 32.
  • the portion where the negative electrode mixture layer 32b of the negative electrode 32 is applied is larger in the width direction than the portion of the positive electrode 34 where the positive electrode mixture layer 34b is applied, so that the portion where the positive electrode mixture layer 34b is applied is
  • the negative electrode mixture layer 32b is always sandwiched between the coated portions.
  • the positive foil exposed portion 34c and the negative foil exposed portion 32c are bundled at a plane portion and connected by welding or the like.
  • the separators 33 and 35 are wider than the portion where the negative electrode mixture layer 32b is applied in the width direction, but are wound at positions where the metal foil surface at the end is exposed at the positive electrode foil exposed portion 34c and the negative electrode foil exposed portion 32c. Therefore, it does not hinder bundle welding.
  • the positive electrode 34 has a positive electrode active material mixture on both surfaces of a positive electrode foil 34a that is a positive electrode current collector, and a positive electrode foil in which the positive electrode active material mixture is not applied to one end in the width direction of the positive electrode foil 34a.
  • An exposed portion 34c is provided.
  • the negative electrode 32 has a negative electrode active material mixture on both sides of a negative electrode foil 32a, which is a negative electrode current collector, and the negative electrode foil in which the negative electrode active material mixture is not applied to the other end in the width direction of the negative electrode foil 32a.
  • An exposed portion 32c is provided.
  • the positive electrode foil exposed portion 34c and the negative electrode foil exposed portion 32c are regions where the metal surface of the electrode foil is exposed, and are wound so as to be disposed on one side and the other side in the winding axis direction.
  • negative electrode 32 10 parts by weight of polyvinylidene fluoride (hereinafter referred to as PVDF) is added as a binder to 100 parts by weight of amorphous carbon powder as a negative electrode active material, and N as a dispersion solvent.
  • NMP kneading methylpyrrolidone
  • amorphous carbon is used as the negative electrode active material, but the present invention is not limited to this.
  • Natural graphite capable of inserting and removing lithium ions and various artificial graphite materials Carbonaceous materials such as coke, compounds such as Si and Sn (for example, SiO, TiSi 2 etc.), or composite materials thereof may be used. It is not limited.
  • the positive electrode 34 10 parts by weight of flaky graphite as a conductive material and 10 parts by weight of PVDF as a binder are added to 100 parts by weight of lithium manganate (chemical formula LiMn 2 O 4 ) as a positive electrode active material.
  • a positive electrode mixture was prepared by adding and kneading NMP as a dispersion solvent. This positive electrode mixture was applied to both surfaces of an aluminum foil (positive electrode foil) having a thickness of 20 ⁇ m leaving a welded portion (positive electrode uncoated portion). Thereafter, a positive electrode 31 having a thickness of 90 ⁇ m in the thickness of the positive electrode active material coating portion not including an aluminum foil was obtained through drying, pressing, and cutting processes.
  • lithium manganate is used as the positive electrode active material
  • other lithium manganate having a spinel crystal structure or a lithium manganese composite oxide or layered in which a part is substituted or doped with a metal element A lithium cobalt oxide or lithium titanate having a crystal structure, or a lithium-metal composite oxide obtained by substituting or doping a part thereof with a metal element may be used.
  • PVDF polytetrafluoroethylene
  • polyethylene polyethylene
  • polystyrene polybutadiene
  • butyl rubber nitrile rubber
  • Polymers such as styrene butadiene rubber, polysulfide rubber, nitrocellulose, cyanoethyl cellulose, various latexes, acrylonitrile, vinyl fluoride, vinylidene fluoride, propylene fluoride, chloroprene fluoride, acrylic resins, and mixtures thereof.
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • polyethylene polystyrene
  • polybutadiene butyl rubber
  • nitrile rubber Polymers such as styrene butadiene rubber, polysulfide rubber, nitrocellulose, cyanoethyl cellulose, various latexes, acrylonitrile, vinyl fluoride, vinylidene fluoride, propylene fluoride, chloroprene fluoride, acrylic resins, and mixture
  • a positive-side protective metal plate is disposed in front of the positive-side connection end 42 of the positive-electrode current collector plate 44 in the z direction via a positive-electrode metal foil exposed portion 34 c of the wound electrode group 3.
  • 40 is arranged.
  • a negative electrode side protective metal plate 30 is disposed in front of the negative electrode side connection end portion 22 of the negative electrode current collector plate 24 in the z direction via the negative electrode metal foil exposed portion 32 c of the wound electrode group 3.
  • the positive electrode metal foil exposed portion 34 c of the wound electrode group 3 is disposed between the positive electrode current collector plate 44 and the positive electrode side protective metal plate 40, and is sandwiched between the positive electrode current collector plate 44 and the positive electrode side protective metal plate 40.
  • joining is performed by welding such as ultrasonic welding or resistance welding.
  • the negative electrode metal foil exposed portion 32 c of the wound electrode group 3 is disposed between the negative electrode current collector plate 24 and the negative electrode side protective metal plate 30, and the negative electrode current collector plate 24 and the negative electrode side protective metal plate 30.
  • welding such as ultrasonic welding or resistance welding.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the wound electrode group 3, the negative electrode current collector plate 24, and the negative electrode side protective metal plate 40 having a conventional structure, for explaining the principle of the present invention.
  • the principle of dust generation will be described with reference to FIG.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the negative electrode foil exposed portion 32c in a state where the negative electrode current collector plate 24 and the negative electrode side protective metal plate 30 are joined as described above.
  • metal foreign matter is generated by rubbing between the negative electrode foil exposed portions 32c.
  • the generated metal foreign matter reaches the mixture layer portion 201a through the foil gap of the negative electrode foil exposed portion 32c.
  • the separator 33 may pass therethrough and an internal short circuit may occur between the positive electrode 34 and the negative electrode 32.
  • FIG. 5 is an external perspective view when the negative electrode foil exposed portion 32 c of the wound electrode group 3 is sandwiched between the negative electrode current collector plate 24 and the negative electrode side protective metal plate 30 and is ultrasonically welded. Since the structure on the positive electrode side is the same as that shown in the figure, in this embodiment, the negative electrode side will be described as a representative. As shown in FIG. 5, the positioning jig 101 is devised in order to provide the metal foil narrowing portion 32 d which is a characteristic portion of the present invention. The narrowed portion 32d will be described below including the creation process.
  • the negative electrode foil exposed portion 32 c is placed on the negative electrode current collector plate 24.
  • the negative electrode side protection metal plate 30 is pressed by the positioning jig 101 having an open joint, and the negative electrode metal foil exposed portion 32 c is clamped between the protection metal plate 30 and the negative electrode current collector plate 24.
  • the positioning jig 101 is provided with a convex portion 101a from the base portion 101b toward the center of the wound group of the wound electrode group 3. Further, the convex portion 101 a of the positioning jig 101 is disposed so as to be positioned between the mixture layer stacking portion and the negative electrode side protection metal plate 30.
  • FIG. 6 shows the position of the negative electrode foil exposed portion 32c in a state in which the constricted portion 32d is provided in which the negative electrode foil exposed portion 32c is sandwiched between the negative protective metal plate 30 and the negative current collector plate 24 using the positioning jig 101. It is sectional drawing of a laminated part. As shown in FIG. 6, the convex portion 101a provided on the positioning jig 101 is pressed against the negative foil exposed portion 32c. Therefore, the narrowed portion 32 d is provided in the negative electrode foil exposed portion 32.
  • the anvil of the ultrasonic welder is brought into contact with the negative electrode current collector plate 24, and the ultrasonic horn is brought into contact with the negative electrode side protection metal plate 30 from the opening of the positioning jig 101 to perform ultrasonic bonding. .
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of the laminated portion of the negative electrode foil exposed portion 32 c after performing ultrasonic welding using the positioning jig 101.
  • the negative electrode foil exposed portion 32 c between the mixture layer laminated portion of the wound electrode group 3 and the welded portion of the current collector plate 24 ultrasonically welded in the present manufacturing example A recess 32e is provided in the wound electrode group 3 toward the winding center direction. At this time, the foil gap of the negative electrode foil exposed portion 32c becomes narrow and the narrowed portion 32d remains.
  • the metal foreign matter generated during welding does not reach the mixture layer 201a by the positioning jig 101 during welding, but the constricted portion 32d has a concave shape even when the electrolyte is added.
  • the path for the metallic foreign object to reach the mixture layer portion 201d becomes as if it were a maze. Therefore, the distance until the metal foreign matter generated in the vicinity of the negative electrode current collector plate 24 reaches the mixture layer portion 201a becomes long, and the metal foreign matter does not easily reach the mixture layer portion 201a. Thereby, it can suppress that the metal foreign material which generate
  • the depth of the concave shape is effective regardless of the depth, but it is sufficiently effective if the metal foil on the surface of the concave portion 32e is recessed from the surface on which the foil of the negative electrode current collector plate 24 is mounted. (See BB in FIG. 7).
  • the concave shape is provided toward the negative electrode current collector plate 24 side.
  • the present invention can naturally be applied to the positive electrode current collector plate 44 side. By providing the concave portions on both the positive electrode side and the negative electrode side, it becomes more difficult for the metal foreign matter to enter the mixture layer portion 201a.
  • the secondary battery 100 has a positive electrode 34 coated with a mixture layer and having a metal foil exposed portion on one end side, a negative electrode 32, one side surface on which each side edge of each of the separators 33 and 35 is laminated, and a positive electrode 34, the negative electrode 32, and the wound electrode group 3 having the other side surface where the other side edges of the separators 33 and 34 are laminated, the negative electrode current collector plate 24 connected to the negative electrode foil exposed portion 32c, and the negative electrode current collector A negative electrode foil between the mixed electrode layer stack portion of the wound electrode group 3 and the welded portion of the negative electrode current collector plate 24 is provided with a negative electrode side protective metal plate 30 sandwiching the negative electrode foil exposed portion 32c with the plate 24.
  • the exposed portion 32 c is provided with a recess that extends in the winding center direction of the wound electrode group 3.
  • a mixture layer (32b, 34b) is applied, and an electrode (32, 34) having a metal foil exposed portion (32c, 34c) on one end side is provided.
  • the metal foil exposed portion (32c, 34c) between the laminated portion (32b, 34b) and the welded portion of the current collector plate (24, 44) has a concave portion directed toward the center of winding of the wound electrode group (3). Is provided.
  • ultrasonic welding is used for welding.
  • the present invention is effective even in the case of resistance welding, but the effect of suppressing metal foreign matter intrusion can be increased by applying to ultrasonic welding where metal foils are more likely to rub.
  • Embodiment 2 will be described.
  • the difference between the present embodiment and the first embodiment is that the protective metal plate 30 of the first embodiment has a flat plate structure with a size covering the joint, whereas the protective metal plate 50 of the present embodiment is on one side.
  • the point which has the convex part which protrudes differs.
  • FIG. 8 is a perspective view of the protective metal plate 50 according to the second embodiment.
  • the protective metal plate 50 is composed of two parts, a flat part 50b facing the current collector and a convex part 50a protruding from the flat part 50b.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of the laminated portion of the negative electrode foil exposed portion 32c where the convex portions 50a of the protective metal plate 50 are arranged so as to protrude with respect to the winding center direction.
  • the negative electrode foil exposed portion 32 c of the wound electrode group 3 is disposed between the negative electrode current collector plate 24 and the protective metal plate 50, and is sandwiched between the negative electrode current collector plate 24 and the protective metal plate 50 to be a constricted portion. It joins in the state provided with 32d.
  • the convex part of the protective metal plate 50 has a size that does not cause an internal short circuit and the foil gap of the negative electrode foil exposed part 32 c is smaller than the thickness of the separator 33.
  • FIG. 10 is an exploded perspective view of the negative electrode foil exposed portion 32 c, the protective metal plate 50 and the negative electrode current collector plate 24.
  • the width W1 of the protective metal plate 50 is larger than the width W2 of the joint portion 202a with the negative electrode foil exposed portion 32c, and the mixture layer stack portion of the wound electrode group 3 and the negative electrode
  • the width of the concave portion provided in the negative electrode foil exposed portion 32c between the current collector plate 24 and the welded portion and extending toward the winding center of the wound electrode group 3 is increased.
  • the width W1 of the protective metal plate 50 is, for example, the width of the flat portion of the wound electrode group 3 (the width between the pair of curved portions of the wound electrode group 3), the effect becomes greater as described above. .
  • size of the convex part of the convex part 50a of the metal plate 50 for protection if a recessed part is dented rather than the surface which mounts the foil of the negative electrode current collecting plate 24 like Example 1, it is fully effective. Therefore, if the convex portion of the protective metal plate 50 reaches the position on the surface of the negative electrode current collector plate 24 (position BB in FIG. 9), it is sufficiently effective against foreign matter intrusion.
  • the same effect as in the first embodiment is obtained. Furthermore, since the protective metal plate 50 having a convex portion protruding in the winding center direction is arranged and bonded so as to be pressed against the negative electrode foil exposed portion 32c, the mixture layer laminated portion of the wound electrode group 3 and A structure in which the concave portion facing the winding center direction of the wound electrode group 3 provided in the negative electrode foil exposed portion between the welded portion of the negative electrode current collector plate is not deformed by an external force such as a subsequent step of injecting an electrolytic solution or vibration. It becomes.
  • the metal foil exposed portions (32c, 34c) are sandwiched between the current collector plates (24, 44) and the plate metal member (50), and the plate metal
  • the member (50) has a structure in which a convex portion (50a) directed toward the winding center of the wound electrode group (3) is provided and is in contact with the concave portion (32d).
  • the width W1 of the protective metal plate 50 is equal to the width W2 of the joint portion.
  • the tension of the curved portion of the wound electrode group 3 is large, and the curved portion.
  • the width W1 of the protective metal plate 50 is, for example, the width of the flat portion of the wound electrode group 3 (the width between a pair of curved portions of the wound electrode group 3). If it is, it will become possible to suppress the metal foreign material penetration
  • Embodiment 3 will be described.
  • the present embodiment is different from the second embodiment in that instead of the protective metal plate of the first embodiment, the current collector plate is provided with a protruding portion that protrudes in the winding center direction.
  • FIG. 11 shows the third embodiment of the present invention and is the same cross-sectional schematic diagram as FIG.
  • the negative electrode foil exposed portion 32 c of the wound electrode group 3 is disposed between the negative electrode current collector plate 51 and the negative electrode side protective metal plate 30 and is sandwiched between the current collector plate 51 and the negative electrode side protective metal plate 30. Bonding is performed in a state where the narrowed portion 32d is formed.
  • the negative electrode current collector plate 51 having a convex portion 51e that protrudes with respect to the negative electrode foil exposed portion 32c presses the negative electrode foil exposed portion 32c. Since the negative electrode foil exposed portion 32c between the mixture layer portion 201a of the wound electrode group 3 and the welded portion of the negative electrode current collector plate 51 is disposed, the negative electrode current collector plate 51 is disposed. On one surface, a recess 32e is provided in the winding electrode group 3 toward the winding center direction. At this time, the foil gap of the negative electrode foil exposed portion 32c is narrowed to provide the narrowed portion 32d.
  • the convex portion 51 a of the negative electrode current collector plate 51 has such a size that does not cause an internal short circuit and the foil gap of the negative electrode foil exposed portion 32 c is smaller than the thickness of the separator 33.
  • FIG. 12 is an exploded perspective view of the negative electrode foil exposed portion 32 c, the negative electrode side protective metal plate 30, and the negative electrode current collector plate 51.
  • the mixture layer stack of the wound electrode group 3 is larger as the width W3 of the convex portion 51a of the negative electrode current collector plate 51 is larger than the width W2 of the joint portion with the negative electrode foil exposed portion 32c.
  • the width of the concave portion provided in the negative electrode foil exposed portion 32c between the portion and the welded portion of the negative electrode current collector plate toward the winding center direction of the wound electrode group 3 is increased.
  • the width W3 of the convex part 51a of the current collector plate is, for example, the width of the flat part of the wound electrode group 3 (the width between the pair of curved parts of the wound electrode group 3), the mixture layer 201a The effect of suppressing the mixing of metallic foreign matter into the body is increased.
  • size of the convex part of the convex part 51a of the current collecting plate 51 if a recessed part is dented rather than the surface which mounts the foil of the protective metal plate 30, it is sufficient as in Example 1. Therefore, if the convex portion 51a of the negative electrode current collector plate 51 reaches the position on the surface of the protective metal plate 30 (the position CC in FIG. 11), it is sufficiently effective against foreign matter intrusion.
  • the convex part 51a is provided in the current collecting plate side with thick board thickness, it becomes a structure where a recessed part does not deform
  • FIG. 1 is a structure where a recessed part does not deform
  • the convex portion of the negative electrode current collector plate 51 can be formed by a press die, a casting die or the like.
  • Embodiment 4 will be described.
  • the difference between the present embodiment and the second embodiment is that, in addition to the protective metal plate of the second embodiment, a lower protective metal plate 52b having a convex portion is further provided between the current collector plate and the metal foil. is there.
  • FIG. 13 shows the fourth embodiment of the present invention and is the same cross-sectional schematic diagram as FIG.
  • the protective metal plate of the second embodiment is also disposed between the negative electrode foil exposed portion and the negative electrode current collector plate, and the negative electrode foil exposed portion includes the negative electrode current collector plate and the two protective metal plates 52a. , 52b.
  • the other structure in Embodiment 4 is the same as that of Embodiment 2, and attaches
  • the fourth embodiment includes an upper protective metal plate 52 a having a protrusion 52 c protruding from the base 52 d with respect to the negative electrode foil exposed portion 32 c and a protrusion 52 e protruding from the base 52 f. Since the lower protective metal plate 52b is disposed and bonded so that the convex portion is pressed against the negative electrode foil exposed portion 32c, the welded portion between the mixture layer portion 201a of the wound electrode group 3 and the negative electrode current collector plate 24 Two concave portions 32e1 and 32e2 are provided on both surfaces of the negative electrode foil exposed portion 32c between the first electrode 32 and the second electrode foil 3 toward the center of the wound electrode group 3.
  • narrowed portions 32d1 and 32d2 are provided in which the foil gap of the negative electrode foil exposed portion 32c is narrowed.
  • Embodiment 4 also has the same effect as Embodiments 2 and 3. Moreover, since the protective metal plates are arranged on both surfaces of the negative electrode foil exposed portion in the fourth embodiment, the foil gap in the negative electrode foil exposed portion can be made narrower than in the second and third embodiments, and is generated by welding. It can prevent more reliably that a metal foreign material approachs into the mixture layer. At this time, the convex portions of the protective metal plate arranged on both surfaces of the negative electrode foil exposed portion are arranged so as to be shifted between the mixture layer and the current collector plate even if they are arranged to face each other across the negative electrode foil exposed portion. May be. If the convex portions are shifted, the negative electrode foil exposed portion can be easily clamped between the current collector plate and the two protective metal plates, the work efficiency is improved, and the position of the protective metal plate is small. Become.
  • the metal foil exposed portions (32c, 34c) are further connected between the current collecting plates (24, 44) and the plate-like metal member (52a). It has a plate-side plate-like metal member (52b), and the exposed metal foil portions (32c, 34c) are sandwiched between the plate-like metal member (52a) and the current-collection plate-side plate-like metal member (52b).
  • the member (52b) has a structure in which convex portions (52c, 52e) directed toward the winding center direction of the wound electrode group (3) are provided and in contact with the concave portions (32d1, 32d2).
  • the convex portion (52c) of the plate-like metal member (52a) and the convex portion (52e) of the current collector plate-side metal member (52b) are arranged so as to be shifted from each other.
  • Embodiment 5 ⁇ Embodiment 5 >> Subsequently, Embodiment 5 will be described.
  • This embodiment is different from the second embodiment in that in addition to the protective metal plate of the second embodiment, a current collecting plate 51 having a convex portion is further provided.
  • FIG. 14 shows the fifth embodiment of the present invention and is the same cross-sectional schematic diagram as FIG.
  • the other structure in Embodiment 5 is the same as that of Embodiment 2, and attaches
  • the negative electrode foil exposed portion is joined in a state of being sandwiched between the same protective metal plate as in Embodiment 2 and the same negative current collector as in Embodiment 3.
  • the same effects as in the fourth embodiment are obtained.
  • the protective metal plate is only one surface in the fifth embodiment, it can be made cheaper than the third embodiment.
  • the total thickness of the negative electrode foil exposed part to be joined and the protective metal plate does not increase, it can be joined easily. Even if the protective metal plate and the convex part of the current collector plate arranged across the negative electrode foil exposed part are opposed to each other across the negative electrode foil exposed part, they are shifted between the mixture layer and the current collector plate May be. If the convex portions are shifted, the negative electrode foil exposed portion can be easily clamped between the current collector plate and the two protective metal plates, the work efficiency is improved, and the position of the protective metal plate is small. Become.
  • Embodiment 4 and Embodiment 5 although it was set as the structure where two recessed parts are provided, it is good also as a structure where two or more these recessed parts are provided. In that case, it becomes a structure which a metal foreign material cannot penetrate
  • the configuration on the negative electrode side is shown, but this embodiment is not limited to the negative electrode side, and the same configuration as that on the negative electrode side is possible on the positive electrode side.
  • the metal foil exposed portion between the mixture layer stack portion of the wound electrode group and the welded portion of the current collector plate showed only one configuration with a recess toward the winding center direction of the wound electrode group.
  • the embodiment of the present invention is not limited to a single recess, and a plurality of recesses may be provided.
  • the secondary battery was illustrated as a square lithium ion battery.
  • the present invention can be applied to a secondary battery using a water-soluble electrolyte such as a cylindrical lithium ion battery, a nickel metal hydride battery, a nickel cadmium battery, or a lead storage battery.
  • a water-soluble electrolyte such as a cylindrical lithium ion battery, a nickel metal hydride battery, a nickel cadmium battery, or a lead storage battery.

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Abstract

捲回電極群の金属箔露出部を接合する際に発塵する金属異物が、捲回電極群の合剤層積層内部に進入して内部短絡が発生するのを抑制する。捲回電極群の金属箔露出部を接合する際に発塵する金属異物が、捲回電極群の合剤層積層部と接合部の間の金属箔隙間から合剤層積層内部に進入して内部短絡が発生するのを抑制することを課題とする。合剤層を塗布し、一端側に金属箔露出部を有する電極を捲回した捲回電極群と、前記金属箔露出部と溶接により接続される集電板と、を備えた二次電池において、捲回電極群の合剤層積層部と集電板の溶接部との間の金属箔露出部に、捲回電極群の捲回中心方向に向かう凹部が設けられることを特徴とする二次電池。

Description

二次電池
　本発明は二次電池に関する。
　リチウムイオン二次電池は他の二次電池と比較してエネルギー密度が高いため、主にデジタルカメラやノート型パソコン、携帯電話などのポータブル機器に多く使用されている。また近年は環境問題に対応すべく、電気自動車用や電力貯蔵用を目的とする、大型のリチウムイオン二次電池の研究開発が活発に行われている。特に、自動車産業界においては、動力源としてモータを用いる方式の電気自動車や内燃機関とモータとの両方を用いるハイブリッド方式の電気自動車の開発が進められており、その一部はすでに実用化されている。
　リチウムイオン二次電池においては、主に高出力を必要とする車載用等のリチウムイオン二次電池として、電極を積層させた電極群の両端に正極と負極それぞれの未塗工部を突出させ、突出させた未塗工部を電極端子又は集電体に接続することで、簡便な構成を可能にし、かつ電極端子や集電体に至る通電経路を短くし、接続抵抗を小さくして高出力が得られるように工夫したものが種々提案されている。未塗工部と集電体電気的な接続には、超音波溶接や抵抗溶接等により接合される。
　リチウムイオン電池においては、集電体と電極群の未塗工部を接合する溶接工程で金属異物が発生し電極群内に進入する場合がある。電極群内に進入した金属異物は電極群内の正極電極と負極電極との間に入り込み、正極電極に接触してイオン化し、正極電極と負極電極の間に配置されたセパレータを透過して負極電極で析出する。負極電極に析出した析出物が堆積して正極側に接触すると内部短絡を生じる。このように正極電極と負極電極が部分的に短絡すると、必要な電圧が得られなくなり電池性能が低下する。
　特許文献１に記載の電池においては、未塗工部に孔部を設け、そこに挟持部材を挿通させて未塗工部と集電体を挟持した状態で接合することで、未塗工部に挿通した挟持部材が溶接工程で発生する金属異物の電極群内への進入を防ぐ構造が開示されている。
特開２０１４－２１６３０２号公報
　特許文献１に記載の構造では、未塗工部に孔部を設ける際の電極箔の異物発生リスクがある。また、構造及び製造方法が複雑である。
　本発明は、特許文献１に対して構造及び製造方法をより簡易にして、集電体と捲回群の未塗工部を接合する溶接工程で発生する金属異物の電極群内の進入を防止する、発塵耐性の高い集電構造を実現する二次電池を提供することを目的とする。
　本発明では、合剤層を塗布し、一端側に金属箔露出部を有する電極を積層した捲回電極群と、前記金属箔露出部と溶接により接続される集電板と、を備えた二次電池において、前記捲回電極群の合剤層積層部と前記集電板の溶接部との間の金属箔露出部には、前記捲回電極群の捲回中心方向に向かう凹部が設けられている。
　本発明によれば、金属箔露出部の金属箔隙間が狭くなり、集電体と電極群の金属箔露出部を接合する溶接工程で発生する金属異物の電極群内の進入を防止できる。
本発明を角形二次電池として例示する実施形態１の外観斜視図。 図１で図示された二次電池の分解斜視図。 図２に図示された捲回電極群の一部を展開した状態を示す分解斜視図。 図２で図示された捲回電極群の負極箔露出部の接合部の断面図。 図２で図示された捲回電極群の負極箔露出部の超音波接合時の分解斜視図。 図５で図示された超音波接合時の負極箔露出部の接合部の断面図。 実施形態１の捲回電極群の負極箔露出部の接合部の断面図。 実施形態２の保護用金属板の外観斜視図。 実施形態２の捲回電極群の負極箔露出部の接合部の断面図。 実施形態２の捲回電極群の負極箔露出部の超音波接合時の分解斜視図。 実施形態３の捲回電極群の負極箔露出部の接合部の断面図。 実施形態３の捲回電極群の負極箔露出部の超音波接合時の分解斜視図。 実施形態４の捲回電極群の負極箔露出部の接合部の断面図。 実施形態５の捲回電極群の負極箔露出部の接合部の断面図。
　以下、本発明を実施するための実施形態について図面を用いて説明する。
　≪実施形態１≫
　図１は、角形二次電池の外観斜視図である。
　角形二次電池１００は、電池缶１および電池蓋６を備える。電池缶１と電池蓋６は、例えばアルミニウム合金などの金属材料からなり、深絞り加工及びプレス加工を施すことによって形成される。
　電池缶１内には、捲回電極群３（図２を参照）が内蔵され、電池缶１の開口部１ａが電池蓋６によって封口されている。電池蓋６は略矩形平板状であって、電池缶１の開口部１ａを塞ぐように溶接されて電池缶１が封止されている。電池蓋６には、インサート成形により絶縁部材５によって電池蓋６に固定された正極外部端子１４と、負極外部端子１２が設けられている。正極外部端子１４と負極外部端子１２を介して捲回電極群３に充電され、また外部負荷に電力が供給される。電池蓋６には、ガス排出弁１０が一体的に設けられ、電池容器内の圧力が上昇すると、ガス排出弁１０が開いて内部からガスが排出され、電池容器内の圧力が低減される。これによって、角形二次電池１００の安全性が確保される。
　図２は、角形二次電池の分解斜視図である。
　角形二次電池１００の電池缶１は、長方形の底面１ｄと、底面１ｄの一対の長辺から立ち上がる幅広面１ｂと、底面１ｄの一対の短辺から立ち上がる幅狭面１ｃと、これら幅広面１ｂ及び幅狭面１ｃの上端で上方に向かって開放された開口部１ａとを有している。電池缶１内には、絶縁保護フィルム２を介して捲回電極群３が収容されている。
　捲回電極群３は、帯状の電極が扁平形状に捲回されて構成されており、断面半円形状の互いに対向する一対の湾曲部と、これら一対の湾曲部の間に連続して形成される平面部とを有している。捲回電極群３は、捲回軸方向が電池缶１の横幅方向に沿うように、一方の湾曲部側から電池缶１内に挿入されて底面１ｄと対向し、他方の湾曲部側が開口部１ａ側に配置される。
　捲回電極群３の正極箔露出部３４ｃは、正極集電板４４を介して電池蓋６に設けられた正極外部端子１４と電気的に接続されている。また、捲回電極群３の負極箔露出部３２ｃは、負極集電板２４を介して電池蓋６に設けられた負極外部端子１２と電気的に接続されている。これにより、正極集電板４４および負極集電板２４を介して捲回電極群３から外部負荷へ電力が供給され、正極集電板４４および負極集電板２４を介して捲回電極群３へ外部発電電力が供給され充電される。
　正極集電板４４と負極集電板２４、及び、正極外部端子１４と負極外部端子１２を、それぞれ電池蓋６から電気的に絶縁するために、ガスケット５および絶縁板７が電池蓋６に設けられている。また、注液口９から電池缶１内に電解液を注入した後、電池蓋６に注液栓１１をレーザ溶接により接合して注液口９を封止し、角形二次電池１００を密閉する。
　ここで、正極集電板４４の形成素材としては、例えばアルミニウム合金が挙げられ、負極集電板２４の形成素材としては、例えば銅合金が挙げられる。また、ガスケット５の形成素材としては、例えばポリブチレンテレフタレートや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等の絶縁性を有する樹脂材が挙げられる。
　また、電池蓋６には、電池容器内に電解液を注入するための注液口９が穿設されており、この注液口９は、電解液を電池容器内に注入した後に注液栓１１によって封止される。ここで、電池容器内に注入される電解液としては、例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適用することができる。
　正極外部端子１４、負極外部端子１２は、バスバー等に溶接接合される溶接接合部を有している。溶接接合部は、ガスケット５よりも上方で電池蓋６の外面と平行に配置される平坦面を有しており、かかる平坦面にバスバー等が接面されて溶接接合されるようになっている。
　正極集電板４４、負極集電板２４は、電池缶１の幅広面に沿って底面側に向かって延出し、捲回電極群３の正極箔露出部３４ｃ、負極箔露出部３２ｃに対向して重ね合わされた状態で接続される正極側接続端部４２、負極側接続端部２２を有している。
　捲回電極群３の扁平面に沿う方向でかつ捲回電極群３の捲回軸方向に直交する方向を中心軸方向として捲回電極群３の周囲には絶縁保護フィルム２が巻き付けられている。絶縁保護フィルム２は、例えばＰＰ（ポリプロピレン）などの合成樹脂製の一枚のシートまたは複数のフィルム部材からなり、捲回電極群３の扁平面と平行な方向でかつ捲回軸方向に直交する方向を巻き付け中心として巻き付けることができる長さを有している。
　図３は、捲回電極群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３は、負極電極３２と正極電極３４の間にセパレータ３３、３５を介して扁平状に捲回することによって構成されている。捲回電極群３は、最外周の電極が負極電極３２であり、さらにその外側にセパレータ３３、３５が捲回される。セパレータ３３、３５は、正極電極３４と負極電極３２との間を絶縁する役割を有している。負極電極３２の負極合剤層３２ｂが塗布された部分は、正極電極３４の正極合剤層３４ｂが塗布された部分よりも幅方向に大きく、これにより正極合剤層３４ｂが塗布された部分は、必ず負極合剤層３２ｂが塗布された部分に挟まれるように構成されている。正極箔露出部３４ｃ、負極箔露出部３２ｃは、平面部分で束ねられて溶接等により接続される。尚、セパレータ３３、３５は幅方向で負極合剤層３２ｂが塗布された部分よりも広いが、正極箔露出部３４ｃ、負極箔露出部３２ｃで端部の金属箔面が露出する位置に捲回されるため、束ねて溶接する場合の支障にはならない。
　正極電極３４は、正極集電体である正極箔３４ａの両面に正極活物質合剤を有し、正極箔３４ａの幅方向一方側の端部には、正極活物質合剤を塗布しない正極箔露出部３４ｃが設けられている。負極電極３２は、負極集電体である負極箔３２ａの両面に負極活物質合剤を有し、負極箔３２ａの幅方向他方側の端部には、負極活物質合剤を塗布しない負極箔露出部３２ｃが設けられている。正極箔露出部３４ｃと負極箔露出部３２ｃは、電極箔の金属面が露出した領域であり、捲回軸方向の一方側と他方側の位置に配置されるように捲回される。
　負極電極３２に関しては、負極活物質として非晶質炭素粉末１００重量部に対して、結着剤として１０重量部のポリフッ化ビニリデン（以下、ＰＶＤＦという。）を添加し、これに分散溶媒としてＮ－メチルピロリドン（以下、ＮＭＰという。）を添加、混練した負極合剤を作製した。この負極合剤を厚さ１０μｍの銅箔（負極箔）の両面に溶接部（負極未塗工部）を残して塗布した。その後、乾燥、プレス、裁断工程を経て、銅箔を含まない負極活物質塗布部厚さ７０μｍの負極電極３２を得た。
　尚、本実施形態では、負極活物質に非晶質炭素を用いる場合について例示したが、これに限定されるものではなく、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（例えば、ＳｉＯ、ＴｉＳｉ２等）、またはそれの複合材料でもよく、その粒子形状においても、鱗片状、球状、繊維状、塊状等、特に制限されるものではない。
　正極電極３４に関しては、正極活物質としてマンガン酸リチウム（化学式ＬｉＭｎ２Ｏ４）１００重量部に対し、導電材として１０重量部の鱗片状黒鉛と結着剤として１０重量部のＰＶＤＦとを添加し、これに分散溶媒としてＮＭＰを添加、混練した正極合剤を作製した。この正極合剤を厚さ２０μｍのアルミニウム箔（正極箔）の両面に溶接部（正極未塗工部）を残して塗布した。その後、乾燥、プレス、裁断工程を経て、アルミニウム箔を含まない正極活物質塗布部厚さ９０μｍの正極電極３１を得た。
　また、本実施形態では、正極活物質にマンガン酸リチウムを用いる場合について例示したが、スピネル結晶構造を有する他のマンガン酸リチウムや一部を金属元素で置換又はドープしたリチウムマンガン複合酸化物や層状結晶構造を有すコバルト酸リチウムやチタン酸リチウムやこれらの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るようにしてもよい。
　また、本実施形態では、正極電極３４、負極電極３２における塗工部の結着剤としてＰＶＤＦを用いる場合について例示したが、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２に図示されるように、正極集電板４４の正極側接続端部４２のｚ方向の前方には、捲回電極群３の正極金属箔露出部３４ｃを介して正極側保護用金属板４０が配置されている。また、負極集電板２４の負極側接続端部２２のｚ方向の前方には、捲回電極群３の負極金属箔露出部３２ｃを介して負極側保護用金属板３０が配置されている。捲回電極群３の正極金属箔露出部３４ｃは、正極集電板４４と正極側保護用金属板４０との間に配置され、正極集電板４４と正極側保護用金属板４０とにより挟圧された状態で、例えば、超音波溶接や抵抗溶接等の溶接により接合される。同様に、捲回電極群３の負極金属箔露出部３２ｃは、負極集電板２４と負極側保護用金属板３０との間に配置され、負極集電板２４と負極側保護用金属板３０とにより挟圧された状態で、超音波溶接や抵抗溶接等の溶接により接合される。
　図４は本発明の原理を説明するため、従来構造の捲回電極群３、負極集電板２４、負極側保護用金属板４０を切断した断面図である。図４を用いて発塵の原理について説明する。図４は負極箔露出部３２ｃが負極集電板２４と負極側保護用金属板３０が上記のように接合された状態の断面図である。溶接により接合される際に、負極箔露出部３２ｃ同士の擦れにより金属異物が発塵する。発塵した金属異物は負極箔露出部３２ｃの箔隙間を経由して合剤層部２０１ａに到達する。また、接合時には合剤層部２０１ａまで到達せずに負極箔露出部３２ｃの箔隙間に存在する金属異物は、その後の電解液の注液工程などにより合剤層部２０１ａに到達する。金属異物が合剤層部２０１ａまで進入すると、溶解析出反応を起こし、セパレータ３３を透過し正極電極３４と負極電極３２間で内部短絡が生じる可能性がある。
　このように、金属異物に起因する捲回電極群３の内部短絡を防止するには、合剤層内部に金属異物が進入するのを抑制する必要がある。
　続いて本発明の特徴点について説明する。図５は、捲回電極群３の負極箔露出部３２ｃが、負極集電板２４と負極側保護用金属板３０とにより挟圧されて超音波溶接される時の外観斜視図である。なお、正極側の構造も本図と同様の構造となるため、本実施例では負極側を代表して説明する。図５に図示されるように、本発明の特徴部となる金属箔の狭窄部３２ｄを設けるために、位置決め治具１０１を工夫している。その狭窄部３２ｄを作成工程を含めて以下で説明する。
　まずは負極集電板２４に負極箔露出部３２ｃを載せる。次に接合部が開口している位置決め冶具１０１で負極側保護用金属板３０を押えて、負極金属箔露出部３２ｃを保護用金属板３０と負極集電板２４とで挟圧する。このとき、位置決め冶具１０１は基部１０１ｂから捲回電極群３の捲回群中心方向に向かう凸部１０１ａを設けてある。また、位置決め冶具１０１の凸部１０１ａは、合剤層積層部と負極側保護用金属板３０の間に位置するように配置する。
　図６は、位置決め冶具１０１を用いて、負極箔露出部３２ｃを負極側保護用金属板３０と負極集電板２４とで挟圧した狭窄部３２ｄを設けた状態の、負極箔露出部３２ｃの積層部の断面図である。図６に図示されるように、位置決め冶具１０１に設けられた凸部１０１ａは負極箔露出部３２ｃに押圧される。そのため、負極箔露出部３２に狭窄部３２ｄが設けられる。この状態で、超音波溶接機のアンビルを負極集電板２４に当接させ、超音波ホーンを位置決め冶具１０１の開口部から負極側保護用金属板３０に当接させ、超音波接合を実施する。
　図７は位置決め冶具１０１を用いて超音波溶接を実施した後の負極箔露出部３２ｃの積層部の断面図である。図７に図示されるように、本製造実施例で超音波溶接された、捲回電極群３の合剤層積層部と集電板２４の溶接部との間の負極箔露出部３２ｃには捲回電極群３の捲回中心方向に向かう凹部３２ｅが設けられる。このとき、負極箔露出部３２ｃの箔隙間は狭くなり狭窄部３２ｄが残る。溶接時に発塵した金属異物は、当然溶接時には位置決め治具１０１によって合剤層部２０１ａに到達しないようになるが、電解液を入れた際にもこの狭窄部３２ｄが凹形状になっていることによって、金属異物が合剤層部２０１ｄに到達する経路があたかも迷路のようになる。そのため、負極集電板２４の近傍で発生した金属異物が合剤層部２０１ａに到達するまでの距離が長くなり、金属異物が合剤層部２０１ａに到達しづらくなる。これにより、負極箔露出部３２ｃが接合される際に発塵する金属異物が負極箔露出部３２ｃの箔隙間を経由して合剤層部２０１ａに到達するのを抑制することができる。なお、凹形状の程度はどの程度の深さであれ効果があるが、凹部３２ｅの表面の金属箔が、負極集電板２４の箔を搭載している面よりも凹んでいれば十分に効果がある（図７のＢ－Ｂ参照）。また、本実施形態では負極集電板２４側に向かって凹形状を設ける構成としたが、当然負極側保護用金属板３０側に凹形状となるように凹部３２ｅを設けても効果がある。また、上述したように本発明を正極集電板４４側に適用することも当然に可能である。正極側、負極側両方に凹部を設けることによって、より合剤層部２０１ａに金属異物が侵入しにくくなる。
　上記実施形態１によれば、下記の効果を奏する。
　二次電池１００は、合剤層を塗布し、一端側に金属箔露出部を有する正極電極３４と負極電極３２、セパレータ３３、３５それぞれの各一側縁が積層された一側面、および正極電極３４と負極電極３２、セパレータ３３、３４それぞれの他側縁が積層された他側面を有する捲回電極群３と、負極箔露出部３２ｃと接続される負極集電板２４と、前記負極集電板２４とで負極箔露出部３２ｃを挟持する負極側保護用金属板３０を備え、前記捲回電極群３の合剤層積層部と前記負極集電板２４の溶接部との間の負極箔露出部３２ｃには、前記捲回電極群３の捲回中心方向に向かう凹部が設けられる。これにより、溶接で発生した金属異物が合剤層内部へ進入するのを防ぎ、金属異物による内部短絡を抑制することが可能となる。
　上記の効果を実現するための具体的構造の一例としては、合剤層（３２ｂ、３４ｂ）を塗布し、一端側に金属箔露出部（３２ｃ、３４ｃ）を有する電極（３２、３４）を捲回した捲回電極群（３）と、金属箔露出部（３２ｃ、３４ｃ）と溶接により接続される集電板（２４、４４）と、を備え、捲回電極群（３）の合剤層積層部（３２ｂ、３４ｂ）と集電板（２４、４４）の溶接部との間の金属箔露出部（３２ｃ、３４ｃ）には、捲回電極群（３）の捲回中心方向に向かう凹部が設けられる構造である。
　また、本実施形態では、溶接に超音波溶接を用いている。もちろん本発明は抵抗溶接の場合でも有効であるが、より金属箔同士が擦れやすい超音波溶接を行っているものに適用することで金属異物侵入抑制の効果が大きくなる。
　≪実施形態２≫
　続いて実施形態２について説明する。本実施形態が実施形態１と異なる点は、実施形態１の保護用金属板３０は接合部を覆う大きさの平板構造であるのに対して、本実施形態の保護用金属板５０は一面に突出する凸部を有する点が異なる。
　図８は、実施形態２における保護用金属板５０の斜視図である。図８に示す通り、保護用金属板５０は集電板と対向する平坦部５０ｂと、平坦部５０ｂから突出する凸部５０ａの２つの部分からなる。
　図９は、保護用金属板５０の凸部５０ａが捲回中心方向に対して突出するように配置させて接合された、負極箔露出部３２ｃの積層部の断面図である。捲回電極群３の負極箔露出部３２ｃは、負極集電板２４と保護用金属板５０との間に配置され、負極集電板２４と保護用金属板５０とにより挟圧されて狭窄部３２ｄが設けられた状態で接合される。
　図９に図示されるように、本実施形態においては、負極箔露出部３２ｃに対して突出する凸部３２ｄを有する保護用金属板５０が、その凸部３２ｄが負極箔露出部３２ｃに押圧するように配置されて接合されるため、捲回電極群３の合剤層部２０１ａと負極集電板２４の溶接部との間の負極箔露出部３２ｃは、保護用金属板５０が配置される一面に、前記捲回電極群３の捲回中心方向に向かう凹部３２ｅが設けられる。このとき、負極箔露出部３２ｃの箔隙間は狭くなり狭窄部３２ｄが設けられることとなる。これにより、負極箔露出部３２ｃが接合される際に発塵する金属異物が負極箔露出部３２ｃの箔隙間を経由して合剤層部２０１ａに進入するのを抑制することができる。このように、保護用金属板５０の凸部は、内部短絡を引き起こさない、負極箔露出部３２ｃの箔隙間がセパレータ３３の厚みよりも小さくなるような大きさとすることが好ましい。
　図１０は、負極箔露出部３２ｃ、保護用金属板５０と負極集電板２４の分解斜視図である。図１０に図示されるように、保護用金属板５０の幅Ｗ１は、負極箔露出部３２ｃとの接合部２０２ａの幅Ｗ２よりも大きいほど、捲回電極群３の合剤層積層部と負極集電板２４の溶接部との間の負極箔露出部３２ｃに設けられる、捲回電極群３の捲回中心方向に向かう凹部の幅が大きくなる。これにより、負極箔露出部３２ｃが接合される際に発塵する金属異物が負極箔露出部３２ｃの箔隙間を経由して合剤層部２０１ａに到達するのをより確実に抑制することができる。なお、保護用金属板５０の幅Ｗ１が接合部の幅Ｗ２の幅であったとしても十分効果があることはいうまでもない。また、捲回電極群３の湾曲部の張力が大きいため、湾曲部には金属異物しづらい構造となっている。そのため、保護用金属板５０の幅Ｗ１の幅はたとえば捲回電極群３の平坦部の幅（捲回電極群３の一対の湾曲部間の幅）であれば上述のとおりより効果が大きくなる。また、保護用金属板５０の凸部５０ａの凸部の大きさについては、実施例１と同様、凹部が負極集電板２４の箔を搭載している面よりも凹んでいれば十分に効果があるので、保護用金属板５０の凸部は負極集電板２４の表面の位置（図９のＢ－Ｂの位置）まで到達していれば十分に異物侵入に対して効果がある。
　実施形態２においても、実施形態１と同様な効果を奏する。さらに、捲回中心方向に突出する凸部を有する保護用金属板５０が、負極箔露出部３２ｃに押圧するように配置されて接合されるため、捲回電極群３の合剤層積層部と負極集電板の溶接部との間の負極箔露出部に設けられる捲回電極群３の捲回中心方向に向かう凹部は、その後の電解液の注液工程や振動等の外力により変形しない構造となる。これにより、負極箔露出部の箔隙間を狭くした状態を、溶接後も確実に維持できるため、接合時には合剤層部まで到達せずに負極箔露出部の箔隙間に存在する金属異物が、その後の電解液の注液工程などにより合剤層積層部に進入することも確実に防止できる。
　上記の効果を実現するための具体的構造の一例としては、金属箔露出部（３２ｃ、３４ｃ）が集電板（２４、４４）と板状金属部材（５０）とによって挟持され、板状金属部材（５０）は、捲回電極群（３）の捲回中心方向に向かう凸部（５０ａ）が設けられ、凹部（３２ｄ）と当接している構造となっている。
　また、保護用金属板５０の幅Ｗ１が接合部の幅Ｗ２の幅であったとしても十分効果があることはいうまでもないが、捲回電極群３の湾曲部の張力が大きく、湾曲部には金属異物しづらい構造となっているため、保護用金属板５０の幅Ｗ１の幅はたとえば捲回電極群３の平坦部の幅（捲回電極群３の一対の湾曲部間の幅）であればより合剤層部２０１ａへの金属異物侵入を抑制することが可能となる。
　≪実施形態３≫
　続いて、実施形態３について説明する。本実施形態が実施形態２と異なる点は、実施形態１の保護用金属板に替えて、集電板に捲回中心方向に対して突出する凸部を設けた点である。
　図１１は、本発明の実施形態３を示し、図９と同一断面模式図である。
捲回電極群３の負極箔露出部３２ｃは、負極集電板５１と負極側保護用金属板３０との間に配置され、集電板５１と負極側保護用金属板３０とにより挟圧された狭窄部３２ｄが形成された状態で接合される。
　図１１に図示されるように、本実施形態においては、負極箔露出部３２ｃに対して突出する凸部５１ｅを有する負極集電板５１が、その凸部５１ｅが負極箔露出部３２ｃに押圧するように配置されて接合されるため、捲回電極群３の合剤層部２０１ａと負極集電板５１の溶接部との間の負極箔露出部３２ｃは、負極集電板５１が配置される一面に、捲回電極群３の捲回中心方向に向かう凹部３２ｅが設けられる。このとき、負極箔露出部３２ｃの箔隙間は狭くなり狭窄部３２ｄが設けられる。これにより、負極箔露出部３２ｃが接合される際に発塵する金属異物が負極箔露出部３２ｃの箔隙間を経由して合剤層部２０１ａに到達するのを抑制することができる。このように、負極集電板５１の凸部５１ａは、内部短絡を引き起こさない、負極箔露出部３２ｃの箔隙間がセパレータ３３の厚みよりも小さくなるような大きさとすることが好ましい。
　図１２は、負極箔露出部３２ｃ、負極側保護用金属板３０と負極集電板５１の分解斜視図である。図１２に図示されるように、負極集電板５１の凸部５１ａの幅Ｗ３は、負極箔露出部３２ｃとの接合部の幅Ｗ２よりも大きいほど、捲回電極群３の合剤層積層部と負極集電板の溶接部との間の負極箔露出部３２ｃに設けられる、捲回電極群３の捲回中心方向に向かう凹部の幅が大きくなる。これにより、負極箔露出部３２ｃが接合される際に発塵する金属異物が負極箔露出部３２ｃの箔隙間を経由して合剤層部２０１ａに到達するのをより確実に抑制することができる。なお、集電板の凸部５１ａの幅Ｗ３が接合部の幅Ｗ２の幅であったとしても十分効果があることはいうまでもない。また、捲回電極群３の湾曲部の張力が大きいため、湾曲部には金属異物しづらい構造となっている。そのため、集電板の凸部５１ａの幅Ｗ３の幅はたとえば捲回電極群３の平坦部の幅（捲回電極群３の一対の湾曲部間の幅）であればより合剤層部２０１ａへの金属異物混入抑制の効果が大きくなる。また、集電板５１の凸部５１ａの凸部の大きさについては、実施例１と同様、凹部が保護用金属板３０の箔を搭載している面よりも凹んでいれば十分に効果があるので、負極集電板５１の凸部５１ａは保護用金属板３０の表面の位置（図１１のＣ－Ｃの位置）まで到達していれば十分に異物侵入に対して効果がある。なお、板厚の厚い集電板側に凸部５１ａを設けているため、実施形態２よりもより、凹部がその後の電解液の注液工程や振動等の外力により変形しない構造となる。
　実施形態３においても、実施形態２と同様な効果を奏する。負極集電板５１の凸部はプレス金型や鋳造型等により成型することができる。
　≪実施形態４≫
　続いて、実施形態４について説明する。本実施形態が実施形態２と異なる点は、実施形態２の保護用金属板に加えて、さらに凸部を有する下部保護用金属板５２ｂを集電板と金属箔との間に設けた点である。
　図１３は、本発明の実施形態４を示し、図１１と同一断面模式図である。
　実施形態４においては、実施形態２の保護用金属板は、負極箔露出部と負極集電板の間にも配置されており、負極箔露出部は、負極集電板と二つの保護用金属板５２ａ、５２ｂによって挟圧された状態で接合される。なお、実施形態４における他の構成は、実施形態２と同様であり、対応する部材に同一の符号を付して説明を省略する。
　図１３に図示されるように、実施形態４においては負極箔露出部３２ｃに対して基部５２ｄから突出する凸部５２ｃを有する上部保護用金属板５２ａと、基部５２ｆから突出する凸部５２ｅを有する下部保護用金属板５２ｂが、その凸部が負極箔露出部３２ｃに押圧するように配置されて接合されるため、捲回電極群３の合剤層部２０１ａと負極集電板２４の溶接部との間の負極箔露出部３２ｃの両面には、前記捲回電極群３の捲回中心方向に向かう２つの凹部３２ｅ１、３２ｅ２が設けられる。このとき、負極箔露出部３２ｃの箔隙間が狭くなる狭窄部３２ｄ１、３２ｄ２が設けられる。この二つの狭窄部によって、実施形態１と比較して、負極集電板２４の近傍で発生した金属異物が合剤層部２０１ａに到達するまでの距離がより長くなり、金属異物が合剤層部２０１ａに到達しづらくなる。そのため、より金属異物が合剤層部２０１ａに到達する可能性が低くなり、内部短絡の可能性が低くなる。
　実施形態４においても、実施形態２、３と同様な効果を奏する。しかも、実施形態４では保護用金属板が負極箔露出部の両面に配置されているので、実施形態２、３よりも負極箔露出部の箔隙間を一層狭くすることができ、溶接で発生した金属異物が合剤層内部へ進入するのをさらに確実に防ぐことができる。このとき、負極箔露出部の両面に配置する保護用金属板の凸部は、負極箔露出部を挟んで互いに対向して配置をしても、合剤層と集電板の間でずらして配置してもよい。凸部をずらして配置すると、負極箔露出部を、集電板と２つの保護用金属板によって挟圧することが容易となり、作業能率が良いものとなり、かつ、保護用金属板の位置ずれが少なくなる。
　上記の効果を実現するための具体的構造の一例としては、金属箔露出部（３２ｃ、３４ｃ）は、集電板（２４、４４）と板状金属部材（５２ａ）との間にさらに集電板側板状金属部材（５２ｂ）を有し、金属箔露出部（３２ｃ、３４ｃ）は板状金属部材（５２ａ）及び集電板側板状金属部材（５２ｂ）で挟持され、集電板側板状金属部材（５２ｂ）は、捲回電極群（３）の捲回中心方向に向かう凸部（５２ｃ、５２ｅ）が設けられ、凹部（３２ｄ１、３２ｄ２）と当接している構造である。
　また、本発明では、板状金属部材（５２ａ）の凸部（５２ｃ）と、集電板側板状金属部材（５２ｂ）の凸部（５２ｅ）は互いにずれて配置される構造になっている。
　≪実施形態５≫
　続いて、実施形態５について説明する。本実施形態が実施形態２と異なる点は、実施形態２の保護用金属板に加えて、さらに凸部を有する集電板５１設けた点である。図１４は、本発明の実施形態５を示し、図１３と同一断面模式図である。なお、実施形態５における他の構成は、実施形態２と同様であり、対応する部材に同一の符号を付して説明を省略する。
　実施形態５においては、負極箔露出部は、実施形態２と同じ保護用金属板と、実施形態３と同じ負極集電板によって挟圧された状態で接合される。
　図１４に図示されるように、実施形態５においては負極箔露出部３２ｃに対して基部５０ｂから突出する凸部５０ａを有する保護用金属板５０と、基部５１ｄから突出する凸部５１ａを有する負極集電板５１が、それぞれ２つの凸部が負極箔露出部３２ｃに押圧するように配置されて接合されるため、捲回電極群３の合剤層部２０１ａと負極集電板５１の溶接部との間の負極箔露出部３２ｃの両面には、捲回電極群３の捲回中心方向に向かう凹部３２ｄ１、３２ｄ２が設けられる。このとき、負極箔露出部３２ｃの箔隙間が狭くなる。
　実施形態５においても、実施形態４と同様な効果を奏する。しかも、実施形態５では保護用金属板が一面のみであるため実施形態３よりも安価にすることができる。また、接合する負極箔露出部と保護用金属板の総厚みが大きくならないため、容易に接合することができる。負極箔露出部を挟んで配置する保護用金属板と集電板の凸部は、負極箔露出部を挟んで互いに対向して配置をしても、合剤層と集電板の間でずらして配置してもよい。凸部をずらして配置すると、負極箔露出部を、集電板と２つの保護用金属板によって挟圧することが容易となり、作業能率が良いものとなり、かつ、保護用金属板の位置ずれが少なくなる。
　なお、実施形態４と実施形態５では凹部が２つ設けられる構造としたが、この凹部が２個以上設けられるような構造としてもよい。その場合には、より合剤層部２０１ａに金属異物が侵入しにくい構造となる。
　以上が本発明の内容になる。なお。上記実施形態における二次電池の構造は、単に一例として例示するものであり、適宜、変更して適用することが可能である。
　上記実施形態では、負極側の構成のみを示したが、本実施形態は、負極側に限定するものではなく、正極側も負極側と同様の構成が可能である。また、捲回電極群の合剤層積層部と集電板の溶接部との間の金属箔露出部には、捲回電極群の捲回中心方向に向かう凹部が一つの構成のみ示したが、本発明の実施形態は一つの凹部に限定されるものではなく、複数の凹部を設ける構成としても良い。
　上記実施形態では、二次電池を角形リチウムイオン電池として例示した。しかし、本発明は、円筒形リチウムイオン電池またはニッケル水素電池やニッケル・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
上記では、種々の実施の形態および変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。上記各実施形態を組み合わせて適用することも可能であり、本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。
１　　　　電池缶
１ａ　　　　開口部
１ｂ　　　　幅広側面
１ｃ　　　　幅狭側面
１ｄ　　　　底面
２　　　　絶縁保護フィルム
３　　　　捲回電極群
５　　　　ガスケット
６　　　　電池蓋
７　　　　絶縁板
９　　　　注液口
１０　　　ガス排出弁
１１　　　注液栓
１２　　　負極外部端子
１４　　　正極外部端子
２２　　　負極側接続端部
２４　　　負極集電板
３０　　　負極側保護用金属板
３２　　　負極電極
３２ａ　　負極箔
３２ｂ　　　負極合剤層
３２ｃ　　　負極箔露出部
３３　　　セパレータ
３４　　　正極電極
３４ａ　　正極箔
３４ｂ　　　正極合剤層
３４ｃ　　　正極箔露出部
３５　　　セパレータ
４０　　　正極側保護用金属板
４２　　　正極側接続端部
４４　　　正極集電板
５０　　　保護用金属板
５１　　　負極集電板
５２ａ　　上部保護用金属板
５２ｂ　　下部保護用金属板
１００　　角形二次電池
１０１　　位置決め冶具
２０１ａ　合剤層部
２０２ａ　接合部

Claims (8)

  1. 　合剤層を塗布し、一端側に金属箔露出部を有する電極を捲回した捲回電極群と、
    　前記金属箔露出部と溶接により接続される集電板と、を備えた二次電池において、
    　前記捲回電極群の合剤層積層部と前記集電板の溶接部との間の金属箔露出部には、前記捲回電極群の捲回中心方向に向かう凹部が設けられることを特徴とする二次電池。
  2. 　請求項１に記載の二次電池において、前記溶接部は、超音波溶接部であることを特徴とする二次電池。
  3. 　請求項１又は２に記載の二次電池において、前記金属箔露出部は、前記集電板と板状金属部材とによって挟持され、前記板状金属部材は、前記捲回電極群の捲回中心方向に向かう凸部が設けられ、前記凹部と当接していることを特徴とする二次電池。
  4. 　請求項３に記載の二次電池において、前記金属箔露出部は、前記集電板と板状金属部材との間にさらに集電板側板状金属部材を有し、当該金属箔露出部は板状金属部材及び集電板側板状金属部材で挟持され、前記集電板側板状金属部材は、前記捲回電極群の捲回中心方向に向かう凸部が設けられ、前記凹部と当接していることを特徴とする二次電池。
  5. 　請求項４に記載の二次電池において、前記板状金属部材の凸部と、前記集電板側板状金属部材の凸部は互いに対向して配置されることを特徴とする二次電池。
  6. 　請求項４に記載の二次電池において、前記板状金属部材の凸部と、前記集電板側板状金属部材の凸部は互いにずれて配置されることを特徴とする二次電池。
  7. 　請求項１乃至６のいずれかに記載の二次電池において、前記金属箔露出部は銅箔であり、前記電極は負極であることを特徴とする二次電池。
  8. 　請求項１に記載の二次電池において、前記凹部は複数個設けられることを特徴とする二次電池。
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