JP2011049065A - 非水電解質電池およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】超音波接合時の不良が低減され、かつ高エネルギー密度である非水電解質電池を提供する。
【解決手段】容器１と、前記容器内に収納され、正極および負極を含む電極群２と、前記電極群の前記正極及び負極夫々から延出された複数の正極集電タブ３及び複数の負極集電タブ４と、前記複数の正極集電タブ及び負極集電タブと夫々電気的に接続された正極リード７及び負極リード８と、前記容器の開口部を塞ぐ蓋９と、前記蓋に設けられ、前記正極リード又は負極リードと電気的に接続された出力端子１２，１３とを備える非水電解質電池である。前記複数の正極集電タブ及び前記複数の負極集電タブの少なくとも一方の集電タブは挟持板５，６に挟まれ、前記挟持板は、前記少なくとも一方の集電タブを挟んで１箇所以上のかしめで固定され、前記リードと前記挟持板と前記少なくとも一方の集電タブとは、１箇所以上の超音波により接合されていることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、非水電解質電池およびその製造方法に関するものである。

近年、電子機器の発達に伴ない、小型で軽量かつエネルギー密度が高く、さらに繰り返し充放電が可能な非水電解質二次電池としてリチウム二次電池が発達してきた。また、最近では、ハイブリッド車や電気自動車に搭載する車載用二次電池、電力平準化に使用される電力貯蔵用二次電池として好適な、急速充電および高出力放電が可能でかつサイクル性能に優れた非水電解質二次電池の開発が要望されている。このような二次電池として、負極活物質として小粒径（一次粒子の平均粒子径が１μｍ以下）のリチウムチタン酸化物（リチウムチタン複合酸化物）を用いた、急速充電および高出力放電が可能でかつサイクル性能に優れた非水電解質二次電池の開発がなされている。

エネルギー密度の高い二次電池の需要により、複数枚の集電タブを一つにする必要があり、例えば特許文献１には、断面略Ｖ字状の集電板を用いることが記載されている。これにおいては、複数積層された金属箔を集電板で挟み、正極集電部の稜部にレーザ光を照射することにより溶接される。レーザ溶接において、材料同士の密着性が重要で、固定が不十分で材料同士に隙間が空いている場合は、充分な溶接状態を得られないことが一般的に知られている。特許文献１においては、断面略Ｖ字状の集電板と金属箔の先端との密着性が不安定であるため、充分な溶接状態を得られない場合がある。そのため溶接箇所を複数設けて集電するなどの対策が必要であるが、部品点数が増えることは避けられない。

特許文献２には、発電要素の端面からはみ出した電極の金属箔（集電タブ）の間に電極接続部（リード）を挟み込み、この電極接続部とともに金属箔が挟持板で挟まれた構造が開示されている。

特許第４１３４５２１号 特許第４２０４２５８号

複数枚の集電タブおよび挟持板およびリードを一つに接続する手法としては、レーザ溶接のほかに超音波接合も挙げられる。超音波接合が使用されると、振動によって挟持板の位置がずれて、所定の寸法で設計された容器内に電極群を収容できない場合がある。容器の寸法に余裕をもたせると、エネルギー密度の低下につながってしまう。

本発明の目的は、超音波接合時の不良が低減され、かつ高エネルギー密度である非水電解質電池およびその製造方法を提供することにある。

本発明の非水電解質電池は、容器と、
前記容器内に収納され、正極および負極を含む電極群と、
前記電極群の前記正極および負極それぞれから延出された複数の正極集電タブおよび複数の負極集電タブと、
前記複数の正極集電タブおよび負極集電タブとそれぞれ電気的に接続された正極リードおよび負極リードと、
前記容器の開口部を塞ぐ蓋と、
前記蓋に設けられ、前記正極リードまたは負極リードと電気的に接続された出力端子と
を備える非水電解質電池であって、
前記複数の正極集電タブおよび前記複数の負極集電タブの少なくとも一方の集電タブは挟持板に挟まれ、
前記挟持板は、前記少なくとも一方の集電タブを挟んで１箇所以上のかしめで固定され、
前記リードと前記挟持板と前記少なくとも一方の集電タブとは、１箇所以上の超音波により接合されていることを特徴とする。

また、本発明の非水電解質電池の製造方法は、前述の非水電解質電池の製造方法であって、前記少なくとも一方の集電タブを挟んだ挟持板をかしめにより固定した後、前記リードと前記少なくとも一方の集電タブとの超音波接合を行なうことを特徴とする。

本発明によれば、超音波接合時の不良が低減され、かつ高エネルギー密度である非水電解質電池およびその製造方法を提供することができる。

一実施形態に係る非水電解質電池を示す分解斜視図。 集電タブと挟持板との接続の一例を示す平面図。 集電タブと挟持板とをかしめる工程を示す概略図。 集電タブ、挟持板、およびリードの接続の一例を示す平面図。 集電タブ、挟持板、およびリードを超音波接合する工程を示す概略図。 集電タブ、挟持板、およびリードの接続の他の例を示す平面図。 集電タブ、挟持板、およびリードの接続の他の例を示す平面図。 集電タブ、挟持板、およびリードの接続の他の例を示す平面図。 他の実施形態に係る非水電解質電池を示す分解斜視図。 集電タブと挟持板とをかしめる工程を示す概略図。 集電タブ、挟持板、およびリードを超音波接合する工程を示す概略図。 他の実施形態に係る非水電解質電池を示す分解斜視図。 他の実施形態に係る非水電解質電池を示す分解斜視図。 集電タブと挟持板との接続の他の例を示す平面図。 集電タブ、挟持板、およびリードの接続の他の例を示す平面図。 他の実施形態に係る非水電解質電池を示す分解斜視図。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。

一実施形態にかかる非水電解質電池は、図１に示すように、有底矩形筒状をなす容器１を具備する。容器１は、例えば、アルミニウム板もしくはアルミニウム合金板に深絞り加工を施すことにより成形されたものである。電極群２は、例えば、シート状の正極と、シート状の負極とをセパレータを間にして渦巻状に捲回した後、全体を容器の横断面形状に合致した断面四角形状に押し潰し変形することにより作製される。

正極は、例えば、正極活物質を含むスラリーをアルミニウム箔もしくはアルミニウム合金箔からなる集電体に塗布することにより作製される。正極活物質としては、リチウムを吸蔵放出できる酸化物や硫化物、ポリマーなどが使用できる。好ましい活物質としては、高い正極電位が得られるリチウムマンガン複合酸化物、リチウムニッケル複合酸化物、リチウムコバルト複合酸化物、リチウム燐酸鉄等が挙げられる。

また、負極は、負極活物質を含むスラリーをアルミニウム箔もしくはアルミニウム合金箔からなる集電体に塗布することにより作製される。負極活物質としては、リチウムを吸蔵放出できる金属酸化物、金属硫化物、金属窒化物、合金等が使用でき、好ましくは、リチウムイオンの吸蔵放出電位が金属リチウム電位に対して０．４Ｖ以上貴となる物質である。このようなリチウムイオン吸蔵放出電位を有する負極活物質は、アルミニウムもしくはアルミニウム合金とリチウムとの合金反応を抑えられることから、負極集電体および負極関連構成部材へのアルミニウムもしくはアルミニウム合金の使用を可能とする。例えば、チタン酸化物、リチウムチタン酸化物、タングステン酸化物、アモルファススズ酸化物、スズ珪素酸化物、および酸化珪素などがあり、中でもリチウムチタン複合酸化物が好ましい。セパレータとしては、微多孔性の膜、織布、不織布、これらのうち同一材または異種材の積層物等を用いることができる。セパレータを形成する材料としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン共重合ポリマー、エチレン−ブテン共重合ポリマー等を挙げることができる。

非水電解液（図示しない）は容器１内に収容されており、電極群２に含浸されている。非水電解液は、非水溶媒に電解質（例えば、リチウム塩）を溶解させることにより調製される。非水溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、ブチレンカーボネート（ＢＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、γ−ブチロラクトン（γ−ＢＬ）、スルホラン、アセトニトリル、１，２−ジメトキシエタン、１，３−ジメトキシプロパン、ジメチルエーテル、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、２−メチルテトラヒドロフラン等を挙げることができる。非水溶媒は、単独で使用しても、２種以上混合して使用してもよい。電解質としては、例えば、過塩素酸リチウム（ＬｉＣｌＯ₄）、六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ₆）、四フッ化ホウ酸リチウム（ＬｉＢＦ₄）、六フッ化砒素リチウム（ＬｉＡｓＦ₆）、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム（ＬｉＣＦ₃ＳＯ₃）等のリチウム塩を挙げることができる。電解質は単独で使用しても、２種以上混合して使用してもよい。電解質の非水溶媒に対する溶解量は、０．２ｍｏｌ／Ｌ〜３ｍｏｌ／Ｌとすることが望ましい。

電極群２の一方の端面には、スラリーが塗布されていない正極集電体が露出している。露出した正極集電体は、電極群２の厚さ方向に積層されており、これが複数の正極集電タブ３として機能する。一方、電極群２の他方の端面には、スラリーが塗布されていない負極集電体が露出している。露出した負極集電体は、電極群２の厚さ方向に積層されており、これが複数の負極集電タブ４として機能する。

正極集電タブ３には、例えば図１のように、正極の集電体を延出させたものを使用することができるが、正極と別体であってもよい。また、負極集電タブ４には、例えば図１のように、負極の集電体を延出させたものを使用することができるが、負極と別体であってもよい。

正極集電タブ３および負極集電タブ４は、挟持板５および挟持板６でそれぞれ挟まれている。シート状の正極とシート状の負極とを捲回して電極群が構成されるので、挟持板は、集電タブの湾曲している両端部を除いたストレート部分のみを挟んで配置される。負極集電タブ４を挟んだ挟持板６は、図２に示すように、かしめにより固定されている。かしめによる接続部は、参照符号１７として図に示されている。

ここで、かしめとは、集電タブ４と挟持板６とを圧着により接続することをさす。かしめによる接続部１７は、集電タブ４を挟んだ挟持板６の一方の面に凹部が形成され、挟持板の他方の面においては、この凹部と対応する箇所に凸部が形成された形状を有する。

こうした挟持板６と集電タブ４との固定は、例えば図３に示されるように、集電タブ４を挟んだ挟持板６を台座１８上に載置し、かしめ用ポンチ１９を用いてかしめることによって行なわれる。正極集電タブ３を挟んだ挟持板５も同様に、かしめにより固定されていることが好ましい。

かしめによって、挟持板６は集電タブ４に仮止めされることになる。その結果、後の工程でリードを挟持板に超音波により接合する際、位置ずれを軽減することができる。

ところで、容器１の開口部は封口部材によって封止される。図１に示すように、封口部材は、容器１の開口部を塞ぐ蓋９と、蓋９の外面（上面）にガスケット１０および１１を介してそれぞれかしめ固定された正極出力端子１２および負極出力端子１３を備える。蓋９は、アルミニウムまたはアルミニウム合金板材等の金属を素材にしたプレス成形品からなる。図示していないが、蓋９には、電解液注入孔および安全弁が設けられている。電解液注入後、電解液注入孔は封止栓（図示しない）で閉止され、この封止栓は、蓋９に溶接される。

蓋９の内面（下面）には、負極リード８が絶縁体１５を介して配置されるとともに、正極リード７が絶縁体１４を介して配置される。負極リード８は、接続プレート８₁と、接続プレート８₁に開口された貫通孔８₂と、接続プレート８₁から下方に延びた集電部８₃とを有する。絶縁体１５は、貫通孔１５₁が開口された矩形プレートからなる。負極出力端子１３は、リベットで、蓋９上に配置された頭部１３ａと、頭部１３ａから下方に延出された軸部（図示しない）とを有する。負極出力端子１３の軸部が、絶縁体１５の貫通孔１５₁と負極リード８の貫通孔８₂に挿入されてかしめ固定される、つまり、負極出力端子１３は蓋９にかしめ固定され、さらに負極リード８にもかしめ固定される。こうして、負極リード８が負極出力端子１３と電気的に接続される。

正極リード７は、接続プレート７₁と、接続プレート７₁に開口された貫通孔７₂と、接続プレート７₁から下方に延びた集電部７₃とを有する。絶縁体１４は、貫通孔１４₁が開口された矩形プレートからなる。正極出力端子１２は、リベットで、蓋９上に配置された頭部１２ａと、頭部１２ａから下方に延出された軸部（図示しない）とを有する。正極出力端子１２の軸部が、絶縁体１４の貫通孔１４₁と正極リード７の貫通孔７₂に挿入されてかしめ固定される、つまり、正極出力端子１２は蓋９にかしめ固定され、さらに正極リード７にもかしめ固定される。こうして、正極リード７が正極出力端子１２と電気的に接続される。

負極出力端子１３および負極リード８の材質は、活物質の材質に合わせて変更することができる。例えば負極活物質としてチタン酸リチウムが用いられる場合には、アルミニウムもしくはアルミニウム合金を使用することができる。一方、正極出力端子１２および正極リード７は、例えば、アルミニウムあるいはアルミニウム合金を使用することができる。

負極リード８は、負極集電タブ４と接続される。具体的には、負極リード８の集電部８₃は、図４に示すように、かしめにより負極集電タブ４に固定された挟持板６と、超音波により接合される。超音波による接合部は、参照符号２０として図中に示されている。負極集電タブ４を挟んだ挟持板６と負極リードの集電部８₃とは、例えば、図５に示されるようにアンビル２１とホーン２２とを用いて超音波により接合することができる。これにより、負極集電タブ４が、負極の挟持板６および負極リード８を介して負極出力端子１３と電気的に接続される。なお、超音波による接合部２０の所望される寸法や位置などに応じて、アンビルおよびホーンは適切に選択すればよい。

すでに説明したように、集電タブ４と挟持板６とはかしめにより固定されているので、リード８を超音波により接合する際に振動を受けても、位置ずれが生じることは避けられる。

正極の挟持板５も同様に、正極リード７の集電部７₃に超音波により接合されることが好ましい。これにより、正極集電タブ３が、正極の挟持板５および正極リード７を介して正極出力端子１２と電気的に接続される。

また、前述した図では、正極出力端子および負極出力端子をいずれもリベットとしたが、負極出力端子のみをリベットとし、蓋９の外面に凸状に張り出した部分により正極出力端子を構成してもよい。あるいは、正極出力端子のみをリベットとして、蓋９の外面に凸状に張り出した部分を負極出力端子とすることもできる。

挟持板とリードとの接続の形態は、種々の変更が可能である。例えば、図６に示されるように、リード８の集電部８₃と挟持板６との超音波による接合部２０を２箇所に設けてもよい。この場合には、かしめによる接続部１７を間にして、２箇所の超音波による接合部２０が挟持板６の長手方向に沿って配置される。図４の例と比較すると、挟持板の幅、すなわち集電タブの幅を小さくできるので、電極群の幅をより広く確保できるといった利点がある。

また、挟持板と集電タブとをかしめにより固定する接続部１７が、２箇所以上に設けられた場合には、これらの固定はより確実なものとなる。かしめによる接続部１７の位置は、図７に示すような挟持板６の長辺の両端、あるいは、図８に示すような挟持板６の短辺の両端のいずれとしてもよい。図示していないが、挟持板６の対角線上の２箇所に、かしめによる接続部１７を設けることもでき、超音波による接合部２０と組み合わせて種々の変更が可能である。

なお、かしめによる接続部および超音波による接合部は、いずれも、複数枚の集電タブを一つに束ねたもの毎に数える。一つに束ねられた複数枚の集電タブと挟持板とは、少なくとも１箇所のかしめにより固定され、こうした挟持板とリードとは、少なくとも１箇所の超音波により接合される。

以下、他の実施形態にかかる種々の構成の非水電解質電池を示すが、いずれにおいても、上述したような挟持板における接続形態の変更は適用することができる。

図９に示す非水電解質電池は、集電タブ、挟持板、およびこれに接続されるリードの構造が異なる以外は、図１に示したものと同様の構成である。具体的には、正極集電タブ３ａおよび負極集電タブ４ａは、それぞれ二つに分けられて挟持板５ａおよび挟持板６ａで挟まれている。ここで用いられる挟持板５ａ，６ａは、それぞれ二箇所のＵ字状部分を有している。各集電タブにおいては、挟持板により束ねられた箇所がニ箇所となるので、これに対応して、正極リード７ａの集電部７₃および負極リード８ａの集電部８₃も二又で構成される。

挟持板と集電タブとの固定にあたっては、例えば図１０に示されるように、集電タブ４ａの厚みを二分して挟持板６ａで挟んで台座２４を配置し、かしめ用ポンチ２５を用いてかしめする。

かしめによって負極集電タブ４ａに固定された挟持板６ａは、超音波によりリード８ａの集電部８₃と接合される。超音波による接合は、例えば図１１に示すように、アンビル２６とホーン２７とを用いて行なうことができる。

集電タブが二つに分けて挟持板で挟まれるので、束ねられる集電タブの積層枚数が低減される。こうした状態でかしめが行なわれることにより、挟持板と集電タブとの固定を、より確実なものとすることができる。

図１２に示す非水電解質電池は、シート状の正極とシート状の負極とをセパレータを間に挟んで交互に積層することにより作製された電極群２ｂを有する。複数の正極集電タブ３ｂは、正極の複数個所と電気的に接続されており、それぞれが積層型電極面の一方の側面から横向きに導出されている。複数の負極静電タブ４ｂは、負極の複数個所と電気的に接続されており、それぞれが積層型電極の対向する他方の側面から横向きに導出されている。

正極集電タブ３ｂとしては、例えば正極の集電体を部分的に延出されたものを使用することができるが、正極と別体であってもよい。また、負極集電タブ４ｂとしては、例えば、負極の集電体を部分的に延出されたものを用いることができるが、負極と別体であってもよい。

積層型電極群２ｂであるので、挟持板６ｂは、負極集電タブ４ｂの幅全体を挟むことができる。正極集電タブ３ｂについても、その幅全体が挟持板５ｂで挟まれる。

こうした点が異なる以外は、図示する電池は図１に示した非水電解質電池と同様の構成であり、集電タブと挟持板とは同様にかしめされる。また、集電タブと挟持板とリードとは、前述と同様に超音波により接合される。

以上においては、電極群の両側から複数の集電タブがそれぞれ引き出された両出し型の非水電解質電池の例を示した。こうした構成の電池は、容器内に収容する際の位置ずれの影響が特に大きい。本発明においては、複数の集電タブの少なくとも一方を挟持板で挟んでかしめにより固定し、超音波により挟持板とリードとが接合されるので、位置ずれを大幅に低減することが可能となった。その結果、高エネルギー密度の非水電解質電池を提供することができる。

両出し型のみならず、複数の集電タブが電極群の一方の側から引き出された片出し型の非水電解質電池にも本発明は有効である。

図１３は、捲回片出し型の非水電解質電池の例であり、容器３１内に電極群３２が収容される。電極群３２は、シート状の正極と、シート状の負極とをセパレータを間にして渦巻状に捲回した後、全体を容器の横断面形状に合致した断面四角形状に押し潰し変形することにより作製される。

複数の正極集電タブ３４は、正極の複数個所と電気的に接続されており、それぞれが電極群３２の上端面３２ａから上向きに導出されている。一方、複数の負極集電タブ３５は、負極の複数個所と電気的に接続されており、それぞれが電極群３２の上端面３２ａから上向きに導出されている。

正極集電タブ３４としては、例えば正極の集電体を部分的に延出されたものを使用することができるが、正極と別体であってもよい。また、負極集電タブ３５としては、例えば、負極の集電体を部分的に延出されたものを用いることができるが、負極と別体であってもよい。

正極集電タブ３４および負極集電タブ３５は、それぞれ挟持板３６および挟持板３７で挟まれ、上述したようにかしめされる。例えば図１４に示すように、負極集電タブ３５を挟んだ挟持板３７は、かしめにより固定される。かしめによる接続部は、参照符号５８として示されている。

容器３１の開口部は、封口部材によって封止される。封口部材は、容器３１の開口部を塞ぐ蓋３８と、蓋３８の外面（上面）にガスケット３９を介して取り付けられた負極出力端子(リベット)４０と、蓋３８の外面（上面）側に凸状に張り出した正極出力端子４３とを備える。図示していないが、蓋３８には、電解液注入口および安全弁が設けられている。負極リード４１は、上面と側面とを有するＬ字型であり、絶縁部材（図示しない）を介して蓋３８の内面（下面）に配置される。負極リード４１の上面は、負極出力端子４０にかしめ固定されることにより、負極出力端子４０と電気的に接続される。一方、正極リード４２は、蓋３８の内面（下面）に直接配置されることで正極出力端子４３と電気的に接続される。なお、電解液注入孔（図示しない）より、電解液（図示しない）を注入後、封止栓（図示しない）で閉止される。この封止栓は、蓋３８に溶接される。

Ｌ字型の負極リード４１は、負極集電タブ３５と接続される。具体的には、負極リード４１の側面は、図１５に示すように、かしめによる接続部５８によって負極集電タブ３５に固定された挟持板３７と、超音波により接合される。超音波による接合部は、参照符号５９として示されている。

さらに、蓋３８の内面（下面）と電極群３２の正極集電タブ３４および負極集電タブ３５が突出している上端面３２ａとの間に設けられる空間を囲むように、スペーサ５１ａ，５１ｂが配置される。スペーサ５１ａは、四角形のプレートの両方の短辺と、長辺方向の中間地点とに、仕切り板５２ａ〜５２ｃが設けられたものである。仕切り板５２ａ〜５２ｃの端面には、突起５３が設けられている。

一方、スペーサ５１ｂは、四角形のプレートの両方の短辺と、長辺方向の中間地点とに、仕切り板５４ａ〜５４ｃが設けられたものである。仕切り板５４ａ〜５４ｃの端面には、スペーサ５１ａの突起５３を嵌め込むための凹部５５が設けられている。スペーサ５１ａの仕切り板５２ａ〜５２ｃの突起５３を、スペーサ５１ｂの仕切り板５４ａ〜５４ｃの凹部５５に嵌め込むと、スペーサ５１ａの仕切り板５２ａ，５２ｂとスペーサ５１ｂの仕切り板５４ａ，５４ｂとで囲まれた空間内に正極集電タブ３４と挟持板３６と正極リード４２とが位置し、スペーサ５１ａの仕切り板５２ｂ，５２ｃとスペーサ５１ｂの仕切り板５４ｂ，５４ｃとで囲まれた空間内に負極集電タブ３５と挟持板３７と負極リード４１とが位置する。これにより、正極集電タブ３４と負極集電タブ３５との絶縁、挟持板３６と挟持板３７との絶縁、正極リード４２と負極リード４１との絶縁、これら部材と容器３１との絶縁が達成される。

また、こうしたスペーサ５１ａ，５１ｂは、電池に振動や衝撃が加わった際の電極群２の移動を防止することができる。さらに、電解液注入孔から注入された電解液が電極群３２の上部に溜まるため、電極群３２の上端面から電解液が浸透し易くなり、電極群３２に電解液を均一に含浸させることができる。スペーサ５１ａ，５１ｂの４隅には、容器３１と電極群３２の空隙に電解液を浸透させるために穴５６が設けられている。スペーサ５１ａ，５１ｂの材質としては、ＰＰ、ＰＦＡなどが挙げられる。

上述した構成の非水電解質電池は、図１６に示すような積層片出し型の構成に適用することもできる。図示する非水電解質電池は、シート状の正極とシート状の負極とをセパレータを挟んで交互に積層することにより作製された電極群３３を有する。

こうした点が異なる以外は、図示する電池は図１３に示した非水電解質電池と同様の構成であり、集電タブと挟持板とは同様にかしめられる。また、集電タブと挟持板とリードとは、前述と同様に超音波により接合される。

電極群の片側から複数の集電タブが引き出された非水電解質電池においても、容器内に収容する際の位置ずれは回避されることが望まれる。本発明においては、複数の集電タブの少なくとも一方を挟持板で挟んでかしめにより固定し、この挟持板とリードとが超音波により接合されるので、位置ずれを大幅に低減することが可能となった。その結果、高エネルギー密度の非水電解質電池を提供することができる。

[実施例]
以下、実施例を示して本発明を詳細に説明する。

（実施例１）
正極には、リチウムコバルト酸化物（ＬｉＣｏＯ₂）と、導電剤として黒鉛粉末と、結着剤としてポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）とを含む活物質含有層が、アルミニウムもしくはアルミニウム合金箔からなる集電体の両面に形成されたシート状のものを使用した。一方、負極には、リチウム金属の開回路電位に対して開回路電位０．４Ｖ以上のリチウム吸蔵電位を有する負極活物質粉末と導電剤として炭素粉末と結着剤としてポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）とを含む活物質含有層が、アルミニウムもしくはアルミニウム合金箔からなる集電体の両面に形成されたシート状のものを使用した。

電極群２は、正極と負極との間にセパレータを介在させながら、これらを渦巻状に捲回した後、全体を金属製容器１の断面形状に合致した断面四角形状に押し潰し変形することにより作製された図１に示した構造を有するものを使用した。

正極集電タブ３には、正極集電体を渦巻状に延出させたものを使用した。また、負極集電タブ４には、負極集電体を渦巻状に延出させたものを使用した。図１に示すように、正極集電タブ３および負極集電タブ４それぞれについて、所定枚数で積層して集電タブの先端部を重ね合わせ、集電タブを挟み込むように挟持板５および６を配置した。

図３に示したように、挟持板の下側にブロック状の台座を配置した状態で、挟持板の上からポンチを使ってかしめを施した。かしめ後の集電タブおよび挟持板とリードとを超音波により接合した。

超音波による接合には、日本エマソン株式会社製の超音波溶接機を使った。超音波溶接機のホーンの先端角度は９０°とし、ホーンのパターン深さは、集電タブ群と挟持板の厚さと同等とした。こうして得られた電池を実施例１とした。実施例１の電池における集電タブと挟持板とリードとの接続の状態は、図６に示されるものとした。

また、挟持板を固定するかしめの数、または挟持板で挟まれる集電タブの積層枚数を変更して、実施例２，３の電池を作製した。実施例２の電池は、２箇所にかしめを行なって集電タブと挟持板とを固定し、集電タブと挟持板とリードとを図７に示すように接続した以外は実施例１と同様に作製した。実施例３の電池は、集電タブの積層枚数を増加した以外は実施例１と同様に作製した。

さらに、集電タブと挟持板とのかしめを行なわないで比較例１，２の電池を作製した。比較例においては、超音波による接合時に挟持板の位置ずれが発生して、電極群を容器内に挿入できないため、予め位置ズレ量を見込んだ電極群の寸法とした。よって実施例と比較例に使用した容器は同じサイズであるが、電極群の寸法が異なる。

比較例１のエネルギー密度を１００％とし、実施例１〜３、および比較例２の電池のエネルギー密度を相対値として求めた。それぞれの電池の体積エネルギー密度を、挟持板で挟まれる集電タブ積層枚数、および挟持板を固定するかしめの数とともに、下記表１にまとめる。

比較例１の電池と比較すると、実施例１、２の電池は、体積エネルギー密度が５％向上している。挟持板で挟まれる集電タブの積層枚数が増えた場合でも、集電タブと挟持板とのかしめが行なわれていれば、実施例３に示されるように同等の体積エネルギー密度を得ることができる。

これに対して、かしめが行なわれない場合には、集電タブの積層枚数が増加すると超音波接合時の位置ズレも大きくなる。同等の寸法の容器内に収容するには、電極群の寸法を縮小しなければならない。そのため、体積エネルギー密度が低下することが、比較例２の結果に示されている。

すなわち、集電タブと挟持板とをかしめにより固定することによって、これらは仮止めされるので超音波接合時の位置ズレが軽減され、歩留まりを低下させることがない。しかも、容器に対して無駄のない適切な寸法で電極群を作製することができ、エネルギー密度の高いリチウムイオン二次電池が得られる。

次に、積層型の電池を作製した。具体的には、実施例１の場合と同様の正極と負極とセパレータとを用い、正極と負極とをその間にセパレータを介在させながら交互に積層することにより積層型電極群を作製した。

正極集電タブには、正極集電体を帯状に延出させたものを使用した。また、負極集電タブには、負極集電体を帯状に延出させたものを使用した。図１２に示したように、正極集電タブ３ｂおよび負極集電タブ４ｂそれぞれについて、所定枚数で積層して集電タブの先端部を重ね合わせ、集電タブを挟み込むように挟持板５ｂおよび６ｂを配置した。

前述と同様の手法により、集電タブと挟持板とをかしめにより固定し、次いで、集電タブおよび挟持板とリードとを超音波により接合した。こうして得られた電池を実施例４とした。

また、挟持板を固定するかしめの数、または挟持板で挟まれる集電タブの積層枚数を変更した以外は前述と同様の手法により、実施例５，６の電池を作製した。実施例５の電池は、２箇所にかしめを行なって集電タブと挟持板とを固定し、集電タブと挟持板とリードとを図１５に示すように接続した。なお、実施例４，６では、図１５におけるかしめによる接続部５８を１箇所のみとした。

さらに、集電タブと挟持板とのかしめを行なわないで比較例３，４の電池を作製した。比較例においては、超音波による接合時に挟持板の位置ずれが発生して、電極群を容器内に挿入できないため、予め位置ズレ量を見込んだ電極群の寸法とした。よって実施例と比較例に使用した容器は同じサイズであるが、電極群の寸法が異なる。

比較例３のエネルギー密度を１００％とし、実施例４〜６、および比較例４の電池のエネルギー密度を相対値として求めた。それぞれの電池の体積エネルギー密度を、挟持板で挟まれる集電タブ積層枚数、および挟持板を固定するかしめの数とともに、下記表２にまとめる。

比較例３の電池と比較すると、実施例４、５の電池は、体積エネルギー密度が５％向上している。挟持板で挟まれる集電タブの積層枚数が増えた場合でも、集電タブと挟持板とのかしめが行なわれていれば、実施例６に示されるように同等の体積エネルギー密度が得ることができる。

これに対して、かしめが行なわれない場合には、集電タブの積層枚数が増加すると超音波接合時の位置ズレも大きくなる。同等の寸法の容器内に収容するには、電極群の寸法を縮小しなければならない。そのため、体積エネルギー密度が低下することが、比較例４の結果に示されている。

すなわち、集電タブと挟持板とをかしめにより固定することによって、これらは仮止めされるので超音波接合時の位置ズレが軽減され、歩留まりを低下させることがない。しかも、容器に対して無駄のない適切な寸法で電極群を作製することができ、エネルギー密度の高いリチウムイオン二次電池が得られる。

前述した実施例では非水電解液を用いた電池を例えに説明したが、非水電解液の代わりに固体電解質やポリマー電解質、または水溶液電解質を用いた電池についても当然適応可能である。さらに正負極活物質に関してもこの限りでなく、他の活物質を用いることができる。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

１…容器； ２，２ｂ…電極群； ３，３ａ，３ｂ…正極集電タブ
４，４ａ，４ｂ…負極集電タブ； ５，５ａ，５ｂ…挟持板
６，６ａ，６ｂ…挟持板； ７，７ａ…正極リード； ８，８ａ…負極リード
７₁，８₁…接続プレート； ７₂，８₂…貫通孔； ７₃，８₃…集電部； ９…蓋
１０…ガスケット； １１…ガスケット； １２…正極出力端子
１３…負極出力端子； １４，１５…絶縁体；１４₁，１５₁…貫通孔
１７…かしめによる接続部； １８，２４…台座； １９，２５…かしめ用ポンチ
２０…超音波による接合部； ２１，２６…アンビル； ２２，２７…ホーン
３１…容器； ３２，３３…電極群； ３２ａ，３３ａ…上端面
３４…正極集電タブ； ３５…負極集電タブ； ３６，３７…挟持板； ３８…蓋
３９…ガスケット； ４０…負極出力端子； ４１…負極リード； ４２…正極リード
４３…正極出力端子； ５１ａ，５１ｂ…スペーサ； ５２ａ〜５２ｃ…仕切り板
５３…突起； ５４ａ〜５４ｃ…仕切り板； ５５…凹部； ５６…穴
５８…かしめによる接続部； ５９…超音波による接合部。

Claims (3)

1. 容器と、
   前記容器内に収納され、正極および負極を含む電極群と、
   前記電極群の前記正極および負極それぞれから延出された複数の正極集電タブおよび複数の負極集電タブと、
   前記複数の正極集電タブおよび負極集電タブとそれぞれ電気的に接続された正極リードおよび負極リードと、
   前記容器の開口部を塞ぐ蓋と、
   前記蓋に設けられ、前記正極リードまたは負極リードと電気的に接続された出力端子と
   を備える非水電解質電池であって、
   前記複数の正極集電タブおよび前記複数の負極集電タブの少なくとも一方の集電タブは挟持板に挟まれ、
   前記挟持板は、前記少なくとも一方の集電タブを挟んで１箇所以上のかしめで固定され、
   前記リードと前記挟持板と前記少なくとも一方の集電タブとは、１箇所以上の超音波接合により形成されていることを特徴とする非水電解質電池。
2. 前記複数の正極集電タブおよび前記複数の負極集電タブは、いずれも挟持板で挟まれていることを特徴とする請求項１に記載の非水電解質電池。
3. 請求項１または２に記載の非水電解質電池の製造方法であって、前記少なくとも一方の集電タブを挟んだ挟持板をかしめにより固定した後、前記リードと前記少なくとも一方の集電タブを挟んだ狭持板とを超音波接合することを特徴とする方法。

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