電池およびその製造方法
【課題】蓋体を貫通する電極端子を備えた電池において、絶縁成型体やパッキンを用いなくても、蓋体と電極端子とを確実に絶縁した状態でシールし、且つ安定に固定できるようにする。
【解決手段】蓋体２０には、上方に突出する凸部２１、２２が形成され、凸部２１、２２の中に貫通孔２５、２６が、下方から上方にかけて孔の幅が狭くなるテーパー状に形成されている。正極端子板４０及び負極端子板５０の中央部分にある嵌合部４２、５２は、貫通孔２５、２６に嵌合するテーパー状に形成されている。
嵌合部４２の外面と貫通孔２５の内面との間に、熱溶着テープ６０が介在し、嵌合部５２の外面と貫通孔２６の内面との間にも熱溶着テープ７０が介在している。熱溶着テープ６０，７０は、絶縁基材層の一方の面に熱溶着層、他方の面に熱溶着層が積層された積層構造となっている。
【解決手段】蓋体２０には、上方に突出する凸部２１、２２が形成され、凸部２１、２２の中に貫通孔２５、２６が、下方から上方にかけて孔の幅が狭くなるテーパー状に形成されている。正極端子板４０及び負極端子板５０の中央部分にある嵌合部４２、５２は、貫通孔２５、２６に嵌合するテーパー状に形成されている。
嵌合部４２の外面と貫通孔２５の内面との間に、熱溶着テープ６０が介在し、嵌合部５２の外面と貫通孔２６の内面との間にも熱溶着テープ７０が介在している。熱溶着テープ６０，７０は、絶縁基材層の一方の面に熱溶着層、他方の面に熱溶着層が積層された積層構造となっている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池およびその製造方法に関し、特に、ロボット、電気自動車などの電源、あるいはバックアップ電源として用いられる大容量の角型電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電池は、携帯電話、ノートパソコン、ＰＤＡ等の移動情報端末の電源のみならず、ロボット、電気自動車、バックアップ電源などの用途に大容量の電池が利用されており、さらなる高容量化も求められている。
リチウムイオン二次電池は、高いエネルギー密度を有し、上記のような比較的大容量の電源としても適している。
【０００３】
このリチウムイオン二次電池は一般に、正極と負極とがセパレータを介して配置された電極体が、開口部を有する外装体内に収納され、外装体の開口部が蓋体で封口され、電極体に接続された電極端子が蓋体から外方に突出した構成となっている。
高容量で且つ大電流で充放電可能な電池、特に角型の電池においては、金属製の正極端子及び負極端子が、金属製の蓋体を貫通するように取付けられているタイプのものが多い。このタイプの電池においては、蓋体を貫通する電極端子を、蓋体に対して絶縁した状態で固定する必要がある。
【０００４】
そのために、例えば、特許文献１に開示されている電池では、ネジを形成した電極端子に、角柱状に成型した絶縁体を嵌め込み、さらに、この絶縁成型体を外装体に形成した貫通孔に嵌め込んで、電極端子をナットで締め付けることによって固定している。ここで、電極端子または絶縁部品と外装体とをシールするため、絶縁体の上下にパッキンを配して、ナットで締め付けている。
【０００５】
その他に、特許文献２に示されるリチウム電池では、電極端子及び外装蓋を、それぞれトリアジンジチオール化合物またはシランカップリング剤で表面処理し、ポリフェニルスルフィドからなる絶縁密封材料で互いに接着している。この電池においては、絶縁成型体やパッキンを用いなくても、外装蓋とこれを貫通する端子との間で絶縁性とシール性を確保しながら、電極端子を外装蓋に強固に固着することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−８７６１３号公報
【特許文献２】特開２００８−２７８２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献２の技術においては、電極端子の表面及び外装蓋の表面を処理することによって表面上に形成される化合物の層は単層であるため、電極端子と外装蓋とを絶縁密封材料で接着する工程において、電極端子と蓋体とが互いに接触して導通する可能性がある。
本発明は上記課題を考慮してなされたものであって、蓋体を貫通する電極端子を備えた電池において、絶縁成型体やパッキンを用いなくても、蓋体と電極端子とを確実に絶縁した状態でシールし、且つ安定に固定できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記目的を達成するために、正極板と負極板とがセパレータを介して配置された電極体が、開口部を有する外装体の中に収納され、当該開口部が蓋体で封口されてなる電池において、蓋体に、正極板あるいは負極板に接続された電極端子が貫通する貫通孔を形成し、電極端子の外面を、貫通孔の内面に嵌合する形状に形成し、電極端子の外面と貫通孔の内面の間に、絶縁基材層と熱溶着層が積層された積層構造を有する熱溶着シートを介在させて、当該熱溶着シートによって絶縁封止した。
【０００９】
上記発明において、貫通孔を、電池内方から外方にかけて孔幅が狭くなるテーパー形状とし、電極端子の嵌合部分も貫通孔の形状に合わせたテーパー形状とすることが好ましい。
また、上記発明において、蓋体に、その外面から突出する突部を形成し、貫通孔を、その突部の中を貫通させることが好ましい。
【００１０】
電極端子の外面には、表面粗化処理を施すことが好ましい。
外装缶が角筒形である角型電池においては、特に、金属製の蓋体を電極端子が貫通するように取付ける必要性が高いので、本発明を適用することによって得られる効果が大きい。
本発明にかかる電池の製造方法は、上記電池を製造する方法であって、熱溶着シートを介在させて、蓋体に形成された貫通孔に電極端子を嵌合させる嵌合工程と、電極端子を貫通孔に嵌合させた状態で蓋体を加熱することによって熱溶着シートを溶着させる溶着工程とを設けた。
【００１１】
上記製造方法において、嵌合工程の前に、電極端子の外面に、熱溶着シートを溶着して貼り付ける貼付工程を設けることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
上記本発明によれば、電極端子の外面と貫通孔の内面の間に、絶縁基材層と熱溶着層が積層された積層構造を有する熱溶着シートを介在させ、当該熱溶着シートによって絶縁封止しているので、電極端子の外面と貫通孔の内面の間が熱溶着層によって良好に封止され、電極端子の蓋体に対する固定も安定になされる。また、絶縁基材層が介在しているため、電極端子と蓋体との絶縁も十分に確保できる。
【００１３】
従って、本発明によれば、絶縁成型体やパッキンを用いなくても、電極端子を蓋体に対して良好に絶縁した状態で固定することができる。
ここで、貫通孔を、電池内方から外方にかけて孔幅が狭くなるテーパー形状とし、電極端子の嵌合部分も貫通孔の形状に合わせたテーパー形状とすれば、熱溶着シートを挟んで嵌合部分と貫通孔とを溶着する工程において、電極端子を蓋体の方に押し付けるだけで、嵌合部分の外面と貫通孔の内面との押圧を容易に行うことができる。
【００１４】
また、蓋体に、その外面から突出する突部を形成し、その突部の中を貫通するように貫通孔を形成すれば、電極端子と蓋体との接触面積を大きくできる。従って、電極端子と蓋体との間の封止性を向上できるとともに、より安定して固定することができる。
電極端子の外面に、表面粗化処理を施すことによって、電極端子の外面に対する熱溶着層の密着性が向上する。
【００１５】
上記本発明の電池の製造方法によれば、嵌合工程、溶着工程を通して、電極端子を蓋体に対して、良好に絶縁しながら、固定すると共に封止することができる。
また、嵌合工程の前に、電極端子の外面に、熱溶着シートを溶着して貼り付ける貼付工程を設けることによって、嵌合工程において、蓋体の貫通孔と電極端子との間に熱溶着シートを容易に介在させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施の形態にかかる電池１の構成を示す斜視図である。
【図２】上記電池１の組み立て図である。
【図３】電池１に組み込まれる積層電極体１０の構成を示す図である。
【図４】蓋体２０の構成を示す図である。
【図５】正極端子板４０の形状を示す図である。
【図６】熱溶着テープ６０の形状及び断面を示す図である。
【図７】熱溶着テープ６０が貼り付けられた正極端子板４０が、蓋体２０の貫通孔２５に嵌め込まれて、押圧される様子を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の一実施形態に係る電池１について説明する。
図１は、実施の形態にかかる電池１の構成を示す斜視図であり、図２は電池１の組み立て図である。図中、矢印Ｘは前方向、矢印Ｙは横方向、矢印Ｚは上方向を指す。
〔電池１の全体構造〕
電池１は、角型リチウムイオン二次電池であって、図１に示すように、外装缶３０の中に積層電極体１０が電解液と共に収納され、外装缶３０の開口部３１に、蓋体２０が溶接によって接合されて構成されている。
【００１８】
外装缶３０は、アルミニウム板が有底角筒形に成型されたものであって、長方形状の開口部３１を有している。そして、この開口部３１には、長方形状のアルミニウム板で形成された蓋体２０が装着されて封口されている。
この蓋体２０を貫通するように、正極端子板４０及び負極端子板５０が装着され、蓋体２０の上面には、正極端子板４０の外部端子部４１及び負極端子板５０の外部端子部５１が突出している。
【００１９】
図３は、積層電極体１０の構成を示す図である。
図３に示すように、積層電極体１０は、正極板１１と負極板１２とがセパレータ１３を介して交互に配置されて構成されている。この積層電極体１０において、負極板１２の枚数は正極版１１の枚数より1枚多く、負極５１枚と正極版５０枚がセパレータを介して交互に積層された後に、最も外側にセパレータ１３が配置されている。
【００２０】
積層電極体１０には、絶縁テープ１４が巻き付けられて、正極板１１と負極板１２とが互いにずれないように固定されている。
正極板１１は、正極集電体としてのアルミニウム箔の両面に、正極活物質としてのＬｉＣｏＯ２、導電剤としてのカーボンブラック、結着剤としてのポリフッ化ビニリデンが混合されてなる正極活物質層が形成されてなる。
【００２１】
正極板１１は、その全体形状が長方形状である。
この正極板１１には、正極集電体から延伸された正極タブ１１ａが形成されている。この正極タブ１１ａは、正極板１１の一辺から突出するように形成されている。正極タブ１１ａは、正極集電体と同じアルミニウム箔からなり正極活物質層が形成されていない。
負極板１２は、負極集電体としての銅箔の両面に、負極活物質としての黒鉛粉末、結着剤としてのポリフッ化ビニリデンが混合されてなる負極活物質層が形成されてなる。
【００２２】
この負極板１２は、全体形状が正極板１１より若干大きい長方形状である。
負極板１２にも、負極集電体から延伸された負極タブ１２ａが、一辺から突出するように形成されている。負極タブ１２ａも負極集電体と同じ銅箔からなり負極活物質層が形成されていない。
セパレータ１３は、ポリプロピレン（ＰＰ）製であって、負極板１２と同等の大きさの長方形状である。
【００２３】
電解液は、非水電解液であって、例えばエチレンカーボネート（ＥＣ）とメチルエチルカーボネート（ＭＥＣ）とが体積比で３０：７０の割合で混合された混合溶媒に、ＬｉＰＦ6が１Ｍ(モル／リットル）の割合で溶解した溶液である。
〔蓋体２０の特徴〕
図４は、蓋体２０の形状を示す図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は下面図である。
【００２４】
蓋体２０には、正極端子板４０及び負極端子板５０を貫通させる箇所に、上方に突出する凸部２１及び凸部２２が形成されている。凸部２１及び凸部２２は、前後方向（Ｘ方向）より横方向（Ｙ方向）に長く、凸部２１の中には正極端子板４０の嵌合部４２が嵌り込む貫通孔２５、凸部２２の中には負極端子板５０の嵌合部５２が嵌り込む貫通孔２６が形成されている。
【００２５】
この貫通孔２５及び貫通孔２６は、前後方向（Ｘ方向）に薄い扁平な角錐台形状であって、下方から上方にかけて孔の前後幅（Ｘ方向の幅）及び横幅（Ｙ方向の幅）が狭くなっている。
凸部２１と凸部２２、貫通孔２５と貫通孔２６とは同じ形状・サイズである。
すなわち、貫通孔２５は、４つの台形状の内面２５ａ〜２５ｄを有し、貫通孔２６も４つの台形状の内面２６ａ〜２６ｄを有している。そして、各内面２５ａ〜２５ｄ及び各内面２６ａ〜２６ｄは、Ｚ軸に対して傾斜して、テーパー角Θを有している。
【００２６】
そして、凸部２１の頂部には、貫通孔２５の開口部２７が形成されている。また、凸部２２の頂部にも貫通孔２６の開口部２８が形成されている。
蓋体２０の中央には注液口２３が開設され、当該注液口２３はリベット２４で封止されている。
〔正極端子板及び負極端子板の構成〕
正極端子板４０及び負極端子板５０は、導電性材料からなりＹ−Ｚ面に沿って伸びる板状部材であって、蓋体２０の凸部２１，２２において、貫通孔２５，２６を貫通するように装着され、積層電極体１０の正極タブ１１ａ，負極タブ１２ａに接続されて、外部端子となるものである。
【００２７】
図５は、正極端子板４０の形状を示す図であって、（ａ）は上面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図である。
正極端子板４０の上部分である外部端子部４１は、蓋体２０の凸部２１の上方に突出して外部端子となる部分であって、横幅（Ｙ方向幅）が一定の長方形板状に形成されている。この板厚（Ｘ方向幅）と横幅（Ｙ方向幅）の積（断面積）は、電池１使用時の電流量に応じて設定される。
【００２８】
正極端子板４０の中央部分にある嵌合部４２は、蓋体２０の貫通孔２５を貫通する部分であって、貫通孔２５に嵌合するように形成された扁平な四角錐台形状であって、下方にいくほど前後幅（Ｘ方向の幅）及び横幅（Ｙ方向の幅）が広がっている。すなわち、嵌合部４２は、上記貫通孔２５の４つの内面２５ａ〜２５ｄに合わせて、４つの台形状の外面４２ａ〜４２ｄを有し、各外面４２ａ〜４２ｄは、Ｚ軸に対して傾斜してテーパー角Θを有している。
【００２９】
なお、嵌合部４２の外面４２ａ〜４２ｄのテーパー角、及び貫通孔２５の内面２５ａ〜２５ｄのテーパー角Θを大きく設定するほど、下記のように蓋体２０に正極端子板４０を溶着する工程において、貫通孔２５と嵌合部４２との間に面圧をかけやすいが、ある程度テーパー角Θを大きく設定する方が嵌合部４２を貫通孔２５に容易に装着できる。
正極端子板４０の下部分である接続部４３は、積層電極体１０の正極タブ１１ａに接続される部分であって、長方形板状に形成されている。
【００３０】
このような形状の正極端子板４０は、アルミニウム部材をプレス加工することによって作製することができる。
負極端子板５０も、正極端子板４０と同様の形状であって、上方に突出する外部端子部５１及び積層電極体１０の負極タブ１２ａに接続される接続部５３は長方形板状に形成され、嵌合部５２は、蓋体２０の貫通孔２６に嵌合する扁平な四角錐台形状であって下方にいくほど縦幅及び横幅が広がっている。
【００３１】
この負極端子板５０は、銅部材をプレス加工した後、ニッケルめっきすることによって作製することができる。
〔熱溶着テープによる封止〕
正極端子板４０における嵌合部４２の外面と、蓋体２０の貫通孔２５の内面との間には、熱溶着テープ６０が介在している。そして、この熱溶着テープ６０によって、両者の間が絶縁且つ封止された状態で、正極端子板４０が蓋体２０に固定されている。
【００３２】
負極端子板５０における嵌合部５２の外面と、蓋体２０における貫通孔２６の内面との間にも、熱溶着テープ７０が介在している。そして、この熱溶着テープ７０によって、両者の間が絶縁且つ封止された状態で、負極端子板５０が蓋体２０に固定されている。
図６（ａ）は、熱溶着テープ６０の形状を示す平面図、図６（ｂ）は、その断面を模式的に示す図である。
【００３３】
熱溶着テープ６０は、正極端子板４０の嵌合部４２の外面全体を被覆できる形状を有している。具体的には、図６（ａ）に示すように、嵌合部４２の４つの台形状外面（前面４２ａ，後面４２ｂ，左面４２ｃ、右面４２ｄ）に対応する面部分６０ａ，６０ｂ，６０ｃ，６０ｄを有している。
また、この熱溶着テープ６０は、図６（ｂ）に示すように、絶縁基材層６１の一方の面に熱溶着層６２、他方の面に熱溶着層６３が積層された積層構造となっている。
【００３４】
そして、熱溶着層６２，６３は、絶縁基材層６１と比べて溶融温度が低い材料で形成されている。
具体的には、絶縁基材層６１は、溶融温度が２５０℃以上の材料で形成され、熱溶着層６２，６３は、溶融温度が２００℃未満の材料で形成される。
ここでは、絶縁基材層６１は、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ：融点２６５〜２７０℃、ガラス転移温度１１３℃）からなる厚さ２０μｍの層とするが、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ：融点２６４℃）などで形成してもよい。また、熱溶着層６２，６３は、ポリプロピレン（ＰＰ：融点１６０〜１７０℃）からなる厚さ４０μｍの層とする。
【００３５】
このような熱溶着テープ６０が、嵌合部４２の外面と貫通孔２５の内面との間で加熱されて熱溶着層６２，６３が溶融することによって、嵌合部４２の外面と貫通孔２５の内面との間が封止されている。
熱溶着テープ７０も、熱溶着テープ６０と同様の構成であって、負極端子板５０の嵌合部５２の外面全体を被覆できる形状を有し、絶縁基材層の両面に熱溶着層が積層された積層構造となっている。そして、この熱溶着テープ７０が、嵌合部５２の外面と貫通孔２６の内面との間で加熱されて、熱溶着層が溶融することによって、嵌合部５２の外面と貫通孔２６の内面との間が封止されている。
【００３６】
なお、上記正極端子板４０において、嵌合部４２の外面に表面粗化処理を施してもよく、それによって熱溶着テープ６０の熱溶着層６２が嵌合部４２の外面に付着しやすくなり、熱溶着層６２が溶着した後における熱溶着テープ６０と嵌合部４２の外面との密着性も向上する。表面粗化の方法としては、鉄やガラスなどの微粒子を噴射するサンドブラスト法で表面を物理的に粗化してもよいし、エッチング液で表面を化学的に粗化してもよい。
【００３７】
また、負極端子板５０においても同様に、嵌合部５２の外面に表面粗化処理を施してもよく、同様に熱溶着テープ７０が付着しやすくなり、溶着後の密着性も向上する。
〔電池１の製造方法〕
電池１の製造方法について以下に説明する。
１．蓋体２０、外装缶３０、正極端子板４０及び負極端子板５０の作製
蓋体２０、外装缶３０、正極端子板４０及び負極端子板５０は、金型によるプレス加工で成型した。蓋体２０、正極端子板４０及び負極端子板５０のサイズは、図５に示すとおりである。
【００３８】
２．正極板の作製
正極活物質としてのＬｉＣｏＯ2を９０質量％と、導電剤としてのカーボンブラックを５質量％と、結着剤としてのポリフッ化ビニリデンを５質量％と、溶剤としてのＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）溶液とを混合して正極スラリーを調製する。次に、この正極スラリーを、正極集電体としてのアルミニウム箔（厚み:１５μｍ）の両面に塗布する。
【００３９】
その後、溶剤を乾燥し、ローラーで厚み０．１ｍｍにまで圧縮した後、長方形状（幅９５ｍｍ高さ１１５ｍｍ）で且つ正極タブ１１ａが幅３０ｍｍ高さ２０ｍｍで突出するように切断して正極板１１を作製する。
なお、正極材料としては、上記のＬｉＣｏＯ2の他に、ＬｉＮｉＯ2，ＬｉＭｎ２Ｏ4或いはこれらの複合体等を用いることができる。
【００４０】
３．負極板の作製
負極活物質としての黒鉛粉末を９５質量％と、結着剤としてのポリフッ化ビニリデンを５質量％と、溶剤としてのＮＭＰ溶液とを混合してスラリーを調製した後、このスラリーを負極集電体としての銅箔（厚み：１０μｍ）の両面に塗布した。黒鉛粉末としては天然黒鉛、人造黒鉛等が好適に用いられる。
【００４１】
その後、溶剤を乾燥し、ローラーで厚み０．０８ｍｍにまで圧縮した後、長方形状（幅１００ｍｍ高さ１２０ｍｍ）で且つ負極タブ１２ａが幅３０ｍｍ高さ２０ｍｍで突出するように切断して負極板１２を作製する。
４．積層電極体の作製
図３に示すように、正極板１１（５０枚）と、負極板１２（５１枚）とを、セパレータ１３を介して交互に積層し、電極体の最外にセパレータ１３を配置して、積層電極体１０を作製する。セパレータ１３のサイズは幅１００ｍｍ高さ１２０ｍｍ、厚さ３０μｍである。
【００４２】
そして図２に示すように、絶縁テープ１４を積層電極体１０に巻き付けて固定する。
積層電極体１０の上面からは、正極タブ１１ａの束及び負極タブ１２ａの束が突出している。
５．端子板への熱溶着テープの貼り付け
正極端子板４０を２００℃に加熱して、その嵌合部４２の外面全体に熱溶着テープ６０を貼り付ける。
【００４３】
同様にして、負極端子板５０における嵌合部５２の外面全体に、熱溶着テープ７０を貼り付ける。
６．蓋体２０に対する端子板４０，５０の溶着
ヒータ付き治具（不図示）に蓋体２０をセットすると共に、熱溶着テープ６０が貼り付けられた正極端子板４０及び熱溶着テープ７０が貼り付けられた負極端子板５０を、蓋体２０の貫通孔２５及び貫通孔２６にセットし、押圧治具（不図示）で、正極端子板４０及び負極端子板５０を蓋体２０に押圧する。
【００４４】
このように、熱溶着テープ６０，７０が貼り付けられた端子板４０，５０を貫通孔２５，２６にセットすることによって、端子板４０，５０の外面と貫通孔２５，２６の内面との間には熱溶着テープ６０，７０が自動的に介挿される。
図７は、熱溶着テープ６０が嵌合部４２に貼り付けられた正極端子板４０が、蓋体２０の貫通孔２５に嵌め込まれて、押圧される様子を示す断面図であって、（ａ）は正極端子板４０を横方向に切断した図、（ｂ）は正極端子板４０を縦方向に切断した図である。
【００４５】
図７における白抜き矢印ＦＡは、押圧治具が正極端子板４０を押圧する力を示し、白抜き矢印ＦＢは、それに伴ってヒータ付き治具が蓋体２０を押圧する力を示している。
嵌合部４２の４つの面（前面４２ａ，背面４２ｂ，左面４２ｃ、右面４２ｄ）、並びにこれら各面に対向する貫通孔２５の内面２５ａ〜２５ｄは、テーパー角を有している（Ｚ軸に対して傾斜している）ので、上記のように押圧治具が正極端子板４０を押圧すると、嵌合部４２の外面と貫通孔２５の内面とが熱溶着テープ６０を挟んで互いに押し合い、両面間に面圧がかかる。この面圧は、ＦＡ×ｓｉｎΘ（Θはテーパー角）にほぼ等しいので、テーパー角が大きいほど大きな面圧がかかりやすい。
【００４６】
この面圧が一定の大きさ（例えば０．８ＭＰａ）になるよう押圧治具による押圧を維持しながら、ヒータを駆動して蓋体２０を２００℃で３秒間加熱する。それによって、熱溶着テープ６０の熱溶着層６２，６３が溶融して、嵌合部４２の外面と貫通孔２５の内面との間が封止されると共に、正極端子板４０が蓋体２０に固定される。
７．端子板と積層電極体との接続
図２に示すように、蓋体２０に固定された正極端子板４０及び負極端子板５０に、それぞれ積層電極体１０の正極タブ１１ａの束及び負極タブ１２ａの束を接続する。この接続は、例えば超音波溶接で行うことができる。
【００４７】
なお、ここでは、蓋体２０に端子板４０，５０を溶着した後で、端子板と積層電極体とを接続するが、この順序を入れ替えて、先に端子板と積層電極体とを接続してから、蓋体２０に端子板４０，５０を溶着することもできる。
８．外装缶への積層電極体の封入及び封口
外装缶３０に積層電極体１０を挿入し、蓋体２０を外装缶３０の開口部３１に装着して開口部３１を封口し、蓋体２０の周囲と外装缶３０の開口縁とをレーザ溶接して封止する。
【００４８】
９．電解液封入及び密封
アルゴン置換の環境下で、注液口２３から、電解液を注入し、注液口２３をリベット２４で封止することによって、電池１が作製される。
〔電池１による効果〕
正極端子板４０における嵌合部４２の外面４２ａ〜４２ｄと、蓋体２０の貫通孔２５の内面２５ａ〜２５ｄとの間に、熱溶着テープ６０が介在し、この熱溶着テープ６０は、絶縁基材層６１の一方の面に熱溶着層６２、他方の面に熱溶着層６３が積層された積層構造となっているので、嵌合部４２の外面４２ａ〜４２ｄと、蓋体２０の貫通孔２５の内面２５ａ〜２５ｄとの間は、良好に封止がなされ、正極端子板４０の蓋体２０に対する固定もしっかりなされ、且つ絶縁性も確保できる。
【００４９】
すなわち、上記製法のように正極端子板４０を押圧しながら熱溶着を行って、嵌合部４２の外面４２ａ〜４２ｄと貫通孔２５の内面２５ａ〜２５ｄとを、熱溶着テープ６０を挟んで互いに押圧しながら熱溶着層６３、６４を溶融させると、良好な封止性が確保され、正極端子板４０の蓋体２０に対する固定もしっかりなされる。
また、熱溶着テープ６０は、絶縁基材層６１を有しており、この絶縁基材層６１は２００℃程度に加熱した時にも溶融しないので、上記のように押圧しながら熱溶着を行っても、正極端子板４０と蓋体２０との間は絶縁基材層６１によって良好に絶縁された状態が維持される。
【００５０】
同様に、負極端子板５０における嵌合部５２の外面と、蓋体２０の貫通孔２６の内面２６ａ〜２６ｄとの間にも、熱溶着テープ７０が介在している。そして、この熱溶着テープ７０も、絶縁基材層の両面に熱溶着層が積層された構造なので、嵌合部５２の外面と、蓋体２０の貫通孔２６の内面２６ａ〜２６ｄとの間は、良好に封止がなされ、負極端子板５０の蓋体２０に対する固定もしっかりなされ、且つ絶縁性が確保される。
【００５１】
なお、先行技術では、端子部材は、ワッシャと絶縁板とを介してナットで蓋体に固定されているが、本実施形態の電池１によれば、端子板を蓋体に固定するのにナットなどの部品は必要ないので、その分、部品点数が少なくて済む。
さらに、本実施形態の電池１においては、貫通孔２５，２６及びこれに嵌合する嵌合部４２，５２が、テーパー状に形成されているので、熱溶着テープ６０，７０を溶着する工程において、熱溶着テープ６０を巻き付けた正極端子板４０及び熱溶着テープ７０を巻き付けた負極端子板５０を、蓋体２０の貫通孔２５，２６に嵌め込んで押し付けるだけで、嵌合部４２，５２の外面と貫通孔２５，２６の内面とを互いに押圧することができる。
【００５２】
従って、熱溶着テープ６０，７０を溶着する溶着工程を容易に行うことができる。
また、貫通孔２５，２６が凸部２１，２２の中に形成されているので、正極端子板４０及び負極端子板５０と蓋体２０との接触面積を大きくできる。すなわち、貫通孔２５，２６の長さを長くし、貫通孔２５の内面２５ａ〜２５ｄ、貫通孔２６の内面２６ａ〜２６ｄの面積を大きくできる。それに伴って、嵌合部４２，５２の長さも長くし、外面４２ａ〜４２ｄ及び外面５２ａ〜５２ｄの面積も大きくすることができる。
【００５３】
従って、正極端子板４０及び負極端子板５０と蓋体２０との間の封止性を向上させることができ、正極端子板４０及び負極端子板５０の蓋体２０に対する固定も安定してできる。
また、電池１においては、蓋体２０は横長であって、前後幅（Ｘ方向の幅）は比較的小さいが、正極端子板４０及び負極端子板５０が横方向に伸長する板状であるため、蓋体２０を貫通させながら、端子の断面積を十分に確保できる。
【００５４】
〔その他の事項〕
（１）
上記実施の形態にかかる電池１では、外装缶及び蓋体がアルミニウム製であったが、ステンレス製であってもよい。
（２）
本発明において、上記実施の形態にかかる電池１のように、蓋体２０に凸部２１，２２を形成し、その凸部２１，２２の中に貫通孔２５、２６を形成することが、封止性の向上効果、並びに安定して固定する効果を高くする上で好ましいが、電極端子板を貫通させる貫通孔を凸部に形成することは必須ではなく、蓋体に凸部を形成せずに貫通孔を形成してもよい。
（３）
上記実施の形態にかかる電池１では、正極端子板４０及び負極端子板５０の両方が、蓋体２０に形成された貫通孔２５，２６を貫通しているが、正極端子板及び負極端子板のいずれか一方だけが蓋体を貫通するように取付けられた電池においても、同様に実施することができる。
（４）
上記実施の形態にかかる電池１は、蓋体２０の前後幅に合わせて、正極端子板４０及び負極端子板５０の形状も板状で、その嵌合部４２、５２が扁平な四角錐台形状であったが、蓋体の前後幅が大きい場合は、電極端子は板状でなくてもよく、嵌合部４２、５２の形状も、扁平でなくてもよい。
【００５５】
例えば、電極端子の形状は角柱状あるいは円錐状であってもよく、嵌合部の形状が角錐台状あるいは円柱状であってもよく、その場合も同様に実施することができる。
（５）上記電池１の製造方法では、５．の工程で端子板４０，５０に熱溶着テープ６０，７０を貼り付けてから、６．の工程（蓋体２０に対する端子板４０，５０の溶着）でこれを貫通孔２５、２６に装着したが、５．の端子板４０，５０に熱溶着テープ６０，７０を貼り付ける工程は行わずに、６．の工程において、端子板４０，５０を貫通孔２５、２６に嵌合させるときに、端子板４０，５０の外面と貫通孔２５、２６の内面との間に、熱溶着テープ６０，７０を介挿させても、同様に熱溶着を行うことができる。
（６）
本発明は、電極体の構造は特に限定されることなく、例えば、電極体が扁平渦巻型の角型電池にも適用できる。また、電池の形状についても角型電池に限定されることなく、電極体が渦巻型の円筒型電池にも適用できる。
【００５６】
また、本発明は、リチウムイオン二次電池に限られることなく、あらゆるタイプの電池に適用できる。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明は、ロボット、電気自動車の電源あるいはバックアップ電源として用られる比較的高容量の電池、特に角型電池に適している。
【符号の説明】
【００５８】
１ 電池
１０ 積層電極体
１１ 正極板
１１ａ 正極タブ
１２ 負極板
１２ａ 負極タブ
１３ セパレータ
１４ 絶縁テープ
２０ 蓋体
２１，２２ 凸部
２５，２６ 貫通孔
２５ａ〜２５ｄ 内面
２６ａ〜２６ｄ 内面
２７，２８ 開口部
３０ 外装缶
３１ 開口部
４０ 正極端子板
４１ 外部端子部
４２ 嵌合部
４２ａ〜４２ｄ 外面
４３ 接続部
５０ 負極端子板
５１ 外部端子部
５２ 嵌合部
５２ａ〜５２ｄ 外面
５３ 接続部
６０，７０ 熱溶着テープ
６１ 絶縁基材層
６２，６３ 熱溶着層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池およびその製造方法に関し、特に、ロボット、電気自動車などの電源、あるいはバックアップ電源として用いられる大容量の角型電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電池は、携帯電話、ノートパソコン、ＰＤＡ等の移動情報端末の電源のみならず、ロボット、電気自動車、バックアップ電源などの用途に大容量の電池が利用されており、さらなる高容量化も求められている。
リチウムイオン二次電池は、高いエネルギー密度を有し、上記のような比較的大容量の電源としても適している。
【０００３】
このリチウムイオン二次電池は一般に、正極と負極とがセパレータを介して配置された電極体が、開口部を有する外装体内に収納され、外装体の開口部が蓋体で封口され、電極体に接続された電極端子が蓋体から外方に突出した構成となっている。
高容量で且つ大電流で充放電可能な電池、特に角型の電池においては、金属製の正極端子及び負極端子が、金属製の蓋体を貫通するように取付けられているタイプのものが多い。このタイプの電池においては、蓋体を貫通する電極端子を、蓋体に対して絶縁した状態で固定する必要がある。
【０００４】
そのために、例えば、特許文献１に開示されている電池では、ネジを形成した電極端子に、角柱状に成型した絶縁体を嵌め込み、さらに、この絶縁成型体を外装体に形成した貫通孔に嵌め込んで、電極端子をナットで締め付けることによって固定している。ここで、電極端子または絶縁部品と外装体とをシールするため、絶縁体の上下にパッキンを配して、ナットで締め付けている。
【０００５】
その他に、特許文献２に示されるリチウム電池では、電極端子及び外装蓋を、それぞれトリアジンジチオール化合物またはシランカップリング剤で表面処理し、ポリフェニルスルフィドからなる絶縁密封材料で互いに接着している。この電池においては、絶縁成型体やパッキンを用いなくても、外装蓋とこれを貫通する端子との間で絶縁性とシール性を確保しながら、電極端子を外装蓋に強固に固着することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−８７６１３号公報
【特許文献２】特開２００８−２７８２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献２の技術においては、電極端子の表面及び外装蓋の表面を処理することによって表面上に形成される化合物の層は単層であるため、電極端子と外装蓋とを絶縁密封材料で接着する工程において、電極端子と蓋体とが互いに接触して導通する可能性がある。
本発明は上記課題を考慮してなされたものであって、蓋体を貫通する電極端子を備えた電池において、絶縁成型体やパッキンを用いなくても、蓋体と電極端子とを確実に絶縁した状態でシールし、且つ安定に固定できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記目的を達成するために、正極板と負極板とがセパレータを介して配置された電極体が、開口部を有する外装体の中に収納され、当該開口部が蓋体で封口されてなる電池において、蓋体に、正極板あるいは負極板に接続された電極端子が貫通する貫通孔を形成し、電極端子の外面を、貫通孔の内面に嵌合する形状に形成し、電極端子の外面と貫通孔の内面の間に、絶縁基材層と熱溶着層が積層された積層構造を有する熱溶着シートを介在させて、当該熱溶着シートによって絶縁封止した。
【０００９】
上記発明において、貫通孔を、電池内方から外方にかけて孔幅が狭くなるテーパー形状とし、電極端子の嵌合部分も貫通孔の形状に合わせたテーパー形状とすることが好ましい。
また、上記発明において、蓋体に、その外面から突出する突部を形成し、貫通孔を、その突部の中を貫通させることが好ましい。
【００１０】
電極端子の外面には、表面粗化処理を施すことが好ましい。
外装缶が角筒形である角型電池においては、特に、金属製の蓋体を電極端子が貫通するように取付ける必要性が高いので、本発明を適用することによって得られる効果が大きい。
本発明にかかる電池の製造方法は、上記電池を製造する方法であって、熱溶着シートを介在させて、蓋体に形成された貫通孔に電極端子を嵌合させる嵌合工程と、電極端子を貫通孔に嵌合させた状態で蓋体を加熱することによって熱溶着シートを溶着させる溶着工程とを設けた。
【００１１】
上記製造方法において、嵌合工程の前に、電極端子の外面に、熱溶着シートを溶着して貼り付ける貼付工程を設けることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
上記本発明によれば、電極端子の外面と貫通孔の内面の間に、絶縁基材層と熱溶着層が積層された積層構造を有する熱溶着シートを介在させ、当該熱溶着シートによって絶縁封止しているので、電極端子の外面と貫通孔の内面の間が熱溶着層によって良好に封止され、電極端子の蓋体に対する固定も安定になされる。また、絶縁基材層が介在しているため、電極端子と蓋体との絶縁も十分に確保できる。
【００１３】
従って、本発明によれば、絶縁成型体やパッキンを用いなくても、電極端子を蓋体に対して良好に絶縁した状態で固定することができる。
ここで、貫通孔を、電池内方から外方にかけて孔幅が狭くなるテーパー形状とし、電極端子の嵌合部分も貫通孔の形状に合わせたテーパー形状とすれば、熱溶着シートを挟んで嵌合部分と貫通孔とを溶着する工程において、電極端子を蓋体の方に押し付けるだけで、嵌合部分の外面と貫通孔の内面との押圧を容易に行うことができる。
【００１４】
また、蓋体に、その外面から突出する突部を形成し、その突部の中を貫通するように貫通孔を形成すれば、電極端子と蓋体との接触面積を大きくできる。従って、電極端子と蓋体との間の封止性を向上できるとともに、より安定して固定することができる。
電極端子の外面に、表面粗化処理を施すことによって、電極端子の外面に対する熱溶着層の密着性が向上する。
【００１５】
上記本発明の電池の製造方法によれば、嵌合工程、溶着工程を通して、電極端子を蓋体に対して、良好に絶縁しながら、固定すると共に封止することができる。
また、嵌合工程の前に、電極端子の外面に、熱溶着シートを溶着して貼り付ける貼付工程を設けることによって、嵌合工程において、蓋体の貫通孔と電極端子との間に熱溶着シートを容易に介在させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施の形態にかかる電池１の構成を示す斜視図である。
【図２】上記電池１の組み立て図である。
【図３】電池１に組み込まれる積層電極体１０の構成を示す図である。
【図４】蓋体２０の構成を示す図である。
【図５】正極端子板４０の形状を示す図である。
【図６】熱溶着テープ６０の形状及び断面を示す図である。
【図７】熱溶着テープ６０が貼り付けられた正極端子板４０が、蓋体２０の貫通孔２５に嵌め込まれて、押圧される様子を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の一実施形態に係る電池１について説明する。
図１は、実施の形態にかかる電池１の構成を示す斜視図であり、図２は電池１の組み立て図である。図中、矢印Ｘは前方向、矢印Ｙは横方向、矢印Ｚは上方向を指す。
〔電池１の全体構造〕
電池１は、角型リチウムイオン二次電池であって、図１に示すように、外装缶３０の中に積層電極体１０が電解液と共に収納され、外装缶３０の開口部３１に、蓋体２０が溶接によって接合されて構成されている。
【００１８】
外装缶３０は、アルミニウム板が有底角筒形に成型されたものであって、長方形状の開口部３１を有している。そして、この開口部３１には、長方形状のアルミニウム板で形成された蓋体２０が装着されて封口されている。
この蓋体２０を貫通するように、正極端子板４０及び負極端子板５０が装着され、蓋体２０の上面には、正極端子板４０の外部端子部４１及び負極端子板５０の外部端子部５１が突出している。
【００１９】
図３は、積層電極体１０の構成を示す図である。
図３に示すように、積層電極体１０は、正極板１１と負極板１２とがセパレータ１３を介して交互に配置されて構成されている。この積層電極体１０において、負極板１２の枚数は正極版１１の枚数より1枚多く、負極５１枚と正極版５０枚がセパレータを介して交互に積層された後に、最も外側にセパレータ１３が配置されている。
【００２０】
積層電極体１０には、絶縁テープ１４が巻き付けられて、正極板１１と負極板１２とが互いにずれないように固定されている。
正極板１１は、正極集電体としてのアルミニウム箔の両面に、正極活物質としてのＬｉＣｏＯ２、導電剤としてのカーボンブラック、結着剤としてのポリフッ化ビニリデンが混合されてなる正極活物質層が形成されてなる。
【００２１】
正極板１１は、その全体形状が長方形状である。
この正極板１１には、正極集電体から延伸された正極タブ１１ａが形成されている。この正極タブ１１ａは、正極板１１の一辺から突出するように形成されている。正極タブ１１ａは、正極集電体と同じアルミニウム箔からなり正極活物質層が形成されていない。
負極板１２は、負極集電体としての銅箔の両面に、負極活物質としての黒鉛粉末、結着剤としてのポリフッ化ビニリデンが混合されてなる負極活物質層が形成されてなる。
【００２２】
この負極板１２は、全体形状が正極板１１より若干大きい長方形状である。
負極板１２にも、負極集電体から延伸された負極タブ１２ａが、一辺から突出するように形成されている。負極タブ１２ａも負極集電体と同じ銅箔からなり負極活物質層が形成されていない。
セパレータ１３は、ポリプロピレン（ＰＰ）製であって、負極板１２と同等の大きさの長方形状である。
【００２３】
電解液は、非水電解液であって、例えばエチレンカーボネート（ＥＣ）とメチルエチルカーボネート（ＭＥＣ）とが体積比で３０：７０の割合で混合された混合溶媒に、ＬｉＰＦ6が１Ｍ(モル／リットル）の割合で溶解した溶液である。
〔蓋体２０の特徴〕
図４は、蓋体２０の形状を示す図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は下面図である。
【００２４】
蓋体２０には、正極端子板４０及び負極端子板５０を貫通させる箇所に、上方に突出する凸部２１及び凸部２２が形成されている。凸部２１及び凸部２２は、前後方向（Ｘ方向）より横方向（Ｙ方向）に長く、凸部２１の中には正極端子板４０の嵌合部４２が嵌り込む貫通孔２５、凸部２２の中には負極端子板５０の嵌合部５２が嵌り込む貫通孔２６が形成されている。
【００２５】
この貫通孔２５及び貫通孔２６は、前後方向（Ｘ方向）に薄い扁平な角錐台形状であって、下方から上方にかけて孔の前後幅（Ｘ方向の幅）及び横幅（Ｙ方向の幅）が狭くなっている。
凸部２１と凸部２２、貫通孔２５と貫通孔２６とは同じ形状・サイズである。
すなわち、貫通孔２５は、４つの台形状の内面２５ａ〜２５ｄを有し、貫通孔２６も４つの台形状の内面２６ａ〜２６ｄを有している。そして、各内面２５ａ〜２５ｄ及び各内面２６ａ〜２６ｄは、Ｚ軸に対して傾斜して、テーパー角Θを有している。
【００２６】
そして、凸部２１の頂部には、貫通孔２５の開口部２７が形成されている。また、凸部２２の頂部にも貫通孔２６の開口部２８が形成されている。
蓋体２０の中央には注液口２３が開設され、当該注液口２３はリベット２４で封止されている。
〔正極端子板及び負極端子板の構成〕
正極端子板４０及び負極端子板５０は、導電性材料からなりＹ−Ｚ面に沿って伸びる板状部材であって、蓋体２０の凸部２１，２２において、貫通孔２５，２６を貫通するように装着され、積層電極体１０の正極タブ１１ａ，負極タブ１２ａに接続されて、外部端子となるものである。
【００２７】
図５は、正極端子板４０の形状を示す図であって、（ａ）は上面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図である。
正極端子板４０の上部分である外部端子部４１は、蓋体２０の凸部２１の上方に突出して外部端子となる部分であって、横幅（Ｙ方向幅）が一定の長方形板状に形成されている。この板厚（Ｘ方向幅）と横幅（Ｙ方向幅）の積（断面積）は、電池１使用時の電流量に応じて設定される。
【００２８】
正極端子板４０の中央部分にある嵌合部４２は、蓋体２０の貫通孔２５を貫通する部分であって、貫通孔２５に嵌合するように形成された扁平な四角錐台形状であって、下方にいくほど前後幅（Ｘ方向の幅）及び横幅（Ｙ方向の幅）が広がっている。すなわち、嵌合部４２は、上記貫通孔２５の４つの内面２５ａ〜２５ｄに合わせて、４つの台形状の外面４２ａ〜４２ｄを有し、各外面４２ａ〜４２ｄは、Ｚ軸に対して傾斜してテーパー角Θを有している。
【００２９】
なお、嵌合部４２の外面４２ａ〜４２ｄのテーパー角、及び貫通孔２５の内面２５ａ〜２５ｄのテーパー角Θを大きく設定するほど、下記のように蓋体２０に正極端子板４０を溶着する工程において、貫通孔２５と嵌合部４２との間に面圧をかけやすいが、ある程度テーパー角Θを大きく設定する方が嵌合部４２を貫通孔２５に容易に装着できる。
正極端子板４０の下部分である接続部４３は、積層電極体１０の正極タブ１１ａに接続される部分であって、長方形板状に形成されている。
【００３０】
このような形状の正極端子板４０は、アルミニウム部材をプレス加工することによって作製することができる。
負極端子板５０も、正極端子板４０と同様の形状であって、上方に突出する外部端子部５１及び積層電極体１０の負極タブ１２ａに接続される接続部５３は長方形板状に形成され、嵌合部５２は、蓋体２０の貫通孔２６に嵌合する扁平な四角錐台形状であって下方にいくほど縦幅及び横幅が広がっている。
【００３１】
この負極端子板５０は、銅部材をプレス加工した後、ニッケルめっきすることによって作製することができる。
〔熱溶着テープによる封止〕
正極端子板４０における嵌合部４２の外面と、蓋体２０の貫通孔２５の内面との間には、熱溶着テープ６０が介在している。そして、この熱溶着テープ６０によって、両者の間が絶縁且つ封止された状態で、正極端子板４０が蓋体２０に固定されている。
【００３２】
負極端子板５０における嵌合部５２の外面と、蓋体２０における貫通孔２６の内面との間にも、熱溶着テープ７０が介在している。そして、この熱溶着テープ７０によって、両者の間が絶縁且つ封止された状態で、負極端子板５０が蓋体２０に固定されている。
図６（ａ）は、熱溶着テープ６０の形状を示す平面図、図６（ｂ）は、その断面を模式的に示す図である。
【００３３】
熱溶着テープ６０は、正極端子板４０の嵌合部４２の外面全体を被覆できる形状を有している。具体的には、図６（ａ）に示すように、嵌合部４２の４つの台形状外面（前面４２ａ，後面４２ｂ，左面４２ｃ、右面４２ｄ）に対応する面部分６０ａ，６０ｂ，６０ｃ，６０ｄを有している。
また、この熱溶着テープ６０は、図６（ｂ）に示すように、絶縁基材層６１の一方の面に熱溶着層６２、他方の面に熱溶着層６３が積層された積層構造となっている。
【００３４】
そして、熱溶着層６２，６３は、絶縁基材層６１と比べて溶融温度が低い材料で形成されている。
具体的には、絶縁基材層６１は、溶融温度が２５０℃以上の材料で形成され、熱溶着層６２，６３は、溶融温度が２００℃未満の材料で形成される。
ここでは、絶縁基材層６１は、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ：融点２６５〜２７０℃、ガラス転移温度１１３℃）からなる厚さ２０μｍの層とするが、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ：融点２６４℃）などで形成してもよい。また、熱溶着層６２，６３は、ポリプロピレン（ＰＰ：融点１６０〜１７０℃）からなる厚さ４０μｍの層とする。
【００３５】
このような熱溶着テープ６０が、嵌合部４２の外面と貫通孔２５の内面との間で加熱されて熱溶着層６２，６３が溶融することによって、嵌合部４２の外面と貫通孔２５の内面との間が封止されている。
熱溶着テープ７０も、熱溶着テープ６０と同様の構成であって、負極端子板５０の嵌合部５２の外面全体を被覆できる形状を有し、絶縁基材層の両面に熱溶着層が積層された積層構造となっている。そして、この熱溶着テープ７０が、嵌合部５２の外面と貫通孔２６の内面との間で加熱されて、熱溶着層が溶融することによって、嵌合部５２の外面と貫通孔２６の内面との間が封止されている。
【００３６】
なお、上記正極端子板４０において、嵌合部４２の外面に表面粗化処理を施してもよく、それによって熱溶着テープ６０の熱溶着層６２が嵌合部４２の外面に付着しやすくなり、熱溶着層６２が溶着した後における熱溶着テープ６０と嵌合部４２の外面との密着性も向上する。表面粗化の方法としては、鉄やガラスなどの微粒子を噴射するサンドブラスト法で表面を物理的に粗化してもよいし、エッチング液で表面を化学的に粗化してもよい。
【００３７】
また、負極端子板５０においても同様に、嵌合部５２の外面に表面粗化処理を施してもよく、同様に熱溶着テープ７０が付着しやすくなり、溶着後の密着性も向上する。
〔電池１の製造方法〕
電池１の製造方法について以下に説明する。
１．蓋体２０、外装缶３０、正極端子板４０及び負極端子板５０の作製
蓋体２０、外装缶３０、正極端子板４０及び負極端子板５０は、金型によるプレス加工で成型した。蓋体２０、正極端子板４０及び負極端子板５０のサイズは、図５に示すとおりである。
【００３８】
２．正極板の作製
正極活物質としてのＬｉＣｏＯ2を９０質量％と、導電剤としてのカーボンブラックを５質量％と、結着剤としてのポリフッ化ビニリデンを５質量％と、溶剤としてのＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）溶液とを混合して正極スラリーを調製する。次に、この正極スラリーを、正極集電体としてのアルミニウム箔（厚み:１５μｍ）の両面に塗布する。
【００３９】
その後、溶剤を乾燥し、ローラーで厚み０．１ｍｍにまで圧縮した後、長方形状（幅９５ｍｍ高さ１１５ｍｍ）で且つ正極タブ１１ａが幅３０ｍｍ高さ２０ｍｍで突出するように切断して正極板１１を作製する。
なお、正極材料としては、上記のＬｉＣｏＯ2の他に、ＬｉＮｉＯ2，ＬｉＭｎ２Ｏ4或いはこれらの複合体等を用いることができる。
【００４０】
３．負極板の作製
負極活物質としての黒鉛粉末を９５質量％と、結着剤としてのポリフッ化ビニリデンを５質量％と、溶剤としてのＮＭＰ溶液とを混合してスラリーを調製した後、このスラリーを負極集電体としての銅箔（厚み：１０μｍ）の両面に塗布した。黒鉛粉末としては天然黒鉛、人造黒鉛等が好適に用いられる。
【００４１】
その後、溶剤を乾燥し、ローラーで厚み０．０８ｍｍにまで圧縮した後、長方形状（幅１００ｍｍ高さ１２０ｍｍ）で且つ負極タブ１２ａが幅３０ｍｍ高さ２０ｍｍで突出するように切断して負極板１２を作製する。
４．積層電極体の作製
図３に示すように、正極板１１（５０枚）と、負極板１２（５１枚）とを、セパレータ１３を介して交互に積層し、電極体の最外にセパレータ１３を配置して、積層電極体１０を作製する。セパレータ１３のサイズは幅１００ｍｍ高さ１２０ｍｍ、厚さ３０μｍである。
【００４２】
そして図２に示すように、絶縁テープ１４を積層電極体１０に巻き付けて固定する。
積層電極体１０の上面からは、正極タブ１１ａの束及び負極タブ１２ａの束が突出している。
５．端子板への熱溶着テープの貼り付け
正極端子板４０を２００℃に加熱して、その嵌合部４２の外面全体に熱溶着テープ６０を貼り付ける。
【００４３】
同様にして、負極端子板５０における嵌合部５２の外面全体に、熱溶着テープ７０を貼り付ける。
６．蓋体２０に対する端子板４０，５０の溶着
ヒータ付き治具（不図示）に蓋体２０をセットすると共に、熱溶着テープ６０が貼り付けられた正極端子板４０及び熱溶着テープ７０が貼り付けられた負極端子板５０を、蓋体２０の貫通孔２５及び貫通孔２６にセットし、押圧治具（不図示）で、正極端子板４０及び負極端子板５０を蓋体２０に押圧する。
【００４４】
このように、熱溶着テープ６０，７０が貼り付けられた端子板４０，５０を貫通孔２５，２６にセットすることによって、端子板４０，５０の外面と貫通孔２５，２６の内面との間には熱溶着テープ６０，７０が自動的に介挿される。
図７は、熱溶着テープ６０が嵌合部４２に貼り付けられた正極端子板４０が、蓋体２０の貫通孔２５に嵌め込まれて、押圧される様子を示す断面図であって、（ａ）は正極端子板４０を横方向に切断した図、（ｂ）は正極端子板４０を縦方向に切断した図である。
【００４５】
図７における白抜き矢印ＦＡは、押圧治具が正極端子板４０を押圧する力を示し、白抜き矢印ＦＢは、それに伴ってヒータ付き治具が蓋体２０を押圧する力を示している。
嵌合部４２の４つの面（前面４２ａ，背面４２ｂ，左面４２ｃ、右面４２ｄ）、並びにこれら各面に対向する貫通孔２５の内面２５ａ〜２５ｄは、テーパー角を有している（Ｚ軸に対して傾斜している）ので、上記のように押圧治具が正極端子板４０を押圧すると、嵌合部４２の外面と貫通孔２５の内面とが熱溶着テープ６０を挟んで互いに押し合い、両面間に面圧がかかる。この面圧は、ＦＡ×ｓｉｎΘ（Θはテーパー角）にほぼ等しいので、テーパー角が大きいほど大きな面圧がかかりやすい。
【００４６】
この面圧が一定の大きさ（例えば０．８ＭＰａ）になるよう押圧治具による押圧を維持しながら、ヒータを駆動して蓋体２０を２００℃で３秒間加熱する。それによって、熱溶着テープ６０の熱溶着層６２，６３が溶融して、嵌合部４２の外面と貫通孔２５の内面との間が封止されると共に、正極端子板４０が蓋体２０に固定される。
７．端子板と積層電極体との接続
図２に示すように、蓋体２０に固定された正極端子板４０及び負極端子板５０に、それぞれ積層電極体１０の正極タブ１１ａの束及び負極タブ１２ａの束を接続する。この接続は、例えば超音波溶接で行うことができる。
【００４７】
なお、ここでは、蓋体２０に端子板４０，５０を溶着した後で、端子板と積層電極体とを接続するが、この順序を入れ替えて、先に端子板と積層電極体とを接続してから、蓋体２０に端子板４０，５０を溶着することもできる。
８．外装缶への積層電極体の封入及び封口
外装缶３０に積層電極体１０を挿入し、蓋体２０を外装缶３０の開口部３１に装着して開口部３１を封口し、蓋体２０の周囲と外装缶３０の開口縁とをレーザ溶接して封止する。
【００４８】
９．電解液封入及び密封
アルゴン置換の環境下で、注液口２３から、電解液を注入し、注液口２３をリベット２４で封止することによって、電池１が作製される。
〔電池１による効果〕
正極端子板４０における嵌合部４２の外面４２ａ〜４２ｄと、蓋体２０の貫通孔２５の内面２５ａ〜２５ｄとの間に、熱溶着テープ６０が介在し、この熱溶着テープ６０は、絶縁基材層６１の一方の面に熱溶着層６２、他方の面に熱溶着層６３が積層された積層構造となっているので、嵌合部４２の外面４２ａ〜４２ｄと、蓋体２０の貫通孔２５の内面２５ａ〜２５ｄとの間は、良好に封止がなされ、正極端子板４０の蓋体２０に対する固定もしっかりなされ、且つ絶縁性も確保できる。
【００４９】
すなわち、上記製法のように正極端子板４０を押圧しながら熱溶着を行って、嵌合部４２の外面４２ａ〜４２ｄと貫通孔２５の内面２５ａ〜２５ｄとを、熱溶着テープ６０を挟んで互いに押圧しながら熱溶着層６３、６４を溶融させると、良好な封止性が確保され、正極端子板４０の蓋体２０に対する固定もしっかりなされる。
また、熱溶着テープ６０は、絶縁基材層６１を有しており、この絶縁基材層６１は２００℃程度に加熱した時にも溶融しないので、上記のように押圧しながら熱溶着を行っても、正極端子板４０と蓋体２０との間は絶縁基材層６１によって良好に絶縁された状態が維持される。
【００５０】
同様に、負極端子板５０における嵌合部５２の外面と、蓋体２０の貫通孔２６の内面２６ａ〜２６ｄとの間にも、熱溶着テープ７０が介在している。そして、この熱溶着テープ７０も、絶縁基材層の両面に熱溶着層が積層された構造なので、嵌合部５２の外面と、蓋体２０の貫通孔２６の内面２６ａ〜２６ｄとの間は、良好に封止がなされ、負極端子板５０の蓋体２０に対する固定もしっかりなされ、且つ絶縁性が確保される。
【００５１】
なお、先行技術では、端子部材は、ワッシャと絶縁板とを介してナットで蓋体に固定されているが、本実施形態の電池１によれば、端子板を蓋体に固定するのにナットなどの部品は必要ないので、その分、部品点数が少なくて済む。
さらに、本実施形態の電池１においては、貫通孔２５，２６及びこれに嵌合する嵌合部４２，５２が、テーパー状に形成されているので、熱溶着テープ６０，７０を溶着する工程において、熱溶着テープ６０を巻き付けた正極端子板４０及び熱溶着テープ７０を巻き付けた負極端子板５０を、蓋体２０の貫通孔２５，２６に嵌め込んで押し付けるだけで、嵌合部４２，５２の外面と貫通孔２５，２６の内面とを互いに押圧することができる。
【００５２】
従って、熱溶着テープ６０，７０を溶着する溶着工程を容易に行うことができる。
また、貫通孔２５，２６が凸部２１，２２の中に形成されているので、正極端子板４０及び負極端子板５０と蓋体２０との接触面積を大きくできる。すなわち、貫通孔２５，２６の長さを長くし、貫通孔２５の内面２５ａ〜２５ｄ、貫通孔２６の内面２６ａ〜２６ｄの面積を大きくできる。それに伴って、嵌合部４２，５２の長さも長くし、外面４２ａ〜４２ｄ及び外面５２ａ〜５２ｄの面積も大きくすることができる。
【００５３】
従って、正極端子板４０及び負極端子板５０と蓋体２０との間の封止性を向上させることができ、正極端子板４０及び負極端子板５０の蓋体２０に対する固定も安定してできる。
また、電池１においては、蓋体２０は横長であって、前後幅（Ｘ方向の幅）は比較的小さいが、正極端子板４０及び負極端子板５０が横方向に伸長する板状であるため、蓋体２０を貫通させながら、端子の断面積を十分に確保できる。
【００５４】
〔その他の事項〕
（１）
上記実施の形態にかかる電池１では、外装缶及び蓋体がアルミニウム製であったが、ステンレス製であってもよい。
（２）
本発明において、上記実施の形態にかかる電池１のように、蓋体２０に凸部２１，２２を形成し、その凸部２１，２２の中に貫通孔２５、２６を形成することが、封止性の向上効果、並びに安定して固定する効果を高くする上で好ましいが、電極端子板を貫通させる貫通孔を凸部に形成することは必須ではなく、蓋体に凸部を形成せずに貫通孔を形成してもよい。
（３）
上記実施の形態にかかる電池１では、正極端子板４０及び負極端子板５０の両方が、蓋体２０に形成された貫通孔２５，２６を貫通しているが、正極端子板及び負極端子板のいずれか一方だけが蓋体を貫通するように取付けられた電池においても、同様に実施することができる。
（４）
上記実施の形態にかかる電池１は、蓋体２０の前後幅に合わせて、正極端子板４０及び負極端子板５０の形状も板状で、その嵌合部４２、５２が扁平な四角錐台形状であったが、蓋体の前後幅が大きい場合は、電極端子は板状でなくてもよく、嵌合部４２、５２の形状も、扁平でなくてもよい。
【００５５】
例えば、電極端子の形状は角柱状あるいは円錐状であってもよく、嵌合部の形状が角錐台状あるいは円柱状であってもよく、その場合も同様に実施することができる。
（５）上記電池１の製造方法では、５．の工程で端子板４０，５０に熱溶着テープ６０，７０を貼り付けてから、６．の工程（蓋体２０に対する端子板４０，５０の溶着）でこれを貫通孔２５、２６に装着したが、５．の端子板４０，５０に熱溶着テープ６０，７０を貼り付ける工程は行わずに、６．の工程において、端子板４０，５０を貫通孔２５、２６に嵌合させるときに、端子板４０，５０の外面と貫通孔２５、２６の内面との間に、熱溶着テープ６０，７０を介挿させても、同様に熱溶着を行うことができる。
（６）
本発明は、電極体の構造は特に限定されることなく、例えば、電極体が扁平渦巻型の角型電池にも適用できる。また、電池の形状についても角型電池に限定されることなく、電極体が渦巻型の円筒型電池にも適用できる。
【００５６】
また、本発明は、リチウムイオン二次電池に限られることなく、あらゆるタイプの電池に適用できる。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明は、ロボット、電気自動車の電源あるいはバックアップ電源として用られる比較的高容量の電池、特に角型電池に適している。
【符号の説明】
【００５８】
１ 電池
１０ 積層電極体
１１ 正極板
１１ａ 正極タブ
１２ 負極板
１２ａ 負極タブ
１３ セパレータ
１４ 絶縁テープ
２０ 蓋体
２１，２２ 凸部
２５，２６ 貫通孔
２５ａ〜２５ｄ 内面
２６ａ〜２６ｄ 内面
２７，２８ 開口部
３０ 外装缶
３１ 開口部
４０ 正極端子板
４１ 外部端子部
４２ 嵌合部
４２ａ〜４２ｄ 外面
４３ 接続部
５０ 負極端子板
５１ 外部端子部
５２ 嵌合部
５２ａ〜５２ｄ 外面
５３ 接続部
６０，７０ 熱溶着テープ
６１ 絶縁基材層
６２，６３ 熱溶着層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極板と負極板とがセパレータを介して配置された電極体が、開口部を有する外装体の中に収納され、当該開口部が蓋体で封口されてなる電池であって、
前記蓋体には、
前記正極板あるいは前記負極板に接続された電極端子が貫通する貫通孔が形成され、
前記電極端子の貫通部分は、前記貫通孔の内面に嵌合する形状に形成され、
前記電極端子の貫通部分の外面と前記貫通孔の内面の間には、
絶縁基材層と熱溶着層が積層された積層構造を有する熱溶着シートが介在し、
当該熱溶着シートによって絶縁封止されていることを特徴とする電池。
【請求項２】
前記貫通孔は、
電池内方から外方にかけて孔幅が狭くなるテーパー形状であって、
前記電極端子の貫通部分も、
前記貫通孔の形状に合わせたテーパー形状であることを特徴とする請求項１記載の電池。
【請求項３】
前記蓋体には、
その外面から突出する突部が形成され、
前記貫通孔は、当該突部の中を貫通していることを特徴とする請求項１または２記載の電池。
【請求項４】
前記電極端子の外面には、表面粗化処理が施されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか記載の電池。
【請求項５】
前記外装缶は、角筒形状であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか記載の電池。
【請求項６】
請求項１記載の電池を製造する方法であって、
前記熱溶着シートを介在させて、前記蓋体に形成された貫通孔に前記電極端子を嵌合させる嵌合工程と、
前記電極端子を前記貫通孔に嵌合させた状態で前記蓋体を加熱することによって熱溶着シートを溶着させる溶着工程とを備えることを特徴とする電池の製造方法。
【請求項７】
前記嵌合工程の前に、前記電極端子の外面に、前記熱溶着シートを溶着して貼り付ける貼付工程を備えることを特徴とする請求項６記載の電池の製造方法。
【請求項１】
正極板と負極板とがセパレータを介して配置された電極体が、開口部を有する外装体の中に収納され、当該開口部が蓋体で封口されてなる電池であって、
前記蓋体には、
前記正極板あるいは前記負極板に接続された電極端子が貫通する貫通孔が形成され、
前記電極端子の貫通部分は、前記貫通孔の内面に嵌合する形状に形成され、
前記電極端子の貫通部分の外面と前記貫通孔の内面の間には、
絶縁基材層と熱溶着層が積層された積層構造を有する熱溶着シートが介在し、
当該熱溶着シートによって絶縁封止されていることを特徴とする電池。
【請求項２】
前記貫通孔は、
電池内方から外方にかけて孔幅が狭くなるテーパー形状であって、
前記電極端子の貫通部分も、
前記貫通孔の形状に合わせたテーパー形状であることを特徴とする請求項１記載の電池。
【請求項３】
前記蓋体には、
その外面から突出する突部が形成され、
前記貫通孔は、当該突部の中を貫通していることを特徴とする請求項１または２記載の電池。
【請求項４】
前記電極端子の外面には、表面粗化処理が施されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか記載の電池。
【請求項５】
前記外装缶は、角筒形状であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか記載の電池。
【請求項６】
請求項１記載の電池を製造する方法であって、
前記熱溶着シートを介在させて、前記蓋体に形成された貫通孔に前記電極端子を嵌合させる嵌合工程と、
前記電極端子を前記貫通孔に嵌合させた状態で前記蓋体を加熱することによって熱溶着シートを溶着させる溶着工程とを備えることを特徴とする電池の製造方法。
【請求項７】
前記嵌合工程の前に、前記電極端子の外面に、前記熱溶着シートを溶着して貼り付ける貼付工程を備えることを特徴とする請求項６記載の電池の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−１４９５２（Ｐ２０１２−１４９５２Ａ）
【公開日】平成２４年１月１９日（２０１２．１．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１５０３０８（Ｐ２０１０−１５０３０８）
【出願日】平成２２年６月３０日（２０１０．６．３０）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１月１９日（２０１２．１．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月３０日（２０１０．６．３０）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【Ｆターム（参考）】
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