電池
【課題】抵抗溶接による電池ケースとリード間の接続強度を安定させるために電池ケースとリード間に形成される溶接ナゲットの溶け込み深さを深くするだけでなく、溶接の際発生するスパッタの発生を抑制することにより多孔質絶縁体の破損やそれによる内部短絡を生じない構成とした電池を提供することを目的とする。
【解決手段】正極板２と負極板３とを多孔質絶縁体４を介して渦巻状に巻回または積層した電極群１を電池ケース７に収納し、電極群１の負極板３から引き出した負極リード６を電池ケース７の内底面に接続する溶接ナゲット１４として厚さ方向の中心線を電池ケースの内底面に対して傾斜する溶接ナゲットとする。
【解決手段】正極板２と負極板３とを多孔質絶縁体４を介して渦巻状に巻回または積層した電極群１を電池ケース７に収納し、電極群１の負極板３から引き出した負極リード６を電池ケース７の内底面に接続する溶接ナゲット１４として厚さ方向の中心線を電池ケースの内底面に対して傾斜する溶接ナゲットとする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リチウムイオン二次電池に代表される電池に関し、特に正極板と負極板との間に多孔質絶縁体を介在して構成した電極群を電池ケースに挿入し、この電極群の正極板もしくは負極板の一方のリードを電池ケースと接続し、他方のリードを電池ケースの開口部を封着するための封口板に接続し、電解液を注入後に封口する電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＡＶ機器やパソコンの普及に伴い、電池の需要が急激な伸びを見せており、玩具など多様な分野で電池が使用されている。また、技術の進歩による電子機器のポータブル化、コードレス化も急速に電池消費量を後押しする結果となっている。これらの電子機器の駆動用電源として、ニッケルカドミウム蓄電池、ニッケル水素蓄電池、リチウムイオン二次電池などが各種用途に合わせて幅広く使用されている。また、電動工具、電動補助付自転車、芝刈機、電気自動車といった大きな負荷特性を必要とする駆動用電源として、高容量かつ大電流の充放電特性を持った電池が求められているだけでなく、より安全性の高い電池の開発も要求されている。
【０００３】
ここで、高容量かつ大電流の充放電特性を持ったリチウムイオン二次電池を実現すると同時に、さらなる安全性の向上が必要不可欠となっている。リチウムイオン二次電池を例にすると、正極の集電体に少なくとも正極活物質を含有する正極の合剤塗料を塗布乾燥した帯状の正極板と負極の集電体にリチウムを保持しうる活物質とする負極の合剤塗料を塗布乾燥した帯状の負極板をこれらの間に多孔質絶縁体としてのセパレータを介在させて渦巻状に巻回した電極群を電池ケースに挿入し、この電極群の正極板または負極板のいずれか一方のリードを電池ケースの内底部に接続する際、溶接によるスパッタの発生を抑制することにより、セパレータの破損やこの破損による内部短絡を生じないように構成する技術が要求される。また、溶接による安定した接続を実現するために、接続強度に関して高い強度をもち、溶接箇所の増加により接合性を向上し、電池ケースに接続されたリードがねじれた際にかかる回転トルクに対しても強い技術が要求される。
【０００４】
従来の溶接による接合技術は図９に示すように、正極板２１と負極板２２とを多孔質絶縁体２３を介在して渦巻状に巻回した電池用電極群２０に絶縁板２６を装着して電池ケース２５に挿入した電極群２０の負極板２２の先端付近に備えられた負極リード２４を電池ケース２５の内底部に加圧部材で加圧して密着させた状態で、上電極棒２７と下電極棒２８の間に電流を印加し所定の時間維持させて溶接を行う。そのことにより、急激な電流が加わることがないためスパッタの発生が抑制され、最適な溶接状態を得ることができる製造方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、別の従来の溶接技術は図１０に示すように、多点の溶接箇所をもつ溶接法として、正極板２１と負極板２２とを多孔質絶縁体２３を介在して渦巻状に巻回した電池用電極群２０の先端付近に備えられた負極リード２４にプロジェクション２９を形成し、電池用電極群２０に絶縁板２６を装着して電池ケース２５に挿入した電極群２０の負極板２２の先端付近に備えられた負極リード２４を電池ケース２５の内底部に加圧部材で加圧して密着させた状態で、上電極棒２７と下電極棒２８の間に電流を印加し所定の時間維持させて溶接を行うことにより、熱エネルギーを特定の箇所に集中させ、溶接の安定性を上げることができる方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
また、別の従来の溶接技術は図１１に示すように、３本の溶接棒３０を用いて、そのう
ち２本の溶接棒３１を溶接電源の同じ極に並列接続している状態で、２つの重なった外部リード３３と電池ケース３４に対して外部リード３３と電池ケース３４が重なった部分に２本の溶接棒３１を当接し、残り１本の極性の異なる溶接棒３２を２本の溶接棒３１と同じ方向から外部リード３３と電池ケース３４が重なっていないところで当接することにより、同時に２点溶接をする方法が提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【０００７】
さらに、別の従来の溶接技術は図１２（ａ）に示すように、２つ重なった被溶接材４４，４５に対して、同一平面上に配置のように上電極棒４１と下電極棒４３の間で通電し溶接ナゲット４６を形成し、続いて図１２（ｂ）のように上電極棒４２と下電極棒４３の間で通電して、溶接ナゲット４７を形成することができる方法で、この手法を使用することにより、上電極棒４１，４２の本数に対応した複数の溶接ナゲットを形成する多点のマイクロスポット溶接が提案されている（例えば、特許文献４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１０−２５５７５５号公報
【特許文献２】特開２００５−１００９４９号公報
【特許文献３】特開２００２−２０５１７２号公報
【特許文献４】特開２００８−２３５５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上述した特許文献１の従来技術では、渦巻状に巻回した電池用電極群を加圧して負極板リードと電池ケースの内底部に密着させ、その加圧を解除した後、負極板リードと電池ケースの内底部を上電極棒と下電極棒が一直線上になるように挟み込み、電流を印加することにより溶接を行っているが、電流波形を変えることだけではスパッタ発生要因のひとつである局所的に過大電流が流れ温度が急上昇することを防ぎきれておらず、スパッタの発生量の抑制につながっていないという課題がある。
【００１０】
次に、上述した特許文献２の従来技術では、溶接ナゲットがケース底面に対して平行な方向に形成されるため、溶接が外れやすい問題や、リードもしくは電池ケースにプロジェクションを形成するのに、工程を増やす必要があり、コストがかかる課題がある。続いて、上述した特許文献３の従来技術では、溶接を行う際に、電池ケースの中に電極群が存在しており、２つの重なった被溶接材すなわち正極リードもしくは負極リードと電池ケースの位置を確認することができないので、目的の位置に溶接ナゲットを形成することが困難であるという課題がある。また、上述した特許文献４の従来技術では、Ｎ点目以降の溶接を行う際に（Ｎ−１)点目までの溶接箇所に分流が発生するため、溶接したい箇所に電流を集中させることが難しいという課題がある。
【００１１】
本発明で上記従来の課題を鑑みてなされたもので、スパッタの発生を抑制して多孔質絶縁体の破損やその破損による内部短絡を生じないように構成するだけでなく、溶接ナゲットの厚さ方向の中心線がケースの内底面に対して傾斜した状態で形成し深い溶け込みをもつ構成とした電池を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の目的を達成するために本発明は、帯状の集電体の表面に活物質層を形成した正極板と負極板とを多孔質絶縁体を介して渦巻状に巻回または積層した電極群を電池ケースに収納し、電極群の一方の電極板から引き出したリードを電池ケースの内底面に接続し、他方の電極板から引き出したリードを電池ケースの開口部を封口する封口板に接続し、電極群と電解液とを電池ケースと封口板により封入した電池において、電池ケースと一方の電
極板のリードとを接続する溶接ナゲットとして厚さ方向の中心線を電池ケースの内底面に対して傾斜する溶接ナゲットとしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、傾斜した方向に溶接ナゲットが形成され、電極板のリードおよび電池ケースに対して深く溶け込むことができ、より接続の安定した電池を提供することができる。また、局所的に過大な電流が流れ温度が急上昇することを防き、スパッタの発生を抑制して多孔質絶縁体の破損やその破損による内部短絡を生じないように構成した電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施の形態における電池の一部切欠斜視図
【図２】（ａ）本発明の電池の製造方法における絶縁板を電極群の上に供給した斜視図、（ｂ）同絶縁板を電極群の単面に載せた斜視図、（ｃ）同負極リードを絶縁板側に折り曲げた電極群を電池ケースへ挿入する状態の斜視図、（ｄ）同電極群を電池ケースに挿入した後の斜視図、（ｅ）同加圧部材と溶接電極棒を電池ケースへ挿入する状態を示す斜視図、（ｆ）同加圧部材と溶接電極棒を電池ケースに挿入した状態の斜視図
【図３】（ａ）本発明の一実施の形態における溶接状態を示す電池の要部の断面図、（ｂ）本発明の一実施の形態におけるリードの溶接状態を示す電池の要部の断面図
【図４】本発明におけるリードと電池ケースを溶接した後に形成される溶接ナゲットの分布を示した拡大断面図
【図５】（ａ）本発明の下電極棒２本を電池ケースの外底部に当接して２個の溶接ナゲットを形成する抵抗溶接の状態を示す電池の要部の断面図、（ｂ）同リードと電池ケースを溶接した後に形成される溶接ナゲットの分布を示した拡大断面図
【図６】（ａ）本発明の下電極棒３本を電池ケースの外底部に当接して３個の溶接ナゲットを形成する抵抗溶接の状態を示す電池の要部の斜視図、（ｂ）本発明の下電極棒３本を電池ケースの外底部に当接して３個の溶接ナゲットの形成位置を示すリードの斜視図
【図７】本発明の二股に加工した下電極棒２本を電池ケースの外底部に当接して２個の溶接ナゲットを形成する抵抗溶接の状態を示す電池の要部の断面図
【図８】（ａ）本発明の下電極棒２本を電池ケース側面部に当接して２個の溶接ナゲットを形成する抵抗溶接の状態を示す電池の要部の断面図、（ｂ）同リードと電池ケースを溶接した後に形成される溶接ナゲットの分布を示した拡大断面図
【図９】従来例のダイレクト抵抗溶接の構成を示す電池の要部の断面図
【図１０】別の従来例のプロジェクション溶接の構成を示す電池の要部の断面図
【図１１】別の従来例のインダイレクト抵抗溶接の構成を示す要部の斜視図
【図１２】（ａ）別の従来例の多点のマイクロスポット溶接の構成を示す断面図（ｂ）同構成で＋極の溶接電極棒の位置を変更した断面図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の第１の発明においては、帯状の集電体の表面に活物質層を形成した正極板と負極板とを多孔質絶縁体を介して渦巻状に巻回または積層した電極群を電池ケースに収納し、電極群の一方の電極板から引き出したリードを電池ケースの内底面に接続し、他方の電極板から引き出したリードを電池ケースの開口部を封口する封口板に接続し、電極群と電解液とを電池ケースと封口板により封入した電池において、電池ケースと一方の電極板のリードとを接続する溶接ナゲットとして厚さ方向の中心線を電池ケースの内底面に対して傾斜する溶接ナゲットとしたことにより、リードおよび電池ケースに対する溶接の溶け込みを深くし、リードと電池ケースの接続強度が高く、スパッタの要因を抑制した電池を提供することができる。
【００１６】
本発明の第２の発明においては、溶接ナゲットを複数個設けることにより、１個の溶接
ナゲット形成に必要なエネルギーを減らすことが可能で、スパッタの発生を抑制して、スパッタが要因となる多孔質絶縁体の破損を削減した電池を提供することができる。
【００１７】
本発明の第３の発明においては、溶接ナゲットを複数個設けるとともにこの隣接する溶接ナゲットの電池ケースの内底面の表面に対する傾斜方向を逆方向とすることにより、電池ケースに接続されたリードがねじれた際にかかる回転トルクに対して強度が強く、電極群にねじれ方向の力がかかった際に接続がはずれにくい電池を提供することができる。
【００１８】
本発明の第４の発明においては、溶接ナゲットを形成するために、電極群を電池ケースに挿入後、電極群の上面部を加圧部材で押圧し、電極群の一端に備えられたリードを電池ケースに密着させるととともに、上電極棒をリード部に、下電極棒を上電極棒と同一直線上にない電池ケースの外底部に当接し、一定時間電流を供給し溶接を行うことにより、電流が電池ケースとリード界面に対して傾斜する方向に流れ、傾斜する溶接ナゲットを形成することが可能で、溶接の溶け込みが深い電池を提供することができる
本発明の第５の発明においては、帯状の集電体の表面に活物質層を形成した正極板と負極板とを多孔質絶縁体を介して渦巻状に巻回または積層した電極群を電池ケースに収納し、電極群の一方の電極板から引き出したリードを電池ケースの内底面に接続し、他方の電極板から引き出したリードを電池ケースの開口部を封口する封口板に接続し、電極群と電解液とを電池ケースと封口板により封入した電池の製造方法において、電池ケースと一方の電極板のリードとを接続する溶接ナゲットとして厚さ方向の中心線を電池ケースの内底面に対して傾斜させて溶接することにより、リードおよび電池ケースに対する溶接の溶け込みを深くし、リードと電池ケースの接続強度が高く、スパッタの要因を抑制した電池の製造方法を提供することができる。
【００１９】
本発明の第６の発明においては、帯状の集電体の表面に活物質層を形成した正極板と負極板とを多孔質絶縁体を介して渦巻状に巻回または積層した電極群を電池ケースに収納し、電極群の一方の電極板から引き出したリードを電池ケースの内底面に接続し、他方の電極板から引き出したリードを電池ケースの開口部を封口する封口板に接続し、電極群と電解液とを電池ケースと封口板により封入した電池の溶接装置において、電池ケースと一方の電極板のリードとを接続する溶接ナゲットとして厚さ方向の中心線を電池ケースの内底面に対して傾斜させて溶接することにより、リードおよび電池ケースに対する溶接の溶け込みを深くし、リードと電池ケースの接続強度が高く、スパッタの要因を抑制した電池の製造装置を提供することができる。
【００２０】
以下、本発明の最良の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図１は本発明の一実施の形態における電池の一部切欠斜視図である。同図を用いて、以下に本発明の一実施の形態における電池の詳細について説明する。まず、電池用の電極群１は正極集電体に正極合剤層を塗布形成した帯状の正極板２と負極集電体に負極合剤層を塗布形成した帯状の負極板３とを多孔質絶縁体としてのセパレータ４を介して渦巻状に巻回または積層して構成されており、正極板２と負極板３にはそれぞれ正極リード５と負極リード６が接続されている。
【００２１】
次に、この電極群１を電池ケース７に収納して電極群１の両端面に絶縁板８を配設した後にアルミニウム製の正極リード５を正極板２から導出して封口板９に溶接し、ニッケル製の負極板リード６を負極板３から導出して電池ケース７の内底面に本発明の一実施の形態における電池の製造方法により溶接することで電池を構成している。さらに、この電池ケース７の中に電解液を注入した後にアスファルトで表面を塗布したガスケット１０を介して電池ケース７をかしめることにより封口板９を固定し、電池ケース７内の機密性を保持させた構成としている。
【００２２】
次に、図２において電池における電池ケース７と負極リード６の接続までの工程フローについて説明する。まず、図２（ａ）のように中心部に空孔を持つ電極群１と同じく中心部に空孔を持つ絶縁板８を装着し、図２（ｂ）のように負極リード６を絶縁板８の方向に曲げる。次に、図２（ｃ）のように電極群１を電池ケース７に挿入する。図２（ｄ）においては説明しやすくするため電池ケース７を反転させているが、反転せずに次の動作をしてもよい。続いて、図２（ｅ）のように下電極棒１３を電池ケース７の外底部に当接させ、加圧部材１１により押圧する。図２（ｆ）のように上電極棒１２を電極群１の空孔部に挿入し、上電極棒１２の先端で負極リード６を押圧して抵抗溶接を行ない、負極リード６と電池ケース７との接続を行う。
【００２３】
図３は本発明の一実施の形態に係る溶接ナゲットの厚さ方向の中心線を電池ケースの内底面に対して傾斜する溶接ナゲットを持つ電池を作製する方法およびそれによりできる電池の断面図を示す。図３（ａ）に示すように、下電極棒１３を上電極棒１２の中心線から距離Ｓ離した状態で配置する。図３（ｂ）では、溶接ナゲット１４が負極リード６と電池ケース７の界面に対して傾斜する方向に形成した状態を示している。この傾斜した溶接ナゲット１４は、図３（ａ）の方法により、上電極棒１２から下電極棒１３までの電流経路が負極リード６と電池ケース７の界面に対して傾斜する方向にとるために形成された溶接ナゲット１４である。
【００２４】
図４は負極リード６と電池ケース７に形成される溶接ナゲット１４の状態を示したものである。図４で示すように、溶接ナゲット１４が負極リード６と電池ケース７の界面に対して傾斜する方向に形成し、溶接ナゲット１４が負極リード６と電池ケース７に深く溶け込むことにより、より接続強度を高くすることができる。
【００２５】
図５〜図８は本発明の一実施の形態に係る複数個の溶接ナゲットをもち、かつ隣接する溶接ナゲットが電池ケースの内底面の表面に対して傾斜方向を逆方向にとる電池を作製する方法およびそれによりできる電池の模式図である。図５（ａ）に示すように、上電極棒１２と２本の下電極棒１３を等距離Ｓ離した状態で配置する。これは、上電極棒１２から各々の下電極棒１３までの抵抗をほぼ等しくし、並列に流れる溶接電流量に差が出ないようにし、1本の電流経路に過大な電流が流れ、スパッタの発生を抑制している。この方法により溶接を行った結果が図５（ｂ）であり、溶接ナゲット１４が下電極棒１３の数だけ形成されたことを示しており、溶接ナゲット１４が負極リード６と電池ケース７の界面に対して傾斜する方向に形成され、各々の溶接ナゲット１４は上電極棒１２に対して逆方向に傾斜した状態になる。
【００２６】
図６は下電極棒１３を３本使用して負極リード６を溶接する際の構成を示す。図６（ａ）は下電極棒１３の配置位置を示した一例で、上電極棒１２の位置（缶底中心）から等距離Ｓずらしたところに下電極棒１３を配置する。その結果の一例が図６（ｂ）であり、溶接ナゲット１４が３箇所作製され、隣接する溶接ナゲット１４が電池ケース７の内底面の表面に対する傾斜方向を逆方向に形成される。
【００２７】
図７は下電極棒１３の先端部を二股に加工して電池ケース７の外底部に接触し負極リード６を溶接する際の構成を示す。図７はこの構成を行ったときの断面図であり、上電極棒１２の位置（缶底中心）から等距離Ｓずらしたところに下電極棒１３を配置しており、電池ケース７の外底部から下電極棒１３の土台までの距離Ｈをできるだけ小さくした方が、電流経路が並列になっている距離を減らすことができ、各々の溶接ナゲット１４の大きさをほぼ等しくすることができる。
【００２８】
図８は２個の下電極棒１３を電池ケース７の側面に当接し電池ケース７と負極リード６を溶接する際の構成を示す。図８（ａ）は電池ケース７の側面に下電極棒１３を当接させ
たときの断面図の一例である。また、図８（ｂ）は電池ケース７の底方向から見たときの断面図であり、負極リード６と電池ケース７の界面に対して傾斜する方向に溶接ナゲット１４が形成され、隣接する溶接ナゲット１４は負極リード６と電池ケース７に対して傾斜する方向が逆方向に向いており、溶接電流が電池ケース７を流れる距離が長いため、発熱エネルギーを抑えることができ、スパッタの発生量を抑制できる。
【実施例１】
【００２９】
以下、本発明の具体的実施例についてさらに詳細に説明するが、本発明は以下のものになんら限定されるものではない。図１（ａ）に示すように、アルミニウム製の正極集電体に少なくとも正極活物質を含む正極合剤層を塗布形成した幅が５７ｍｍ、厚みが０．２ｍｍの帯状の正極板２と銅製の負極集電体にリチウムを保持しうる負極活物質を含む負極合剤層を塗布形成した幅が５８．５ｍｍ、厚みが０．２ｍｍの帯状の負極板３をこれらの間に幅が６２ｍｍ、厚みが０．０２ｍｍのポリエチレン微多孔フィルムのセパレータからなる多孔質絶縁体４を介して渦巻状に巻回した直径が１８ｍｍ、高さが６５ｍｍのリチウム二次電池用の電極群１を電池ケース７に挿入後、電極群１の上面部を加圧部材で２０Ｎの力で押圧して、電極群１の負極板３の先端付近に備えられた厚みが０．１ｍｍのニッケルからなる負極リード６を電池ケース７の内底部に密着させるとともに、電池ケース７の外底部に下電極棒１３を上電極棒１２の当接位置から横方向に４ｍｍ離したところに１本当接させた後、上電極棒１２を電極群１の空孔部に挿入し、上電極棒１２の先端で負極リード６を３５Ｎで当接し、一定時間電流を供給し溶接を行った電池ケース７に収納した電極群１を実施例１とした。
【００３０】
次に、この二次電池を用いて負極リード６と電池ケース７の溶接状態の評価を行った。さらに、電極群１の上部より導出した正極リード５を封口板９に接続し、電池ケース７に所定量のＥＣ，ＤＭＣ，ＭＥＣ混合溶媒にＬｉＰＦ6を１ＭとＶＣを３重量部溶解させた電解液（図示せず）を注液した。その後、電池ケース７の開口部にガスケット１０を周縁に取り付けた封口板９を挿入し、電池ケース７の開口部を内方向に折り曲げて、かしめ封口することにより図１に示す円筒形のリチウムイオン二次電池を作製した。
【実施例２】
【００３１】
実施例１との相違として、下電極棒１３を２本に増やした実施例について以下説明する。まず、図５（ａ）に示すように、実施例１と同様にして電極群１を構成し、次に電極群１を電池ケース７に挿入後、電極群１の上面部を加圧部材１１で押圧して、電極群１の負極板３の先端付近に備えられた負極リード６を電池ケース７の内底部に密着させるとともに、電池ケース７の外底部に下電極棒１３を上電極棒１２の当接位置から横方向に４ｍｍはなしたところに２本当接させた後、上電極棒１２を電極群１の空孔部に挿入し、上電極棒１２の先端で負極リード６を当接し、一定時間電流を供給し溶接を行った電池ケース７に収納した電極群１を実施例２とした。次に、この二次電池を用いて負極リード６と電池ケース７の溶接状態の評価を行った。さらに、実施例１と同様にして図１に示す円筒形のリチウムイオン二次電池を作製した。
【実施例３】
【００３２】
実施例１との相違として、下電極棒１３を３本に増やした実施例について以下説明する。まず、図６（ａ）に示したように、実施例１と同様にして電極群１を構成し、次に電極群１を電池ケース７に挿入後、電極群１の上面部を加圧部材１１で押圧して、電極群１の負極板３の先端付近に備えられた負極リード６を電池ケース７の内底部に密着させるとともに、電池ケース７の外底部に下電極棒１３を上電極棒１２の当接位置から横方向に４ｍｍはなしたところに３本当接させた後、上電極棒１２を電極群１の空孔部に挿入し、上電極棒１２の先端で負極リード６を当接し、一定時間電流を供給し溶接を行った電池ケース７に収納した電極群１を実施例３とした。次に、この二次電池を用いて負極リード６と電
池ケース７の溶接状態の評価を行った。さらに、実施例１と同様にして図１に示す円筒形のリチウムイオン二次電池を作製した。
【実施例４】
【００３３】
実施例１との相違として、下電極棒１３の先端部を二股に加工した実施例について以下説明する。まず、図７（ａ）に示したように、実施例１と同様にして電極群１を構成し、次に電極群１を電池ケース７に挿入後、電極群１の上面部を加圧部材で押圧して、電極群１の負極板３の先端付近に備えられた負極リード６を電池ケース７の内底部に密着させるとともに、電池ケース７の外底部に距離Ｓを２ｍｍとして加工した二股の下電極棒１３を当接させた後、上電極棒１２を電極群１の空孔部に挿入し、上電極棒１２の先端で負極リード６を当接し、一定時間電流を供給し溶接を行った電池ケース７に収納した電極群１を実施例４とした。次に、この二次電池を用いて負極リード６と電池ケース７の溶接状態の評価を行った。さらに、実施例１と同様にして図１に示す円筒形のリチウムイオン二次電池を作製した。
【実施例５】
【００３４】
実施例１との相違として、下電極棒１３を電池ケース７の外側面部に２本配置した実施例について以下説明する。まず、図８（ａ）に示したように、実施例１と同様にして電極群１を構成し、次に電極群１を電池ケース７に挿入後、電極群１の上面部を加圧部材１１で押圧して、電極群１の負極板３の先端付近に備えられた負極リード６を電池ケース７の内底部に密着させるとともに、電池ケース７の外側面部に下電極棒１３を当接させた後、上電極棒１２を電極群１の空孔部に挿入し、上電極棒１２の先端で負極リード６を当接し、一定時間電流を供給し溶接を行った電池ケース７に収納した電極群１を実施例５とした。次に、この二次電池を用いて負極リード６と電池ケース７の溶接状態の評価を行った。さらに、実施例１と同様にして図１に示す円筒形のリチウムイオン二次電池を作製した。
【００３５】
（比較例１）
実施例１との相違として、図９に示すように、渦巻状に巻回した電極群２０の負極板２２の先端付近に備えられた負極リード２４を電池ケース２５の内底部に加圧部材で加圧して密着させた状態で、接触面が１箇所となるような上電極棒２７と下電極棒２８を同一直線上に配置して加圧し、一定時間電流を供給し溶接を行った電池ケース２５に収納した電極群２０を比較例１とした。次に、この二次電池を用いて負極リード２４と電池ケース２５の溶接状態の評価を行った。他の条件は、実施例１と同様である。さらに、実施例１と同様にして図１に示す円筒形のリチウムイオン二次電池を作製した。
【００３６】
（比較例２）
実施例１との相違として、図１０に示すように、渦巻状に巻回した電極群２０の負極板２２の先端付近に備えられた負極リード２４にプロジェクションを設け、負極リード２４を電池ケース２５の内底部に加圧部材で加圧して密着させた状態で、接触面が１箇所となるような上電極棒２７と下電極棒２８を同一直線上に配置して加圧し、一定時間電流を供給し溶接を行った電池ケース２５に収納した電極群２０を比較例２とした。他の条件は、実施例１と同様である。
【００３７】
次に、この二次電池を用いて負極リード２４と電池ケース２５の溶接状態の評価を行った。さらに、実施例１と同様にして図１に示す円筒形のリチウムイオン二次電池を作製した。比較例１、比較例２の二次電池と本発明における実施例１〜５の二次電池の負極リード６と電池ケース７の溶接状態を比較するため、抵抗溶接によるスパッタの発生量、および形成される溶接ナゲットの数を評価した。
【００３８】
スパッタの発生率は、負極リードを電池ケースの内底部に抵抗溶接する工程にて構成さ
れた１０００個を対象として、スパッタの発生数と検査数との比率を発生率として定義し、高速ビデオで撮像し、スパッタの発生がなければ良品、スパッタの発生があるものは不良品として選別しスパッタの発生による不良品の数量を比較検討した。また溶接ナゲットの個数は電池ケースおよびリードを切断・研磨することにより測定した。
【００３９】
この測定結果を（表１）に示す。
【００４０】
【表１】
【００４１】
（表１）の結果から明らかなように、本発明の二次電池は、リードと電池ケースの内底部を溶接する際、上電極棒と下電極棒を一直線上に存在しない配置とし、電流経路をリードと電池ケースの界面に対して垂直方向にとらない構成とすることによって、溶接ナゲットをリードと電池ケースの界面に対して傾斜する方向に形成し、溶け込み深さを深くする効果を有している。また、複数個下電極棒を配置することによって、溶接エネルギーを分散し、スパッタの発生を抑制し多孔質絶縁体の破損やそれによる内部短絡を防止することができるだけでなく、溶接電流の経路が複数存在するので、複数個の溶接ナゲットを形成し接続を安定させることができ、安全性の高い二次電池を提供することができる。さらに、本発明の二次電池はスパッタ発生の確率が低減され、溶接ナゲットを複数個作製し、溶け込み深さが深いという特有な効果を有している。
【００４２】
特に実施例３は下電極棒を３本にすることにより、溶接電流を３分岐できるため、エネルギー分散ができスパッタの発生を抑えられるだけでなく、３個の溶接ナゲットができ、電池ケースに接続されたリードがねじれた際にかかる回転トルクに対しても非常に強く、溶け込み深さも深いため、リードの接続強度が大きく安全な二次電池を提供できる。
【００４３】
一方、比較例１では図９に示したように、上電極棒と下電極棒が一直線上に配置することにより、電流が最短距離で流れようとするため、接合面の特定の箇所に電流集中が起こり、スパッタの発生が起きやすいだけでなく、接続箇所が１箇所のみで電池ケースに接続されたリードがねじれた際にかかる回転トルクに弱く、溶接ナゲットの溶け込み深さが浅いため、リードの接続が外れる可能性がある。また、比較例２では（表１）に示したように、溶接ナゲットの個数といった点では実施例と大差はないが、スパッタの発生率が高く、溶接ナゲットの溶け込み深さが浅くなる。また、プロジェクションを形成するのに、余分な工程やコストがかかるという問題もある。
【００４４】
以上、実施例１〜５で述べてきたように本発明の二次電池では、帯状の集電体の表面に活物質層を形成した正極板と負極板とを多孔質絶縁体を介して渦巻状に巻回または積層した電極群を電池ケースに収納し、電極群の一方の電極板から引き出したリードを電池ケースの内底面に接続し、他方の電極板から引き出したリードを電池ケースの開口部を封口する封口板に接続し、電極群と電解液とを電池ケースと封口板により封口した二次電池において、電池ケースと一方の電極板のリードとを接続する溶接ナゲットとして厚さ方向の中
心線を電池ケースの内底面に対して傾斜する溶接ナゲットを形成した。
【００４５】
なお、本実施例において正極板および負極板としては正極集電体および負極集電体の上に正極合剤層および負極合剤層を形成したものを用いたが、これに限定されるものではなく、例えば、負極集電体の上にケイ素またはスズを含む合金系活物質を担持した負極板を用いても同様の効果を得ることができる。
【００４６】
さらに、本実施例において多孔質絶縁体としてはポリエチレン微多孔フィルムからなるセパレータを用いたが、これに限定されるものではなく、例えば、酸化アルミニウムをポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）で結合した多孔質絶縁体、あるいは耐熱性有機繊維の不織布にポリフッ化ビニリデンを含浸させた多孔質絶縁体などを用いても同様の効果を得ることができる。
【００４７】
また、今回はリチウムイオン二次電池を例に挙げて述べたが、リチウム一次電池、コイン電池、アルカリ蓄電池においても同様の効果を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明に係る電池は、リードと電池ケースの抵抗溶接を行う際、下電極棒を上電極棒から離した位置で電池ケースの外底部に当接させ溶接電流を流したことにより、溶接ナゲットの溶け込み深さを深くし、リード接続が安定した電池を提供することができる。また、下電極棒を複数本電池ケースに当接することにより、スパッタの発生量を抑制し多孔質絶縁板の破損やその破損による短絡を防ぐことができ、安全性の高い電池を提供することができる。このことは、多孔質絶縁板の破損による電池の発熱を防ぐことができ、複数個の溶接ナゲットを持つことにより衝撃に対しても強く、現在利用されているポータブルの電子機器や将来要求されている高容量の電池に対しても安全面で非常に有用である。
【符号の説明】
【００４９】
１ 電極群
２ 正極板
３ 負極板
４ 多孔質絶縁体
５ 正極リード
６ 負極リード
７ 電池ケース
８ 絶縁板
９ 封口板
１０ ガスケット
１１ 加圧部材
１２ 上電極棒
１３ 下電極棒
１４ 溶接ナゲット
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リチウムイオン二次電池に代表される電池に関し、特に正極板と負極板との間に多孔質絶縁体を介在して構成した電極群を電池ケースに挿入し、この電極群の正極板もしくは負極板の一方のリードを電池ケースと接続し、他方のリードを電池ケースの開口部を封着するための封口板に接続し、電解液を注入後に封口する電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＡＶ機器やパソコンの普及に伴い、電池の需要が急激な伸びを見せており、玩具など多様な分野で電池が使用されている。また、技術の進歩による電子機器のポータブル化、コードレス化も急速に電池消費量を後押しする結果となっている。これらの電子機器の駆動用電源として、ニッケルカドミウム蓄電池、ニッケル水素蓄電池、リチウムイオン二次電池などが各種用途に合わせて幅広く使用されている。また、電動工具、電動補助付自転車、芝刈機、電気自動車といった大きな負荷特性を必要とする駆動用電源として、高容量かつ大電流の充放電特性を持った電池が求められているだけでなく、より安全性の高い電池の開発も要求されている。
【０００３】
ここで、高容量かつ大電流の充放電特性を持ったリチウムイオン二次電池を実現すると同時に、さらなる安全性の向上が必要不可欠となっている。リチウムイオン二次電池を例にすると、正極の集電体に少なくとも正極活物質を含有する正極の合剤塗料を塗布乾燥した帯状の正極板と負極の集電体にリチウムを保持しうる活物質とする負極の合剤塗料を塗布乾燥した帯状の負極板をこれらの間に多孔質絶縁体としてのセパレータを介在させて渦巻状に巻回した電極群を電池ケースに挿入し、この電極群の正極板または負極板のいずれか一方のリードを電池ケースの内底部に接続する際、溶接によるスパッタの発生を抑制することにより、セパレータの破損やこの破損による内部短絡を生じないように構成する技術が要求される。また、溶接による安定した接続を実現するために、接続強度に関して高い強度をもち、溶接箇所の増加により接合性を向上し、電池ケースに接続されたリードがねじれた際にかかる回転トルクに対しても強い技術が要求される。
【０００４】
従来の溶接による接合技術は図９に示すように、正極板２１と負極板２２とを多孔質絶縁体２３を介在して渦巻状に巻回した電池用電極群２０に絶縁板２６を装着して電池ケース２５に挿入した電極群２０の負極板２２の先端付近に備えられた負極リード２４を電池ケース２５の内底部に加圧部材で加圧して密着させた状態で、上電極棒２７と下電極棒２８の間に電流を印加し所定の時間維持させて溶接を行う。そのことにより、急激な電流が加わることがないためスパッタの発生が抑制され、最適な溶接状態を得ることができる製造方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、別の従来の溶接技術は図１０に示すように、多点の溶接箇所をもつ溶接法として、正極板２１と負極板２２とを多孔質絶縁体２３を介在して渦巻状に巻回した電池用電極群２０の先端付近に備えられた負極リード２４にプロジェクション２９を形成し、電池用電極群２０に絶縁板２６を装着して電池ケース２５に挿入した電極群２０の負極板２２の先端付近に備えられた負極リード２４を電池ケース２５の内底部に加圧部材で加圧して密着させた状態で、上電極棒２７と下電極棒２８の間に電流を印加し所定の時間維持させて溶接を行うことにより、熱エネルギーを特定の箇所に集中させ、溶接の安定性を上げることができる方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
また、別の従来の溶接技術は図１１に示すように、３本の溶接棒３０を用いて、そのう
ち２本の溶接棒３１を溶接電源の同じ極に並列接続している状態で、２つの重なった外部リード３３と電池ケース３４に対して外部リード３３と電池ケース３４が重なった部分に２本の溶接棒３１を当接し、残り１本の極性の異なる溶接棒３２を２本の溶接棒３１と同じ方向から外部リード３３と電池ケース３４が重なっていないところで当接することにより、同時に２点溶接をする方法が提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【０００７】
さらに、別の従来の溶接技術は図１２（ａ）に示すように、２つ重なった被溶接材４４，４５に対して、同一平面上に配置のように上電極棒４１と下電極棒４３の間で通電し溶接ナゲット４６を形成し、続いて図１２（ｂ）のように上電極棒４２と下電極棒４３の間で通電して、溶接ナゲット４７を形成することができる方法で、この手法を使用することにより、上電極棒４１，４２の本数に対応した複数の溶接ナゲットを形成する多点のマイクロスポット溶接が提案されている（例えば、特許文献４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１０−２５５７５５号公報
【特許文献２】特開２００５−１００９４９号公報
【特許文献３】特開２００２−２０５１７２号公報
【特許文献４】特開２００８−２３５５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上述した特許文献１の従来技術では、渦巻状に巻回した電池用電極群を加圧して負極板リードと電池ケースの内底部に密着させ、その加圧を解除した後、負極板リードと電池ケースの内底部を上電極棒と下電極棒が一直線上になるように挟み込み、電流を印加することにより溶接を行っているが、電流波形を変えることだけではスパッタ発生要因のひとつである局所的に過大電流が流れ温度が急上昇することを防ぎきれておらず、スパッタの発生量の抑制につながっていないという課題がある。
【００１０】
次に、上述した特許文献２の従来技術では、溶接ナゲットがケース底面に対して平行な方向に形成されるため、溶接が外れやすい問題や、リードもしくは電池ケースにプロジェクションを形成するのに、工程を増やす必要があり、コストがかかる課題がある。続いて、上述した特許文献３の従来技術では、溶接を行う際に、電池ケースの中に電極群が存在しており、２つの重なった被溶接材すなわち正極リードもしくは負極リードと電池ケースの位置を確認することができないので、目的の位置に溶接ナゲットを形成することが困難であるという課題がある。また、上述した特許文献４の従来技術では、Ｎ点目以降の溶接を行う際に（Ｎ−１)点目までの溶接箇所に分流が発生するため、溶接したい箇所に電流を集中させることが難しいという課題がある。
【００１１】
本発明で上記従来の課題を鑑みてなされたもので、スパッタの発生を抑制して多孔質絶縁体の破損やその破損による内部短絡を生じないように構成するだけでなく、溶接ナゲットの厚さ方向の中心線がケースの内底面に対して傾斜した状態で形成し深い溶け込みをもつ構成とした電池を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の目的を達成するために本発明は、帯状の集電体の表面に活物質層を形成した正極板と負極板とを多孔質絶縁体を介して渦巻状に巻回または積層した電極群を電池ケースに収納し、電極群の一方の電極板から引き出したリードを電池ケースの内底面に接続し、他方の電極板から引き出したリードを電池ケースの開口部を封口する封口板に接続し、電極群と電解液とを電池ケースと封口板により封入した電池において、電池ケースと一方の電
極板のリードとを接続する溶接ナゲットとして厚さ方向の中心線を電池ケースの内底面に対して傾斜する溶接ナゲットとしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、傾斜した方向に溶接ナゲットが形成され、電極板のリードおよび電池ケースに対して深く溶け込むことができ、より接続の安定した電池を提供することができる。また、局所的に過大な電流が流れ温度が急上昇することを防き、スパッタの発生を抑制して多孔質絶縁体の破損やその破損による内部短絡を生じないように構成した電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施の形態における電池の一部切欠斜視図
【図２】（ａ）本発明の電池の製造方法における絶縁板を電極群の上に供給した斜視図、（ｂ）同絶縁板を電極群の単面に載せた斜視図、（ｃ）同負極リードを絶縁板側に折り曲げた電極群を電池ケースへ挿入する状態の斜視図、（ｄ）同電極群を電池ケースに挿入した後の斜視図、（ｅ）同加圧部材と溶接電極棒を電池ケースへ挿入する状態を示す斜視図、（ｆ）同加圧部材と溶接電極棒を電池ケースに挿入した状態の斜視図
【図３】（ａ）本発明の一実施の形態における溶接状態を示す電池の要部の断面図、（ｂ）本発明の一実施の形態におけるリードの溶接状態を示す電池の要部の断面図
【図４】本発明におけるリードと電池ケースを溶接した後に形成される溶接ナゲットの分布を示した拡大断面図
【図５】（ａ）本発明の下電極棒２本を電池ケースの外底部に当接して２個の溶接ナゲットを形成する抵抗溶接の状態を示す電池の要部の断面図、（ｂ）同リードと電池ケースを溶接した後に形成される溶接ナゲットの分布を示した拡大断面図
【図６】（ａ）本発明の下電極棒３本を電池ケースの外底部に当接して３個の溶接ナゲットを形成する抵抗溶接の状態を示す電池の要部の斜視図、（ｂ）本発明の下電極棒３本を電池ケースの外底部に当接して３個の溶接ナゲットの形成位置を示すリードの斜視図
【図７】本発明の二股に加工した下電極棒２本を電池ケースの外底部に当接して２個の溶接ナゲットを形成する抵抗溶接の状態を示す電池の要部の断面図
【図８】（ａ）本発明の下電極棒２本を電池ケース側面部に当接して２個の溶接ナゲットを形成する抵抗溶接の状態を示す電池の要部の断面図、（ｂ）同リードと電池ケースを溶接した後に形成される溶接ナゲットの分布を示した拡大断面図
【図９】従来例のダイレクト抵抗溶接の構成を示す電池の要部の断面図
【図１０】別の従来例のプロジェクション溶接の構成を示す電池の要部の断面図
【図１１】別の従来例のインダイレクト抵抗溶接の構成を示す要部の斜視図
【図１２】（ａ）別の従来例の多点のマイクロスポット溶接の構成を示す断面図（ｂ）同構成で＋極の溶接電極棒の位置を変更した断面図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の第１の発明においては、帯状の集電体の表面に活物質層を形成した正極板と負極板とを多孔質絶縁体を介して渦巻状に巻回または積層した電極群を電池ケースに収納し、電極群の一方の電極板から引き出したリードを電池ケースの内底面に接続し、他方の電極板から引き出したリードを電池ケースの開口部を封口する封口板に接続し、電極群と電解液とを電池ケースと封口板により封入した電池において、電池ケースと一方の電極板のリードとを接続する溶接ナゲットとして厚さ方向の中心線を電池ケースの内底面に対して傾斜する溶接ナゲットとしたことにより、リードおよび電池ケースに対する溶接の溶け込みを深くし、リードと電池ケースの接続強度が高く、スパッタの要因を抑制した電池を提供することができる。
【００１６】
本発明の第２の発明においては、溶接ナゲットを複数個設けることにより、１個の溶接
ナゲット形成に必要なエネルギーを減らすことが可能で、スパッタの発生を抑制して、スパッタが要因となる多孔質絶縁体の破損を削減した電池を提供することができる。
【００１７】
本発明の第３の発明においては、溶接ナゲットを複数個設けるとともにこの隣接する溶接ナゲットの電池ケースの内底面の表面に対する傾斜方向を逆方向とすることにより、電池ケースに接続されたリードがねじれた際にかかる回転トルクに対して強度が強く、電極群にねじれ方向の力がかかった際に接続がはずれにくい電池を提供することができる。
【００１８】
本発明の第４の発明においては、溶接ナゲットを形成するために、電極群を電池ケースに挿入後、電極群の上面部を加圧部材で押圧し、電極群の一端に備えられたリードを電池ケースに密着させるととともに、上電極棒をリード部に、下電極棒を上電極棒と同一直線上にない電池ケースの外底部に当接し、一定時間電流を供給し溶接を行うことにより、電流が電池ケースとリード界面に対して傾斜する方向に流れ、傾斜する溶接ナゲットを形成することが可能で、溶接の溶け込みが深い電池を提供することができる
本発明の第５の発明においては、帯状の集電体の表面に活物質層を形成した正極板と負極板とを多孔質絶縁体を介して渦巻状に巻回または積層した電極群を電池ケースに収納し、電極群の一方の電極板から引き出したリードを電池ケースの内底面に接続し、他方の電極板から引き出したリードを電池ケースの開口部を封口する封口板に接続し、電極群と電解液とを電池ケースと封口板により封入した電池の製造方法において、電池ケースと一方の電極板のリードとを接続する溶接ナゲットとして厚さ方向の中心線を電池ケースの内底面に対して傾斜させて溶接することにより、リードおよび電池ケースに対する溶接の溶け込みを深くし、リードと電池ケースの接続強度が高く、スパッタの要因を抑制した電池の製造方法を提供することができる。
【００１９】
本発明の第６の発明においては、帯状の集電体の表面に活物質層を形成した正極板と負極板とを多孔質絶縁体を介して渦巻状に巻回または積層した電極群を電池ケースに収納し、電極群の一方の電極板から引き出したリードを電池ケースの内底面に接続し、他方の電極板から引き出したリードを電池ケースの開口部を封口する封口板に接続し、電極群と電解液とを電池ケースと封口板により封入した電池の溶接装置において、電池ケースと一方の電極板のリードとを接続する溶接ナゲットとして厚さ方向の中心線を電池ケースの内底面に対して傾斜させて溶接することにより、リードおよび電池ケースに対する溶接の溶け込みを深くし、リードと電池ケースの接続強度が高く、スパッタの要因を抑制した電池の製造装置を提供することができる。
【００２０】
以下、本発明の最良の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図１は本発明の一実施の形態における電池の一部切欠斜視図である。同図を用いて、以下に本発明の一実施の形態における電池の詳細について説明する。まず、電池用の電極群１は正極集電体に正極合剤層を塗布形成した帯状の正極板２と負極集電体に負極合剤層を塗布形成した帯状の負極板３とを多孔質絶縁体としてのセパレータ４を介して渦巻状に巻回または積層して構成されており、正極板２と負極板３にはそれぞれ正極リード５と負極リード６が接続されている。
【００２１】
次に、この電極群１を電池ケース７に収納して電極群１の両端面に絶縁板８を配設した後にアルミニウム製の正極リード５を正極板２から導出して封口板９に溶接し、ニッケル製の負極板リード６を負極板３から導出して電池ケース７の内底面に本発明の一実施の形態における電池の製造方法により溶接することで電池を構成している。さらに、この電池ケース７の中に電解液を注入した後にアスファルトで表面を塗布したガスケット１０を介して電池ケース７をかしめることにより封口板９を固定し、電池ケース７内の機密性を保持させた構成としている。
【００２２】
次に、図２において電池における電池ケース７と負極リード６の接続までの工程フローについて説明する。まず、図２（ａ）のように中心部に空孔を持つ電極群１と同じく中心部に空孔を持つ絶縁板８を装着し、図２（ｂ）のように負極リード６を絶縁板８の方向に曲げる。次に、図２（ｃ）のように電極群１を電池ケース７に挿入する。図２（ｄ）においては説明しやすくするため電池ケース７を反転させているが、反転せずに次の動作をしてもよい。続いて、図２（ｅ）のように下電極棒１３を電池ケース７の外底部に当接させ、加圧部材１１により押圧する。図２（ｆ）のように上電極棒１２を電極群１の空孔部に挿入し、上電極棒１２の先端で負極リード６を押圧して抵抗溶接を行ない、負極リード６と電池ケース７との接続を行う。
【００２３】
図３は本発明の一実施の形態に係る溶接ナゲットの厚さ方向の中心線を電池ケースの内底面に対して傾斜する溶接ナゲットを持つ電池を作製する方法およびそれによりできる電池の断面図を示す。図３（ａ）に示すように、下電極棒１３を上電極棒１２の中心線から距離Ｓ離した状態で配置する。図３（ｂ）では、溶接ナゲット１４が負極リード６と電池ケース７の界面に対して傾斜する方向に形成した状態を示している。この傾斜した溶接ナゲット１４は、図３（ａ）の方法により、上電極棒１２から下電極棒１３までの電流経路が負極リード６と電池ケース７の界面に対して傾斜する方向にとるために形成された溶接ナゲット１４である。
【００２４】
図４は負極リード６と電池ケース７に形成される溶接ナゲット１４の状態を示したものである。図４で示すように、溶接ナゲット１４が負極リード６と電池ケース７の界面に対して傾斜する方向に形成し、溶接ナゲット１４が負極リード６と電池ケース７に深く溶け込むことにより、より接続強度を高くすることができる。
【００２５】
図５〜図８は本発明の一実施の形態に係る複数個の溶接ナゲットをもち、かつ隣接する溶接ナゲットが電池ケースの内底面の表面に対して傾斜方向を逆方向にとる電池を作製する方法およびそれによりできる電池の模式図である。図５（ａ）に示すように、上電極棒１２と２本の下電極棒１３を等距離Ｓ離した状態で配置する。これは、上電極棒１２から各々の下電極棒１３までの抵抗をほぼ等しくし、並列に流れる溶接電流量に差が出ないようにし、1本の電流経路に過大な電流が流れ、スパッタの発生を抑制している。この方法により溶接を行った結果が図５（ｂ）であり、溶接ナゲット１４が下電極棒１３の数だけ形成されたことを示しており、溶接ナゲット１４が負極リード６と電池ケース７の界面に対して傾斜する方向に形成され、各々の溶接ナゲット１４は上電極棒１２に対して逆方向に傾斜した状態になる。
【００２６】
図６は下電極棒１３を３本使用して負極リード６を溶接する際の構成を示す。図６（ａ）は下電極棒１３の配置位置を示した一例で、上電極棒１２の位置（缶底中心）から等距離Ｓずらしたところに下電極棒１３を配置する。その結果の一例が図６（ｂ）であり、溶接ナゲット１４が３箇所作製され、隣接する溶接ナゲット１４が電池ケース７の内底面の表面に対する傾斜方向を逆方向に形成される。
【００２７】
図７は下電極棒１３の先端部を二股に加工して電池ケース７の外底部に接触し負極リード６を溶接する際の構成を示す。図７はこの構成を行ったときの断面図であり、上電極棒１２の位置（缶底中心）から等距離Ｓずらしたところに下電極棒１３を配置しており、電池ケース７の外底部から下電極棒１３の土台までの距離Ｈをできるだけ小さくした方が、電流経路が並列になっている距離を減らすことができ、各々の溶接ナゲット１４の大きさをほぼ等しくすることができる。
【００２８】
図８は２個の下電極棒１３を電池ケース７の側面に当接し電池ケース７と負極リード６を溶接する際の構成を示す。図８（ａ）は電池ケース７の側面に下電極棒１３を当接させ
たときの断面図の一例である。また、図８（ｂ）は電池ケース７の底方向から見たときの断面図であり、負極リード６と電池ケース７の界面に対して傾斜する方向に溶接ナゲット１４が形成され、隣接する溶接ナゲット１４は負極リード６と電池ケース７に対して傾斜する方向が逆方向に向いており、溶接電流が電池ケース７を流れる距離が長いため、発熱エネルギーを抑えることができ、スパッタの発生量を抑制できる。
【実施例１】
【００２９】
以下、本発明の具体的実施例についてさらに詳細に説明するが、本発明は以下のものになんら限定されるものではない。図１（ａ）に示すように、アルミニウム製の正極集電体に少なくとも正極活物質を含む正極合剤層を塗布形成した幅が５７ｍｍ、厚みが０．２ｍｍの帯状の正極板２と銅製の負極集電体にリチウムを保持しうる負極活物質を含む負極合剤層を塗布形成した幅が５８．５ｍｍ、厚みが０．２ｍｍの帯状の負極板３をこれらの間に幅が６２ｍｍ、厚みが０．０２ｍｍのポリエチレン微多孔フィルムのセパレータからなる多孔質絶縁体４を介して渦巻状に巻回した直径が１８ｍｍ、高さが６５ｍｍのリチウム二次電池用の電極群１を電池ケース７に挿入後、電極群１の上面部を加圧部材で２０Ｎの力で押圧して、電極群１の負極板３の先端付近に備えられた厚みが０．１ｍｍのニッケルからなる負極リード６を電池ケース７の内底部に密着させるとともに、電池ケース７の外底部に下電極棒１３を上電極棒１２の当接位置から横方向に４ｍｍ離したところに１本当接させた後、上電極棒１２を電極群１の空孔部に挿入し、上電極棒１２の先端で負極リード６を３５Ｎで当接し、一定時間電流を供給し溶接を行った電池ケース７に収納した電極群１を実施例１とした。
【００３０】
次に、この二次電池を用いて負極リード６と電池ケース７の溶接状態の評価を行った。さらに、電極群１の上部より導出した正極リード５を封口板９に接続し、電池ケース７に所定量のＥＣ，ＤＭＣ，ＭＥＣ混合溶媒にＬｉＰＦ6を１ＭとＶＣを３重量部溶解させた電解液（図示せず）を注液した。その後、電池ケース７の開口部にガスケット１０を周縁に取り付けた封口板９を挿入し、電池ケース７の開口部を内方向に折り曲げて、かしめ封口することにより図１に示す円筒形のリチウムイオン二次電池を作製した。
【実施例２】
【００３１】
実施例１との相違として、下電極棒１３を２本に増やした実施例について以下説明する。まず、図５（ａ）に示すように、実施例１と同様にして電極群１を構成し、次に電極群１を電池ケース７に挿入後、電極群１の上面部を加圧部材１１で押圧して、電極群１の負極板３の先端付近に備えられた負極リード６を電池ケース７の内底部に密着させるとともに、電池ケース７の外底部に下電極棒１３を上電極棒１２の当接位置から横方向に４ｍｍはなしたところに２本当接させた後、上電極棒１２を電極群１の空孔部に挿入し、上電極棒１２の先端で負極リード６を当接し、一定時間電流を供給し溶接を行った電池ケース７に収納した電極群１を実施例２とした。次に、この二次電池を用いて負極リード６と電池ケース７の溶接状態の評価を行った。さらに、実施例１と同様にして図１に示す円筒形のリチウムイオン二次電池を作製した。
【実施例３】
【００３２】
実施例１との相違として、下電極棒１３を３本に増やした実施例について以下説明する。まず、図６（ａ）に示したように、実施例１と同様にして電極群１を構成し、次に電極群１を電池ケース７に挿入後、電極群１の上面部を加圧部材１１で押圧して、電極群１の負極板３の先端付近に備えられた負極リード６を電池ケース７の内底部に密着させるとともに、電池ケース７の外底部に下電極棒１３を上電極棒１２の当接位置から横方向に４ｍｍはなしたところに３本当接させた後、上電極棒１２を電極群１の空孔部に挿入し、上電極棒１２の先端で負極リード６を当接し、一定時間電流を供給し溶接を行った電池ケース７に収納した電極群１を実施例３とした。次に、この二次電池を用いて負極リード６と電
池ケース７の溶接状態の評価を行った。さらに、実施例１と同様にして図１に示す円筒形のリチウムイオン二次電池を作製した。
【実施例４】
【００３３】
実施例１との相違として、下電極棒１３の先端部を二股に加工した実施例について以下説明する。まず、図７（ａ）に示したように、実施例１と同様にして電極群１を構成し、次に電極群１を電池ケース７に挿入後、電極群１の上面部を加圧部材で押圧して、電極群１の負極板３の先端付近に備えられた負極リード６を電池ケース７の内底部に密着させるとともに、電池ケース７の外底部に距離Ｓを２ｍｍとして加工した二股の下電極棒１３を当接させた後、上電極棒１２を電極群１の空孔部に挿入し、上電極棒１２の先端で負極リード６を当接し、一定時間電流を供給し溶接を行った電池ケース７に収納した電極群１を実施例４とした。次に、この二次電池を用いて負極リード６と電池ケース７の溶接状態の評価を行った。さらに、実施例１と同様にして図１に示す円筒形のリチウムイオン二次電池を作製した。
【実施例５】
【００３４】
実施例１との相違として、下電極棒１３を電池ケース７の外側面部に２本配置した実施例について以下説明する。まず、図８（ａ）に示したように、実施例１と同様にして電極群１を構成し、次に電極群１を電池ケース７に挿入後、電極群１の上面部を加圧部材１１で押圧して、電極群１の負極板３の先端付近に備えられた負極リード６を電池ケース７の内底部に密着させるとともに、電池ケース７の外側面部に下電極棒１３を当接させた後、上電極棒１２を電極群１の空孔部に挿入し、上電極棒１２の先端で負極リード６を当接し、一定時間電流を供給し溶接を行った電池ケース７に収納した電極群１を実施例５とした。次に、この二次電池を用いて負極リード６と電池ケース７の溶接状態の評価を行った。さらに、実施例１と同様にして図１に示す円筒形のリチウムイオン二次電池を作製した。
【００３５】
（比較例１）
実施例１との相違として、図９に示すように、渦巻状に巻回した電極群２０の負極板２２の先端付近に備えられた負極リード２４を電池ケース２５の内底部に加圧部材で加圧して密着させた状態で、接触面が１箇所となるような上電極棒２７と下電極棒２８を同一直線上に配置して加圧し、一定時間電流を供給し溶接を行った電池ケース２５に収納した電極群２０を比較例１とした。次に、この二次電池を用いて負極リード２４と電池ケース２５の溶接状態の評価を行った。他の条件は、実施例１と同様である。さらに、実施例１と同様にして図１に示す円筒形のリチウムイオン二次電池を作製した。
【００３６】
（比較例２）
実施例１との相違として、図１０に示すように、渦巻状に巻回した電極群２０の負極板２２の先端付近に備えられた負極リード２４にプロジェクションを設け、負極リード２４を電池ケース２５の内底部に加圧部材で加圧して密着させた状態で、接触面が１箇所となるような上電極棒２７と下電極棒２８を同一直線上に配置して加圧し、一定時間電流を供給し溶接を行った電池ケース２５に収納した電極群２０を比較例２とした。他の条件は、実施例１と同様である。
【００３７】
次に、この二次電池を用いて負極リード２４と電池ケース２５の溶接状態の評価を行った。さらに、実施例１と同様にして図１に示す円筒形のリチウムイオン二次電池を作製した。比較例１、比較例２の二次電池と本発明における実施例１〜５の二次電池の負極リード６と電池ケース７の溶接状態を比較するため、抵抗溶接によるスパッタの発生量、および形成される溶接ナゲットの数を評価した。
【００３８】
スパッタの発生率は、負極リードを電池ケースの内底部に抵抗溶接する工程にて構成さ
れた１０００個を対象として、スパッタの発生数と検査数との比率を発生率として定義し、高速ビデオで撮像し、スパッタの発生がなければ良品、スパッタの発生があるものは不良品として選別しスパッタの発生による不良品の数量を比較検討した。また溶接ナゲットの個数は電池ケースおよびリードを切断・研磨することにより測定した。
【００３９】
この測定結果を（表１）に示す。
【００４０】
【表１】
【００４１】
（表１）の結果から明らかなように、本発明の二次電池は、リードと電池ケースの内底部を溶接する際、上電極棒と下電極棒を一直線上に存在しない配置とし、電流経路をリードと電池ケースの界面に対して垂直方向にとらない構成とすることによって、溶接ナゲットをリードと電池ケースの界面に対して傾斜する方向に形成し、溶け込み深さを深くする効果を有している。また、複数個下電極棒を配置することによって、溶接エネルギーを分散し、スパッタの発生を抑制し多孔質絶縁体の破損やそれによる内部短絡を防止することができるだけでなく、溶接電流の経路が複数存在するので、複数個の溶接ナゲットを形成し接続を安定させることができ、安全性の高い二次電池を提供することができる。さらに、本発明の二次電池はスパッタ発生の確率が低減され、溶接ナゲットを複数個作製し、溶け込み深さが深いという特有な効果を有している。
【００４２】
特に実施例３は下電極棒を３本にすることにより、溶接電流を３分岐できるため、エネルギー分散ができスパッタの発生を抑えられるだけでなく、３個の溶接ナゲットができ、電池ケースに接続されたリードがねじれた際にかかる回転トルクに対しても非常に強く、溶け込み深さも深いため、リードの接続強度が大きく安全な二次電池を提供できる。
【００４３】
一方、比較例１では図９に示したように、上電極棒と下電極棒が一直線上に配置することにより、電流が最短距離で流れようとするため、接合面の特定の箇所に電流集中が起こり、スパッタの発生が起きやすいだけでなく、接続箇所が１箇所のみで電池ケースに接続されたリードがねじれた際にかかる回転トルクに弱く、溶接ナゲットの溶け込み深さが浅いため、リードの接続が外れる可能性がある。また、比較例２では（表１）に示したように、溶接ナゲットの個数といった点では実施例と大差はないが、スパッタの発生率が高く、溶接ナゲットの溶け込み深さが浅くなる。また、プロジェクションを形成するのに、余分な工程やコストがかかるという問題もある。
【００４４】
以上、実施例１〜５で述べてきたように本発明の二次電池では、帯状の集電体の表面に活物質層を形成した正極板と負極板とを多孔質絶縁体を介して渦巻状に巻回または積層した電極群を電池ケースに収納し、電極群の一方の電極板から引き出したリードを電池ケースの内底面に接続し、他方の電極板から引き出したリードを電池ケースの開口部を封口する封口板に接続し、電極群と電解液とを電池ケースと封口板により封口した二次電池において、電池ケースと一方の電極板のリードとを接続する溶接ナゲットとして厚さ方向の中
心線を電池ケースの内底面に対して傾斜する溶接ナゲットを形成した。
【００４５】
なお、本実施例において正極板および負極板としては正極集電体および負極集電体の上に正極合剤層および負極合剤層を形成したものを用いたが、これに限定されるものではなく、例えば、負極集電体の上にケイ素またはスズを含む合金系活物質を担持した負極板を用いても同様の効果を得ることができる。
【００４６】
さらに、本実施例において多孔質絶縁体としてはポリエチレン微多孔フィルムからなるセパレータを用いたが、これに限定されるものではなく、例えば、酸化アルミニウムをポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）で結合した多孔質絶縁体、あるいは耐熱性有機繊維の不織布にポリフッ化ビニリデンを含浸させた多孔質絶縁体などを用いても同様の効果を得ることができる。
【００４７】
また、今回はリチウムイオン二次電池を例に挙げて述べたが、リチウム一次電池、コイン電池、アルカリ蓄電池においても同様の効果を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明に係る電池は、リードと電池ケースの抵抗溶接を行う際、下電極棒を上電極棒から離した位置で電池ケースの外底部に当接させ溶接電流を流したことにより、溶接ナゲットの溶け込み深さを深くし、リード接続が安定した電池を提供することができる。また、下電極棒を複数本電池ケースに当接することにより、スパッタの発生量を抑制し多孔質絶縁板の破損やその破損による短絡を防ぐことができ、安全性の高い電池を提供することができる。このことは、多孔質絶縁板の破損による電池の発熱を防ぐことができ、複数個の溶接ナゲットを持つことにより衝撃に対しても強く、現在利用されているポータブルの電子機器や将来要求されている高容量の電池に対しても安全面で非常に有用である。
【符号の説明】
【００４９】
１ 電極群
２ 正極板
３ 負極板
４ 多孔質絶縁体
５ 正極リード
６ 負極リード
７ 電池ケース
８ 絶縁板
９ 封口板
１０ ガスケット
１１ 加圧部材
１２ 上電極棒
１３ 下電極棒
１４ 溶接ナゲット
【特許請求の範囲】
【請求項１】
帯状の集電体の表面に活物質層を形成した正極板と負極板とを多孔質絶縁体を介して渦巻状に巻回または積層した電極群を電池ケースに収納し、前記電極群の一方の電極板から引き出したリードを前記電池ケースの内底面に接続し、他方の電極板から引き出したリードを前記電池ケースの開口部を封口する封口板に接続し、前記電極群と電解液とを前記電池ケースと封口板により封入した電池において、前記電池ケースと一方の電極板のリードとを接続する溶接ナゲットとして厚さ方向の中心線を前記電池ケースの内底面に対して傾斜する溶接ナゲットとしたことを特徴とする電池。
【請求項２】
前記溶接ナゲットを複数個設けた請求項１に記載の電池。
【請求項３】
前記溶接ナゲットを複数個設けるとともにこの隣接する溶接ナゲットの前記電池ケースの内底面の表面に対する傾斜方向を逆方向とした請求項１に記載の電池。
【請求項４】
前記溶接ナゲットを形成するために、前記電極群を前記電池ケースに挿入後、前記電極群の上面部を加圧部材で押圧し、前記電極群の一端に備えられた前記リードを前記電池ケースに密着させるととともに、上電極棒をリード部に、下電極棒を前記上電極棒と同一直線上にない前記電池ケースの外底部に当接し、一定時間電流を供給し溶接を行った請求項１に記載の電池。
【請求項５】
帯状の集電体の表面に活物質層を形成した正極板と負極板とを多孔質絶縁体を介して渦巻状に巻回または積層した電極群を電池ケースに収納し、前記電極群の一方の電極板から引き出したリードを前記電池ケースの内底面に接続し、他方の電極板から引き出したリードを前記電池ケースの開口部を封口する封口板に接続し、前記電極群と電解液とを前記電池ケースと封口板により封入した電池の製造方法において、前記電池ケースと一方の電極板のリードとを接続する溶接ナゲットとして厚さ方向の中心線を前記電池ケースの内底面に対して傾斜させて溶接することを特徴とする電池の製造方法。
【請求項６】
帯状の集電体の表面に活物質層を形成した正極板と負極板とを多孔質絶縁体を介して渦巻状に巻回または積層した電極群を電池ケースに収納し、前記電極群の一方の電極板から引き出したリードを前記電池ケースの内底面に接続し、他方の電極板から引き出したリードを前記電池ケースの開口部を封口する封口板に接続し、前記電極群と電解液とを前記電池ケースと封口板により封入した電池の溶接装置において、前記電池ケースと一方の電極板のリードとを接続する溶接ナゲットとして厚さ方向の中心線を前記電池ケースの内底面に対して傾斜させて溶接することを特徴とする溶接装置。
【請求項１】
帯状の集電体の表面に活物質層を形成した正極板と負極板とを多孔質絶縁体を介して渦巻状に巻回または積層した電極群を電池ケースに収納し、前記電極群の一方の電極板から引き出したリードを前記電池ケースの内底面に接続し、他方の電極板から引き出したリードを前記電池ケースの開口部を封口する封口板に接続し、前記電極群と電解液とを前記電池ケースと封口板により封入した電池において、前記電池ケースと一方の電極板のリードとを接続する溶接ナゲットとして厚さ方向の中心線を前記電池ケースの内底面に対して傾斜する溶接ナゲットとしたことを特徴とする電池。
【請求項２】
前記溶接ナゲットを複数個設けた請求項１に記載の電池。
【請求項３】
前記溶接ナゲットを複数個設けるとともにこの隣接する溶接ナゲットの前記電池ケースの内底面の表面に対する傾斜方向を逆方向とした請求項１に記載の電池。
【請求項４】
前記溶接ナゲットを形成するために、前記電極群を前記電池ケースに挿入後、前記電極群の上面部を加圧部材で押圧し、前記電極群の一端に備えられた前記リードを前記電池ケースに密着させるととともに、上電極棒をリード部に、下電極棒を前記上電極棒と同一直線上にない前記電池ケースの外底部に当接し、一定時間電流を供給し溶接を行った請求項１に記載の電池。
【請求項５】
帯状の集電体の表面に活物質層を形成した正極板と負極板とを多孔質絶縁体を介して渦巻状に巻回または積層した電極群を電池ケースに収納し、前記電極群の一方の電極板から引き出したリードを前記電池ケースの内底面に接続し、他方の電極板から引き出したリードを前記電池ケースの開口部を封口する封口板に接続し、前記電極群と電解液とを前記電池ケースと封口板により封入した電池の製造方法において、前記電池ケースと一方の電極板のリードとを接続する溶接ナゲットとして厚さ方向の中心線を前記電池ケースの内底面に対して傾斜させて溶接することを特徴とする電池の製造方法。
【請求項６】
帯状の集電体の表面に活物質層を形成した正極板と負極板とを多孔質絶縁体を介して渦巻状に巻回または積層した電極群を電池ケースに収納し、前記電極群の一方の電極板から引き出したリードを前記電池ケースの内底面に接続し、他方の電極板から引き出したリードを前記電池ケースの開口部を封口する封口板に接続し、前記電極群と電解液とを前記電池ケースと封口板により封入した電池の溶接装置において、前記電池ケースと一方の電極板のリードとを接続する溶接ナゲットとして厚さ方向の中心線を前記電池ケースの内底面に対して傾斜させて溶接することを特徴とする溶接装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１１−２２８１５３（Ｐ２０１１−２２８１５３Ａ）
【公開日】平成２３年１１月１０日（２０１１．１１．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−９７６４４（Ｐ２０１０−９７６４４）
【出願日】平成２２年４月２１日（２０１０．４．２１）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月１０日（２０１１．１１．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月２１日（２０１０．４．２１）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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