JP2012185912A - 円筒形二次電池 - Google Patents

Abstract

【課題】電池缶と集電部材とを溶接する構造において、両部材の間に介在される接続部材の厚さを薄くしてコストの低減を図る。
【解決手段】負極集電構成体５０は、軸芯１５が挿通される内周筒部２１に、電池缶２の缶底２ｃと平行に配置される底部２３を有する負極集電部材２０と接続部材３１を有する。負極集電部材２０は、例えば、銅により形成され、接続部材３１は、例えば、ニッケルにより形成されている。接続部材３１は、負極集電部材２０の底部２３に重ねて、抵抗溶接等により接合される。この構造により、負極集電構成体と電池缶２の缶底２ｃとの接合部の抵抗は小さくなるので、接続部材３１の厚さを薄くすることができる。
【選択図】図３

Description

この発明は、円筒形二次電池に関し、より詳細には、正・負極電極の一方に接続された集電部材と電池缶とが溶接等により接合された円筒形二次電池に関する。

リチウム二次電池等に代表される円筒形二次電池は、円筒形の電池缶内に、正極電極と負極電極とがセパレータを介して軸芯の周囲に捲回された電極群が収容され、電解液が注入されて構成される。正・負極の電極は、それぞれ、正・負極の金属箔の両面に塗工された、正・負極の活物質を有する。正・負極の金属箔は、それぞれ、長手方向の片側縁に沿って所定のピッチで配列された多数の導電リードを有する。

正・負極の金属箔の導電リードは、それぞれ、円筒形の正・負極の集電部材の外周に捲回され、導電リード同士が多数枚、重ね合わされた状態で集電部材に超音波溶接等により接合される。
正・負極の集電部材の一方は、電池缶の上部に配置された電池蓋に接合され、他方は電池缶の缶底に、例えば、抵抗溶接により接合される。
電池缶が鉄により形成され、集電部材が銅により形成されている場合、溶接による接合力が不足するため、通常、電池缶と集電部材との間にニッケルにより形成された接続部材を介在させることにより、十分な接合力が得られるようにしている。

このような構造として、集電部材の中央に、軸芯が挿通される開口部を設け、集電部材の底面側に、この開口部を塞いで、この開口部の両側において外周側に延出される接続部材を接合する円筒形二次電池が知られている。この場合、接続部材における軸芯の開口部に対応する部分を、溶接用の電極棒により電池缶の缶底に圧接して溶接する（例えば、特許文献１参照）。

特開２００９−２８９７１４号公報

特許文献１に記載された円筒形二次電池では、電池缶の缶底に接合される接合領域の部材は接続部材のみであり、この部分における集電部材は開口部とされている。
接続部材は、集電部材よりも抵抗値が大きい材料により形成されているため、接合領域の抵抗値を小さくするためには、接続部材の厚さを厚くする必要がある。しかし、ニッケル等で構成される接続部材は、銅等により構成される集電部材よりも高価である。したがって、接続部材の厚さが厚い分だけコスト高となっていた。

本発明の円筒形二次電池は、円筒状の軸芯の周囲に、正極電極と負極電極とをセパレータを介して捲回した電極群と、上部側に開口部を有し、電極群が収容され、電解液が注入された電池缶と、電池缶の上部側に配置された電池蓋と、電池缶の缶底と軸芯の下端部との間に配置され、正極電極および負極電極の一方が接続された集電部材と、集電部材に接合されるとともに、電池缶の缶底に接合された接続部材とを備え、集電部材は、軸芯に対応する中央領域に接合部を有し、接続部材は、電池缶に対して集電部材よりも大きな接合力で接合される材料により形成され、集電部材の接合部に接合されていることを特徴とする。

この発明の円筒形二次電池によれば、集電部材の筒部の底部と接続部材が重ねられて電池缶の缶底に接合される。このため、高価な接続部材の厚さを薄くすることができ、コストを低減することができる。

本発明に係る円筒形二次電池の一実施形態の断面図。 図１に示された円筒形二次電池における電極群の詳細を示し、一部を切断した状態の斜視図。 図１に図示された負極集電構成体の拡大断面図。 図３に図示された負極集電構成体の分解断面図。 図１に図示された円筒形二次電池の製造方法を説明するための図であり、発電ユニットの断面図。 図５に続く工程を説明するための断面図。 図１に図示された電池蓋ユニットの断面図。 本発明の実施形態２を示す極集電構成体の断面図。 図８に図示された負極集電構成体の分解断面図。 本発明の実施形態３を示す負極集電構成体の断面図。 図１０に図示された負極集電構成体の製造方法を説明するための図であり、材料であるクラッド材の斜視図。 図１０に図示された負極集電構成体の外観斜視図。

（実施形態１）
--円筒形二次電池の構造--
以下、この発明の円筒形二次電池の一実施の形態を図面と共に説明する。
図１は、この発明の円筒形二次電池の一実施の形態を示す拡大断面図である。
円筒形二次電池１は、例えば、リチウムイオン二次電池であり、外形４０ｍｍφ、高さ１００ｍｍの寸法を有する。この円筒形二次電池１は、底部を有し、上部が開口された有底無頭の円筒形の電池缶２および電池缶２の上部を封口するハット型の電池蓋３で構成される電池容器４の内部に、以下に説明する発電用の各構成部材が収容され、非水電解液５が注入されて構成されている。

円筒形の電池缶２は、例えば、鉄（ＳＰＣＣ）製であり、内外両面にはニッケルめっきが施されている。電池缶２には、上端側に設けられた開口部２ｂ側に電池缶２の内側に突き出した溝２ａが形成されている。
電池缶２の中央部には、電極群１０が配置されている。電極群１０は、軸方向に沿う中空部を有する細長い円筒形の軸芯１５と、軸芯１５の周囲にセパレータを介して捲回された正極電極および負極電極とを備える。

軸芯１５は、軸に沿って形成された中空部を有する中空円筒状を有する。軸芯１５の軸方向（図面の上下方向）の上端部の内面には中空部よりも径大の溝１５ａが形成されている。また、軸芯１５の下端部には、軸方向に直交する方向に導出された複数の貫通孔１５ｂが形成されている。貫通孔１５ｂは、軸芯１５の上部側の中空部から注入される非水電解液５を軸芯１５の外部に流出させるためのものである。

図２は、電極群１０の構造の詳細を示し、一部を切断した状態の斜視図である。
図２に図示されるように、電極群１０は、軸芯１５の周囲に、正極電極１１、負極電極１２、および第１、第２のセパレータ１３、１４が捲回された構造を有する。

軸芯１５には、第１のセパレータ１３、正極電極１１、第２のセパレータ１４および負極電極１２が捲回されている。第１のセパレータ１３および第２のセパレータ１４は、絶縁性の多孔質体で形成されている。なお、図示はしないが、軸芯１５の周面には第１、第２のセパレータ１３、１４が数周捲回される。また、最外周側は負極電極１２およびその外周に捲回された第２のセパレータ１４となっている。最外周の第２のセパレータ１４がポリプロピレン（ＰＰ）からなる接着テープ１９で止められる（図２参照）。

正極電極１１は、アルミニウム箔により形成され長尺な形状を有し、正極金属箔１１ａと、この正極金属箔１１ａの両面に正極合剤が塗布された正極合剤処理部１１ｂを有する。正極金属箔１１ａの長手方向に延在する上方側の側縁は、正極合剤が塗布されずアルミニウム箔が露出した正極合剤未処理部１１ｃとなっている。この正極合剤未処理部１１ｃには、軸芯１５の軸に沿って上方に突き出す多数の正極リード１６が等間隔に一体的に形成されている。正極リード１６は、正極合剤未処理部１１ｃの上部を、例えば、ロールカッタにより切断されて形成される。

正極合剤は正極活物質と、正極導電材と、正極バインダとからなる。正極活物質はリチウム酸化物が好ましい。例として、コバルト酸リチウム、マンガン酸リチウム、ニッケル酸リチウム、リチウム複合酸化物（コバルト、ニッケル、マンガンから選ばれる２種類以上を含むリチウム酸化物）等が挙げられる。正極導電材は、正極合剤中におけるリチウムの吸蔵放出反応で生じた電子の正極電極への伝達を補助できるものであれば制限は無い。しかし中でも上述の材料である、コバルト酸リチウムとマンガン酸リチウムとニッケル酸リチウムとからなるリチウム複合酸化物を使用することにより良好な特性が得られる。

正極バインダは、正極活物質と正極導電材を結着させ、また正極合剤と正極集電体を結着させることが可能であり、非水電解液５との接触により、大幅に劣化しなければ特に制限はない。正極バインダの例としてポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）やフッ素ゴムなどが挙げられる。正極合剤よる正極合剤処理部１１ｂの形成方法は、正極電極上に正極合剤が形成される方法であれば制限はない。正極合剤による正極合剤処理部１１ｂの形成方法の例として、正極合剤の構成物質の分散溶液を正極金属箔１１ａ上に塗布する方法が挙げられる。このような方法で製造することにより特性の優れた正極合剤が得られる。

正極合剤を正極金属箔１１ａに塗布する方法の例として、ロール塗工法、スリットダイ塗工法、等が挙げられる。正極合剤に分散溶液の溶媒例として、Ｎ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）や水等を添加し、混練したスラリを、厚さ２０μｍのアルミニウム箔の両面に均一に塗布し、乾燥させた後、プレスし、裁断する。正極合剤の塗布厚さの一例としては片側約４０μｍである。正極金属箔１１ａを裁断する際、正極リード１６を一体的に形成する。

負極電極１２は、銅箔により形成され長尺な形状を有し、負極金属箔１２ａと、この負極金属箔１２ａの両面に負極合剤が塗布された負極合剤処理部１２ｂを有する。負極金属箔１２ａの長手方向に延在する下方側の側縁は、負極合剤が塗布されず銅箔が露出した負極合剤未処理部１２ｃとなっている。この負極合剤未処理部１２ｃには、軸芯１５の軸に沿って正極リード１６とは反対方向に延出された、多数の負極リード１７が等間隔に一体的に形成されている。負極リード１７は、負極合剤未処理部１２ｃの上部を、例えば、ロールカッタにより切断されて形成される。

負極合剤は、負極活物質と、負極バインダと、増粘剤とからなる。負極合剤は、アセチレンブラックなどの負極導電材を有しても良い。負極活物質としては、黒鉛炭素を用いること、特に人造黒鉛を使用することが好ましい。黒鉛炭素を用いることにより、大容量が要求されるプラグインハイブリッド自動車や電気自動車向けのリチウムイオン二次電池が作製できる。負極合剤による負極合剤処理部１２ｂの形成方法は、負極金属箔１２ａ上に負極合剤が形成される方法であれば制限はない。しかしその中でも次に記載する方法により優れた特性の負極合剤が得られる。負極合剤を負極金属箔１２ａに塗布する方法の例として、負極合剤の構成物質の分散溶液を負極金属箔１２ａ上に塗布する方法が挙げられる。塗布方法の例として、ロール塗工法、スリットダイ塗工法等が挙げられる。

負極合剤を負極金属箔１２ａに塗布する方法の例として、負極合剤に分散溶媒としてＮ−メチル−２−ピロリドンや水を添加し、混練したスラリを、厚さ１０μｍの圧延銅箔の両面に均一に塗布し、乾燥させた後、プレスし、裁断する。負極合剤の塗布厚さの一例としては片側約４０μｍである。

第１のセパレータ１３および第２のセパレータ１４の幅をＷ_S、負極金属箔１２ａに形成される負極合剤処理部１２ｂの幅をＷ_C、正極金属箔１１ａに形成される正極合剤処理部１１１ｂの幅をＷ_Aとした場合、Ｗ_S＞Ｗ_C＞Ｗ_Aの関係式を満足するように形成される。
すなわち、正極合剤処理部１１ｂの幅Ｗ_Aよりも、常に、負極合剤処理部１２ｂの幅Ｗ_Cが大きい。これは、リチウムイオン二次電池の場合、正極活物質であるリチウムがイオン化してセパレータを浸透するが、負極側に負極活物質が形成されておらず負極金属箔１２ａが表出していると負極金属箔１２ａにリチウムが析出し、内部短絡を発生する原因となるからである。
同様な理由により、軸芯１５に捲回された状態では、負極電極１２の負極合剤処理部１２ｂは、軸芯１５への巻始め側の先端部は正極電極１１の正極合剤処理部１１ｂよりも、巻始め側に位置する。また、負極電極１２の負極合剤処理部１２ｂは、軸芯１５への巻終り側の終端部は正極電極１１の正極合剤処理部１１ｂよりも、巻終り側に位置する。

第１のセパレータ１３および第２のセパレータ１４は、それぞれ、例えば、厚さ４０μｍのポリプロピレン（ＰＰ）とポリエチレン（ＰＥ）の複合材料からなる多孔膜で形成されている。
図１において、中空な円筒形状の軸芯１５は軸方向（図面の上下方向）の上端部の内面に中空部よりも径大の溝１５ａが形成され、この溝１５ａに大略薄い円筒状の正極集電部材２７が圧入されている。正極集電部材２７は、例えば、アルミニウムにより形成され、円盤状の基部２７ａ、この基部２７ａの内周部において軸芯１５側に向かって突出し、軸芯１５の内面に圧入される下部筒部２７ｂ、および外周縁において電池蓋３側に突き出す上部筒部２７ｃを有する。正極集電部材２７の基部２７ａには、図示はしないが、電池内部で発生するガスを放出するための開口部が形成されている。

正極金属箔１１ａの正極リード１６は、すべて、正極集電部材２７の上部筒部２７ｃに超音波溶接により接合される。正極リード１６は、正極集電部材２７の上部筒部２７ｃ上に重なり合って接合される。各正極リード１６は大変薄いため、１つでは大電流を取りだすことができない。このため、軸芯１５への巻き始めから巻き終わりまでの全長に亘り、多数の正極リード１６が所定間隔に形成されている。

軸芯１５の下端部には、負極集電部材２０が圧入されて取り付けられている。負極集電部材２０は、例えば、銅により形成され、内周筒部２１と外周筒部２２とを有するほぼ円盤形状を有する。
負極集電部材２０の外周筒部２２の外周面には、負極金属箔１２ａの負極リード１７が溶接されている。負極金属箔１２ａの負極リード１７は、すべて、負極集電部材２０の外周筒部２２に超音波溶接等により溶接される。各負極リード１７は大変薄いため、大電流を取りだすために、軸芯１５への巻き始めから巻き終わりまで全長にわたり、所定間隔で多数形成されている。

負極集電部材２０の内周筒部２１は底部（接合部）２３を有し、内周筒部２１の内側には、軸芯１５が下端面を底部２３に当接して圧入されている。内周筒部２１には、軸芯１５に形成された貫通孔１５ｂの位置に対応して貫通孔２４が形成されている。

負極集電部材２０の内周筒部２１の底部２３には、ニッケルからなる接続部材３１が接合されている。
接続部材３１は、電池缶２の缶底２ｃに超音波溶接により接合されている。負極集電部材２０と接続部材３１は負極集電構成体５０として一体化された構造を有するものであるが、その詳細は後述する。

正極集電部材２７には、接続部材３１を電池缶２に溶接するための電極棒を挿通するための開口部２７ｄが形成されている。電極棒を正極集電部材２７に形成された開口部２７ｄから軸芯１５の中空部に差し込み、その先端部で接続部材３１を電池缶２の缶底２ｃの内面に押し付けて抵抗溶接を行う。負極集電部材２０に接続されている電池缶２の缶底２ｃは一方の出力端子として用いられる。

正極集電部材２７の基部２７ａの上面には、複数のアルミニウム箔が積層されて構成されたフレキシブルな接続リード４１が、その一端部を溶接されて接合されている。接続リード４１は、複数枚のアルミニウム箔を積層して一体化することにより、大電流を流すことが可能とされ、且つ、フレキシブル性を付与されている。つまり、大電流を流すには接続リード４１の厚さを大きくする必要があるが、１枚の金属板で形成すると剛性が大きくなり、フレキシブル性が損なわれる。そこで、板厚の小さな多数のアルミニウム箔を積層してフレキシブル性を持たせている。接続部材３３の厚さは、例えば、０．５ｍｍ程度であり、厚さ０．１ｍｍのアルミニウム箔を５枚積層して形成される。

正極集電部材２７の上部筒部２７ｃ上には、電池蓋ユニット４０が配置されている。電池蓋ユニット４０は、リング形状をした絶縁板４２、絶縁板４２に設けられた開口部に嵌入された接続板４３、接続板４３に溶接されたダイアフラム４４およびダイアフラム４４に、かしめにより固定された電池蓋３により構成される。

図７は、電池蓋ユニット４０の拡大断面図である。
絶縁板４２は、円形の開口部を有するＰＰ等の絶縁性樹脂材料からなるリング形状を有し、正極集電部材２７の上部筒部２７ｃ上に載置されている。
絶縁板４２は、下方に延出され開口部側に突出する係止部４２ａを有している。絶縁板４２の開口部内には、係止部４２ａにより係合されて接続板４３が嵌合されている。接続板４３の下面には、接続リード４１の他端部が溶接されて接合されている。この場合、接続リード４１は他端部側において湾曲状に折り返されて、正極集電部材２７に溶接された面と同じ面が接続板４３に溶接されている。

接続板４３は、アルミニウム合金で形成され、中央部を除くほぼ全体が均一でかつ、中央側が厚いほぼ円盤形状を有している。接続板４３の厚さは、例えば、１ｍｍ程度である。
接続板４３の中央部は、ダイアフラム４４の中央部の底面に抵抗溶接または摩擦攪拌接合により接合されている。ダイアフラム４４はアルミニウム合金で形成され、図示はしないが、ダイアフラム４４の中心部を中心とする円形の切込みを有する。切込みはプレスにより上面側をＶ字形状に押し潰して、残部を薄肉にしたものである。ダイアフラム４４は、電池の安全性確保のために設けられており、電池の内圧が上昇すると、上方に反り、切込みにおいて開裂し、内部のガスを放出する機能を有する。

ダイアフラム４４は周縁部において電池蓋３の周縁部３ａを固定している。ダイアフラム４４の周壁４４ａは、当初、垂直に起立して形成されている。ダイアフラム４４の周壁４４ａ内に電池蓋３を収容し、かしめ加工により、周壁４４ａを電池蓋３の周縁部３ａの上面側に屈曲して固定する。

電池蓋３は、鉄（ＳＰＣＣ）により形成されており、内外両面にてニッケルめっきが施されている。電池蓋３は、ダイアフラム４４に接触する円盤状の周縁部３ａと、この周縁部３ａから上方に突出す筒部３ｂを有するハット型を有する。

図１を参照して、ダイアフラム４４の周壁４４ａを覆ってガスケット４５が設けられている。ガスケット４５は、例えば、ペルフルオロアルコキシフッ素樹脂（ＰＦＡ）等により形成されている。
ガスケット４５の周壁４５ａは、当初、ほぼ垂直に起立して形成されている。
ガスケット４５の開口部内に電池蓋ユニット４０を収容し、プレス等により、電池缶２と共にガスケット４５の周壁４５ａを屈曲して、電池蓋３がかしめられたダイアフラム４４の周壁４４ａを軸方向に圧接してかしめ加工を行う。これにより、電池蓋３、ダイアフラム４４、絶縁板４２および接続板４３が一体に形成された電池蓋ユニット４０がガスケット４５を介して電池缶２に固定される。

電池缶２の内部には、非水電解液５が所定量注入されている。非水電解液５の一例としては、リチウム塩がカーボネート系溶媒に溶解した溶液を用いることが好ましい。リチウム塩の例として、フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ_６）、フッ化ホウ酸リチウム（ＬｉＢＦ_６）、等が挙げられる。また、カーボネート系溶媒の例として、エチレンカーボネート（ＥＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、メチルエチルカーボネート（ＭＥＣ）、或いは上記溶媒の１種類以上から選ばれる溶媒を混合したものが挙げられる。

ここで、負極集電部材２０と電池缶２との溶接について説明する。
図３は、負極集電部材２０と接続部材３１が接合された負極集電構成体５０の断面図であり、図４は、負極集電部材２０と接続部材３１とを接合する前の断面図である。
負極集電部材２０は、上述した如く、全体が銅により形成され、内周筒部２１と外周筒部２２とを有するほぼ円盤形状を有する。内周筒部２１と外周筒部２２とは、円環状の基部２０ａにより一体的に構成されている。内周筒部２１の下端面２１ａは外周筒部２２の下端面２１ａより、下方に位置している。

内周筒部２１の上部側は開口され、上下方向における中間部には、上述した如く、非水電解液５を電池缶２側に流出するための貫通孔２４が形成されている。また、内周筒部２１の下部側には、軸芯１５の軸方向と直交する面、換言すれば、電池缶２の缶底２ｃと平行な面を有する底部２３が形成されている。底部２３は、内周筒部２１の下端面２１ａより内側に位置して形成されており、底部２３と内周筒部２１の下端面２１ａとの間には空隙部２９が設けられている。
底部２３は、基部２０ａ、内周筒部２１、外周筒部２２より厚さが薄いほぼ円盤型の板状部位であり、空隙部２９側に突き出すドーム形状の複数の突出部２３ａが形成されている。

接続部材３１は、上述した如く、ニッケルにより形成されている。接続部材３１は、内周筒部２１の空隙部２９とほぼ同一の形状を有するほぼ円盤型の板状部材である。
接続部材３１は、底部２３の突出部２３ａを嵌入する複数の凹部３１ａを有し、また、中央部に肉厚部３１ｂを有する。肉厚部３１ｂの厚さは、空隙部２９の深さよりも僅かに大きい。

接続部材３１を、負極集電部材２０の空隙部２９に収容し、接続部材３１の凹部３１ａを底部２３の突出部２３ａに嵌合すると、接続部材３１と負極集電部材２０との位置決めがなされる。
この状態では、図３に図示される如く、接続部材３１の肉厚部３１ｂの下面は、負極集電部材２０の内周筒部２１の下端面２１ａから外部に突き出す。
接続部材３１の肉厚部３１ｂの下面を図示しない溶接治具により支持し、負極集電部材２０の底部２３の上面に図示しない溶接用の電極棒を押し付けて、抵抗溶接等により接合する。
これにより、負極集電部材２０と接続部材３１が接合された負極集電構成体５０が形成される。

負極集電構成体５０は、電池缶２の缶底２ｃに抵抗溶接により接合される。
ニッケルにより形成された接続部材３１は、銅よりも抵抗値が大きい。しかし、負極集電部材２０の底部２３は電池缶２の缶底２ｃと平行な面を有し、接続部材３１は、負極集電部材２０の底部２３に重ねて接合されている。つまり、電池缶２の缶底２ｃに接合された負極集電構成体５０の接合部は、接合部全面に亘り、接続部材３１と負極集電部材２０の底部２３の厚さの合計の厚さを有する。
このため、負極集電部材に底部が形成されていない従来の構造に対し、抵抗値が小さくなる。したがって、ニッケル等の高価な材料により作製する接続部材３１の厚さを小さくして、コストの低減を図ることが可能となる。
次に、図１に図示された円筒形二次電池１の製造方法の一実施の形態を説明する。

--円筒形二次電池の製造方法--
〔電極群作製〕
先ず、電極群１０を作製する。
正極金属箔１１ａの両面に、正極合剤処理部１１ｂおよび正極合剤未処理部１１ｃが形成され、また、多数の正極リード１６が正極金属箔１１ａに一体に形成された正極電極１１を作製する。また、負極金属箔１２ａの両面に負極合剤処理部１２ｂおよび負極合剤未処理部１２ｃが形成され、多数の負極リード１７が負極金属箔１２ａに一体に形成された負極電極１２を作製する。

そして、軸芯１５に、第１のセパレータ１３、正極電極１１、第２のセパレータ１４および負極電極１２を捲回して電極群１０を作製する。この場合、第１のセパレータ１３および第２のセパレータ１４は最も内側の側縁部を軸芯１５に溶接しておくと、捲回時に加える荷重に抗して捲回することが容易となる。電極群１０の最外周の第２のセパレータ１４を接着テープ１９により接着する。

［負極集電構成体作製］
次に、負極集電構成体５０を作製する。
上述した如く、接続部材３１を、負極集電部材２０の空隙部２９に収容し、接続部材３１の凹部３１ａを底部２３の突出部２３ａに嵌合して、接続部材３１と負極集電部材２０とを位置決めする（図３、図４参照）。
この状態で、接続部材３１の肉厚部３１ｂの下面は、負極集電部材２０の内周筒部２１の下端面２１ａから外部に突き出す。接続部材３１の肉厚部３１ｂの下面と負極集電部材２０の底部２３の上面とを、図示しない溶接用治具を押し当て抵抗溶接等により両部材を接合する。
これにより、負極集電部材２０と接続部材３１が接合された負極集電構成体５０が形成される。

〔発電ユニット作製〕
次に、作製された電極群１０を用いて発電ユニット３０を作製する。
図５は、発電ユニット３０の断面図である。
電極群１０の軸芯１５の下部に負極集電構成体５０の負極集電部材２０を嵌合する。この場合、軸芯１５の下端面を負極集電部材２０の底部２３の上面に当接することにより、負極集電部材２０の上下方向の位置が定まる。
次に、負極集電部材２０の外周筒部２２の外周面に、負極リード１７をほぼ均等に配分して密着し、超音波溶接等により、負極集電部材２０に負極リード１７を溶接する。

次に、軸芯１５の正極集電部材２７の下部筒部２７ｂを軸芯１５の上端側に設けられた溝１５ａに嵌合する。そして、正極電極１１の正極リード１６を正極集電部材２７の上部筒部２７ｃの外面に密着させ、超音波溶接等により、正極集電部材２７の上部筒部２７ｃに正極リード１６を溶接する。そして、接続リード４１の一端を正極集電部材２７の基部２７ａの上面側に超音波溶接等により接合する。但し、この段階では、接続リード４１は、非水電解液５の注入の障害とならないように、負極集電部材２０の開口部２７ｄに対応する位置から外しておく。このようにして、発電ユニット３０が構成される。

〔電池缶への収容〕
次に、発電ユニット３０を電池缶２に収容する。
図６は、発電ユニット３０を電池缶に２に収容した状態の断面図である。
発電ユニット３０を収容可能なサイズを有する金属製の電池缶２に、上述の工程を経て作製された発電ユニット３０を収容する。

〔負極溶接〕
次に、発電ユニット３０の負極側を電池缶２に溶接する。
電池缶２内に発電ユニット３０を収容し、負極集電構成体５０を電池缶２の缶底２ｃの内面に抵抗溶接等により溶接する。
電池缶２に収容された負極集電構成体５０の接続部材３１に対応する電池缶２の缶底２ｃを溶接用治具９１により支持する。軸芯１５の上部側から、溶接用の電極棒９２を挿入し、電極棒９２の下端面を負極集電部材２０の底部２３に押し付け、負極集電構成体５０を電池缶２の缶底２ｃに抵抗溶接等により接合する。抵抗溶接により、接続部材３１の肉厚部３１ｂは溶融し、平坦となる。

上述した如く、ニッケルにより形成された接続部材３１は、銅により形成された負極集電部材２０の板状部位の底部２３に重ねられて接合され、その状態で、電池缶２の缶底２ｃに接合される。このため、電池缶２の缶底２ｃに接合された負極集電構成体５０の接合部は、接合部全面に亘り、接続部材３１と負極集電部材２０の底部２３の厚さの合計の厚さを有し、抵抗値が小さいものとなる。

次に、電池缶２の上端部側の一部を絞り加工して内方に突出し、外面にほぼＵ字状の溝２ａを形成する。
この工程において形成する溝２ａは、後述する如く、最終的な形状またはサイズではなく、仮の形状またはサイズのものである。

〔電解液注入〕
次に、電池缶２の内部に、非水電解液５を所定量注入する。
非水電解液５の一例としては、前述した如く、リチウム塩がカーボネート系溶媒に溶解した溶液を用いることが好ましい。リチウム塩の例として、フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ_６）、フッ化ホウ酸リチウム（ＬｉＢＦ_６）、等が挙げられる。また、カーボネート系溶媒の例として、エチレンカーボネート（ＥＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、メチルエチルカーボネート（ＭＥＣ）、或いは上記溶媒の１種類以上から選ばれる溶媒を混合したもの、が挙げられる。
非水電解液５は、軸芯１５の中空部の上部から注入される。軸芯１５の中空部の上部から注入された非水電解液５は、上述したように、軸芯１５の中空部を上部側から下部側に向けてに流動し、軸芯１５の貫通孔１５ｂおよび負極集電部材２０の貫通孔２４から電池缶２の缶底２ｃ側に流出し、電池缶２内に貯留される。電池缶２内への非水電解液５の注入が完了したら、接続リード４１を図６に点線で示すように、正極集電部材２７の開口部２７ｄに対応する位置に配置しておく。

〔蓋ユニット作製〕
一方、上記工程とは別に、電池蓋ユニット４０を作製しておく。
電池蓋ユニット４０は、上述した如く、絶縁板４２、接続板４３、ダイアフラム４４および電池蓋３により構成されている。
電池蓋ユニット４０の作製方法は、上述した通りである。

〔正極溶接〕
電池缶２の溝２ａの上にガスケット４５を収容する。この状態におけるガスケット４５は、図６に図示するように、リング状の基部に対して周壁４５ａは垂直に形成されている。この形状で、ガスケット４５は、電池缶２の溝２ａ上部の内側に留まっている。このガスケット４５の上方に電池蓋ユニット４０を配置する。
電池蓋ユニット４０を傾斜させ、一端が正極集電部材２７の基部２７ａに溶接された接続リード４１の他端が視認できるようにする。そして、接続リード４１の他端部を接続板４３の下面に接触させ、この状態で、接続リード４１の他端部にレーザを照射して、接続リード４１の他端部を正極集電部材２７にレーザ溶接する。この溶接は、接続リード４１の他端部における接続板４３との接合面が、正極集電部材２７に溶接された接続リード４１の一端部の接合面と同じ面になるようにして行う。

〔封口〕
接続リード４１を正極集電部材２７に溶接した後は、電池蓋ユニット４０の下面側を水平にして、ダイアフラム４４の全周縁部をガスケット４５の基部上面に接面させる。

この状態で、電池缶２の溝２ａと上端面の間の部分をプレスにより圧縮する、いわゆる、かしめ加工により、ガスケット４５と共にダイアフラム４４を電池缶２に固定する。
これにより、ダイアフラム４４、電池蓋３、接続板４３および絶縁板４２が一体化された電池蓋ユニット４０が、ガスケット４５を介して電池缶２に固定され、また、正極集電部材２７と電池蓋３が接続リード４１、接続板４３およびダイアフラム４４を介して導電接続され、図１に図示された円筒形二次電池１が作製される。

上記実施形態１においては、ニッケルにより形成された接続部材３１は、銅により形成された負極集電部材２０の板状部位の底部２３に重ねられ、負極集電構成体５０として構成されている。そして、この状態で、電池缶２の缶底２ｃに接合されている。
このため、負極集電部材に底部が形成されていない従来の構造に対し、抵抗値が小さくなる。これに伴い、接続部材３１の厚さを小さくして、コストの低減を図ることが可能となる。

また、負極集電部材２０の底部２３の面積は、軸芯１５の中空部の直径とほぼ同じ面積であり、接続部材３１は、負極集電部材２０の底部２３の面積とほぼ同じ面積でよい。この構造は、接続部材が、軸芯１５の中空部の面積とほぼ同じ面積の開口部を塞いで、負極集電部材２０の周縁部に接合される従来の構造に比し、接続部材の面積を小さくすることができる。したがって、面積が小さくなる分、接続部材３１のコストの低減を図ることが可能である。

（実施形態２）
図８は、本発明の実施形態２を示す負極集電構成体の断面図であり、図９は、接合する前の負極集電部材と接続部材の断面図である。
図８および図９を参照して、実施形態１との相違点を中心に負極集電構成体５０Ａの構成を説明することとし、実施形態１と同一の部材には、同一の符号を付して、適宜、説明を省略する。
負極集電部材２０Ａには、内周筒部２１の開口を塞ぐ底部２６の下面が、内周筒部２１の下端面と同一面に形成されており、空隙部２９ａは、底部２６の上面側に形成された凹部により形成されている。

空隙部２９ａが底部２６の上面側に形成されているため、複数のドーム状の突出部２６ａは、底部２６の上面側に形成されている。また、底部２６の中央には、開口部２６ｂが形成されている。

接続部材３２は、空隙部２９ａに対応する形状を有している。接続部材３２の下面には、負極集電部材２０Ａの底部２６に形成された突出部２６ａを嵌合する凹部３２ａが形成されている。
また、接続部材３１の中央には、負極集電部材２０Ａの底部２６に形成された開口部２６ｂに嵌入される肉厚部３２ｂが形成されている。肉厚部３２ｂの下面は、球面の一部の形状とされており、かつ、肉厚部３２ｂの中心が、最大厚さとなっている。肉厚部３２ｂの最大厚さは、負極集電部材２０Ａの底部２６の厚さより大きく形成されている。

負極集電部材２０Ａは、銅により、接続部材３２は、ニッケルにより形成されている。
接続部材３２の肉厚部３２ｂを、負極集電部材２０Ａの底部２６の開口部２６ｂに嵌入し、接続部材３２を負極集電部材２０Ａの空隙部２９ａに収容する。このとき、接続部材３２の凹部３２ａを底部２６の突出部２６ａに嵌合すると、接続部材３２と負極集電部材２０Ａとの位置決めがなされる。
この状態では、接続部材３２の肉厚部３２ｂの最大厚さ部である中央部の下面は、負極集電部材２０の底部２６の下から外部に突き出す。
接続部材３２の肉厚部３２ｂの下面を溶接治具（図示せず）により支持し、負極集電部材２０Ａの底部２３の上面に溶接用の電極棒（図しせず）を押し付けて、抵抗溶接等により接続部材３２を負極集電部材２０Ａに接合する。
これにより、負極集電部材２０Ａと接続部材３２が接合された負極集電構成体５０Ａが形成される。

実施形態２においても、負極集電構成体５０Ａは、電池缶２の缶底２ｃに抵抗溶接により接合される。
ニッケルにより形成された接続部材３２は、銅により形成された負極集電部材２０Ａの板状部位の底部２６に重ねられて接合され、その状態で、電池缶２の缶底２ｃに接合される。したがって、電池缶２の缶底２ｃに接合された負極集電構成体５０の接合部の抵抗値が小さくなり、接続部材３２の厚さを薄くすることができる。
また、接続部材３２の面積も小さくすることができる。
よって、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。

（実施形態３）
図１０は、本発明の実施形態３を示す負極集電構成体５０Ｂの断面図である。
負極集電構成体５０Ｂが、図３に図示された実施形態１の負極集電構成体５０に対して最も相違する点は、負極集電部材２０Ｂと接続部材３３とが金属拡散接合によりに接合されている点である。
図１１は、図１０に図示された負極集電構成体５０Ｂを作製するためのクラッド材を示す断面図であり、図１２は、図１１に図示された負極集電構成体５０Ｂの外観斜視図である。但し、図１１および図１２は、図面を明確にするため、図１０に図示された負極集電構成体５０Ｂを下面側からみた図となっている。

負極集電構成体５０Ｂは、図１１に図示されるようなクラッド材により作製される。
クラッド材を作製するには、先ず、銅板２０Ｂ’に細長い溝３５を形成し、この溝３５に、ニッケル板３３’を嵌合する。ニッケル板３３’の厚さおよび幅は、銅板２０Ｂ’の溝３５の深さおよび幅よりも僅かに小さい寸法とされる。
そして、熱間圧延により、銅板２０Ｂ’とニッケル板３３’が接触している境界領域を金属拡散結合させる。

このようなクラッド材を、プレス加工して、図１２に図示されるような負極集電構成体５０Ｂを形成する。
負極集電構成体５０Ｂの接続部材３３は、負極集電部材２０Ｂの中央部を通り、両側の外周筒部２２の外周側面に露出するストライプ形状に形成されている。負極集電構成体５０Ｂは中心部に位置決め用の突出部３３ａを有している。この突出部３３ａは、図１０を参照して説明すると、負極集電部材２０Ｂの底部２３の上面側からプレス加工により形成される。

接続部材３３は、負極集電部材２０Ｂの両側の外周筒部２２の外周面まで直線的に延出された長いものとなる。しかし、接続部材３３は、負極集電部材２０Ｂに金属拡散結合されているため、抵抗値が小さくなる。このため、接続部材３３の幅を、負極集電部材２０Ｂの底部２３の直径よりも小さくすることができる。
実施形態３として示す負極集電構成体５０Ｂにおいても、実施形態１と同様な効果を奏する。

なお、上記実施形態３では、接続部材３３を、負極集電部材２０Ｂの中央部を通り、両側の外周筒部２２の外周側面に露出するストライプ形状を有する構造として説明した。しかし、接続部材３３を軸芯１５の中空部に対応する中央部のみに設ける構造としてもよい。

逆に、実施形態１および２において、接続部材３１または３２を、負極集電部材２０、２０Ａの中央部を通り、両側の外周筒部２２まで延出されるストライプ形状を有する構造としてもよい。

上記実施形態においては、電池缶２の缶底２ｃに電極群１０の負極電極１２が接続される円筒形二次電池として説明した。しかし、本発明は、電池缶２の缶底２ｃに電極群１０の正極電極１１が接続される円筒形二次電池に対しても適用することができる。

上記実施形態では、リチウムイオン円筒形二次電池の場合で説明した。しかし、本発明は、ニッケル水素電池またはニッケル・カドミウム電池、鉛蓄電池のように水溶性電解液を用いる円筒形二次電池にも適用が可能である。

上記実施形態では、電極群１０を、正極電極１１と負極電極１２との間に、第１、第２のセパレータ１３、１４を介在させた構造とした。しかし、セパレータを軸芯部で折り返し、１枚のセパレータにより正極・負極の電極１１、１２を分離する構造としてもよい。
その他、本発明の円筒形二次電池は、発明の趣旨の範囲内において、種々、変形して適用することが可能であり、要は、円筒状の軸芯の周囲に、正極電極と負極電極とをセパレータを介して捲回した電極群と、上部側に開口部を有し、電極群が収容され、電解液が注入された電池缶と、電池缶の上部側に配置された電池蓋と、電池缶の缶底と軸芯の下端部との間に配置され、正極電極および負極電極の一方が接続された集電部材と、集電部材に接合されるとともに、電池缶の缶底に接合された接続部材とを備え、集電部材は、軸芯に対応する中央領域に接合部を有し、接続部材は、電池缶に対して集電部材よりも大きな接合力で接合される材料により形成され、集電部材の接合部に接合されているものであればよい。

１ 円筒形二次電池
２ 電池缶
３ 電池蓋
４ 電池容器
５ 非水電解液
１０ 電極群
１１ 正極電極
１２ 負極電極
２０、２０Ａ、２０Ｂ 負極集電部材
２１ 内周筒部
２２ 外周筒部
２３、２６ 底部（接合部）
２７ 正極集電部材
３０ 発電ユニット
３１、３２、３３ 接続部材
４０ 電池蓋ユニット
５０、５０Ａ、５０Ｂ 負極集電構成体

Claims (6)

1. 円筒状の軸芯の周囲に、正極電極と負極電極とをセパレータを介して捲回した電極群と
   上部側に開口部を有し、前記電極群が収容され、電解液が注入された電池缶と、
   前記電池缶の上部側に配置された電池蓋と、
   前記電池缶の缶底と前記軸芯の下端部との間に配置され、前記正極電極および前記負極電極の一方が接続された集電部材と、
   前記集電部材に接合されるとともに、前記電池缶の缶底に接合された接続部材とを備え、
   前記集電部材は、前記軸芯に対応する中央領域に接合部を有し、
   前記接続部材は、前記電池缶に対して前記集電部材よりも大きな接合力で接合される材料により形成され、前記集電部材の接合部に接合されていることを特徴とする円筒形二次電池。
2. 請求項１に記載の円筒形二次電池において、前記集電部材は銅により形成され、前記電池缶は鉄により形成され、前記接続部材はニッケルにより接続されていることを特徴とする円筒形二次電池。
3. 請求項１または２に記載の円筒形二次電池において、前記集電部材の接合部と前記接続部材は抵抗溶接により接合されていることを特徴とする円筒形二次電池。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の円筒形二次電池において、前記集電部材の接合部と前記接続部材は金属拡散結合により接合されていることを特徴とする円筒形二次電池。
5. 請求項４に記載の円筒形二次電池において、前記接続部材の幅は、前記集電部材の接合部の直径よりも小さいことを特徴とする円筒形二次電池。
6. 請求項５に記載の円筒形二次電池において、前記集電部材は、前記筒部の外周に外筒部を有し、前記接続部材は、前記集電部材の前記筒部の中央部を通り前記中央部の両側の外周側面に露出するストライプ形状を有することを特徴とする円筒形二次電池。
   
   

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