JP6117927B2 - 二次電池 - Google Patents

Description

本発明は、例えば車載用途等に使用される二次電池に関する。

近年、電気自動車やハイブリッド電気自動車等の動力源として、エネルギー密度の高いリチウムイオン二次電池等の二次電池の開発が進められている。

角形のリチウムイオン二次電池においては、金属箔に活物質を塗布した正負の電極と絶縁体であるセパレータとを積層させて扁平状に捲回した電極群を、正負の集電板を介して電池蓋に設けられた正負の外部端子に電気的に接続し、電池缶に上部開口から収容する。さらに、電池蓋を電池缶の上部開口に封止溶接し、電池蓋に設けられた注液口から電解液を注液し、注液栓を注液口に封止溶接することで二次電池を作製する。

下記特許文献１記載の密閉電池では、外部端子に設けられた円筒状のカシメ部材が、拡径方向にカシメられて、外部端子の鍔部と、封口板と、集電体とが機械的に固定される。また、円筒状のカシメ部材の先端部に形成された他の部分よりも薄肉化された薄肉部が集電体と密着されており、更に、薄肉化された薄肉部と集電体とが高エネルギー線により溶接されている。

特許文献１の密閉電池は、カシメ部材に先端部に薄肉化された薄肉部を形成することで、集電体と外部端子との間をレーザ等の高エネルギー線により容易に溶接できるようにしている。しかし、特許文献１では、集電板、外部端子等をかしめ固定するカシメ部材の先端部を全周に亘って薄肉化しているため、かしめ固定の機械的強度が低下する虞があった。

これに対し、下記特許文献２記載の二次電池では、正極外部端子及び負極外部端子に、蓋の外側で拡径されたかしめ部が形成され、該かしめ部には、レーザスポット溶接が可能な薄肉平坦部が局所的に形成され、該薄肉平坦部がレーザスポット溶接されている。このように、かしめ部に薄肉平坦部を局所的に形成することで、かしめ固定の機械的強度の低下が防止され、良好な溶接品質と高いかしめ強度を得ることができる。

特開２００９−８７６９３号公報 特開２０１２−２８２４６号公報

特許文献２の二次電池では、かしめ部に薄肉平坦部を局所的に形成することで、良好な溶接品質と高いかしめ強度を得ることができる一方、薄肉平坦部をレーザスポット溶接に適した肉厚まで薄肉化し、薄肉平坦部の厚さ全体を溶融させる必要がある。したがって、薄肉平坦部を形成する際には、かしめ部に対して比較的高い圧力を加える必要があるが、二次電池の高容量化、小型軽量化に伴って、かしめ部の周辺部材の強度は低下する傾向にあり、周辺部材への影響が懸念される。

本発明は、前記の課題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、かしめ部に加える圧力を低減しつつ、かしめ部における良好な溶接品質が得られる二次電池を提供することにある。

前記の目的を達成すべく、本発明の二次電池は、電極群と、該電極群を収容する電池缶と、該電池缶の上部開口を封止する電池蓋と、該電池蓋の外側に設けられる外部端子と、該外部端子に電気的に接続される接続端子と、前記電池蓋の内側に設けられて前記電極群に電気的に接続されると共に前記接続端子に電気的に接続される集電板と、を備えた二次電池であって、前記集電板及び前記外部端子は、前記接続端子により前記電池蓋にかしめ固定され、前記接続端子は、かしめ部を備えると共に、該かしめ部は、前記集電板及び／又は前記外部端子との間に加圧により接触面を形成する圧接部を備え、前記集電板及び／又は前記外部端子と前記かしめ部の外周側壁との接触部が、少なくとも前記圧接部に沿って溶接されていることを特徴とする。

本発明の二次電池によれば、かしめ部が集電板及び外部端子の少なくとも一方との間に加圧により接触面を形成する圧接部を備え、前記かしめ部の外周側壁と、集電板及び外部端子の少なくとも一方との接触部を前記圧接部に沿って溶接することで、従来よりもかしめ部に加える圧力を低減しつつ、かしめ部における良好な溶接品質が得られる。

前記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の第１実施形態に係る角形二次電池の外観斜視図。 図１に示す角形二次電池の分解斜視図。 図２に示す電極群の分解斜視図。 図２に示す外部端子及び集電板の近傍の分解斜視図。 図４に示す外部端子及び集電板の組立後の斜視図。 図５のVI-VI線に沿う断面図。 図６に示す外部端子及び集電板のかしめ固定前の断面図。 図６に示す外部端子及び集電板の１回目のかしめ工程を示す断面図。 図６に示す外部端子及び集電板の２回目のかしめ工程を示す断面図。 図６に示す外部端子及び集電板の３回目のかしめ工程を示す断面図。 本発明の第２実施形態に係る角形二次電池の図５に相当する斜視図。 図１１のXII-XII線に沿う断面図。 図１１に示すかしめ部の拡大平面図。 図１１に示す外部端子及び集電板の３回目のかしめ工程を示す断面図。 本発明の第３実施形態に係る二次電池の図４に相当する分解斜視図 図１５に示す外部端子及び集電板の組立後の正面拡大図。

以下、本発明の二次電池の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

［第１実施形態］
（全体構成）
図１は、本発明の第１実施形態に係る二次電池の斜視図である。図２は、図１に示す二次電池の分解斜視図である。図３は、図２に示す二次電池の一部を構成する電極群の分解斜視図である。

本実施形態の二次電池Ｃ１は、例えば角形のリチウムイオン二次電池であり、直方体形状の電池容器を構成する電池缶１と電池蓋６とを有する。電池缶１は、側周壁（側面）１Ｓ、底壁（底面）１Ｂ、及び上部開口１Ａを有する上方が開放された矩形の扁平な箱型容器である。電池缶１の内部には、絶縁シート２を介して発電体としての電極群３が収容されている。電池蓋６は、電池缶１の上部開口１Ａの全周に亘ってレーザ溶接により接合され、電池缶１を封止している。電池缶１及び電池蓋６の材料には、例えばアルミニウムまたはアルミニウム合金が用いられる。なお、二次電池Ｃ１の電池容器の形状は角形に限定されず、円筒形その他の形状であってもよい。

電池蓋６には、正極外部端子８Ａ及び負極外部端子８Ｂ、注液口６２及び注液栓１１、並びにガス排出弁１０が設けられている。正極外部端子８Ａの材料には、例えばアルミニウムまたはアルミニウム合金が用いられ、負極外部端子８Ｂの材料には、例えば銅または銅合金が用いられる。注液口６２は、電池缶１内に電解液を注入するのに用いられ、電池缶１内に電解液を注入した後に、注液栓１１によって溶接封止される。ガス排出弁１０は、電池容器内の圧力が所定の値を超えた場合に開放され、電池容器内のガスを排出して圧力を低減し、二次電池Ｃ１の安全性を確保する。

図３に示すように、電極群３は、セパレータ３０３を介して正極体３０１と負極体３０２を扁平形状に捲回した捲回電極群である。正極体３０１は、正極箔３０１ａの両面に正極合剤３０１ｂを塗布したものであり、電極群３の捲回軸方向の一端側に正極合剤３０１ｂが塗布されない正極箔露出部３０１ｃを有している。負極体３０２は、負極箔３０２ａの両面に負極合剤３０２ｂを塗布したものであり、電極群３の捲回軸方向の他端側に負極合剤３０２ｂが塗布されない負極箔露出部３０２ｃを有している。正極箔露出部３０１ｃと負極箔露出部３０２ｃは、捲回軸方向において互いに反対側に位置するように捲回される。

電極群３は、扁平形状に捲回され、電池缶１の側壁１Ｓの一対の幅広面に対向する平坦な一対の平面部と、該一対の平面部の両側に形成される断面半円形状の一対の湾曲部とを有している。電極群３の正極箔露出部３０１ｃは平面部で束ねられ、図２に示すように平板状の正極接続部３１Ａが形成されている。同様に、電極群３の負極箔露出部３０２ｃも平面部で束ねられ、平板状の負極接続部３１Ｂが形成されている。正極接続部３１Ａ及び負極接続部３１Ｂは、それぞれ正極集電板４Ａ及び負極集電板４Ｂに重ね合わされた状態で例えば超音波溶接により接合され、正極集電板４Ａ及び負極集電板４Ｂに電気的に接続されている。正極集電板４Ａの材料には、例えばアルミニウムまたはアルミニウム合金が用いられ、負極集電板４Ｂの材料には、例えば銅または銅合金が用いられる。

正極集電板４Ａ及び負極集電板４Ｂは、材質は異なるが、基本的に左右対称の構成を有している。また、正極外部端子８Ａ及び負極外部端子８Ｂも、材質は異なるが、基本的に左右対称の構成を有している。これらの周辺の部材についても同様である。そのため、以下の説明では正極側の構成を説明し、負極側の構成についての説明を省略する。

図２に示すように、集電板４Ａは、電池蓋６の内側に設けられ、矩形板状の基部４１Ａと、基部４１Ａの側端で曲折されて一方向に延出する接続部４２Ａとを有している。集電板４Ａは、基部４１Ａを電池蓋６の下面に対向させて配置することで、接続部４２Ａが電池缶１の側壁１Ｓの幅広面に沿って電池缶１の底壁１Ｂに向かって延出し、電極群３の接続部３１Ａに対向して重ね合わされる。集電板４Ａは、接続部４２Ａが電極群３の接続部３１Ａに例えば超音波溶接により接合されることで、電極群３と電気的に接続される。

図１及び図２に示すように、外部端子８Ａは、電池蓋６の外側に設けられ、電池蓋６の上面から上方に突出する直方体のブロック形状の溶接接合部８１Ａを有している。溶接接合部８１Ａの下面は電池蓋６の上面に対向し、溶接接合部８１Ａの上面は電池蓋６の上面から所定高さ位置で電池蓋６と平行になるように形成されている。溶接接合部８１Ａの下面には、溶接接合部８１Ａと一体的に接続端子１２Ａが設けられている。すなわち、接続端子１２Ａと外部端子８Ａとは、一体的に設けられている。溶接接合部８１Ａの上面には、図示していないバスバー等が溶接接合される。

（かしめ部周辺の構成）
次に、本実施形態の二次電池Ｃ１の特徴部分である、かしめ部及び圧接部と、その周辺の構成について説明する。図４は、図２と上下を逆転させ、かしめ固定前の正極外部端子８Ａと正極集電板４Ａとの間の構成を示す拡大分解斜視図である。図５は、図４に示す各構成をかしめ固定した後の状態を示す斜視図である。図６は、図５のVI-VI線に沿う断面図である。図示は省略するが、負極外部端子８Ｂ及び負極集電板４Ｂの周辺の構成も、図４ないし図６に示す構成と同様である。

図４に示すように、接続端子１２Ａは、外部端子８Ａの溶接接合部８１Ａの下面（図において上方を向く面）から突出する円柱状に形成されている。接続端子１２Ａは、溶接接合部８１Ａと同一の材料で溶接接合部８１Ａと一体的に設けられることで、外部端子８Ａに電気的に接続されている。接続端子１２Ａの先端には、先端側が開口した円筒状の筒状部１２１Ａが設けられている。接続端子１２Ａの基部の外径は先端の筒状部１２１Ａの外径よりも大きい。外部端子８Ａ及び接続端子１２Ａと電池蓋６とは、ガスケット５を介在させて電気的に絶縁され、電池蓋６と集電板４Ａとは、絶縁板７を介在させて電気的に絶縁される。なお、接続端子１２Ａは、先端をかしめることができるものであれば、全体が中空の筒状であってもよく、全体が中実の柱状であってもよい。また、接続端子１２Ａの形状は、円柱状又は円筒状に限定されず、例えば四角形その他の多角形の柱状又は筒状であってもよい。

ガスケット５、電池蓋６及び絶縁板７には、それぞれ接続端子１２Ａを挿通させる貫通孔５１，６１Ａ及び７１が設けられ、集電板４Ａの基部４１Ａには接続端子１２Ａの筒状部１２１Ａのみを挿通させる貫通孔４３Ａが設けられている。図６に示すように、ガスケット５、電池蓋６及び絶縁板７の貫通孔５１，６１Ａ及び７１の内径は、接続端子１２Ａの基部の外径よりも大きい。また、集電板４Ａの貫通孔４３Ａの内径は、接続端子１２Ａの基部の外径よりも小さく、且つ、筒状部１２１Ａの外径よりも大きい。

ガスケット５は、上面に外部端子８Ａの溶接接合部８１Ａの側周面の下端部を全周に亘って覆う側周壁５２を備え、下面に電池蓋６の貫通孔６１Ａの内周壁と接続端子１２Ａの外周面との間に介在されるリム部５３を備えている。側周壁５２は、溶接接合部８１Ａの側周面と電池蓋６との間の短絡を防止する。リム部５３は、電池蓋６の貫通孔６１Ａの内周壁と接続端子１２Ａの外周面との間を絶縁する。

図６に示すように、接続端子１２Ａは、集電板４Ａの基部４１Ａの下面に設けられた、かしめ部１６Ａを備えている。かしめ部１６Ａは、図４に示す接続端子１２Ａをガスケット５の貫通孔５１、電池蓋６の貫通孔６１Ａ及び絶縁板７の貫通孔７１に順次挿通させ、先端の筒状部１２１Ａを集電板４Ａの貫通孔４３Ａに挿通させた後、筒状部１２１Ａを円盤状に変形させる「かしめ」により設けられる。すなわち、集電板４Ａ及び外部端子８Ａは、接続端子１２Ａにより電池蓋６にかしめ固定されている。図５に示すように、かしめ部１６Ａの平面視における外形輪郭は略円形であり、かしめ部１６Ａは外周側部に外周側壁１６１Ａを有している。外周側壁１６１Ａは、かしめ部１６Ａの全周に亘って形成されている。かしめ部１６Ａは、集電板４と共に電池容器内部に収容される。

図６に示すように、かしめ部１６は、外周端部に圧接部１８Ａを備えている。圧接部１８Ａは、集電板４Ａとの間に加圧により接触面１６２Ａ，４４Ａを形成する。すなわち、圧接部１８Ａは、かしめ部１６Ａの一部を加圧して設けられ、かしめ部１６Ａと集電板４Ａとの間に接触面１６２Ａ，４４Ａを生じさせる。圧接部１８Ａは、かしめ部１６Ａの一部が加圧されて塑性変形した部分であり、かしめ部１６Ａの底面と集電板４Ａの基部４１Ａの表面とが密着し、集電板４Ａとかしめ部１６Ａとが互いの接触面４４Ａ，１６２Ａを介して接触している領域である。

すなわち、圧接部１８Ａにおいて、かしめ部１６Ａと集電板４Ａとが所定の押圧力で面状に接触する。この接触面４４Ａ，１６２Ａにより接続端子１２Ａと集電板４Ａとが電気的に接続され、集電板４Ａが外部端子８Ａに電気的に接続される。なお、かしめ部１６Ａの圧接部１８Ａが形成されていない部分では、集電板４Ａに対向するかしめ部１６Ａの底面は、必ずしも集電板４Ａに接触せず、かしめ部１６Ａと集電板４Ａとの間に微小な隙間が形成される場合がある。その理由については、後述するかしめ部１６Ａ及び圧接部１８Ａの形成方法において詳細に説明する。

圧接部１８Ａは、かしめ部１６Ａの外周側壁１６１Ａに達するように、かしめ部１６Ａの外周端部に段差状に設けられた段部である。かしめ部１６Ａの平面形状は円形であり、かしめ部１６Ａの外周側壁１６１Ａは、平面視で円弧状に形成されている。一方、圧接部１８Ａは、平面視で外周側壁１６１Ａに沿う直線状に形成されている。すなわち、圧接部１８Ａは、平面視で円弧状のかしめ部１６Ａの外周端部が、平面視で直線状または長方形の押圧部材によって加圧されることで形成され、かしめ部１６Ａの外周端部に段差状に形成されている。なお、圧接部１８Ａは、かしめ部１６Ａの外周側壁１６１Ａに沿う円弧状または扇状に形成してもよい。

圧接部１８Ａは、長手方向が電池蓋６の長手方向すなわち電池缶１の側壁１Ｓの幅広面に沿って形成され、電池蓋６の幅方向すなわち電池缶１の側壁１Ｓの幅狭面に沿って２箇所がかしめ部１６Ａの中心Ｃに対称に形成されている。圧接部１８Ａの位置、配置、大きさ等は、かしめ部１６Ａの大きさ、集電板４Ａの形状等を考慮して適宜変更することができるが、かしめ部１６Ａの周方向に圧接部１８Ａを均等に配置することが好ましい。

なお、圧接部１８Ａは、かしめ部１６Ａの外周側壁１６１Ａと集電板４Ａの接続部４２Ａとを最短距離で結ぶ直線上又はその近傍に形成することが好ましい。例えば、図５に示すように、かしめ部１６Ａの中心Ｃと集電板４Ａの中心線ＣＬ４とを結ぶ直線Ｌ１と交差するように、破線で囲んだ領域に圧接部１８Ａを形成することができる。

本実施形態の二次電池Ｃ１においては、集電板４Ａの基部４１Ａの下面とかしめ部１６Ａの外周側壁１６１Ａとの接触部ＣＰ（図１０参照）が、圧接部１８Ａに沿って溶接され、溶接部Ｗが形成されている。なお、かしめ部１６Ａの全周に亘って外周側壁１６１Ａの下端と集電板４Ａの基部４１Ａとを溶接し、かしめ部Ａの全周に亘って溶接部Ｗを形成してもよい。ここで、接触部ＣＰとは、集電板４Ａの接触面４４Ａを含む面と、かしめ部１６Ａの外周側壁１６１Ａの下端とが当接し、接触している部分である。

溶接部Ｗは、接触部ＣＰにおいて、かしめ部１６Ａ及び集電板４Ａにレーザ又は電子ビーム等の高エネルギービームを照射して溶接する高エネルギービーム溶接により形成され、かしめ部１６Ａと集電板４Ａとを接合している。このように、かしめ部１６Ａと集電板４Ａとが溶接されて間に溶接部Ｗが形成されることで、かしめ部１６Ａと集電板４Ａとが固定されると共に、かしめ部１６Ａと集電板４Ａとの間が接触面１６２Ａ，４４Ａだけでなく、溶接部Ｗによっても電気的に接続される。溶接部Ｗの形成方法については、後で詳細に説明する。

図６に示すように、溶接部Ｗは、かしめ部１６Ａの外周側壁１６１Ａと、集電板４Ａの接触面４４Ａの双方と交差する直線Ｌ２に沿って延びている。したがって、外周側壁１６１Ａを基準とする溶接の深さ、すなわち溶接部Ｗの深さｄ１は、外周側壁１６１Ａに沿ってかしめ部１６Ａから電池蓋６に向かう方向Ｄ１において漸次深くなる。同様に、集電板４Ａの接触面４４Ａを基準とする溶接の深さ、すなわち溶接部Ｗの深さｄ２は、接触面４４Ａに沿ってかしめ部１６Ａの外周側壁１６１Ａから中心線ＣＬに向かう方向Ｄ２において漸次深くなる。

かしめ部１６Ａの圧接部１８Ａに沿う外周側壁１６１Ａは、接触面４４Ａ，１６２Ａに隣接する接触面４４Ａ，１６２Ａ近傍の部分、すなわち外周側壁１６１Ａの接触部ＣＰ側の端部が、溶接時に溶融及び凝固され、溶接部Ｗを構成している。また、かしめ部１６Ａの圧接部１８Ａに沿う外周側壁１６１Ａは、接触面４４Ａ，１６２Ａから離間した部分、すなわち接触部ＣＰから離間した部分に、溶接時に溶融されない非溶融部１６３Ａを有している。すなわち、かしめ部１６Ａの外周側壁１６１Ａには、接触面１６２Ａ又は接触部ＣＰと反対側の端部に非溶融部１６３Ａを残して溶接部Ｗが形成されている。

以上の構成を有する本実施形態の二次電池Ｃ１に対し、従来の二次電池は、例えば前記特許文献１及び２のように、かしめ部を薄肉化した薄肉部の上面の略全域に、該薄肉部の厚さ方向に沿ってレーザ等の高エネルギービームを照射し、該薄肉部を厚さ全体に亘って溶融させ、該薄肉部と集電板の溶接を行っていた。そのため、前記薄肉部の厚さは、前記厚さ全体の溶融が可能な程度に十分に薄肉化する必要があった。従来の二次電池は、例えば、かしめ部の厚さが約１ｍｍであった場合に、薄肉部の厚さを約０．１〜０．２ｍｍ程度まで薄肉化する必要があった。すなわち、薄肉部を形成するためには、かしめ部を、例えば、約１０〜２０％程度の薄さに薄肉化する必要があった。

したがって、従来の二次電池は、かしめ部に薄肉部を形成する際に、かしめ部に対して比較的高い圧力を加える必要があった。しかし、二次電池の高容量化、小型軽量化に伴って、かしめ部周辺の部材も薄型化されるなど、機械的な強度が低下する傾向にある。したがって、かしめ部に前記のような比較的高い圧力が作用すると、かしめ部周辺の部材が変形するなど、周辺部材への悪影響が生じる虞がある。

これに対し、本実施形態の二次電池Ｃ１では、かしめ部１６Ａが、集電板４Ａとの間に、加圧により接触面１６２Ａ，４４Ａを形成する圧接部１８Ａを備えている。すなわち、本実施形態では、かしめ部１６Ａの溶接のための薄肉化を目的とせず、集電板４Ａとの間の接触面１６２Ａ，４４Ａの形成を目的として、圧接部１８Ａを加圧している。そして、集電板４Ａとかしめ部１６Ａの外周側壁１６１Ａとの間の接触部ＣＰが、圧接部１８に沿って溶接されている。要するに、圧接部１８Ａは、従来の二次電池の薄肉部とは異なり、厚さ全体の溶融を考慮した薄肉化の必要がない。

したがって、圧接部１８Ａは、従来の薄肉部を形成する際の圧力よりも大幅に小さい圧力、すなわち、かしめ部１６Ａと集電板４Ａとの間に接触面１６２Ａ，４４Ａを生じさせることができる程度の圧力で、かしめ部１６Ａを加圧して形成することができる。これにより、かしめ部１６Ａを形成した後に、かしめ部１６Ａ周辺の部材に作用する荷重及び圧力を従来よりも大幅に低減することができる。よって、本実施形態の二次電池Ｃ１によれば、かしめ部１６Ａ周辺の部材、例えばガスケット５、電池蓋６、絶縁板７、集電板４Ａ等に対する、例えば変形等の悪影響を防止することができる。

例えば、かしめ部１６Ａの厚さが約１ｍｍであった場合に、圧接部１８Ａの厚さが約０．６ｍｍ〜０．８ｍｍ程度になるように、かしめ部１６Ａの一部を加圧すればよい。すなわち、圧接部１８Ａの厚さは、例えば、かしめ部１６Ａの厚さの６０％以上８０％以下でよい。また、接触面１６２Ａ，４４Ａを形成することができれば、圧接部１８Ａの厚さはかしめ部１６Ａの厚さの８０％以上であってもよい。このように、圧接部１８Ａの肉厚を従来の薄肉部よりも厚くすることができるので、かしめ部１６Ａにおいて従来よりも高いかしめ強度が得られる。

また、かしめ部１６Ａを形成した後に圧接部１８Ａを形成することで、かしめ部１６Ａと集電板４Ａとの間に接触面１６２Ａ，４４Ａが生じ、圧接部１８Ａ及びその周辺においてかしめ部１６Ａと集電板４Ａとの間に空間又は間隙が形成されなくなる。すなわち、本実施形態では、かしめ部１６Ａを形成した後でも、かしめ部１６Ａと集電板４Ａとの間に微小な空間又は間隙が形成され、かしめ部１６Ａと集電板４Ａとが完全には接触しない虞があることに着目し、前記空間又は間隙による不具合を解消するために圧接部１８Ａを形成している。

圧接部１８Ａにおいて接触面１６２Ａ，４４Ａが形成され、圧接部１８Ａ及びその周辺においてかしめ部１６Ａと集電板４Ａとの間に空間又は間隙が形成されなくなることで、圧接部１８Ａに沿って接触部ＣＰに溶接部Ｗを形成する際の溶接部Ｗの欠陥を防止することができる。前記のように、かしめ部１６Ａと集電板４Ａとの間に微小な空間又は間隙が形成されていると、溶接部Ｗを形成する際の熱により該空間又は間隙内の空気が膨張して該空間又は間隙から排出される。この空気の膨張と排出により、溶接部Ｗに欠陥が生じる虞がある。しかし、かしめ部１６Ａに圧接部１８Ａを形成し、圧接部１８Ａ及びその周辺においてかしめ部１６Ａと集電板４Ａとの間に接触面１６２Ａ，４４Ａを形成し、圧接部１８Ａに沿って接触部ＣＰに溶接部Ｗを形成することで、上記のような空気の膨張による不具合が防止され、溶接部Ｗの欠陥が防止される。したがって、溶接部Ｗの溶接の品質を向上させることができる。

また、外周側壁１６１Ａを基準とする溶接部Ｗの深さｄ１は、外周側壁１６１Ａに沿ってかしめ部１６Ａから電池蓋６に向かう方向Ｄ１で漸次深くなっている。これにより、溶接によるかしめ部１６Ａと集電板４Ａとの接合強度を維持しつつ、溶接深さを均一にする場合と比較して溶接部Ｗの形成時に溶融させる金属量を減少させ、溶接部Ｗを効率良く形成することができる。

また、かしめ部１６Ａの圧接部１８Ａに沿う外周側壁１６１Ａは、溶接部Ｗが形成される接触部ＣＰから離間した部分に、溶接時に溶融されない非溶融部１６３Ａを有している。したがって、かしめ部１６Ａ又は圧接部１８Ａの厚さを増加させても、それに合わせて外周側壁１６１Ａの非溶融部１６３Ａを増加させることで、かしめ部１６Ａ又は圧接部１８Ａの厚さに関わらず、レーザ溶接等の高エネルギービームによるかしめ部１６Ａと集電板４Ａとの溶接が可能になる。また、溶接時に圧接部１８Ａの接触面１６２Ａと反対側の面が溶融されることが防止され、外周側壁１６１Ａ全体に溶接部Ｗを形成する場合と比較して溶接時に溶融させる金属量を減少させ、かしめ部１６Ａと集電板４Ａとを効率良く溶接することができる。

また、圧接部１８Ａは、かしめ部１６Ａの外周側壁１６１Ａに達するように、かしめ部１６Ａの外周端部に設けられた段部である。これにより、かしめ部１６Ａの外周側壁１６１Ａに形成される溶接部Ｗに隣接して接触面４４Ａ，１６２Ａを生じさせることができ、かしめ部１６Ａと集電板４Ａとの溶接時に、空気の膨張による溶接部Ｗの欠陥をより効果的に防止することが可能になる。

また、かしめ部１６Ａの外周側壁１６１Ａは平面視で円弧状に形成され、圧接部１８Ａは平面視で外周側壁１６１Ａに沿う直線状に形成されている。そのため、圧接部１８Ａの外縁であるかしめ部１６Ａの平面視円弧状の外周側壁１６１Ａの直下を含む圧接部１８Ａの全域に亘って、確実に接触面４４Ａ，１６２Ａを生じさせることができる。

また、圧接部１８Ａは、長手方向が電池蓋６の長手方向に沿って形成されている。この位置に圧接部１８Ａを形成することで、周辺部材との関係で溶接部Ｗの形成が容易になる。また、電池蓋６の幅方向に沿って２箇所がかしめ部１６Ａの中心対称に形成されている。このように、かしめ部１６Ａの周方向に圧接部１８Ａを均等に配置することで、各圧接部１８Ａを形成する際の圧力をかしめ部１６Ａの周方向で均一にして、かしめ部１６Ａ周辺の部材に局所的な圧力が作用することを防止できる。

また、圧接部１８Ａを、かしめ部１６Ａの外周側壁１６１Ａと集電板４Ａの接続部４２Ａとを最短距離で結ぶ直線に近づけることで、電気抵抗の小さい溶接部Ｗ及び接触面４４Ａ，１６２Ａを集電板４Ａの接続部４２Ａに近づけることができる。例えば、図５に示すように、直線Ｌ１上の破線で囲まれた領域に圧接部１８Ａ及び溶接部Ｗを形成することで、接触面４４Ａ，１６２Ａ及び溶接部Ｗが、集電板４Ａの接続部４２Ａに対して最短距離で形成される。したがって、かしめ部１６Ａから集電板４Ａの接続部４２Ａへの電流の経路を短縮して、電気抵抗を低減することが可能になる。

また、接続端子１２Ａが中実の円柱状であり、筒状部１２１Ａの先端側が中空の円筒状であることで、筒状部１２１Ａをかしめたときに、かしめ部１６Ａを平面視で円形の均等な形状に容易に形成することができる。また、かしめ部１６Ａを平面視で円形にすることで、かしめ部１６Ａの周方向に圧接部１８Ａを均等に配置することが容易になる。

以上説明したように、本実施形態の二次電池Ｃ１では、圧接部１８Ａを形成することで集電板４Ａとかしめ部１６Ａとの間に接触面４４Ａ，１６２Ａが形成され、接触面４４Ａ，１６２Ａを含む集電板４Ａとかしめ部１６Ａの外周側壁１６１Ａとの接触部ＣＰが、少なくとも圧接部１８Ａに沿って溶接される。したがって、圧接部１８Ａを必要以上に薄肉化する必要がなくなり、かしめ部１６Ａに加える圧力を従来よりも低減することができ、かしめ部１６Ａにおいて高いかしめ強度を得ることができる。また、集電板４Ａとかしめ部１６Ａとの間に接触面４４Ａ，１６２Ａが生じることで、溶接部Ｗにおいて良好な溶接品質を得ることができる。

（かしめ部及び圧接部の形成工程）
次に、本実施形態の二次電池Ｃ１において、かしめ部１６Ａ及び圧接部１８Ａを形成する工程について説明する。図７は、図６に示す外部端子８Ａ及び集電板４Ａのかしめ固定前の断面図である。図７は、図４示す外部端子８Ａに設けられた接続端子１２Ａが、ガスケット５の貫通孔５１、電池蓋６の貫通孔６１Ａ及び絶縁板７の貫通孔７１に順次挿通され、先端の筒状部１２１Ａが集電板４Ａの基部４１Ａに設けられた貫通孔４３Ａに挿通された状態を示している。

まず、図８に示すように、外部端子８Ａの溶接接合部８１Ａの上面を金型１０５の上平面に向けた状態で、外部端子８Ａを金型１０５の上平面に載置して下方から支持する。次に、先細の金型１０１の凸曲面状に形成された先端を、接続端子１２Ａの筒状部１２１Ａの内径面に押し当てて、筒状部１２１Ａを内側から外側に押し拡げる。これにより、外部端子８Ａ、ガスケット５、絶縁板７及び集電板４Ａが電池蓋６に仮固定される。

次に、前工程と同様に外部端子８Ａを金型１０５により支持した状態で、前工程で押し拡げられた筒状部１２１Ａを、図９に示すように、先端に凹部を備えた金型１０２によって押圧する。これにより、筒状部１２１Ａが円盤状に押し拡げられ、平面視で外形輪郭が円形のかしめ部１６Ａが形成され、外部端子８Ａ、ガスケット５、電池蓋６、絶縁板７及び集電板４Ａがかしめ固定されて一体化される。

このとき、かしめ部１６Ａの集電板４Ａに対向する面と、集電板４Ａのかしめ部１６Ａに対向する面との間に、微小な空間又は隙間が形成される場合がある。したがって、かしめ部１６Ａと集電板４Ａとは、部分的に接触したとしても、完全には接触しない虞がある。これは、接続端子１２Ａの先端の筒状部１２１Ａを径方向外側へ押し拡げてかしめ部１６Ａを形成することに起因するもので、かしめ部１６Ａの外周端部よりも中心側の方がより集電板４Ａと接触し難くなっている。

次に、図１０に示すように、前工程と同様に外部端子８Ａを金型１０５により支持した状態で、先端に複数の突起部１０３Ａを備えた金型１０３によりかしめ部１６Ａを押圧する。金型１０３の先端には、圧接部１８Ａの数に対応した２つの突起部１０３Ａが形成され、各突起部１０３Ａは圧接部１８Ａの形状に対応して平面視で互いに平行な一方向に長い直線状又は長方形状の形状に形成されている。これらの突起部１０３Ａにより、かしめ部１６Ａの一部が加圧されて圧接部１８Ａが設けられ、かしめ部１６Ａと集電板４Ａとの間に接触面１６２Ａ，４４Ａが形成される。また、かしめ部１６Ａの外周側壁１６１Ａの下端と、接触面４４Ａを含む集電板４Ａの下面とが当接して接触部ＣＰが形成される。ここで、圧接部１８Ａの厚さＴ２はかしめ部１６Ａの厚さＴ１に対して極端に薄くする必要はない。例えば、かしめ部１６Ａの厚さＴ１が１ｍｍの場合、圧接部１８Ａの厚さＴ２は０．６〜０．８ｍｍでよい。

次に、図５及び図６に示すように、集電板４Ａの基部４１Ａの接触面４４Ａを含む下面と、かしめ部１６Ａの外周側壁１６１Ａとの接触部ＣＰを、圧接部１８Ａに沿って溶接する。これにより、接触部ＣＰに溶接部Ｗが形成される。溶接部Ｗは、図６に示すように、かしめ部１６Ａの外周側壁１６１Ａに対して傾斜した直線Ｌ２に沿って、例えばレーザ光、電子ビーム等の高エネルギービームを、接触部ＣＰに対向する斜め上方の位置から照射し、照射位置を圧接部１８Ａに沿って移動させて形成する。本実施形態においては、例えば炭酸ガスレーザ、ＹＡＧレーザ等を用いたレーザ溶接により溶接部Ｗを形成する。これにより、かしめ部１６Ａの外周側壁１６１Ａと集電板４Ａの接触面４４Ａとの接触部ＣＰに、圧接部１８Ａに沿って溶接部Ｗが形成され、かしめ部１６Ａと集電板４Ａとが接合されて電気的に接続される。

以上説明したように、本実施形態の二次電池Ｃ１によれば、かしめ部１６Ａの外周側壁１６１Ａと集電板４Ａの接触面４４Ａとの接触部ＣＰに高エネルギービームを照射して溶接部Ｗを形成するため、圧接部１８Ａを極端に薄くする必要がなくなる。そのため、圧接部１８Ａを形成する際に、かしめ部１６Ａ周辺の部材に作用する荷重及び圧力を従来よりも大幅に低減することができ、例えばガスケット５、電池蓋６、絶縁板７及び集電板４Ａ等の変形を防止できる。また、圧接部１８Ａにおいて接触面１６２Ａ，４４Ａが形成され、圧接部１８Ａ及びその周辺においてかしめ部１６Ａと集電板４Ａとの間に空間又は間隙が形成されなくなることで、圧接部１８Ａに沿って溶接部Ｗを形成する際に、溶接部Ｗの欠陥を防止することができる。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態に係る二次電池について説明する。図１１は、第１実施形態の図５に相当する、本実施形態の二次電池Ｃ２の正極外部端子８Ａ及び正極集電板４Ａの近傍の斜視図である。図１２は、図１１のXII-XII線に沿う断面図である。図１３は、かしめ部１６Ａの平面拡大図である。

本実施形態においても、第１実施形態と同様に、正極側と負極側の構成は基本的に左右対称の構成を有している。そのため、以下の説明では正極側の構成を説明し、負極側の構成についての説明を省略する。

本実施形態の二次電池Ｃ２は、圧接部１８Ａの外縁１８１が、かしめ部１６Ａの外周側壁１６１Ａよりも内側に設けられている点で、第１実施形態の二次電池Ｃ１と異なっている。本実施形態の二次電池Ｃ２のその他の構成は、第１実施形態の二次電池Ｃ１の構成と同一であるので、第１実施形態の図１ないし図４及び図７ないし図９を援用し、同一の部分には同一の符号を付して、説明は省略する。

図１１ないし図１３に示すように、本実施形態の二次電池Ｃ２において、圧接部１８Ａは、外縁１８１が、かしめ部１６Ａの外周側壁１６１Ａよりも内側、すなわち、かしめ部１６Ａの中心Ｃ側に設けられた凹溝である。また、かしめ部１６Ａは、円盤状に形成されて外周側壁１６１Ａが平面視で円弧状に形成されている。圧接部１８Ａは、平面視で、かしめ部１６Ａの外周側壁１６１Ａに沿う直線状に形成されている。すなわち、圧接部１８Ａは、平面視で円弧状の外周側壁１６１Ａに沿う直線状の凹溝になっている。なお、圧接部１８Ａは、かしめ部１６Ａの外周側壁１６１Ａに沿って円弧状又は扇状に形成してもよい。

本実施形態において、かしめ部１６Ａは、図７ないし図９に示す第１実施形態と同様の工程を経て形成される。一方、圧接部１８Ａは、図１０に示す第１実施形態の金型１０３の突起部１０３Ａと異なる形状及び配置の突起部を備えた金型を用いて形成される。図１４に示すように、本実施形態の圧接部１８Ａの形成に用いる金型１０４は、かしめ部１６Ａの外周側壁１６１Ａよりも内側の部分に当接して、かしめ部１６Ａの一部を押圧する突起部１０４Ａを備えている。各突起部１０４Ａは圧接部１８Ａの形状に対応して平面視で互いに平行な一方向に長い直線状又は長方形状に形成されている。金型１０４の突起部１０４Ａによって、かしめ部１６Ａの一部が加圧されて圧接部１８Ａが設けられ、図１２に示すように、かしめ部１６Ａと集電板４Ａとの間に接触面１６２Ａ，４４Ａが生じる。

前記したように、かしめ部１６Ａは、外周端部よりも中心側の方がより集電板４Ａと接触し難い。本実施形態の二次電池Ｃ２によれば、かしめ部１６Ａの外周側壁１６１Ａよりも内側に圧接部１８Ａの外縁１８１を設けることで、より集電板４Ａと接触し難いかしめ部１６Ａの中心側において、かしめ部１６Ａと集電板４Ａとの間に接触面１６２Ａ，４４Ａを生じさせることができる。また、圧接部１８Ａを形成することで、その近傍においても、かしめ部１６Ａと集電板４Ａとを接触させることができる。そのため、圧接部１８Ａを設ける位置を決定する際に、圧接部１８Ａの外縁１８１とかしめ部１６Ａの外周側壁１６１Ａとの間で、かしめ部１６Ａと集電板４Ａとの間に空間又は隙間が形成されないように調整する。これにより、集電板４Ａとかしめ部１６Ａの外周側壁１６１Ａとの間に接触部ＣＰを形成することができる。その後、圧接部１８Ａに沿って接触部ＣＰを溶接して溶接部Ｗを形成することで、溶接部Ｗの欠陥を防止することができる。

また、図１３に示すように、かしめ部１６Ａの外周側壁１６１Ａは平面視で円弧状に形成され、圧接部１８Ａは平面視で外周側壁１６１Ａに沿う直線状に形成されている。これにより、溶接部Ｗを同じ長さＬＷに形成する場合に、圧接部１８Ａを円弧状又は扇状に形成する場合と比較して、圧接部１８Ａの長さＬ１８を短縮し、圧接部１８Ａの面積を小さくすることができる。したがって、圧接部１８Ａを円弧状又は扇状に形成する場合と比較して、圧接部１８Ａを形成する際に、かしめ部１６Ａに加える圧力を低減することができる。

以上説明したように、本実施形態の二次電池Ｃ２によれば、第１実施形態の二次電池Ｃ１と同様の効果が得られるだけでなく、より集電板４Ａと接触し難い、かしめ部１６Ａの中心Ｃ側に、接触面１６２Ａ，４４Ａを生じさせることができる。

［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態に係る二次電池について説明する。図１５は、本実施形態の二次電池の正極外部端子８Ａ及び正極集電板４Ａの近傍の分解斜視図である。図１６は、図１５に示す正極外部端子８Ａ及び正極集電板４Ａを電池蓋６にかしめ固定した状態を示す正面拡大図である。

本実施形態においても、第１実施形態と同様に、正極側と負極側の構成は基本的に左右対称の構成を有している。そのため、以下の説明では正極側の構成を説明し、負極側の構成についての説明を省略する。

本実施形態の二次電池は、集電板４Ａ、ガスケット５、絶縁板７及び外部端子８Ａの構成及び配置が第１実施形態の二次電池Ｃ１と異なっている。本実施形態の二次電池のその他の構成は、第１実施形態の二次電池Ｃ１の構成と同様であるので、第１実施形態の図１ないし図１０を援用し、同様の部分には同様の符号を付して、説明は省略する。

本実施形態の二次電池においては、図１５に示すように、集電板４Ａの基部４１Ａに接続端子１２Ａが一体的に設けられている。外部端子８Ａは板状に形成され、２つの貫通孔８２，８３を有している。ガスケット５は、集電板４Ａと電池蓋６との間に配置されて集電板４Ａと電池蓋６とを電気的に絶縁している。絶縁板７は、電池蓋６と外部端子８Ａとの間に配置されて電池蓋６と外部端子８Ａとを電気的に絶縁している。絶縁板７と外部端子８Ａとの間には、雄ネジ９が配置されている。絶縁板７には、外部端子８Ａの一方の貫通孔８３Ａに雄ネジ９を挿通させた状態で、外部端子８Ａと雄ネジ９の頭部を収容配置するための凹部が形成さている。

接続端子１２Ａは、ガスケット５の貫通孔５１、電池蓋６の貫通孔６１Ａ及び絶縁板７の貫通孔７１に順次挿通され、先端の筒状部１２１Ａが外部端子８Ａの貫通孔８２に挿通され、外部端子８Ａの上面でかしめられている。これにより、図１６に示すように、外部端子８Ａの上面にかしめ部１６Ａが設けられ、外部端子８Ａ及び集電板４Ａが接続端子１２Ａにより電池蓋６にかしめ固定されている。外部端子８Ａの上面に設けられたかしめ部１６Ａは、二次電池の組立後に電池容器の外側に位置する。

本実施形態では、図４に示す第１実施形態と同様に、集電板４Ａの基部４１Ａに貫通孔４３Ａを設け、該貫通孔４３Ａに接続端子１２Ａを挿通させ、集電板４Ａの基部４１Ａの下面にも、かしめ部１６Ａを形成している。しかし、接続端子１２Ａと集電板４Ａとの接合方法は、かしめ固定に限定されず、例えば溶接により接合してもよいし、接続端子１２Ａと集電板４Ａとを一体的に成形してもよい。

外部端子８Ａの上面のかしめ部１６Ａは、外部端子８Ａとの間に加圧により接触面１６２Ａ，８４Ａを形成する圧接部１８Ａを備えている。外部端子８Ａの上面とかしめ部１６Ａの外周側壁１６１Ａとの接触部が、圧接部１８Ａに沿って溶接され、溶接部Ｗが形成されている。また、第１実施形態と同様に、集電板４Ａの下面のかしめ部１６Ａも圧接部１８Ａを備え、圧接部１８Ａに沿って溶接部Ｗが形成されている。

本実施形態の二次電池においては、外部端子８Ａとかしめ部１６Ａとの間に圧接部１８Ａによって接触面８４Ａ，１６２Ａが形成され、外部端子８Ａとかしめ部１６Ａの外周側壁１６１Ａとの接触部が、圧接部１８Ａに沿って溶接されている。そのため、第１実施形態の二次電池Ｃ１と同様に、圧接部１８Ａを必要以上に薄肉化する必要がないので、かしめ部１６Ａに加える圧力を低減することができるだけでなく、かしめ部１６Ａにおいて高いかしめ強度が得られる。また、接触面８４Ａ，１６２Ａにより、溶接部Ｗにおいて良好な溶接品質を確保することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。前述の実施形態は本発明を解りやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明したすべての構成を備えるものに限定されない。例えば、前述の実施形態では、正負のかしめ部に圧接部を設ける場合について説明したが、正負いずれかのかしめ部のみに圧接部を設けてもよい。

１ 電池缶
１Ａ 上部開口
３ 電極群
４Ａ 正極集電板（集電板）
４Ｂ 負極集電板（集電板）
４１Ａ 基部
４２Ａ 接続部
４４Ａ 接触面
６ 電池蓋
８Ａ 正極外部端子（外部端子）
８Ｂ 負極外部端子（外部端子）
８４Ａ 接触面
１２Ａ 正極接続端子（接続端子）
１２Ｂ 負極接続端子（接続端子）
１６Ａ 正極かしめ部（かしめ部）
１６Ｂ 負極かしめ部（かしめ部）
１６１Ａ 外周側壁
１６２Ａ 接触面
１６３Ａ 非溶融部
１８Ａ 正極圧接部（圧接部）
１８Ｂ 負極圧接部（圧接部）
ＣＰ 接触部
ｄ１ 溶接部の深さ
Ｗ 溶接部

Claims (8)

1. 電極群と、該電極群を収容する電池缶と、該電池缶の上部開口を封止する電池蓋と、該電池蓋の外側に設けられる外部端子と、該外部端子に電気的に接続される接続端子と、前記電池蓋の内側に設けられて前記電極群に電気的に接続されると共に前記接続端子に電気的に接続される集電板と、を備えた二次電池であって、
   前記集電板及び前記外部端子は、前記接続端子により前記電池蓋にかしめ固定され、
   前記接続端子は、かしめ部を備えると共に、該かしめ部の一部を加圧して段差状に設けられて前記集電板及び／又は前記外部端子との間に加圧により接触面を形成する圧接部を備え、
   前記集電板及び／又は前記外部端子と前記かしめ部の外周側壁との接触部が、少なくとも前記圧接部に沿って溶接されており、
   前記外周側壁を基準とする前記溶接の深さは、前記外周側壁に沿って前記かしめ部から前記電池蓋に向かう方向において漸次深くなっており、
   前記接触面を基準とする前記溶接の深さは、前記接触面に沿って前記外周側壁から前記接続端子の中心線に向かう方向において漸次深くなっていることを特徴とする二次電池。
2. 前記外周側壁は、前記接触部側の端部が前記溶接時に溶融凝固されていると共に、前記接触部から離間した部分に前記溶接時に溶融されていない非溶融部を有していることを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
3. 前記圧接部は、外縁が前記外周側壁に達するように前記かしめ部の外周端部に設けられた段部であることを特徴とする請求項２に記載の二次電池。
4. 前記圧接部は、外縁が前記外周側壁よりも前記かしめ部の内側に設けられた凹溝であることを特徴とする請求項２に記載の二次電池。
5. 前記外周側壁は、平面視で円弧状に形成され、
   前記圧接部は、平面視で直線状に形成されていることを特徴とする請求項３又は４に記載の二次電池。
6. 前記かしめ部は、前記集電板の下面に設けられ、
   前記圧接部は、前記かしめ部と前記集電板との間に前記接触面を生じさせていることを特徴とする請求項５に記載の二次電池。
7. 前記集電板は、前記接続端子により前記外部端子に接続される基部と、該基部に設けられて前記電極群に接続される接続部とを有し、
   前記圧接部は、前記外周側壁と前記接続部とを最短距離で結ぶ直線上に形成されていることを特徴とする請求項６に記載の二次電池。
8. 前記かしめ部は、前記外部端子の上面に設けられ、
   前記圧接部は、前記かしめ部と前記外部端子との間に前記接触面を生じさせていることを特徴とする請求項５に記載の二次電池。

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