WO2021065127A1 - 二次電池の製造方法、及び二次電池 - Google Patents

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真一朗 吉田
徹也 大門
将史 村岡
篤 宮崎
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Definitions

  • the present disclosure relates to a method for manufacturing a secondary battery and a method for manufacturing a secondary battery, in particular, a method for manufacturing a secondary battery in which a negative electrode core and a negative electrode current collector are resistance welded.
  • a secondary battery in which a negative electrode constituting an electrode body and a negative electrode terminal provided on a sealing plate or the like are electrically connected via a negative electrode current collector is known.
  • a copper foil is used for the core body of the negative electrode, and the negative electrode current collector is welded to the copper foil.
  • the coefficient of kinetic friction between one surface and the other surface is 0.5 or less, and an oxide film and / or a rust preventive film having a thickness of 0.5 to 4 nm is formed on the copper foil surface.
  • a negative electrode core made of copper foil is disclosed.
  • Patent Document 1 describes that the use of this negative electrode core body improves the weldability with the negative electrode current collector. It has also been proposed to improve the weldability with a negative electrode current collector by controlling the surface roughness, glossiness, etc. of the copper foil (see, for example, Patent Documents 2 and 3).
  • An object of the present disclosure is to provide a method capable of firmly welding the core body and the current collector by suppressing the generation of voids in the welded portion between the negative electrode core body and the negative electrode current collector.
  • the method for manufacturing a secondary battery includes an electrode body having a positive electrode, a negative electrode, and a separator, and the positive electrode and the negative electrode are laminated via the separator, and a negative electrode current collection.
  • a method for manufacturing a secondary battery including a body, wherein the negative electrode has a negative electrode core composed of a copper foil having a surface roughness of 0 ⁇ m or more and 2.0 ⁇ m or less and a glossiness of 50 or more and 350 or less.
  • the electrode body includes a negative electrode mixture layer formed on the surface of the negative electrode core body while leaving an exposed region where the surface of the negative electrode core body is exposed, and the electrode body is a core body formed by laminating the exposed regions of the negative electrode core body.
  • the negative electrode current collector having a laminated portion has a projection having a height of 0.36 mm or more and 0.45 mm or less on at least one of a first member and a second member, and the first member and the said. It includes a step of resistance welding the negative electrode current collector and the core laminated portion in a state where the core laminated portion is sandwiched from both sides by the second member and the projection is in contact with the core laminated portion. It is a feature.
  • the secondary battery includes a positive electrode, a negative electrode, and a separator, and includes an electrode body in which the positive electrode and the negative electrode are laminated via the separator, and a negative electrode current collector.
  • the negative electrode has a surface roughness of 2.0 ⁇ m or less, and a negative electrode core made of a copper foil having a glossiness of 50 or more and 350 or less and the surface of the negative electrode core are exposed.
  • the electrode body includes a negative electrode mixture layer formed on the surface of the negative electrode core body while leaving an exposed region, and the electrode body has a core body laminated portion in which the exposed regions of the negative electrode are laminated, and the core body stacking portion is provided.
  • the portion includes a nugget formed by welding and being sandwiched from both sides by the first member and the second member constituting the negative electrode current collector, and the core laminated portion and the negative electrode. There are no voids having a length exceeding 1.0 mm at the interface of the current collector, and the maximum diameter of the nugget is 1.6 mm or more.
  • the generation of voids in the welded portion between the negative electrode core body and the negative electrode current collector is suppressed, and the core body and the current collector can be firmly welded.
  • the strength of the welded portion between the negative electrode core body and the negative electrode current collector is high and the resistance is low.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. It is sectional drawing of the welded part of the negative electrode core body and the negative electrode current collector which is a comparative example.
  • FIG. 1 is a perspective view showing the appearance of the secondary battery 10 which is an example of the embodiment
  • FIG. 2 is a perspective view of the electrode body 11 and the sealing plate 15 constituting the secondary battery 10.
  • the secondary battery 10 illustrated in FIG. 1 is a square battery including a square outer can 14, but the outer body of the battery is not limited to the outer can 14, and is composed of, for example, a laminated sheet including a metal layer and a resin layer. It may be a wrapping body or a cylindrical outer can.
  • the secondary battery 10 includes an electrode body 11, an electrolyte, and a square outer can 14 for accommodating them.
  • the outer can 14 is a flat, substantially rectangular parallelepiped-shaped metal container having an opening.
  • the electrode body 11 is a wound electrode body in which a positive electrode 20 and a negative electrode 30 are spirally wound via a separator 32 and formed into a flat shape.
  • the positive electrode 20, the negative electrode 30, and the separator 32 are all strip-shaped elongated bodies.
  • the secondary battery 10 has a positive electrode current collector 25 connected to the positive electrode 20 and a negative electrode current collector 35 connected to the negative electrode 30.
  • the electrode body may be a laminated electrode body in which a plurality of positive electrodes and a plurality of negative electrodes are alternately laminated one by one via a separator 32.
  • the electrolyte may be an aqueous electrolyte or a non-aqueous electrolyte.
  • a non-aqueous electrolyte is used.
  • the non-aqueous electrolyte contains a non-aqueous solvent and an electrolyte salt dissolved in the non-aqueous solvent.
  • the non-aqueous solvent for example, esters, ethers, nitriles, amides, and a mixed solvent of two or more of these may be used.
  • the non-aqueous solvent may contain a halogen substituent in which at least a part of hydrogen in these solvents is substituted with a halogen atom such as fluorine.
  • the electrolyte salt for example, a lithium salt such as LiPF 6 is used.
  • the electrolyte is not limited to the liquid electrolyte, and may be a solid electrolyte using a gel polymer or the like.
  • the secondary battery 10 has a positive electrode terminal 12 that is electrically connected to the positive electrode 20 via the positive electrode current collector 25 and a negative electrode terminal 13 that is electrically connected to the negative electrode 30 via the negative electrode current collector 35. Be prepared. Further, the secondary battery 10 includes a sealing plate 15 that closes the opening of the outer can 14.
  • the outer can 14 and the sealing plate 15 are made of, for example, a metal material containing aluminum as a main component.
  • the sealing plate 15 has an elongated rectangular shape, and the positive electrode terminal 12 is arranged on one end side in the longitudinal direction of the sealing plate 15 and the negative electrode terminal 13 is arranged on the other end side.
  • the positive electrode terminal 12 and the negative electrode terminal 13 are external connection terminals connected to another secondary battery 10 or a load, and are fixed to the sealing plate 15 via an insulating member.
  • the sealing plate 15 is generally provided with a gas discharge valve 16 and an electrolytic solution injection unit 17.
  • the electrode body 11 includes a flat portion and a pair of curved portions.
  • the winding axis direction is along the lateral direction of the outer can 14 (the direction in which the positive electrode terminal 12 and the negative electrode terminal 13 are lined up), and the width direction of the electrode body 11 in which the pair of curved portions are lined up is the height of the secondary battery 10. It is housed in the outer can 14 in a state along the vertical direction (the direction orthogonal to the lateral direction and the thickness direction of the outer can 14).
  • a core laminated portion 24 of the positive electrode 20 is formed at one end in the axial direction of the electrode body 11, and a core laminated portion 34 of the negative electrode 30 is formed at the other end in the axial direction.
  • the body stacking portion is electrically connected to the external connection terminal via the current collector.
  • An insulating electrode body holder may be arranged between the electrode body 11 and the inner surface of the outer can 14.
  • the positive electrode 20 includes a positive electrode core body 21 and a positive electrode mixture layer (not shown) formed on the surface of the positive electrode core body 21 leaving an exposed region 23 where the surface of the positive electrode core body 21 is exposed.
  • a metal foil that is stable in the potential range of the positive electrode 20 such as aluminum in the battery operating voltage range, a film in which the metal is arranged on the surface layer, or the like can be used.
  • the positive electrode mixture layer contains a positive electrode active material such as a lithium transition metal compound, a conductive material such as acetylene black, and a binder material such as polyvinylidene fluoride.
  • the positive electrode mixture layer is formed on both sides of the positive electrode core body 21.
  • the positive electrode 20 is provided with an exposed region 23 in which the positive electrode mixture layer is not formed and the surface of the positive electrode core 21 is exposed.
  • the exposed region 23 is formed in a band shape along the longitudinal direction of the positive electrode 20 at one end in the width direction of the positive electrode 20. Further, the exposed region 23 is formed on both surfaces of the positive electrode 20 with a substantially constant width from one end in the width direction of the positive electrode 20.
  • the positive electrode 20 is wound so that the exposed region 23 is arranged at one end in the axial direction of the electrode body 11 and the exposed regions 23 overlap each other without passing through the separator 32 or the like.
  • the negative electrode 30 includes a negative electrode core 31 and a negative electrode mixture layer (not shown) formed on the surface of the negative electrode core 31 leaving an exposed region 33 where the surface of the negative electrode core 31 is exposed.
  • the negative electrode mixture layer contains a negative electrode active material such as graphite and a Si-containing compound, and a binder such as styrene-butadiene rubber (SBR).
  • SBR styrene-butadiene rubber
  • the negative electrode mixture layer is formed on both sides of the negative electrode core body 31.
  • the thickness of the negative electrode core 31 is, for example, 5 ⁇ m to 10 ⁇ m, preferably 8 ⁇ m or less (5 ⁇ m or more).
  • the negative electrode core 31 is composed of a copper foil having a surface roughness of 2.0 ⁇ m or less and a glossiness of 50 to 350.
  • the copper foil contains Cu as a main component and may contain a small amount of a metal element other than Cu such as Cr.
  • the negative electrode core 31 may be made of a material containing a copper foil having a surface roughness of 2.0 ⁇ m or less and a glossiness of 50 to 350.
  • the surface roughness of the negative electrode core 31 is preferably 0 ⁇ m or more and 2.0 ⁇ m or less on both sides.
  • a preferable example of the surface roughness of the negative electrode core body 31 is 0 ⁇ m or more and 1.60 ⁇ m or less, which has less surface irregularities.
  • the surface roughness is measured by a non-contact method using a surface roughness measuring machine (manufactured by Kosaka, SE1700 ⁇ ) according to the measuring method specified in JIS B 0601 1994.
  • the glossiness of the negative electrode core 31 is preferably 50 to 350 on both sides.
  • a preferable example of the glossiness of the negative electrode core body 31 is 50 to 96.
  • the glossiness is measured at an incident angle of 60 ° using a surface gloss measuring device (Micro-gloss manufactured by BYK) according to a measuring method defined in JIS (Z8741).
  • the negative electrode 30 is provided with an exposed region 33 in which the negative electrode mixture layer is not formed and the surface of the negative electrode core 31 is exposed.
  • the exposed region 33 is formed in a band shape along the longitudinal direction of the negative electrode 30 at one end in the width direction of the negative electrode 30. Further, the exposed region 33 is formed on both surfaces of the negative electrode 30 with a substantially constant width from one end in the width direction of the negative electrode 30.
  • the width of the exposed region 33 is, for example, 12 mm or more.
  • the negative electrode 30 is wound so that the exposed region 33 is arranged at the other end in the axial direction of the electrode body 11 and the exposed regions 33 overlap each other without passing through the separator 32 or the like.
  • the electrode body 11 has a core body laminated portion 24 formed by overlapping the exposed regions 23 of the positive electrode 20 in a plurality of layers, and a core body laminated portion 34 formed by overlapping the exposed regions 33 of the negative electrode 30 in a plurality of layers.
  • the exposed region 23 of the positive electrode 20 is formed at one end in the axial direction of the electrode body 11, and the exposed region 33 of the negative electrode 30 is formed at the other end of the electrode body 11 in the axial direction.
  • the positive electrode 20 and the negative electrode 30 are arranged so that the positive electrode mixture layer and the negative electrode mixture layer face each other via the separator 32, but the exposed region 23 of the positive electrode 20 does not face the negative electrode 30 and the negative electrode 30
  • the positive and negative electrodes are arranged so as to be offset in the axial direction of the electrode body 11 so that the exposed region 33 does not face the positive electrode 20.
  • the core body laminated portions 24 and 34 are formed by laminating 40 or more layers of the positive electrode core body 21 and the negative electrode core body 31, respectively.
  • the number of layers of the core body in the core body laminated portions 24 and 34 depends on the number of turns of the positive electrode 20 and the negative electrode 30, and the number of layers increases as the number of turns increases. By increasing the number of turns of the positive electrode 20 and the negative electrode 30, it is possible to increase the capacity and output of the secondary battery 10.
  • welding defects occur such that voids are likely to occur at the interface with the current collector due to the influence of variations in the surface state of the core. It will be easier. In particular, welding of the core laminated portion 34 made of copper foil and the negative electrode current collector 35 becomes a problem.
  • the welded portion between the core body laminated portion and the current collector will be described by taking the negative electrode 30 as an example.
  • the same configuration as in the case of the negative electrode 30 described below can be applied to the welded portion between the core laminated portion 24 of the positive electrode 20 and the positive electrode current collector 25.
  • a conventionally known configuration may be applied to the welded portion between the core body laminated portion 24 and the positive electrode current collector 25.
  • the negative electrode current collector 35 is composed of, for example, a metal containing copper as a main component.
  • the negative electrode current collector 35 preferably includes a first member 36 and a second member 37.
  • the core body laminated portion 34 is welded to the first member 36 and the second member 37 in a state of being sandwiched between the first member 36 and the second member 37 from both sides in the thickness direction of the electrode body 11.
  • the core body laminated portion 34 is compressed in the thickness direction of the electrode body 11, and the overlapping exposed regions 33 are in contact with each other.
  • the first member 36 constituting the negative electrode current collector 35 is welded to one surface of the core body laminated portion 34, extends to the sealing plate 15 side, and is connected to the negative electrode terminal 13.
  • the second member 37 is a substantially rectangular plate-shaped member, and the end portion may be bent to the opposite side to the core body laminated portion 34 from the viewpoint of preventing spatter generated during welding.
  • the second member 37 is welded to the other surface of the core body laminated portion 34 and is not connected to other members. Therefore, the member having a current collecting function for electrically connecting the negative electrode terminal 13 and the negative electrode 30 is the first member 36. It can be said that the second member 37 is a receiving member for sandwiching the core body laminated portion 34 together with the first member 36 to ensure good weldability between the core body laminated portion 34 and the negative electrode current collector 35.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the welded portion of the core body laminated portion 34 and the negative electrode current collector 35 and its vicinity.
  • a nugget 40 is formed by welding in the welded portion between the core body laminated portion 34 and the negative electrode current collector 35.
  • the nugget 40 means a region in which the negative electrode core 31 and the negative electrode current collector 35 forming the core laminated portion 34 are melted into a lump.
  • a large nugget 40 is formed in the welded portion between the core body laminated portion 34 and the negative electrode current collector 35, and the maximum diameter (X) thereof is preferably 1.6 mm or more.
  • the nugget 40 is formed, for example, in a spherical shape centered on the central portion in the thickness direction of the core body laminated portion 34, but the diameter thereof generally varies to some extent.
  • the maximum diameter (X) of the nugget 40 means the maximum delivery diameter of the nugget 40.
  • the core body laminated portion 34 includes a nugget 40 formed by welding with each member in a state of being sandwiched between the first member 36 and the second member 37 from both sides.
  • the contact length (Y) of the nugget 40 of the core body laminated portion 34 and the first member 36 and the second member 37 is preferably 1.0 mm or more, respectively.
  • the length (maximum transfer length) exceeds 1.0 mm at the interface between the core body laminated portion 34 and the negative electrode current collector 35 (first member 36 and second member 37), as illustrated in FIG. 7 described later. There are no voids, and the core laminated portion 34 and the negative electrode current collector 35 are strongly bonded. Therefore, the welded portion between the core body laminated portion 34 and the negative electrode current collector 35 has high strength and low resistance.
  • the ratio (Y / X) of the contact length (Y) between the nugget 40 and the negative electrode current collector 35 with respect to the maximum diameter (X) of the nugget 40 is preferably 40% or more, more preferably 50% or more, and 60%. % Or more is particularly preferable.
  • the maximum diameter (X) of the nugget 40 is the same, for example, as the voids existing at the interface between the core body laminated portion 34 and the negative electrode current collector 35 decrease, the contact length (Y) becomes longer and Y / X. Is a high value.
  • an insulation having a hole 42 having a diameter of 4.1 mm to 4.3 mm is provided between the core laminated portion 34 and the negative electrode current collector 35. It is preferable that the sheet 41 is arranged. With such a diameter, it is possible to prevent the insulating sheet from melting during resistance welding.
  • FIG. 4 is a diagram showing a welding process between the core body laminated portion 34 and the negative electrode current collector 35
  • FIGS. 5 and 6 are second members 37 constituting the negative electrode current collector 35 before being welded to the core body laminated portion 34. It is a figure which shows.
  • the core body laminated portion 34 and the negative electrode current collector 35 are resistance welded using a pair of electrode rods 50.
  • the manufacturing process of the secondary battery 10 includes the following steps. (1) A step of forming a projection 38 on at least one of a first member 36 and a second member 37 constituting the negative electrode current collector 35. (2) The core body laminated portion 34 and the negative electrode current collector 35 are sandwiched between the first member 36 and the second member 37 from both sides and the projection 38 is in contact with the core body laminated portion 34. The process of resistance welding.
  • the manufacturing process of the secondary battery 10 includes a step of manufacturing a positive electrode 20, a step of manufacturing a negative electrode 30, a step of manufacturing an electrode body 11, a step of welding a current collector and an external connection terminal, and a secondary battery.
  • the step of assembling each member constituting 10 is included.
  • the negative electrode 30 is a negative electrode mixture slurry containing a negative electrode active material, a binder, and the like, leaving a strip-shaped exposed region 33 along the longitudinal direction on both sides of a negative electrode core 31 made of, for example, a long copper foil. It can be produced by coating, drying the coating film, and then rolling to form a negative electrode mixture layer on both sides of the negative electrode core 31.
  • the positive electrode 20 can also be produced by using a mixture slurry in the same manner as the negative electrode 30.
  • the electrode body 11 is produced by winding the positive electrode 20 and the negative electrode 30 in a spiral shape via a separator 32 so that the core body laminated portions 24 and 34 are formed, and then press-molding the electrode body 11 into a flat shape. .. It is also possible to manufacture the electrode body 11 by winding the positive electrode 20 and the negative electrode 30 in a flat shape.
  • the separator 32 is provided so that the exposed regions 23 and 33 are located on opposite sides of each other, the exposed region 23 does not overlap the negative electrode 30 and the separator 32, and the exposed region 33 does not overlap the positive electrode 20 and the separator 32.
  • the positive electrode 20 and the negative electrode 30 are overlapped with each other and wound using a predetermined winding core to prepare the electrode body 11.
  • the projection 38 is formed on the second member 37 constituting the negative electrode current collector 35.
  • the projection 38 is a protrusion that abuts on the core body laminated portion 34, and protrudes toward the core body laminated portion 34 side.
  • the projection 38 may be formed only on the first member 36, or may be formed on both the first member 36 and the second member 37.
  • the surface of the negative electrode current collector 35 (the first member 36 and the second member 37) that abuts on the core laminated portion 34 (hereinafter, may be referred to as a “contact surface”) excludes a portion where the projection 38 is formed. It is almost flat.
  • the thickness of the first member 36 is 0.95 mm to 1.05 mm
  • the thickness of the second member 37 is 0.77 mm to 0.83 mm.
  • the thickness of the second member 37 on which the projection 38 is formed is set to the thickness at which the projection 38 is not formed. It is preferable that the thickness of one member 36 is smaller than that of the member 36.
  • a projection 38 having a height (h) of 0.36 mm to 0.45 mm is formed on the contact surface of the second member 37.
  • the height (h) of the projection 38 is preferably 0.37 mm to 0.44 mm, more preferably 0.38 mm to 0.43 mm, and particularly preferably 0.39 mm to 0.42 mm.
  • the height (h) of the projection 38 means the length from the flat region of the contact surface of the negative electrode current collector 35 to the tip of the projection 38 along the thickness direction of the negative electrode current collector 35.
  • the contact surface of the second member 37 is flat except for the region where the projection 38 is formed. If the height of the projection 38 exceeds 0.45 mm, the electrode body 11 may be tilted by the pressurization before resistance welding, and the contact resistance between the projection 38 and the core body laminated portion 34 may vary. To do.
  • the projection 38 may be formed in a substantially trapezoidal shape with a flat tip, for example, but is preferably formed in a circular hill shape.
  • the diameter (d) of the circular hill-shaped projection 38 is preferably controlled to 1.41 mm to 1.49 mm. By controlling the diameter (d) within the range, the generation of voids is suppressed and a clean nugget 40 is formed as compared with the case where the diameter (d) is outside the range.
  • a plurality of projections 38 may be formed on the contact surface of the second member 37, but one is preferably formed on the second member 37 from the viewpoint of current concentration during resistance welding.
  • the projection 38 may be formed one by one on the contact surface of the first member 36 and the second member 37.
  • the projection 38 may be formed on any of the contact surfaces of the second member 37 as long as it satisfies the above dimensions and does not interfere with the welding operation. However, when one projection 38 is formed on each of the first member 36 and the second member 37, the projections 38 are formed so as to face each other with the core body laminated portion 34 interposed therebetween.
  • the projection 38 is formed by, for example, pressing the second member 37 from the surface opposite to the contact surface. Therefore, the second member 37 is formed with a recess 39 on the surface opposite to the projection 38 (contact surface) at a position where the projection 38 and the second member 37 overlap in the thickness direction.
  • the projection 38 is melted and crushed, but the shape of the recess 39 remains, so the shape and dimensions of the recess 39, the thickness of the second member 37, etc. From this, the shape, dimensions, etc. of the projection 38 can be estimated.
  • the diameter (D) of the recess 39 is, for example, 1.10 mm to 1.30 mm, preferably 1.15 mm to 1.25 mm. As illustrated in FIG. 6, the recess 39 is formed in a substantially trapezoidal cross-sectional view whose diameter decreases toward the projection 38 side. In this case, the diameter (D) means the maximum diameter at the entrance of the recess 39.
  • the depth (H) of the recess 39 is, for example, 0.40 mm to 0.60 mm, preferably 0.45 mm to 0.55 mm.
  • the core body laminated portion 34 is sandwiched between the first member 36 and the second member 37, and the projection 38 is pressed against the core body laminated portion 34, and the core body is laminated.
  • the portion 34 and the negative electrode current collector 35 are resistance welded.
  • the insulating sheet 41 is arranged between the core body laminated portion 34 and the first member 36, and the insulating sheet 41 is arranged between the core body laminated portion 34 and the second member 37.
  • each member is melted by passing an electric current to generate Joule heat while pressurizing the core body laminated portion 34 and the negative electrode current collector 35 from both sides in the thickness direction using a pair of electrode rods 50. Form the nugget 40.
  • the resistance welding may be performed in a state where an insulating sheet 41 (see FIG. 5) having a hole 42 having a diameter of 4.1 mm to 4.3 mm is arranged between the core body laminated portion 34 and the negative electrode current collector 35.
  • an insulating sheet 41 see FIG. 5
  • the core body laminated portion 34 and the negative electrode current collector 35 are resistance welded through the holes 42 of the insulating sheet 41.
  • Example 1 [Cathode preparation] A positive electrode mixture slurry was applied to both sides of a positive electrode core made of an aluminum foil having a width of 127 mm (coating width 108 mm) to form a coating film, dried, and the coating film was compressed. A positive electrode core body on which a coating film (positive electrode mixture layer) was formed was cut to a predetermined electrode size to prepare a positive electrode. The positive electrode mixture slurry is not applied to the positive electrode, and the exposed region where the surface of the core is exposed is formed in a strip shape with a constant width along the longitudinal direction of the positive electrode.
  • a negative electrode mixture slurry was applied to both sides of a negative electrode core having a width of 130 mm and a thickness of 8 ⁇ m (coating width 117 mm) to form a coating film, dried, and the coating film was compressed.
  • a negative electrode core body on which a coating film (negative electrode mixture layer) was formed was cut to a predetermined electrode size to prepare a negative electrode.
  • a copper foil having a surface roughness of 1.9 ⁇ m and a glossiness of 340 was used as the negative electrode core.
  • the negative electrode mixture slurry is not applied to the negative electrode, and the exposed region where the surface of the core is exposed is formed in a strip shape with a constant width (13 mm) along the longitudinal direction of the negative electrode.
  • the prepared positive electrode and negative electrode are overlapped with each other via a separator having a width of 119 mm so that their exposed regions are located on opposite sides in the width direction of the electrode, and separator A / negative electrode / separator B / positive electrode / in the radial direction of the wound body.
  • the wound body is pressed in the radial direction (temperature 25 ° C., press pressure 85 kN, press time 5 s) to have a thickness of 15.7 mm (press time 5 s).
  • a flat, wound-type electrode body (average thickness when 30 pieces were produced) was produced.
  • a positive electrode core laminated portion in which a positive electrode core exposed region is laminated is formed at one end in the axial direction of the electrode body, and a negative electrode core in which a negative electrode core exposed region is laminated is formed at the other end in the axial direction.
  • a laminated portion is formed.
  • the number of laminated negative electrode cores in the laminated negative electrode core was 84 layers.
  • the first member constituting the negative electrode current collector is caulked and fixed to the sealing body and connected to the negative electrode terminal, and the negative electrode core body laminated portion is formed by the first member and the second member of the negative electrode current collector. It is compressed and the laminated part and the negative electrode current collector are resistance welded.
  • the first member and the second member are copper members, and the thickness of the first member is 1.0 mm and the thickness of the second member is 0.8 mm.
  • the second member of the negative electrode current collector was press-processed to form a circular hill-shaped projection having a height (h) of 0.41 mm and a diameter (d) of 1.45 mm.
  • a recess having a diameter (D) of 1.20 mm and a depth (H) of 0.5 mm was formed on the surface opposite to the contact surface that abuts the core body laminated portion of the second member.
  • an insulating sheet having a thickness of 0.1 mm in which a hole having a diameter of 4.2 mm was formed was arranged between the negative electrode core body laminated portion and the first member and the second member. At this time, the insulating sheets were arranged so that the holes of the two insulating sheets overlapped in the thickness direction of the core laminated portion and the projection of the second member was located at the center of the holes.
  • a pair of electrode rods are attached to the first member and the second member.
  • Resistance welding was performed by applying a current in a two-stage energization method in a state where the laminated portion was pressed against the surface and compressed (pressurizing pressure 1600 N).
  • the energization time of the first energization was 2.3 ms, and the energization time of the second energization was 3 ms.
  • peeling strength As a result of measuring the strength (peeling strength) of the welded portion using an autograph manufactured by Shimadzu Corporation, the peeling strength was 626N. Further, as a result of measuring the negative electrode resistance using a resistance measuring device manufactured by Hioki Electric, the resistance value was 0.0056 m ⁇ .
  • the following Examples and Comparative Examples were also evaluated in the same manner as in Example 1. The evaluation results are shown in Table 1.
  • Example 2 An electrode body was produced in the same manner as in Example 1 except that a copper foil having a surface roughness of 1.6 ⁇ m and a glossiness of 96 was used as the negative electrode core body, and the negative electrode core body laminated portion and the negative electrode current collection were performed. The body was resistance welded and the welded part was evaluated.
  • Example 3 An electrode body was produced by the same method as in Example 1 except that the height (h) of the projection formed on the second member of the negative electrode current collector was 0.36 mm and the diameter (d) was 1.19 mm. , The negative electrode core laminated portion and the negative electrode current collector were resistance welded to evaluate the welded portion.
  • the electrode body was produced by the same method as in Example 1 except that the projection was not formed on the second member of the negative electrode current collector, and the negative electrode core body laminated portion and the negative electrode current collector were resistance welded to the welded portion. Was evaluated.
  • Example 2 An electrode body was produced in the same manner as in Example 1 except that a copper foil having a surface roughness of 2.1 ⁇ m and a glossiness of 355 was used as the negative electrode core body, and the negative electrode core body laminated portion and the negative electrode current collection were performed. The body was resistance welded and the welded part was evaluated.
  • Example 3 An electrode body was produced in the same manner as in Example 1 except that a copper foil having a surface roughness of 2.1 ⁇ m and a glossiness of 175 was used as the negative electrode core body, and the negative electrode core body laminated portion and the negative electrode current collection were performed. The body was resistance welded and the welded part was evaluated.
  • Example 4 An electrode body was produced in the same manner as in Example 1 except that a copper foil having a surface roughness of 1.6 ⁇ m and a glossiness of 355 was used as the negative electrode core body, and the negative electrode core body laminated portion and the negative electrode current collection were performed. The body was resistance welded and the welded part was evaluated.
  • Example 2 As shown in Table 1, in the examples, the generation of voids in the welded portion between the negative electrode core body laminated portion and the negative electrode current collector was significantly suppressed, and a welded portion having high peel strength and low resistance was obtained. In particular, in Example 2, no voids were found in the welded portion, and a clean nugget was formed.
  • Electrode body 12 Positive electrode terminal 13 Negative electrode terminal 14 Exterior can 15 Seal plate 16 Gas discharge valve 17 Electrolyte injection part 20 Positive electrode 21 Positive electrode core body 23,33 Exposed area 24,34 Core body laminated part 25 Positive electrode current collection Body 30 Negative electrode 31 Negative core body 32 Separator 35 Negative electrode current collector 36 First member 37 Second member 38 Projection 39 Recess 40 Nugget 41 Insulation sheet 42 Hole 50 Electrode rod

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Abstract

二次電池の製造方法では、負極集電体は、構成する第１部材及び第２部材の少なくとも一方に、高さが０．３６ｍｍ以上０．４５ｍｍ以下のプロジェクションを有し、第１部材及び第２部材によって芯体積層部が両側から挟まれ、プロジェクションが芯体積層部に当接した状態で、負極集電体と芯体積層部を抵抗溶接する工程を含む。負極は、表面粗さが０μｍ以上２．０μｍ以下であり、光沢度が５０以上３５０以下の銅箔で構成される負極芯体と、負極芯体の表面が露出する露出領域を残して負極芯体の表面に形成される負極合材層とを含む。

Description

二次電池の製造方法、及び二次電池
　本開示は、二次電池の製造方法、及び二次電池に関し、特に負極芯体と負極集電体が抵抗溶接される二次電池の製造方法に関する。
　従来、電極体を構成する負極と、封口板等に設けられた負極端子が負極集電体を介して電気的に接続された二次電池が知られている。一般的に、負極の芯体には銅箔が用いられ、この銅箔に負極集電体が溶接される。例えば、特許文献１には、一方の表面と他方の表面との動摩擦係数が０．５以下であり、かつ銅箔表面に０．５～４ｎｍの厚みの酸化膜及び／又は防錆皮膜が形成された銅箔からなる負極芯体が開示されている。特許文献１には、この負極芯体を用いることにより負極集電体との溶接性が向上すると記載されている。また、銅箔の表面粗さ、光沢度等を制御することで負極集電体との溶接性を改善することも提案されている（例えば、特許文献２，３参照）。
　また、負極集電体の負極芯体と接する面にプロジェクションと呼ばれる突起を設けることで、負極芯体と負極集電体の溶接性を改善する方法も知られている（例えば、特許文献４参照）。プロジェクションを設けることにより、抵抗溶接時にプロジェクションの先端部分に電流が集中して無効電流が減少するため、効率良く良好な抵抗溶接が可能となる。
特開２０１２－９９３５１号公報 特開２０１４－１２０３９９号公報 特開２０１８－１７４０７５号公報 特開２００９－３２６４０号公報
　ところで、負極芯体と負極集電体の溶接部において、芯体と集電体の間にボイドが発生する場合がある。特に、負極集電体に溶接される負極芯体の積層数が多くなると、ボイドが発生し易くなる。かかるボイドが発生すると、溶接部がはずれる、溶接部の抵抗が高くなる等の不具合が起こり得る。したがって、ボイドの発生を抑制することは重要な課題である。なお、特許文献１～４を含む従来の技術は、ボイドの抑制について未だ改良の余地がある。
　本開示の目的は、負極芯体と負極集電体の溶接部におけるボイドの発生を抑制して、芯体と集電体をしっかり溶接することが可能な方法を提供することである。
　本開示の一態様である二次電池の製造方法は、正極と、負極と、セパレータとを有し、前記正極と前記負極とが前記セパレータを介して積層されてなる電極体と、負極集電体とを備える二次電池の製造方法であって、前記負極は、表面粗さが０μｍ以上２．０μｍ以下であり、光沢度が５０以上３５０以下の銅箔で構成される負極芯体と、前記負極芯体の表面が露出する露出領域を残して前記負極芯体の表面に形成される負極合材層とを含み、前記電極体は、前記負極の前記露出領域が積層されてなる芯体積層部を有し、前記負極集電体は、構成する第１部材及び第２部材の少なくとも一方に、高さが０．３６ｍｍ以上０．４５ｍｍ以下のプロジェクションを有し、前記第１部材及び前記第２部材によって前記芯体積層部が両側から挟まれ、前記プロジェクションが前記芯体積層部に当接した状態で、前記負極集電体と前記芯体積層部を抵抗溶接する工程を含むことを特徴とする。
　本開示の一態様である二次電池は、正極と、負極と、セパレータとを有し、前記正極と前記負極とが前記セパレータを介して積層された電極体と、負極集電体とを備える二次電池であって、前記負極は、表面粗さが２．０μｍ以下であり、光沢度が５０以上３５０以下の銅箔で構成される負極芯体と、前記負極芯体の表面が露出する露出領域を残して前記負極芯体の表面に形成された負極合材層とを含み、前記電極体は、前記負極の前記露出領域が積層された芯体積層部を有し、前記芯体積層部は、前記負極集電体を構成する第１部材及び第２部材によって両側から挟まれた状態で当該各部材と溶接され、溶接により形成されたナゲットを含み、前記芯体積層部と前記負極集電体の界面には長さが１．０ｍｍを超えるボイドが存在せず、前記ナゲットの最大径が１．６ｍｍ以上であることを特徴とする。
　本開示に係る二次電池の製造方法によれば、負極芯体と負極集電体の溶接部におけるボイドの発生が抑制され、芯体と集電体をしっかり溶接することができる。本開示に係る二次電池では、負極芯体と負極集電体の溶接部の強度が高く、低抵抗である。
実施形態の一例である二次電池の外観を示す斜視図である。 実施形態の一例である電極体及び封口板の斜視図である。 実施形態の一例である負極芯体と負極集電体の溶接部の断面図である。 実施形態の一例である負極芯体と負極集電体の溶接工程を示す図である。 実施形態の一例である負極集電体を構成する第２部材の正面図である。 図５中のＡＡ線断面図である。 比較例である負極芯体と負極集電体の溶接部の断面図である。
　以下、本開示の実施形態の一例について詳細に説明する。実施形態の説明で参照する図面は、模式的に記載されたものであり、図面に描画された構成要素の寸法比率などは現物と異なる場合がある。具体的な寸法比率等は、以下の説明を参酌して判断されるべきである。本明細書において、「数値Ａ～数値Ｂ」との記載は特に断らない限り、「数値Ａ以上数値Ｂ以下」を意味する。
　図１は実施形態の一例である二次電池１０の外観を示す斜視図、図２は二次電池１０を構成する電極体１１及び封口板１５の斜視図である。図１に例示する二次電池１０は、角形の外装缶１４を備える角形電池であるが、電池の外装体は外装缶１４に限定されず、例えば、金属層及び樹脂層を含むラミネートシートで構成された外装体であってもよく、円筒形の外装缶であってもよい。
　図１及び図２に例示するように、二次電池１０は、電極体１１と、電解質と、これらを収容する角形の外装缶１４とを備える。外装缶１４は、開口部を有する扁平な略直方体形状の金属製容器である。電極体１１は、正極２０と負極３０がセパレータ３２を介して渦巻き状に巻回され、扁平状に成形された巻回型の電極体である。正極２０、負極３０、及びセパレータ３２はいずれも帯状の長尺体である。また、二次電池１０は、正極２０に接続される正極集電体２５と、負極３０に接続される負極集電体３５とを有する。なお、電極体は、複数の正極及び複数の負極がセパレータ３２を介して１枚ずつ交互に積層された積層型の電極体であってもよい。
　電解質は、水系電解質であってもよく、非水電解質であってもよい。本実施形態では、非水電解質を用いるものとする。非水電解質は、非水溶媒と、非水溶媒に溶解した電解質塩とを含む。非水溶媒には、例えばエステル類、エーテル類、ニトリル類、アミド類、及びこれらの２種以上の混合溶媒等を用いてもよい。非水溶媒は、これら溶媒の水素の少なくとも一部をフッ素等のハロゲン原子で置換したハロゲン置換体を含有していてもよい。電解質塩には、例えばＬｉＰＦ６等のリチウム塩が使用される。なお、電解質は液体電解質に限定されず、ゲル状ポリマー等を用いた固体電解質であってもよい。
　二次電池１０は、正極集電体２５を介して正極２０と電気的に接続される正極端子１２と、負極集電体３５を介して負極３０と電気的に接続される負極端子１３とを備える。また、二次電池１０は、外装缶１４の開口部を塞ぐ封口板１５を備える。外装缶１４及び封口板１５は、例えば、アルミニウムを主成分とする金属材料で構成される。
　本実施形態では、封口板１５が細長い矩形形状を有し、封口板１５の長手方向一端側に正極端子１２が、他端側に負極端子１３がそれぞれ配置されている。正極端子１２及び負極端子１３は、ほかの二次電池１０や負荷に接続される外部接続端子であって、絶縁部材を介して封口板１５に固定される。封口板１５には、一般的に、ガス排出弁１６及び電解液注入部１７が設けられる。
　電極体１１は、平坦部、及び一対の湾曲部を含む。電極体１１は、巻回軸方向が外装缶１４の横方向（正極端子１２と負極端子１３が並ぶ方向）に沿い、一対の湾曲部が並ぶ電極体１１の幅方向が二次電池１０の高さ方向（外装缶１４の横方向及び厚み方向に直交する方向）に沿った状態で外装缶１４に収容されている。詳しくは後述するが、電極体１１の軸方向一端部には正極２０の芯体積層部２４が、軸方向他端部には負極３０の芯体積層部３４がそれぞれ形成されており、各芯体積層部が集電体を介して外部接続端子と電気的に接続されている。なお、電極体１１と外装缶１４の内面の間には、絶縁性の電極体ホルダ（絶縁シート）が配置されてもよい。
　正極２０は、正極芯体２１と、正極芯体２１の表面が露出する露出領域２３を残して正極芯体２１の表面に形成された正極合材層（図示せず）とを含む。正極芯体２１には、電池作動電圧範囲において、アルミニウムなどの正極２０の電位範囲で安定な金属の箔、当該金属を表層に配置したフィルム等を用いることができる。正極合材層は、リチウム遷移金属化合物等の正極活物質と、アセチレンブラック等の導電材と、ポリフッ化ビニリデン等の結着材とを含む。正極合材層は、正極芯体２１の両面に形成される。
　正極２０には、正極合材層が形成されず、正極芯体２１の表面が露出した露出領域２３が設けられる。露出領域２３は、正極２０の幅方向一端部に、正極２０の長手方向に沿って帯状に形成される。また、露出領域２３は、正極２０の幅方向一端から略一定の幅で正極２０の両面に形成される。正極２０は、露出領域２３が電極体１１の軸方向一端に配置され、露出領域２３同士がセパレータ３２等を介することなく重なるように巻回される。
　負極３０は、負極芯体３１と、負極芯体３１の表面が露出する露出領域３３を残して負極芯体３１の表面に形成された負極合材層（図示せず）とを含む。負極合材層は、黒鉛、Ｓｉ含有化合物等の負極活物質と、スチレン－ブタジエンゴム（ＳＢＲ）等の結着材とを含む。負極合材層は、負極芯体３１の両面に形成される。負極芯体３１の厚みは、例えば５μｍ～１０μｍであり、好ましくは８μｍ以下（５μｍ以上）である。
　負極芯体３１は、表面粗さが２．０μｍ以下であり、光沢度が５０～３５０の銅箔で構成される。銅箔は、Ｃｕを主成分とし、Ｃｒ等のＣｕ以外の金属元素を少量含有していてもよい。負極芯体３１は、表面粗さが２．０μｍ以下、光沢度が５０～３５０の銅箔を含む材料で構成されていればよい。負極芯体３１として、表面粗さが２．０μｍ以下、光沢度が５０～３５０の銅箔を用いることで、後述するプロジェクション３８との相乗作用により、高強度で低抵抗な負極芯体３１と負極集電体３５の溶接部を形成できる。
　負極芯体３１（銅箔）の表面粗さは、両面とも０μｍ以上２．０μｍ以下であることが好ましい。負極芯体３１の表面粗さの好適な一例は、表面の凹凸が少ない、０μｍ以上１．６０μｍ以下である。表面粗さは、ＪＩＳ　Ｂ　０６０１　１９９４に定められた測定方法に従い、表面粗さ測定機（Ｋｏｓａｋａ製、ＳＥ１７００α）を用いて非接触法で測定される。
　負極芯体３１（銅箔）の光沢度は、両面とも５０～３５０であることが好ましい。負極芯体３１の光沢度の好適な一例は、５０～９６である。光沢度は、ＪＩＳ（Ｚ８７４１）に定められた測定方法に従い、表面光沢測定器（ＢＹＫ製、Ｍｉｃｒｏ－ｇｌｏｓｓ）を用いて６０°の入射角で測定される。
　負極３０には、負極合材層が形成されず、負極芯体３１の表面が露出した露出領域３３が設けられる。露出領域３３は、負極３０の幅方向一端部に、負極３０の長手方向に沿って帯状に形成される。また、露出領域３３は、負極３０の幅方向一端から略一定の幅で負極３０の両面に形成される。露出領域３３の幅は、例えば１２ｍｍ以上である。負極３０は、露出領域３３が電極体１１の軸方向他端に配置され、露出領域３３同士がセパレータ３２等を介することなく重なるように巻回される。
　電極体１１は、正極２０の露出領域２３が複数層重なって形成された芯体積層部２４と、負極３０の露出領域３３が複数層重なって形成された芯体積層部３４とを有する。上記のように、正極２０の露出領域２３は電極体１１の軸方向一端部に形成され、負極３０の露出領域３３は電極体１１の軸方向他端部に形成される。正極２０と負極３０は、セパレータ３２を介して正極合材層と負極合材層が対向するように配置されるが、正極２０の露出領域２３が負極３０と対向しないように、また負極３０の露出領域３３が正極２０と対向しないように、正負極を電極体１１の軸方向にずらして配置される。
　芯体積層部２４，３４は、例えば、正極芯体２１及び負極芯体３１をそれぞれ４０層以上積層して形成される。芯体積層部２４，３４における芯体の積層数は、正極２０及び負極３０の巻回数に依存し、巻回数が多くなるほど積層数は増加する。なお、正極２０及び負極３０の巻回数を多くすることで、二次電池１０の高容量及び高出力化を図ることができる。一方、芯体積層部２４，３４における芯体の積層数が増えると、芯体の表面状態のばらつきの影響を受け、集電体との界面にボイドが発生し易くなる等、溶接不良が起こり易くなる。特に、銅箔で構成される芯体積層部３４と負極集電体３５の溶接が問題となる。
　以下では、芯体積層部と集電体の溶接部について、負極３０を例に挙げて説明する。なお、正極２０の芯体積層部２４と正極集電体２５の溶接部には、以下で説明する負極３０の場合と同様の構成を適用できる。或いは、芯体積層部２４と正極集電体２５の溶接部には、従来公知の構成を適用してもよい。
　負極集電体３５は、例えば、銅を主成分とする金属で構成される。負極集電体３５は、第１部材３６、及び第２部材３７を含むことが好ましい。芯体積層部３４は、第１部材３６及び第２部材３７によって電極体１１の厚み方向両側から挟まれた状態で、第１部材３６及び第２部材３７に溶接されている。芯体積層部３４は、電極体１１の厚み方向に圧縮され、重なり合う露出領域３３同士が接触している。
　負極集電体３５を構成する第１部材３６は、芯体積層部３４の一方の面に溶接され、封口板１５側に延びて負極端子１３に接続されている。第２部材３７は、略矩形状の板状部材であって、溶接時に発生するスパッタを防ぐ等の観点から、端部が芯体積層部３４と反対側に折り曲げられていてもよい。第２部材３７は、芯体積層部３４の他方の面に溶接され、他の部材と接続されていない。したがって、負極端子１３と負極３０を電気的に接続する集電機能を有する部材は第１部材３６である。第２部材３７は、第１部材３６と共に芯体積層部３４を挟持して、芯体積層部３４と負極集電体３５の良好な溶接性を確保するための受け部材といえる。
　図３は、芯体積層部３４と負極集電体３５の溶接部及びその近傍の断面図である。図３に例示するように、芯体積層部３４と負極集電体３５の溶接部には、溶接によりナゲット４０が形成されている。ナゲット４０は、芯体積層部３４を形成する負極芯体３１及び負極集電体３５が溶融して塊状となった領域を意味する。芯体積層部３４と負極集電体３５の溶接部には、大きなナゲット４０が形成され、その最大径（Ｘ）は１．６ｍｍ以上であることが好ましい。ナゲット４０は、例えば、芯体積層部３４の厚み方向中央部を中心として球状に形成されるが、一般的にその直径には多少のばらつきが存在する。ナゲット４０の最大径（Ｘ）とは、ナゲット４０の最大差し渡し径を意味する。
　芯体積層部３４は、上記のように、第１部材３６及び第２部材３７によって両側から挟まれた状態で当該各部材と溶接され、溶接により形成されたナゲット４０を含む。芯体積層部３４のナゲット４０と、第１部材３６及び第２部材３７の接触長（Ｙ）は、それぞれ１．０ｍｍ以上であることが好ましい。芯体積層部３４と負極集電体３５（第１部材３６及び第２部材３７）の界面には長さ（最大差し渡し長さ）が１．０ｍｍを超える、後述の図７に例示するようなボイドが存在せず、芯体積層部３４と負極集電体３５が強く接合している。このため、芯体積層部３４と負極集電体３５の溶接部は、高強度かつ低抵抗である。
　ナゲット４０の最大径（Ｘ）に対する、ナゲット４０と負極集電体３５の接触長（Ｙ）の割合（Ｙ／Ｘ）は、４０％以上であることが好ましく、５０％以上がより好ましく、６０％以上が特に好ましい。ナゲット４０の最大径（Ｘ）が同じである場合、例えば、芯体積層部３４と負極集電体３５の界面に存在するボイドが減少するほど、接触長（Ｙ）は長くなり、Ｙ／Ｘは高い値となる。
　図３では図示していないが（図２及び後述の図５参照）、芯体積層部３４と負極集電体３５の間には、直径が４．１ｍｍ～４．３ｍｍの孔４２を有する絶縁シート４１が配置されていることが好ましい。このような直径にすることで、抵抗溶接時に絶縁シートが融けることを防ぐことができる。
　以下、図４～図６を参照しながら、上記構成を備える二次電池１０の製造方法の一例について詳説する。図４は芯体積層部３４と負極集電体３５の溶接工程を示す図、図５及び図６は芯体積層部３４に溶接される前の負極集電体３５を構成する第２部材３７を示す図である。
　図４に例示するように、二次電池１０の製造工程では、一対の電極棒５０を用いて芯体積層部３４と負極集電体３５を抵抗溶接する。二次電池１０の製造工程には、下記の工程が含まれる。
（１）負極集電体３５を構成する第１部材３６及び第２部材３７の少なくとも一方にプロジェクション３８を形成する工程。
（２）芯体積層部３４が第１部材３６及び第２部材３７によって両側から挟まれ、プロジェクション３８が芯体積層部３４に当接した状態で、芯体積層部３４と負極集電体３５を抵抗溶接する工程。
　二次電池１０の製造工程には、さらに、正極２０を作製する工程、負極３０を作製する工程、電極体１１を作製する工程、集電体と外部接続端子を溶接する工程、及び二次電池１０を構成する各部材を組み立てる工程が含まれる。負極３０は、例えば長尺状の銅箔からなる負極芯体３１の両面に、長手方向に沿った帯状の露出領域３３を残して、負極活物質及び結着材等を含む負極合材スラリーを塗布し、塗膜を乾燥させた後、圧延して負極合材層を負極芯体３１の両面に形成することにより作製できる。正極２０についても負極３０と同様に、合材スラリーを用いて作製できる。
　電極体１１は、芯体積層部２４，３４が形成されるようにセパレータ３２を介して正極２０及び負極３０を渦巻き状に巻回した後、扁平状にプレス成形して電極体１１を作製する。なお、正極２０及び負極３０を扁平状に巻回して電極体１１を作製することも可能である。露出領域２３，３３が互いに反対側に位置するように、かつ露出領域２３が負極３０及びセパレータ３２と重ならないように、また露出領域３３が正極２０及びセパレータ３２と重ならないように、セパレータ３２を介して正極２０及び負極３０を重ね合わせ、所定の巻芯を用いて巻回することで電極体１１を作製する。
　図４～図６に示す例では、負極集電体３５を構成する第２部材３７にプロジェクション３８が形成されている。プロジェクション３８は、芯体積層部３４に当接する突起であって、芯体積層部３４側に突出している。負極集電体３５にプロジェクション３８を形成することにより、抵抗溶接時にプロジェクション３８の先端部分に電流が集中して無効電流が減少するため、効率良く良好な抵抗溶接を可能とする。なお、プロジェクション３８は第１部材３６のみに形成されてもよく、第１部材３６及び第２部材３７の両方に形成されてもよい。
　負極集電体３５（第１部材３６及び第２部材３７）の芯体積層部３４に当接する面（以下、「当接面」という場合がある）は、プロジェクション３８が形成される部分を除き略平坦である。例えば、第１部材３６の厚みは０．９５ｍｍ～１．０５ｍｍであり、第２部材３７の厚みは０．７７ｍｍ～０．８３ｍｍである。本実施形態のように、プロジェクション３８が芯体積層部３４を挟む２つの部材のうち一方のみに形成される場合、プロジェクション３８が形成される第２部材３７の厚みを、プロジェクション３８が形成されない第１部材３６の厚みより薄くすることが好ましい。このように厚みに差をもたすことで、全体の熱バランスが安定し、つまりは溶接の安定性につながる。
　本実施形態では、第２部材３７の当接面に、高さ（ｈ）が０．３６ｍｍ～０．４５ｍｍのプロジェクション３８を形成する。プロジェクション３８の高さ（ｈ）を当該範囲内に制御することにより、高さ（ｈ）が当該範囲外である場合と比べて、芯体積層部３４と負極集電体３５の間におけるボイドの発生が大幅に抑制され、きれいなナゲット４０が形成される。
　プロジェクション３８の高さ（ｈ）は、０．３７ｍｍ～０．４４ｍｍが好ましく、０．３８ｍｍ～０．４３ｍｍがより好ましく、０．３９ｍｍ～０．４２ｍｍが特に好ましい。なお、プロジェクション３８の高さ（ｈ）とは、負極集電体３５の当接面の平坦な領域からプロジェクション３８の先端までの負極集電体３５の厚み方向に沿った長さを意味する。第２部材３７の当接面は、プロジェクション３８が形成された領域を除き平坦である。プロジェクション３８の高さが０．４５ｍｍを超えると、抵抗溶接を行う前の加圧で電極体１１が傾き、プロジェクション３８と芯体積層部３４の接触抵抗がばらつくことがあるため、上述の範囲とする。
　プロジェクション３８は、例えば、先端が平坦な断面視略台形状に形成されてもよいが、好ましくは円丘状に形成される。プロジェクション３８を円丘状に形成することにより、その先端に集中する電流を増やすことができ、より効率良く良好な抵抗溶接が可能となる。また、円丘状のプロジェクション３８の直径（ｄ）は、１．４１ｍｍ～１．４９ｍｍに制御されることが好ましい。直径（ｄ）を当該範囲内に制御することにより、直径（ｄ）が当該範囲外である場合と比べて、ボイドの発生が抑制され、きれいなナゲット４０が形成される。
　プロジェクション３８は、第２部材３７の当接面に複数形成されてもよいが、抵抗溶接時の電流集中の観点から、好ましくは第２部材３７に１つ形成される。プロジェクション３８は、第１部材３６及び第２部材３７の当接面に１つずつ形成されてもよい。プロジェクション３８は、上記寸法を満たし、溶接操作に支障がない限り、第２部材３７の当接面のいずれに形成されてもよい。但し、第１部材３６及び第２部材３７に１つずつプロジェクション３８を形成する場合は、芯体積層部３４を挟んで各プロジェクション３８が対向するように形成される。
　プロジェクション３８は、例えば、当接面と反対側の面から第２部材３７をプレス加工して形成される。このため、第２部材３７には、プロジェクション３８と第２部材３７の厚み方向に重なる位置において、プロジェクション３８（当接面）と反対側の面に凹部３９が形成される。なお、芯体積層部３４と負極集電体３５の抵抗溶接時に、プロジェクション３８は溶融して潰れるが、凹部３９の形状は残るため、凹部３９の形状、寸法、及び第２部材３７の厚み等から、プロジェクション３８の形状、寸法等を推定できる。
　凹部３９の直径（Ｄ）は、例えば１．１０ｍｍ～１．３０ｍｍであり、好ましくは１．１５ｍｍ～１．２５ｍｍである。図６に例示するように、凹部３９は、プロジェクション３８側に向かって直径が小さくなった断面視略台形状に形成される。この場合、直径（Ｄ）は凹部３９の入口における最大径を意味する。また、凹部３９の深さ（Ｈ）は、例えば０．４０ｍｍ～０．６０ｍｍであり、好ましくは０．４５ｍｍ～０．５５ｍｍである。なお、第１部材３６にプロジェクション３８が形成される場合は、第１部材３６に凹部３９が形成される。
　二次電池１０の製造工程では、上記のように、芯体積層部３４を第１部材３６及び第２部材３７で挟み、プロジェクション３８を芯体積層部３４に押し当てた状態で、芯体積層部３４と負極集電体３５を抵抗溶接する。このとき、芯体積層部３４と第１部材３６の間に絶縁シート４１を配置し、また芯体積層部３４と第２部材３７の間に絶縁シート４１を配置する。抵抗溶接工程では、一対の電極棒５０を用いて芯体積層部３４及び負極集電体３５を厚み方向両側から加圧しながら、電流を流してジュール熱を発生させることにより各部材を溶融させてナゲット４０を形成する。
　抵抗溶接は、芯体積層部３４と負極集電体３５の間に、直径が４．１ｍｍ～４．３ｍｍの孔４２を有する絶縁シート４１（図５参照）を配置した状態で行われることが好ましい。即ち、絶縁シート４１の孔４２を介して芯体積層部３４と負極集電体３５を抵抗溶接する。絶縁シート４１を設けることにより、抵抗溶接時に起こるスパッタによって発生する導電性のチリが飛散することを抑制できる。また、第２部材３７のプロジェクション以外の部分と芯体積層部３４の接触を防ぐことができる。本工程は、絶縁シート４１の孔４２にプロジェクション３８を配置した状態で行う。
　以下、実施例により本開示をさらに詳説するが、本開示はこれらの実施例に限定されるものではない。
　＜実施例１＞
　［正極の作製］
　正極合材スラリーを幅１２７ｍｍのアルミニウム箔からなる正極芯体の両面に塗布（塗布幅１０８ｍｍ）して塗膜を形成、乾燥し、塗膜を圧縮した。塗膜（正極合材層）が形成された正極芯体を所定の電極サイズに切断して、正極を作製した。正極には、正極合材スラリーが塗布されず、芯体表面が露出した露出領域が正極の長手方向に沿って一定の幅で帯状に形成されている。
　［負極の作製］
　負極合材スラリーを幅１３０ｍｍ、厚み８μｍの負極芯体の両面に塗布（塗布幅１１７ｍｍ）して塗膜を形成、乾燥し、塗膜を圧縮した。塗膜（負極合材層）が形成された負極芯体を所定の電極サイズに切断して、負極を作製した。実施例１では、負極芯体として、表面粗さが１．９μｍ、光沢度が３４０の銅箔を用いた。負極には、負極合材スラリーが塗布されず、芯体表面が露出した露出領域が負極の長手方向に沿って一定の幅（１３ｍｍ）で帯状に形成されている。
　［電極体の作製］
　作製した正極及び負極を、各々の露出領域が電極の幅方向反対側に位置するように幅１１９ｍｍのセパレータを介して重ね合わせ、巻回体の径方向にセパレータＡ／負極／セパレータＢ／正極／セパレータＡ・・・の順で積層されるように渦巻き状に巻回した後、巻回体の径方向にプレス（温度２５℃、プレス圧８５ｋＮ、プレス時間５ｓ）して、厚み１５．７ｍｍ（３０個作製したときの平均厚み）の扁平状の巻回型電極体を作製した。電極体の軸方向一端部には、正極の芯体露出領域が積層された正極芯体積層部が形成され、軸方向他端部には、負極の芯体露出領域が積層された負極芯体積層部が形成される。負極芯体積層部における負極芯体の積層数は８４層であった。
　［溶接工程］
　次に、負極集電体を構成する第１部材を封口体にかしめ固定して負極端子と接続し、当該第１部材と、負極集電体の第２部材とで、負極芯体積層部を圧縮し、積層部と負極集電体を抵抗溶接する。第１部材及び第２部材は銅製の部材であって、第１部材の厚みは１．０ｍｍ、第２部材の厚み０．８ｍｍである。実施例１では、負極集電体の第２部材をプレス加工して、高さ（ｈ）が０．４１ｍｍ、直径（ｄ）が１．４５ｍｍの円丘状のプロジェクションを形成した。第２部材の芯体積層部に当接する当接面と反対側の面には、直径（Ｄ）が１．２０ｍｍ、深さ（Ｈ）が０．５ｍｍの凹部が形成された。
　また、負極芯体積層部と、第１部材及び第２部材との間に、直径４．２ｍｍの孔が形成された厚み０．１ｍｍの絶縁シートを配置した。このとき、２枚の絶縁シートの孔が芯体積層部の厚み方向に重なり、かつ第２部材のプロジェクションが孔の中心に位置するように絶縁シートを配置した。
　上記のように、絶縁シートを介して負極集電体の第１部材及び第２部材を負極芯体積層部の厚み方向両側に配置した後、第１部材及び第２部材に一対の電極棒を押し当てて積層部を圧縮した状態で（加圧力１６００Ｎ）、２段通電方式で電流を流して抵抗溶接を行った。第１通電は通電時間を２．３ｍｓとし、第２通電は通電時間を３ｍｓとした。
　［溶接部の評価］
　下記の手順で負極芯体積層部と負極集電体の溶接部を評価した。
　　　・　ニッパーを使って溶接部の近傍を切り取る。
　　　・　切り取ったサンプル片をエポキシ樹脂で固める。
　　　・　ナゲットの中心部までエポキシ樹脂で固めたサンプル片を削る。
　　　・　ナゲットが観察し易いように不要物をエッチング除去する。
　　　・　処理したサンプル片を光学顕微鏡で観察する。
　上記方法で溶接部を観察したところ、芯体積層部と集電体の界面に小さなボイドが見られたものの、最大径１．６ｍｍを超える大きなナゲットの形成が確認された。また、芯体積層部と集電体の界面には長さ１．０ｍｍを超えるボイドは存在せず、ナゲットと集電体の接触長は１．０ｍｍ以上であった。また、絶縁シートの溶融も見られなかった。
　島津製作所製のオートグラフを用いて溶接部の強度（剥離強度）を測定した結果、剥離強度は６２６Ｎであった。また日置電機製の抵抗測定器を用いて負極抵抗を測定した結果、抵抗値は０．００５６ｍΩであった。以下の実施例、比較例についても、実施例１と同様の評価を行った。評価結果を表１に示す。
　＜実施例２＞
　負極芯体として、表面粗さが１．６μｍ、光沢度が９６の銅箔を用いたこと以外は、実施例１と同様の方法で電極体を作製し、負極芯体積層部と負極集電体を抵抗溶接して溶接部の評価を行った。
　＜実施例３＞
　負極集電体の第２部材に形成するプロジェクションの高さ（ｈ）を０．３６ｍｍ、直径（ｄ）を１．１９ｍｍとしたこと以外は、実施例１と同様の方法で電極体を作製し、負極芯体積層部と負極集電体を抵抗溶接して溶接部の評価を行った。
　＜比較例１＞
　負極集電体の第２部材にプロジェクションを形成しなかったこと以外は、実施例１と同様の方法で電極体を作製し、負極芯体積層部と負極集電体を抵抗溶接して溶接部の評価を行った。
　＜比較例２＞
　負極芯体として、表面粗さが２．１μｍ、光沢度が３５５の銅箔を用いたこと以外は、実施例１と同様の方法で電極体を作製し、負極芯体積層部と負極集電体を抵抗溶接して溶接部の評価を行った。
　＜比較例３＞
　負極芯体として、表面粗さが２．１μｍ、光沢度が１７５の銅箔を用いたこと以外は、実施例１と同様の方法で電極体を作製し、負極芯体積層部と負極集電体を抵抗溶接して溶接部の評価を行った。
　＜比較例４＞
　負極芯体として、表面粗さが１．６μｍ、光沢度が３５５の銅箔を用いたこと以外は、実施例１と同様の方法で電極体を作製し、負極芯体積層部と負極集電体を抵抗溶接して溶接部の評価を行った。
　＜比較例５＞
　負極集電体の第２部材に形成するプロジェクションの高さ（ｈ）を０．２８ｍｍ、直径（ｄ）を１．１１ｍｍとしたこと以外は、実施例１と同様の方法で電極体を作製し、負極芯体積層部と負極集電体を抵抗溶接して溶接部の評価を行った。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表１に示すように、実施例では、負極芯体積層部と負極集電体の溶接部におけるボイドの発生が大幅に抑制され、剥離強度が高く、低抵抗な溶接部が得られた。特に、実施例２では、溶接部にボイドが見られず、きれいなナゲットが形成された。
　他方、比較例では、図７に示すように、負極集電体の第１部材と芯体積層部の間に、最大差し渡し長さ（Ｚ）が１．０ｍｍを超えるボイドが形成され、溶接はずれの頻度が大きく上昇した。また、絶縁シートの溶融も発生した。特に、プロジェクションを有さない第２部材を用いた比較例１では、第１部材と芯体積層部の間だけでなく、第２部材と芯体積層部の間にも、大きなボイドが確認された。
　１０　二次電池
　１１　電極体
　１２　正極端子
　１３　負極端子
　１４　外装缶
　１５　封口板
　１６　ガス排出弁
　１７　電解液注入部
　２０　正極
　２１　正極芯体
　２３，３３　露出領域
　２４，３４　芯体積層部
　２５　正極集電体
　３０　負極
　３１　負極芯体
　３２　セパレータ
　３５　負極集電体
　３６　第１部材
　３７　第２部材
　３８　プロジェクション
　３９　凹部
　４０　ナゲット
　４１　絶縁シート
　４２　孔
　５０　電極棒

Claims (7)

  1. 　正極と、負極と、セパレータとを有し、前記正極と前記負極とが前記セパレータを介して積層されてなる電極体と、負極集電体とを備える二次電池の製造方法であって、
    　前記負極は、表面粗さが０μｍ以上２．０μｍ以下であり、光沢度が５０以上３５０以下の銅箔で構成される負極芯体と、前記負極芯体の表面が露出する露出領域を残して前記負極芯体の表面に形成される負極合材層とを含み、
    　前記電極体は、前記負極の前記露出領域が積層されてなる芯体積層部を有し、
    　前記負極集電体は、構成する第１部材及び第２部材の少なくとも一方に、高さが０．３６ｍｍ以上０．４５ｍｍ以下のプロジェクションを有し、
    　前記第１部材及び前記第２部材によって前記芯体積層部が両側から挟まれ、前記プロジェクションが前記芯体積層部に当接した状態で、前記負極集電体と前記芯体積層部を抵抗溶接する工程を含む、二次電池の製造方法。
  2. 　前記芯体積層部は、前記負極芯体を４０層以上積層して形成される、請求項１に記載の二次電池の製造方法。
  3. 　前記プロジェクションは、直径が１．４１ｍｍ以上１．４９ｍｍ以下の円丘状に形成される、請求項１または２に記載の二次電池の製造方法。
  4. 　前記第１部材及び前記第２部材の少なくとも一方には、前記プロジェクションと重なる位置において前記プロジェクションが形成された面と反対側の面に、直径が１．１０ｍｍ以上１．３０ｍｍ以下の凹部が形成される、請求項１～３のいずれか１項に記載の二次電池の製造方法。
  5. 　前記芯体積層部と前記負極集電体の間に、直径が４．１ｍｍ以上４．３ｍｍ以下の孔を有する絶縁シートを配置し、
    　前記絶縁シートの孔を介して前記芯体積層部と前記負極集電体を抵抗溶接する、請求項１～４のいずれか１項に記載の二次電池の製造方法。
  6. 　正極と、負極と、セパレータとを有し、前記正極と前記負極とが前記セパレータを介して積層された電極体と、負極集電体とを備える二次電池であって、
    　前記負極は、表面粗さが２．０μｍ以下であり、光沢度が５０以上３５０以下の銅箔で構成される負極芯体と、前記負極芯体の表面が露出する露出領域を残して前記負極芯体の表面に形成された負極合材層とを含み、
    　前記電極体は、前記負極の前記露出領域が積層された芯体積層部を有し、
    　前記芯体積層部は、前記負極集電体を構成する第１部材及び第２部材によって両側から挟まれた状態で当該各部材と溶接され、溶接により形成されたナゲットを含み、
    　前記芯体積層部と前記負極集電体の界面には長さが１．０ｍｍを超えるボイドが存在せず、前記ナゲットの最大径が１．６ｍｍ以上である、二次電池。
  7. 　前記ナゲットの最大径に対する、前記負極集電体と前記ナゲットの接触長の割合が４０％以上である、請求項６に記載の二次電池。
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