JP2000243373A - 筒型二次電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 集電タブ３と電極端子機構４との間に十分な
接触面積を得ることが出来、然も、電極端子機構４の取
り付けが容易な筒型二次電池を提供する。 【解決手段】 電極端子機構４は、蓋体12に開設された
中央孔を貫通して配置された端子部材５を具え、端子部
材５は、蓋体12の外側へ突出するねじ軸部53と、蓋体12
の内側に位置するフランジ部51とを具えている。蓋体12
から突出する端子部材５のねじ軸部53にはナット８が螺
合する。端子部材５のフランジ部51には、キャップ部材
６が固定される。キャップ部材６は、前記フランジ部51
と対向する平板部63を具えて、該平板部63には中央孔61
が開設されている。複数本の集電タブ３の先端部は、キ
ャップ部材６の中央孔61から平板部63の内面へ伸びて、
該内面と端子部材５のフランジ部51の間に挟持されてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、筒状の電池缶の内
部に巻き取り電極体が収容されて、電池缶に取り付けら
れた電極端子機構から巻き取り電極体の発生電力を取り
出すことが可能な筒型二次電池に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、携帯型電子機器、電気自動車等の
電源として、エネルギー密度が高く、然もカドミウムや
鉛の如き有害物質を含まないリチウム二次電池が注目さ
れている。例えば電気自動車に用いられる比較的大きな
容量の円筒型リチウム二次電池は、図３に示す様に、筒
体(11)の開口部に蓋体(12)を溶接固定してなる円筒状の
電池缶(１)の内部に、巻き取り電極体(２)を収容して構
成されている。蓋体(12)には、電極端子機構(９)が取り
付けられており、巻き取り電極体(２)と電極端子機構
(９)とが複数本の集電タブ(３)により互いに接続され
て、巻き取り電極体(２)が発生する電力を電極端子機構
(９)から外部に取り出すことが可能となっている。又、
蓋体(12)にはバネ復帰式の安全弁(13)が取り付けられて
いる。尚、筒体(11)の他方の開口部に固定された蓋体
(図示省略)にも同じ構成の電極端子機構が取り付けられ
て、両電極端子機構が正負一対を為している。

【０００３】巻き取り電極体(２)は、リチウム複合酸化
物を含む正極(21)と炭素材料を含む負極(23)の間に、非
水電解液が含浸されたセパレータ(22)を介在させて、こ
れらを渦巻き状に巻回して構成されている。巻き取り電
極体(２)の正極(21)及び負極(23)からは夫々複数本の集
電タブ(３)が引き出され、極性が同じ複数本の集電タブ
(３)の先端部(31)が１つの電極端子機構(９)に接続され
ている。尚、図３は、一部の集電タブの先端部が電極端
子機構(９)に接続されている状態を示し、他の集電タブ
については、電極端子機構(９)との接続部を図示省略し
ている。

【０００４】電極端子機構(９)は、電池缶(１)の蓋体(1
2)を貫通して取り付けられたネジ部材(91)を具え、該ネ
ジ部材(91)の基端部にはフランジ部(92)が形成されてい
る。蓋体(12)の貫通孔には、例えばポリプロピレン製の
絶縁パッキン(93)が装着され、蓋体(12)と締結部材(91)
の間の電気的絶縁性とシール性が保たれている。ネジ部
材(91)には、筒体(11)の外側からワッシャ(94)が嵌めら
れると共に、第１ナット(95)及び第２ナット(96)が螺合
している。第１ナット(95)を締め付けて、ネジ部材(91)
のフランジ部(92)とワッシャ(94)によって絶縁パッキン
(93)を挟圧することにより、シール性を高めている。前
記複数本の集電タブ(３)の先端部(31)は、ネジ部材(91)
のフランジ部(92)の裏面に、スポット溶接或いは超音波
溶接によって連結されている(特開平９−２９８０５５
号参照)。

【０００５】尚、複数本の集電タブ(３)の先端部を電極
端子機構に連結する方法としては、電極端子機構のフラ
ンジ部に対向させて円板状の挟圧部材を設け、該フラン
ジ部と挟圧部材の間に、集電タブ(３)の先端部を挟持す
る方法がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図３に
示す従来の円筒型二次電池においては、電池の高出力化
を図るために集電タブ(３)を厚く形成した場合、複数本
の集電タブ(３)をネジ部材(91)のフランジ部(92)に溶接
するときに、熱が周囲に逃げて、溶接部の温度が十分に
上がらないので、溶接が困難である問題があった。又、
スポット溶接や超音波溶接では、集電タブ(３)とフラン
ジ部(92)との間に十分な接触面積を得ることが出来ず、
この結果、接触抵抗が大きくなって、ジュール熱による
損失が発生する問題があった。

【０００７】一方、集電タブ(３)の先端部をフランジ部
と挟圧部材の間に挟持する方法では、ネジ部材(91)を締
め付けて集電タブ(３)の先端部を挟圧するときに、挟圧
部材の伴回りを阻止することが必要であるが、複数本の
集電タブ(３)が挟圧部材の周囲を包囲しているため、集
電タブ(３)が邪魔になって、挟圧部材に回り止めを施す
作業が困難である問題があった。

【０００８】本発明の目的は、集電タブと電極端子機構
との間に十分な接触面積を得ることが出来、然も、電極
端子機構の組立が容易となる筒型二次電池を提供するこ
とである。

【０００９】

【課題を解決する為の手段】本発明に係る筒型二次電池
は、筒体(11)の開口部に蓋体(12)を固定してなる電池缶
(１)の内部に、巻き取り電極体(２)が収容され、蓋体(1
2)には、蓋体(12)に対して電気的絶縁と気密性を保って
電極端子機構(４)が取り付けられ、巻き取り電極体(２)
と電極端子機構(４)とが、複数本の集電タブ(３)により
互いに接続されている。電極端子機構(４)は、蓋体(12)
に開設された中央孔(18)を貫通して配置され、蓋体(12)
の外側へ突出するねじ軸部(53)と、蓋体(12)の内側に位
置するフランジ部(51)とを具えた端子部材(５)と、蓋体
(12)から突出する端子部材(５)のねじ軸部(53)に螺合す
るナット(８)と、端子部材(５)のフランジ部(51)に係合
して固定され、該フランジ部(51)と対向する平板部(63)
を具えて、該平板部(63)には中央孔(61)が開設されてい
るキャップ部材(６)とを具え、巻き取り電極体(２)から
引き出された複数本の集電タブ(３)の先端部は、キャッ
プ部材(６)の中央孔(61)から平板部(63)の内面へ伸び
て、該内面と端子部材(５)のフランジ部(51)の間に挟持
されている。

【００１０】尚、キャップ部材(６)は、アルミニウム、
ニッケル、銅、若しくはこれらの中から選ばれた複数の
金属の合金から形成することが出来る。

【００１１】上記本発明の筒型二次電池においては、端
子部材(５)のねじ軸部(53)に対してナット(８)を締め付
けることによって、電極端子機構(４)が蓋体(12)に固定
される。又、端子部材(５)のフランジ部(51)に対し、キ
ャップ部材(６)を固定する際、フランジ部(51)とキャッ
プ部材(６)の平板部(63)の間に、集電タブ(３)の先端部
を挟み込んで挟圧することによって、集電タブ(３)が電
極端子機構(４)に連結される。ここで、各集電タブ(３)
の先端部は、端子部材(５)のフランジ部(51)とキャップ
部材(６)の平板部(63)の間に十分な接触面積で挟持され
るので、接触抵抗は小さくなる。又、複数本の集電タブ
(３)はそれぞれ、キャップ部材(６)の平板部(63)の中央
孔(61)から平板部(63)の内面(フランジ部(51)との対向
面)へ伸びているので、キャップ部材(６)の周囲が複数
本の集電タブ(３)によって包囲されることはなく、キャ
ップ部材(６)の外周面は露出する。従って、端子部材
(５)のフランジ部(51)をキャップ部材(６)に固定する作
業において、キャップ部材(６)を周囲から挟持すること
が可能となり、作業が容易となる。

【００１２】具体的には、キャップ部材(６)は、平板部
(63)の外周部に端子部材(５)側へ突出する筒部(64)を具
え、該筒部(64)に対して端子部材(５)のフランジ部(51)
がねじ込まれて固定されている。該具体的構成によれ
ば、キャップ部材(６)の筒部(64)に対して端子部材(５)
のフランジ部(51)をねじ込む際、ねじ込みトルクを調整
することによって、集電タブ(３)の先端部を確実に挟持
することが出来る。

【００１３】又、具体的構成において、複数本の集電タ
ブ(３)の先端部は、キャップ部材(６)の平板部(63)の内
面に、抵抗溶接若しくは超音波溶接によって仮り止めさ
れる。これによって、キャップ部材(６)に端子部材(５)
のフランジ部(51)を固定する作業が容易となる。

【００１４】更に具体的には、キャップ部材(６)の平板
部(63)の中央孔(61)の開口面積は、平板部(63)の外周縁
で包囲された面積の８０％以下である。該具体的構成に
よれば、集電タブ(３)の先端部が十分な接触面積でキャ
ップ部材(６)の平板部(63)と端子部材(５)のフランジ部
(51)の間に挟持されて、接触抵抗が小さくなり、この結
果、高い出力特性が得られる。

【００１５】

【発明の効果】本発明に係る筒型二次電池によれば、集
電タブと電極端子機構との間に十分な接触面積を得るこ
とが出来るので、電池の内部抵抗が低減して、特に大電
流を流したときの出力特性を改善することが出来る。然
も、キャップ部材に端子部材のフランジ部を固定する作
業においては、集電タブに邪魔されることなく、キャッ
プ部材を周囲から挟持することが出来るので、電極端子
機構の組立が容易となる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明を円筒型二次電池に
実施した例につき、図面に沿って具体的に説明する。本
発明に係る円筒型二次電池は、図１に示す如く、筒体(1
1)の両開口部にそれぞれ蓋体(12)を溶接固定してなる円
筒状のアルミニウム製電池缶(１)の内部に、巻き取り電
極体(２)を収容して構成されている。尚、電池缶(１)の
外径は６５ｍｍ、長さは３００ｍｍであって、蓋体(12)
の厚さは３ｍｍに形成されている。又、電池容量は、７
０Ａｈ(０.１２５Ｃ充電)である。

【００１７】巻き取り電極体(２)は、正極集電体となる
アルミニウム箔の表面にリチウム複合酸化物を含む正極
層を形成してなる正極と、負極集電体となる銅箔の表面
に炭素粉末を含む負極層を形成してなる負極との間に、
非水電解液が含浸されたセパレータを介在させて、これ
らを渦巻き状に巻回したものであって、正極からは１４
本のアルミニウム製の集電タブが引き出されている。
又、負極からは１４本の銅製の集電タブが引き出されて
いる。尚、正極側の集電タブは厚さ１００μｍに、負極
側の集電タブは厚さ８０μｍに形成されている。各蓋体
(12)には、電極端子機構(４)が取り付けられており、巻
き取り電極体(２)と各電極端子機構(４)とがそれぞれ、
前記１４本の集電タブ(３)により互いに接続されて、巻
き取り電極体(２)が発生する電力を一対の電極端子機構
(４)(４)から外部に取り出すことが可能となっている。

【００１８】又、蓋体(12)には、図２に示す如く、電極
端子機構(４)が貫通すべき断面円形の中央孔(18)が開設
され、中央孔(18)の両側には、組立時に電解液注入のた
めに用いるねじ孔(17)と、リング部材(14a)及び弁膜(14
b)からなる圧力開放型の安全弁(14)を取り付けるための
圧力逃し孔(15)が開設されている。尚、電解液の注入
後、ねじ孔(17)にはねじ栓(16)がねじ込まれる。又、安
全弁(14)は、蓋体(12)の圧力逃し孔(15)の開口縁にて溶
接固定される。

【００１９】正極側の電極端子機構(４)は、蓋体(12)を
貫通して取り付けられるアルミニウム製の端子部材(５)
を具えている。端子部材(５)は、蓋体(12)に開設された
中央孔(18)を貫通する円柱部(52)と、円柱部(52)に上向
きに突設されたねじ軸部(53)と、円柱部(52)の下端部に
形成されたフランジ部(51)とから構成され、フランジ部
(51)の上面には、フッ素樹脂製のＯリング(72)が嵌まる
リング溝(54)が凹設されている。又、フランジ部(51)の
外周面には、外ねじ(55)が形成されている。

【００２０】端子部材(５)のフランジ部(51)には、アル
ミニウム製のキャップ部材(６)が螺合している。キャッ
プ部材(６)は、中央孔(61)が開設された平板部(63)の外
周部に筒部(64)を上向きに突設したもので、筒部(64)の
内周面に、前記端子部材(５)の外ねじ(55)が螺合する内
ねじ(62)が形成されている。尚、キャップ部材(６)の中
央孔(61)の内径Ａは２０ｍｍ、筒部(64)の外径Ｂは４０
ｍｍである。

【００２１】又、電極端子機構(４)は、蓋体(12)と端子
部材(５)のフランジ部(51)との間に介在する第１パッキ
ン部材(７)を具えている。第１パッキン部材(７)は、ポ
リプロピレン、ポリエチレン、テフロン、若しくはフッ
素樹脂を用いて一体成型され、蓋体(12)と端子部材(５)
のフランジ部(51)によって挟圧される円板部(74)と、該
円板部(74)の上面に上向きに突設された円筒部(75)とか
ら構成され、中央孔(77)を有している。第１パッキン部
材(７)の円筒部(75)は、蓋体(12)の中央孔(18)を貫通し
て、筒体(11)の上面から僅かに突出する。

【００２２】更に、第１パッキン部材(７)の蓋体(12)と
の対向面には、フッ素樹脂製のＯリング(73)が嵌まるリ
ング溝(76)が凹設されている。尚、第１パッキン部材
(７)の端子部材(５)との対向面や、蓋体(12)の内面に
も、それぞれ前記Ｏリング(72)(73)が嵌まるリング溝
(図示省略)が凹設されている。

【００２３】蓋体(12)の上面に突出した第１パッキン部
材(７)の円筒部(75)には、テフロン製のリング状第２パ
ッキン部材(71)が係合する。更に、蓋体(12)の中央孔(1
8)から突出する端子部材(５)のねじ軸部(53)には、アル
ミニウム製のワッシャ(81)が嵌められ、更にその上部
に、アルミニウム製のナット(８)が螺合され、締め付け
られる。負極側の電極端子機構(４)も、端子部材(５)及
びキャップ部材(６)をニッケル製とする以外は同様の構
成を有している。

【００２４】上記円筒型リチウム二次電池の組立工程に
おいては、電池缶(１)を構成すべき蓋体(12)に電極端子
機構(４)を取り付ける一方、筒体(11)の内部に巻き取り
電極体(２)を装入した状態で、巻き取り電極体(２)から
伸びる複数本の集電タブ(３)の先端部をキャップ部材
(６)の中央孔(61)から平板部(63)の内面(端子部材(５)
との対向面)へ導いて、該先端部を平板部(63)の内面に
３点でスポット溶接して仮止めする。次に、キャップ部
材(６)に対して、端子部材(５)のフランジ部(51)をねじ
込み、集電タブ(３)の先端部を、端子部材(５)のフラン
ジ部(51)とキャップ部材(６)の平板部(63)の間に挟持す
る。尚、ねじ込みは、５０Ｋｇｆ・ｃｍのトルクで行な
うことが出来る。その後、蓋体(12)を筒体(11)の開口部
に被せて、両者を互いに溶接固定する。そして、蓋体(1
2)のねじ孔(17)から電池缶(１)内に電解液を注入した
後、ねじ孔(17)にねじ栓(16)をねじ込み、更にナット
(８)を増し締めして、組立を完了する。これによって、
図１に示す円筒型二次電池が完成する。

【００２５】上記円筒型二次電池においては、第１パッ
キン部材(７)によって、電池缶(１)の蓋体(12)と端子部
材(５)との間の電気的絶縁性が保たれると共に、第２パ
ッキン部材(71)によって、蓋体(12)とワッシャ(81)の間
の電気的絶縁性が保たれる。又、Ｏリング(72)(73)によ
って、電池缶(１)の蓋体(12)と端子部材(５)の間の気密
性が保たれる。

【００２６】上記円筒型二次電池においては、各集電タ
ブ(３)の先端部が、端子部材(５)のフランジ部(51)とキ
ャップ部材(６)の平板部(63)の間に十分な接触面積で挟
持されるので、接触抵抗は小さくなる。この結果、従来
よりも大きな電池出力が得られる。又、複数本の集電タ
ブ(３)はそれぞれ、キャップ部材(６)の平板部(63)の中
央孔(61)から平板部(63)の内面(フランジ部(51)との対
向面)へ伸びているので、キャップ部材(６)の周囲が複
数本の集電タブ(３)によって包囲されることはなく、キ
ャップ部材(６)の外周面は露出する。従って、端子部材
(５)をキャップ部材(６)にねじ込む作業において、キャ
ップ部材(６)を周囲から挟持することが可能となり、電
極端子機構(４)の取り付け作業が容易となる。

【００２７】上記本発明の円筒型二次電池の性能を従来
の円筒型二次電池と比較するべく、本発明電池Ａを作製
すると共に、図３に示す従来例電池Ｂを作製した。該従
来例電池の電池缶の外径は６５ｍｍ、長さは３００ｍｍ
である。従来例電池の巻き取り電極体(２)は本発明電池
Ａと同一構成であって、巻き取り電極体から引き出され
た１４本の厚さ５０μｍのアルミニウム製集電タブ(３)
をアルミニウム製のフランジ部(92)の裏面に５点でスポ
ット溶接した。又、巻き取り電極体から引き出された１
４本の厚さ４０μｍの銅製集電タブ(３)をニッケル製の
フランジ部(92)の裏面に５点でスポット溶接した。

【００２８】そして、本発明電池Ａと従来例電池Ｂにつ
いて、下記に示す条件で充放電サイクルを１０回繰り返
した。充放電サイクル条件 充電 ：(充電レート)０.１２５Ｃ (終止電圧)４.１Ｖ 放電 ：(放電レート)０.５Ｃ (終止電圧)２.７Ｖ 定格容量：７０Ａｈ

【００２９】その後、本発明電池Ａと従来例電池Ｂにつ
いて、０.１２５Ｃで４.１Ｖまで充電を行なった後、
０.５Ｃで放電深度５０％まで放電を行ない、続いて、
以下の条件で出力特性試験を行なった。尚、出力値は３
Ｃのときの値を用いた。出力特性試験条件 放電レート：０.５Ｃ、１Ｃ、２Ｃ、３Ｃ 放電時間 ：１０秒

【００３０】出力特性試験の結果を表１に示す。

【００３１】

【表１】

【００３２】表１から明らかな様に、本発明電池Ａは従
来例電池Ｂに比べて高い出力特性値を示している。これ
は、本発明電池の集電タブと端子部材との間の接触抵抗
が従来例電池よりも小さくなったためであると考えられ
る。

【００３３】次に、上記本発明電池に装備した巻き取り
電極体と同一の巻き取り電極体を用いて、キャップ部材
(６)の中央孔(61)の大きさが異なる５種類の本発明電池
を作製した。即ち、キャップ部材(６)の平板部(63)の外
周縁で包囲された円形の面積に対する中央孔(61)の開口
面積の比(開口面積比)を、６％、２５％、６０％、８０
％、９０％に変化させた。これらの電池に対し、上記と
同じ条件で出力特性試験を行なった。その結果を表２に
示す。

【００３４】

【表２】

【００３５】表２から明らかな様に、開口面積比が８０
％を越えると、出力が大きく低下している。これは、キ
ャップ部材(６)の中央孔(61)の開口が大きいために、集
電タブの先端部とキャップ部材の間に十分な接触面積を
確保することが出来ず、電池の内部抵抗が大きくなった
ためであると考えられる。従って、電池の内部抵抗を低
減させて高い出力特性を得るためには、開口面積比を８
０％以下に抑えることが好ましい。

【００３６】尚、本発明の各部構成は上記実施の形態に
限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の
変形が可能である。例えば、キャップ部材(６)の筒部(6
4)の外周面は円筒面に限らず、多角筒面に形成すること
も可能であり、これによってキャップ部材(６)の回り止
めが更に容易となる。又、集電タブ(３)の先端部をキャ
ップ部材(６)の平板部(63)に溶接等によって仮止めする
構成は、必ずしも必要ではない。更に、キャップ部材
(６)をフランジ部(51)に固定する構造は、ネジ止め固定
に限らず、溶接固定等、種々の固定構造を採用すること
が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る円筒型二次電池の要部を示す断面
図である。

【図２】該円筒型二次電池に装備される電極端子機構の
分解斜視図である。

【図３】従来の円筒型二次電池の要部を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

(１) 電池缶 (11) 筒体 (12) 蓋体 (２) 巻き取り電極体 (３) 集電タブ (４) 電極端子機構 (５) 端子部材 (51) フランジ部 (52) 円柱部 (53) ねじ軸部 (55) 外ねじ (６) キャップ部材 (61) 中央孔 (62) 内ねじ (63) 平板部 (64) 筒部 (７) 第１パッキン部材 (71) 第２パッキン部材 (81) ワッシャ (８) ナット

フロントページの続き (72)発明者 能間 俊之 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 米津 育郎 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 Ｆターム(参考） 5H022 AA09 AA18 BB16 BB17 CC03 CC08 CC12 CC20 CC22 EE01

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 筒体(11)の開口部に蓋体(12)を固定して
   なる電池缶(１)の内部に、巻き取り電極体(２)が収容さ
   れ、蓋体(12)には、蓋体(12)に対して電気的絶縁と気密
   性を保って電極端子機構(４)が取り付けられ、巻き取り
   電極体(２)と電極端子機構(４)とが、複数本の集電タブ
   (３)により互いに接続されて、巻き取り電極体(２)が発
   生する電力を電極端子機構(４)から外部に取り出すこと
   が可能な筒型二次電池において、電極端子機構(４)は、 蓋体(12)に開設された中央孔(18)を貫通して配置され、
   蓋体(12)の外側へ突出するねじ軸部(53)と、蓋体(12)の
   内側に位置するフランジ部(51)とを具えた端子部材(５)
   と、蓋体(12)から突出する端子部材(５)のねじ軸部(53)
   に螺合するナット(８)と、 端子部材(５)のフランジ部(51)に係合して固定され、該
   フランジ部(51)と対向する平板部(63)を具えて、該平板
   部(63)には中央孔(61)が開設されているキャップ部材
   (６)とを具え、巻き取り電極体(２)から引き出された複
   数本の集電タブ(３)の先端部は、キャップ部材(６)の中
   央孔(61)から平板部(63)の内面へ伸びて、該内面と端子
   部材(５)のフランジ部(51)の間に挟持されていることを
   特徴とする筒型二次電池。
2. 【請求項２】 キャップ部材(６)は、平板部(63)の外周
   部に端子部材(５)側へ突出する筒部(64)を具え、該筒部
   (64)に対して端子部材(５)のフランジ部(51)がねじ込ま
   れて固定されている請求項１に記載の筒型二次電池。
3. 【請求項３】 複数本の集電タブ(３)の先端部は、キャ
   ップ部材(６)の平板部(63)の内面に、抵抗溶接若しくは
   超音波溶接によって仮り止めされている請求項１又は請
   求項２に記載の筒型二次電池。
4. 【請求項４】 キャップ部材(６)は、アルミニウム、ニ
   ッケル、銅、若しくはこれらの中から選ばれた複数の金
   属の合金から形成されている請求項１乃至請求項３の何
   れかに記載の筒型二次電池。
5. 【請求項５】 キャップ部材(６)の平板部(63)の中央孔
   (61)の開口面積は、平板部(63)の外周縁で包囲された面
   積の８０％以下である請求項１乃至請求項４の何れかに
   記載の筒型二次電池。