JP2001006653A

JP2001006653A - 非水電解液二次電池

Info

Publication number: JP2001006653A
Application number: JP11179672A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Kitami; 剛北見; Koichi Zama; 浩一座間
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1999-06-25
Filing date: 1999-06-25
Publication date: 2001-01-12

Abstract

(57)【要約】【目的】円筒形電池の集電構造を改良することによ
り、ＩＲ損失が少なく高率放電特性の電池の製造を簡素
化する。【構成】正極電極と負極電極をセパレータを介して積
層したものを巻回した電池要素の端面の近傍の少なくと
も一方に電極タブ一体化部材を設け、電池要素の端面か
ら延びた正極集電体あるいは負極集電体の少なくともい
ずれか一方に接続した複数の電極タブが、電極タブ一体
化部材の導電性面に接した状態で、電極タブ固着部材を
電極タブ一体化部材に嵌合するか、あるいは電極タブ一
体化部材の構成部材を変形し、溶接することなく電極タ
ブを電極タブ一体化部材に固着するとともに、電極タブ
一体化部材あるいは電極タブ固着部材と電池の外部接続
端子を導電接続リードにより接合した非水電解液二次電
池。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、非水電解液を用いた二
次電池に関するものであり、とくに高率充放電が可能な
非水電解液二次電池に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】リチウムをドープ、脱ドープすることが
できる負極と遷移金属酸化物を含有する正極を用いたリ
チウムイオン二次電池に代表される非水電解液二次電池
は、帯状の負極側集電体に負極活物質を塗布した帯状負
極と、帯状の正極側集電体に正極活物質を塗布した帯状
正極とをセパレータを介して積層したもののを外装材で
被覆するか、あるいはこれらの積層したものを、渦巻状
に巻回して円筒状のジェリーロールと称される電池要素
を作製した後に、電池缶内に収容して電池とすることが
行われている。

【０００３】とくに円筒状の電池要素を電池缶内に収容
した電池は、密閉性に優れると共に円筒状であるため
に、積層体の部位によらず一様な電池反応を行うことが
可能であるという特徴を有しており、大電流を取り出す
目的で使用される非水電解液二次電池においても円筒型
の電池が重要な位置を占めており、電気自動車、電気補
助自転車用等の動力用の大型電池としても期待されてい
る。

【０００４】図７は、従来の円筒型の電池を説明する断
面図である。円筒型の電池５１は、電池缶５２内に、負
極側集電体に負極活物質を設けた帯状負極５３と正極側
集電体に正極活物質を設けた帯状正極５４を帯状負極お
よび帯状正極よりも幅が大きなセパレータ５５を介して
積層したものを巻回した電池要素５６が設けられてお
り、電池要素の両端面には、正極あるいは負極は突出せ
ずセパレータの端部で構成されている。電池缶５２を負
極側端子とした電池の場合には、帯状負極に取り付けた
短冊状の負極側電極タブ５７を溶接等の方法によって電
池缶の内壁に接合している。また、正極側電極タブ５８
は、電池内部の異常な圧力上昇時に内部の圧力を開放す
る圧力開放弁等を有した、正極側端子を兼ねた電池ヘッ
ダー５９に接続されている。

【０００５】ところが、このような電池においては、短
冊状の電極タブが長くなり、電極タブ部での損失が大き
くなり、また複数の電極リード長を揃えることができな
いので、電極タブ間での電流の損失が不均一となり一部
の電極タブが通電電流で発熱するという問題があり、高
率放電ができないという問題があった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】そこで、高率放電によ
るＩＲ損失を低下させるために、電池缶内部の電池要素
の巻回体の端面に、大きく広がったショルダー部を設け
て、巻回体の帯状集電体から多数の導電リブを取り出し
て接続することによって少数の導電リブの取り出しによ
るＩＲ損失を改善した円筒型電池が、特開平１０−８３
８０５号公報において提案されている。

【０００７】しかしながら、このような電池において
は、複数の導電リブを用いることによってＩＲ損失を改
善することができるものの、電池要素上に導電リブを接
続するためのショルダー部を電池缶内に設けることが必
要となり、電池缶内部の無効な容積が増加し、大きな容
量密度を有するという非水電解液二次電池の特徴を減ず
ることとなるととともに、多数の導電リブを電池要素の
端面に設けたショルダー部に溶接する工程は、多くの作
業工数を必要とし組立工程が複雑なものとなる。本発明
は、高率放電時の電池要素と電池缶あるいは電池蓋体と
の間の電極タブによるＩＲ損失を低下させた、容量密度
が大きく組み立てが容易な非水電解液二次電池を提供す
ることを課題とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、正極集電体と
負極集電体のそれぞれに正極活物質層、負極活物質層を
形成してセパレータを介して積層したものを巻回した電
池要素を電池缶に収容した非水電解液二次電池おいて、
電池要素の端面の近傍の少なくとも一方に電極タブ一体
化部材を設け、電池要素の端面から延びた正極集電体あ
るいは負極集電体の少なくともいずれか一方に接続した
複数の電極タブが、電極タブ一体化部材の導電性面に接
した状態で、電極タブ固着部材を電極タブ一体化部材に
嵌合するか、あるいは電極タブ一体化部材の構成部材を
変形し、電極タブを電極タブ一体化部材に固着するとと
もに、電極タブ一体化部材あるいは電極タブ固着部材と
電池の外部接続端子を導電接続リードにより接合した非
水電解液二次電池である。

【０００９】電極タブ一体化部材が、内面に電極タブと
の接触面を有するテーパー状管状体であり、テーパ状管
状体の内面には、凹部が形成されており、固着部材に設
けた凸部によって変形した電極タブを凹部によって保持
したものである前記の非水電解液二次電池である。電極
タブ一体化部材が、軸に結合して対向して配置した平板
状体であり、対向して配置した平板状体の間に電極タブ
を配置して平板状体を変形させて固定したものである前
記の非水電解液二次電池である。平板状体の電極タブと
の接触面に、電極タブを変形して保持する凹部あるいは
凸部の少なくともいずれか一方が形成されている前記の
非水電解液二次電池である。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明は、帯状の正極電極および
帯状の負極電極をセパレータを介して積層したものを巻
回した電池要素の端面の近傍の少なくとも一方に電極タ
ブ一体化部材を設け、電池要素の端面から延びた正極集
電体、負極集電体に接続した複数の電極タブを電極タブ
一体化部材の導電接触面において接触させて、電極タブ
一体化部材に嵌合した固着部材によって固着して固定し
たものである。そして、これによって電極タブを短くす
ることができるので電極タブ部での損失を低減し、また
複数の電極タブ長を揃えることができ、電極タブ間での
損失が均一化し、電流による部分的な発熱を防止するこ
とができ、また複数の電極タブを溶接する工程を不要と
し組立工程を簡素化を可能としたものである。

【００１１】以下に、図面を参照して本発明を説明す
る。図１は、本発明の電池の一実施例を説明する断面図
である。本発明の非水電解液二次電池１は、正極集電体
上に正極活物質層を形成した正極電極３と、負極集電体
上に負極活物質層を形成した負極電極４とをセパレータ
５を介して積層したものを巻回した電池要素６を電池缶
２内部に収容している。電池要素６の底部の端面には、
負極側絶縁板７が設けられており、負極集電体の端部に
取り付けられた複数個の負極電極タブ８が負極側絶縁板
の開口部から延びており、それらの複数個の負極電極タ
ブは、電池缶２の内面に接合されている。

【００１２】また、電池要素６の上部の端面には、正極
側絶縁板９が設けれており、電池要素の正極集電体の端
部に取り付けられた複数個の正極電極タブ１０が、正極
側絶縁板に設けた開口部から延びて電極タブ一体化部材
１１の内面に接触した状態で、電極タブ一体化部材１１
の内部に嵌合した固着部材１２によって固定されてい
る。電極タブ一体化部材１１の上部には、絶縁性蓋体１
３が取り付けられており、絶縁性蓋体１３は、電池缶２
の溝加工によって形成した段差部１４によって固定さ
れ、電池要素６の電池缶内部での移動を防止している。
また、電極タブ一体化部材１１には、導電リード１５が
接続されており、外部接続端子を兼ねた電池ヘッダー１
６の導電接続部１７に接合されて導電接続を形成してい
る。導電リードとして帯状等の金属部材に代えて弾性を
有する部材を用いても良く、弾性を有する部材を用いる
ことによって電池要素を電池ヘッダーとの間でバネによ
って保持することができるので、電池に対して外部から
加わる衝撃を緩和することが可能となる。

【００１３】電池ヘッダー１６には、電池内部の異常に
よる内部圧力の上昇時に作動する圧力開放板１８や、過
大な電流を遮断する素子等が設けられていても良い。ま
た、電池ヘッダー１６は、電池缶２の段差部１４に取り
付けたガスケット１９を介して電池缶２の上部をかしめ
ることによって電池を封口している。

【００１４】図２は、電極タブ一体化部材による電極タ
ブを一体化して固定する一実施例を説明する図である。
図２（Ａ）は斜視図を示し、図２（Ｂ）は取り付けた状
態を説明する断面図である。電極タブ一体化部材１１
は、内面は上部の径が下部の径よりも大きなテーパ状の
曲面が形成されており、複数個の正極電極タブ１０が内
面に接触した状態で、電極タブ一体化部材１１の内部に
固着部材１２が上部より圧入されて、電極タブ一体化部
材と嵌合されて、正極電極タブ１０が固定される。な
お、図面では、正極タブは２個のみを図示したが、正極
電極タブの数は電池要素の電極面積等に応じて任意の個
数を用いることができる。

【００１５】電極タブ一体化部材１１の内面には、複数
の凹部２０が形成されており、上部から圧入した固着部
材１２の表面に設けた凸部２１によって変形した正極導
電タブ１０が凹部２０において保持されて、導電接続が
より確実なものとされる。また、電極タブ一体化部材お
よび固着部材をそれぞれテーパ状の曲面とすることによ
って、凸部の挿入を円滑に行うことができる。凹部、凸
部は、頂部を切断した多角錐型、半球面形等の形状等と
し、両者の接触面を大きくすることが好ましい。また、
凸部は、固着部材の電極タブ一体化部材との接触面の幅
方向に複数個を設けても良く、図に示した例では、幅方
向に３個ずつ形成するとともに、周面の全体に設けてい
る。周面の全面に凹凸を設けることによって、巻回体の
端面に取り出された正極電極タブの位置に係わらず任意
の位置で正極電極タブを電極タブ一体化部材に結合する
ことができる。

【００１６】また、固着部材１２には、脱落防止突起２
２を設けることによって、圧入された固着部材が上部へ
移動することを防止することができる。脱落防止突起２
２は、円周上に３カ所以上設けることが好ましい。ま
た、電極タブ一体化部材１１には、電極タブ一体化部材
と電池ヘッダーの導電接続部を接続する導電リード１５
があらかじめ取り付けられていても良く、電極タブ一体
化部材１１を作製する際に導電リードを一体に作製する
ことによって導電リードを接合する工程が不要となり製
造工程が減少するので好ましい。

【００１７】図３は、電極タブ一体化部材による電極タ
ブを一体化して固定する他の例を説明する図である。図
３（Ａ）は斜視図を示し、図３（Ｂ）は取り付けた状態
を説明する断面図である。図３は、平板状導電接触部材
２３を軸２４によって間隔を保持して結合した電極タブ
一体化部材１１を示す図であり、平板状導電接触部材２
３の間の空間に複数個の正極電極タブ１０を矢印方向に
挿入し、平板状導電接触部材の両面から押圧力２５を加
えて押し潰すことによって電極タブ一体化部材１１と正
極電極タブ１０を一体化したものである。

【００１８】平板状導電接触部材２３の正極電極タブと
の接触面の一方には、複数の凹部２０が形成されてお
り、対向する他方の平板状導電接触部材の接触面には、
複数の凸部２１が形成されており、上下の平板状導電接
触部材２３を押圧によって押し潰す際に上下の平板状導
電接触部材の凹凸形状により正極電極タブ１０が変形し
て電極リードタブの両面に凹凸が形成されるので電極タ
ブ一体化部材１１から抜け落ちることなく確実に固着さ
れる。なお、図面では、正極タブは２個のみを図示した
が、正極電極タブの数は電池の容量等によって任意の個
数を用いることができる。また、電極タブ一体化部材１
１には、電極タブ一体化部材と電池ヘッダーの導電接続
部を導電接続する導電リード１５があらかじめ取り付け
られていても良い。

【００１９】図４は、電極タブ一体化部材による電極タ
ブを一体化して固定する他の例を説明する図である。図
４（Ａ）は斜視図を示し、図４（Ｂ）は取り付けた状態
を説明する断面図である。電極タブ一体化部材１１は、
内部に開口部２６を有した円盤状の部材から構成されて
おり、開口部２６の導電接触面には複数個の正極電極タ
ブ１０が内面に接触した状態で、上部から内部に電極タ
ブ一体化部材１１の直径に合致した凹部を形成した固着
部材１２が上部より圧入されて、電極タブ一体化部材１
１と嵌合されて正極電極タブ１０が固定される。なお、
図面では、正極タブは２個のみを図示したが、正極電極
タブの数は電池の容量等によって任意に定めることがで
きる。また、電極タブ一体化部材１１には、電極タブ一
体化部材１１の開口部２６には、区画部材２７を設けて
複数の区画が形成されており、区画部材２７によって正
極電極タブ１０の取り付け位置を所定の位置を容易に定
めることができる。

【００２０】電極タブ一体化部材１１の外面には、複数
の凸部２１が形成されており、上部から圧入した固着部
材１２の内面に設けた凹部２０との間で正極電極タブ１
０が凹部２０と凸部２１の間で保持されて、導電接続が
より確実なものとされる。また、固着部材１２には、電
極タブ一体化部材１１に設けたものと同様の区画部材２
８によって複数の開口部が設けられている。さらに固着
部材１２には脱落防止片２９を設け、固着部材を電極タ
ブ一体化部材とを固着した後に、脱落防止片２９を折り
曲げることによって固着部材の脱落を防止することがで
きる。脱落防止片は、円周上に３カ所以上設けることが
好ましい。また、電極タブ固着部材１２には、電極タブ
一体化部材と電池ヘッダーの導電接続部を導電接続する
導電リード１５があらかじめ取り付けられていても良
い。

【００２１】本発明の電極タブ一体化部材は、充放電時
の電池内部の環境において安定な金属を用いることが好
ましく、正極側にあっては、アルミニウム、チタンおよ
びその合金が用いられる。また、形成した凹凸部におい
て、正極電極タブとして用いるアルミニウム箔材を確実
に変形して保持することができるように硬度が大きな部
材を用いることが好ましい。同様に、電極タブ一体化部
材が負極側に用いられる場合には、ニッケルおよびその
合金、ステンレス等が用いられ、負極電極タブとして用
いられるニッケル箔が固着時に形成される凹凸によって
確実に固着できるように、硬度の大きな部材が用いられ
る。

【００２２】また、電極タブ一体化部材は、電池の動作
電流に応じて適宜、その大きさ等を定めることができる
が、例えば、最大で１００Ａの充放電を行う電池におい
ては、電極タブ一体化部材は、電流通過部の断面積を３
ｍｍ² 以上とすることによって過大な発熱等を防止して
安定した電池を得ることができる。また、電極タブ一体
化部材から電池ヘッダー等の外部接続端子に接続する導
電リードも同様に３ｍｍ² 以上の断面積を有するものと
することが好ましく、電極タブ一体化部材と正極電極タ
ブあるいは負極電極タブとの接触部の合計面積も３ｍｍ
² 以上とすることが好ましい。

【００２３】本発明の電池に用いる正極電極および負極
電極について説明する。図５は、本発明の電池要素の一
例を説明する図であり、図５（Ａ）は、正極電極および
負極電極を展開した平面図であり、図５（Ｂ）は、巻回
した状態の一部の断面を示す図である。正極電極３は、
正極集電体３１上に正極活物質層３２を形成したもので
あり、正極集電体３１の端部の正極活物質層が形成され
ていない部分に正極電極タブ１０が接合されている。負
極電極４には、負極集電体４１上に負極活物質層４２が
形成されており、負極集電体４１の端部の負極活物質層
４２が形成されていない部分に負極電極タブ８が接合さ
れている。また、図５に示した正極電極あるいは負極電
極は、一つの電極が連続しているので電極塗布工程の生
産性が高く、電極に取り付ける電極タブの幅、接続位置
の制限を受けず、巻回時の電極タブの位置合わせも容易
である。

【００２４】図６は、本発明の電池要素の他の例を説明
する図であり、図６（Ａ）は、正極電極および負極電極
を展開した平面図であり、図６（Ｂ）は、巻回した状態
の一部の断面を示す図である。正極電極３には正極集電
体３１上に正極活物質層３２が形成されているが、正極
集電体３１上に、正極活物質層３２が形成されていない
正極電極タブ接続部３３が形成されており、正極電極タ
ブ接続部３３には、正極電極タブ１０が接合されてい
る。一方、負極電極４には、負極集電体４１上に負極活
物質層４２が形成されているが、負極集電体上には、負
極活物質層４２が形成されていない負極電極タブ接続部
４３が形成されており、負極電極タブ接続部４３に負極
電極タブ８が接合されている。

【００２５】この電池要素においては、正極電極タブを
接合した部分の厚さは正極活物質層と同じ厚さとし、ま
た負極電極タブを接合した部分の厚さは負極活物質層と
同じ厚さとし、実質的に正極電極および負極電極が一様
な厚さとすることが好ましい。このような正極電極およ
び負極電極を用いて巻回して電池要素を作製することに
よって、正極および負極間の距離が均一な電池要素を作
製することができる。

【００２６】また、図６に示した電極には、電極と電極
タブとの接続面積を大きくすることができるので、電極
タブの接続の信頼性が高くなり、特に大電流を流すため
には有利となる反面、電極タブの接続箇所を設けるため
に電極活物質の間欠塗布、あるいは塗布後の除去等の操
作が必要となり図５に示した方法に比べて電極塗布工程
時の生産性が低くなる。

【００２７】また、正極電極と負極電極は、図５あるい
は図６に示す組合せ以外にも、正極電極の活物質層の負
極電極への投影部が全て負極活物質層に含まれ、しかも
正極活物質層の全面が負極活物質層に対向するように配
置すれば、図５に示す負極電極と図６に示す正極電極を
組み合わせたものでも良い。

【００２８】次に、本発明の非水電解液二次電池の製造
方法を順に説明する。（１）帯状の正極電極および帯状の負極電極から、正極
活物質および負極活物質を取り除いた部分を作製して正
極電極タブおよび負極電極タブを接合してセパレータを
介して積層した積層体を巻回し、電池要素を作製する。（２）電池要素の端面に正極側絶縁板および負極側絶縁
板を取り付けて、両絶縁板の開口部から正極電極タブお
よび負極電極タブを突出させる。

【００２９】（３）電池要素の正極側あるいは負極側の
少なくともいずれかの端面に電極タブ一体化部材を配置
して、正極電極タブあるいは負極電極タブが電極タブ一
体化部材の接触した状態で、電極タブ固着部材によって
正極電極タブあるいは負極電極タブを電極タブ一体化部
材と固着する。（４）電池缶に電池要素を収容して、缶の底部の導電タ
ブを缶底部に溶接して導電接続を形成する。（５）電池缶の上部を外部よりグルービング（溝加工）
し、電池の内壁に段差部を形成して電池缶の上部に絶縁
性蓋体を固定する。

【００３０】（６）電極タブ一体化部材に取り付けた導
電リードを電池ヘッダーの接続部に溶接によって接合す
る。（７）電解液を注入した後に電池ヘッダーをガスケット
を介してかしめ加工して電池を封止する。なお、以上の説明では、電池缶が負極集電体と導電接続
する例について述べたが、アルミニウム等を電池缶とし
た電池缶が正極となるものであっても良く、この場合に
は、以上の説明における正極と負極が逆となる。

【００３１】

【発明の効果】電池要素の巻回体の正極集電体および負
極集電体に複数の電極タブを取り付けた電池において、
電極タブの長さを揃えられて、しかも電極タブの長さ短
くすることによって電極タブによる損失が低減し、ま
た、電極タブの配置を等間隔にすることが容易であり、
各導電タブに印加される電流を均一化が実現できるの
で、一部の導電タブの通電電流による発熱を防止するこ
とができる。また、複数の電極タブを溶接を行うことな
く一体化してまとめることができるので、製造工程を簡
素化することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の電池の一実施例を説明する断
面図である。

【図２】図２は、電極タブ一体化部材による電極タブを
一体化して固定する一実施例を説明する図である。

【図３】図３は、電極タブ一体化部材による電極タブを
一体化して固定するの他の実施例を説明する図である。

【図４】図４は、電極タブ一体化部材による電極タブを
一体化して固定する他の実施例を説明する図である。

【図５】図５は、本発明の電池要素の一例を説明する図
である。

【図６】図６は、本発明の電池要素の他の例を説明する
図である。

【図７】図７は、従来の円筒型の電池を説明する断面図
である。

【符号の説明】

１…非水電解液二次電池２…電池缶３…正極電極４…負極電極５…セパレータ６…電池要素７…負極側絶縁板８…負極電極タブ９…正極側絶縁板１０…正極電極タブ１１…電極タブ一体化部材１２…固着部材１３…絶縁性蓋体１４…段差部１５…導電リード１６…電池ヘッダー１７…導電接続部１８…圧力開放板１９…ガスケット２０…凹部２１…凸部２２…脱落防止突起２３…平板状導電接触部材２４…軸２５…押圧力２６…開口部２７，２８…区画部材２９…脱落防止片３１…正極集電体３２…正極活物質層３３…正極電極タブ接続部４１…負極集電体４２…負極活物質層４３…負極電極タブ接続部５１…円筒型の電池５２…電池缶５３…帯状負極５４…帯状正極５５…セパレータ５６…電池要素５７…負極側電極タブ５８…正極側電極タブ５９…電池ヘッダー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 5H022 AA09 AA18 BB03 CC08 CC12 CC16 CC19 5H029 AJ06 AJ14 BJ02 BJ14 CJ05 DJ05 DJ07

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】正極集電体と負極集電体のそれぞれに正
極活物質層、負極活物質層を形成してセパレータを介し
て積層したものを巻回した電池要素を電池缶に収容した
非水電解液二次電池おいて、電池要素の端面の近傍の少
なくとも一方に電極タブ一体化部材を設け、電池要素の
端面から延びた正極集電体あるいは負極集電体の少なく
ともいずれか一方に接続した複数の電極タブが、電極タ
ブ一体化部材の導電性面に接した状態で、電極タブ固着
部材を電極タブ一体化部材に嵌合するか、あるいは電極
タブ一体化部材の構成部材を変形し、電極タブを電極タ
ブ一体化部材に固着するとともに、電極タブ一体化部材
あるいは電極タブ固着部材と電池の外部接続端子を導電
接続リードにより接合したことを特徴とする非水電解液
二次電池。
【請求項２】電極タブ一体化部材が、内面に電極タブ
との接触面を有するテーパー状管状体であり、テーパ状
管状体の内面には、凹部が形成されており、固着部材に
設けた凸部によって変形した電極タブを凹部によって保
持したものであることを特徴とする請求項１記載の非水
電解液二次電池。
【請求項３】電極タブ一体化部材が、軸に結合して対
向して配置した平板状体であり、対向して配置した平板
状体の間に電極タブを配置して平板状体を変形させて固
定したものであることを特徴とする請求項１記載の非水
電解液二次電池。
【請求項４】平板状体の電極タブとの接触面に、電極
タブを変形して保持する凹部あるいは凸部の少なくとも
いずれか一方が形成されていることを特徴とする請求項
３記載の非水電解液二次電池。