JP2001148238A

JP2001148238A - ２次電池

Info

Publication number: JP2001148238A
Application number: JP33015199A
Authority: JP
Inventors: Takami Saito; 崇実齋藤
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1999-11-19
Filing date: 1999-11-19
Publication date: 2001-05-29

Abstract

(57)【要約】【課題】正極電極および負極電極のリードの形成を容
易、確実に行うことができ、更に電池の内部抵抗の低減
化を図ることができ、電池の高出力化を図ることができ
るようにする。【解決手段】それぞれ集電体箔７，９に陽極活物質８
と負極活物質１０が塗布された正極電極３と負極電極４
とが、セパレータ５を介して積層されて渦巻き状に巻回
されて成る巻回電池本体２を有する２次電池であって、
その集電体箔の一側縁に、この側縁と交叉する方向に延
びる複数の線状の切り込みを所要の間隔を保持して並置
形成して、これら線状切り込みによって複数の帯状のリ
ード片３Ｌおよび４Ｌが隣り合うリード片間に間隔を保
持することなく相互に密接して形成される構成とする。
そして、これらリード片は、それぞれその少なくとも一
部が他のリード片と重なり合うように折り畳まれて状態
で、電極端子導出部もしくは電極端子導出がなされる集
電部に接続される構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、２次電池、特に高
出力型の例えば非水電解液２次電池に関わる。

【０００２】

【従来の技術】近年、携帯機器、あるいは電動移動体例
えば電動自動車等において、高エネルギー密度、高出力
電池の需要が高まっている。特に、地球環境汚染、地球
温暖化について世界各国で関心が高まり、高性能電気自
動車、ハイブリッド自動車の普及が求められている。こ
れに伴い、内部抵抗が低く、高出力の２次電池の開発が
求められてる。このような２次電池としては、非水電解
液２次電池、例えば非水電解液リチウム２次電池が有望
視されている。

【０００３】従来の非水電解液２次電池は、図６にその
概略断面図を示すように、例えば円筒状の有底外装缶２
０１内に、電池本体２０２が収容され、外装缶２０１内
に非水電解液が注入され電池本体２０２に含浸されて成
る。

【０００４】電池本体２０２は、図７にその開放斜視図
を示すように、それぞれフィルム状の正極電極２０３お
よび負極電極２０４とが、同様にフィルム状のセパレー
タ２０５を介して積層され、この積層フィルムが、例え
ば円筒状の巻芯２００の周囲に渦巻き状に巻回されて成
る。

【０００５】正極電極２０３および負極電極２０４は、
図８ＡおよびＢにそれぞれその要部の概略平面図を示す
ように、正極電極２０３は、例えばＡｌ箔より成る帯状
の集電体箔２０６の両面に正極活物質２０７が塗布され
て成り、負極電極２０４は、例えばＣｕ箔より成る帯状
の集電体箔２０８の両面に負極活物質２０９が塗布され
て成る。

【０００６】各正極電極２０３および負極電極２０４
の、各集電体箔２０６および２０８の各一側縁には、こ
れら側縁と直交する方向に延長する、所要の幅および間
隔をもって矩形状切り込み溝２１０を並置配列して、各
溝２１０間に短冊状のリード片２０３Ｌおよび２０４Ｌ
が形成される。

【０００７】外装缶２０１内に収容された電池本体２の
両端には、例えばそれぞれ金属板より成り、正極および
負極の電極端子導出がなされる集電部となる正極集電盤
２１１および負極集電盤２１２が配置される。これら集
電盤２１１および２１２には、それぞれ正極および負極
の各リード片２０３Ｌおよび２０４Ｌの先端が例えば各
集電盤２１１および２１２の周縁に導かれて、この周縁
に嵌着されたリング２１３および２１４によって挟着保
持され溶接されて、各リード片２０３Ｌおよび２０４Ｌ
が集電盤２１１および２１２に電気的に接続されるよう
になされている。負極集電盤２１２は、外装缶２０１の
底面に例えば溶接によって接続される。

【０００８】外装缶２０１の開口端には、正極側の電極
端子導出部となるトップカバー２１５と、安全弁２１６
とが配置されて実質的に安全弁２１６によって密閉され
る。これらトップカバー２１５と安全弁２１６は、その
周囲の各鍔部間に、例えば正温度特性を有するリング状
の安全用抵抗体２１７を介して重ね合わされて、ガスケ
ット２１８によって挟み込まれて外装缶２０１の開口端
にかしめつけられて取着される。

【０００９】安全弁２１６は、例えばその中央部に、外
装缶２０１内に向かって膨出する膨出部２１６ａを有
し、その頂部が、例えば正極集電盤２１１に一端が溶接
された接続リード２１９の遊端に溶接されたサブディス
ク２２０に溶接される。安全弁２１６とサブディスク２
２０との間には、中央に安全弁２１６の膨出部２１６ａ
を通ずる中心孔を有する絶縁板２２１によって安全弁２
１６と電気的に絶縁した例えば金属板よりなるストリッ
パディスク２２２が配置される。

【００１０】この構成によって、例えば何らかの原因で
外装缶２０１内にガスが発生して内部の圧力が増加した
とき、安全弁２１６が外方に押し上げられて変形し、内
圧を緩和すると共に、その膨出部２１６ａとサブディス
ク２２０との溶接部が剥離して電池本体２と、トップカ
バー２１５との間の電気的遮断がなされる。そして、更
に内部の圧力が増大するときは、安全弁２１６自体が破
壊して、図示しないが、トップカバー２１５に形成され
ている通気孔を通じ外装缶２０１を開放するようになさ
れている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上述した電池において
は、電池本体２０２の正極電極２０３および負極電極２
０４の各リード片２０３Ｌおよび２０４Ｌは、各集電体
箔２０６および２０８の各側縁にそれぞれ矩形状切り込
み溝２１０を形成することによって相互に所要の間隔を
保持した短冊状リードとして形成される。このようなリ
ード片の形成、すなわち矩形状切り込み溝２１０の形成
は、集電体箔２０６、２０８に対するプレス打ち抜き加
工によって形成している。ところが、この場合、その集
電体箔２０６および２０８が、厚さ１０〜３０μｍ程度
であり、特にＡｌのように柔軟性に富んだ金属箔による
集電体箔２０６に対して、矩形状切り込み溝２１０をパ
ンチを用いたプレス打ち抜き加工によって歩留り良く、
高い精度をもって形成するが難しく、またパンチにＡｌ
金属の付着が生じたり、繰り返し使用を阻害するなど、
多くの問題が生じている。

【００１２】本発明においては、正極電極および負極電
極のリードの形成を容易、確実に行うことができ、更に
電池の内部抵抗の低減化を図ることができ、電池の高出
力化を図ることができるようにした、２次電池、例えば
非水電解液リチウム２次電池を提供するものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明による２次電池
は、それぞれ集電体箔に陽極活物質と負極活物質が塗布
された正極電極と負極電極とが、セパレータを介して積
層されて渦巻き状に巻回されて成る巻回電池本体を有す
る２次電池であって、その集電体箔の一側縁に、この側
縁と交叉する方向に延びる複数の線状の切り込みを所要
の間隔を保持して並置形成して、これら線状切り込みに
よって複数の帯状のリード片が隣り合うリード片間に実
質的に間隔を保持させることなく相互に密接して形成さ
れる構成とする。これらリード片は、それぞれその少な
くとも一部が他のリード片と重なり合うように折り畳ま
れた状態で、電極端子導出部もしくは電極端子導出がな
される集電部に接続される構成とする。

【００１４】上述したように、本発明においては、リー
ド片の電極端子導出部もしくは電極端子導出がなされる
集電部への接続を、リード片を畳み込んで行うことによ
って、その接続が確実になされるようにすると共に、こ
の構成によって、リード片の形成を、従来におけるよう
に、矩形状切り溝によって形成することなく、線状の切
り込みを形成することによって形成することができる。
そして、このように、リード片を線状の切り込みによっ
て相互に密接形成するので、各電極のリード片の総幅
は、集電体箔のほぼ全長に相当する。したがって、従来
におけるよう矩形状切り溝によって形成する場合に比
し、そのリードの実質的通電幅を大とすることができる
ことによって電池の内部抵抗の減少、したがって、電池
の高出力化を図ることができるものである。

【００１５】

【発明の実施の形態】図１は、本発明による２次電池の
一実施形態の一例の概略断面図を示す。この実施形態
は、非水電解液リチウム２次電池に適用した場合である
が、本発明はこの実施形態や例に限られるものではな
い。すなわち、小型もしくは大型の大電流充放電の使用
条件が要求される円筒型、あるいは角形等の各種形状と
することができる。

【００１６】この例においては、Ｎｉメッキが施された
Ｆｅより成る円筒状の有底外装缶１内に、電池本体２が
収容され、外装缶１内に非水電解液（図示せず）が注入
され、この非水電解液が電池本体２に含浸されて成る。

【００１７】電池本体２は、従来構成と同様に、それぞ
れフィルム状の正極電極３と負極電極４とが、フィルム
状のセパレータ５を介して積層され、この積層フィルム
が、例えば円筒状の巻芯６の周囲に渦巻き状に巻回され
て成る。

【００１８】電池本体２の正極電極３および負極電極４
は、図２ＡおよびＢにそれぞれその要部の概略平面図を
示すように、例えばＡｌ箔より成る帯状の集電体箔７の
両面に正極活物質８が塗布されて成る。負極電極４は、
例えばＣｕ箔より成る帯状の集電体箔９の両面に負極活
物質１０が塗布されて成る。

【００１９】各正極電極３および負極電極４の、各集電
体箔７および９の各一側縁７ａおよび９ａには、これら
側縁と交叉する方向に延長する複数の線状切り込み１１
を、例えばカッター、レーザカッター等を用いた自動裁
断装置等によって、所要の間隔を保持して並置形成し
て、これら線状切り込み１１によってそれぞれ複数の帯
状のリード片３Ｌおよび４Ｌを形成する。すなわち、お
れらリード片３Ｌおよび４Ｌは、それぞれ隣り合うリー
ド片３Ｌ間、リード片４Ｌ間に間隔を保持することなく
相互に密接して形成される構成とする。つまり、各リー
ド片３Ｌの各幅の総和、リード片４Ｌの各幅の総和が、
それぞれ集電体箔７および９の、これらリード片３Ｌお
よび４Ｌの形成部のほぼ全長に相当する幅となるように
構成とする。

【００２０】そして、これらリード片３Ｌおよび４Ｌ
は、それぞれ図２ＡおよびＢで示すように、その長さ
を、集電体箔７および９の長手方向に、一方から他方に
図示のように漸次短く、あるいは段階的に短くする。す
なわち、正極活物質８および負極活物質１０の塗布領域
は、各集電体箔７および９の側縁７ａおよび９ａとは反
対側の側縁７ｂおよび９ｂと平行に、その全長に渡って
ほぼ一様の幅とするものの、リード片３Ｌおよび４Ｌの
形成側の各側縁７ａおよび９ａを、側縁７ｂおよび９ｂ
に対して傾斜もしくは段階的に一端から他端に向かって
変化する形状とする。

【００２１】このように、各集電体箔７および９の両面
に正極活物質８および負極活物質１０が塗布されて成る
正極電極３および負極電極４を、それぞれ図３にその一
端部側の概略斜視図を示すように、セパレータ５によっ
て挟み込んで、例えば円筒状の巻芯６上に、それぞれ短
くされたリード片３Ｌおよび４Ｌを有する側を中心側に
して、渦巻き状に巻回して、両端から、リード片３Ｌお
よび４Ｌが、導出された電池本体２を構成する。

【００２２】そして、これらリード片３Ｌおよび４Ｌ
を、図４にその概略上面図を示すように、少なくともそ
の先端部が他のリード片３Ｌおよび４Ｌと重なり合うよ
うに、それぞれ電池本体２の軸心方向と交叉する方向に
畳みこむ。このとき、上述したように、中心部に位置す
るリード片３Ｌおよび４Ｌは、その長さが短くされてい
ることによって全リード片３Ｌおよび４Ｌに関して相互
に重なりあって畳み込むことができる。

【００２３】このような構成を有する電池本体２を、外
装缶１内に、負極側のリード片４Ｌの導出側を、外装缶
１の底部側として挿入する。そして、上述したように重
ね合わせられた状態の負極側のリード片４Ｌの端部を、
負極側の電極端子導出部もしくは電極端子導出がなされ
る集電部、図１の例では、外装缶１の底面自体に溶接す
る。

【００２４】また、このように、外装缶１内に収容され
た電池本体２の正極側のリード片３Ｌの、同様に、相互
に重ね合わせられた端部を、正極側の電極端子導出部も
しくは電極端子導出がなされる集電部、この例では、例
えば帯状のＡｌより成る接続リード２０に溶接する。

【００２５】外装缶１の開口端には、正極側の電極端子
導出部となるトップカバー２１と、安全弁２２とが配置
されて実質的に安全弁２２によって密閉される。これら
トップカバー２１と安全弁２２は、その周囲の各鍔部間
に、例えば正温度特性を有するリング状の安全用抵抗体
２３を介して重ね合わされて、ガスケット２４を介して
外装缶１の開口端にかしめつけられて取着される。

【００２６】安全弁２２は、例えばその中央部に、外装
缶１内に向かって膨出する膨出部２２ａを有し、その頂
部が、接続リード２０の遊端に溶接されたサブディスク
２５に溶接される。安全弁２２とサブディスク２５との
間には、中央に安全弁２２の膨出部２２ａを通ずる中心
孔を有する絶縁板２６によって安全弁２２と電気的に絶
縁した例えばＡｌ金属板よりなるストリッパディスク２
７が配置される。

【００２７】そして、この構成においても、例えば何ら
かの原因で外装缶１内にガスが発生して内部の圧力が増
加したとき、安全弁２２が外方に押し上げられて変形
し、内圧を緩和すると共に、その膨出部２２ａとサブデ
ィスク２５との溶接部が剥離して電池本体２を、トップ
カバー２１との間を電気的に遮断する。そして、更に内
部の圧力が増大するときは、安全弁２２自体が破壊し
て、図示しないが、トップカバー２１に形成されている
通気孔を通じ外装缶１を開放するようになされている。

【００２８】上述の電池本体２において、正極電極３の
集電体箔７は、例えばＡｌ箔によって構成され、正極活
物質８は、例えばＬｉを脱ドープ、再ドープ可能な物
質、例えばリチウム遷移金属複合酸化物による活物質Ｌ
ｉ_xＭＯ₂（Ｍは、Ｃｏ，Ｎｉ，Ｍｎの１種以上の遷移
金属で、０．４≦ｘ≦１．１）で表せる複合酸化物、中
でもＬｉＣｏＯ₂、ＬｉＮｉＯ₂、ＬｉＭｎ₂Ｏ₄等が
好ましい。このようなリチウム遷移金属酸化物は、例え
ばＬｉ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎの炭酸塩、硝酸塩、酸化物、
水酸化物等を出発原料として、これらを組成に応じた量
で混合し、６００℃〜１０００℃の温度範囲で焼成する
ことにより得られる。

【００２９】また、負極電極４の集電体箔９は、例えば
Ｃｕ箔によって構成され、負極活物質９は、例えばＬｉ
をドープ、脱ドープ可能な物質例えば２０００℃以下の
比較的低い温度で焼成して得られる低結晶性炭素材料
や、結晶化しやすい原料を３０００℃近くの高温で処理
した人造黒鉛や天然黒鉛等の高結晶性材料が用いられ
る。例えば、熱分解炭素類、コークス類、黒鉛類、ガラ
ス状炭素類、有機高分子化合物焼成体（フラン樹脂等を
適当な温度で焼成し炭素化したもの）、炭素繊維、活性
炭なおが使用可能である。

【００３０】セパレータ５は、例えばポリエチレン、ポ
リプロピレン、テフロンの微多孔膜によって構成するこ
とができる。

【００３１】また、非水電解液は、有機溶媒とこれに溶
解した電解質から成る。有機溶媒としては、例えばエチ
レンカーボネート、プロピレンカーボネート等の環状カ
ーボネート、ジメルカーボネート、ジエチルカーボネー
ト等の鎖状カーボネート、γ−ブチロラクトン、γ−パ
レロラクトン等の環状エステル、酢酸エチル、プロピオ
ン酸メチル等の鎖状エステル、テトラヒドロフラン、
１，２−ジメトキシエタン等のエーテル等の１種以上を
用いることができる。電解質としては、用いる溶媒に溶
解し、イオン導電性を示すリチウム塩の例えばＬｉＰＦ
₆、ＬｉＢＦ₄、ＬｉＣｌＯ₄、ＬｉＣＦ₃ＳＯ₃、Ｌ
ｉＮ（ＣＦ₃ＳＯ₂）₂、ＬｉＣ（ＣＦ₃ＳＯ₂）₃等
の１種以上を用いることができる。

【００３２】上述した本発明構成によれば、電極を構成
する集電体箔の側縁に、この側縁と交叉するように、線
状の切り込み１１を形成することによって、リード片３
Ｌおよび４Ｌを分離するので、リード片の総幅は、集電
体箔７および９のほぼ全長に相当する。したがって、従
来におけるような、矩形状切り溝によって形成する場合
に比し、そのリードの実質的通電幅が大とされ、これに
よって電池の内部抵抗の減少、したがって、電池の高出
力化を図ることができるものである。

【００３３】そして、これらリード片３Ｌ相互、４Ｌ相
互が互いに重なり合うように畳こまれた構成とするの
で、電気的外部導出のための接続を集中的に、この重な
り部においてできることから、この接続を確実に行うこ
とができる。そして、この電気的外部導出に伴う接続抵
抗、分布抵抗の低減化を図ることができる。また、図６
で説明した従来構造におけるような押えリング２１３，
２１４による複数のリードに対する固定作業が回避され
ることによって作業の簡潔化、部品点数の減少化を図る
ことができる。

【００３４】図５は、本発明の他の例を示し、図１と対
応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する
が、この例においては、リード片３Ｌおよび４Ｌの上述
した重ね合せられた部分が、それぞれ正極側台座３１お
よび３２と電極端子導出部もしくは電極端子導出がなさ
れる集電部との間に挟み込まれて電極端子導出部もしく
は電極端子導出がなされる集電部との接合、図示の例で
は接続リード２０と外装缶１の底部との接合例えば溶接
を行った構成とした場合で、この構成によるときは、よ
り確実に、したがって、リード片３Ｌおよび４Ｌの電気
的外部への導出のための接続部における低抵抗化を図る
ことができる。

【００３５】今、図６の構成による従来構造において、
約３５０ｃｃの体積の非水電解液リチウム２次電池を構
成した場合を基準として、その内部抵抗を１００とする
と、本発明による図１および図５の構造によって、それ
ぞれ同様の約３５０ｃｃの体積とした非水電解液リチウ
ム２次電池を構成した場合の内部抵抗はそれぞれ９８お
よび９５に低減化された。そして、図６の従来構造にお
いて、体積約４０ｃｃの民生用の小型非水電解液リチウ
ム２次電池を構成した場合の内部抵抗は、１２００とな
り、これに比し図１の本発明構成による同様の体積約４
０ｃｃの民生用の小型非水電解液リチウム２次電池を構
成した場合の内部抵抗は、４００となった。

【００３６】尚、本発明による２次電池は、上述した構
造に限定されるものではなく、種々の構造を有する非水
電解液リチウム２次電池そのほかの電池構造に適用する
ことができる。

【００３７】

【発明の効果】上述したように、本発明構成によれば、
正極電極および負極電極における隣り合うリード片間
が、線状の切り込みによって区分された構成とされて、
リード片の総幅は、集電体箔のほぼ全長に相当する幅と
されること、更に、これらリード片相互が互いに重なり
合うように畳こまれてその電気的外部導出が集中された
構成とすることができることから、この外部導出の接続
を、低抵抗に、したがって、電池の内部抵抗の低減化を
図ることができ、しかも、その接続を容易、かつ確実に
行うことができる。したがって、信頼性が高い、高出力
の２次電池を構成することができる。また、その電気的
導出に伴う構造の簡潔化、部品点数の減少化によって、
生産性の向上、コストの低減化を図ることができるもの
である。また、リード片の形成が従来におけるような、
所要の幅を有する矩形状切り込み溝によることなく、単
なる線状切り込みであることによって、軟弱なＡｌ箔に
対しても容易に、したがって、歩留り良く製造すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による２次電池の一例の概略断面図であ
る。

【図２】ＡおよびＢは、それぞれ本発明による２次電池
の一例の正極電極および負極電極の要部の平面図であ
る。

【図３】本発明による２次電池の一例の電池本体の要部
の概略斜視図である。

【図４】本発明による２次電池の一例の電池本体の概略
上面図である。

【図５】本発明による２次電池の他の一例の電池本体の
要部の概略斜視図である。

【図６】従来の２次電池の一例の要部の概略断面図であ
る。

【図７】従来の２次電池の電池本体の一部の開放斜視図
である。

【図８】ＡおよびＢは、それぞれ従来の２次電池の正極
電極および負極電極の要部の平面図である。

【符号の説明】

１，２０１・・・外装缶、２，２０２・・・電池本体、
３，２０３・・・正極電極、４，２０４・・・負極電
極、３Ｌ，２０３Ｌ・・・正極側のリード片、４Ｌ，２
０４Ｌ・・・負極側のリード片、５，２０５・・・セパ
レータ、６，２００・・・巻芯、７，２０６・・・正極
側の集電体箔、９，２０８・・・負極側の集電体箔、
８，２０７・・・正極活物質、１０，２０９・・・正極
活物質、１１・・・線状切り込み、２０，２１９・・・
接続リード、２１，２１５・・・トップカバー、２，２
１６・・・安全弁、２２ａ，２１６ａ・・・膨出部、２
３，２１７・・・安全用抵抗体、２４，２１８・・・ガ
スケット、２５，２２０・・・サブディスク、２６，２
２１・・・絶縁板、２７，２２２・・・ストリッパディ
スク、２１０・・・矩形状切り込み溝、２１１・・・正
極集電盤、２１２・・・負極集電盤、２１３，２１４・
・・押えリング

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】それぞれ集電体箔に陽極活物質と負極活
物質が塗布された正極電極と負極電極とが、セパレータ
を介して積層されて渦巻き状に巻回されて成る巻回電池
本体を有する２次電池であって、上記集電体箔の一側縁に、この側縁と交叉する方向に延
びる複数の線状の切り込みが所要の間隔を保持して並置
形成され、これら線状切り込みによって複数の帯状のリ
ード片が隣り合うリード片と相互に密接して形成され、これらリード片が、畳み込まれてそれぞれその少なくと
も一部が他のリード片と重ね合わされて、電極端子導出
部もしくは電極端子導出がなされる集電部に接続されて
成ることを特徴とする２次電池。
【請求項２】上記リード片が、上記巻回電池本体の中
心側に畳みこまれて重ね合わされて上記電極端子導出部
もしくは電極端子導出がなされる集電部に接続されて成
ることを特徴とする請求項１に記載の２次電池。
【請求項３】上記リード片の長さを、上記巻回電池本
体の中心側で外周側に比して漸次もしくは段階的に短く
されたことを特徴とする請求項１に記載の２次電池。
【請求項４】上記リード片の重ね合せられた部分が、
台座と上記電極端子導出部もしくは電極端子導出がなさ
れる集電部との間に挟みこまれて上記電極端子導出部も
しくは電極端子導出がなされる集電部との接合がなされ
たことを特徴とする請求項１に記載の２次電池。