JP2001185119A - 非水電解液二次電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電池缶の内部に収容された巻き取り電極体の
発生電力を一対の電極端子機構から外部へ取り出すこと
が出来る非水電解液二次電池において、電池が大型化し
た場合にも、優れた高率放電特性を得る。 【解決手段】 本発明に係る非水電解液二次電池におい
ては、巻き取り電極体を構成する正極21及び負極にはそ
れぞれ、帯状芯体の少なくとも片面に活物質が塗布され
ている塗工部24と、帯状芯体の両面に亘って活物質の塗
布されていない非塗工部25とが、帯状芯体の長手方向に
交互に形成され、各非塗工部25には、集電タブ４が非塗
工部25を両面から挟み込んで接合され、各集電タブ４の
先端部41が電極端子機構に連結されている

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電池缶の内部に収
容された電極体が発生する電力を一対の電極端子部から
外部へ取り出すことが出来る非水電解液二次電池に関
し、特に、電極体と電極端子部とを互いに接続するため
の構造の改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、優れた高率放電特性を得ることが
出来る非水電解液二次電池として、リチウムイオン二次
電池が知られている。従来のリチウムイオン二次電池
は、図５に示す如く、筒体(11)の両端部に蓋体(12)(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。両蓋体(12)
(12)には、正負一対の電極端子機構(９)(９)が取り付け
られており、巻き取り電極体(２)と両電極端子機構(９)
(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)が発生する電力を一対の電極端
子機構(９)(９)から外部に取り出すことが可能となって
いる。又、各蓋体(12)には圧力開閉式のガス排出弁(13)
が取り付けられている。

【０００３】巻き取り電極体(２)は、図６に示す様に、
それぞれ帯状の正極(21)と負極(23)の間に帯状のセパレ
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。正極(21)は、アルミニウム箔からなる帯
状芯体の両面にリチウム複合酸化物からなる正極活物質
を塗布して構成され、負極(23)は、銅箔からなる帯状芯
体の両面に炭素材料を含む負極活物質を塗布して構成さ
れている。セパレータ(22)には、非水電解液が含浸され
ている。又、正極(21)には、長手方向に沿って、正極活
物質が塗布されている塗工部(24)と、正極活物質の塗布
されていない非塗工部(25)とが形成され、該非塗工部(2
5)に、複数本の集電タブ(３)の基端部が接合されてい
る。同様に負極(23)には、負極活物質が塗布されている
塗工部(26)と、負極活物質の塗布されていない非塗工部
(27)とが形成され、該非塗工部(27)に、複数本の集電タ
ブ(３)の基端部が接合されている(例えば特開平9-30647
0号参照)。

【０００４】そして、図５に示す如く、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５においては、便宜上、
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、先端部が
電極端子機構(９)に接続されている状態の図示を省略し
ている。

【０００５】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電極端子(91)を具え、該電
極端子(91)の基端部には鍔部(92)が形成されている。蓋
体(12)の貫通孔には絶縁パッキング(93)が装着され、蓋
体(12)と電極端子(91)の間の電気的絶縁と気密が保たれ
ている。電極端子(91)には、蓋体(12)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。そして、第１ナット(95)を締
め付けて、電極端子(91)の鍔部(92)とワッシャ(94)によ
って絶縁パッキング(93)を挟圧することにより、気密性
を高めている。前記複数本の集電タブ(３)の先端部(31)
は、電極端子(91)の鍔部(92)に、レーザ溶接或いは超音
波溶接によって固定されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、リチウ
ムイオン二次電池においては、電池の大型化に伴って、
正極及び負極の長さが大きくなるため、従来の集電タブ
による集電構造では集電性能が低く、特に高率での放電
性能が充分でない問題があった。そこで本発明の目的
は、電池が大型化した場合にも、優れた高率放電特性が
得られる非水電解液二次電池を提供することである。

【０００７】

【課題を解決する為の手段】本発明に係る非水電解液二
次電池においては、電池缶(１)の内部に、それぞれ帯状
の正極(21)と負極(23)の間に非水電解液を含むセパレー
タ(22)を介在させてこれらを積層した電極体(２)が収納
され、正極(21)及び負極(23)はそれぞれ、帯状芯体の表
面に活物質を塗布して構成され、該電極体(２)が発生す
る電力を一対の電極端子部から外部へ取り出すことが出
来る。ここで、正極(21)及び負極(23)にはそれぞれ、帯
状芯体の少なくとも片面に活物質が塗布されている塗工
部と、帯状芯体の両面に亘って活物質の塗布されていな
い非塗工部とが、帯状芯体の長手方向に交互に形成さ
れ、各非塗工部には、集電タブ(４)が非塗工部を両側か
ら挟み込んで接合され、該集電タブ(４)の先端部(41)が
電極端子部に連結されている。

【０００８】上記本発明の非水電解液二次電池において
は、正極(21)及び負極(23)の各電極に対する集電構造と
して、各電極の非塗工部の両面に集電タブ(４)を接合し
ているので、各電極と集電タブ(４)の間の接触面積が大
きく、これによって各電極からの集電が均一に行なわれ
て、電極の利用率が増大することになる。この結果、電
池が大型化した場合にも優れた高率放電特性が得られ
る。

【０００９】具体的構成において、集電タブ(４)は、１
枚の短冊状金属板から形成され、該金属板を折り曲げて
非塗工部を両側から挟み込んでいる。該具体的構成にお
いては、集電タブ(４)の前記折り曲げ部にて、非塗工部
の両面に対する集電タブ(４)の２つの接合領域が、互い
に電気的に導通する。

【００１０】尚、前記短冊状金属板の長さは、帯状芯体
の幅の２倍よりも長いことが望ましい。これによって、
更に帯状芯体と集電タブ(４)の間の電気的接触が良好に
なり、また帯状芯体と集電タブの間の機械的連結強度も
増大する。

【００１１】又、他の具体的構成において、集電タブ
(４)は、２枚の短冊状金属板から形成され、両金属板に
よって非塗工部(25)を両側から挟み込んでおり、両金属
板は、帯状芯体から離れた位置で互いに接合されてい
る。該具体的構成においては、集電タブ(４)の前記接合
部にて、非塗工部の両面に対する集電タブ(４)の２つの
接合領域が、互いに電気的に導通する。

【００１２】

【発明の効果】本発明に係る非水電解液二次電池によれ
ば、電池が大型化した場合にも、集電タブが高い集電性
能を発揮して、優れた高率放電特性が得られる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明をリチウムイオン二
次電池に実施した形態につき、図面に沿って具体的に説
明する。尚、本発明は下記実施の形態により何ら限定さ
れるものではなく、その要旨を変更しない範囲において
適宜変更して実施することが可能である。

【００１４】本発明に係るリチウムイオン二次電池は、
図１に示す如く、筒体(11)の両端部に蓋体(12)(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。両蓋体(12)(12)
には、正負一対の電極端子機構(９)(９)が取り付けられ
ており、巻き取り電極体(２)と両電極端子機構(９)(９)
とが、複数本の集電タブ(４)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(９)(９)から外部に取り出すことが可能となってい
る。又、各蓋体(12)には圧力開閉式のガス排出弁(13)が
取り付けられている。

【００１５】巻き取り電極体(２)は、図６に示す従来の
構造と同様に、それぞれ帯状の正極(21)と負極(23)の間
に帯状のセパレータ(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。正極(21)は、アルミニウ
ム箔からなる帯状芯体の両面にリチウム複合酸化物から
なる正極活物質を塗布して構成され、負極(23)は、銅箔
からなる帯状芯体の両面に炭素材料を含む負極活物質を
塗布して構成されている。セパレータ(22)には、非水電
解液が含浸されている。

【００１６】但し、正極(21)には、図２に示す如く、帯
状芯体の両面に正極活物質が塗布されている塗工部(24)
と、帯状芯体の両面とも正極活物質の塗布されていない
非塗工部(25)とが、帯状芯体の長手方向に交互に繰り返
し形成されており、各非塗工部(25)に集電タブ(４)が接
合されている。集電タブ(４)は、１枚の短冊状のアルミ
ニウム板から形成され、該アルミニウム板を図２及び図
３(ａ)に示す如く折り曲げて、正極(21)の非塗工部を両
側から挟み込み、その両端部(41)(42)を互いに接合して
いる。正極(21)と集電タブ(４)の間の接合には、所謂は
とめ接着を用いている。即ち、図４に示す如く集電タブ
(４)によって正極(21)を両側から挟み込んだ状態で、鎖
線の如くピン(５)を貫通させて、ばり(51)を形成するこ
とによって、これらを互いに接合するのである。

【００１７】一方、負極(23)も正極(21)と同様の構成で
あって、図示は省略するが、帯状芯体の両面に負極活物
質が塗布されている塗工部と、帯状芯体の両面とも負極
活物質の塗布されていない非塗工部とが、帯状芯体の長
手方向に交互に繰り返し形成され、各非塗工部には、ニ
ッケル製の集電タブ(４)が正極と同様の挟み込み構造で
接合されている。尚、集電タブ(４)の材質としては、ニ
ッケルに代えて、銅やステンレス鋼を用いることも可能
である。

【００１８】そして、図１に示す如く、極性が同じ複数
本の集電タブ(４)の先端部(41)が１つの電極端子機構
(９)に接続されている。電極端子機構(９)には、従来と
同じ構造が採用されている。尚、図１においては、便宜
上、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、先端
部が電極端子機構(９)に接続されている状態の図示を省
略している。

【００１９】上記本発明のリチウムイオン二次電池にお
いては、集電タブ(４)によって正極(21)及び負極(23)の
各電極の非塗工部を両側から挟み込む集電構造が採用さ
れているので、各電極と集電タブ(４)の間の接触面積が
大きく、これによって各電極からの集電が均一に行なわ
れて、電極の利用率が増大することになる。この結果、
電池が大型化した場合にも優れた高率放電特性が得られ
る。

【００２０】尚、集電タブ(４)の他の構成として、図３
(ｂ)に示す如く、１枚の短冊状金属板を折り曲げて電極
の非塗工部を両側から挟み込んでいるが、集電タブ(４)
の一方の端部(42)が他方の端部(41)に重ならず、電極の
非塗工部の表面で終端している構造を採用することも可
能である。

【００２１】又、集電タブ(４)の更に他の構成として、
図３(ｃ)に示す如く、２枚の短冊状金属板(43)(44)によ
って電極の非塗工部を両側から挟み込んでおり、両金属
板(43)(44)の端部(41)(42)が非塗工部から離れた位置で
互いに接合されている構造を採用することも可能であ
る。

【００２２】次に、上記本発明のリチウムイオン二次電
池の具体的な作製方法と、作製した各種電池を対象とす
る放電特性の測定結果について説明する。

【００２３】正極の作製 正極活物質(ＬｉＣｏＯ_２)、導電剤(カーボン粉末)、及
び結着剤(フッ素樹脂粉末)からなる正極合剤を溶媒に分
散させてスラリーを調製し、該スラリーを正極芯体とし
ての厚さ２０μｍのアルミニウム箔の両面にドクターブ
レード法により塗布し、１５０℃で２時間の真空乾燥を
施して、幅５０ｍｍ、長さ１５００ｍｍの正極(21)を作
製した。尚、正極(21)には、その長手方向の５箇所に、
幅１０ｍｍの非塗工部(25)を等間隔に設けた。

【００２４】そして、長さ１２５ｍｍ、幅７ｍｍのアル
ミニウム製の集電タブ(４)を中央部で折り曲げて、前記
正極(21)の非塗工部(25)を両側から挟み込み、はとめ接
着によって集電タブ(４)と正極(21)とを互いに接合し
た。

【００２５】負極の作製 負極材料(黒鉛粉末)と結着剤(フッ素樹脂粉末)からなる
負極合剤を溶媒に分散させてスラリーを調製し、該スラ
リーを負極芯体としての厚さ２０μｍの銅箔の両面にド
クターブレード法により塗布し、１５０℃で２時間の真
空乾燥を施して、幅５５ｍｍ、長さ１６００ｍｍの負極
(23)を作製した。尚、負極(23)には、その長手方向の５
箇所に、幅１０ｍｍの非塗工部(27)を等間隔に設けた。
そして、長さ１２５ｍｍ、幅７ｍｍのニッケル製の集電
タブ(４)を中央部で折り曲げて、前記負極(23)の非塗工
部(27)を両側から挟み込み、はとめ接着によって集電タ
ブ(４)と負極(23)とを互いに接合した。

【００２６】電解液の調製 エチレンカーボネートとジエチルカーボネートの混合溶
媒にＬｉＰＦ_６溶質を溶かし、電極液を調製した。

【００２７】電池の組立 正極(21)及び負極(23)を、それぞれの活物質層がセパレ
ータ(22)を介して互いに対向するように重ね合わせ、こ
れらを渦巻き状に巻き取って、巻き取り電極体(２)を作
製した。該巻き取り電極体(２)においては、一方の端部
から正極の集電タブ(４)が突出し、他方の端部から負極
の集電タブ(４)が突出することになる。尚、セパレータ
(22)としてはイオン透過性のポロプロピレン製微多孔膜
を用いた。

【００２８】次に、電池缶(１)を構成する筒体(11)に巻
き取り電極体(２)を装填し、各蓋体(12)には、電極端子
機構(９)を取り付けた。次に、巻き取り電極体(２)の各
端部に突出する集電タブ(４)の先端部(41)を各蓋体(12)
の電極端子機構(９)の基端部にレーザ溶接した後、各蓋
体(12)を筒体(11)の各端部にレーザ溶接した。そして、
ガス排出弁のネジ孔から電解液を注入した後、ガス排出
弁をねじ込んで、本発明電池Ａを組み立てた。

【００２９】又、長さ６０ｍｍ、幅７ｍｍの２枚のアル
ミニウム板によって図３(ｃ)の如く正極(21)の非塗工部
を挟み込み、正極側の集電タブ(４)としたこと以外は本
発明電池Ａと同様にして、本発明電池Ｂを作製した。

【００３０】更に、図６に示す従来の集電構造におい
て、幅５０ｍｍ、長さ１５００ｍｍの正極芯体の側縁部
に幅５ｍｍの非塗工部(25)を有し、該非塗工部(25)に幅
５ｍｍの１０枚のアルミニウム製の集電タブ(３)を溶接
した正極(21)を使用すること以外は上記本発明電池Ａと
同様にして、比較電池Ｘを作製した。

【００３１】電池特性の測定 上記の本発明電池Ａ、Ｂ及び比較電池Ｘに対し、下記条
件で充放電試験を行なって、低率放電容量と高率放電容
量とを測定し、下記数１で表わされる放電容量維持率を
算出した。

【００３２】(低率放電の条件) 充電電流： ４００ｍＡ 充電終止電圧： ４．１Ｖ 放電電流： ４００ｍＡ 放電終止電圧： ２．７Ｖ

【００３３】(高率放電の条件) 充電電流： ４００ｍＡ 充電終止電圧： ４．１Ｖ 放電電流： ５Ａ 放電終止電圧： ２．７Ｖ

【００３４】

【数１】(放電容量維持率)＝(高率放電容量)／(低率放
電容量)×１００

【００３５】放電容量維持率の算出結果を表１に示す。

【表１】

【００３６】表１の結果から明らかな様に、本発明電池
Ａ及びＢでは、比較電池Ｘよりも大きな放電容量維持率
が得られており、本発明電池Ａ及びＢは高率放電特性に
優れていると言える。これは、本発明電池では、集電タ
ブによって電極の芯体を両側から挟み込んだ集電構造を
採用することによって、電極における反応が均一化さ
れ、高率放電容量が増加したためと考えられる。

【００３７】又、本発明電池Ａでは、本発明電池Ｂより
も僅かに大きな放電容量維持率が得られている。これ
は、図３(ａ)に示す如く本発明電池Ａでは、電極非塗工
部の両面に対する集電タブ(４)の２つの接合領域が、集
電タブ(４)の折り曲げ部(40)にて互いに電気的に導通し
ているのに対し、同図(ｃ)の如く本発明電池Ｂでは、集
電タブ(４)を構成する２枚の金属板(43)(44)が切り離さ
れているという構造の違いによるものと推定される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るリチウムイオン二次電池の一部破
断正面図である。

【図２】該リチウムイオン二次電池に用いられている正
極の展開図である。

【図３】本発明に係るリチウムイオン二次電池に採用可
能な各種集電構造を示す断面図である。

【図４】集電タブと電極とを接合するためのはとめ接着
の構造を示す拡大断面図である。

【図５】従来のリチウムイオン二次電池の一部破断正面
図である。

【図６】該リチウムイオン二次電池に用いられている巻
き取り電極体の一部展開斜視図である。

【符号の説明】

(１) 電池缶 (11) 筒体 (12) 蓋体 (２) 巻き取り電極体 (21) 正極 (22) セパレータ (23) 負極 (24) 塗工部 (25) 非塗工部 (26) 塗工部 (27) 非塗工部 (４) 集電タブ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 喜田 佳典 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 船橋 淳浩 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 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） 5H014 AA04 BB08 HH06 5H022 AA09 CC08 CC12 CC16 CC19 EE01

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電池缶(１)の内部に、それぞれ帯状の正
   極(21)と負極(23)の間に非水電解液を含むセパレータ(2
   2)を介在させてこれらを積層した電極体(２)が収納さ
   れ、正極(21)及び負極(23)はそれぞれ、帯状芯体の表面
   に活物質を塗布して構成され、該電極体(２)が発生する
   電力を一対の電極端子部から外部へ取り出すことが出来
   る非水電解液二次電池において、 正極(21)及び負極(23)にはそれぞれ、帯状芯体の少なく
   とも片面に活物質が塗布されている塗工部と、帯状芯体
   の両面に亘って活物質の塗布されていない非塗工部と
   が、帯状芯体の長手方向に交互に形成され、各非塗工部
   には、集電タブ(４)が非塗工部を両側から挟み込んで接
   合され、該集電タブ(４)の先端部(41)が電極端子部に連
   結されていることを特徴とする非水電解液二次電池。
2. 【請求項２】 集電タブ(４)は、１枚の短冊状金属板か
   ら形成され、該金属板を折り曲げて非塗工部を両側から
   挟み込んでいる請求項１に記載の非水電解液二次電池。
3. 【請求項３】 前記短冊状金属板は、帯状芯体の幅の２
   倍以上の長さに形成されている請求項２に記載の非水電
   解液二次電池。
4. 【請求項４】 集電タブ(４)は、２枚の短冊状金属板か
   ら形成され、両金属板によって非塗工部を両側から挟み
   込んでおり、両金属板は、非塗工部から離れた位置で互
   いに接合されている請求項１に記載の非水電解液二次電
   池。