JP2003151527A - 非水電解液電池およびその製造方法 - Google Patents
非水電解液電池およびその製造方法Info
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Abstract
的強度の低下を招くことなしに単位体積当たりの電池容
量の向上を図ることができる構成を備えた非水電解液電
池およびその製造方法を提供する。 【解決手段】電極群9と電解液とを収容した一方の電極
の電池ケース8と、電池ケース8の開口部を封止し、且
つ電気的接続された封口板17と、封口板17に絶縁状
態に配設された他方の電極の電極ターミナル21と、電
極群9の正,負の両極板28,29の各芯材30,31
に各々の一端部がそれぞれ接合され、各々の他端部が封
口板17および電極ターミナル21のうちの一方または
他方にそれぞれ接合された正、負極集電用リード10,
11とを備える。正,負極集電用リード10,11は、
薄肉短冊状のリード片部15,16の他端部に大きな厚
みt2に形成された接続部12,13を有している。
Description
も大容量を有する密閉形電池であるリチウムイオン二次
電池などの非水電解液(有機溶媒系電解液)電池および
その製造方法に関するものである。
携帯形通信機器などの電気機器のポータブル化やコード
レス化が急速に促進されている。これらの電気機器の駆
動用電源としては、従来においてニッケルカドミウム電
池やニッケル水素電池が主に用いられていたが、近年で
は、特に、急速充電が可能でエネルギ密度が高く、高い
安全性を有するリチウムイオン二次電池に代表される非
水電解液二次電池が主流になりつつある。この非水電解
液二次電池では、高エネルギ密度や負荷特性に優れた密
閉型とし、さらに、機器の薄型化に適し、且つスペース
効果の高い角形とすることが促進されている。
に対し単位体積当たりの電池容量の一層の向上を図る要
望が高い。そこで、従来では、単位体積当たりの電池容
量の向上を目的として、正,負極板の芯材(一般に正極
板はアルミニウム製芯材、負極板には、銅製の芯材がそ
れぞれ用いられている)を可及的に薄くして、その正,
負極板の芯材に正,負極集電用の各リードを抵抗溶接な
どで接続する手段を採用することが検討されている。
しては、溶接対象物の双方の厚さに大きな差がないこと
が好ましく、上述のように正,負極板の各々の芯材を薄
くするのに対応して正,負極集電用の各リードの厚みを
薄くすることは可能である。しかしながら、正極集電用
リードまたは負極集電用リードにおける芯材との溶接部
とは反対側の端部を溶接する封口板は、電池内圧の上昇
に対し所定の耐圧性能を有してことが必要であることか
ら、芯材に対し数倍の厚みに設定せざるおえない。その
ため、図6(a)に示すように、電極群1の芯材(図示
せず)に一端を接続した厚みの薄いリード2の他端部を
このリード2の数倍の厚みを有する封口板3に一対の抵
抗溶接電極4A,4Bを用いて抵抗溶接した場合には、
この溶接時に厚みの薄いリード2が封口板3よりも先に
溶けるので、同図(b)に示すように、溶接部周辺に亀
裂7が入ったり、あるいはスパークして穴が開いたり
し、溶接の接合強度および機械的強度が低下するだけで
なく、電池としたときの充放電時の内部抵抗が増大して
しまうという問題が生じる。
てなされたもので、集電用リードと封口板などとの接合
強度や機械的強度の低下を招くことなしに単位体積当た
りの電池容量の向上を図ることができる構成を備えた非
水電解液電池およびその製造方法を提供することを目的
とするものである。
に、本発明に係る非水電解液電池は、電極群と電解液と
を収容して一方の電極を兼ねる電池ケースと、前記電池
ケースに対しこれの開口部を封止して電気的に接続され
た封口板と、前記封口板に絶縁ガスケットを介し絶縁状
態に配設されて他方の電極となる電極ターミナルと、前
記電極群の正,負の両極板の各芯材に各々の一端部がそ
れぞれ接合されて前記電極群から取り出され、各々の他
端部が前記封口板および前記電極ターミナルのうちの一
方または他方にそれぞれ接合された正極集電用リードお
よび負極集電用リードとを備え、前記正極集電用リード
および負極集電用リードは、薄肉短冊状のリード片部の
他端部に、前記リード片部よりも大きな厚みに形成され
た接続部を有していることを特徴としている。
リードのリード片部の他端部に大きな厚みの接続部を備
えているので、上記リード片部の厚みを可及的に薄く設
定しても、接続部を介して厚みの大きな封口板などに対
し亀裂や穿孔などの不具合が生じることなく接合するこ
とができ、十分な接合強度や機械的強度を確保できる。
この効果を得ながらも、正、負極集電用リードの各リー
ド片部は、上述のように厚みを可及的に薄くできるの
で、正,負極板の各芯材および正、負極集電用リードの
各々のリード片部の厚みを共に薄くして単位体積当たり
の電池容量の向上を図ることができる。
の芯材の厚みが8〜20μmに設定され、正極集電用リ
ードおよび負極集電用リードの各々のリード片部の厚み
が50μm以下に設定されていることが好ましい。
みが従来の極板と同様になるように設定した場合、芯材
の厚みを薄くした分だけ単位体積当たりの電池容量の増
大を図ることができる。また、正,負極板は正、負極集
電用リードの各々のリード片部の一端部を芯材の巻き始
め端または巻き終わり端に接合して渦巻状に巻回される
ので、リード片部の厚みを薄くした分だけ電極群におけ
る渦巻状の中央部分が薄くなるから、従来と同様の外形
を有する電極群を構成する場合に渦巻状の中央部分が薄
くなった分だけ巻回数を増やすことができ、これによっ
ても単位体積当たりの電池容量を一層向上させることが
できる。
および負極集電用リードは、リード片部の他端部に接続
部を一体に有する形状に金型成形または/およびトリミ
ング加工によって形成されたものであることが好まし
い。この構成によれば、リードを生産性良く大量生産で
きる。
および負極集電用リードは、薄肉短冊状のリード片部の
他端部を折り畳みまたは渦巻状に巻回したのちに、加圧
加工を施すことによる圧潰手段で接続部が形成されたも
のとすることもできる。この構成によれば、例えば金属
箔を単なる薄肉短冊状に切断するだけでリード片部を形
成でき、そのリード片部の端部に折曲および加圧の加工
を施すだけで接続部を形成できるから、特に、加工性に
優れたアルミニウムを素材とする場合には、接続部を容
易に形成することができ、やはり生産性良く大量生産で
きる。
および負極集電用リードは、薄肉短冊状のリード片部の
他端部に前記リード片部よりも厚みの大きな接続部を貼
着して形成することもできる。この構成によれば、例え
ば金属箔を単なる薄肉短冊状に切断して形成したリード
片部の端部に、厚みの大きな接続部を接着手段などによ
って取り付けることにより形成できるので、金型による
成形加工や折曲および加圧の加工などが不要となるの
で、所要の形状を有するものを安価に大量生産できる。
極集電用リードおよび負極集電用リードにおける薄肉短
冊状に形成されたリード片部の一端部が正極板および負
極板の各芯材に接合された電極群を電池ケース内に収納
する工程と、前記正極集電用リードの前記リード片部の
他端部にこれよりも大きな厚みに形成された接続部をア
ルミニウム製の封口板に接合するとともに、前記負極集
電用リードの前記リード片部の他端部にこれよりも大き
な厚みに形成された接続部を、前記封口板に絶縁状態で
配設された負極ターミナルに接合する工程と、前記封口
板を前記電池ケースの開口部に嵌合して接合することに
よって前記電池ケースを封口する工程と、前記封口板の
注液孔から電解液を前記電池ケース内に注入したのち
に、前記注液孔を封栓する工程とを有していることを特
徴としている。
ミニウム製の正極集電用リードのリード片部の他端に設
けた厚みの大きい接続部を同一素材のアルミニウム製の
封口板に溶接により接合し、例えばニッケル製の負極集
電用リードのリード片部の他端に設けた厚みの大きい接
続部を、絶縁ガスケットにより封口板に絶縁して配設し
た負極ターミナルに接合するので、本発明の非水電解液
電池を不具合の発生を防止しながら生産性良く製造する
ことができる。
製の芯材における少なくとも負極集電用リードの接合箇
所に表面処理を施して粗面化し、この粗面化した前記芯
材の箇所に前記負極集電用リードのリード片部の一端部
を抵抗溶接して接合することが好ましい。これにより、
例えば、ニッケル製の負極集電用リードは、銅製の負極
側芯材に抵抗溶接することが可能となる。すなわち、負
極集電用リードと負極側芯材とを接触させたときには、
負極側芯材の表面の粗面化によって接触抵抗が上がるか
ら、抵抗溶接によって支障なく接合することができ、非
水電解液電池をコストダウンしながらも生産性良く大量
生産することが可能となる。
態について図面を参照しながら説明する。図1は本発明
の一実施の形態に係る非水電解液電池を示す縦断面図、
図2はその非水電解液電池の分解斜視図である。これら
の図において、アルミニウム製の有底角筒状の電池ケー
ス8内には、正極板、負極板およびセパレータを渦巻状
に巻回して横断面形状を長円形とした電極群9が収納さ
れている。
よびニッケル製の負極集電用リード11は、図2に明示
するように、薄肉短冊状となった正極側および負極側リ
ード片部15,16の各々の他端部に、大きな厚みに設
定された溶接用の正極側接続部12および負極側接続部
13がそれぞれ一体形成された形状を有している。正極
側および負極側リード片部15,16の各々の一端側
(図の下端側)は、それぞれ正極板および負極板の各々
の芯材に溶接されて電極群9から取り出されている。正
極板および負極板は、単位体積当たりの電池容量の向上
を図るために、その厚みを可及的に薄く設定されている
が、これについての詳細は後述する。正極集電用リード
10および負極集電用リード11の各々のリード片部1
5,16は、上述の芯材の厚みを薄くしたのに対応して
薄いを厚みに設定されている。
用リード11の他端部はそれぞれ枠体14の挿通孔14
a,14bに挿通されたのち、それらの他端の正極側接
続部12は平板状のアルミニウム製封口板17に、負極
側接続部13は負極端子板18にそれぞれ溶接されてい
る。この溶接としては、抵抗溶接、レーザー溶接または
超音波溶接の何れかを採用できるが、この実施の形態で
は抵抗溶接を行う。
箇所に嵌着され、封口板17は、枠体14上に載置して
支持された状態で電池ケース8にレーザー溶接されて、
電池ケース8の開口部を封口している。封口板17の中
央部の凹所19には上部絶縁ガスケット20が嵌め入れ
られており、ニッケルめっきされた鉄製のリベットから
なる負極ターミナル21は、上部絶縁ガスケット20を
介在して封口板17に対し絶縁された状態で上部絶縁ガ
スケット20および封口板17の各々の挿通孔に挿通さ
れている。この負極ターミナル21における上記上部絶
縁ガスケット20および封口板17をそれぞれ挿通した
下部は、さらに下部絶縁ガスケット22および上記負極
端子板18の各々の取付孔22a,18aにそれぞれ挿
通されたのち、下端部をかしめ加工されている。これに
より、負極端子板18は、下部絶縁ガスケット22を介
して封口板17に対し電気絶縁され、且つ上記かしめ加
工部を介して負極ターミナル21に電気的接続状態で取
り付けられている。
ーミナル21によって上部絶縁ガスケット20、下部絶
縁ガスケット22および負極端子板18が取り付けられ
た状態で電池ケース8の開口部に嵌入して溶接される。
そののち、電池ケース8内には、封口板17の注液孔1
7aを通じて電解液(図示せず)が注入される。注液孔
17aは、電解液の注入後に封栓23で閉塞される。
反対側の箇所に安全弁用孔部17bが形成されている。
図1に示すように、安全弁用孔部17bは、封口板17
の下面にクラッド工法で設けられたアルミニウム箔膜2
4で閉塞されており、この樹脂膜24における安全弁用
孔部17bを塞いでいる部分は、電池内圧の上昇時に破
断してガスを外部に放出するための安全弁24aを構成
している。一方、電池ケース8の底壁下面には正極ター
ミナル27が溶接されている。したがって、この非水電
解液電池は、電池ケース8が正極で、リベットからなる
負極ターミナル21が負極となる。
は負極集電用リード11の各々のリード片部15,16
の一端部を正極板28または負極板29の正極側芯材3
0または負極側芯材31に接続した状態を示す斜視図で
ある。正極板28はアルミニウムからなる正極側芯材3
0の両面に正極活物質32を塗着して構成され、負極板
29は銅からなる負極側芯材31の両面に負極活物質3
3を塗着して構成されている。すなわち、正極板28お
よび負極板29は、形成素材が異なるだけで、共に同一
構成であり、リード10,11との接続形態も同様であ
るので、同図には正負両方の符号を付してある。
9の各々の芯材30,31が8〜20μm以下の可及的
に小さい厚みt1に形成されている。これに伴って、
正、負極側集電用リード10,11の各々の薄肉短冊状
のリード片部15,16の厚みt2は、50μm以下に
極めて薄く設定されており、このリード片部15,16
の他端部に厚みt3の大きな接続部12,13が一体に
形成されている。なお、芯材30,31とこれの両側の
活物質32,33を含む極板28,29全体の厚みtは
120〜180μmである。
は、比較のために同図(b)に示すように、芯材30,
31の厚みT1が30μm程度であり、それに伴ってリ
ード2の厚みT2は100μm程度に設定されている。
なお、芯材30,31とこれの両側の活物質32,33
を含む極板全体の厚みtは、上記実施の形態と同様に1
40〜190μm程度である。
極板28,29の全体の厚みtが従来の極板と同様にな
るように設定した場合、芯材30,31の厚みt1が薄
くなった分だけ単位体積当たりの電池容量の増大を図る
ことができる。また、正,負極板28,29は正、負極
集電用リード10,11の各々のリード片部15,16
の一端部を芯材30,31の巻き始め端に溶接して渦巻
状に巻回されるので、リード片部15,16の厚みt2
が従来の100μmから50μmと薄くなった分だけ電
極群9における渦巻状の中央部分が薄くなるから、従来
と同様の外形を有する電極群9を構成する場合に渦巻状
の中央部分が薄くなった分だけ巻回数を増やすことがで
き、これによっても単位体積当たりの電池容量が約2%
程度向上する。
正,負極側芯材30,31および正、負極集電用リード
10,11の各々のリード片部15,16の厚みt1,
t2を薄くして単位体積当たりの電池容量の向上を図り
ながらも、厚みt2が薄いリード片部15,16と封口
板17および負極端子板18との溶接部分には、十分な
接合強度や機械的強度を確保できる。すなわち、図3に
明示するように、正,負極集電用リード10,11は、
一端側が芯材30,31に溶接により接続されたリード
片部15,16の他端部に厚みt3の大きな正,負極側
接続部12,13が一体形成された形状を有しているの
で、正,負極側接続部12,13の厚みt3は溶接対象
の封口板17または負極端子板18の厚みに適合するよ
う設定できるから、不具合が発生することなく溶接する
ことができる。この点について、図4を参照しながら詳
述する。
口板17に抵抗溶接する状態を示した縦断面図である。
電池ケース8内に収納した電極群9から枠体14の挿通
孔14aを通じて取り出した正極集電用リード10は、
これの他端部の正極側溶接部12が封口板17に対し一
対の抵抗溶接電極4A,4Bを用いて抵抗溶接すること
により、同図(b)に示すように、正極側溶接部12が
封口板17に接合される。このとき、正極側接続部12
は、封口板17と略同じ厚みに設定されているので、封
口板17とほぼ同時に溶けて高い接合強度で接合され、
その接合部の周辺に亀裂が生じたり、孔が開いたりする
といった不具合が生じることがないので、高い機械的強
度を確保できる。なお、同図に符号のみ示しているよう
に、負極集電用リード11の負極側接続部13の負極端
子板18への接続は、上述した正極集電用リード10と
同様に支障なく抵抗溶接することにより行える。
非水電解液に対して優れた耐腐食性を有して取扱い易い
アルミニウムを素材として形成され、負極集電用リード
11はニッケルを素材として形成されている。一方、上
述したように、正極側芯材30アルミニウムで形成さ
れ、負極側芯材31は銅により形成されている。したが
って、正極集電用リード10と正極側芯材30とは、同
一素材であることから、容易に抵抗溶接によって接合で
きる。これに対し、ニッケル製の負極集電用リード11
は、銅製の負極側芯材31に対しレーザー溶接または超
音波溶接によって接合することになる。ところが、レー
ザー溶接または超音波溶接は何れも大掛かりな装置を必
要とし、特に超音波溶接では、超音波を照射するホーン
の磨耗が激しいために、このホーンを早期に交換する必
要があり、大量生産に問題がある。
31における少なくとも負極集電用リード11の溶接箇
所が、表面処理を施すことによって表面が粗面化されて
いる。これにより、負極集電用リード11と負極側芯材
31とは、粗面化によって接触抵抗が上がるから、抵抗
溶接によって支障なく接合することができ、上記実施の
形態の非水電解液電池をコストダウンしながらも生産性
良く大量生産することが可能となる。
非水電解液電池に好適に用いることができる種類の異な
る正極集電用または負極集電用のリード10,11を示
したものであり、これらは正極集電用および負極集電用
の双方に用いることができるが、いま、正極集電用リー
ド10として説明する。(a)の正極集電用リード10
は、金型を用いた成形加工により、正極側リード片部1
5の端部に矩形状の正極側接続部12を一体に有した形
状に形成されたものであり、生産性良く大量生産でき
る。
のものと同様に金型を用いた成形加工によって形成した
のちに、正極側接続部12における薄肉短冊状部のリー
ド片部との境界部分にトリミング加工を施してテーパー
面34を形成したものである。この正極集電用リード1
0では、(a)のものと同様に生産性良く大量生産でき
る効果を得られるのに加えて、組立時においてリード片
部15を折曲させる際に接続部12とリード片部15と
の境界部分に生じ易い切断や亀裂をテーパー面34によ
って確実に防止できる利点がある。
冊状のリード片部15の端部を交互に反対方向に折り畳
むようにして重ね合わせたのちに、この重ね合わせ部を
加圧加工により圧潰することによって接続部12を形成
したものである。(d)の正極集電用リード10は、薄
肉短冊状のリード片部の端部を渦巻状に巻き込んで重ね
合わせたのちに、この重ね合わせ部を加圧加工により圧
潰することによって接続部12を形成したものである。
この(C),(d)の各正極用集電リード10は、例え
ば金属箔を単なる薄肉短冊状に切断するだけでリード片
部15を形成でき、そのリード片部15の端部に折曲お
よび加圧の加工を施すだけで接続部12を形成でき、特
に、この正極用集電リード10は加工性に優れたアルミ
ニウムを素材とするので、接続部12を容易に形成する
ことができ、やはり生産性良く大量生産できる。
金属箔を単なる薄肉短冊状に切断して形成したリード片
部15の端部に、矩形状の接続部12を接着手段などに
よって取り付けるものであり、金型による成形加工や折
曲および加圧の加工が不要となるので、やはり所要の形
状を有するものを生産性良く大量生産できる。
よれば、正、負極集電用リードのリード片部の他端部に
大きな厚みの溶接用の接続部を備えた構成としたので、
上記リード片部の厚みを可及的に薄く設定しても、接続
部を介して厚みの大きな封口板などに対し亀裂や穿孔な
どの不具合が生じることなく溶接することができ、十分
な接合強度や機械的強度を確保できる。この効果を得な
がらも、正、負極集電用リードの各リード片部は、上述
のように厚みを可及的に薄くできるので、正,負極板の
各芯材および正、負極集電用リードの各々のリード片部
の厚みを共に薄くして単位体積当たりの電池容量の向上
を図ることができる。
によれば、アルミニウム製の正極集電用リードのリード
片部の他端に設けた厚みの大きい接続部を同一素材のア
ルミニウム製の封口板に溶接により接合し、ニッケル製
の負極集電用リードのリード片部の他端に設けた厚みの
大きい接続部を、絶縁ガスケットにより封口板に絶縁し
て配設した負極ターミナルに溶接により接合するので、
本発明の非水電解液電池を不具合の発生を防止しながら
生産性良く製造することができる。
示す縦断面図。
を極板の芯材に接続した状態を示す斜視図、(b)は比
較のために示した従来の非水電解液電池におけるリード
を極板の芯材に接続した状態を示す斜視図。
ける正極集電用リードを封口板に抵抗溶接する状態を示
す縦断面図、(b)は組み立て後の切断側面図。
池における種類の異なる正,負極集電用リードをそれぞ
れ示す斜視図または分解斜視図。
過程を示す一部の縦断面図および側面図。
Claims (7)
- 【請求項1】 電極群と電解液とを収容して一方の電極
を兼ねる電池ケースと、 前記電池ケースに対しこれの開口部を封止して電気的に
接続された封口板と、 前記封口板に絶縁ガスケットを介し絶縁状態に配設され
て他方の電極となる電極ターミナルと、 前記電極群の正,負の両極板の各芯材に各々の一端部が
それぞれ接合されて前記電極群から取り出され、各々の
他端部が前記封口板および前記電極ターミナルのうちの
一方または他方にそれぞれ接合された正極集電用リード
および負極集電用リードとを備え、 前記正極集電用リードおよび負極集電用リードは、薄肉
短冊状のリード片部の他端部に、前記リード片部よりも
大きな厚みに形成された接続部を有していることを特徴
とする非水電解液電池。 - 【請求項2】 正,負の両極板の各々の芯材の厚みが8
〜20μmに設定され、正極集電用リードおよび負極集
電用リードの各々のリード片部の厚みが50μm以下に
設定されている請求項1に記載の非水電解液電池。 - 【請求項3】 正極集電用リードおよび負極集電用リー
ドは、リード片部の他端部に接続部を一体に有する形状
に金型成形または/およびトリミング加工によって形成
されたものである請求項1または2に記載の非水電解液
電池。 - 【請求項4】 正極集電用リードおよび負極集電用リー
ドは、薄肉短冊状のリード片部の他端部を折り畳みまた
は渦巻状に巻回したのちに、加圧加工を施すことによる
圧潰手段で接続部が形成されたものである請求項1また
は2に記載の非水電解液電池。 - 【請求項5】 正極集電用リードおよび負極集電用リー
ドは、薄肉短冊状のリード片部の他端部に前記リード片
部よりも厚みの大きな接続部を貼着して形成されている
請求項1または2に記載の非水電解液電池。 - 【請求項6】 正極集電用リードおよび負極集電用リー
ドにおける薄肉短冊状に形成されたリード片部の一端部
が正極板および負極板の各芯材に接合された電極群を電
池ケース内に収納する工程と、 前記正極集電用リードの前記リード片部の他端部にこれ
よりも大きな厚みに形成された接続部をアルミニウム製
の封口板に溶接して接合するとともに、前記負極集電用
リードの前記リード片部の他端部にこれよりも大きな厚
みに形成された接続部を、前記封口板に絶縁状態で配設
された負極ターミナルに接合する工程と、 前記封口板を前記電池ケースの開口部に嵌合して前記電
池ケースを封口する工程と、 前記封口板の注液孔から電解液を前記電池ケース内に注
入したのちに、前記注液孔を封栓する工程とを有してい
ることを特徴とする非水電解液電池の製造方法。 - 【請求項7】 負極板の銅製の芯材における少なくとも
負極集電用リードの接合箇所に表面処理を施して粗面化
し、この粗面化した前記芯材の箇所に前記負極集電用リ
ードのリード片部の一端部を抵抗溶接して接合するよう
にした請求項6に記載の非水電解液電池の製造方法。
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