JP2005203374A - 二次電池 - Google Patents

Abstract

【課題】 集電板と電極組立体とを安定的に接触させることにより，電極組立体から電流をより効率よく集電することができる二次電池を提供する。
【解決手段】 ケース１１と，陽極板２１，陰極板２３，及び陽極板２１と陰極板２３との間に介在されるセパレータ１３を有し，ケース１１内に取り付けられる電極組立体２０と，ケースを１１密閉するキャップ組立体３０と，電極組立体２０の陽極板２１及び陰極板２３に，各々電気的に接続される陽極用集電板４０及び陰極用集電板６０と，を有し，陽極用集電板４０及び陰極用集電板６０のうち少なくとも一方は，板状の本体４１と，本体４１から突出し，対応する陽極板２１または陰極板２３と接触する接触部と，を備えることを特徴とする。
【選択図】 図３

Description

本発明は二次電池に係り，電極組立体の陽極板が，タップを介してキャップ組立体に連結される構造を有する二次電池に関するものである。

最近，小型化及び携帯化の可能な電子機器，モータ駆動用高出力電池には，主として高エネルギー密度の非水電解液の二次電池が用いられている。このような非水電解液の二次電池における陽極及び陰極としては，リチウムなどのアルカリ金属が使用されているため，リチウムなどのアルカリ金属が大気中の水分と反応しないように，電池容器には密閉構造が採用されている。

このような密閉構造の二次電池は，上部が開放された缶（外装缶）と，缶の内部に装着され，電解液が含浸された電極組立体と，缶を密閉するように缶に結合され，外部端子，つまり陽極端子部が形成されたキャップ組立体とを含む。また，電極組立体の陽極板及び陰極板には電気的に連結される集電板が各々備えられており，上部に位置する集電板とキャップ組立体とは，タップを介して電気的に連結される構造を有する。

このように構成された二次電池において，電極組立体と外部端子とを連結する一つのタップは，電極組立体の各部位から発生した電圧の引出しが容易でなく，電極組立体とタップが溶接された領域と，これから離れた領域との間に電位差を生じさせる。この電位差は，充放電が続くに従い，タップと溶接される部位の劣化を深化させ，結果として，電池の出力低下及び寿命短縮をもたらす。このような現象は，短時間に充放電が繰り返されるモータ駆動用電池の場合に強く現れる。

このような問題点を解決するための二次電池が，例えば，特許文献１に提案されている。この二次電池は，電極組立体の一方向に複数のタップを形成し，これらのタップを外部端子部に連結される内部端子部に結合した構造を有する。そのほかにも，特許文献２，３及び４に，複数のタップを有する二次電池の例が提案されている。

また，電極組立体の陽極板及び陰極板に電気的に連結される集電板は，例えば，平坦な円板状であり，陽極板または陰極板と溶接により固定させるのが一般的である。

特開２００３−００７３４６号公報 特開２００１−１０２０２９号公報 米国特許公報第６，１９３，７６５号明細書 米国特許公報第６，３７２，３８０号明細書

しかし，このように構成された二次電池において，全面が平坦な状態の集電板を陽極板及び陰極板に各々溶接する時には，溶接される集電板と陽極板及び陰極板の部位とが良好な状態で密着されることが困難であった。

そこで，本発明は，このような問題に鑑みてなされたもので，その目的とするところは，集電板と電極組立体とを安定的に接触させることにより，電極組立体から電流をより効率よく集電することができる二次電池を提供することである。

上記課題を解決するために，本発明のある観点によれば，ケースと，陽極板，陰極板，及び陽極板と陰極板との間に介在されるセパレータを有し，ケース内に取り付けられる電極組立体と，ケースを密閉するキャップ組立体と，電極組立体の陽極板及び陰極板に，各々電気的に接続される陽極用集電板及び陰極用集電板と，を有し，陽極用集電板及び陰極用集電板のうち少なくとも一方は，板状の本体と，本体から突出し，対応する陽極板または陰極板と接触する接触部と，を備えることを特徴とする二次電池が提供される。

ここで接触部は，所定のパターンを有する少なくとも一つの溝とすることができる。またこの溝は，陽極用集電板または陰極用集電板に，放射状に形成することができる。例えば，陽極用集電板または陰極用集電板に，十字状に形成してもよい。

こうして，集電板に突出した例えば溝による接触部が形成されれば，溶接のために集電板を陽極板及び陰極板に所定の力で加圧する際に，接触部に加えられる圧力が高まって，接触部と陽極板及び陰極板との密着状態を強化することができる。つまり集電板の溶接状態を良好にすることができ，集電板が電極組立体と安定的に接触することができるので，電極組立体から電流をより効率よく集電することができ，性能を向上させることができる。さらに，接触部は溶接時に溶接ガイドラインの役割を果たすことができるので，溶接作業性を向上させることもできる。

キャップ組立体の近傍に位置する，陽極用集電板または陰極用集電板には，ケースの内部に注入される電解液を集電板の外部から容易に注入できるようにする電解液を注入するための電解液注入用貫通孔が少なくとも一つ形成されていることが望ましい。

また，キャップ組立体の近傍に位置する，陽極用集電板または陰極用集電板の本体には，キャップ組立体に電気的に接続されるタップが，本体と一体的に形成することができる。本体と一体的に形成することにより，タップが集電板及びキャップ組立体から分離し易くなるのを防止することができる。

また，接触部は，レーザ溶接により陽極用集電板または陰極用集電板に固定することが望ましく，集電板に対する溶接作業性も向上させることができる。

本発明の二次電池は外形が円筒状に形成することができる。また，短時間内の反復的な充放電による溶接部位の劣化と熱発生を減少させることができるので，モータ駆動に用いることが可能である。

以上のように本発明によると，集電板に突出した接触部が形成されることにより，溶接のために集電板を陽極板及び陰極板に所定の力で加圧する際に，接触部と陽極板及び陰極板との密着状態を強化し，集電板の溶接状態を良好にすることができるので，溶接が簡単になって生産性を向上させることができるとともに，電極組立体から電流をより効率よく集電することができ，性能を向上させることができる。

以下に添付図面を参照しながら，本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお，本明細書及び図面において，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

図１には本実施の形態による二次電池を示す。二次電池は，円筒状又は六面体状を有し，上面が開放されたケース（又は外装缶）１１と，ケース１１の内部に挿入される電極組立体２０と，ケース１１に結合され，ケース１１を密閉するキャップ組立体３０と，電極組立体２０の陽極板２１の集電体に電気的に連結される陽極用集電板である集電板４０と，集電板４０とキャップ組立体３０とを電気的に連結するタップ５０とを備えている。

このように構成された二次電池をその構成要素別に詳細に説明するとつぎのようである。ケース１１は，アルミニウム又はアルミニウム合金などのような導電性金属材からなる。その形状は，前述したような，電極組立体２０が内蔵される空間部を有する円筒状又は六面体状に限定されず，電極組立体２０を内蔵し得る構造であればどんなものであっても可能である。

一方，電極組立体２０は，それぞれの活物質が集電体にコートされて構成された陽極板２１及び陰極板２３間にセパレータ２２を介在して積層状態になるか，陽極板２１，セパレータ２２及び陰極板２３が積層された状態で，これらを巻き付けて構成したゼリーロール型に形成できる。本実施の形態において，ケース１１は円筒型，電極組立体２０はゼリーロール型に形成される。

このように構成された電極組立体２０の陰極板２３の下部（図面基準）には，この陰極板２３の集電体に陰極活物質が塗布されていない無地部２３ａが形成されてケース１１の底面に接触し，陽極板２１の上部（図面基準）には，集電板４０に電気的に連結されるように，その集電体の縁部に陽極物質が塗布されていない無地部２１ａが形成される。ここで，陰極板２３及びケース１１間には，図２に示すように，陰極板２３の無地部２３ａとケース１１の底面に接触する陰極用集電板６０をさらに配置することもできる。

キャップ組立体３０は，ケース１１に結合されてケース１１を密閉するものであって，外部端子３１ａを有するキャッププレート３１と，ケース１１とキャッププレート３１とを互いに絶縁させるガスケット３２とを有する。このキャップ組立体３０には，内部圧力を緩衝し得る空間部を有し，設定圧力で破損されてガスを放出することにより，電池の爆発を防止する安全弁を有するベントプレート３３がさらに設けられる。

安全弁は，ベントプレートに形成されたものに限定されなく，設定圧力でタップ５０を介した電極組立体２０と外部端子との電気的接続を短絡させ得る構造であれば，どんなものであっても可能である。

集電板４０は，図３に示すように，円板状の本体４１を有し，この本体４１には，電極組立体２０側に突出して陽極板２１の無地部２１ａと電気的に接触する接触部として機能するように，少なくとも一つの溝４２が形成される。

ここで，本体４１は，その形状が円形に限定されずに，三角形，四角形，多角形などの多様な形状に形成することができる。溝４２は本体４１をビーディング加工することで形成することができる。このような溝４２は複数形成され，本体４１に放射状に配置可能である。その一例として，図３に示すように，溝４２の数を四つにして本体４１に十字状に配置することができる。

本実施の形態において，溝４２は，本体４１の外周から本体４１の中心側に一文字形に形成されるが，一定間隔で突出したエンボス形態に形成することもでき，その断面が四角形，三角形，半球形などの多様な形状に形成できる。本体４１の中央部には中央孔４４が形成され，その周囲には上方に突出した把持部４５がさらに設けられる。把持部４５は，集電板４０を陽極板２１に溶接する時に，集電板が陽極板２１上で動かずに正確な位置に置かれるよう，任意の装置が固定させることができるようにする役割を果たす。

このように構成された二次電池１０は，その製造に際して，ケース１１の内部に電極組立体２０が挿入された状態で，集電板４０を電極組立体２０の上面に載せ，集電板４０を電極組立体２０の陽極板２１に電気的に連結させる。この際，この電気的連結は，陽極板２１の無地部２１ａと接触する集電板４０の溝４２による突出部をレーザ溶接で固定させることでなされる（図４参照）。

このような集電板４０の構造を有する本実施の形態の二次電池１０は，溝４２による突出部により，溶接の際に集電板を陽極板及び陰極板に所定の力で加圧する圧力が高まって，溝４２と陽極板２１との密着状態を強化することができる。集電板４０が電極組立体２０と安定的に接触することができるので，電極組立体２０から電流をより効率よく集電することができ，その品位を一層向上させることができる。さらに，溝４２は溶接時に溶接ガイドラインの役割を果たすことができるので，集電板４０に対する溶接作業性も向上させることができる。

このような集電板４０による効果は，図２に示す陰極用集電板６０に対しても得られる。ここで，陰極用集電板６０が有する接触部６１の構造と，電極組立体２０の陰極板２３との固定は，前述した陽極用の集電板４０の場合と同様である。

（第２の実施の形態）
第２の実施の形態においては，以下のような構成を有する陽極用の集電板４０を用いることを特徴としている。集電板４０以外の構造は，第１の実施の形態と同様であるので，説明は省略する。図５は本実施の形態による陽極用の集電板４０を示す斜視図であり，基本的な構成は第１の実施の形態の集電板と同様である。

すなわち，集電板４０は板状の本体４１を有し，これに加え，電極組立体と電気的に接触してレーザ溶接などで固定される接触物となる溝４２が複数形成されている。このような集電板４０の本体４０には少なくとも一つの貫通孔４３が形成できる。この貫通孔４３は，ケース１１の内部に注入される電解液を集電板４０の外部から容易に注入できるようにする役割をする。

さらに，集電板４０には，この集電板４０とキャップ組立体３０とを電気的に連結するタップ５０がランシング（ｌａｎｃｉｎｇ）加工などにより，本体４１に一体的に形成できる。このタップ５０は，集電板４０及びキャップ組立体３０に付着して形成するものではなく，本体４１の一部を切開し，切開した部分を本体４１に対して曲げて形成したものであり，本体４１の一部となっている。

すなわち，タップ５０を介して集電板４０とキャップ組立体３０とを連結する際に，本体４１の一部のみがキャップ組立体３０に接触する構造であるので，タップ５０が集電板４０及びキャップ組立体３０から分離し易くなるのを防止し，二次電池の機能向上に効果的である。

以上，添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが，本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された範疇内において，各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

実施の形態においては，陽極用集電板が上部に位置する二次電池について説明しているが，陰極用集電板が上部に位置して極性構造が逆の二次電池についても本発明は，適用は可能である。

本発明は二次電池に適用可能であり，ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ），電気自動車（ＥＶ），無線掃除機，電動自転車，電動スクーターなどの如く，モータにより作動する機器のモータを駆動するための二次電池に適用可能である。

第１の実施の形態による二次電池を示す断面図である。 第１の実施の形態による二次電池において，陰極用集電体が形成された場合の断面図である。 第１の実施の形態による陽極用の集電板を示す斜視図である。 第１の実施の形態による陽極用の集電板が電極組立体の陽極板に溶接された状態を示す部分断面図である。 第２の実施の形態による陽極用の集電板を示す斜視図である。

符号の説明

１１ ケース
２０ 電極組立体
２１ 陽極板
２１ａ 無地部
２２ セパレータ
２３ 陰極板
２３ａ 無地部
３０ キャップ組立体
３１ キャッププレート
３１ａ 外部端子
３２ ガスケット
３３ ベントプレート
４０ 集電板
４１ 本体
４２ 溝
４４ 中央孔
４５ 把持部
５０ タップ
６０ 陰極用集電板

Claims (9)

1. ケースと，
   陽極板，陰極板，及び前記陽極板と前記陰極板との間に介在されるセパレータを有し，前記ケース内に取り付けられる電極組立体と，
   前記ケースを密閉するキャップ組立体と，
   前記電極組立体の前記陽極板及び前記陰極板に，各々電気的に接続される陽極用集電板及び陰極用集電板と，
   を有し，
   前記陽極用集電板及び陰極用集電板のうち少なくとも一方は，
   板状の本体と，
   前記本体から突出し，対応する前記陽極板または前記陰極板と接触する接触部と，
   を備えることを特徴とする二次電池。
2. 前記接触部は，所定のパターンを有する少なくとも一つの溝であることを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
3. 前記少なくとも一つの溝は，前記陽極用集電板または前記陰極用集電板に，放射状に形成されることを特徴とする請求項２に記載の二次電池。
4. 前記溝は，前記陽極用集電板または前記陰極用集電板に，十字状に形成されることを特徴とする請求項３に記載の二次電池。
5. 前記キャップ組立体の近傍に位置する，前記陽極用集電板または前記陰極用集電板には，電解液注入用貫通孔が少なくとも一つ形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の二次電池。
6. 前記キャップ組立体の近傍に位置する，前記陽極用集電板または前記陰極用集電板の前記本体には，前記キャップ組立体に電気的に接続されるタップが，前記本体と一体的に形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の二次電池。
7. 前記接触部は，レーザ溶接により前記陽極用集電板または前記陰極用集電板に固定されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の二次電池。
8. 外形が円筒状であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の二次電池。
9. モータ駆動に用いられることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の二次電池。
   

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