JP2006236790A - 角型二次電池 - Google Patents
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Abstract
【課題】 電池の内部抵抗を増大させることなく、電極体と集電部材とを１箇所の溶接で互いに接続することが出来る角型二次電池を提供する。
【解決手段】 本発明に係る角型二次電池は、一対の電極端子12、12を具えた扁平な電池缶11の内部に巻き取り電極体２を収容して構成され、該電極体２の両端部から突出する芯体21、22と両電極端子12、12は、集電部材３を介してそれぞれ互いに接続されている。集電部材３は金属板をプレス加工してなり、芯体と接続される芯体接続部32と、前記電極端子12と接続される端子接続部31と、該芯体接続部32と端子接続部31を互いに繋ぐ連繋部33とを具えている。芯体接続部32は、金属板を折り曲げて１枚の板状に形成され、電極体２の中央孔28に挿入されて、その両側に位置する芯体束部に超音波溶接されている。集電部材３の連繋部33は、芯体接続部32とは直交し、芯体の端縁に沿って芯体の外周面側へ伸びている。
【選択図】 図１
【解決手段】 本発明に係る角型二次電池は、一対の電極端子12、12を具えた扁平な電池缶11の内部に巻き取り電極体２を収容して構成され、該電極体２の両端部から突出する芯体21、22と両電極端子12、12は、集電部材３を介してそれぞれ互いに接続されている。集電部材３は金属板をプレス加工してなり、芯体と接続される芯体接続部32と、前記電極端子12と接続される端子接続部31と、該芯体接続部32と端子接続部31を互いに繋ぐ連繋部33とを具えている。芯体接続部32は、金属板を折り曲げて１枚の板状に形成され、電極体２の中央孔28に挿入されて、その両側に位置する芯体束部に超音波溶接されている。集電部材３の連繋部33は、芯体接続部32とは直交し、芯体の端縁に沿って芯体の外周面側へ伸びている。
【選択図】 図１
Description
本発明は、扁平な電池缶の内部に二次電池要素となる巻き取り電極体が収容され、電池缶に設けた一対の電極端子から電極体の発生電力を取り出すことが出来る角型二次電池に関するものである。
近年、携帯型電子機器、電気自動車等の動力源として、エネルギー密度の高いリチウム二次電池が開発されており、その中でも体積エネルギー密度の高い角型二次電池が注目されている。
図６に示す如く、従来の角型二次電池(４)は、扁平な電池缶(11)の内部に発電要素となる巻き取り電極体(２)を収容して構成され、電池缶(11)には、一対の電極端子(12)(12)が取り付けられている(特許文献１参照)。
巻き取り電極体(２)は、それぞれ帯状の正極及び負極の間に帯状のセパレータを介在させてこれらを渦巻き状に巻回して構成されると共に、巻回軸に垂直な方向に圧縮されて扁平な形状を有している。巻き取り電極体(２)の両端部には、正極及び負極をそれぞれ構成する金属箔からなる正極芯体(21)及び負極芯体(22)の端部が突出し、該正極芯体(21)及び負極芯体(22)の端部にはそれぞれ、集電部材(40)が溶接されている。
巻き取り電極体(２)は、それぞれ帯状の正極及び負極の間に帯状のセパレータを介在させてこれらを渦巻き状に巻回して構成されると共に、巻回軸に垂直な方向に圧縮されて扁平な形状を有している。巻き取り電極体(２)の両端部には、正極及び負極をそれぞれ構成する金属箔からなる正極芯体(21)及び負極芯体(22)の端部が突出し、該正極芯体(21)及び負極芯体(22)の端部にはそれぞれ、集電部材(40)が溶接されている。
集電部材(40)は、金属板を一体成型して構成され、図７及び図８に示す如く、略Ｌ字状を呈している。集電部材(40)の一方の端部には、正極芯体(21)或いは負極芯体(22)に溶接されるべき一対の芯体接続部(41)(41)が、金属板の両側部を垂直に折り曲げて形成され、他方の端部には、電極端子(12)と接合されるべき端子接続部(43)が、金属板の端部を垂直に折り曲げて形成されている。又、両芯体接続部(41)(41)と端子接続部(43)の間には平坦な連繋部(42)が形成されている。
図７に示す如く、電極端子(12)は、集電部材(40)の端子接続部(43)に溶接により接合される。
巻き取り電極体(２)の一方の端部に突出する正極芯体(21)の巻回軸心部には、中央孔(28)が形成されている。集電部材(40)と正極芯体(21)は、集電部材(40)の芯体接続部(41)(41)を中央孔(28)の内部に挿入した後、正極芯体(21)を巻き取り電極体(２)の圧縮方向の両側から加圧し、両芯体接続部(41)(41)の外表面(41a)(41a)と正極芯体(21)の内周面とを密着させた状態で、超音波溶接により互いに接合される。
同様にして、巻き取り電極体(２)の他方の端部に突出する負極芯体(22)にも集電部材(40)が接合される。
巻き取り電極体(２)の一方の端部に突出する正極芯体(21)の巻回軸心部には、中央孔(28)が形成されている。集電部材(40)と正極芯体(21)は、集電部材(40)の芯体接続部(41)(41)を中央孔(28)の内部に挿入した後、正極芯体(21)を巻き取り電極体(２)の圧縮方向の両側から加圧し、両芯体接続部(41)(41)の外表面(41a)(41a)と正極芯体(21)の内周面とを密着させた状態で、超音波溶接により互いに接合される。
同様にして、巻き取り電極体(２)の他方の端部に突出する負極芯体(22)にも集電部材(40)が接合される。
しかしながら、上記従来の角型二次電池(４)においては、上述の如く、巻き取り電極体(２)と集電部材(40)とを互いに電気的に接続するために、集電部材(40)の一方の芯体接続部(41)の外表面(41a)とこれに対向する正極芯体(21)或いは負極芯体(22)の内周面との間、及び集電部材(40)の他方の芯体接続部(41)の外表面(41a)とこれに対向する正極芯体(21)或いは負極芯体(22)の内周面との間の２箇所で溶接する必要があり、工数が多くなる問題があった。
そこで、巻き取り電極体と集電部材を１箇所の溶接で互いに電気的に接続することが出来る角型二次電池(５)が提案されている(特許文献２参照)。
該角型二次電池(５)は、図９に示す如く、扁平な電池缶(11)の内部に発電要素となる巻き取り電極体(２)を収容して構成され、電池缶(11)には、一対の電極端子(12)(12)が取り付けられている。巻き取り電極体(２)の両端部には、正極芯体(21)及び負極芯体(22)の端部が突出し、該正極芯体(21)及び負極芯体(22)の端部にはそれぞれ、集電部材(50)が溶接されている。
該角型二次電池(５)は、図９に示す如く、扁平な電池缶(11)の内部に発電要素となる巻き取り電極体(２)を収容して構成され、電池缶(11)には、一対の電極端子(12)(12)が取り付けられている。巻き取り電極体(２)の両端部には、正極芯体(21)及び負極芯体(22)の端部が突出し、該正極芯体(21)及び負極芯体(22)の端部にはそれぞれ、集電部材(50)が溶接されている。
集電部材(50)は、図１１に示す如く、電極端子(12)と接合されるべき平板状の端子接続部(51)を具えると共に、該端子接続部(51)に対して直交して、正極芯体(21)或いは負極芯体(22)に溶接されるべき平板状の芯体接続部(53)と、該芯体接続部(53)と前記端子接続部(51)を互いに繋ぐ平板状の連繋部(52)とを具え、全体が略Ｔ字状を呈している。
図１０に示す如く、電極端子(12)は、集電部材(50)の端子接続部(51)に溶接により接合される。
巻き取り電極体(２)の一方の端部に突出する正極芯体(21)の巻回軸心部には、中央孔(28)が形成されている。集電部材(50)と正極芯体(21)は、集電部材(50)の芯体接続部(53)を中央孔(28)の内部に挿入した後、正極芯体(21)を巻き取り電極体(２)の圧縮方向の両側から加圧し、芯体接続部(53)の表面に正極芯体(21)の内周面を密着させた状態で、超音波溶接により互いに接合される。
同様にして、巻き取り電極体(２)の他方の端部に突出する負極芯体(22)にも集電部材(50)が接合される。
特開２００３−２４９４２３号公報
特開２０００−４０５０１号公報
巻き取り電極体(２)の一方の端部に突出する正極芯体(21)の巻回軸心部には、中央孔(28)が形成されている。集電部材(50)と正極芯体(21)は、集電部材(50)の芯体接続部(53)を中央孔(28)の内部に挿入した後、正極芯体(21)を巻き取り電極体(２)の圧縮方向の両側から加圧し、芯体接続部(53)の表面に正極芯体(21)の内周面を密着させた状態で、超音波溶接により互いに接合される。
同様にして、巻き取り電極体(２)の他方の端部に突出する負極芯体(22)にも集電部材(50)が接合される。
しかしながら、上記従来の角型二次電池(５)の集電部材(50)においては、図１０に示す様に、芯体接続部(53)と連繋部(52)とが巻き取り電極体(２)の圧縮方向と直交する同一平面上に伸びているため、芯体接続部(53)を巻き取り電極体(２)の中央孔(28)内に挿入可能とするべく、図１１に示す連繋部(52)の高さｈ１は、芯体接続部(53)の高さｈ２よりも小さく形成されている。これによって連繋部(52)の断面積は小さなものとなり、巻き取り電極体(２)と電極端子(12)の間の導通経路である連繋部(52)の断面積を充分に確保することが出来ないため、集電部材(50)の電気抵抗が大きなものとなり、この結果、電池の内部抵抗が増大する問題があった。
そこで、集電部材(50)の電気抵抗を減小させるべく、巻き取り電極体(２)と各電極端子(12)の間の導通経路として充分に広い連繋部(52)の断面積を確保した場合には、電池缶(11)の内面と巻き取り電極体(２)の両端部との間に無駄なスペースが生じることとなり、これによって、電池(５)の体積エネルギー密度が低下するため、連繋部(52)の断面積の拡大には限界があった。
そこで、本発明の目的は、電池の内部抵抗を増大させることなく、巻き取り電極体と集電部材とを１箇所の溶接で互いに接続することが出来る角型二次電池を提供することである。
そこで、本発明の目的は、電池の内部抵抗を増大させることなく、巻き取り電極体と集電部材とを１箇所の溶接で互いに接続することが出来る角型二次電池を提供することである。
本発明に係る角型二次電池は、一対の電極端子(12)(12)が取り付けられた扁平な電池缶(11)の内部に巻き取り電極体(２)を収容して構成され、該巻き取り電極体(２)は、それぞれ帯状の正極(23)及び負極(24)の間に帯状のセパレータ(25)を介在させてこれらを渦巻き状に巻回して構成されると共に、巻回軸に垂直な方向に圧縮されて扁平な形状を有している。該巻き取り電極体(２)の両端部には、正極(23)及び負極(24)をそれぞれ構成する正極芯体(21)及び負極芯体(22)の端部が突出し、各芯体の端部が集電部材(３)を介して電極端子(12)に接続されている。
前記集電部材(３)は、１枚の矩形状の金属板をプレス加工してなり、前記巻き取り電極体(２)の巻回軸心部に形成された中央孔(28)に挿入されて芯体と接続されるべき芯体接続部(32)と、前記電極端子(12)と接続されるべき端子接続部(31)と、該芯体接続部(32)と端子接続部(31)を互いに繋ぐ連繋部(33)とを具え、前記芯体接続部(32)は、前記金属板の長手方向の一方の端部を該長手方向に伸びる１本の折り目に沿って折り曲げて、該折り目を挟んで両側に拡がる表面領域を互いに密着せしめることにより、前記連繋部(33)とは直交する１枚の板状に形成されている。該芯体接続部(32)は、前記巻き取り電極体(２)の圧縮方向と直交する姿勢で前記中央孔(28)に挿入されて、その両側面が芯体の内周面に密着し、前記連繋部(33)は、芯体の端縁に沿って芯体の外周面側へ伸びており、集電部材(３)の芯体接続部(32)がその両側に位置する芯体束部(29)(29)に溶接されている。
具体的には、前記集電部材(３)の芯体接続部(32)は、その両側に位置する芯体束部(29)(29)に超音波溶接されている。
具体的には、前記集電部材(３)の芯体接続部(32)は、その両側に位置する芯体束部(29)(29)に超音波溶接されている。
上記本発明に係る角型二次電池において、巻き取り電極体(２)に集電部材(３)を接合する際には、先ず、集電部材(３)の芯体接続部(32)を巻き取り電極体(２)の圧縮方向と直交する姿勢で、巻き取り電極体(２)の中央孔(28)に挿入する。そして、巻き取り電極体(２)の端部に突出した芯体の外周面を巻き取り電極体(２)の圧縮方向の両側から加圧する。これによって、中央孔(28)を間に挟んで巻き取り電極体(２)の圧縮方向の両側に位置する巻き取り電極体(２)の芯体束部(29)(29)が、芯体接続部(32)の両側面に圧接されることになる。そして、芯体接続部(32)の両側面に両芯体束部(29)(29)の内周面を密着させた状態で、芯体の外周面側から超音波溶接を施すことにより、集電部材(３)が巻き取り電極体(２)に接合される。
ここで、集電部材(３)の芯体接続部(32)は、１枚の金属板を１本の折り目に沿って折り曲げて、該折り目を挟んで両側に拡がる表面領域を互いに密着せしめることにより１枚の板状に形成されており、該板状の芯体接続部(32)の両側面と両芯体束部(29)(29)の内周面とが互いに密着した状態で、超音波溶接が施されるので、該芯体接続部(32)の一方の側面とこれに対向する一方の芯体束部(29)の内周面、及び芯体接続部(32)の他方の側面とこれに対向する他方の芯体束部(29)の内周面とを１回の超音波溶接で同時に溶接することが出来る。
又、集電部材(３)の連繋部(33)は、芯体接続部(32)とは直交し、芯体の端縁に沿って芯体の外周面側へ伸びているので、連繋部(33)の幅を巻き取り電極体(２)の圧縮方向の厚さの範囲内で拡大することにより、電池(１)の体積エネルギー密度を低下させることなく、連繋部(33)の断面積を拡大することが出来る。これによって、巻き取り電極体(２)と電極端子(12)の間の導通経路である連繋部(33)の断面積が充分に確保されるので、集電部材(３)の電気抵抗は小さなものとなり、この結果、電池の低抵抗化を図ることが出来る。
又、集電部材(３)の連繋部(33)は、芯体接続部(32)とは直交し、芯体の端縁に沿って芯体の外周面側へ伸びているので、連繋部(33)の幅を巻き取り電極体(２)の圧縮方向の厚さの範囲内で拡大することにより、電池(１)の体積エネルギー密度を低下させることなく、連繋部(33)の断面積を拡大することが出来る。これによって、巻き取り電極体(２)と電極端子(12)の間の導通経路である連繋部(33)の断面積が充分に確保されるので、集電部材(３)の電気抵抗は小さなものとなり、この結果、電池の低抵抗化を図ることが出来る。
具体的構成において、前記集電部材(３)の芯体接続部(32)の折り目部分は、連繋部(33)よりも前記巻き取り電極体(２)の中央孔(28)の内部に向かって突出している。
該具体的構成によれば、集電部材(３)の芯体接続部(32)が巻き取り電極体(２)の中央孔(28)に挿入された状態で、集電部材(３)の連繋部(33)は、巻き取り電極体(２)の芯体の端縁に沿って、該芯体の外周面側へ伸びることになる。
該具体的構成によれば、集電部材(３)の芯体接続部(32)が巻き取り電極体(２)の中央孔(28)に挿入された状態で、集電部材(３)の連繋部(33)は、巻き取り電極体(２)の芯体の端縁に沿って、該芯体の外周面側へ伸びることになる。
又、具体的構成において、前記集電部材(３)の芯体接続部(32)の折り目部分とは反対側の端縁は、連繋部(33)の裏面と同一面上若しくは略同一平面上を伸びている。
該具体的構成によれば、集電部材(３)の連繋部(33)の裏面から電池缶(11)の内面を離間させることが出来る最小限の大きさを有する電池缶(11)を用いることにより、電池缶(11)の内面と巻き取り電極体(２)の両端部との間に生じる空間を必要最小限の大きさに形成することが出来、この結果、体積エネルギー密度の高い電池が得られる。
該具体的構成によれば、集電部材(３)の連繋部(33)の裏面から電池缶(11)の内面を離間させることが出来る最小限の大きさを有する電池缶(11)を用いることにより、電池缶(11)の内面と巻き取り電極体(２)の両端部との間に生じる空間を必要最小限の大きさに形成することが出来、この結果、体積エネルギー密度の高い電池が得られる。
本発明の角型二次電池によれば、巻き取り電極体と集電部材とを１箇所の溶接で互いに接続することが出来、然も電池の低抵抗化を図ることが出来る。
以下、本発明の実施の形態につき、図面に沿って具体的に説明する。
図１に示す如く、本発明の角型二次電池(１)は、扁平な電池缶(11)の内部に発電要素となる巻き取り電極体(２)を収容して構成され、電池缶(11)の上面には、正負一対の電極端子(12)(12)が取り付けられている。巻き取り電極体(２)の両端部には、正極芯体(21)及び負極芯体(22)の端部が突出し、該正極芯体(21)及び負極芯体(22)の端部には、集電部材(３)がそれぞれ接合されている。巻き取り電極体(２)は、両集電部材(３)(３)を介して前記一対の電極端子(12)(12)に接続され、これによって、両電極端子(12)(12)から巻き取り電極体(２)の発生電力を取り出すことが出来る様になっている。
図１に示す如く、本発明の角型二次電池(１)は、扁平な電池缶(11)の内部に発電要素となる巻き取り電極体(２)を収容して構成され、電池缶(11)の上面には、正負一対の電極端子(12)(12)が取り付けられている。巻き取り電極体(２)の両端部には、正極芯体(21)及び負極芯体(22)の端部が突出し、該正極芯体(21)及び負極芯体(22)の端部には、集電部材(３)がそれぞれ接合されている。巻き取り電極体(２)は、両集電部材(３)(３)を介して前記一対の電極端子(12)(12)に接続され、これによって、両電極端子(12)(12)から巻き取り電極体(２)の発生電力を取り出すことが出来る様になっている。
巻き取り電極体(２)は、図５に示す如く、それぞれ帯状の正極(23)と負極(24)の間に帯状のセパレータ(25)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(23)は、アルミニウム箔からなる正極芯体(21)の両面にコバルト酸リチウムを含む正極活物質(26)を塗布して構成され、負極(24)は、銅箔からなる負極芯体(22)の両面に炭素粉末を含む負極活物質(27)を塗布して構成されている。セパレータ(25)は、イオン透過性のポリプロピレン製の微多孔膜であり、該セパレータ(25)には、非水電解液が含浸されている。
正極(23)には、正極活物質(26)の塗布されている塗工部と、正極活物質(26)の塗布されていない非塗工部とが形成されている。又、負極(24)にも、負極活物質(27)の塗布されている塗工部と、負極活物質(27)の塗布されていない非塗工部とが形成されている。
正極(23)及び負極(24)は、それぞれセパレータ(25)上に幅方向へずらして重ね合わせ、正極(23)及び負極(24)の前記非塗工部をセパレータ(25)の両端縁からそれぞれ外側へ突出させる。そして、これらを渦巻き状に巻き取った後、巻回軸に垂直な方向の両側から圧縮することにより、扁平な形状を有する巻き取り電極体(２)が形成される。
巻き取り電極体(２)の両端部の巻回軸心部には、それぞれ中央孔(28)が形成され、該中央孔(28)を挟んで巻き取り電極体(２)の圧縮方向の両側には、複数枚の正極芯体(21)の端部と複数枚の負極芯体(22)の端部からなる芯体束部(29)(29)が形成されている。
正極(23)及び負極(24)は、それぞれセパレータ(25)上に幅方向へずらして重ね合わせ、正極(23)及び負極(24)の前記非塗工部をセパレータ(25)の両端縁からそれぞれ外側へ突出させる。そして、これらを渦巻き状に巻き取った後、巻回軸に垂直な方向の両側から圧縮することにより、扁平な形状を有する巻き取り電極体(２)が形成される。
巻き取り電極体(２)の両端部の巻回軸心部には、それぞれ中央孔(28)が形成され、該中央孔(28)を挟んで巻き取り電極体(２)の圧縮方向の両側には、複数枚の正極芯体(21)の端部と複数枚の負極芯体(22)の端部からなる芯体束部(29)(29)が形成されている。
図２及び図４(ｂ)に示す如く、集電部材(３)は、巻き取り電極体(２)の中央孔(28)に挿入されて芯体と接合されるべき芯体接続部(32)と、電極端子(12)と接合されるべき端子接続部(31)と、該端子接続部(31)と前記芯体接続部(32)を互いに繋ぐ連繋部(33)とを具え、集電部材(３)は、図４(ａ)に示す１枚の矩形状の金属板をプレス加工して構成される。図４(ａ)中、折り目を破線で示すと共に、折り曲げ方向を矢印で示す。
尚、正極側の集電部材(３)を構成する金属板はアルミニウム製であり、負極側の集電部材(３)を構成する金属板は銅製である。
尚、正極側の集電部材(３)を構成する金属板はアルミニウム製であり、負極側の集電部材(３)を構成する金属板は銅製である。
図４(ａ)及び図４(ｂ)に示す如く、集電部材(３)の芯体接続部(32)は、金属製薄板の長手方向の一方の端部を該長手方向に伸びる１本の折り目Ａに沿って折り曲げて、該折り目を挟んで両側に拡がる表面領域を互いに密着せしめることにより、連繋部(33)とは直交する１枚の板状に形成されている。
図２に示す如く、集電部材(３)の芯体接続部(32)の折り目部分は、連繋部(33)の表面から巻き取り電極体(２)の中央孔(28)の内部に向かって突出し、該芯体接続部(32)の折り目部分とは反対側の端縁は、連繋部(33)の裏面と同一平面上を伸びている。
集電部材(３)の連繋部(33)は、芯体接続部(32)とは直交し、芯体の端縁に沿って芯体の外周面側へ伸びている。図３に示す如く、連繋部(33)の幅Ｗ１は、巻き取り電極体(２)の圧縮方向の長さＷ２よりも僅かに小さく形成されている。
又、図４(ａ)及び図４(ｂ)に示す如く、集電部材(３)の端子接続部(31)は、金属製薄板の他方の端部を金属製薄板の幅方向に伸びる１本の折り目Ｂに沿って垂直に折り曲げて形成されている。
図２に示す如く、集電部材(３)の芯体接続部(32)の折り目部分は、連繋部(33)の表面から巻き取り電極体(２)の中央孔(28)の内部に向かって突出し、該芯体接続部(32)の折り目部分とは反対側の端縁は、連繋部(33)の裏面と同一平面上を伸びている。
集電部材(３)の連繋部(33)は、芯体接続部(32)とは直交し、芯体の端縁に沿って芯体の外周面側へ伸びている。図３に示す如く、連繋部(33)の幅Ｗ１は、巻き取り電極体(２)の圧縮方向の長さＷ２よりも僅かに小さく形成されている。
又、図４(ａ)及び図４(ｂ)に示す如く、集電部材(３)の端子接続部(31)は、金属製薄板の他方の端部を金属製薄板の幅方向に伸びる１本の折り目Ｂに沿って垂直に折り曲げて形成されている。
図２に示す如く、巻き取り電極体(２)に集電部材(３)を接合する際には、先ず電極端子(12)を集電部材(３)の端子接続部(31)に溶接する。
次に、集電部材(３)の芯体接続部(32)を巻き取り電極体(２)の中央孔(28)に挿入する。集電部材(３)の芯体接続部(32)の折り目部分は、連繋部(33)よりも巻き取り電極体(２)の中央孔(28)の内部に向かって突出しているので、該芯体接続部(32)が中央孔(28)に挿入された状態で、集電部材(３)の連繋部(33)は、巻き取り電極体(２)の芯体の端縁に沿って、該芯体の外周面側へ伸びることになる。
次に、集電部材(３)の芯体接続部(32)を巻き取り電極体(２)の中央孔(28)に挿入する。集電部材(３)の芯体接続部(32)の折り目部分は、連繋部(33)よりも巻き取り電極体(２)の中央孔(28)の内部に向かって突出しているので、該芯体接続部(32)が中央孔(28)に挿入された状態で、集電部材(３)の連繋部(33)は、巻き取り電極体(２)の芯体の端縁に沿って、該芯体の外周面側へ伸びることになる。
そして、図３に示す如く、巻き取り電極体(２)の圧縮方向の両側から両芯体束部(29)(29)の外周面を加圧する。これによって、巻き取り電極体(２)の両芯体束部(29)(29)の内周面が、芯体接続部(32)の両側面に圧接されることになる。この様にして、芯体接続部(32)の両側面に両芯体束部(29)(29)の内周面を密着させた状態で、一方の芯体束部(29)の外周面側から超音波溶接を施すことにより、集電部材(３)が巻き取り電極体(２)の端部に接合される。
ここで、集電部材(３)の芯体接続部(32)は、１枚の金属板を１本の折り目に沿って折り曲げて、該折り目を挟んで両側に拡がる表面領域を互いに密着せしめることにより１枚の板状に形成されており、該板状の芯体接続部(32)の両側面と両芯体束部(29)(29)の内周面とが互いに密着した状態で、超音波溶接が施されるので、該芯体接続部(32)の一方の側面とこれに対向する一方の芯体束部(29)の内周面、及び芯体接続部(32)の他方の側面とこれに対向する他方の芯体束部(29)の内周面とを１回の超音波溶接で同時に溶接することが出来る。
ここで、集電部材(３)の芯体接続部(32)は、１枚の金属板を１本の折り目に沿って折り曲げて、該折り目を挟んで両側に拡がる表面領域を互いに密着せしめることにより１枚の板状に形成されており、該板状の芯体接続部(32)の両側面と両芯体束部(29)(29)の内周面とが互いに密着した状態で、超音波溶接が施されるので、該芯体接続部(32)の一方の側面とこれに対向する一方の芯体束部(29)の内周面、及び芯体接続部(32)の他方の側面とこれに対向する他方の芯体束部(29)の内周面とを１回の超音波溶接で同時に溶接することが出来る。
又、集電部材(３)の連繋部(33)は、芯体接続部(32)とは直交し、芯体の端縁に沿って芯体の外周面側へ伸びているので、連繋部(33)の断面積は、巻き取り電極体(２)と電極端子(12)の間の導通経路として充分に大きなものとなる。これによって、集電部材(３)の電気抵抗は小さなものとなり、この結果、電池(１)の低抵抗化を図ることが出来る。
この様にして、巻き取り電極体(２)と各電極端子(12)とが、集電部材(３)を介して互いに電気的に接続されることになる。
この様にして、巻き取り電極体(２)と各電極端子(12)とが、集電部材(３)を介して互いに電気的に接続されることになる。
そして、図１に示す如く、一対の集電部材(３)(３)が溶接された巻き取り電極体(２)を電池缶(11)の内部に収容することによって角型二次電池(１)が完成する。
ここで、電池缶(11)は、集電部材(３)の連繋部(33)の裏面から電池缶(11)の内面を離間させることの出来る最小限の大きさに形成されている。これによって、電池缶(11)の内面と巻き取り電極体(２)の両端部との間に生じる空間を必要最小限の大きさに形成することが出来、この結果、体積エネルギー密度の高い電池(１)が得られることになる。
ここで、電池缶(11)は、集電部材(３)の連繋部(33)の裏面から電池缶(11)の内面を離間させることの出来る最小限の大きさに形成されている。これによって、電池缶(11)の内面と巻き取り電極体(２)の両端部との間に生じる空間を必要最小限の大きさに形成することが出来、この結果、体積エネルギー密度の高い電池(１)が得られることになる。
本発明の効果を確認するべく、後述する方法で３種類の角型二次電池(実施例、比較例１及び比較例２)を作製し、各電池の抵抗値を比較した。
正極の作製
図５に示す正極活物質(26)として平均粒径５μｍを有するリチウム複合酸化物(ＬｉＣｏＯ２)の粉末と導電剤としての人造黒鉛とを重量比９：１で混合して、正極合剤を得た。次に、結着剤であるポリ弗化ビニリデンをＮ−メチル−２−ピロリドン(ＮＭＰ)に溶解させて、ＮＭＰ溶液を調製した。そして、正極合剤とポリ弗化ビニリデンとを重量比９５：５で混合してスラリーを調製し、その後、このスラリーを正極芯体(21)となる厚さ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、正極(23)を作製した。
正極の作製
図５に示す正極活物質(26)として平均粒径５μｍを有するリチウム複合酸化物(ＬｉＣｏＯ２)の粉末と導電剤としての人造黒鉛とを重量比９：１で混合して、正極合剤を得た。次に、結着剤であるポリ弗化ビニリデンをＮ−メチル−２−ピロリドン(ＮＭＰ)に溶解させて、ＮＭＰ溶液を調製した。そして、正極合剤とポリ弗化ビニリデンとを重量比９５：５で混合してスラリーを調製し、その後、このスラリーを正極芯体(21)となる厚さ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、正極(23)を作製した。
負極の作製
炭素塊(ｄ００２＝３.３５６Å；Ｌｃ＞１０００)に空気流を噴射して粉砕し、負極活物質(27)となる炭素粉末を作製した。また、結着剤であるポリ弗化ビニリデンをＮＭＰに溶解させてＮＭＰ溶液を調製し、炭素粉末とポリ弗化ビニリデンとを重量比８５：１５で混練してスラリーを調製した。このスラリーを負極芯体(22)となる厚さ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、負極(24)を作製した。
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を体積比で１：１で混合した溶媒に、ＬｉＰＦ６を１ｍｏｌ／Ｌの割合で溶解させて、電解液を調製した。
炭素塊(ｄ００２＝３.３５６Å；Ｌｃ＞１０００)に空気流を噴射して粉砕し、負極活物質(27)となる炭素粉末を作製した。また、結着剤であるポリ弗化ビニリデンをＮＭＰに溶解させてＮＭＰ溶液を調製し、炭素粉末とポリ弗化ビニリデンとを重量比８５：１５で混練してスラリーを調製した。このスラリーを負極芯体(22)となる厚さ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、負極(24)を作製した。
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を体積比で１：１で混合した溶媒に、ＬｉＰＦ６を１ｍｏｌ／Ｌの割合で溶解させて、電解液を調製した。
巻き取り電極体の作製
作製した正極(23)及び負極(24)の間にイオン透過性のポリプロピレン製微多孔膜からなるセパレータ(25)を介在させてこれらを互いに重ね合わせて、直径１０ｍｍの巻芯に複数回巻き回し、最後に巻芯を抜き取って、巻き取り電極体(２)を作製した。そして、この巻き取り電極体(２)を用いて、以下３種類の角型二次電池をそれぞれ作製した。
作製した正極(23)及び負極(24)の間にイオン透過性のポリプロピレン製微多孔膜からなるセパレータ(25)を介在させてこれらを互いに重ね合わせて、直径１０ｍｍの巻芯に複数回巻き回し、最後に巻芯を抜き取って、巻き取り電極体(２)を作製した。そして、この巻き取り電極体(２)を用いて、以下３種類の角型二次電池をそれぞれ作製した。
実施例
図２に示す如く、集電部材(３)の芯体接続部(32)を巻き取り電極体(２)の両端部に形成された中央孔(28)に挿入した後、図３に示す様に巻き取り電極体(２)の圧縮方向の両側から正極芯体(21)或いは負極芯体(22)の外周面を加圧することにより、正極芯体(21)或いは負極芯体(22)の内周面を集電部材(３)の芯体接続部(32)の両側面に圧接させ、この状態で、芯体の外周面側から超音波溶接を施して、芯体接続部(32)の一方の側面とこれに対向する一方の芯体束部(29)の内周面、及び芯体接続部(32)の他方の側面とこれに対向する他方の芯体束部(29)の内周面とを同時に接合し、図１に示す実施例の角型二次電池(１)を作製した。
図２に示す如く、集電部材(３)の芯体接続部(32)を巻き取り電極体(２)の両端部に形成された中央孔(28)に挿入した後、図３に示す様に巻き取り電極体(２)の圧縮方向の両側から正極芯体(21)或いは負極芯体(22)の外周面を加圧することにより、正極芯体(21)或いは負極芯体(22)の内周面を集電部材(３)の芯体接続部(32)の両側面に圧接させ、この状態で、芯体の外周面側から超音波溶接を施して、芯体接続部(32)の一方の側面とこれに対向する一方の芯体束部(29)の内周面、及び芯体接続部(32)の他方の側面とこれに対向する他方の芯体束部(29)の内周面とを同時に接合し、図１に示す実施例の角型二次電池(１)を作製した。
比較例１
図７に示す如く、集電部材(40)の一対の芯体接続部(41)(41)を巻き取り電極体(２)の両端部に形成された中央孔(28)に挿入した後、巻き取り電極体(２)の圧縮方向の両側から正極芯体(21)或いは負極芯体(22)の外周面を加圧することにより、正極芯体(21)或いは負極芯体(22)の内周面を集電部材(40)の一対の芯体接続部(41)(41)の外表面(41a)(41a)に圧接させ、この状態で、集電部材(40)の一方の芯体接続部(41)の外表面(41a)とこれに対向する正極芯体(21)或いは負極芯体(22)の内周面との間、及び集電部材(40)の他方の芯体接続部(41)の外表面(41a)とこれに対向する正極芯体(21)或いは負極芯体(22)の内周面との間の２箇所に超音波溶接を施して、両集電部材(40)(40)を巻き取り電極体(２)に接合し、図６に示す比較例１の角型二次電池(４)を作製した。
図７に示す如く、集電部材(40)の一対の芯体接続部(41)(41)を巻き取り電極体(２)の両端部に形成された中央孔(28)に挿入した後、巻き取り電極体(２)の圧縮方向の両側から正極芯体(21)或いは負極芯体(22)の外周面を加圧することにより、正極芯体(21)或いは負極芯体(22)の内周面を集電部材(40)の一対の芯体接続部(41)(41)の外表面(41a)(41a)に圧接させ、この状態で、集電部材(40)の一方の芯体接続部(41)の外表面(41a)とこれに対向する正極芯体(21)或いは負極芯体(22)の内周面との間、及び集電部材(40)の他方の芯体接続部(41)の外表面(41a)とこれに対向する正極芯体(21)或いは負極芯体(22)の内周面との間の２箇所に超音波溶接を施して、両集電部材(40)(40)を巻き取り電極体(２)に接合し、図６に示す比較例１の角型二次電池(４)を作製した。
比較例２
図１１に示す集電部材(50)の芯体接続部(53)を、図１０に示す様に巻き取り電極体(２)の両端部に形成された中央孔(28)に挿入した後、巻き取り電極体(２)の圧縮方向の両側から正極芯体(21)或いは負極芯体(22)の外周面を圧縮することにより、正極芯体(21)或いは負極芯体(22)の内周面を集電部材(50)の芯体接続部(53)の表面に圧接させ、この状態で、芯体の外周面側から超音波溶接を施して、芯体接続部(53)の両側面とこれに対向する芯体の内周面とを同時に接合し、図９に示す比較例２の角型二次電池(５)を作製した。
尚、実施例、比較例１及び比較例２に用いた集電部材の重量は、全て同じ大きさとした。
図１１に示す集電部材(50)の芯体接続部(53)を、図１０に示す様に巻き取り電極体(２)の両端部に形成された中央孔(28)に挿入した後、巻き取り電極体(２)の圧縮方向の両側から正極芯体(21)或いは負極芯体(22)の外周面を圧縮することにより、正極芯体(21)或いは負極芯体(22)の内周面を集電部材(50)の芯体接続部(53)の表面に圧接させ、この状態で、芯体の外周面側から超音波溶接を施して、芯体接続部(53)の両側面とこれに対向する芯体の内周面とを同時に接合し、図９に示す比較例２の角型二次電池(５)を作製した。
尚、実施例、比較例１及び比較例２に用いた集電部材の重量は、全て同じ大きさとした。
電池の抵抗測定
実施例、比較例１及び比較例２における周波数１ｋＨｚでの電池の抵抗値を測定した。
抵抗測定の結果を下記表１に示す。
実施例、比較例１及び比較例２における周波数１ｋＨｚでの電池の抵抗値を測定した。
抵抗測定の結果を下記表１に示す。
測定結果から明らかなように、実施例の電池(１)は、比較例１の電池(４)に比べて抵抗値が小さいことが分かる。比較例１の電池(４)に用いた集電部材(40)においては、図８に示す様に、一対の芯体接続部(41)(41)の間に連結部(44)が介在している。これに対し、実施例の電池(１)に用いた集電部材(３)の芯体接続部(32)は、図４(ｂ)に示す様に、折り目を挟んで両側に拡がる表面領域を互いに密着せしめ１枚の板状に形成されている。このため、比較例１の電池(４)は、実施例の電池(１)に比べて前記連結部(44)の電気抵抗分だけ内部抵抗が増加したものと考えられる。更に、実施例の電池(１)は、集電部材(３)と巻き取り電極体(２)とを１箇所の溶接で接合することが出来るので、集電部材(40)と巻き取り電極体(２)との接合に２箇所の溶接を要する比較例１の電池(４)に比べて工数を削減することが出来る。
又、実施例の電池(１)は、比較例２の電池(５)に比べても抵抗値が小さいことが分かる。比較例２の電池(５)に用いた集電部材(50)においては、図９及び図１１に示す様に、芯体接続部(53)と連繋部(52)とが巻き取り電極体(２)の圧縮方向と直交する同一平面上に伸びているため、芯体接続部(53)を巻き取り電極体(２)の中央孔(28)内に挿入可能とするべく、連繋部(52)の断面積は小さなものとなっている。これによって電池(５)の内部抵抗が高くなったものと考えられる。
これに対し、実施例の電池に用いた集電部材(３)においては、図２及び図３に示す如く、集電部材(３)の連繋部(33)は、芯体の端縁に沿って芯体の外周面側へ伸びているので、連繋部(52)の断面積は、巻き取り電極体(２)と各電極端子(12)の間の導通経路として充分に大きなものとなり、これによって、電池(１)の内部抵抗が低下したものと考えられる。
従って、本発明の角型二次電池(１)によれば、電池の低抵抗化を図ることが出来る。
これに対し、実施例の電池に用いた集電部材(３)においては、図２及び図３に示す如く、集電部材(３)の連繋部(33)は、芯体の端縁に沿って芯体の外周面側へ伸びているので、連繋部(52)の断面積は、巻き取り電極体(２)と各電極端子(12)の間の導通経路として充分に大きなものとなり、これによって、電池(１)の内部抵抗が低下したものと考えられる。
従って、本発明の角型二次電池(１)によれば、電池の低抵抗化を図ることが出来る。
尚、本発明の各部構成は上記実施の形態に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。例えば、巻き取り電極体(２)の両芯体束部(29)(29)の外周面に一対の電極を圧接させることにより、両芯体束部(29)(29)の内周面を集電部材(３)の芯体接続部(32)の両側面に密着させ、この状態で、前記一対の電極の間に電流を流すことによって、集電部材(３)を巻き取り電極体(２)の端部に抵抗溶接することも可能である。
(１) 角型二次電池
(11) 電池缶
(12) 電極端子
(２) 巻き取り電極体
(21) 正極芯体
(22) 負極芯体
(23) 正極
(24) 負極
(25) セパレータ
(28) 中央孔
(29) 芯体束部
(３) 集電部材
(31) 端子接続部
(32) 芯体接続部
(33) 連繋部
(11) 電池缶
(12) 電極端子
(２) 巻き取り電極体
(21) 正極芯体
(22) 負極芯体
(23) 正極
(24) 負極
(25) セパレータ
(28) 中央孔
(29) 芯体束部
(３) 集電部材
(31) 端子接続部
(32) 芯体接続部
(33) 連繋部
Claims (4)
- 一対の電極端子(12)(12)が取り付けられた扁平な電池缶(11)の内部に巻き取り電極体(２)を収容して構成され、該巻き取り電極体(２)は、それぞれ帯状の正極(23)及び負極(24)の間に帯状のセパレータ(25)を介在させてこれらを渦巻き状に巻回して構成されると共に、巻回軸に垂直な方向に圧縮されて扁平な形状を有し、該巻き取り電極体(２)の両端部には、正極(23)及び負極(24)をそれぞれ構成する正極芯体(21)及び負極芯体(22)の端部が突出し、各芯体の端部が集電部材(３)を介して電極端子(12)に接続されている角型二次電池において、
前記集電部材(３)は、１枚の矩形状の金属板をプレス加工してなり、前記巻き取り電極体(２)の巻回軸心部に形成された中央孔(28)に挿入されて芯体と接続されるべき芯体接続部(32)と、前記電極端子(12)と接続されるべき端子接続部(31)と、該芯体接続部(32)と端子接続部(31)を互いに繋ぐ連繋部(33)とを具え、前記芯体接続部(32)は、前記金属板の長手方向の一方の端部を該長手方向に伸びる１本の折り目に沿って折り曲げて、該折り目を挟んで両側に拡がる表面領域を互いに密着せしめることにより、前記連繋部(33)とは直交する１枚の板状に形成され、該芯体接続部(32)は、前記巻き取り電極体(２)の圧縮方向と直交する姿勢で前記中央孔(28)に挿入されて、その両側面が芯体の内周面に密着し、前記連繋部(33)は、芯体の端縁に沿って芯体の外周面側へ伸びており、集電部材(３)の芯体接続部(32)がその両側に位置する芯体束部(29)(29)に溶接されていることを特徴とする角型二次電池。 - 前記集電部材(３)の芯体接続部(32)は、その両側に位置する芯体束部(29)(29)に超音波溶接されている請求項１に記載の角型二次電池。
- 前記集電部材(３)の芯体接続部(32)の折り目部分は、連繋部(33)よりも前記巻き取り電極体(２)の中央孔(28)の内部に向かって突出している請求項１又は請求項２に記載の角型二次電池。
- 前記集電部材(３)の芯体接続部(32)の折り目部分とは反対側の端縁は、連繋部(33)の裏面と同一面上若しくは略同一平面上を伸びている請求項１乃至請求項３の何れかに記載の角型二次電池。
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