JP2007128746A - 電池 - Google Patents

Abstract

【課題】新たな部材を必要としない簡素な構成で電池素子の端部を内側に屈曲させ、リードと電池素子との溶接によらない電気的接続を可能とする電池を提供する。
【解決手段】電池缶１１の第１絞り部１１Ｂとは異なる位置に、第２絞り部１１Ｃを形成し、この第２絞り部１１Ｃにより電池素子２０の一端部２０Ａを内側に屈曲させる。電池素子２０の屈曲した端部２０Ａの側に正極リード３０を設け、この正極リード３０の端部３１を電池素子２０の屈曲した端部２０Ａに接触させることにより正極リード３０と正極２１とを溶接なしで電気的に接続する。正極リード３０を、安全弁１５に接触させることにより電池蓋１４に電気的に接続する。正極リード３０を、電池素子２０とガスケット１６との間に設け、ガスケット１６により電池素子２０に押し付けるようにする。
【選択図】図１

Description

本発明は、電池素子を電池缶に収納した電池に係り、特に巻回構造の電池素子を備えたものに好適な電池に関する。

巻回構造の電池素子を備えた電池では、一般的には、電池素子と電池缶または端子部との電気的導通をとるために、正極リードおよび負極リードを配置する。例えばリチウムイオン電池の場合、正極を作製する際に、アルミニウム（Ａｌ）箔よりなる正極集電体の一部に正極活物質層を設けず、この領域に、アルミニウムよりなる正極リードを超音波溶接により複数回溶接する。次いで、この正極を負極と共に巻回して電池素子を形成したのちに、正極リードを、安全弁と呼ばれる安全化機構部に対して超音波溶接する。安全化機構部は、正極端子としての機能を有する電池蓋と接触しており、これにより正極リードと正極端子との電気的導通がとられる。
特許第３０６０１０９号明細書

しかしながら、アルミニウムは溶接強度が取りにくく、正極リードを正極集電体などに溶接する工程で不良が生じやすくなってしまっていた。

特許文献１では、正極リードを用いず、正極と安全化機構部との電気的導通を物理的な接触のみで行うようにした構成が開示されている。この構成では、樹脂製の円錐環状の素子絞り部材を用いて電池素子の端部を内側に屈曲させ、電池素子と安全化機構部との接触箇所を増やして接触効率を高めるようにしている。しかし、素子絞り部材を必要とするので、工程が増え、また材料コストもかさんでしまうという問題があった。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、新たな部材を必要としない簡素な構成で電池素子の端部を内側に屈曲させ、リードと電池素子との溶接によらない電気的接続を可能とすることができる電池を提供することにある。

本発明による電池は、正極および負極を有する電池素子と、電池素子を収納する電池缶とを備え、電池缶は、開口および開口を封止するための第１絞り部を有すると共に、第１絞り部とは異なる位置に第２絞り部が形成され、電池素子は、第２絞り部により一端部が内側に屈曲し、電池素子の屈曲した端部の側にリードが設けられ、リードの端部が電池素子の屈曲した端部に接触することによりリードと正極および負極のうちの一方とが電気的に接続されているものである。

本発明の電池によれば、電池缶の封止のための第１絞り部とは異なる位置に第２絞り部を設け、この第２絞り部により電池素子の一端部を内側に屈曲させ、リードの端部を電池素子の屈曲した端部に接触させるようにしたので、新たな部材を必要としない簡素な構成で電池素子の端部を内側に屈曲させ、リードと電池素子との溶接によらない電気的接続を可能とすることができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１および図２は本発明の一実施の形態に係る電池の断面構造を表すものである。この電池は、いわゆる円筒型といわれるリチウム一次電池であり、ほぼ中空円柱状の電池缶１１の内部に、電池素子２０を有している。電池缶１１は、後述する負極２２の外部端子としての機能を有しており、例えばニッケル（Ｎｉ）のめっきがされた鉄（Ｆｅ）により構成されており、一端部が閉鎖され他端部が開放されて開口１１Ａとなっている。電池缶１１の底部には、電池素子２０の巻回周面に対して垂直に絶縁板１３が配置されている。

電池缶１１の開口１１Ａ近傍には、この開口１１Ａを封止するための第１絞り部１１Ｂが形成されている。開口１１Ａと第１絞り部１１Ｂとの間には、電池蓋１４と、この電池蓋１４の内側に設けられた安全弁１５とが、ガスケット１６を間にしてかしめられることにより取り付けられており、これにより電池缶１１の内部は密閉されている。電池蓋１４は、後述する正極２１の外部端子としての機能を有するものであり、例えば、電池缶１１と同様の材料により構成されている。安全弁１５は、電池蓋１４と電気的に接続されており、内部短絡あるいは外部からの加熱などにより電池の内圧が一定以上となった場合に開裂して内圧の上昇を抑えるようになっている。ガスケット１６は、電池缶１１の内壁と電池蓋１４との間の隙間を封止するものであり、例えば、ポリプロピレンなどの絶縁材料により構成されており、表面にはアスファルトが塗布されている。

電池素子２０は、正極２１と負極２２とをセパレータ２３を間にして積層し、正極２１が負極２２よりも外周側になるようにして渦巻き状に巻回した巻回構造を有し、中心にはセンターピン２４が挿入されている。電池素子２０の正極２１には正極リード３０が接続されており、負極２２には負極リード４０が接続されている。正極リード３０は安全弁１５に接触することにより電池蓋１４と電気的に接続されており、負極リード４０は電池缶１１に電気的に接続されている。また、電池素子２０の最外周にはセパレータ２３が設けられず、正極２１が電池素子２０の最外周を構成している。

正極２１は、例えば、帯状の金属箔よりなる正極集電体２１Ａの外周面に外側正極活物質層２１Ｂ、内周面に内側正極活物質層２１Ｃを設けたものである。内側正極活物質層２１Ｂおよび外側正極活物質層２１Ｃは、例えば、正極活物質として硫化鉄，二酸化マンガン（ＭｎＯ₂ ）またはフッ化黒鉛を含んでおり、必要に応じて炭素材料などの導電材およびポリフッ化ビニリデンなどの結着剤を含んでいてもよい。

負極２２は、金属リチウム箔により構成されている。

セパレータ２３は、例えばポリプロピレンあるいはポリエチレンなどのポリオレフィン系の材料よりなる多孔質膜、またはセラミック製の不織布などの無機材料よりなる多孔質膜により構成されており、これら２種以上の多孔質膜を積層した構造とされていてもよい。

セパレータ２３には、液状の電解質である電解液が含浸されている。この電解液は、例えば、溶媒と、電解質塩であるリチウム塩とを含んで構成されている。溶媒は、電解質塩を溶解し解離させるものである。溶媒としては、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、１, ２−ジメトキシエタン、１, ２−ジエトキシエタン、γ−ブチロラクトン、テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフラン、１, ３−ジオキソラン、４メチル１, ３ジオキソラン、ジエチルエーテル、スルホラン、メチルスルホラン、アセトニトリル、プロピオニトリル、アニソール、酢酸エステル、酪酸エステルあるいはプロピオン酸エステルなどが挙げられ、これらのいずれか１種または２種以上を混合して用いてもよい。

リチウム塩としては、例えば、ＬｉＣｌＯ₄ ，ＬｉＡｓＦ₆ ，ＬｉＰＦ₆ ，ＬｉＢＦ₄ ，ＬｉＢ（Ｃ₆ Ｈ₅ ）₄ ，ＣＨ₃ ＳＯ₃ Ｌｉ，ＣＦ₃ ＳＯ₃ Ｌｉ，ＬｉＣｌあるいはＬｉＢｒが挙げられ、これらのいずれか１種または２種以上を混合して用いてもよい。

この電池では、電池缶１１の第１絞り部１１Ｂとは異なる位置に、第２絞り部１１Ｃが形成され、この第２絞り部１１Ｃにより電池素子２０の一端部２０Ａが内側（巻回構造における内周側または巻回中心側）に屈曲している。電池素子２０の屈曲した端部２０Ａの側には、例えばアルミニウムよりなる正極リード３０が設けられており、正極リード３０の端部３１が電池素子２０の屈曲した端部２０Ａに接触することにより正極リード３０と正極２１とが溶接なしで電気的に接続されている。なお、負極２２は、正極リード３０の端部３１に接触しないようにするため、正極２１およびセパレータ２３よりも短くされている。また、正極リード３０は、安全弁１５に接触することにより電池蓋１４に電気的に接続されている。

正極リード３０は平面部３２を有しており、端部３１は平面部３２から折れ曲がるように突出している。平面部３２は安全弁１５との接点部となっており、ほぼ平面であるが安全弁１５側にやや湾曲し、安全弁１５との確実な接触が得られるようになっている。

また、正極リード３０は、電池素子２０とガスケット１６との間に設けられていることが好ましい。すなわち、正極リード３０は、電池素子２０に接触していると共にガスケット１６にも接触していることが好ましい。ガスケット１６は、上述したようにポリプロピレンなどの樹脂により構成されているので、その弾性力により正極リード３０を電池素子２０に向けて押し付けるスプリングとしての機能をもたせることができるからである。

このような正極リード３０としては、例えば、図３に示したような、円形の平面部３２の周縁に、端部３１が平面部３２に対して垂直に突出して設けられているものが好ましい。端部３１を電池素子２０に突き刺し、巻回された正極２１どうしの間に入り込ませることができ、安定した電気的導通を得ることができるからである。また、平面部３２には、ガス抜き孔３３が設けられていることが望ましい。なお、端部３１は、必ずしも平面部３２の周縁の全部に設けられている必要はなく、少なくとも一部に設けられていればよい。

また、図４に示したように、平面部３２の一部を切除して例えば帯状とし、平面部３２の両端に端部３１を残すようにしてもよい。この場合、ガス抜き孔３３を設ける必要はない。平面部３２の形状は、安全弁１５に接触可能な形状であれば特に帯状に限定されず、十字形などでもよい。更に、正極リード３０は、図５に示したように、矩形の平面部３２の周縁に、端部３１が平面部３２に対して垂直に突出して設けられた箱型のものであってもよい。また、端部３１は平面部３２の周縁全体に設けられる必要はなく、図６に示したように、平面部３２の長辺のみに設けられていてもよい。

図７は、正極リード３０の他の例を表したものである。この正極リード３０は、短冊状の部材を折曲加工して形成したものであり、帯状の平面部３２の両端に、丸みのある形状の端部３１が形成されている。端部３１をこのような丸みのある形状とすることにより、端部３１にばねとしての機能をもたせ、正極リード３０を電池素子２０に確実に接触させることができる。

負極リード４０は、帯状の導電性部材であり、電池素子２０の外表面（最外周の表面）に沿って配置され、端部４０Ａが負極２２に接触すると共に電池缶１１の側壁と面接触していることが好ましい。集電効率を高め、内部抵抗を低減し、負荷特性や放電容量を高めることができるからである。

負極リード４０は、負極材料と合金を形成しない材料により構成されていることが好ましく、銅もしくは銅を含む合金，ニッケルもしくはニッケルを含む合金，またはステンレス鋼などが好ましい。中でも銅または銅を含む合金など、銅を含む金属材料は、抵抗を小さくすることができるので好ましく、特に銅が好ましい。

負極リード４０の幅Ｗ４０は、負極２２の幅Ｗ２２よりも２ｍｍ以上短いことが好ましい。保存による劣化を抑制することができるからである。

また、負極リード４０の電池素子２０側の面には接着層４１が設けられていることが好ましい。負極リード４０の位置を安定させることができ、電池素子２０を電池缶１１へ挿入する工程において負極リード４０が曲がったり切れたりするのを防ぐことができるからである。なお、図２では接着層４１は省略している。

更に、本実施の形態では、電池素子２０は、電池缶１１内において、最外周を構成する正極２１が電池缶１１の側壁と電気的に接触可能な位置に収容配置されている。電池素子２０と電池缶１１との間には絶縁部材５０が設けられており、この絶縁部材５０により、正極２１と、負極２２に電気的に接続された電池缶１１の側壁との通電が阻止されている。

絶縁部材５０は、負極リード４０と電池素子２０との間に設けられていることが好ましい。電池素子２０の最外周を構成する正極２１と、負極リード４０との接触を防ぐことができるからである。

絶縁部材５０の幅Ｗ５０は、正極２１の幅Ｗ２１よりも大きいことが好ましい。正極２１および正極リード３０の端部３１を絶縁部材５０で覆うことができ、それらが電池缶１１に接触して短絡が発生することを防ぐことができるからである。また、製造工程において正極２１と電池缶１１との接触による短絡を防ぐことができるからである。なお、絶縁部材５０の幅Ｗ５０および長さ（電池素子２０の巻回方向における寸法）は、電池缶１１と電池素子２０の表面との通電を阻止できる程度であればよい。

絶縁部材５０の厚みは４０μｍ以上であることが好ましい。保存維持率を高めることができるからである。また、負極リード４０の端部を切断する際に発生するバリがセパレータ２３を貫通して対向する正極２１に接触し、短絡を引き起こしてしまうことを抑制することができるからである。

更に、絶縁部材５０は、電池素子２０の基準温度よりも低い温度において収縮または溶融する材料により構成されていることが好ましい。大電流による発熱時においても高い安全性を確保することができるからである。ここで「電池素子２０の基準温度」とは、発火などにより安全性を損なう可能性のある程度の温度をいう。

絶縁部材５０の融点は、例えば１５０℃以下であることが好ましい。正極２１と電池缶１１の側壁とを容易に接触させることができ、安全性を更に高めることができるからである。

絶縁部材５０は、例えば樹脂材料により構成されていることが好ましい。具体的には、例えば、ポリプロピレン、ポリプロピレンとポリエチレン，アクリル，酢酸ビニルなどの他のポリマーとの共重合体、ポリエチレン、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、またはポリイミドが挙げられる。中でも、ポリプロピレン、ポリプロピレンとポリエチレン，アクリル，酢酸ビニルなどの他のポリマーとの共重合体、またはポリエチレンは、融点が１５０℃以下であり、好ましい。

また、正極集電体２１Ａは、例えば、アルミニウムまたは銅（Ｃｕ）により構成されていることが好ましく、中でも銅がより好ましい。銅は接触抵抗が低いので安全性を更に高めることができると共に、集電効果を向上させ、放電特性を高めることができるからである。

更に、正極２１は、巻回外周側端部の外周面に、活物質非被覆部２１Ｄを有していることが好ましい。電池缶１１の側壁との接触抵抗を小さくすることができ、安全性をより一層高めることができるからである。

なお、絶縁部材５０は、電池素子２０の巻回終端部２０Ｂを固定する固定部材、いわゆる終端テープとしての機能も有している。

この電池は、例えば、次のようにして製造することができる。

まず、例えば、正極活物質と、導電剤と、結着剤とを混合して正極合剤を調製し、この正極合剤をＮ−メチル−２−ピロリドンなどの溶剤に分散させてペースト状の正極合剤スラリーとする。続いて、この正極合剤スラリーを正極集電体２１Ａにドクタブレードあるいはバーコーターなどを用いて均一に塗布し溶剤を乾燥させたのち、ロールプレス機などにより圧縮成型して外側正極活物質層２１Ｂおよび内側正極活物質層２１Ｃを形成し、正極２１を作製する。

次いで、正極２１の巻回外周側端部において、内側正極活物質層２１Ｃが外側正極活物質層２１Ｂよりも長くなるように、外側正極活物質層２１Ｂの一部を剥離する。これにより、正極２１の巻回外周側端部の外周面に活物質非被覆部２１Ｄを形成する。続いて、例えば、金属リチウム箔よりなる負極２２を用意し、正極２１と負極２２とをセパレータ２３を間にして積層し、正極２１が負極２２よりも外周側になるように渦巻き状に巻いて電池素子２０を作製する。

そののち、接着層４１が設けられた負極リード４０と、絶縁部材５０とを用意し、絶縁部材５０に負極リード４０を接着層４１で固定する。続いて、図８に示したように、負極リード４０を電池缶１１側にして絶縁部材５０の一端部５０Ａを負極２２の内周側のセパレータ２３に固定することにより負極リード４０の端部４０Ａを負極２２に接触させ、残部を電池素子２０を一周するように巻き付け、他端部５０Ｂを一端部５０Ａに重ねて固定して切断する。

負極リード４０および絶縁部材５０を取り付けたのち、電池缶１１の底部に絶縁板１３を敷き、電池素子２０を電池缶１１の内部に収容する。そののち、電池缶１１の開口１１Ａ近傍に第１絞り部１１Ｂおよび第２絞り部１１Ｃを形成し、第２絞り部１１Ｃにより電池素子２０の一端部２０Ａを内側に屈曲させる。

第１絞り部１１Ｂおよび第２絞り部１１Ｃを形成したのち、電解液を電池缶１１の内部に注入し、セパレータ２３に含浸させる。そののち、電池素子２０の屈曲した端部２０Ａの側に正極リード３０を配置し、電池缶１１の開口１１Ａと第１絞り部１１Ｂとの間に電池蓋１４および安全弁１５をガスケット１６を間にしてかしめることにより固定する。これにより、正極リード３０の端部３１を電池素子２０の屈曲した端部２０Ａに接触させる一方、平面部３２を安全弁１５に接触させる。以上により、図１に示した電池が完成する。

この電池では、一次電池なので充電は行わず、一回の放電のみを行う。放電を行うと、負極２２から金属リチウムがリチウムイオンとなって溶出し、電解液を介して正極２１に吸蔵される。ここでは、電池缶１１の第１絞り部１１Ｂとは異なる位置に第２絞り部１１Ｃが形成され、この第２絞り部１１Ｃにより電池素子２０の一端部２０Ａを内側に屈曲させ、この屈曲した端部２０Ａに正極リード３０の端部３１を接触させるようにしたので、正極リード３０と電池素子２０とが溶接によらずに電気的に接続されている。よって、溶接に起因する不良がなくなり、振動などに対する耐性も向上する。

また、この電池では、電池素子２０と電池缶１１との間に絶縁部材５０が設けられているので、電池素子２０の最外周を構成する正極２１と、負極２２に電気的に接続された電池缶１１との間での通電が阻止されている。

一方、誤って充電してしまった場合において、大電流が流れて過大な熱が発生したときには、図９に示したように、電池素子２０の基準温度よりも低い温度において絶縁部材５０が収縮または溶融し、正極２１の巻回外周側端部の上下端部が絶縁部材５０に覆われなくなり、この部分が電池缶１１の側壁と電気的に接触して、電池缶１１に接続された負極２２との間で電気的に短絡する。よって、電流が電池素子２０の内部へ行きにくくなり、それ以上の極端な温度上昇が回避される。また、電池素子２０の内部に金属リチウムの樹枝状結晶が生じていても、そこに大電流が流れることが抑制される。

このように本実施の形態では、電池缶１１に、封止のための第１絞り部１１Ｂとは異なる位置に第２絞り部１１Ｃを設け、この第２絞り部１１Ｃにより電池素子２０の一端部２０Ａを内側に屈曲させ、この屈曲した端部２０Ａに正極リード３０の端部３１を接触させるようにしたので、新たな部材を必要としない簡素な構成で電池素子２０の端部２０Ａを内側に屈曲させ、正極リード３０と電池素子２０との溶接によらない電気的接続を可能とすることができる。

特に、正極リード３０を、電池素子２０とガスケット１６との間に設けるようにすればガスケット１６のスプリング力により正極リード３０を電池素子２０に向けて押し付け、確実な接触を得ることができる。

また、正極リード３０を、円形の平面部３２の周縁に、端部３１が平面部３２に対して垂直に突出して設けられているものとすれば、端部３１を電池素子２０の屈曲した端部２０Ａに突き刺し、安定した電気的導通を得ることができる。

更に、電池缶１１と正極リード３０の端部３１との間に、絶縁部材５０を設けるようにすれば、正極リード３０の端部３１と、負極２２に電気的に接続された電池缶１１との接触による短絡の発生を防ぐことができる。

加えて、絶縁部材５０の幅Ｗ５０を、正極２１の幅Ｗ２１よりも大きくすれば、正極リード３０の端部３１を絶縁部材５０で覆うことができると共に、電池素子２０の最外周を構成する正極２１を絶縁部材５０で覆うことができ、電池缶１１と正極２１または正極リード３０の端部３１との接触による短絡の発生を防ぐことができる。

更にまた、絶縁部材５０の厚みを４０μｍ以上とすれば、保存維持率を高めることができる。

更に、本発明の具体的な実施例について、図１および図２を参照して詳細に説明する。

（実施例１）
上記実施の形態で説明した電池を作製した。まず、硫化鉄粉末と、導電剤であるグラファイトと、結着剤であるポリフッ化ビニリデンとを、固形分比で硫化鉄：グラファイト：ポリフッ化ビニリデン＝９０：５：５の割合で、溶剤であるＮ−メチル−２−ピロリドンに混合して正極合剤スラリーとし、アルミニウム箔よりなる正極集電体２１Ａの両面に均一に塗布し、所定の大きさに切断したのちロールプレス機で圧縮成型して外側正極活物質層２１Ｂおよび内側正極活物質層２１Ｃを形成し正極２１を作製した。

続いて、正極２１の巻回外周側端部において内側正極活物質層２１Ｃが外側正極活物質層２１Ｂよりも長くなるように、外側正極活物質層２１Ｂの一部を剥離し、活物質非被覆部２１Ｄを形成した。

そののち、金属リチウム箔よりなる負極２２を用意し、正極２１と負極２２とをセパレータ２３を間にして積層し、正極２１が負極２２よりも外周側になるように渦巻き状に巻いて電池素子２０を作製した。

電池素子２０を作製したのち、接着層４１が設けられた負極リード４０と、厚み３０μｍの絶縁部材５０とを用意し、絶縁部材５０に負極リード４０を接着層４１で固定した。

絶縁部材５０に負極リード４０を固定したのち、負極リード４０を電池缶１１側にして絶縁部材５０の一端部５０Ａを負極２２の内周側のセパレータ２３に固定することにより、負極リード４０の端部４０Ａを負極２２に接触させた。続いて、残部を電池素子２０を一周するように巻き付け、他端部５０Ｂを一端部５０Ａに重ねて固定して切断した。

電池素子２０に絶縁部材５０および負極リード４０を巻き付けたのち、電池缶１１の底部に絶縁板１３を敷き、電池素子２０を電池缶１１の内部に収容した。そののち、電池缶１１の開口１１Ａ近傍に第１絞り部１１Ｂおよび第２絞り部１１Ｃを形成し、第２絞り部１１Ｃにより電池素子２０の一端部２０Ａを内側に屈曲させた。

第１絞り部１１Ｂおよび第２絞り部１１Ｃを形成したのち、電解液を電池缶１１の内部に注入し、セパレータ２３に含浸させた。そののち、正極リード３０として、図５に示したような、帯状の平面部３２の両端に丸みのある形状の端部３１を有するものを用意し、この正極リード３０を、電池素子２０の屈曲した端部２０Ａの側に配置し、電池缶１１の開口１２と第１絞り部１１Ｂとの間に電池蓋１４および安全弁１５をガスケット１６を間にしてかしめることにより固定した。これにより、正極リード３０の端部３１を電池素子２０の屈曲した端部２０Ａに接触させる一方、平面部３２を安全弁１５に接触させた。これにより、図１に示した電池を得た。

比較例１として、正極リードを溶接により正極および安全弁に電気的に接続した電池を作製した。すなわち、正極の巻回中心側の端部にアルミニウム箔よりなる正極リードを超音波溶接し、この正極と負極とをセパレータを間にして積層し、巻回することにより電池素子を作製した。この電池素子を、底部に絶縁板を敷いた電池缶に収容し、開口近傍に第１絞り部を形成した。続いて、ガスケットを挿入し、正極リードに安全弁を溶接し、電解液を電池缶の内部に注入したのち、開口と第１絞り部との間に安全弁および電池蓋を入れてかしめることにより固定した。

また、比較例２として、電池素子を電池缶の内部に収容したのち、電池缶に第２絞り部を形成せず、素子絞り部材を設けることにより電池素子の一端部を内側に屈曲させたことを除いては、実施例１と同様にして電池を作製した。

このようにして得られた実施例１および比較例１，２の電池について、１００ｍＡ放電容量を調べた。なお、評価は予備放電後に行った。また、必要に応じて、６０度で３００時間保管後に試験を行った。得られた結果を表１に示す。

また、実施例１および比較例１，２の未放電電池各１０００個について、落下試験の不良率を調べた。落下試験は、ＪＩＳ規格に従って行い（ＪＩＳＣ８５１３ ６．２．２．８機械的試験Ｅ−１自由落下）、電圧変化が生じたものを不良とした。

更に、比較例１については、製造工程における溶接不良率を調べた。得られた結果を表１に併せて示す。

表１から分かるように、実施例１では、比較例１のような製造工程時の溶接不良がなく、良品率を飛躍的に向上させることができた。また、実施例１では、放電特性は比較例２と変わらず、落下試験不良率は比較例１，２よりも改善された。すなわち、電池缶１１に第２絞り部１１Ｃを設けて電池素子２０の一端部２０Ａを内側に屈曲させ、この屈曲した端部２０Ａに正極リード３０の端部３１を接触させるようにすれば、溶接不良を排除すると共に部品点数を削減し、簡素な構成で同等の放電容量を得ることができ、耐落下性も確保することができることが分かった。

（実施例２，３）
絶縁部材５０の幅Ｗ５０から正極２１の幅Ｗ２１を引いた値（Ｗ５０−Ｗ２１）を、表２に示したように変化させたことを除いては、実施例１と同様にして電池を作製し、製造工程中に内部短絡が発生し電池として完成しなかったものの割合（短絡不良率）を調べた。その結果を表２に示す。

表２から分かるように、絶縁部材５０の幅Ｗ５０を正極２１の幅Ｗ２１よりも１ｍｍ長くした実施例３では、同じにした実施例１または１ｍｍ短くした実施例２に比べて、短絡不良率を極めて小さくすることができた。これは、絶縁部材５０の幅Ｗ５０を大きくすることにより電池素子２０の端部２０Ａを保護することができるからであると考えられる。すなわち、絶縁部材５０の幅Ｗ５０を正極２１の幅Ｗ２１よりも大きくすれば、製造工程において内部短絡の発生を防ぎ、短絡不良をなくすことができることが分かった。

（実施例４，５）
絶縁部材５０の厚みを、表３に示したように変化させたことを除いては、実施例３と同様にして各実施例につき１０個ずつ電池を作製した。

得られた電池のうち５個については直ちに１０００ｍＡで放電させて平均放電容量を調べた。他の５個については６０℃で１カ月保存したのちに１０００ｍＡで放電させて平均放電容量を調べた。その結果を表３に示す。

表３から分かるように、絶縁部材５０の厚みを４０μｍまたは６０μｍとした実施例４，５では、２０μｍとした実施例３に比べて、保存維持率が極めて高かった。すなわち、絶縁部材５０の厚みを４０μｍ以上とすれば、保存維持率を著しく高めることができることが分かった。

（実施例６）
正極リード３０を、電池素子２０とガスケット１６との間に設け、電池素子２０に接触させると共にガスケット１６にも接触させるようにしたことを除いては、実施例５と同様にして電池を作製した。得られた電池について、１００ｍＡ放電および１０００ｍＡ放電を行い、重負荷放電特性（１０００ｍＡ放電容量／１００ｍＡ放電容量）を調べた。また、実施例５，６の未放電電池各１０００個について、振動試験の不良率を調べた。振動試験は、ＪＩＳ規格に従って行い（ＪＩＳＣ８５１３ ６．１．２．３機械的試験Ｂ−１輸送−振動）、電圧変化が生じたものを不良とした。得られた結果を表４に示す。

表４から分かるように、正極リード３０を電池素子２０とガスケット１６の間に設けるようにした実施例６では、実施例５に比べて、重負荷放電特性および振動試験不良率のいずれについても向上していた。これは、実施例６ではガスケット１６により正極リード２０を押さえ付けることができたからであると考えられる。すなわち、正極リード３０を電池素子２０とガスケット１６との間に設けるようにすれば、重負荷放電特性を高め、高い耐振動性を得ることができることが分かった。

（実施例７）
正極リード３０を、図３に示したような、円形の平面部３２の周縁に端部３１を垂直に突出させた形状としたことを除いては、実施例６と同様にして電池を作製し、製造工程中に絶縁不良が発生したものの割合（絶縁不良率）を調べた。その結果を表５に示す。

また、得られた電池について、１００ｍＡ放電および１０００ｍＡ放電を行い、重負荷放電特性（１０００ｍＡ放電容量／１００ｍＡ放電容量）を調べた。得られた結果を表５に併せて示す。

表５から分かるように、正極リード３０を円形の平面部３２の周縁に端部３１を垂直に突出させた形状とした実施例７では、実施例６に比べて、絶縁不良が大幅に減り、重負荷放電特性も向上した。これは、実施例７では端部３１を電池素子２０に突き刺して接触させるので、安定した電気的導通が得られたからであると考えられる。すなわち、正極リード３０を、円形の平面部３２の周縁に端部３１を垂直に突出させた形状とすれば、絶縁不良を低減し、重負荷放電特性を向上させることができることが分かった。

以上、実施の形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態および実施例に限定されるものではなく、種々変形可能である。例えば、正極リード３０の端部３１は、必ずしも平面部３２から突出して設けられている必要はない。すなわち、平面部３２をより強く湾曲させる一方、端部３１を短くして平面部３２に連続させ、正極リード３０を全体として椀を伏せたような形状としてもよい。

また、例えば、外側正極活物質層２１Ｂおよび内側正極活物質層２１Ｃに含まれる活物質としては、硫化鉄，二酸化マンガンおよびフッ化黒鉛のほか、遷移金属酸化物や硫化物でもよく、具体的には、ＦｅＳ，ＦｅＳ₂ ，ＭｎＯ₂ ，（ＣＦ_x ）_n ，（Ｃ₂ Ｆ）_n ，Ｖ₂ Ｏ₅ ，ＷＯ₃ ，ＭｏＯ₃ ，ＭｏＳ₂ ，酸化鉛，酸化コバルト，酸化銅，硫化銅，ＮｉＳ，ＴｉＳ₂ などが挙げられる。

更に、負極２２は、金属リチウム箔に限られず、銅など他の金属よりなる負極集電体に金属リチウムよりなる負極活物質層を設けた構造としてもよい。更に、負極２２には、リチウムイオンを吸蔵および放出可能な負極活物質を用いてもよい。

加えて、上記実施の形態および実施例では、負極リード４０の端部４０Ａを負極２２に接触させた場合について説明したが、必ずしも端部４０Ａでなくても負極リード４０のどこか一部が負極２２に接触していればよい。

更にまた、上記実施の形態および実施例では、電池素子２０の最外周にセパレータ２３が設けられず、最外周を構成する正極２１に対して絶縁部材５０が直接巻かれている場合について説明したが、電池素子２０の最外周にはセパレータ２３が設けられていてもよい。その場合には、充電により大電流が流れて大きな熱が発生すると、電池素子２０の基準温度よりも低い温度において絶縁部材５０が収縮または融解し、これによりセパレータ２３が引張られて正極２１の活物質非被覆部２１Ｄの上下端部が露出し、電池缶１１の側壁に接触することにより、上記実施の形態と同様の作用・効果を得ることができる。

加えてまた、上記実施の形態および実施例では、絶縁部材５０が、巻回終端部２０Ｂを固定する固定部材、いわゆる終端テープと兼用されている場合について説明したが、絶縁部材５０と固定部材とは別の部材として設けられていてもよい。すなわち、巻回終端部２０Ｂを固定部材で固定し、固定部材の外周側に絶縁部材５０を設けるようにしてもよい。その場合、固定部材は電池素子２０を一周する必要はなく、巻回終端部２０Ｂ近傍の一部分のみに設けられていてもよい。また、固定部材は電池素子２０の高さＨ２０よりも狭い幅のものでもよく、絶縁部材５０と同じ幅でなくてもよい。

更にまた、絶縁部材５０については、電池素子２０の最外周にセパレータ２３が設けられている場合には、必ずしも設ける必要はない。その場合には、正極リード３０の端部３１をガスケット１６で完全に覆うことなどにより、電池缶１１と正極リード３０の端部３１または電池素子２０との接触による短絡を防ぐようにすることが望ましい。

加えてまた、負極リード４０は、必ずしも電池素子２０の外表面に沿って配置されている必要はなく、短冊状の負極リード４０を負極２２に溶接などにより接合するようにしてもよい。なお、負極リード４０を電池素子２０の外表面に沿って配置する場合、絶縁部材５０は必ずしも負極２２の内周側のセパレータ２３に固定される必要はなく、負極リード４０が負極２２と電池缶１１の内壁とに接触可能である限り、負極２２の外周側のセパレータ２３に固定されていてもよい。

更にまた、上記実施の形態および実施例では、電池素子２０が、正極２１が負極２２よりも外周側になるようにして巻回されている場合について説明したが、負極２２が正極２１よりも外周側になるようにして巻回されていてもよい。その際、負極２２を構成するリチウム箔が電池缶１１に張り付いてしまうことを防ぐため、電池素子２０の最外周にセパレータ２３を設けることが望ましく、セパレータ２３を設けない場合には電池素子２０と電池缶１１との間に絶縁部材５０を設けることが望ましい。前者の場合、負極リード４０を電池素子２０の外表面に沿って配置するときには、セパレータ２３の端部近傍を固定部材で固定し、最外周のセパレータ２３に対して負極リード４０を直接巻き付けてもよいし、最外周のセパレータ２３と負極リード４０との間に絶縁部材５０を設けてもよい。また、電池素子２０の最外周にセパレータ２３が設けられず、負極２２が電池素子２０の最外周を構成しているときには、絶縁部材５０の幅Ｗ５０を十分に大きくすることにより、負極２２を構成するリチウム箔が電池缶１１に張り付かないようにすることが望ましい。

更にまた、上記実施の形態および実施例では、本発明を正極リード３０に適用した場合について説明したが、本発明は負極リード４０への適用も可能である。

加えてまた、上記実施の形態および実施例では、筒型リチウム硫化鉄電池を例として説明したが、本発明は、筒型リチウムマンガン電池，筒型リチウム酸化銅電池など、金属リチウム箔を負極２２に用いた巻回構造を有する電池に適用することができる。また、本発明は、リチウムイオン電池，ニッケル水素電池，ニッケルカドミウム電池またはアルミ電解コンデンサなど、巻回構造を有する電池または他の電気化学デバイスにも広く応用することが可能である。

更にまた、本発明は、二次電池への適用も可能である。

本発明の一実施の形態に係る電池の構成を表す断面図である。 図１に示した電池のＩＩ−ＩＩ線に沿った構成を表す断面図である。 図１に示した正極リードの一例を表す斜視図である。 正極リードの他の例を表す斜視図である。 正極リードの更に他の例を表す斜視図である。 正極リードの更に他の例を表す斜視図である。 正極リードの更に他の例を表す斜視図である。 図１に示した電池の製造方法において負極リードおよび絶縁部材を取り付ける工程を表す斜視図である。 図１に示した電池において大電流により大きな熱が発生した場合を表す断面図である。

符号の説明

１１…電池缶、１１Ａ…開口、１１Ｂ…第１絞り部、１１Ｃ…第２絞り部、１３…絶縁板、１４…電池蓋、１５…安全弁、１６…ガスケット、２０…電池素子、２０Ａ…端部、２１…正極、２１Ａ…正極集電体、２１Ｂ…外側正極活物質層、２１Ｃ…内側正極活物質層、２１Ｄ…活物質非被覆部、２２…負極、２３…セパレータ、２４…センターピン、３０…正極リード、３１…端部、３２…平面部、４０…負極リード、４０Ａ…端部、４１…接着層、５０…絶縁部材。

Claims (9)

1. 正極および負極を有する電池素子と、前記電池素子を収納する電池缶とを備え、
   前記電池缶は、開口および前記開口を封止するための第１絞り部を有すると共に、前記第１絞り部とは異なる位置に第２絞り部が形成され、
   前記電池素子は、前記第２絞り部により一端部が内側に屈曲し、
   前記電池素子の屈曲した端部の側にリードが設けられ、前記リードの端部が前記電池素子の屈曲した端部に接触することにより前記リードと前記正極および負極のうちの一方とが電気的に接続されている
   ことを特徴とする電池。
2. 前記電池素子は、前記正極および負極のうち一方が他方よりも外周側になるようにして巻回された巻回構造を有することを特徴とする請求項１記載の電池。
3. 前記電池缶は、前記正極および負極のうちの他方に電気的に接続されており、前記電池缶と前記リードの端部との間に絶縁部材が設けられていることを特徴とする請求項１記載の電池。
4. 前記絶縁部材の幅は、前記正極および負極のうちの前記リードに電気的に接続されている方の幅よりも大きいことを特徴とする請求項３記載の電池。
5. 前記絶縁部材の厚みは４０μｍ以上であることを特徴とする請求項３記載の電池。
6. 前記開口と前記第１絞り部との間に電池蓋が設けられ、前記電池蓋と前記リードとが電気的に接続されていることを特徴とする請求項１記載の電池。
7. 前記電池缶の内壁と前記電池蓋との間の隙間を封止するガスケットを備え、前記リードは、前記電池素子と前記ガスケットとの間に設けられていることを特徴とする請求項６記載の電池。
8. 前記リードは平面部を有し、前記リードの端部は前記平面部から突出していることを特徴とする請求項６記載の電池。
9. 前記平面部は円形であり、前記リードの端部は、前記平面部の周縁の少なくとも一部に、前記平面部に対して垂直に突出して設けられていることを特徴とする請求項８記載の電池。
   
   
   

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