JP2008305731A - リチウムイオン二次電池 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】リチウムイオン二次電池は、正極板および負極板がセパレータを介して捲回された捲回群を備えている。捲回群の上部、下部には正極合剤未塗着部の端部、負極合剤未塗着部の端部がそれぞれ突出している。集電円盤7は捲回群の両端面にそれぞれ対向して配置されている。集電円盤7は、捲回群と反対側の面に突状部8と、捲回群と対向し突状部8に対応する位置に平面部とを有している。突状部8は放射状に形成されている。正極合剤未塗着部の端部、負極合剤未塗着部の端部をそれぞれ集電円盤7の平面部に当接させて突状部8にレーザ照射することで接合されている。集電円盤7の平面部が正極合剤未塗着部の端部、負極合剤未塗着部の端部にほぼ一様に当接する。
【選択図】図5
Description
図1に示すように、本実施形態の円筒型リチウムイオン二次電池20は、正極板および負極板がセパレータを介して対向するように断面渦巻状に捲回された電極群としての捲回群6を備えている。捲回群6は、上部に開口部が形成された電池容器10に収容されている。
リチウムイオン二次電池20は、次のようにして組み立てられる。まず、捲回群6の上端面に集電円盤7を載置し、捲回群6の上端面に位置する正極合剤未塗着部1の端部に集電円盤7の平面部を当接させる。突状部8の上方(集電円盤7の上方)から、突状部8の長手方向(集電円盤7の半径方向)に沿ってレーザ光を照射する。このとき、レーザ光の焦点スポット径を、突状部8の上底幅W1より小さくなるように設定する。レーザ光の照射により突状部8および集電円盤7の一部を溶融させることで、レーザ光照射面の背面(集電円盤7の平面部)と、該背面に当接した各周(50層)の正極合剤未塗着部1の端部とを接合する。すなわち、レーザ光照射により突状部8および集電円盤7の一部が溶融すると、重力で溶融部分が集電円盤7の平面部から垂下(突出)する。溶融部分は、レーザ光の照射による溶接軌跡を形成する。レーザ光照射後は、この垂下した部分が溶融痕跡として残り、突状部8が形成されていた部分が略平坦となる。4つの突状部8について、順次突状部8の上方からレーザ光を照射することで、正極合剤未塗着部1の端部と集電円盤7の平面部とを溶接する。次に、負極合剤未塗着部3の端部と集電円盤7とについても、正極合剤未塗着部1の端部と集電円盤7との溶接と同様にして溶接する。このとき、正極側の集電円盤7を溶接した捲回群6の上下を反対にして負極合剤未塗着部3を上側にして行う。
実施例1では、集電円盤7の材質を正極側ではアルミニウム、負極側では銅とした。レーザ光の照射出力は、正極側の溶接では600W、負極側の溶接では550Wにそれぞれ設定した。また、集電円盤7の寸法は、下表1に示すように、厚さt=0.2mmとし、上底幅W1=0.2mm、下底幅W2=0.8mm、突出高さH=1.0mmとした。このため、H≧W2およびH>tの関係を満たしている。
実施例2では、寸法が異なる以外は実施例1と同じ形状、材質の集電円盤7を用いた。集電円盤7の寸法は、表1に示すように、厚さt=0.7mm、上底幅W1=0.4mm、下底幅W2=0.8mm、突出高さH=0.8mmとした。このため、H≧W2およびH>tの関係を満たしている。また、レーザ光の照射出力を、正極側の溶接では650W、負極側の溶接では580Wにそれぞれ設定した。実施例2のリチウムイオン二次電池20では、1kHz交流インピーダンスの平均値が0.24mΩであった。
実施例3では、材質を正極側ではアルミニウム、負極側ではニッケルとし、寸法が異なる以外は実施例1と同じ形状の集電円盤7を用いた。集電円盤7の寸法は、表1に示すように、厚さt=0.2mm、上底幅W1=0.2mm、下底幅W2=0.8mm、突出高さH=1.0mmとした。このため、H≧W2およびH>tの関係を満たしている。また、レーザ光の照射出力を、正極側の溶接では600W、負極側の溶接では450Wにそれぞれ設定した。実施例3のリチウムイオン二次電池20では、1kHz交流インピーダンスの平均値が0.24mΩであった。
実施例4では、正極側、負極側共に、集電円盤7に実施例1と異なる形状のものを用いた。すなわち、図5(B)に示すように、集電円盤7には、突状部8の両側に突状部8に沿うように(突状部8を間に挟むように)一対の溝18a、18bが形成されている。溝18a、18bは、集電円盤7の4箇所に2本ずつ形成されている。集電円盤7は、捲回群6と対向し溝18a、18bおよび突状部8に対応する部分に平面部を有している。溝18a、18bおよび突状部8の寸法は、図6(B)に示すように、集電円盤7の厚さTとし、突状部8の上底幅(台形の先端部の幅)W1、下底幅(台形の基部の幅)W2、突出高さHとし、溝18aの溝幅L1、溝18bの溝幅L2、溝18a、18bが形成された部分の集電円盤7の溝部厚さtとしたときに、H≧W2、H>t、H+t>TおよびL1+L2≧W2の関係を満たすように設定されている。溝18a、18bおよび突状部8の長さ(集電円盤7の半径方向の長さ)は、捲回群6の上部に突出したアルミニウム箔(負極側では、捲回群6の下部に突出した圧延銅箔)の中心側の位置から外周側の位置までに対応するように設定されている。換言すれば、溝18a、18bおよび突状部8は、捲回群6の(軸芯12を除く)最内周から最外周までの位置に対応するように形成されている。
実施例5では、寸法が異なる以外は実施例4と同じ形状、材質の集電円盤7を用いた。集電円盤7の寸法は、表1に示すように、厚さT=1.4mm、溝部厚さt=0.7、上底幅W1=0.4mm、下底幅W2=0.8mm、突出高さH=0.8mm、溝幅L1=溝幅L2=0.4mmとした。このため、H≧W2、H>t、H+t>TおよびL1+L2≧W2の関係を満たしている。また、レーザ光の照射出力を、正極側の溶接では650W、負極側の溶接では580Wにそれぞれ設定した。実施例5のリチウムイオン二次電池20では、1kHz交流インピーダンスの平均値が0.24mΩであった。
実施例6では、材質を正極側ではアルミニウム、負極側ではニッケルとし、寸法が異なる以外は実施例4と同じ形状の集電円盤7を用いた。集電円盤7の寸法は、表1に示すように、厚さT=1.0mm、溝部厚さt=0.2、上底幅W1=0.2mm、下底幅W2=0.8mm、突出高さH=1.0mm、溝幅L1=溝幅L2=1.0mmとした。このため、H≧W2、H>t、H+t>TおよびL1+L2≧W2の関係を満たしている。また、レーザ光の照射出力を、正極側の溶接では600W、負極側の溶接では450Wにそれぞれ設定した。実施例5のリチウムイオン二次電池20では、1kHz交流インピーダンスの平均値が0.24mΩであった。
実施例7では、寸法が異なる以外は実施例1と同じ形状、材質の集電円盤7を用いた。集電円盤7の寸法は、表1に示すように、厚さt=1.0mm、上底幅W1=0.4mm、下底幅W2=1.0mm、突出高さH=0.8mmとした。このため、H<W2、H<tとなり、H≧W2およびH>tの関係を満たしていない。また、レーザ光の照射出力を、正極側の溶接では700W、負極側の溶接では610Wにそれぞれ設定した。実施例7のリチウムイオン二次電池20では、1kHz交流インピーダンスの平均値が0.28mΩであった。
実施例8では、寸法が異なる以外は実施例4と同じ形状、材質の集電円盤7を用いた。集電円盤7の寸法は、表1に示すように、厚さT=1.6mm、溝部厚さt=1.0、上底幅W1=0.4mm、下底幅W2=1.0mm、突出高さH=0.8mm、溝幅L1=溝幅L2=0.4mmとした。このため、H<W2、H<t、L1+L2<W2となり、H+t>Tの関係は満たしているが、H≧W2、H>tおよびL1+L2≧W2の関係は満たしていない。また、レーザ光の照射出力を、正極側の溶接では700W、負極側の溶接では610Wにそれぞれ設定した。実施例8のリチウムイオン二次電池20では、1kHz交流インピーダンスの平均値が0.28mΩであった。
比較例1では、寸法が異なる以外は実施例1と同じ形状、材質の集電円盤7を用いた。集電円盤7の寸法は、表1に示すように、厚さt=0.4mm、上底幅W1=0.4mm、下底幅W2=0.4mm、突出高さH=0.8mmとした。このため、H≧W2およびH>tの関係は満たしているが、突状部の形状が断面矩形状となる。また、レーザ光の照射出力を、正極側の溶接では600W、負極側の溶接では550Wにそれぞれ設定した。比較例1のリチウムイオン二次電池では、1kHz交流インピーダンスの平均値が0.28mΩであった。また、集電円盤7のレーザ光の照射面には溶接時に発生したと思われる複数のスパッタ(飛散した溶融金属)が付着しており、溶接部の断面にはブローホール(金属ガスの空洞)が観察された。
実施例9では、寸法が異なる以外は実施例1と同じ形状、材質の集電円盤7を用いた。集電円盤7の寸法は、表1に示すように、厚さt=0.4mm、上底幅W1=0.05mm、下底幅W2=0.8mm、突出高さH=0.8mmとした。このため、H≧W2およびH>tの関係は満たしているが、上底幅W1がレーザ光の焦点スポット径(0.1mm)より小さくなっている。また、レーザ光の照射出力を、正極側の溶接では600W、負極側の溶接では550Wにそれぞれ設定した。実施例9のリチウムイオン二次電池20では、1kHz交流インピーダンスの平均値が0.25mΩであった。また、集電円盤7のレーザ光の照射面には溶接時に発生したと思われる複数のスパッタが付着しており、溶接部の断面にはブローホールが観察された。
比較例2では、寸法が異なる以外は実施例4と同じ形状の集電円盤7を用いた。集電円盤7の寸法は、表1に示すように、厚さT=1.0mm、溝部厚さt=0.5mm、上底幅W1=0.5mm、下底幅W2=0.5mm、突出高さH=0.5mm、溝幅L1=溝幅L2=0.5mmとした。このため、H=t、H+t=Tとなり、H≧W2およびL1+L2≧W2の関係は満たしているが、H>tおよびH+t>Tの関係を満たしておらず、突状部の断面形状が矩形状となる。また、レーザ光の照射出力を、正極側の溶接では600W、負極側の溶接では550Wにそれぞれ設定した。比較例2のリチウムイオン二次電池では、1kHz交流インピーダンスの平均値が0.30mΩであった。また、集電円盤7のレーザ光の照射面には溶接時に発生したと思われる複数のスパッタが付着しており、溶接部の断面にはブローホールが観察された。さらには、一部のアルミニウム箔、圧延銅箔に溶断が観察された。
実施例10では、寸法が異なる以外は実施例4と同じ形状の集電円盤7を用いた。集電円盤7の寸法は、表1に示すように、厚さT=1.2mm、溝部厚さt=0.4、上底幅W1=0.05mm、下底幅W2=0.8mm、突出高さH=0.8mm、溝幅L1=溝幅L2=0.5mmとした。このため、H+t=Tとなり、H≧W2、H>tおよびL1+L2≧W2の関係は満たしているが、H+t>Tの関係を満たしておらず、上底幅W1がレーザ光の焦点スポット径より小さくなっている。また、レーザ光の照射出力を、正極側の溶接では600W、負極側の溶接では550Wにそれぞれ設定した。実施例10のリチウムイオン二次電池20では、1kHz交流インピーダンスの平均値が0.25mΩであった。また、集電円盤7のレーザ光の照射面には溶接時に発生したと思われる複数のスパッタが付着しており、溶接部の断面にはブローホールが観察された。さらには、一部のアルミニウム箔、圧延銅箔に溶断が観察された。
次に、本実施形態のリチウムイオン二次電池20の作用等について説明する。
2 正極板
3 負極合剤未塗着部(箔体の一部)
4 負極板
5 セパレータ
6 捲回群(電極群)
7 集電円盤(集電部材)
8 突状部
20 円筒型リチウムイオン二次電池(リチウムイオン二次電池)
Claims (9)
- 正極活物質を主体とする正極合剤が箔体に塗着された正極板と、負極活物質を主体とする負極合剤が箔体に塗着された負極板とがセパレータを介して配置された電極群を備え、少なくとも前記正極板および負極板の一方の箔体の端部が前記電極群の端面から突出するとともに、前記少なくとも一方の箔体から集電するための集電部材が前記電極群の端面と対向して配置され、前記集電部材と前記箔体の端部とが接合された接合部が該集電部材の前記電極群と対向する面側から突出するように形成されたリチウムイオン二次電池において、前記集電部材は、前記電極群と反対側の面に中央部から外縁部に向けて延設された複数の突状部と、前記電極群と対向し前記突状部に対応する位置に設けられた平面部とを有しており、前記接合部は、前記平面部に前記箔体の端部を当接させて、前記突状部を溶融し前記平面部から突出させることで形成したものであることを特徴とするリチウムイオン二次電池。
- 前記突状部は、直線状ないし曲線状に延設されており、断面略台形を呈していることを特徴とする請求項1に記載のリチウムイオン二次電池。
- 前記集電部材は、前記突状部の両側に沿うように一対の溝が形成されていることを特徴とする請求項2に記載のリチウムイオン二次電池。
- 前記集電部材は、前記突状部の突出高さをHとし、前記突状部の基部の幅をW2とし、前記集電部材の厚さをtとしたときに、H≧W2およびH>tの関係を満たすことを特徴とする請求項1または請求項2に記載のリチウムイオン二次電池。
- 前記集電部材は、前記突状部の突出高さをHとし、前記突状部の基部の幅をW2とし、前記集電部材の厚さをTとし、前記集電部材の前記溝が形成された部分の厚さをtとし、前記一対の溝の溝幅をそれぞれL1およびL2としたときに、H≧W2、H>t、H+t>TおよびL1+L2≧W2の関係を満たすことを特徴とする請求項3に記載のリチウムイオン二次電池。
- 前記集電部材は、該集電部材に接合される箔体と同材質であることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池。
- 前記接合部は、前記突状部にレーザ光を照射することで形成されたものであることを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池。
- 前記集電部材は、前記突状部の先端部の幅が前記レーザ光の焦点スポット径より大きいことを特徴とする請求項7に記載のリチウムイオン二次電池。
- 前記電極群の端面から端部が突出した箔体は、一側の側縁に前記正極合剤ないし負極合剤の未塗着部が形成されており、前記未塗着部の一部又は全部が前記セパレータの端縁から突出し該未塗着部の端部が前記電極群の端面から突出していることを特徴とする請求項1に記載のリチウムイオン二次電池。
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