JP2009266738A - 円筒形電池およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】極板群の中空円筒部の最大径を極板群の最大径の1/6以上2/6以下とし、円筒形電池ケースの内底面と対向する面に円筒形電池ケースの内底面側に突出する1つの第1プロジェクションと複数の第2プロジェクションとを有し、第1プロジェクションの高さが第2プロジェクションの高さよりも高い集電板を用い、前記集電板を電池ケースに接続するときに、最大径が極板群の中空円筒部の最大径の60%以上、100%以下である溶接用電極を用いる。
【選択図】図5
Description
(a)帯状の第1芯材と、前記第1芯材に配された第1活物質層とを含み、前記第1芯材の長手方向に平行な一方の辺に沿って前記第1芯材の露出部が設けられている第1電極を作製する工程、
(b)帯状の第2芯材と、前記第2芯材に配された第2活物質層とを含み、前記第2芯材の長手方向に平行な一方の辺に沿って前記第2芯材の露出部が設けられている第2電極を作製する工程、
(c)前記第1電極と前記第2電極とそれらの間に配置されたセパレータとを含む積層体を渦巻状に捲回して、前記第1芯材の露出部および前記第2芯材の露出部が捲回軸方向の2つの端面にそれぞれ配置され、かつ捲回軸に沿って設けられた中空円筒部を有する極板群を得る工程、
(d)前記第1芯材の露出部に、第1集電板を接続する工程、
(e)前記第2芯材の露出部に、第2集電板を接続する工程、
(f)前記第1集電板および前記第2集電板が接続された極板群を、円筒形電池ケースに、前記第2集電板が前記円筒形電池ケースの内底面に接するように、収容する工程、ならびに
(g)前記第2集電板を、前記円筒形電池ケースに接続する工程
を含む。第2集電板は、円筒形電池ケースの内底面と対向する面に、円筒形電池ケースの内底面側に突出する1つの第1プロジェクションと複数の第2プロジェクションとを有する。第1プロジェクションは、第2集電板の極板群の中空円筒部に対向する第1部分に配置されており、複数の第2プロジェクションは、第2集電板の第1部分以外の第2部分に配置されており、かつ第1プロジェクションの高さは、第2プロジェクションの高さよりも高い。工程(g)は、溶接用電極を、極板群の中空円筒部を通して、第2集電板に接触させ、第2集電板と円筒形電池ケースとを密着させた状態で、溶接用電極を用いて、第2集電板と前記円筒形電池ケースとを溶接する工程を有する。極板群の中空円筒部の最大径は、極板群の最大径の1/6以上、2/6以下であり、溶接用電極の最大径は、極板群の中空円筒部の最大径の60%以上、100%以下である。
ここで、極板群の最大径および極板群の中空円筒部の最大径とは、捲回軸に垂直な方向における極板群の最大径および中空円筒部の最大径のことをいう。溶接用電極の最大径とは、溶接用電極の長手方向に垂直な方向における最大径のことをいう。
(i)第1電極と、第2電極と、前記第1電極と前記第2電極との間に配置されたセパレータを含む捲回型極板群、
(ii)前記捲回型極板群を収容する円筒形電池ケース、
(iii)前記第1電極に接続される第1集電板、
(iv)前記第2電極に接続され、かつ前記極板群と前記円筒形電池ケースの内底面との間に配置された第2集電板、および
(v)電解質
を備える。第1電極は、帯状の第1芯材と、前記第1芯材に配された第1活物質層とを含み、第1芯材の長手方向に平行な一方の辺に沿って前記第1芯材の露出部が設けられており、第2電極は、帯状の第2芯材と、第2芯材に配された第2活物質層とを含み、第2芯材の長手方向に平行な一方の辺に沿って第2芯材の露出部が設けられている。極板群の捲回軸方向の2つの端面には、それぞれ第1芯材の露出部および第2芯材の露出部が配置されており、かつ極板群は、捲回軸に沿って設けられた中空円筒部を有する。第2集電板は、円筒形電池ケースの内底面と対向する面に、円筒形電池ケースの内底面側に突出する1つの第1プロジェクションと複数の第2プロジェクションとを有し、第1プロジェクションは、第2集電板の極板群の中空円筒部に対向する第1部分に配置されており、複数の第2プロジェクションは、前記第1部分以外の第2部分に配置されている。第2集電板に設けられた第1プロジェクションおよび複数の第2プロジェクションが、円筒形電池ケースの内底面に溶接されており、極板群の中空円筒部の最大径は、極板群の最大径の1/6以上、2/6以下である。
また、本発明の製造方法により、電池ケースと極板群との間に配置された集電板と、電池ケースとを、確実に接続することが可能となるため、集電性が向上する。よって、本発明の製造方法により作製された円筒形電池は、電池特性に優れ、かつその優れた電池特性を維持することができる。
本発明の円筒形電池の製造方法は、
(a)帯状の第1芯材と、前記第1芯材に配された第1活物質層とを含み、前記第1芯材の長手方向に平行な一方の辺に沿って前記第1芯材の露出部が設けられている第1電極を作製する工程、
(b)帯状の第2芯材と、前記第2芯材上に配された第2活物質層とを含み、前記第2芯材の長手方向に平行な一方の辺に沿って前記第2芯材の露出部が設けられている第2電極を作製する工程、
(c)前記第1電極と前記第2電極とそれらの間に配置されたセパレータとを含む積層体を渦巻状に捲回して、前記第1芯材の露出部および前記第2芯材の露出部が捲回軸方向の2つの端面にそれぞれ配置され、かつ捲回軸に沿って設けられた中空円筒部を有する極板群を得る工程、
(d)前記第1芯材の露出部に、第1集電板を接続する工程、
(e)前記第2芯材の露出部に、第2集電板を接続する工程、
(f)前記第1集電板および前記第2集電板が接続された極板群を、円筒形電池ケースに、前記第2集電板が前記円筒形電池ケースの内底面に接するように、収容する工程、ならびに
(g)前記第2集電板を、前記円筒形電池ケースに接続する工程
を含む。第2集電板は、円筒形電池ケースの内底面と対向する面に、円筒形電池ケースの内底面側に突出する1つの第1プロジェクションと複数の第2プロジェクションとを有する。第1プロジェクションは、第2集電板の極板群の中空円筒部に対向する第1部分に配置されており、複数の第2プロジェクションは、第2集電板の第1部分以外の第2部分に配置されている。第1プロジェクションの高さは、第2プロジェクションの高さよりも高い。極板群の中空円筒部の最大径は、極板群の最大径の1/6以上、2/6以下である。
さらに、工程(g)は、溶接用電極を、極板群の中空円筒部を通して、第2集電板に接触させ、第2集電板と円筒形電池ケースとを密着させた状態で、溶接用電極を用いて、第2集電板と前記円筒形電池ケースとを溶接する工程を有する。溶接用電極の最大径は、極板群の中空円筒部の最大径の60%以上、100%以下である。
焼結型電極および合剤型電極は、当該分野で公知の方法を用いて作製することができる。
極板群5に設けられた中空円筒部5aの横断面の最大径は、巻芯の横断面の最大径を調節することにより制御することができる。
前記効果が十分に得られるため、前記中空円筒部の最大径は、極板群の最大径の1/5以上、2/6以下であることが好ましい。第1溶接用電極51の最大径は、中空円筒部の最大径の80〜100%であることが好ましい。また、第1溶接用電極51の最大径は、4mm以上であることがさらに好ましい。
第1電極と第2電極とそれらの間に配置されたセパレータとを含む積層体を渦巻状に捲回する群構成工程において、電極の変形、電極の厚みのバラツキ、設備の精度などによって、1周ずつ捲回するごとに、芯材の露出部にズレが生じる。このため、極板群の捲回軸方向における端面が、平面状にならず、一部の芯材の露出部が突出したり、別の一部の芯材が引っ込んだりしている。このため、このような端面(芯材の露出部)に、第2集電板を接続した場合、第2集電板がフラットになりにくい。
本発明においては、太い第1溶接用電極51を用いて、第2集電板20と電池ケース7との良好な密着状態を実現すると共に、第1プロジェクション22aの高さを、第2プロジェクション22bの高さよりも高くすることにより、極板群5の捲回軸方向の端面の平面度状態に影響されずに、安定したナゲット(溶融部)を形成することができる。つまり、第1プロジェクションの高さを、第2プロジェクションの高さより高くすることにより、第2集電板と電池ケースとが確実に接触し、よって、通電経路を確保できる。このため、第2集電板20と電池ケース7との安定した接続状態を維持することができ、その結果、高い電池性能が維持された電池を得ることができる。
以上のように、本発明の製造方法を用いることにより、高い電池性能の電池を、高い生産性で得ることができる。
なお、極板群5の中空円筒部5aの最大径が、極板群5の最大径の2/6より大きいと、十分な容量が得られない。
第1プロジェクション22aおよび第2プロジェクション22bの最大径は、0.1〜2mmであることがさらに好ましい。ここで、第1プロジェクションおよび第2プロジェクションの最大径とは、その高さ方向に垂直な方向における最大径のことをいう。
なかでも、第2電極が負極であり、第2集電板が負極集電板であることが好ましい。例えば、アルカリ蓄電池を含む水系二次電池では、充放電中に発生する酸素を吸収するリザーバーとして、正極容量よりも多くの負極活物質を充填する必要がある。その結果、負極板の長さが、正極板の長さよりも長くなる。このため、電池ケースに接する極板郡の最外周は必然的に負極になる。よって、第2電極が負極である方が好ましい。
例えば、アルカリ蓄電池を作製する場合、正極活物質としては、オキシ水酸化ニッケルなど、当該分野で公知の材料を用いることができる。負極活物質としては、水素吸蔵合金など、当該分野で公知の材料を用いることができる。
リチウム二次電池を作製する場合、正極活物質としては、リチウム含有複合酸化物などの当該分野で公知の材料を用いることができる。負極活物質としては、炭素材料、SiまたはSnを含む材料などの当該分野公知の材料を用いることができる。
鉄製負極集電板を用意した。負極集電板の直径は29mmであり、厚みは400μmであった。
第1プロジェクションは、第2集電板の中央部、つまり極板群の中空円筒部に対向する第1部分に配置されていた。第1プロジェクションの高さは380μmであり、第1プロジェクションの最大径は、180μmであった。
4つの第2プロジェクションは、直径20mmの同心円上に等間隔に配置されていた。第2プロジェクションの高さは300μmであり、第2プロジェクションの最大径は、150μmであった。
また、第1溶接用電極の最大径を3mm以下とし、第1溶接用電極と第2溶接用電極との間に2kAの溶接電流を印加すると、第1溶接用電極の電池ケースへの付着はなくなった。しかし、5つのプロジェクションの内、いくつかのプロジェクションが電池ケースに溶接されないことがあることが確認された。これは、第1溶接用電極と第2溶接用電極との間に流れる溶接電流が比較的小さいため、十分な発熱が得られず溶け込み(溶着)不十分でプロジェクションと電池ケースとの密着性が低下したためであると考えられる。
2 第1電極
2a 第1芯材の露出部
3 セパレータ
4 第2電極
4a 第2芯材の露出部
5 極板群
5a 中空円筒部
6 第1集電板
7 電池ケース
8 接続リード
9 封口板
10 キャップ
11 ゴム体
12 絶縁性ガスケット
20 第2集電板
21a 第1部分
21b 第2部分
22a 第1プロジェクション
22b 第2プロジェクション
23 バーリング部
24 スリット
25 極板群の最大径の50〜80%の部分に対向する第2集電板の第2部分の領域
51 第1溶接用電極
52 第2溶接用電極
53 加圧手段
Claims (9)
- (a)帯状の第1芯材と、前記第1芯材に配された第1活物質層とを含み、前記第1芯材の長手方向に平行な一方の辺に沿って前記第1芯材の露出部が設けられている第1電極を作製する工程、
(b)帯状の第2芯材と、前記第2芯材に配された第2活物質層とを含み、前記第2芯材の長手方向に平行な一方の辺に沿って前記第2芯材の露出部が設けられている第2電極を作製する工程、
(c)前記第1電極と前記第2電極とそれらの間に配置されたセパレータとを含む積層体を渦巻状に捲回して、前記第1芯材の露出部および前記第2芯材の露出部が捲回軸方向の2つの端面にそれぞれ配置され、かつ捲回軸に沿って設けられた中空円筒部を有する極板群を得る工程、
(d)前記第1芯材の露出部に、第1集電板を接続する工程、
(e)前記第2芯材の露出部に、第2集電板を接続する工程、
(f)前記第1集電板および前記第2集電板が接続された極板群を、円筒形電池ケースに、前記第2集電板が前記円筒形電池ケースの内底面に接するように、収容する工程、ならびに
(g)前記第2集電板を、前記円筒形電池ケースに接続する工程
を含み、
前記第2集電板は、前記円筒形電池ケースの内底面と対向する面に、前記円筒形電池ケースの内底面側に突出する1つの第1プロジェクションと複数の第2プロジェクションとを有し、前記第1プロジェクションは、前記第2集電板の前記極板群の中空円筒部に対向する第1部分に配置されており、前記複数の第2プロジェクションは、前記第2集電板の前記第1部分以外の第2部分に配置されており、かつ前記第1プロジェクションの高さは、前記第2プロジェクションの高さよりも高く、
前記極板群の中空円筒部の最大径は、前記極板群の最大径の1/6以上、2/6以下であり、
前記工程(g)は、溶接用電極を、前記極板群の中空円筒部を通して、前記第2集電板に接触させ、前記第2集電板と前記円筒形電池ケースとを密着させた状態で、前記溶接用電極を用いて、前記第2集電板と前記円筒形電池ケースとを溶接する工程を有し、
前記溶接用電極の最大径が、前記極板群の中空円筒部の最大径の60%以上、100%以下である、円筒形電池の製造方法。 - 前記溶接用電極の最大径が、4mm以上である、請求項1記載の円筒形電池の製造方法。
- 前記第2プロジェクションが、前記極板群における最大径の50〜80%である部分に対向する前記第2部分の領域に配置されている、請求項1または2記載の円筒形電池の製造方法。
- 前記第1プロジェクションの高さと、前記第2プロジェクションの高さとの差が、10〜500μmである、請求項1〜3のいずれかに記載の円筒形電池の製造方法。
- 前記極板群の最大径が、20〜40mmである、請求項1〜4のいずれかに記載の円筒形電池の製造方法。
- (i)第1電極と、第2電極と、前記第1電極と前記第2電極との間に配置されたセパレータを含む捲回型極板群、
(ii)前記捲回型極板群を収容する円筒形電池ケース、
(iii)前記第1電極に接続される第1集電板、
(iv)前記第2電極に接続され、かつ前記極板群と前記円筒形電池ケースの内底面との間に配置された第2集電板、および
(v)電解質
を備え、
前記第1電極は、帯状の第1芯材と、前記第1芯材に配された第1活物質層とを含み、前記第1芯材の長手方向に平行な一方の辺に沿って前記第1芯材の露出部が設けられており、
前記第2電極は、帯状の第2芯材と、前記第2芯材に配された第2活物質層とを含み、前記第2芯材の長手方向に平行な一方の辺に沿って前記第2芯材の露出部が設けられており、
前記極板群の捲回軸方向の2つの端面には、それぞれ前記第1芯材の露出部および前記第2芯材の露出部が配置されており、かつ前記極板群は、捲回軸に沿って設けられた中空円筒部を有し、
前記第2集電板は、前記円筒形電池ケースの内底面と対向する面に、前記円筒形電池ケースの内底面側に突出する1つの第1プロジェクションと複数の第2プロジェクションとを有し、前記第1プロジェクションは、前記第2集電板の前記極板群の中空円筒部に対向する第1部分に配置されており、前記複数の第2プロジェクションは、前記第2集電板の前記第1部分以外の第2部分に配置されており、かつ前記第2集電板に設けられた前記第1プロジェクションおよび前記複数の第2プロジェクションが、前記円筒形電池ケースの内底面に溶接されており、
前記極板群の中空円筒部の最大径は、前記極板群の最大径の1/6以上、2/6以下である、円筒形電池。 - 前記第2プロジェクションが、前記極板群における最大径の50〜80%である部分に対向する前記第2部分の領域に配置されている、請求項6記載の円筒形電池。
- 前記第1プロジェクションの高さは、前記第2プロジェクションの高さよりも高く、前記第1プロジェクションの高さと、前記第2プロジェクションの高さとの差が、10〜500μmである、請求項6または7記載の円筒形電池。
- 前記極板群の最大径が、20〜40mmである、請求項6〜8のいずれかに記載の円筒形電池。
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