JP2010021067A

JP2010021067A - 捲回式二次電池

Info

Publication number: JP2010021067A
Application number: JP2008181554A
Authority: JP
Inventors: Akira Kojima; 亮小島
Original assignee: Hitachi Vehicle Energy Ltd
Current assignee: Vehicle Energy Japan Inc
Priority date: 2008-07-11
Filing date: 2008-07-11
Publication date: 2010-01-28
Anticipated expiration: 2028-07-11
Also published as: JP5165482B2

Abstract

【課題】高エネルギー密度および高入出力特性を備えた捲回式二次電池を提供する。
【解決手段】捲回式二次電池は、電池容器となる直方体状の電池缶を有している。電池缶には帯状の正極板および負極板がセパレータを介して捲芯に扁平状に捲回された電極群１４が収容されている。電極群１４の両端面には、集電リング４、６がそれぞれ対向配置されている。集電リング４、６の外周面には正負極板から導出された複数の集電タブがそれぞれ接合されており、内周面には捲芯の両端部がそれぞれ挿着されている。集電リング４、６の外周面には円柱状の極柱３、５が電極群１４の捲回軸方向と交差する同一方向、すなわち、電池の上側方向に一体化されている。極柱３、５の上端部は、それぞれ正極外部端子１０および負極外部端子１１を兼ねている。正負極板から外部端子までの電気抵抗が小さくなる。
【選択図】図２

Description

本発明は捲回式二次電池に係り、特に、活物質合剤が塗着され複数の集電タブが導出された集電体をそれぞれ有する正極板および負極板がセパレータを介して捲回された電極群と、集電タブの端部がそれぞれ接合され、電極群の両端面にそれぞれ対向配設された集電部材とを備えた捲回式二次電池に関する。

従来捲回式二次電池では、正極板と負極板とをセパレータを介して捲回した電極群が電池容器に収容されている。中でも、リチウム二次電池は、高エネルギー密度であるメリットを活かして、ＶＴＲカメラ、ノート型パソコンまたは携帯電話等のポータブル機器に広く使用されている。また、リチウム二次電池は、大電流充放電用途の二次電池として、電気自動車（ＥＶ）やハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）の車載電源等にも使用されている。

大電流充放電用途の二次電池では、通常、多数個（例えば、４０〜１００個）の円柱状電池を直列に接続したモジュールが用いられている。ところが、隣り合う電池間に隙間が形成されるため、モジュールの体積効率を損なう、という問題があった。この問題を解決するために、例えば、正極板と負極板とをセパレータを介して扁平状に捲回した電極群を直方体状の容器に収容した捲回式二次電池が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

ところで、大電流充放電特性を向上させるためには、二次電池の入出力特性を向上させる必要があり、正負極板全体から効率的に集電するための集電構造が不可欠である。一般に、正負極板の集電体は長寸方向に沿う一側に活物質合剤の未塗着部を有しており、未塗着部から集電体の長寸方向に亘り均一に電位を集める構造になっている。この点、特許文献１の捲回式二次電池では、扁平状に形成された電極群の捲回軸方向両側に正負極板の合剤未塗着部がそれぞれ形成されており、合剤未塗着部がそれぞれ電極群の厚さ方向に集められ集電部材に接合されている。一方、二次電池の体積エネルギー密度を向上させるためには、正負極板の活物質塗着部をプレスして活物質の密度を向上させることが有効である。ところが、特許文献１の捲回式二次電池では、プレスすると合剤塗着部では集電体が圧迫され伸びを生じる。これに対して、合剤未塗着部は圧迫されないため、集電体に伸びが生じない。このため、集電体に歪みが生じて湾曲してしまう。従って、合剤塗着部の密度、すなわち、活物質の密度を十分に上げることができず、体積エネルギー密度を向上させることが難しい。

これに対して、合剤未塗着部を櫛歯状に切り欠いて、切り欠き残部で複数の集電タブを形成する技術が開示されている（例えば、特許文献２参照）。特許文献２の捲回式二次電池では、プレス時に合剤塗着部で正負極板の集電体に伸びが生じても、隣りあう集電タブ同士に間隔が形成されているため、正負極板の集電体の歪みを低減して湾曲を抑制することができるので、プレスにより活物質の密度を上げて体積エネルギー密度を向上させることができる。

特開２００２−８７０８号公報特開２００２−２７０１４８号公報

しかしながら、特許文献２の捲回式二次電池では、複数の集電タブが集電部材に接合されているため、正負極板から集電部材までの電気抵抗を小さくすることができるが、集電部材から外部端子に至る通電経路に複数の部品が介在するため、部品間で生じる電気抵抗により入出力特性が低下する。また、特許文献１の捲回式二次電池では、集電部材が集電体の一部にしか直接接していないため、集電部材の接していない部分では電流が集電体を通って外部端子へ流れるので、入出力特性を向上させることが難しい。

本発明は上記事案に鑑み、高エネルギー密度および高入出力特性を備えた捲回式二次電池を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明は活物質合剤が塗着され複数の集電タブが導出された集電体をそれぞれ有する正極板および負極板がセパレータを介して捲回された電極群と、集電タブの端部がそれぞれ接合され、前記電極群の両端面にそれぞれ対向配設されたリング状の集電部材とを備え、前記集電部材には、外部端子を兼ねる極柱が前記電極群の捲回軸方向と交差する同一方向となるようにそれぞれ一体化されていることを特徴とする捲回式二次電池である。

本発明では、正負極板が複数の集電タブを有しているので、プレスにより正負極板の活物質の密度を向上することができるので、二次電池のエネルギー密度を向上させることができ、複数の集電タブが電極群の両端面にそれぞれ対向配設されたリング状の集電部材と接合されており、集電部材には外部端子を兼ねる極柱がそれぞれ一体化されているため、正負極板から外部端子までの電気抵抗が小さくなるので、二次電池全体の入出力特性を向上させることができるとともに、外部端子を兼ねる極柱は電極群の捲回軸方向と交差する同一方向となるようにそれぞれ一体化されているため、正負極外部端子が二次電池の同一面に配設されるので、二次電池外部との接続性を向上させることができる。

この場合において、集電部材には極柱が溶接または螺着により一体化されていてもよい。極柱は集電部材の外周面に集電部材の内周側から外周側に貫通するボルトまたはナットにより一体化されていてもよい。ボルトの頭部は集電部材の内周面に沿う形状をしていることが好ましい。

本発明によれば、正負極板が複数の集電タブを有しているので、プレスにより正負極板の活物質の密度を向上することができるので、二次電池のエネルギー密度を向上させることができ、複数の集電タブが電極群の両端面にそれぞれ対向配設されたリング状の集電部材と接合されており、集電部材には外部端子を兼ねる極柱がそれぞれ一体化されているため、正負極板から外部端子までの電気抵抗が小さくなるので、二次電池全体の入出力特性を向上させることができるとともに、外部端子を兼ねる極柱は電極群の捲回軸方向と交差する同一方向となるようにそれぞれ一体化されているため、正負極外部端子が二次電池の同一面に配設されるので、二次電池外部との接続性を向上させることができる、という効果を得ることができる。

以下、図面を参照して、本発明を適用した角形リチウムイオン二次電池の実施の形態について説明する。

（構成）
本実施形態の角形リチウムイオン二次電池２０（以下、単に電池２０という。）は、図１に示すように、電池容器となるニッケルメッキが施された鉄製で直方体状の電池缶１３を有している。電池缶１３の上端面には、ニッケルメッキが施された鉄製で矩形板状の蓋板９が配置されている。電池２０の上面、すなわち、蓋板９には正極外部端子１０および負極外部端子１１がそれぞれ配設されている。

図２に示すように、電池缶１３には、帯状の正極板および負極板がセパレータを介して板状の捲芯に扁平状に捲回された電極群１４が収容されている。正負極板の捲回時には、捲きズレを防止するためにテンションをかけながら捲回されている。電極群１４の捲回軸方向両側には、正極板から導出された複数の集電タブおよび負極板から導出された複数の集電タブがそれぞれ配設されている。電極群１４の最外周に位置するセパレータの端部は、捲き解けを防ぐために捲止めテープで固定されている。電極群１４の外周面全周には、図示を省略した絶縁被覆が施されている。本例では、セパレータには正負極板間の短絡を防止することができる必要最小限の厚みを有するポリエチレン微多孔膜が用いられている。捲芯にはポリプロピレン製の不導体が用いられており、セパレータ等の破断を防止するために捲回軸と交差する断面が扁平円状に形成されている。

電極群１４の両端面には、正極板からの電位を集電するための集電リング４および負極板からの電位を集電するための集電リング６がそれぞれ対向配置されている。図３に示すように、集電リング４、６はそれぞれ平面部４Ａ、６Ａを有した扁平リング状を呈している。集電リング４、６の外周面には、円柱状の極柱３、５が集電リング４、６の内周側から外周側へ貫通する図示しないボルトにより螺着され一体化されている。螺着に用いたボルトの頭部は、集電リング４、６の内周面に沿う形状に形成されている。極柱３、５には、軸方向略中央に円盤状の鍔部が形成されており、鍔部より上側の部分には蓋板９に固定するためのネジ山が形成されている。極柱３、５の上端部は、それぞれ正極外部端子１０および負極外部端子１１を兼ねている。本例では、集電リング４および極柱３はともにアルミニウム製であり、集電リング６および極柱５はともに銅製である。

図２に示すように、集電リング４には捲芯の正極側の端部が挿着されており、外周面には複数の集電タブの端部が超音波溶接により接合されている。同様に、集電リング６には捲芯の負極側の端部が挿着されており、外周面には複数の集電タブの端部が超音波溶接により接合されている。集電リング４、６は、電極群１４の捲回軸方向両側から扁平カップ状のインシュレータ１５にそれぞれ嵌着されている。インシュレータ１５には、極柱３、５の位置に対応するように切り欠きが形成されている。本例では、電池缶１３の大きさが、電極群１４、集電リング４、６およびインシュレータ１５を収容することができる最小限の大きさに設定されている。なお、図２では、集電リング４、６の外径が電極群１４の外径より大きくなるように示しているが、必ずしも各集電リングの外径を電極群１４より大きくする必要はなく、むしろ電極群１４の外径を各集電リングより大きくすることで集電タブの接合を容易にすることができる。

図５に示すように、正極板１は、集電体として帯状のアルミニウム箔を有している。アルミニウム箔の両面には、長手方向に沿う一側を残して活物質を含む合剤が塗着されている。合剤の塗着時には、活物質のマンガン酸リチウムの粉体と、導電材のカーボンの粉体と、結着剤のポリフッ化ビニリデン（以下、ＰＶＤＦと略記する。）とが混合され、粘度調整溶媒のＮ−メチル−２−ピロリドン（以下、ＮＭＰと略記する。）を用いて略均一に混練された合剤スラリーが調製される。合剤スラリーの塗布後、乾燥されプレス一体化されて合剤塗着部１Ｂおよび合剤未塗着部１Ａが形成される。合剤未塗着部１Ａを切り欠くことで、一定間隔毎に複数の山形状の集電タブ１Ｃが形成される。

負極板２は、集電体として帯状の銅箔を有している。銅箔の両面には、長手方向に沿う一側を残して活物質を含む合剤が塗着されている。合剤の塗着時には、活物質の非晶質炭素の粉体と、結着剤のＰＶＤＦとが混合され、粘度調整溶媒のＮＭＰを用いて略均一に混練された合剤スラリーが調製される。合剤スラリーの塗布後、乾燥されプレス一体化されて合剤塗着部２Ｂおよび合剤未塗着部２Ａが形成される。正極板と同様に、合剤未塗着部２Ａを切り欠くことで、一定間隔毎に山形状の集電タブ２Ｃが形成される。集電タブ１Ｃおよび集電タブ２Ｃは、電極群１４の互いに反対側に配設されている。

（電池組立）
電池２０は、以下の手順で組み立てられる。すなわち、集電リング４、６および極柱３、５を一体化する（図３参照）。集電リング４、６上部にはボルトが挿入される開孔が形成されている。一方、極柱３、５の下部には軸方向にボルトが螺挿されるネジ穴が形成されている。集電リング４、６の上部外周面に極柱３、５の下端面を当接させる。集電リング４、６の開孔を介して内周側から外周側へボルトを通し、極柱３、５の下部に形成されたネジ穴に螺合させる。このとき、集電リング４、６の内周面に沿う形状を呈しているボルトの頭部が、集電リング４、６の内周側にあまり突出しないように螺合して集電リング４、６および極柱３、５を一体化させる。

集電リング４に電極群１４の捲芯の正極側端部を挿着し、集電リング４の外周面に複数の集電タブ１Ｃの端部を超音波溶接により接合する。同様に、集電リング６に電極群１４の捲芯の負極側端部を挿着し、集電リング６の外周面に複数の集電タブ２Ｃの端部を超音波溶接により接合する。集電リング４、６に、電極群１４の捲回軸方向両側からインシュレータ１５をそれぞれ取り付ける。

電極群１４、インシュレータ１５、集電リング４、６および極柱３、５を電池缶１３に収容する。図４に示すように、液漏れや短絡を防止するため内側パッキン８および外側パッキン７を介して極柱３、５を蓋板９にナット１２でそれぞれ締結して固定する。固定する際には、極柱３、５にリング状の内側パッキン８をそれぞれ嵌め込んで、極柱３、５の鍔部上面に配置する。内側パッキン８の径は、極柱３、５の鍔部の径より大きくなっている。極柱３、５の位置および形状に合わせて形成された蓋板９の２つの開孔に、極柱３、５をそれぞれ通して蓋板９を電池缶１３の上端部に配置する。蓋板９の上側から極柱３、５を挿入した２つの開孔に断面Ｌ字状でリング状の外側パッキン７を嵌合させる。外側パッキン７の上側から極柱３、５に形成されたネジ山にナット１２をそれぞれ締結する。外側パッキン７の径は、ナット１２の径より大きくなっている。蓋板９の外縁の下面と電池缶１３の上端面とをレーザ溶接により電池缶１３の全周に亘り接合する。吸着水分を事前に除去するために５０℃で真空乾燥した後、蓋板９に設けられたテーパ状の注液孔（不図示）から電極群１４全体を浸潤可能な量の図示しない非水電解液を注液する。非水電解液には、有機溶媒のエチルカーボネート（ＥＣ）とジメチルカーボネート（ＤＭＣ）とを体積比１：２の割合で混合した混合溶媒中へ六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ_６）を１モル／リットルの濃度で溶解したものが用いられている。非水電解液注液後、注液孔がテーパねじで封口されて電池２０が密閉される。

（作用等）
次に、本実施形態の電池２０の作用等について説明する。

本実施形態の電池２０では、正負極板１、２からそれぞれ複数の集電タブ１Ｃ、２Ｃが導出されている。正負極板１、２をプレスすると合剤塗着部１Ｂ、２Ｂでは集電体が圧迫され伸びを生じる。これに対して、合剤未塗着部１Ａ、２Ａは圧迫されないため、集電体に伸びが生じない。このため、集電体に歪みが生じて湾曲してしまう。本実施形態の電池２０では、隣りあう集電タブ１Ｃ、２Ｃ同士に間隔が形成されているため、集電体の歪みを低減して湾曲を抑制することができる。これにより、プレスすることで正負極板１、２の活物質密度を向上させて電池２０のエネルギー密度を向上させることができる。

また、本実施形態の電池２０では、複数の集電タブ１Ｃ、２Ｃが集電リング４、６にそれぞれ接合されており、集電リング４、６に外部端子を兼ねる極柱３、５が一体化されている。このため、正負極板１、２から正負極外部端子１０、１１までの通電経路の内部抵抗を低減させることができる。これにより、電池２０の入出力特性を向上させることができる。

さらに、本実施形態の電池２０では、集電リング４、６に極柱３、５が電極群１４の捲回軸方向と交差する同一方向となるようにそれぞれ一体化されている。このため、正負極外部端子１０、１１が電池２０の上面にそれぞれ立設される。これにより、電池２０の外部との接続性を向上させることができる。例えば、電池２０を複数個集めて組電池や電池モジュールを作製する際に、電池２０の両側にそれぞれ外部端子が形成されている場合と比べて、容易に作製することができる。また、組電池や電池モジュールをメンテナンスするときにも、電池２０の片側だけで容易に行うことができる。

またさらに、本実施形態の電池２０では、集電リング４、６に極柱３、５が螺着により一体化されている。このため、集電リング４、６および極柱３、５の機械的固定強度を確保することができるとともに、固定部分での電気抵抗を小さくすることができる。また、溶接により一体化する方法と比べて低コスト化を図ることができる。

さらにまた、本実施形態の電池２０では、集電部材がリング状を呈しており、集電リング４、６の外周面には、極柱３、５が集電リング４、６の内周側から外周側へ貫通するボルトによりそれぞれ螺着され一体化されている。また、ボルトの頭部は集電リング４、６の内周面に沿う形状をしている。このため、ボルトの頭部が集電リング４、６の内周側に大きく突出せず、集電リング４、６に捲芯の両側端部を挿着する際に、ボルトの頭部が妨げにならない。これにより、電極群１４が集電リング４、６および極柱３、５で支持されて電池缶１３内に固定されるので、電池２０の耐振動性を向上させることができる。

また、本実施形態の電池２０では、集電リング４、６は、電極群１４の捲回軸方向両側から扁平カップ状のインシュレータ１５にそれぞれ嵌着されている。このため、導電性を有した電池缶１３の内面にインシュレータ１５を介して集電リング４、６が当接しても、短絡を防止することができる。これにより、電極群１４や集電リング４、６を絶縁被覆やインシュレータ１５を介して電池缶１３の内面に当接させることで、電極群１４が固定され電池２０の耐振動性を向上させることができる。

さらに、本実施形態の電池２０では、集電部材として扁平リング状の集電リング４、６が用いられている。このため、電極群１４の捲芯の両端部を集電部材に挿着して支持することができるので耐振動性を向上させることができる。また、例えば、楕円板状の集電部材などの別の形状の集電部材に比べて、リング状の集電部材は重量や容積が小さくすることができるので、電池２０のエネルギー密度を向上させることができる。

なお、本実施形態では、アルミニウム製の集電リング４および極柱３、ならびに、銅製の集電リング６および極柱５を例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。正極側の集電リング４および極柱３の材質は、正極集電体であるアルミニウム箔との接合性が高い材質である方がよい。さらに、電池２０のエネルギー密度および入出力特性を向上させることを考慮すると、導電性が高く、比重が小さい材質が好ましい。同様に、負極側の集電リング６および極柱５の材質は、負極集電体である銅箔との接合性が高い材質である方がよく、さらに、導電性が高く、比重が小さい材質が好ましい。また、極柱として円柱状の極柱３、５を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、四角柱状の極柱を用いてもよい。

また、本実施形態では、集電リング４、６と極柱３、５とをボルトにより一体化する例を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、ナットにより一体化してもよい。この場合は、極柱３、５に雄ねじを形成しておけばよい。また、極柱３、５の下端部に一体化するための雄ねじを螺刻し、集電リング４、６の上部開孔の内面に雌ねじを螺刻して両者を螺着するようにしてもよい。螺着により一体化する場合には、両者の接合部の電気抵抗を低減させるために接触面積を増加させることが有効である。例えば、極柱３、５の下端部をテーパ形状とし、集電リング４、６にテーパ状の開孔を形成し両者のテーパ状の部分を当接させて一体化する方法が考えられる。

さらに、本実施形態では、集電リング４、６と極柱３、５とを螺着して一体化する例を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、レーザ溶接など溶接により一体化してもよい。溶接による一体化では、集電リング４、６と極柱３、５とが接合部で融合するため、螺着による一体化と比べて電気抵抗を低減させることができる。さらに、集電リング４、６および極柱３、５を鋳造や鍛造などで一体成形したものを用いても構わない。この場合、集電リング４、６および極柱３、５を別々に作製して一体化する場合と比べて高コストとなるが、接合強度、導電性の向上を図ることができる。

またさらに、本実施形態では、集電リング４、６と極柱３、５との螺着に用いたボルトの頭部が、集電リング４、６の内周面に沿った形状を呈している例を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。電極群１４の捲芯の両端部を集電リング４、６に挿着することを考慮すると、集電リング４、６の内周側に大きな突部等が形成されないことが望ましい。例えば、集電リング４、６の内周面に予め形成されたくぼみにボルトの頭部を嵌合させてボルトの頭部が集電リング４、６の内周側に突出しないようにしてもよい。

さらにまた、本実施形態では、電極群１４が捲芯を有している例を示したが、本発明はこれに制限されるものではない。電池２０の重量エネルギー密度を高めるために、捲回後に捲芯を抜き取るなどした捲芯の無い電極群を用いてもよい。この場合、電極群を捲芯で支持することが難しくなるが、本実施形態では、集電リング４、６にインシュレータ１５が配されており絶縁性が確保されている。このため、集電リング４、６または電極群１４をインシュレータ１５または絶縁被覆を介して電池缶１３の内面に当接させて耐振動性を向上させることができる。これにより、電池２０に捲芯の無い電極群を用いても耐振動性を損なうことなくエネルギー密度を向上させることができる。

また、本実施形態では、正極活物質にマンガン酸リチウム、負極活物質に非晶質炭素をそれぞれ例示したが、本発明はこれらに限定されるものではない。正極活物質としては、例えば、コバルト酸リチウムに代表されるリチウムコバルト複酸化物、ニッケル酸リチウムに代表されるリチウムニッケル複酸化物等のリチウム遷移金属複酸化物を用いることができる。また、結晶中のリチウムや遷移金属元素の一部をＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｍｇ等の他の遷移金属元素で置換またはドープしたリチウム遷移金属複酸化物を用いてもよい。さらに、結晶構造についても特に制限はなく、スピネル型、層状型、オリビン型のいずれの結晶構造を有していてもよい。一方、負極活物質としては、リチウムイオン二次電池に通常用いられる炭素材を用いることができる。本実施形態以外の負極活物質としては、例えば、天然黒鉛や人造黒鉛の各種黒鉛材やコークス等を挙げることができ、その形状においても、層状、鱗片状、球状、繊維状、塊状等、特に制限されるものではない。さらに、導電材やバインダ等についても特に制限はなく、通常、リチウムイオン二次電池に使用される材料を用いてもよい。

さらに、本実施形態では、非水電解液に、エチレンカーボネート等の混合溶媒に六フッ化リン酸リチウムを１モル／リットル程度溶解させたものを例示したが、本発明で用いることのできる非水電解液には特に制限はない。有機溶媒としては、通常リチウムイオン二次電池に使用されるものであればよく、例えば、カーボネート系、スルホラン系、エーテル系、ラクトン系等の有機溶剤を単体または混合して用いてもよい。リチウム塩としても、通常リチウムイオン二次電池に使用されるものであればよく、例えば、ＬｉＣｌＯ_４、ＬｉＡｓＦ_６、ＬｉＢＦ_４、ＬｉＢ（Ｃ_６Ｈ_５）_４、ＣＨ_３ＳＯ_３Ｌｉ、ＣＦ_３ＳＯ_３Ｌｉ等やこれらの混合物を用いることができる。また、有機溶媒の混合比やリチウム塩の含有量にも特に制限されるものではない。

またさらに、本実施形態では、リチウムイオン系の捲回式二次電池を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、他の捲回式二次電池にも適用可能である。さらに、本実施形態では、角形の電池缶１３の上部にレーザ溶接された蓋板９に正負極外部端子１０、１１が配設された角形リチウムイオン二次電池２０を例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、扁平型、多角形状としてもよく、電池容器の上部で電池蓋がカシメ固定された電池でもよい。また、電池容量、サイズ等についても特に制限されるものではない。

次に、本実施形態に従い作製した電池２０の実施例について説明する。なお、比較のために作製した比較例についても併記する。

（実施例）
実施例の電池２０では、正負極板１、２の集電体に形成された合剤未塗着部１Ａ、２Ａから複数の山形状の集電タブ１Ｃ、２Ｃを導出し、集電リング４、６に接合した。この集電リング４、６にそれぞれ外部端子を兼ねる極柱３、５を一体化した電池２０を作製した。

（比較例）
比較例の電池では、扁平状に形成された電極群の捲回軸方向両側に合剤未塗着部をそれぞれ配設し、合剤未塗着部をそれぞれ電極群の厚さ方向に集め、電極群の最外周面の合剤未塗着部に棒状の集電部材を接合した。正負極板のプレス時に正負極板の集電体が湾曲する可能性があるため、湾曲しないようにプレス圧を設定した。これら以外は、実施例１と同様にして比較例の電池を作製した。電池容器内部の容積は、実施例および比較例の電池ともに同一に設定した。

（評価）
実施例および比較例の電池をそれぞれ、５時間率以下の比較的小さな電流値で数回充放電を繰り返してから電池容量を測定した。また、電池容量をそれぞれ電池重量で除した値を重量容量密度として算出した。さらに、実施例および比較例の電池を定格容量の５０％まで充電した後、１時間率、１／３時間率、１／５時間率で１０秒間放電し、１０秒目の電圧を測定した。放電電流値に対して１０秒目の電圧をプロットしてから近似直線を求めた。実施例および比較例の電池の近似直線の傾きから直流内部抵抗をそれぞれ算出した。またさらに、実施例および比較例の電池について、近似直線を外挿することで放電終止電圧（２．７Ｖ）における電流値を算出した。算出した電流値と放電終止電圧との積を実施例および比較例の電池出力値とし、この値を電池重量で除したものを重量エネルギー密度（Ｗ／ｋｇ）としてそれぞれ算出した。実施例および比較例の電池の電池容量、重量容量密度、直流内部抵抗および重量エネルギー密度を下表１に示す。また、実施例および比較例の電池の放電電流値を変えて放電したときの１０秒目の電圧の各放電電流値に対するプロットおよび各プロットの近似直線を示すグラフを図６に合わせて示す。

表１に示すように、比較例の電池の電池容量は実施例の電池２０の電池容量に比べて低くなった。比較例の電池は、正負極板作製時のプレス圧を高くすることができないため、正負極板が厚くなり、同じ体積の電池では電池容量が低くなったと考えられる。実施例の電池２０は合剤塗着部の密度が高いので電池重量が比較例の電池より大きくなった。しかしながら、重量容量密度で比較すると、実施例の電池２０では比較例の電池より重量容量密度が高くなった。また、実施例の電池２０では直流内部抵抗が比較例の電池より低くなり、重量エネルギー密度が比較例の電池より高くなった。従って、実施例の電池２０は、比較例の電池より高エネルギー密度および高入出力特性を備えていることが判明した。

本発明は、高エネルギー密度および高入出力特性を備えた捲回式二次電池を提供するものであるため、捲回式二次電池の製造、販売に寄与するので、産業上の利用可能性を有する。

本発明を適用した実施形態の角形リチウムイオン二次電池の外観斜視図である。実施形態のリチウムイオン二次電池を構成する電極群、集電リング、極柱およびインシュレータの位置関係を一部分解して示す斜視図である。実施形態のリチウムイオン二次電池を構成する集電リングおよび極柱の斜視図である。実施形態のリチウムイオン二次電池を構成する蓋板および極柱の締結部を示す断面図である。実施形態のリチウムイオン二次電池を構成する正負極板を模式的に示す平面図である。リチウムイオン二次電池の放電電流値を変えて放電したときの１０秒目電圧の各放電電流値に対するプロットおよび各プロットの近似直線を示すグラフである。

符号の説明

１正極板
１Ｃ集電タブ
２負極板
２Ｃ集電タブ
３極柱
４集電リング（集電部材）
５極柱
６集電リング（集電部材）
１０正極外部端子
１１負極外部端子
１４電極群
２０角形リチウムイオン二次電池（捲回式二次電池）

Claims

活物質合剤が塗着され複数の集電タブが導出された集電体をそれぞれ有する正極板および負極板がセパレータを介して捲回された電極群と、
前記集電タブの端部がそれぞれ接合され、前記電極群の両端面にそれぞれ対向配設されたリング状の集電部材と、
を備え、
前記集電部材には、外部端子を兼ねる極柱が前記電極群の捲回軸方向と交差する同一方向となるようにそれぞれ一体化されていることを特徴とする捲回式二次電池。
前記集電部材には、前記極柱が溶接または螺着により一体化されていることを特徴とする請求項１に記載の捲回式二次電池。
前記極柱は、前記集電部材の外周面に該集電部材の内周側から外周側に貫通するボルトまたはナットにより一体化されていることを特徴とする請求項２に記載の捲回式二次電池。
前記ボルトの頭部は、前記集電部材の内周面に沿う形状をしていることを特徴とする請求項３に記載の捲回式二次電池。