JP2010080081A - 二次電池 - Google Patents

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Hironori Yaginuma
裕典 柳沼
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孝 野々下
Kiyomi Kazuki
きよみ 神月
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Abstract

【課題】集電端子板と電極群とを溶接接合する際に集電端子板に欠損穴明きの発生がなく、溶接時の高温ガスなどの流入を防止し、セパレータを溶解させることなく内部短絡などを抑制した省スペースな上高容量で、安価な二次電池を提供することを目的とする。
【解決手段】一端に集電体の露出部を設けた正極板および負極板を露出部が相対向する方向なるよう配置し、正極板と負極板との間にセパレータを介在して積層または渦巻状に巻回した電極群と、電極群の端面に備えた露出部に接続した外側周縁部に溶接しない領域を設けた集電端子板とを非水電解液と共に電池ケース内に収納し、集電端子板の一方が電池ケースの内面に接続し、他方の集電端子板が電池ケースの開口部に封着された封口板に接続して電池ケースの開口部を封口板を介して封口する二次電池の構成としている。
【選択図】図3

Description

本発明は、リチウムイオン二次電池やニッケル水素蓄電池に代表される二次電池用の集電端子板を改良した二次電池に関するものである。
携帯用電子機器の小型化にともない電源として利用が広がっているリチウムイオン二次電池やニッケル水素蓄電池は、近年ではコードレス電動工具や動力補助付き自転車、ハイブリッド自動車といった耐振動性や耐衝撃性に強く、大電流を必要とする動力源としても注目され、使用機器に対応するために円筒形や扁平形のどちらにも小型軽量で高出力の二次電池の要望が増えてきている。
例えば、図9に示すように、円筒形の二次電池の場合は、帯状の長い正極板51と負極板52とをセパレータ53を介在させて渦巻状に巻回して電極群54を形成した後、この電極群54を有底円筒状の電池ケース62内に収容し、電池ケース62の開口部の外周に環状に溝入れ加工を行い、電池ケース62内に所定量の電解液を注液する。
次に電池ケース62の開口部にガスケット64を介して封口板63を挿入し、内側に突出した溝部上で封口板63を支持した状態で電池ケース62の開口部を内側にかしめ加工することで封口している。
この電極群54の集電機構は、集電体の幅方向の一辺に未塗工部51aまたは52aを残すように電極合剤層を設けた塗工部51b,52bを有する正極板51および負極板52を集電体の未塗工部51aまたは52aが相対する側に露出するように電極群54を構成している。
さらに、それぞれの未塗工部51aまたは52aを巻回軸方向に押圧して平坦面を形成し、それぞれの平坦面と円盤形の正極集電端子板60、負極集電端子板61とを複数個所で接続し、下部の負極集電端子板61を電池ケース62に抵抗溶接し、上部の正極集電端子板60に封口板63を抵抗溶接する方式が一般的に用いられるが、平坦面の平面度のばらつきにより封口板63と正極集電端子板60および電池ケース62と負極集電端子板61の接続が均一にできず接続強度を十分に保てなくなり耐振動性や耐衝撃性が低下するという課題があった。
上記の課題点を解決するため、大電流を必要とする電源としての二次電池は、集電構造に工夫を加えたものが提案されている。図10に扁平形電極群の集電端子板の構成を示した斜視図を示す。
図10に示すように集電端子板60には、集電体が並ぶ方向で波形部60aが形成されており、集電端子板60の厚み方向に溝部60bが形成されている。正極板または負極板からなる厚み方向に複数重ね合わせて形成された厚密化部の集電体の端部60cを波形部60aにより収束させ、溝部60bで囲まれた範囲内の周縁部を溶融させることにより正極板または負極板の端部60cを集電端子板60に接続する方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
また、図11に示めすように電極群を構成している正極板22と接続する正極集電端子板12には、正極板22の端部15に備わる接続端縁6の端面2に第二の凸部31の突出端面を接触させた状態で第一の凸部32にエネルギー線53を照射し溶融し、正極集電端
子板12と正極板22の端部15を接続する方法が提案されている(例えば、特許文献2参照)。
また、正極板および負極板を、セパレータを介して積層されてなる扁平形の電極群においては、図12に示すように集電端子板210の表面に、溝部210aを形成し、この各溝部210aに正極板または負極板の端部211を挿入し、溝部210aの周辺部分を電子ビームまたはレーザを照射して溶融することにより、正極板または負極板の端部211を集電端子板210に接続する方法が提案されている(例えば、特許文献3参照)。
特開2003−36834号公報 特開2004−172038号公報 特開2006−172780号公報
しかしながら、上述した特許文献1に示される従来技術では、正極板または負極板の集電体の端部60c0を集電端子板60に接触させるための溝部60bが形成されているが、溝部60bで囲まれた範囲内の周縁部を溶接し接合させる際に、溶接時に発生する高温ガスなどの流入によりセパレータを溶解させ内部短絡などが発生する課題がある。
上述した特許文献2に示された従来技術では、集電体の端部15に集電端子板12の凸部31が接触しているため、集電端子板12と集電体の端部15間に第二凸部31の厚み分の空間が発生し、その空間に溶接時に発生する高温ガスが流入しセパレータを溶解させ内部短絡などが発生する課題がある。
また特許文献3の従来技術では、正極板および負極板の集電体の厚みは20μm以下と非常に薄く、正極板および負極板の集電体の全てを集電端子板の溝部に挿入することは困難な上、集電端子板を加熱、溶融するための溶接機器も電子ビームまたはレーザを使用すると溶接箇所が多く、溶接の高温ガスがセパレータを溶解させて内部短絡などが発生するおそれがある。
本発明は上記従来の課題を鑑みてなされたもので、集電端子板の外側周縁部に溶接しない領域を設けて、溶接することにより、集電端子板の穴あきが無く溶接時の高温ガスなどの流入を防止し、セパレータを溶解させることなく内部短絡などが発生しにくい、省スペースで高容量、安価な二次電池を提供することを目的としている。
上記の目的を達成するために本発明の二次電池は、一端に集電体の露出部を設けた正極板および負極板を露出部が相対向する方向なるよう配置し、正極板と負極板との間にセパレータを介在して積層または渦巻状に巻回した電極群と、電極群の端面に備えた露出部に接続した集電端子板とを非水電解液と共に、電池ケースの開口部を封口板を介して封口した電池ケース内に収納した二次電池であって、集電端子板の外側周縁部に溶接しない領域を設けて電極群と接続し、集電端子板の一方が電池ケースの内面に接続し、他方の集電端子板が電池ケースの開口部に封着された封口板に接続している構成としたことを特徴とするものである。
本発明の二次電池によると、集電端子板の溶接位置を外側周縁部に溶接しない領域を設けて接続し、溶接による集電端子板の穴あきを抑制して、高温ガスの流入を防止し、内部短絡のない安全性の高い二次電池を構成することが可能となる。
本発明の第1の発明においては、一端に集電体の露出部を設けた正極板および負極板を露出部が相対向する方向なるよう配置し、正極板と負極板との間にセパレータを介在して積層または渦巻状に巻回した電極群と、電極群の端面に備えた露出部に接続した集電端子板とを非水電解液と共に、電池ケースの開口部を封口板を介して封口した電池ケース内に収納した二次電池であって、集電端子板の外側周縁部に溶接しない領域を設けて電極群と接続し、集電端子板の一方が電池ケースの内面に接続し、他方の集電端子板が電池ケースの開口部に封着された封口板に接続している構成としたことにより、集電端子板の外側周縁部に穴が明くことがなく溶接時の高温ガスなどの流入を防ぐためにセパレータを溶解させ内部短絡などが発生しにくい二次電池を供給することができる。
本発明の第2の発明においては、集電端子板の中央に非水電解液を注入する孔を備え、孔に隣接する内周縁部に溶接しない領域を設けて電極群と接続する構成としたことにより、注液を促進することが可能な上、電極群の中央に配置したセパレータに溶接時の高温ガスなどと接触することがなく、セパレータを溶解させ内部短絡などが発生しにくい二次電池を供給することができる。
本発明の第3の発明においては、記溶接しない領域を集電端子板の厚み以上の距離で設け、且つ溶接する箇所を複数個設けて電極群と接続する構成としたことにより、集電端子板の内外側周縁部に溶接を行うことを抑制することが可能となり、溶接時の穴明きが発生せず、溶接時の高温ガスなどの流入を防ぎセパレータを溶解させの内部短絡を抑制することができる。
本発明の第4の発明においては、集電端子板と電極群の露出部とを溶接する箇所を集電端子板の中心より放射線状に複数個設けて電極群と接続する構成としたことにより、集電端子板と集電体の露出部の溶接強度が向上し耐振動性や耐衝撃性に高く、また大電流放電特性に優れた二次電池を供給することができる。
本発明の第5の発明においては、集電端子板と電極群の露出部とを溶接する箇所を露出部の集電体に対して、直交する方向に複数個設けて電極群と接続する構成としたことにより、集電体にかかる引張応力を分散することが可能となり、集電体が破断することを抑制することができる。
本発明の第6の発明においては、集電端子板の露出部が接する面に集電体の露出部を収束する収束部を設けたことにより、集電体の露出部の収束効果が高まり、集電端子板と電極群との接続強度が向上する。
本発明の第7の発明においては、収束部分の中間に位置にし、且つ露出部の集電体に対して直交する方向に複数個設けて電極群と接続する構成としたことにより、効率よく集電体の露出部と集電端子板との溶接接合が可能となる。
本発明の第8の発明においては、集電端子板の形状が収納される電池ケースと同じ外形形状をしたことにより、有効スペースの活用が可能となり高出力な二次電池を提供することができる。
以下、本発明の一実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下に示される一実施の形態については、本発明を説明するために掲げた実施の形態の一例を示すものであって、本発明の二次電池を特定するものではない。
図1(a)に示すように、正極板1では帯状の正極板1の一方端に正極合剤塗料を塗布
せず正極合剤層1bが形成されていない集電体の露出部1aが幅方向に形成され、その露出部1a以外の部分には正極合剤塗料が塗布されて正極合剤層1bが形成されている。
また、図1(b)に示すように、負極板2では負極合剤塗料が塗布されて成形した負極合剤層2bと正極合剤塗料を塗布せず負極合剤層2bが形成されていない集電体の露出部2aが幅方向に形成されている。
また、図1(c)に示すように電極群4は正極板1の露出部1aと負極板2の露出部2aとが相対向する方向に配置し、正極板1と負極板2の間にセパレータ3を介して渦巻状に巻回している。
具体的には、まず正極板1については特に限定されないが、正極の集電体としてアルミニウムやアルミニウム合金製の金属箔や不織布等を用いることができ、厚みが5μm〜50μmを有する正極の集電体の片面または両面に正極活物質、導電材、結着材を分散媒中にプラネタリーミキサー等の分散機により混合分散させた正極合剤塗料を正極の集電体の一方端の幅方向に露出部1aを形成する。
その後、塗布、乾燥、圧延して正極合剤層1bを形成することにより正極板1が作製される。なお、正極の集電体の全面に正極合剤層1bを形成した後に正極合剤層1bの一部を削除して露出部1aを形成してもよい。
正極活物質としては、例えばコバルト酸リチウムおよびその変性体(コバルト酸リチウムにアルミニウムやマグネシウムを固溶させたものなど)、ニッケル酸リチウムおよびその変性体(一部ニッケルをコバルト置換させたものなど)、マンガン酸リチウムおよびその変性体などの複合酸化物を挙げることができる。
このときの導電材としては、例えばアセチレンブラック、ケッチェンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラック等のカーボンブラック、各種グラファイトを単独あるいは組み合わせて用いても良い。
このときの正極用結着材としては、例えばポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリフッ化ビニリデンの変性体、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、アクリレート単位を有するゴム粒子結着材等を用いることができ、この際に反応性官能基を導入したアクリレートモノマー、またはアクリレートオリゴマーを結着材中に混入させることも可能である。
一方、負極板2についても特に限定されないが、負極の集電体として圧延銅箔、電解銅箔等を用いることができ、厚みが5μm〜50μmを有する負極の集電体の片面または両面に負極活物質、結着材、必要に応じて導電材、増粘剤を分散媒中にプラネタリーミキサー等の分散機により混合分散させた負極合剤塗料を負極の集電体の一方端の幅方向に露出部2aを形成する。
その後、塗布、乾燥、圧延して負極合剤層2bを形成することにより負極板2が作製される。なお、負極の集電体の全面に負極合剤層2bを形成した後に負極合剤層2bの一部を削除して露出部2aを形成してもよい。
負極活物質としては、各種天然黒鉛および人造黒鉛、シリサイドなどのシリコン系複合材料および各種合金組成材料を用いることができる。このときの負極用結着材としてはPVdFおよびその変性体をはじめ各種バインダーを用いることができるが、リチウムイオン受入れ性向上の観点から、スチレン−ブタジエン共重合体ゴム粒子(SBR)およびそ
の変性体等を用いることもできる。
増粘剤としては、ポリエチレンオキシド(PEO)やポリビニルアルコール(PVA)などの水溶液として粘性を有する材料であれば特に限定されないが、カルボキシメチルセルロース(CMC)をはじめとするセルロース系樹脂およびその変性体が、合剤塗料の分散性、増粘性の観点から好ましい。
セパレータ3は、樹脂からなる微多孔膜フイルムであってもよく、金属酸化物などのフィラーからなるセパレータであってもよく、微多孔膜フイルムとセパレータとの積層体であってもよい。
さらに図1(c)に示すように、露出部1aを成形した正極板1と露出部2aを成形した負極板2を露出部1aと露出部2aとが相対向する方向に配置し、正極板1と負極板2の間に介したセパレータ3より露出させた状態で渦巻状に巻回して電極群4を作製した。
次に、図2に示すように電極群4の露出部1aを正極の集電端子板10に溶接し、電極群4の露出部2aを負極の集電端子板20に溶接した。この際に集電端子板10,20の外側周縁部および中央の内周縁部に溶接しない領域を設けて電極群4と接続する。
有底円筒形の電池ケース5に電極群4と共に所定量の非水溶媒からなる電解液(図示せず)とを収納している。
また、負極の集電端子板20は電池ケース5の底面と接続して、正極の集電端子板10は正極リード6を介して封口板7に電気的に接続され、ガスケット8を周縁に具備した封口板7を電池ケース5の開口部に配置して、電池ケース5の開口部を内方向に折り曲げてかしめ封口することで、本発明の円筒形の二次電池を構成している。
ここで、電極群4に接続した集電端子板10を図面を参照しながら具体的な一実施の形態についてさらに詳しく説明する。なお、以下では正極側の符号を用い、極性に限定されない場合の電極板、集電端子板および集電体の露出部などを記載した。
図3に示すように、集電端子板10は有底円筒形の電池ケース5の外形形状と同様な円形状の外形形状をし、電池ケース5に収納した際の有効スペースを活用する形状をしている。また、集電端子板10の中央に孔10aを設け、電池ケースに収納後の非水系電解液を注液する際にこの孔10aより注液し、注液の生産効率を向上させている。
また、電極群4の集電体の露出部1aは、本実施の形態のように円筒形の二次電池や後述する扁平形の二次電池では、図1(a)〜(c)で示した一枚の正極板1と一枚の負極板2との間にセパレータ3を挟んで捲回することにより、並んで配置された露出部1a,2aとなる。具体的には、一枚の正極板1を捲いて円筒を形成し円筒の端面のある径方向に着目すると、その径方向では周回の相異なる露出部1aが並んで配置され、この径方向においては並んで配置した露出部1aが複数となる。
この露出部1aを収束し、集電端子板10の孔10aが電極群4の中空部分に連通するように電極群4の端面に被せられ、集電端子板10は電極群4の集電体の露出部1aと接する面と逆側の面に溶接電流の流れるルートを確保し、外側周縁部に溶接しない領域10bを設け、また孔10a隣接する内周縁部に溶接しない領域10cを設けて、露出部1aを収束し溶接する箇所10dを溶接して電極群4との接続を行っている。
また、溶接する箇所10dに光エネルギー、熱エネルギーなどの溶融エネルギーの照射
により溶融し、溶接する箇所10dの一部分が露出部1aの先端面へ向かって流動し、集電端子板10と電極群4が結合される。
また、溶接する箇所10dは複数個設けてもよく、溶接する箇所10dにさらには溶接電流を流して溶融させ、電極群4の露出部1aと接合させる接続強度や接触抵抗を考慮して配置することが可能で、集電端子板10の中心より放射線状に複数個配置し、露出部1aが整列している向きに対して、直交する状態で溶接する箇所10dを設けて、集電端子板10と電極群4とを接合して、接続強度の向上を図っている。
溶融エネルギーとしては、TIG溶接が好ましく、図4(a)に示すように集電端子板10の溶接する箇所10dにTIG溶接の電極棒13を近づけ、図4(b)に示すように不活性ガス雰囲気14を作り、TIG溶接の電極棒13と溶接する箇所10dとの間に高電圧を印加して、アークが発生した後、溶接電流15を制御して溶接する箇所10dを溶融させる。
TIG溶接など溶接電流15が流れることで溶融した集電端子板10の溶接する箇所10dは、溶融金属部16となり流動して電極群4の露出部1aへ向かって流動し、複数の露出部1aの中に入り込み、図4(c)に示すように接続部19が形成され正極集電端子板10と電極群4が互いに確実な接合が可能となる。
ここで、アークはTIG溶接の電極棒と被溶接物間の距離が短いところに発生する。それを利用して本発明では、図3に示したように集電端子板10の外側周縁部に溶接しない領域10bを設け、また孔10a隣接する内周縁部に溶接しない領域1cを設けたことにより、TIG溶接の電極棒13と集電端子板10との間に高電圧を印加した際に、集電端子板10の外側周縁の角部や内周縁の角部とがもっとも電極棒13の距離が短くなることを抑制し、アークを発生させる位置が正確に決定されて溶接電流15の流れるルートが決まり、集電端子板10の周縁端部に欠損穴を明けることなく溶融することが可能となる。
このことで集電端子板10は、複数の電極合剤層の未塗工部1aを束ねるためのスリット、切り欠きなどが設けられておらず、溶接時の欠損穴明きが発生しないので、溶接時に集電端子板10に溶融エネルギーを与えてもそのエネルギーが電極群4へ直接照射されることを抑制でき、電極群4の熱損傷を減少することが可能である。
また、集電端子板10を溶融するその他の方法としてはプラズマ溶接やレーザ溶接や電子ビーム溶接も可能である。その際は集電端子板10の溶接する箇所10dが溶融させる位置の目標となるため、特にCCDカメラを用いた画像検査で位置を認識させながら溶融するために有効である。
また、本発明の別の一実施の形態として電極群より露出している集電体の収束について、図を用いて詳細に説明する。図5(a)は円筒形の二次電池に用いられる集電端子板10の一部断面斜視図である。集電端子板10は円形状の外形形状を有して中央に孔10aを設けられ、さらに図1(c)に示した電極群4より露出した集電体の露出部1aや2aを収束するための収束部11が備わっている。
収束部11はリブ12を集電端子板10の外周の近傍と孔10aの近傍に備えた構成からなり、複数の露出部1aや2aを収束しやすくするためにリブ12は傾斜している。また、集電端子板10の外側周縁部に溶接しない領域10bと孔10a隣接する内周縁部に溶接しない領域10cを設けている。
図5(b)に示めすように、傾斜したリブ12で構成した収納部11に複数の露出部1
aを収納し、溶接しない領域10bと10cには溶接を施さず、溶接しない領域10bと10cとの間に備わる領域を溶接し、集電端子板10と電極群4の接合を行っている。
また、本発明の別の一実施の形態として集電端子板10の電極群4と接する面に溝を設けてもよく、特に限定されるものではないが、例えば図6に示すように集電端子板10に電極群4より露出した集電体の露出部1aを収束するための溝形状をした収束部分11を施し、その収束部分11の逆側の面に溶接電流の流すことにより電極群4と集電端子板10とが溶融して接続する位置が決まるためばらつきの少ない品質の安定した接続を提供することが可能である。
また、集電端子板10は、複数の露出部1aを束ねるためのスリット、切り欠きなどが設けられていないので、溶接時に集電端子板10に溶融エネルギーを与えても、そのエネルギーが電極群4へ直接照射されることを抑制でき、電極群4の熱損傷を防止することが可能である。
次に本発明の一実施の形態である角形の二次電池にについて、図面を参照しながら説明する。図7は、角形の二次電池に収納する極板群4と集電端子板10を示し、露出部1aを成形した正極板と露出部2aを成形した負極板2を露出部1aと露出部2aとが相対向する方向に配置し、正極板1と負極板2の間に介したセパレータ3より露出させた状態で積層して電極群4を構成している。
また、集電端子板10は電池ケース(図示せず)の外形形状と同じ平面視矩形をし、集電端子板10の外側周縁部に溶接しない領域10bを設け、溶接する箇所10dを露出部1aの集電体に対して、直交する方向に複数個設けている。
溶接しない領域10b以外に設けた溶接する箇所10dの反対側の面に露出部1aが収束され、不活性ガス雰囲気を作り、TIG溶接の電極棒と溶接する箇所10dとの間に高電圧を印加してアークを発生させて、溶接電流で溶接する箇所10dを溶融させる。
溶融した集電端子板10の溶接する箇所10dは、溶融金属となり流動して電極群4の露出部1aへ向かって流動し、複数の露出部1aの中に入り込み、集電端子板10と露出部1aが互いに確実な接合が可能となる。
TIG溶接の電極棒と距離が近くなる集電端子板10の端面を溶接しない領域10bとして設けたことにより、溶接する箇所10dにアークが発生し、溶接する箇所に確実に溶接電流が流れ、その箇所を溶融させてバラツキの少ない品質の安定した接続が可能となる。
また、本発明の一実施の形態の扁平形の二次電池について、図面を参照しながら説明する。図8に示す扁平形の二次電池の電極群4では、露出部1aと露出部2aがセパレータ3から互いに逆方向に突出するように配置され、正極板1および負極板2がセパレータ3を介して断面扁平状となるように巻回されている。
また、集電端子板10の外形形状は平面楕円形で、扁平形の二次電池の電池ケース(図示せず)の外形形状と同じ形状をし中央に孔10aを設け、集電端子板10の外側周縁部に溶接しない領域10bと孔10aの隣接する内周縁部に溶接しない領域10cを設けている。
さらに集電端子板10の中心より放射線状に複数個配置し、露出部1aが整列している向きに対して、直交する状態で溶接する箇所10dを設け、集電端子板10と電極群4と
を接合して接続強度の向上を図っている。
集電端子板10の外側周縁部に溶接しない領域10bを設け、また孔10a隣接する内周縁部に溶接しない領域1cを設けたことにより、TIG溶接の電極棒と集電端子板10との間に高電圧を印加した際に、集電端子板10の外側周縁の角部や内周縁の角部に溶接電流が流れることなく、集電端子板10の周縁端部に欠損穴を明けることなく溶融することが可能となる。
このことで集電端子板10は、溶接時の欠損穴明きが発生しないので、溶接時に集電端子板10に溶融エネルギーを与えてもそのエネルギーが電極群4へ直接照射されることを抑制でき、電極群4の熱損傷を減少することが可能である。
本発明は、二次電池に適用でき、リチウムイオン二次電池やニッケル水素蓄電池などに適用してもよい。また、二次電池と同様の集電構造を有するコンデンサなどの電気化学素子に適用してもよい。
以下に、本発明をリチウムイオン二次電池に適応した実施例1に関して、図4を用いて説明する。まず、正極活物質としてコバルト酸リチウム粉末を85重量部用意し、導電材として炭素粉末を10重量部用意し、結着材としてポリフッ化ビニリデン(PVdF)を5重量部を混合して、正極合材塗料を作製した。
また、図1(a)に示すように正極合材塗料を厚みが15μmで、幅が56mmであるアルミニウム箔の正極集電体の両面に塗布し、正極合材塗料を乾燥させた。その後、正極合材塗料を塗布した正極合剤層の塗工部1bを圧延して、厚みが150μmである正極板1を作製した。このとき正極合剤層の塗工部1bの幅は50mmで、正極合剤層の未塗工部1aの幅は6mmである。
次に、負極活物質として人造黒鉛粉末を95重量部用意し、結着材としてポリフッ化ビニリデン(PVdF)を5重量部用意した。そして、負極活物質および結着材を混合して、負極合材塗料を製作した。
次に、図1(b)に示すように負極合材塗料を厚みが10μmで、幅が57mmである銅箔の負極集電体の両面に塗布し、負極合材塗料を乾燥させた。その後、負極合材塗料を塗布した負極合剤層の塗工部2bを圧延して、厚みが160μmである負極板2を作製した。このとき負極合剤層の塗工部2bの幅は52mmで、負極合剤層の未塗工部2aの幅は5mmである。
さらに、図1(c)に示すように正極合剤層の塗工部1aと負極合剤層の塗工部2bとの間に、幅が53mmで、厚みが25μmであるポリプロピレン樹脂製微多孔フイルムよりなるセパレータ3を挟み、正極板1、負極板2およびセパレータ3を渦巻状に捲回して電極群4を作製した。
次に、図3に示すように正極集電端子板10として、厚みが0.8mmで、中央に直径7mmの孔10aを形成した外形寸法が30mmである円板状の正極集電端子板10を作製した。また、同様の方法を用いて、厚みが0.6mmである銅製の負極集電端子板20を作製した。
次に図3に示すように電極群4の端面に正極集電端子板10および負極集電端子板20をそれぞれ当接させ、集電端子板10,20の板厚み以上としての2mmの範囲を溶接し
ない領域として外側周縁部より内側に、また内周縁部より外側に溶接しない領域を設け、電流値を150Aとし溶接時間を50msとしたTIG溶接を用い露出部1aを正極集電端子板10に溶融接続させ、さらに電流値を100Aとし溶接時間を50msとしたTIG溶接を用いて、露出部2aを負極集電端子板20に溶融接続させた。
さらに、上記のように作製した電極群4と正極集電端子板10および負極集電端子板20を図2に示すように片側のみ開口した円筒形の電池ケース5に挿入した後、負極集電端子板20を電池ケース5の内底面に抵抗溶接し、アルミニウム製の正極リード6を介して正極集電端子板10とガスケット8を具備した封口板7とをレーザ溶接した。
また、非水系の溶媒としてエチレンカーボネートとエチルメチルカーボネートを体積比1:1で混合して調製し、この非水系の溶媒を六フッ化リン酸リチウム(LiPF)の溶質に溶解させて非水系の電解液を作製した。
次に、電池ケース5に非水系の電解液を注入し、ガスケット8を介して封口板7を電池ケース5でかしめて封止し、直径が26mmであり高さが65mmである実施例1の円筒形リチウムイオン二次電池を作製した。このときの円筒形のリチウムイオン二次電池の電池容量は2600mAhであった。
上記のように作製した実施例1のリチウムイオン二次電池では、外側周縁部より内側に、また内周縁部より外側に溶接しない領域として集電端子板の厚み以上とした2mmを溶接しないことにより、溶接による集電端子板の欠損穴の発生もなく、欠損穴より溶融エネルギーが電極群へ直接照射されることを抑制できたことで、電極群の熱損傷も発生していなかった。
また、集電端子板と電極群の引っ張り試験では引張強度は50N以上あり、この強度を確保することでリチウムイオン二次電池を落下や衝撃を加えても、集電端子板と電極群が接続不良を発生しない。
さらに、実施例1のリチウムイオン二次電池を1250mAの定電流で4.2Vまで充電した後に、1250mAの定電流で3.0Vまで放電する充放電サイクルを3回繰り返した後、さらに1KHzの交流を印加して二次電池の内部抵抗を測定すると、内部抵抗の平均値は5mΩでそのばらつきは約7%であり、集電端子板と電極群との接合が強固に行われていた。また、出力電流値が500A以上と高く大電流放電を行える二次電池であった。
本発明は、大電流放電に適した集電構造を有する二次電池に有用で、例えば、高出力を必要とする電動工具や電気自動車などの駆動用電源、大容量のバックアップ用電源、蓄電用電源等に適用できる。
(a)本発明の一実施の形態における正極板の構成を示す平面図、(b)同負極板の構成を示す平面図、(c)同電極群の構成を示す斜視図 本発明の一実施の形態における円筒形の二次電池の構成を示す断面図 本発明の一実施の形態における集電端子板および電極群を示す一部切欠斜視図 (a)本発明の一実施の形態に接合前の集電構造を示す断面図、(b)同溶融時の集電構造を示す断面図、(c)同接続後の集電構造を示す断面図 (a)本発明の別の一実施の形態における集電端子板を示す一部切欠斜視図、(b)同集電端子板と電極群の要部分断面図 本発明の別の一実施の形態における集電端子板と電極群の要部分断面図 本発明の一実施の形態における角形の二次電池の集電端子板と電極群を示す模式図 本発明の一実施の形態における扁平形の二次電池の集電端子板と電極群を示す模式図 従来技術における二次電池の断面図 従来技術における集電構造の構成を示す斜視図 従来技術における集電端子板の構成を示す断面図 従来例における集電端子板の集電構造を示す断面図
符号の説明
1 正極板
1a 露出部
1b 正極合剤層
2 負極板
2a 露出部
2b 負極合剤層
3 セパレータ
4 電極群
10 正極集電端子板
10a 孔
10b 溶接をしない領域
10c 溶接をしない領域
10d 溶接する箇所
11 収束部
12 リブ
13 TIG溶接の電極棒
14 不活性ガス雰囲気
15 溶接電流
16 溶解金属部
19 接続部
20 負極集電端子板

Claims (8)

  1. 一端に集電体の露出部を設けた正極板および負極板を前記露出部が相対向する方向なるよう配置し、前記正極板と負極板との間にセパレータを介在して積層または渦巻状に巻回した電極群と、前記電極群の端面に備えた露出部に接続した集電端子板とを非水電解液と共に、電池ケースの開口部を封口板を介して封口した前記電池ケース内に収納した二次電池であって、前記集電端子板の外側周縁部に溶接しない領域を設けて前記電極群と接続し、前記集電端子板の一方が前記電池ケースの内面に接続し、他方の前記集電端子板が前記電池ケースの開口部に封着された封口板に接続している構成としたことを特徴とする二次電池。
  2. 前記集電端子板の中央に非水電解液を注入する孔を備え、前記孔に隣接する内周縁部に溶接しない領域を設けて前記電極群と接続する構成としたことを特徴とする請求項1に記載の二次電池。
  3. 前記溶接しない領域を前記集電端子板の厚み以上の距離で設け、且つ溶接する箇所を複数個設けて前記電極群と接続する構成としたことを特徴とする請求項1または2に記載の二次電池。
  4. 前記集電端子板と電極群の露出部とを溶接する箇所を前記集電端子板の中心より放射線状に複数個設けて前記電極群と接続する構成としたことを特徴とする請求項1に記載の二次電池。
  5. 前記集電端子板と電極群の露出部とを溶接する箇所を前記露出部の集電体に対して、直交する方向に複数個設けて前記電極群と接続する構成としたことを特徴とする請求項1に記載の二次電池。
  6. 前記集電端子板の前記露出部が接する面に集電体の露出部を収束する収束部を設けたことを特徴とする請求項1に記載の二次電池。
  7. 前記収束部分の中間に位置にし、且つ前記露出部の集電体に対して直交する方向に複数個設けて前記電極群と接続する構成としたことを特徴とする請求項1に記載の二次電池。
  8. 前記集電端子板の形状が収納される電池ケースと同じ外形形状をしたことを特徴とする請求項1に記載の二次電池。
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2371403A2 (en) 2010-03-31 2011-10-05 Asahi Intecc Co., Ltd. Guidewire
JP2015507324A (ja) * 2011-12-19 2015-03-05 ローベルト ボッシュ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング 電気エネルギー貯蔵セル、及び、電気エネルギー貯蔵セルを製造する方法
JP2016051544A (ja) * 2014-08-29 2016-04-11 日立オートモティブシステムズ株式会社 扁平捲回式二次電池
JP2018147830A (ja) * 2017-03-08 2018-09-20 トヨタ自動車株式会社 リチウムイオン電池の製造方法
WO2020159071A1 (ko) * 2019-01-30 2020-08-06 삼성에스디아이(주) 이차 전지
CN112838325A (zh) * 2019-11-22 2021-05-25 比亚迪股份有限公司 一种电池、电池模组、电池包和电动车

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2371403A2 (en) 2010-03-31 2011-10-05 Asahi Intecc Co., Ltd. Guidewire
JP2015507324A (ja) * 2011-12-19 2015-03-05 ローベルト ボッシュ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング 電気エネルギー貯蔵セル、及び、電気エネルギー貯蔵セルを製造する方法
JP2016051544A (ja) * 2014-08-29 2016-04-11 日立オートモティブシステムズ株式会社 扁平捲回式二次電池
JP2018147830A (ja) * 2017-03-08 2018-09-20 トヨタ自動車株式会社 リチウムイオン電池の製造方法
WO2020159071A1 (ko) * 2019-01-30 2020-08-06 삼성에스디아이(주) 이차 전지
CN113678294A (zh) * 2019-01-30 2021-11-19 三星Sdi株式会社 二次电池
EP3920296A4 (en) * 2019-01-30 2022-10-19 Samsung SDI Co., Ltd. SECONDARY BATTERY
CN112838325A (zh) * 2019-11-22 2021-05-25 比亚迪股份有限公司 一种电池、电池模组、电池包和电动车
CN112838325B (zh) * 2019-11-22 2021-11-12 比亚迪股份有限公司 一种电池、电池模组、电池包和电动车

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