JP2010199069A - 円筒形二次電池 - Google Patents

Abstract

【課題】電極タブの折曲部での応力集中を防止可能な円筒形二次電池を提供する。
【解決手段】開口部を有する缶１２０と、缶内に収容される電極組立体１１０と、缶の開口部を覆うキャップ組立体１７０と、キャップ組立体と電極組立体との間に位置する上部絶縁板１４０と、上部絶縁板上に位置する支持板１４２と、を含み、支持板は周辺縁を含み、支持板の領域は上部絶縁板の領域よりも小さく、第１電極タブ１１７は電極組立体から延長され、第１電極タブは支持板に接触する第１部１１７ａ、キャップ組立体に接触する第２部１１７ｃ、および第１部と第２部との間の折曲部１１７ｂを備え、折曲部の所定領域は支持板の周辺縁から突出することを特徴とする。
【選択図】図２Ｃ

Description

本発明は、円筒形二次電池に関し、特に、電極タブの折曲部での応力集中を防止可能な円筒形二次電池に関する。

最近、携帯電話、ノート型パーソナルコンピュータ、携帯型ビデオカメラなどのコンパクトで軽量化された携帯電子／電気機器が盛んに開発および生産されている。そして、携帯電子／電気機器を別途電源のない場所でも動作させるために二次電池が用いられる。このような二次電池は、一度放電すると使用することができない乾電池とは違って充放電が可能で繰り返し使用することができる電池である。また、二次電池は、大容量化が可能とされ、携帯電子／電気機器以外にもハイブリッド自動車、電動工具などの高出力製品にも用いられる。

このような二次電池としては、例えば、ニッケル−カドミウム電池、ニッケル−水素電池、ニッケル−亜鉛電池、リチウムイオン二次電池、リチウムポリマー二次電池などがあり、これらのうちリチウム二次電池は動作電圧が高く、単位重量当たりエネルギー密度が高いため、多く用いられている。

一方、リチウム二次電池は、外装材に電極組立体および電解液を収容させた後、外装材を密封することで形成されるが、リチウム二次電池は外装材の形態によって缶状およびパウチ状に区分することができ、缶状は円筒形と角形に区分することができる。

このとき、円筒形二次電池は、陽極板、セパレータおよび陰極板を積層した後に巻回して形成された電極組立体と、電解液を円筒形の缶に収容した後、キャップ組立体で円筒形缶を密封することで形成される。

電極組立体の陽極板または陰極板には、陽極活物質または陰極活物質が塗布されない無地部が存在し、無地部には各電極板に１つずつ電極タブが設置されて、電極タブのうちの１つは円筒形缶の開口部方向である上方に引き出され、他の１つは下方に引き出される。また、上方に引き出された電極タブはキャップ組立体に電気的に接続され、下側に引き出された電極タブは缶の底面に電気的に接続される。

特開平７−２２０７１６号公報

しかし、キャップ組立体に電気的に接続される電極タブは、折曲された形態でキャップ組立体に溶接されるが、電極タブの折曲部に応力が集中して電極タブが断線し易くなるという問題があった。

そこで、本発明は、電極タブの折曲部での応力集中を防止可能な円筒形二次電池を提供しようとするものである。

本発明のある観点によれば、開口部を有する缶と、缶内に収容される電極組立体と、缶の開口部を覆うキャップ組立体と、キャップ組立体と電極組立体との間に位置する上部絶縁板と、上部絶縁板上に位置する支持板と、を含み、支持板は周辺縁を含み、支持板の領域は上部絶縁板の領域よりも小さく、第１電極タブは電極組立体から延長され、第１電極タブは支持板に接触する第１部、キャップ組立体に接触する第２部、および第１部と第２部との間の折曲部を備え、折曲部の所定領域は支持板の周辺縁から突出することを特徴とする円筒形二次電池が提供される。

本発明の他の観点によれば、開口部を有する缶と、缶内に収容される電極組立体と、缶の開口部を覆うキャップ組立体と、キャップ組立体と電極組立体との間に位置する上部絶縁板と、を含み、上部絶縁板は中心部と中心部周りの周辺部を含み、中心部は周辺縁を含み、中心部の厚さは周辺部の厚さより厚く、第１電極タブは電極組立体から延長され、第１電極タブは上部絶縁板の中心部に接触する第１部、キャップ組立体に接触する第２部、および第１部と第２部との間の折曲部を備え、折曲部の所定領域が中心部の周辺縁に隣接し、中心部の周辺縁と重なることを特徴とする円筒形二次電池が提供される。

本発明の他の観点によれば、電極組立体から延在する第１電極タブを備える電極組立体を、開口部を有する缶に挿入する工程と、電極組立体上に上部絶縁板を配置する工程と、平坦面と周辺縁を含み、上部絶縁板の領域より小さい領域を有する支持板を、上部絶縁板上に配置する工程と、支持板の平坦面に平行に延在するように第１電極タブの第１部を形成する工程と、第１電極タブの第１部に平行に延在するように第１電極タブの第２部を折曲し、第１部と第２部との間に折曲部を形成する工程と、缶の開口部をキャップ組立体で覆い、第１電極タブの第２部をキャップ組立体と接触させる工程と、缶の周辺に沿ってビーディング部を形成し、ビーディング部を上部絶縁板と接触させる工程と、キャップ組立体が電極組立体の方に移動するようにキャップ組立体をプレッシングし、折曲部の所定領域が電極組立体に近くなって、支持板の周辺縁の隣に移動させる工程と、を含むことを特徴とする円筒形二次電池の製造方法が提供される。

本発明の他の観点によれば、開口部を有する缶と、缶内に収容される電極組立体と、缶の開口部を覆うキャップ組立体と、キャップ組立体と電極組立体との間に位置する上部絶縁板と、上部絶縁板上に位置する支持板と、を含み、支持板は周辺縁を含み、支持板の領域は上部絶縁板の領域よりも小さく、第１電極タブは電極組立体から延長され、第１電極タブは支持板に接触する第１部、キャップ組立体に接触する第２部、および第１部と第２部との間の折曲部を備え、折曲部の曲率半径は０．５〜０．６ｍｍであることを特徴とする円筒形二次電池が提供される。

以上説明したように本発明によれば、電極タブの折曲部での応力集中を防止可能な円筒形二次電池を提供することができる。また、電池の信頼性を向上可能な円筒形二次電池を提供することができる。

従来の円筒形二次電池の構造を示す断面図である。 プレッシング工程後の円筒形二次電池の構造を示す断面図である。 本発明の第１実施形態に係る円筒形二次電池の構造を示す分解斜視図である。 本発明の第１実施形態に係る円筒形二次電池の構造を示す断面図である。 本発明の第１実施形態に係る円筒形二次電池のプレッシング工程後の構造を示す断面図である。 従来の円筒形二次電池のプレッシング工程後の歪曲率半径を示す断面図である。 本発明の第１実施形態に係る円筒形二次電池のプレッシング工程後の歪曲率半径を示す断面図である。 本発明に係る円筒形二次電池の第１電極タブの長さと支持板の長さとの関係を示す断面図である。 支持板の形状を示す平面図である。 支持板の形状を示す平面図である。 本発明の第２実施形態に係る円筒形二次電池の構造を示す断面図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

図１Ａは従来の円筒形二次電池１の構造を示す断面図であり、図１Ｂはプレッシング工程後の円筒形二次電池１の構造を示す断面図である。まず、図１Ａに示すように、円筒形二次電池１は、電極組立体１０、電極組立体を収容する缶２０、および缶２０を密封するキャップ組立体７０を含み、下部絶縁板３０、上部絶縁板４０、センタピン５０および絶縁ガスケット６０をさらに含む。

電極組立体１０は、長方形の板状に形成される第１電極板１１および第２電極板１３を積層および巻回したゼリーロール状に形成されていて、第１電極板１１と第２電極板１３との間にはセパレータ１５ａ、１５ｂが介在されて二つの電極板１１、１３の短絡を防止する。

また、第１電極板１１および第２電極板１３は、それぞれスラリーが塗布されない無地部を含み、第１電極タブ１７および第２電極タブ１９が無地部でそれぞれ通電できるように付着している。このとき、第１電極タブ１７は、缶２０の開口部の方向である電極組立体１０の上部面に引き出される上向き電極タブであり、第２電極タブ１９は電極組立体１０の下部面に引き出される下向き電極タブに該当する。

一方、缶２０は一面が開放された開口部を含み、電極組立体１０が開口部を介して缶２０の内部に挿入され、絶縁ガスケット６０を缶２０の開口部に挿入後、キャップ組立体７０が絶縁ガスケット６０内に結合されて缶２０が密封される。また、缶２０は、上部絶縁板４０の上端レベルに合わせて缶２０の側面を缶２０の内側に曲げて形成されるビーディング部２１を含む。

このとき、キャップ組立体７０は、電極端子の役割をするキャップアップ７１およびキャップアップ７１の下部に位置する下部部品からなっていて、下部部品は、キャップアップ７１の下部に順次に位置するＰＴＣ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）サーミスタ７２、ベント７３、キャップダウン７４、サブプレート７５を含む。サブプレート７５は、中孔を介して露出されるベント７３の突出部７７と溶接などの方法で接続される。

一方、電極組立体１０から上向きに引き出される第１電極タブ１７は溶接などの方法によってキャップダウン７４の下面またはサブプレート７５の下面に接続され、第１電極タブ１７は第１部１７ａ、第２部１７ｃおよび第１部１７ａと第２部１７ｃとの間の折曲部１７ｂを含んだ折曲された形状でキャップ組立体７０に溶接される。

次に、図１Ｂに示すように、上述のような電極組立体１０が開口部を介して缶２０の内部に挿入され、絶縁ガスケット６０が缶２０の開口部に挿入された後、キャップ組立体７０が絶縁ガスケット６０内に結合されて缶２０を密封させて組み立てが完成された円筒形二次電池１の総高さ、すなわち、円筒形二次電池１の全体の大きさを合わせて、電極組立体１０の上下流動を防止するためにプレッシング工程を行う。

プレッシング工程は、図１Ｂに示すように、円筒形二次電池１の上部から圧力を加えて行われ、キャップ組立体７０と電極組立体１０との間の空間を減少させることで、電池１の全体の大きさを減少させるか、電極組立体１０が上下に流動することを防止する。

しかし、上述のプレッシング工程により、図１Ｂに示すように、ビーディング部２１が圧縮されて幅が減少するようになって、特に、第１電極タブ１７の折曲部１７ｂが圧縮されて折曲部１７ｂに応力が集中し、折曲部１７ｂが断線し易くなる。

図２Ａは本発明の第１実施形態に係る円筒形二次電池１００の構造を示す分解斜視図であり、図２Ｂは本発明の第１実施形態に係る円筒形二次電池１００の構造を示す断面図であり、図２Ｃは本発明の第１実施形態に係る円筒形二次電池１００のプレッシング工程後の構造を示す断面図である。

まず、図２Ａおよび図２Ｂに示すように、本発明の第１実施形態に係る円筒形二次電池１００は、電極組立体１１０、電極組立体１１０を収容する缶１２０および缶１２０を密封するキャップ組立体１７０を含む。また、円筒形二次電池１００は、下部絶縁板１３０、上部絶縁板１４０、センタピン１５０および絶縁ガスケット１６０をさらに含む。

電極組立体１１０は、長方形の板状に形成される第１電極板１１１および第２電極板１１３を積層および巻回したゼリーロール状に形成されることができる。

したがって、電極組立体１１０は円筒形の形状を有し、電極組立体１１０の中心は空いていて中孔を形成する。そして、電極組立体１１０の中心部に形成される中孔にセンタピン１５０が挿入される。センタピン１５０は外力により電極組立体１１０が変形することを防止し、中心部が空いている場合には電極組立体１１０から発生するガスの移動通路となる。

第１電極板１１１および第２電極板１１３は互いに異なる極性を有し、セパレータ１１５ａ、１１５ｂが第１電極板１１１と第２電極板１１３との間に介在されて二つの電極板１１１、１１３の短絡を防止する。第１電極板１１１および第２電極板１１３は、アルミニウムや銅からなる集電板に陽極活物質スラリーまたは陰極活物質スラリーを塗布して形成され、第１電極板１１１はアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる陽極集電体上に陽極用スラリーが塗布される陽極板とすることができ、第２電極板１１３は銅または銅合金からなる陰極集電体上に陰極用スラリーが塗布される陰極板とすることができる。

また、第１電極板１１１および第２電極板１１３は、スラリーが塗布されない無地部をそれぞれ含み、第１電極タブ１１７および第２電極タブ１１９が第１電極板１１１および第２電極板１１３の無地部にそれぞれ通電可能に付着される。すなわち、第１電極タブ１１７が第１電極板１１１に形成される無地部に付着され、第２電極タブ１１９が第２電極板１１３に形成される無地部に付着される。

したがって、第１電極タブ１１７および第２電極タブ１１９は、それぞれ第１電極板１１１および第２電極板１１３と同一極性を有する。このとき、第１電極タブ１１７は、缶１２０の開口部の方向である電極組立体１１０の上部面に引き出される上向き電極タブであり、第２電極タブ１１９は電極組立体１１０の下部面に引き出される下向き電極タブとすることができる。

缶１２０は、アルミニウム、ステンレス鋼などの金属に形成されることができ、また、缶１２０は一面が開放された開口部を有する。電極組立体１１０が開口部を介して缶１２０の内部に挿入され、下部絶縁板１３０が電極組立体１１０の下部面に位置する。下部絶縁板１３０は、電極組立体１１０の中孔に対応するように形成される通孔を含み、複数個のホール１３１を備えることができる。

このとき、下部絶縁板１３０は、ポリエチレン(ＰＥ)またはポリプロピレン(ＰＰ)からなることができる。なお、下部絶縁板１３０は、上記材質に限定されない。上述のような状態で、電極組立体１１０の中孔および下部絶縁板１３０の通孔を介して溶接棒を挿入して第２電極タブ１１９を缶１２０の底面に熔接する。したがって、缶１２０は第２電極タブ１１９と同じ極性を有し、缶１２０自体が電極端子の役割をする。

一方、缶１２０に挿入された電極組立体１１０の上部には、上部絶縁板１４０が位置し、電極組立体１１０の中心部と対応する領域に通孔が形成される。上部絶縁板１４０は、電解液が電極組立体１１０内によく染みこむように形成される複数個のホール１４１を備えることができ、複数個のホール１４１を介して第１電極タブ１１７が外部に引き出され、図２Ａには示さないが、第１電極タブ１１７を外部に引き出すための別途のホールをさらに備えることができる。

このとき、上部絶縁板１４０は、ポリエチレン(ＰＥ)またはポリプロピレン(ＰＰ)からなる。なお、上部絶縁板１４０は、上記材質に限定されない。

缶１２０は上部絶縁板１４０の上端レベルに合わせてその側面を缶１２０の内側に曲げて形成されるビーディング部１２１を含み、ビーディング部１２１は缶１２０の内部に挿入された電極組立体１１０が上下に流動することを防止することができる。また、絶縁ガスケット１６０が缶１２０の開口部に挿入され、キャップ組立体１７０が絶縁ガスケット１６０内に結合されて缶１２０を密封する。

絶縁ガスケット１６０は、絶縁性の弾性を有する物質であって、キャップ組立体１７０の外面を囲む形態に形成され、互いに異なる極性を有する缶１２０とキャップ組立体１７０を絶縁させる役割をする。

キャップ組立体１７０は、電極端子の役割をするキャップアップ１７１およびキャップアップ１７１の下部に位置する下部部品からなっていて、キャップ組立体１７０は、各部品が結合された形態で一度に絶縁ガスケット１６０内に設けられるか、部品が順次に絶縁ガスケット１６０内に積層されることができる。

下部部品は、キャップアップ１７１の下部に順次に位置するＰＴＣサーミスタ１７２、ベント１７３、キャップダウン１７４、サブプレート１７５を含む。

これをさらに詳しく説明すると、ＰＴＣサーミスタ１７２の下部にはベント１７３が位置し、ベント１７３の下部には中孔を有するキャップダウン１７４が絶縁材１７６を間にして位置し、絶縁材１７６でベント１７３とキャップダウン１７４は絶縁される。

このとき、キャップダウン１７４は電池内の圧力が増加する場合、圧力がベント１７３の下部面に作用するように通路を提供する通孔をさらに備える。また、キャップダウン１７４の下部には、キャップダウン１７４に形成された中孔を横切るようにサブプレート１７５が位置し、サブプレート１７５は中孔を介して露出されるベント１７３の突出部１７７と溶接などの方法によって接続される。したがって、突出部１７７は、キャップ組立体１７０の下部方向、すなわち、缶１２０に収容された電極組立体１１０の方向に凸状に突出した形状を有する。

電極組立体１１０から上向きに引き出される第１電極タブ１１７は、溶接などの方法によりキャップダウン１７４の下面またはサブプレート１７５の下面に接続されるが、このとき、キャップダウン１７４とサブプレート１７５はレーザ溶接などにより接続され、ベント１７３の突出部１７７とサブプレート１７５は超音波溶接などにより接続される。

続いて、本発明の第１実施形態に係る円筒形二次電池１００の特徴を説明する。円筒形二次電池１００は、上部絶縁板１４０の上部に支持板１４２を含むことを特徴とする。

支持板１４２は、後述のように、第１部１１７ａ、第２部１１７ｃおよび折曲部１１７ｂを含んでなる第１電極タブ１１７の下部に第１電極タブ１１７を支持して折曲部１１７ｂに応力が集中することを防止するためのものであって、上部絶縁板１４０および電極組立体１１０の中心部に対応する領域に通孔が形成される。

このとき、支持板１４２の材質は、上部絶縁板１４０と同一材質からなることができ、また、支持板１４２の形状は、上部絶縁板１４０と同じ円状とすることができる。一方、図５Ａおよび図５Ｂは支持板の形状を示す平面図であって、図５Ａに示すように、四角形の形状２４２とすることができ、図５Ｂに示すように六角形の形状３４２とすることができる。なお、支持板１４２、２４２、３４２の材質および形状は、上記例に限定されない。

次に、図２Ｃに示すように、上述のように、電極組立体１１０が開口部を介して缶１２０の内部に挿入され、絶縁ガスケット１６０が缶１２０の開口部に挿入された後、キャップ組立体１７０が絶縁ガスケット１６０内に結合されて缶１２０を密封させて円筒形二次電池１００の組み立てが完成する。このように完成された円筒形二次電池１００の総高さ、すなわち、円筒形二次電池１００の全体の大きさを合わせ、電極組立体１１０が上下に流動することを防止するためにプレッシング工程を行う。

プレッシング工程は、図２Ｃに示すように、円筒形二次電池１００の上部に圧力を加えることからなり、キャップ組立体１７０と電極組立体１１０との間の空間を減少させることで、電池１００の全体の大きさを減少させるか、電極組立体１１０が上下に流動することを防止することができる。このとき、上述のプレッシング工程によって、図２Ｃに示すように、ビーディング部１２１が圧縮されることになる。

円筒形二次電池１００は、上部絶縁板１４０の上部に支持板１４２を備えていて、支持板１４２は第１電極タブ１１７の下部に第１電極タブ１１７を支持して折曲部１１７ｂに応力が集中することを防止することができる。

これを詳しく説明すると、第１電極タブ１１７は、電極組立体１１０から引き出されて上部絶縁板１４０の上面と並ぶように折曲された第１部１１７ａ、上部絶縁板１４０の上面と並ぶように連折されたキャップダウン１７４の下面またはサブプレート１７５の下面に接続する第２部１１７ｃおよび第１部１１７ａと第２部１１７ｃとの間の折曲部１１７ｂを含んでなる。

すなわち、第１部１１７ａは大略Ｌ字状をなし、折曲部１１７ｂは大略Ｕ字状をなす。

このとき、第１部１１７ａの端から折曲部１１７ｂの端までの長さをＬと仮定した場合、支持板１４２の両端は長さＬの内側に位置するように形成され、特に、支持板１４２の端が折曲部１１７ｂの内側に位置するように形成されるようにし、折曲部１１７ｂが支持板１４２の周辺縁から突出するようになる。

これにより、折曲部１１７ｂは、上部絶縁板１４０と支持板１４２との段差によって形成された空間に位置することができるため、プレッシング工程時に折曲部１１７ｂが圧縮されないで、上部絶縁板１４０と支持板１４２との段差によって形成された空間に押し込まれることができるため、折曲部１１７ｂに応力が集中することを防止することができる。

すなわち、従来の円筒形二次電池１は、上部絶縁板１４０と支持板１４２との段差によって形成された空間がないため、プレッシング工程時に折曲部１７ｂが圧縮されて応力が集中するようになるが、本実施形態に係る円筒形二次電池１００はプレッシング工程時に折曲部１１７ｂが上部絶縁板１４０と支持板１４２との段差によって形成された空間に押し込まれることができるので、折曲部１１７ｂが圧縮されなく応力が集中することを防止することができる。

図３Ａは従来の円筒形二次電池１のプレッシング工程後の歪曲率半径を示す断面図であり、図３Ｂは本発明の第１実施形態に係る円筒形二次電池１００のプレッシング工程後の歪曲率半径を示す断面図である。このとき、歪曲率半径とは、折曲部１７ｂ、１１７ｂの外側を基準とした曲率半径を意味する。まず、図３Ａに示すように、従来の円筒形二次電池１は、上部絶縁板４０上に第１電極タブ１７が形成されていて、第１電極タブ１７は第１部１７ａ、第２部１７ｃ、および第１部１７ａと第２部１７ｃとの間の折曲部１７ｂを含む。

プレッシング工程の前後で、第１電極タブ１７の第１部１７ａの歪曲率半径は大きく差がないが、折曲部１７ｂは圧縮により折曲点１７ｂ’を基準とした歪曲率半径Ｒが減少することになって、歪曲率半径Ｒが減少するということはその分折曲点１７ｂ’の引張応力が増加するということを意味する。よって、このような応力の増加によって折曲点１７ｂ’にクラックが発生して結局電極タブ１７が断線し易くなる。また、図３Ａには示していないが、折曲部１７ｂの内側を基準とした内曲率半径があり、内曲率半径の基準となる折曲点では圧縮応力が増加することになるが、クラックは圧縮応力の増加よりは引張応力の増加によって多く発生するので、ここでは歪曲率半径Ｒのみを考慮するものとする。このとき、折曲点１７ｂ’は、折曲部１７ｂで最小値を有する曲率半径の基準に該当する。

次に、図３Ｂに示すように、本実施形態に係る円筒形二次電池１００は、上部絶縁板１４０上に第１電極タブ１１７が形成されていて、第１電極タブ１１７は第１部１１７ａ、第２部１１７ｃ、および第１部１１７ａと第２部１１７ｃとの間の折曲部１１７ｂを含んでいて、上部絶縁板１４０の上部には支持板１４２を含む。

また、第１部１１７ａの端で折曲部１１７ｂの端までの長さをＬと仮定した場合、支持板１４２の両端は、長さＬの内側に位置するように形成され、特に、支持板１４２の端が折曲部１１７ｂの内側に位置するように形成されるようにし、折曲部１１７ｂが支持板１４２の周辺縁から突出するようになる。これにより、折曲部１１７ｂは上部絶縁板１４０と支持板１４２との段差によって形成された空間に位置することができる。すなわち、折曲部１１７ｂの所定領域は支持板１４２の周辺縁に隣接し、支持板１４２の周辺縁と重なるようになる。

したがって、本実施形態では、プレッシング工程時に折曲部１１７ｂが上部絶縁板１４０と支持板１４２との段差によって形成された空間に押し込まれることができるため、折曲部１１７ｂが圧縮されないか、圧縮を抑制することができて応力が集中することを防止することができる。

すなわち、プレッシング工程前後で、第１電極タブ１１７の第１部１１７ａの歪曲率半径が大きく差がないだけでなく、折曲部１１７ｂにおいても折曲点１１７ｂ’を基準とした歪曲率半径Ｒの変化も大きく現われないため、折曲点１１７ｂ’における引張応力が大きく増加せず、折曲点１１７ｂ’で電極タブ１１７が断線することを防止することができる。このとき、折曲点１１７ｂ’は、折曲部１１７ｂにおいて最小値を有する曲率半径の基準に該当する。

次に、上述のような折曲部１１７ｂの歪曲率半径Ｒによる抵抗ＩＲの増加および電極タブ１１７の断線を評価した結果について説明する。下記表１の条件１は、上述のような従来の円筒形二次電池１をプレッシングしたものであって、条件２〜４は上述のような本発明の実施形態に係る円筒形二次電池１００をプレッシングしたものである。すなわち、条件１は上部絶縁板１４０の上部に支持板１４２がない構造であり、条件２〜４は上部絶縁板１４０の上部に支持板１４２が含まれた構造である。この場合、条件１〜４に厚さ０．５ｍｍの上部絶縁板１４０を使用し、条件２〜４にはそれぞれ厚さ０．５ｍｍ、０．３ｍｍ、０．１７ｍｍの支持板１４２を使用した。また、各条件別に６個の電池をテストした。

テストは、当業界で一般に用いられているドラムテストによって評価し、ドラムテストを回転速度６６ｒｐｍに回転させながら初期抵抗および時間帯別の抵抗を測定し、電極タブ１１７が断線するか否かをテストした。

抵抗の測定は、時間帯別にそれぞれ１００分、１３０分、１６０分、１９０分間回転しながら抵抗を測定しており、この場合、１００分は標準仕様となる基準とし、１３０分はマージン確保のための基準、１６０分は追加マージン確保のための基準、１９０分は改善マージン確保のための基準とした。基本的に標準仕様となる基準は満たすべきであり、さらに量産性を考えた場合はマージン確保のための基準を満足しなければならない。

テストの結果を表１に示した。

表１に示すように、従来の円筒形二次電池１をプレッシングした条件１では、折曲部１７ｂに加えられた圧力により歪曲率半径が０．３２ｍｍとなり、このとき、応力集中によって標準仕様の基準となる１００分を満たすことができず断線するか、または断線してない場合は抵抗が大きく増加していた。また、マージン確保のための基準となる１３０分を満たすことができず、断線する場合が多く、断線してない場合でも抵抗が大きく増加して量産性がよくないことがわかった。

また、０．１７ｍｍの支持板１４２を用いる条件４の場合は、歪曲率半径が０．４ｍｍであり、支持板１４２を使用することで標準仕様となる基準である１００分を満たすことはできたが、マージン確保のための基準となる１３０分を満たすことができず、断線する場合が多く、量産性もよくないことがわかった。

しかし、０．５ｍｍの支持板１４２を用いる条件２の場合は、歪曲率半径が０．６ｍｍであって、改善マージン確保のための基準となる１９０分でも断線せず、また、初期抵抗値も大きく増加せず、非常に好ましいことがわかった。また、０．３ｍｍの支持板１４２を用いた条件３の場合は、歪曲率半径が０．５ｍｍであって、標準仕様となる基準である１００分を満たすことができ、マージン確保のための基準となる１３０分でも断線せず、量産性が好ましいことがわかった。したがって、本実施形態によれば、折曲部１１７ｂの歪曲率半径Ｒは０．５ｍｍ以上であることが好ましい。

これにより、支持板１４２の厚さが０．５ｍｍを超過して形成する場合、上部絶縁板１４０と支持板１４２との段差によって形成された空間がより大きくなるので、歪曲率半径がさらに大きくなることが予想される。しかし、電池１００の全体的な大きさを考えた場合、キャップ組立体１７０と上部絶縁板１４０との間の空間は狭いほど好ましく、よって、支持板１４２の厚さが０．５ｍｍを超過する場合、すでにプレッシング工程以前にキャップ組立体１７０と支持板１４２との間の間隔が狭くなっていて、プレッシング工程を行った場合、電極組立体１１０まで圧力が伝達し、極板１１１、１１３が損傷する虞がある。

例えば、支持板１４２の厚さがそれぞれ０．５ｍｍ、０．６ｍｍの場合において、プレッシング工程以前の電池１００の総高さがＨであると仮定した場合、キャップ組立体１７０と支持板１４２との間の間隔は、支持板１４２の厚さが０．６ｍｍの場合が０．５ｍｍの場合と比べて、その厚さの差分狭くなる。よって、支持板１４２の厚さが０．６ｍｍの場合は、キャップ組立体１７０と支持板１４２との間の間隔が狭くてプレッシング工程で加えられる圧力が電極組立体１１０まで到達することになり、よって、電極組立体１１０の極板１１１、１１３が損傷することになる。

したがって、本発明の実施形態では、支持板１４２の厚さを０．３〜０．５ｍｍに形成することが好ましく、上述のように、折曲部１１７ｂの歪曲率半径Ｒを０．５ｍｍ以上にすることが好ましく、支持板１４２の厚さを０．５ｍｍ以下に形成することを考慮した場合、折曲部１１７ｂの歪曲率半径Ｒは０．６ｍｍ以下であることが好ましい。

図４は、本発明の実施形態に係る円筒形二次電池１００の第１電極タブ１１７の長さと支持板１４２の長さとの関係を示す断面図である。上述のように、第１部１１７ａの端から折曲部１１７ｂの端までの長さをＬと仮定した場合、支持板１４２の両端は長さＬの内側に位置するように形成され、特に、支持板１４２の端が折曲部１１７ｂの内側に位置するように形成し、折曲部１１７ｂが支持板１４２の周辺縁から突出する。これにより、折曲部１１７ｂは上部絶縁板１４０と支持板１４２との段差によって形成された空間に位置することができる。

このとき、上部絶縁板１４０の直径をａ、支持板１４２の直径（図４上においては支持板１４２の長さに相当する）をｂと定義し、上部絶縁板１４０の中心から支持板１４２の周辺縁までの長さをｄ、上部絶縁板１４０の中心から折曲部１１７ｂの周辺縁までの長さをｃと定義し、支持板１４２の厚さをｔと定義する。

上述のように、第１部１１７ａは大略Ｌ字状をなし、プレッシング工程後にも第１部１１７ａの歪曲率半径には大きく差がないため、応力が集中しない。よって、第１部１１７ａの場合は、折曲部１１７ｂとは異なってプレッシング工程時に折曲部１１７ｂが押し込まれるための空間を大きく必要とせず、したがって、第１部１１７ａの下部領域の空間は大きな問題とならない。

しかしながら、折曲部１１７ｂは、大略Ｕ字状をなし、プレッシング工程時に歪曲率半径の変化が重要であるため、歪曲率半径の変化を減少させるために、折曲部１１７ｂの下部に上部絶縁板１４０と支持板１４２との段差によって形成された空間を用意する。

次に、本発明の実施形態による好ましい範囲の折曲部１１７ｂの歪曲率半径の範囲が満たされるように、上部絶縁板１４０の中心から支持板１４２の周辺縁までの長さｄと上部絶縁板１４０の中心から折曲部１１７ｂの周辺縁までの長さｃの関係を測定した。

下記表２の条件５および６は、厚さ０．５ｍｍの上部絶縁板１４０を用いて、第１部１１７ａから折曲部１１７ｂまでの長さＬが９．４２ｍｍである第１電極タブ１１７を使用した。また、条件５は、厚さ０．５ｍｍの支持板１４２を使用し、条件６は０．３ｍｍの支持板１４２を使用した。

すなわち、上述のように、本実施形態において支持板１４２の厚さを０．３〜０．５ｍｍに形成することが好ましく、折曲部１１７ｂの歪曲率半径Ｒは０．５〜０．６ｍｍであることが好ましく、支持板１４２の厚さが０．３〜０．５ｍｍである範囲内において歪曲率半径Ｒが０．５〜０．６ｍｍになるように、ｃの長さに対するｄの長さを測定した。

測定結果を下記表２および表３に示した。

折曲部１１７ｂが上部絶縁板１４０と支持板１４２との段差によって形成された空間に位置するために、支持板１４２の端が折曲部１１７ｂの内側に位置するように形成されなければならず、また、支持板１４２の厚さは０．３〜０．５ｍｍに形成されなければならず、折曲部１１７ｂの歪曲率半径Ｒは０．５〜０．６ｍｍに形成されなければならないことは、上述したとおりである。

表２に示すように、支持板１４２の厚さが０．５ｍｍの場合において、折曲部１１７ｂの歪曲率半径が０．６ｍｍであるｄの長さはｃの長さに対して９８％の場合に該当し、支持板１４２の厚さが０．３ｍｍの場合において、折曲部１１７ｂの歪曲率半径が０．６ｍｍであるｄの長さはｃの長さに対して９７％の場合に該当する。

また、表３に示すように、支持板１４２の厚さが０．５ｍｍの場合において、折曲部１１７ｂの歪曲率半径が０．５ｍｍであるｄの長さはｃの長さに対して８５％の場合に該当し、支持板１４２の厚さが０．３ｍｍの場合において、折曲部１１７ｂの歪曲率半径が０．５ｍｍであるｄの長さはｃの長さに対して８４％の場合に該当する。

したがって、本実施形態において支持板１４２の厚さが０．３〜０．５ｍｍである範囲内において歪曲率半径が０．５〜０．６ｍｍになるためには上部絶縁板１４０の中心から支持板１４２の周辺縁までの長さｄは上部絶縁板１４０の中心から折曲部１１７ｂまでの長さｃに対して８５〜９７％であることが好ましい。

図６は、本発明の第２実施形態に係る円筒形二次電池２００の構造を示す断面図である。本発明の第２実施形態に係る円筒形二次電池２００は、後述する以外は本発明の第１実施形態に係る円筒形二次電池１００と同様の構成を有している。

図６に示すように、本発明の第２実施形態に係る円筒形二次電池２００は、第１実施形態とは異なって、上部絶縁板２４０に別途の支持板を形成せず、上部絶縁板２４０の内側領域に突出部２４２が一体に形成されている。

すなわち、本発明の第２実施形態に係る円筒形二次電池２００は、上部絶縁板２４０の周辺領域の厚さよりも中心領域の厚さが厚くなるように内側領域に突出部２４２が形成されていて、突出部２４２を介して第１実施形態の支持板１４２と同様な役割を有している。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１００、２００ 円筒形二次電池
１１０ 電極組立体
１１１ 第１電極板
１１３ 第２電極板
１１５ａ、１１５ｂ セパレータ
１１７ 第１電極タブ
１１９ 第２電極タブ
１２０ 缶
１３０ 下部絶縁板
１４０ 上部絶縁板
１５０ センタピン
１６０ 絶縁ガスケット
１７０ キャップ組立体

Claims (26)

1. 開口部を有する缶と、
   前記缶内に収容される電極組立体と、
   前記缶の開口部を覆うキャップ組立体と、
   前記キャップ組立体と前記電極組立体との間に位置する上部絶縁板と、
   前記上部絶縁板上に位置する支持板と、を含み、
   前記支持板は周辺縁を含み、前記支持板の領域は前記上部絶縁板の領域よりも小さく、
   第１電極タブは前記電極組立体から延長され、前記第１電極タブは前記支持板に接触する第１部、前記キャップ組立体に接触する第２部、および前記第１部と前記第２部との間の折曲部を備え、前記折曲部の所定領域は前記支持板の周辺縁から突出することを特徴とする円筒形二次電池。
2. 前記支持板は、絶縁物質からなることを特徴とする請求項１に記載の円筒形二次電池。
3. 前記絶縁物質は、ポリエチレン(ＰＥ)またはポリプロピレン(ＰＰ)であることを特徴とする請求項２に記載の円筒形二次電池。
4. 前記折曲部の所定領域は前記上部絶縁板の周辺縁に隣接し、前記上部絶縁板の周辺縁と重なることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の円筒形二次電池。
5. 前記支持板および前記上部絶縁板は、同一物質からなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の円筒形二次電池。
6. 前記支持板は、中央にホールを備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の円筒形二次電池。
7. 前記支持板は、円形、四角形または六角形の形状であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の円筒形二次電池。
8. 前記支持板の厚さは、０．３〜０．５ｍｍであることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の円筒形二次電池。
9. 前記上部絶縁板の中心から前記支持板の周辺縁までの長さは、前記上部絶縁板の中心から前記折曲部の周辺まで延長された前記第１電極タブの長さの８５〜９７％であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の円筒形二次電池。
10. 前記上部絶縁板および前記支持板は、一体に形成されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の円筒形二次電池。
11. 前記上部絶縁板および前記支持板は、それぞれ別に形成されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の円筒形二次電池。
12. 開口部を有する缶と、
    前記缶内に収容される電極組立体と、
    前記缶の開口部を覆うキャップ組立体と、
    前記キャップ組立体と前記電極組立体との間に位置する上部絶縁板と、を含み、
    前記上部絶縁板は中心部と前記中心部周りの周辺部を含み、前記中心部は周辺縁を含み、前記中心部の厚さは前記周辺部の厚さより厚く、
    第１電極タブは前記電極組立体から延長され、前記第１電極タブは前記上部絶縁板の中心部に接触する第１部、前記キャップ組立体に接触する第２部、および前記第１部と前記第２部との間の折曲部を備え、前記折曲部の所定領域が前記中心部の周辺縁に隣接し、前記中心部の周辺縁と重なることを特徴とする円筒形二次電池。
13. 前記上部絶縁板の中心部の厚さは、前記上部絶縁板の周辺部の厚さよりも０．３〜０．５ｍｍ厚いことを特徴とする請求項１２に記載の円筒形二次電池。
14. 前記上部絶縁板の中心から前記中心部の周辺縁までの長さは、前記上部絶縁板の中心から前記折曲部の周辺まで延長された前記第１電極タブの長さの８５〜９７％であることを特徴とする請求項１２または１３に記載の円筒形二次電池。
15. 前記折曲部の曲率半径は、０．５〜０．６ｍｍであることを特徴とする請求項１２〜１４のいずれか１項に記載の円筒形二次電池。
16. 電極組立体から延在する第１電極タブを備える前記電極組立体を、開口部を有する缶に挿入する工程と、
    前記電極組立体上に上部絶縁板を配置する工程と、
    平坦面と周辺縁を含み、前記上部絶縁板の領域より小さい領域を有する支持板を、前記上部絶縁板上に配置する工程と、
    前記支持板の平坦面に平行に延在するように前記第１電極タブの第１部を形成する工程と、
    前記第１電極タブの第１部に平行に延在するように前記第１電極タブの第２部を折曲し、前記第１部と前記第２部との間に折曲部を形成する工程と、
    前記缶の開口部をキャップ組立体で覆い、前記第１電極タブの第２部を前記キャップ組立体と接触させる工程と、
    前記缶の周辺に沿ってビーディング部を形成し、前記ビーディング部を前記上部絶縁板と接触させる工程と、
    前記キャップ組立体が前記電極組立体の方に移動するように前記キャップ組立体をプレッシングし、前記折曲部の所定領域が前記電極組立体に近くなって、前記支持板の周辺縁の隣に移動させる工程と、
    を含むことを特徴とする円筒形二次電池の製造方法。
17. 前記キャップ組立体をプレッシングする際の前記折曲部の曲率半径はプレッシング以前と同一に維持されることを特徴とする請求項１６に記載の円筒形二次電池の製造方法。
18. 前記折曲部の曲率半径は、０．５〜０．６ｍｍであることを特徴とする請求項１７に記載の円筒形二次電池の製造方法。
19. 前記キャップ組立体をプレッシングすることで、前記缶の周辺に沿って形成された前記ビーディング部が圧縮されることを特徴とする請求項１６または１７に記載の円筒形二次電池の製造方法。
20. 開口部を有する缶と、
    前記缶内に収容される電極組立体と、
    前記缶の開口部を覆うキャップ組立体と、
    前記キャップ組立体と前記電極組立体との間に位置する上部絶縁板と、
    前記上部絶縁板上に位置する支持板と、を含み、
    前記支持板は周辺縁を含み、前記支持板の領域は前記上部絶縁板の領域よりも小さく、
    第１電極タブは前記電極組立体から延長され、前記第１電極タブは前記支持板に接触する第１部、前記キャップ組立体に接触する第２部、および前記第１部と前記第２部との間の折曲部を備え、前記折曲部の曲率半径は０．５〜０．６ｍｍであることを特徴とする円筒形二次電池。
21. 前記折曲部の所定領域は、前記上部絶縁板の周辺縁に隣接し、前記上部絶縁板の周辺縁と重なることを特徴とする請求項２０に記載の円筒形二次電池。
22. 前記折曲部の所定領域は、前記支持板の周辺縁から突出することを特徴とする請求項２０または２１に記載の円筒形二次電池。
23. 前記支持板および前記上部絶縁板は、同一物質からなることを特徴とする請求項２０〜２２のいずれか１項に記載の円筒形二次電池。
24. 前記上部絶縁板および前記支持板は、一体に形成されていることを特徴とする請求項２０〜２３のいずれか１項に記載の円筒形二次電池。
25. 前記支持板は円形、四角形または六角形の形状であることを特徴とする請求項２０〜２４のいずれか１項に記載の円筒形二次電池。
26. 前記支持板の厚さは、０．３〜０．５ｍｍであることを特徴とする請求項２０〜２５のいずれか１項に記載の円筒形二次電池。
    

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