JP2011159440A - Cylindrical secondary battery and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、円筒型二次電池およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a cylindrical secondary battery and a method for manufacturing the same.
リチウム二次電池等に代表される円筒型二次電池においては、正極合剤が形成された正極電極と負極合剤が形成された負極電極とをセパレータを介して軸芯の周囲に捲回して電極群を構成する。正極合剤は正極シートの両面に形成され、正極シートの長手方向の一側縁部は正極合剤が形成されない正極合剤未処理部とされる。 In a cylindrical secondary battery represented by a lithium secondary battery or the like, a positive electrode formed with a positive electrode mixture and a negative electrode formed with a negative electrode mixture are wound around a shaft core via a separator. An electrode group is configured. The positive electrode mixture is formed on both surfaces of the positive electrode sheet, and one side edge portion in the longitudinal direction of the positive electrode sheet is a positive electrode mixture untreated portion where no positive electrode mixture is formed.
正極合剤未処理部には、正極電極を正極集電部材に溶接するため、通常、タブと言われる正極リードがプレス等により、正極シートと一体に形成される。負極電極側においても同様で、負極合剤が負極シートの両面に形成され、負極シートの長手方向の一側縁部に設けられた負極合剤未処理部に、負極集電部材に溶接される負極リードがプレス等により、負極シートと一体に形成される Since the positive electrode is welded to the positive electrode current collecting member in the untreated portion of the positive electrode mixture, a positive lead called a tab is usually formed integrally with the positive electrode sheet by pressing or the like. The same applies to the negative electrode side, in which the negative electrode mixture is formed on both sides of the negative electrode sheet, and is welded to the negative electrode current collector member on the negative electrode mixture untreated portion provided at one side edge in the longitudinal direction of the negative electrode sheet. The negative electrode lead is formed integrally with the negative electrode sheet by pressing or the like.
電極群における正極電極と負極電極とは、例えば、正極リードまたは負極リードをプレスにより形成する際に発生するバリ等がセパレータを突き破ることによって短絡することがある。このように正極電極と負極電極とがスポット的に短絡すると、必要な電圧が得られない等、電池性能が低下する。
このため、バリが発生しやすい正極シートにおける正極リードが設けられた長手方向の一側辺と反対側の側辺を、隣接するセパレータを折り返して被覆するようにした構造とするものが知られている。このようにすれば、バリ等が2枚のセパレータを突き破る虞がなくなり、内部短絡を防止することができる、としている(例えば、特許文献1参照)。
The positive electrode and the negative electrode in the electrode group may be short-circuited when, for example, burrs or the like generated when the positive lead or the negative lead is formed by pressing pierce the separator. As described above, when the positive electrode and the negative electrode are short-circuited in a spot manner, battery performance is deteriorated such that a necessary voltage cannot be obtained.
For this reason, there is known a structure in which the side opposite to the one side in the longitudinal direction where the positive electrode lead is provided in the positive electrode sheet where burrs are likely to occur is covered by folding the adjacent separator. Yes. In this way, there is no risk of burrs or the like breaking through the two separators, and an internal short circuit can be prevented (for example, see Patent Document 1).
しかし、電極群を電池容器内に収容し、電池容器内に非水電解液を注入した後においても内部短絡が発生する。この現象の詳細は後述するが、要は、非水電解液中に混入した異物が原因となって正極電極側からイオンが発生し、セパレータを浸透して負極電極で成長する、すなわち負極電極に析出して堆積する、という現象によるものである。この結果、負極電極に生じた堆積物により正極と負極の内部短絡が生じる。
上述した先行文献に記載された発明では、この現象により生じる内部短絡は解決しない。
However, even after the electrode group is housed in the battery container and the nonaqueous electrolyte is injected into the battery container, an internal short circuit occurs. Although the details of this phenomenon will be described later, the main point is that ions are generated from the positive electrode side due to the foreign matter mixed in the non-aqueous electrolyte, penetrate the separator and grow on the negative electrode, that is, on the negative electrode. This is due to the phenomenon of deposition and deposition. As a result, the deposit produced on the negative electrode causes an internal short circuit between the positive electrode and the negative electrode.
The invention described in the above-mentioned prior art does not solve the internal short circuit caused by this phenomenon.
本発明の円筒型二次電池は軸芯の周囲に、第1のセパレータ、正極シートの両面に正極合剤が形成された正極電極、第2のセパレータおよび負極シートの両面に負極合剤が形成された負極電極が捲回された電極群と、軸芯の軸方向の上部側に配置された正極集電部材とを具備し、正極電極が、正極シートに一体に形成され、正極集電部材に接続された複数の正極リードを有する円筒型二次電池であって、正極集電部材より外周に位置し、且つ、少なくとも負極シートに形成された負極合剤より上部側に位置する第1のセパレータの上部側端部および第2のセパレータの上部側端部が正極集電部材側に向けて傾斜していることを特徴とする。 In the cylindrical secondary battery of the present invention, the first separator, the positive electrode in which the positive electrode mixture is formed on both surfaces of the positive electrode sheet, and the negative electrode mixture are formed on both surfaces of the second separator and the negative electrode sheet around the shaft core. And a positive electrode current collecting member disposed on the upper side in the axial direction of the axial core, the positive electrode is integrally formed on the positive electrode sheet, and the positive electrode current collecting member A secondary battery having a plurality of positive electrode leads connected to the first electrode, located on the outer periphery of the positive electrode current collector and at least on the upper side of the negative electrode mixture formed on the negative electrode sheet The upper-side end portion of the separator and the upper-side end portion of the second separator are inclined toward the positive electrode current collecting member side.
また、本発明の円筒型二次電池の製造方法は、軸芯の周囲に、第1のセパレータ、正極シートの両面に形成された正極合剤および正極シートの一側辺に沿って正極シートに一体に形成された複数の正極リードを有する正極電極、第2のセパレータ、および負極シートの両面に負極合剤が形成された負極電極を捲回して電極群を形成する工程と、電極群の前記軸芯の上部に正極集電部材を取り付ける工程と、正極集電部材より外周に位置し、且つ、少なくとも負極シートに設けられた負極合剤より上部側に位置する第1のセパレータの上部側端部および第2のセパレータの上部側端部を、正極集電部材側に向けて傾斜させる工程と、正極シートの複数の正極リードを正極集電部材に接続する工程と、を含むことを特徴とする。 In addition, the method for manufacturing a cylindrical secondary battery according to the present invention includes a first separator, a positive electrode mixture formed on both surfaces of the positive electrode sheet, and a positive electrode sheet along one side of the positive electrode sheet. Winding a positive electrode having a plurality of integrally formed positive leads, a second separator, and a negative electrode having a negative electrode mixture formed on both sides of the negative electrode sheet to form an electrode group; A step of attaching a positive electrode current collector to the upper part of the shaft core; and an upper side end of the first separator located on the outer periphery of at least the negative electrode mixture provided on the negative electrode sheet And a step of inclining the upper side end of the second separator and the second separator toward the positive electrode current collector member, and a step of connecting a plurality of positive electrode leads of the positive electrode sheet to the positive electrode current collector member, To do.
この発明の円筒型二次電池およびその製造方法によれば、セパレータの上部側端部が正極集電部材側に向けて傾斜され、正極電極とセパレータの間の上部を覆う。このため、正極電極とセパレータの間から内部短絡を発生する原因となる異物が浸入することを防止することができる。 According to the cylindrical secondary battery and the method of manufacturing the same of the present invention, the upper side end of the separator is inclined toward the positive electrode current collecting member, and covers the upper part between the positive electrode and the separator. For this reason, it can prevent that the foreign material which causes an internal short circuit generate | occur | produces from between a positive electrode and a separator.
−円筒型二次電池の構造−
以下、この発明の円筒型二次電池を、リチウムイオン円筒型二次電池を一実施形態として図面と共に説明する。
図1は、この発明の円筒型二次電池の一実施形態を示す断面図であり、図2は、図1に示された円筒型二次電池の分解斜視図である。
円筒型二次電池1は、例えば、外形40mmφ、高さ100mmの寸法を有する。この円筒型二次電池1は、有底円筒型の電池容器2およびハット型の上蓋3の内部に、以下に説明する発電用の各構成部材を収容している。
-Structure of cylindrical secondary battery-
Hereinafter, a cylindrical secondary battery of the present invention will be described with reference to the drawings, taking a lithium ion cylindrical secondary battery as an embodiment.
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an embodiment of the cylindrical secondary battery of the present invention, and FIG. 2 is an exploded perspective view of the cylindrical secondary battery shown in FIG.
The cylindrical
有底円筒型の電池容器2には、その開放側である上端部側に電池容器2の内側に突き出した溝2aが形成されている。
10は、電極群であり、中央部に軸芯15を有し、軸芯15の周囲に正極電極および負極電極が捲回されている。図3は、電極群10の構造の詳細を示し、一部を切断した状態の斜視図である。図3に図示されるように、電極群10は、軸芯15の外周に、正極電極11、負極電極12、および第1、第2のセパレータ13、14が捲回された構成を有する。
The bottomed cylindrical battery case 2 is formed with a
軸芯15は、中空円筒状を有し、軸芯15の外周に接する最内周には第1のセパレータ13が捲回され、その外側を、正極電極11、第2のセパレータ14および負極電極12が、この順に積層され、捲回されている。そして、最外周は負極電極12およびその外周に捲回された第1のセパレータ13となっている。最外周を第2のセパレータ14とすることもできる。最外周の第1のセパレータ13が接着テープ19で止められる(図2参照)。
The
正極電極11は、アルミニウム箔により形成され長尺な形状を有し、正極シート11aと、この正極シート11aの両面に正極合剤11bが塗布された正極処理部を有する。正極シート11aの長手方向に沿った上方側の側縁は、正極合剤11bが塗布されずアルミニウム箔が表出した正極合剤未処理部11cとなっている。この正極合剤未処理部11cには、軸芯15と平行に上方に突き出す多数の正極リード16が等間隔に一体的に形成されている。
The
正極合剤11bは正極活物質と、正極導電材と、正極バインダとからなる。正極活物質はリチウム酸化物が好ましい。例として、コバルト酸リチウム、マンガン酸リチウム、ニッケル酸リチウム、リチウム複合酸化物(コバルト、ニッケル、マンガンから選ばれる2種類以上を含むリチウム酸化物)等が挙げられる。正極導電材は、正極合剤中におけるリチウムの吸蔵放出反応で生じた電子の正極電極への伝達を補助できるものであれば制限は無い。正極導電材の例として、黒鉛やアセチレンブラックなどが挙げられる。
The
正極バインダは、正極活物質と正極導電材を結着させ、また正極合剤と正極集電体を結着させることが可能であり、非水電解液との接触により、大幅に劣化しなければ特に制限はない。正極バインダの例としてポリフッ化ビニリデン(PVDF)やフッ素ゴムなどが挙げられる。正極合剤層の形成方法は、正極電極上に正極合剤が形成される方法であれば制限はない。正極合剤11bの形成方法の例として、正極合剤11bの構成物質の分散溶液を正極シート11a上に塗布する方法が挙げられる。
The positive electrode binder can bind the positive electrode active material and the positive electrode conductive material, and can bind the positive electrode mixture and the positive electrode current collector, and should not deteriorate significantly due to contact with the non-aqueous electrolyte. There is no particular limitation. Examples of the positive electrode binder include polyvinylidene fluoride (PVDF) and fluororubber. The method for forming the positive electrode mixture layer is not limited as long as the positive electrode mixture is formed on the positive electrode. As an example of a method of forming the
正極合剤11bを正極シート11aに塗布する方法の例として、ロール塗工法、スリットダイ塗工法、等が挙げられる。正極合剤11bに分散溶液の溶媒例として、N−メチルピロリドン(NMP)や水等を添加し、混練したスラリを、厚さ20μmのアルミニウム箔の両面に均一に塗布し、乾燥させた後、プレスにより裁断する。正極合剤11bの塗布厚さの一例としては片側約40μmである。正極シート11aをプレスにより裁断する際、正極リード16を一体的に形成する。すべての正極リード16の長さは、ほぼ同じである。
Examples of a method for applying the
負極電極12は、銅箔により形成され長尺な形状を有し、負極シート12aと、この負極シート12aの両面に負極合剤12bが塗布された負極処理部を有する。負極シート12aの長手方向に沿った下方側の側縁は、負極合剤12bが塗布されず銅箔が表出した負極合剤未処理部12cとなっている。この負極合剤未処理部12cには、正極リード16とは反対方向に延出された、多数の負極リード17が等間隔に一体的に形成されている。
The
負極合剤12bは、負極活物質と、負極バインダと、増粘剤とからなる。負極合剤12bは、アセチレンブラックなどの負極導電材を有しても良い。負極活物質としては、黒鉛炭素を用いることが好ましい。黒鉛炭素を用いることにより、大容量が要求されるプラグインハイブリッド自動車や電気自動車向けのリチウムイオン二次電池が作製できる。負極合剤12bの形成方法は、負極シート12a上に負極合剤12bが形成される方法であれば制限はない。負極合剤12bを負極シート12aに塗布する方法の例として、負極合剤12bの構成物質の分散溶液を負極シート12a上に塗布する方法が挙げられる。塗布方法の例として、ロール塗工法、スリットダイ塗工法等が挙げられる。
The
負極合剤12bを負極シート12aに塗布する方法の例として、負極合剤12bに分散溶媒としてN−メチル−2−ピロリドンや水を添加し、混練したスラリを、厚さ10μmの圧延銅箔の両面に均一に塗布し、乾燥させた後、プレスにより裁断する。負極合剤12bの塗布厚さの一例としては片側約40μmである。負極シート12aをプレスにより裁断する際、負極リード17を一体的に形成する。すべての負極リード17の長さは、ほぼ同じである。
As an example of a method of applying the
第1のセパレータ13および第2のセパレータ14の幅をWS、負極シート12aに形成される負極合剤12bの幅をWC、正極シート11aに形成される正極合剤11bの幅をWAとした場合、下記の式を満足するように形成される。
WS>WC>WA(図3参照)
すなわち、正極合剤11bの幅WAよりも、常に、負極合剤12bの幅WCが大きい。これは、リチウムイオン二次電池の場合、正極活物質であるリチウムがイオン化してセパレータを浸透するが、負極側に負極活物質が形成されておらず負極シート12bが表出していると負極シート12aにリチウムが析出し、内部短絡を発生する原因となるからである。
When the width of the
WS>WC> WA (see FIG. 3)
That is, the width WC of the
セパレータ13は、例えば、厚さ40μmのポリエチレン製多孔膜である。
図1および図3において、中空な円筒形状の軸芯15は軸方向(図面の上下方向)の上端部の内面に径大の溝15aが形成され、この溝15aに正極集電部材31が圧入されている。正極集電部材31は、例えば、アルミニウムにより形成され、円盤状の基部31a、この基部31aの内周部において軸芯15側に向かって突出し、軸芯15の内面に圧入される下部筒部31b、および外周縁において上蓋3側に突き出す上部筒部31cを有する。正極集電部材31の基部31aには、電池内部で発生するガスを放出するための開口部31d(図2参照)が形成されている。
The
1 and 3, a hollow
正極シート11aの正極リード16は、すべて、正極集電部材31の上部筒部31cに溶接される。この場合、図2に図示されるように、正極リード16は、正極集電部材31の上部筒部31c上に重なり合って接合される。各正極リード16は大変薄いため、1つでは大電流を取りだすことができない。このため、軸芯15への巻き始めから巻き終わりまでの全長に亘り、多数の正極リード16が所定間隔に形成されている。
All of the positive leads 16 of the
正極集電部材31は、電解液によって酸化されるので、アルミニウムで形成することにより信頼性を向上することができる。アルミニウムは、なんらかの加工により表面が露出すると、直ちに、表面に酸化アルミウム皮膜が形成され、この酸化アルミニウム皮膜により、電解液による酸化を防止することができる。
また、正極集電部材31をアルミニウムで形成することにより、正極シート11aの正極リード16を超音波溶接またはスポット溶接等により溶接することが可能となる。
Since the positive electrode current collecting
Moreover, by forming the positive electrode current collecting
軸芯15の下端部の外周には、外径が径小とされた段部15bが形成され、この段部15bに負極集電部材21が圧入されて固定されている。負極集電部材21は、例えば、銅により形成され、円盤状の基部21aに軸芯15の段部15bに圧入される開口部21bが形成され、外周縁に、電池容器2の底部側に向かって突き出す外周筒部21cが形成されている。
負極シート12aの負極リード17は、すべて、負極集電部材21の外周筒部21cに超音波溶接等により溶接される。各負極リード17は大変薄いため、大電流を取りだすために、軸芯15への巻き始めから巻き終わりまで全長にわたり、所定間隔で多数形成されている。
On the outer periphery of the lower end portion of the
All of the negative electrode leads 17 of the
負極集電部材21の外周筒部21cの外周には、負極シート12aの負極リード17およびリング状の押え部材22が溶接されている。多数の負極リード17は、負極集電部材21の外周筒部21cの外周に密着させておき、負極リード17の外周に押え部材22を巻き付けて仮固定し、この状態で溶接される。
The
負極集電部材21の下面には、銅製の負極通電リード23が溶接されている。負極通電リード23は、電池容器2の底部において、電池容器2に溶接されている。電池容器2は、例えば、0.5mmの厚さの炭素鋼で形成され、表面にニッケルメッキが施されている。このような材料を用いることにより、負極通電リード23は、電池容器2に抵抗溶接等により溶接することができる。
A negative
正極集電部材31の上部筒部31cの外周には、正極シート11aの正極リード16およびリング状の押え部材32が溶接されている。多数の正極リード16は、正極集電部材31の上部筒部31cの外周に密着させておき、正極リード16の外周に押え部材32を巻き付けて仮固定し、この状態で溶接される。
The
多数の正極リード16が正極集電部材31に溶接され、多数の負極リード17が負極集電部材21に溶接されることにより、正極集電部材31、負極集電部材21および電極群10が一体的にユニット化された発電ユニット20が構成される(図2参照)。但し、図2においては、図示の都合上、負極集電部材21、押え部材22および負極通電リード23は発電ユニット20から分離して図示されている。
A large number of positive electrode leads 16 are welded to the positive electrode current collecting
また、正極集電部材31の基部31aの上面には、複数のアルミニウム箔が積層されて構成されたフレキシブルな接続部材33が、その一端部を溶接されて接合されている。接続部材33は、複数枚のアルミニウム箔を積層して一体化することにより、大電流を流すことが可能とされ、且つ、フレキシブル性を付与されている。つまり、大電流を流すには接続部材の厚さを大きくする必要があるが、1枚の金属板で形成すると剛性が大きくなり、フレキシブル性が損なわれる。そこで、板厚の小さな多数のアルミニウム箔を積層してフレキシブル性を持たせている。接続部材33の厚さは、例えば、0.5mm程度であり、厚さ0.1mmのアルミニウム箔を5枚積層して形成される。
In addition, a
正極集電部材31の上部筒部31c上には、円形の開口部41aを有する絶縁性樹脂材料からなるリング状の絶縁板41が載置されている。
絶縁板41は、開口部41a(図2参照)および下方に突出する側部41bを有している。絶縁材41の開口部41a内には接続板35が嵌合されている。接続板35の下面には、接続部材33の他端部が溶接されて接合されている。この場合、接続部材33は他端部側において半周程度湾曲されて、正極集電部材31に溶接された面と同じ面が接続板35に溶接されている。
On the
The insulating
接続板35は、アルミニウム合金で形成され、中央部を除くほぼ全体が均一でかつ、中央側が少々低い位置に撓んだ、ほぼ皿形状を有している。接続板35の厚さは、例えば、1mm程度である。接続板35の中心には、薄肉でドーム形状に形成された突起部35aが形成されており、突起部35aの周囲には、複数の開口部35b(図2参照))が形成されている。開口部35bは、電池内部に発生するガスを放出する機能を有している。
The
接続板35の突起部35aはダイアフラム37の中央部の底面に抵抗溶接または摩擦拡散接合により接合されている。ダイアフラム37はアルミニウム合金で形成され、ダイアフラム37の中心部を中心とする円形の切込み37aを有する。切込み37aはプレスにより上面側をV字形状に押し潰して、残部を薄肉にしたものである。ダイアフラム37は、電池の安全性確保のために設けられており、電池の内圧が上昇すると、第1段階として、上方に反り、接続板35の突起部35aとの接合を剥離して接続板35から離間し、接続板35との導通を絶つ。第2段階として、それでも内圧が上昇する場合は切込み37aにおいて開裂し、内部のガスを放出する機能を有する。
The
ダイアフラム37は周縁部において上蓋3の周縁部を固定している。ダイアフラム37は図2に図示されるように、当初、周縁部に上蓋3側に向かって垂直に起立する側部37bを有している。この側部37b内に上蓋3を収容し、かしめ加工により、側部37bを上蓋3の上面側に屈曲して固定する。
The
上蓋3は、炭素鋼等の鉄で形成してニッケルめっきが施されており、ダイアフラム37に接触する円盤状の周縁部3aと、この周縁部3aから上方に突出す有頭無底の筒部3bを有するハット型を有する。筒部3bには開口部3cが形成されている。この開口部3cは、電池内部に発生するガス圧によりダイアフラム37が開裂した際、ガスを電池外部に放出するためのものである。
なお、上蓋3が鉄で形成されている場合には、別の円筒型二次電池と直列に接合する際、鉄で形成された別の円筒型二次電池とスポット溶接により接合することが可能である。
The upper lid 3 is made of iron such as carbon steel and is plated with nickel. The upper lid 3 is a disc-shaped
When the upper lid 3 is made of iron, it can be joined to another cylindrical secondary battery made of iron by spot welding when joining in series with another cylindrical secondary battery. It is.
ダイアフラム37の側部37bと周縁部を覆ってガスケット43が設けられている。ガスケット43は、当初、図2に図示されるように、リング状の基部43aの周側縁に、上部方向に向けてほぼ垂直に起立して形成された外周壁部43bと、内周側に、基部43aから下方に向けてほぼ垂直に垂下して形成された筒部43cとを有する形状を有している。
A
そして、詳細は後述するが、プレス等により、電池容器2と共にガスケット43の外周壁部43bを折曲して基部43aと外周壁部43bにより、ダイアフラム37と上蓋3を軸方向に圧接するようにかしめ加工される。これにより、上蓋3とダイアフラム37とがガスケット43を介して電池容器2に固定される。
As will be described in detail later, the outer
電池容器2の内部には、非水電解液が所定量注入されている。非水電解液の一例としては、リチウム塩がカーボネート系溶媒に溶解した溶液を用いることが好ましい。リチウム塩の例として、フッ化リン酸リチウム(LiPF6)、フッ化ホウ酸リチウム(LiBF6)、等が挙げられる。また、カーボネート系溶媒の例として、エチレンカーボネート(EC)、ジメチルカーボネート(DMC)、プロピレンカーボネート(PC)、メチルエチルカーボネート(MEC)、或いは上記溶媒の1種類以上から選ばれる溶媒を混合したもの、が挙げられる。 A predetermined amount of non-aqueous electrolyte is injected into the battery container 2. As an example of the non-aqueous electrolyte, it is preferable to use a solution in which a lithium salt is dissolved in a carbonate solvent. Examples of lithium salts include lithium fluorophosphate (LiPF6), lithium fluoroborate (LiBF6), and the like. Examples of carbonate solvents include ethylene carbonate (EC), dimethyl carbonate (DMC), propylene carbonate (PC), methyl ethyl carbonate (MEC), or a mixture of solvents selected from one or more of the above solvents, Is mentioned.
図4は、図1に図示された電極群10と正極集電部材31との接合状態を示し、本発明の要部に係る拡大断面図である。
上述した如く、正極電極11に形成された多数の正極リード16は、すべて、正極集電部材31の上部筒部31cの外周に超音波溶接等により溶接される。この場合、従来では、正極集電部材31の上部筒部31cの外周の全周囲に亘り、正極リード16をほぼ均等に配分して密着し、正極リード16の外周に押え部材32を巻き付ける。そして、超音波溶接等により、正極集電部材31に正極リード16および押えリング32を溶接する、という方法を用いていた。
FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view according to the main part of the present invention, showing a joined state of the
As described above, all of the many
上記した従来の方法の場合、正極集電部材31に溶接される各正極リード16が、正極集電部材31側に引っ張られる。このため、各正極リード16の基部に対応する正極シート11aの正極合剤未処理部11cの部位が各正極リード16と共に正極集電部材31側に寄せられる。このため、正極合剤未処理部11cの各正極リード16に対応する部分と、その外側に隣接する第2のセパレータ14との間隔が広くなる。
In the case of the conventional method described above, each
ところで、電池容器2の内部に注入された非水電解液中には、多数の微小な導電性の異物が混在している。このような異物は、正極シート11および負極シート12の作製工程、電池容器2の加工工程、正極リード16の正極集電部材31への溶接工程等において発生し、非水電解液中に混入する。そして、従来の構造の如く、正極リード16と、その外側に隣接する第2のセパレータ14との間隔が広くなると、この広くなった間隔から、上記各工程で発生し、非水電解液中に混入した異物が正極電極11と第2のセパレータ14との間に入り込む。
By the way, in the non-aqueous electrolyte injected into the battery container 2, a large number of minute conductive foreign matters are mixed. Such foreign matter is generated in the manufacturing process of the
正極電極11と負極電極12間には、所定の電位、例えば4.1Vがかかっているため、正極電極11と第2のセパレータ14との間に入り込んだ異物はイオン化され、セパレータを浸透して負極電極12側に流れる。そして、負極電極12で成長して析出し、堆積されていく。この堆積物により、正極と負極が短絡する現象が生じる。
Since a predetermined potential, for example, 4.1 V, is applied between the
そこで、本発明の円筒型二次電池においては、図4に図示される如く、負極電極12の負極合剤12bの上部側の端部よりも上方側に位置する第1のセパレータ13および第2のセパレータ14の端部(上部側端部)が、正極電極11の正極合剤未処理部11cと共に、正極集電部材31側に向けて傾斜されている。第2のセパレータ14の上部側端部が正極集電部材31側に向けて傾斜しているため、正極電極11の上部が、外側に隣接する第2のセパレータ14の上部側端部で覆われる。
Therefore, in the cylindrical secondary battery of the present invention, as shown in FIG. 4, the
このように、本発明の円筒型二次電池においては、正極電極11の外側に隣接する第2のセパレータ14の上方側端部が正極集電部材31側に向かって傾斜し、正極電極の上部を覆うため、正極電極11と第2のセパレータ14との間隔が狭くなる。このため、正極シート11aと第2のセパレータ14との間から内部短絡を発生する原因となる異物が入り込むのを防止することができる。
Thus, in the cylindrical secondary battery of the present invention, the upper end of the
次に、図4に図示された如く、第1のセパレータ13および第2のセパレータ14の上部側端部を、正極集電部材31側に向けて傾斜させた状態で正極リード16を正極集電部材31に接合する方法について説明する。
図5は、正極電極11の正極リード16を正極集電電極31に接合する前の状態を示す拡大断面図であり、図6は、第1のセパレータ13および第2のセパレータ14の上部側端部を、正極集電部材31側に向けて傾斜させる方法を説明するための拡大断面図である。
Next, as shown in FIG. 4, the
FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view showing a state before the
電極群10は、軸芯15の周囲に、第1のセパレータ13、正極電極11、第2のセパレータ14および負極電極12が、この順に積層され、捲回されている。そして、最外周は負極電極12およびその外周に捲回された第1のセパレータ13となっている。最外周を第2のセパレータ14とすることもできる。
In the
正極電極11の正極リード16を正極集電部材31に接続する前は、第1のセパレータ13、正極電極11、第2のセパレータ14および負極電極12は、図5に図示する如く、軸芯15の軸方向と平行に整列されている。図5の状態において、第1のセパレータ13または第2のセパレータ14における負極合剤12bの上端面より上方側の部分の幅Aは2mm程度である。また、負極電極12における正極合剤11bの上端面より上方側の部分の幅Bは2mm程度である。
Before connecting the
図5における、第1のセパレータ13および第2のセパレータの幅Aの部分を、内側に円筒型の中空部51を有する整形用治具53を用いて正極集電部材31側に向けて傾斜させる。
In FIG. 5, the width A portion of the
図7は整形用治具53の斜視図であり、図8は整形用治具53を、各分割片に分割した状態の斜視図である。整形用治具53は、断面円形の中空を有する薄い円筒形状を有し、内側に弾性体で形成された押圧部52を有する。整形用治具53は、3つの分割片53a、53b、53cから構成され、図8に図示されるように、各分割片53a〜53cは、軸方向に平行な2つの合わせ面54を有している。つまり、分割片53a、53b、53cを相互に合わせ面54を接面させることにより、中心軸を中心とする1個のリング状の整形用治具53が構成される。
FIG. 7 is a perspective view of the shaping
各分割片53a、53b、53cを、押圧部52の内面51を正極集電部材31側に向けて、図示はしないが、圧着用装置の移動可能な3箇所の取付部に、各合わせ面54が相互に離間した状態に取り付ける。そして、図5に図示された状態における第1のセパレータ13および第2のセパレータの幅Aの部分を、各分割片53a、53b、53cの押圧部52の内面51で押圧する。つまり、各分割片53a、53b、53cを中心軸に向けて、換言すれば、図6における矢印方向に、各分割片53a、53b、53cの合わせ面54が、相互に密着するまで移動する。このようにすることにより、図6に図示されるように、第1のセパレータ13および第2のセパレータ14における、負極電極12の負極合剤12bの上部側の端部よりも上方側に位置する端部が、正極電極11の正極合剤未処理部11cと共に、正極集電部材31側に向けて傾斜された状態となる。
Each
整形用治具53により、第1のセパレータ13および第2のセパレータ14の上部側端部を正極集電部材31側に向けて傾斜させた状態で、正極電極11の正極リード16を正極集電部材31の上部筒部31cの外面に密着させる。この状態を図9に図示する。この状態で、正極リード16の外周に押え部材32を巻き付ける。そして、超音波溶接等により、正極集電部材31の上部筒部31cに正極リード16および押えリング32を溶接する。
この後、整形用治具53の各分割片53a〜53cを相互に離間する方向に移動する。
The
Thereafter, the divided
このようにして、図4に図示される如く、正極電極11の外側に隣接する第2のセパレータ14の上部側端部が、正極電極11の上部を覆った状態とすることができる。このため、前述した如く、正極電極11と第2のセパレータ14との間隔が狭くなり、内部短絡を発生する原因となる異物が正極電極11と第2のセパレータ14との間隔から入ることを防止することができる。
次に、上記構成の円筒型二次電池の製造方法の一例を説明する。
In this way, as shown in FIG. 4, the upper side end of the
Next, an example of a method for manufacturing the cylindrical secondary battery having the above configuration will be described.
−円筒型二次電池の製造方法−
正極シート11aの両面に、正極合剤11bおよび正極合剤未処理部11cが形成され、また、多数の正極リード16が正極シート11aに一体に形成された正極電極11を作製する。また、負極シート12aの両面に負極合剤12bおよび負極処理部12cが形成され、多数の負極リード17が負極シート12aに一体に形成された負極電極12を作製する。
-Manufacturing method of cylindrical secondary battery-
A
そして、図3に図示するように、軸芯15に、第1のセパレータ13、正極電極11、第2のセパレータ14、負極電極12を、この順に捲回して電極群10を作製する。この場合、第1のセパレータ13、正極電極11、第2のセパレータ14、負極電極12は最も内側の側縁部を軸芯15に溶接しておくと、捲回時に加える荷重に抗して捲回することが容易となる。
Then, as illustrated in FIG. 3, the
この電極群10の軸芯15の下部に負極集電部材21を取り付ける。負極集電部材21の取り付けは、負極集電部材21の開口部21bを軸芯15の下端部に設けられた段部15bに嵌入して行う。次に、負極集電部材21の外周筒部21cの外周の全周囲に亘り、負極リード17をほぼ均等に配分して密着し、負極リード17の外周に押え部材22を巻き付ける。そして、超音波溶接等により、負極集電部材21に負極リード17および押えリング22を溶接する。次に、軸芯15の下端面と負極集電部材21とに跨る負極通電リード23を負極集電部材21に溶接する。
A negative electrode current collecting
次に、軸芯15の正極集電部材31の下部筒部31bを軸芯15の上端側に設けられた溝15aに嵌合する。そして、上述した如く、整形用治具53を用いて、
第1のセパレータ13および第2のセパレータ14における、負極電極12の負極合剤12bの上部側の端部よりも上方側に位置する端部を、正極電極11の正極合剤未処理部11cと共に、正極集電部材31側に向けて傾斜させる。
Next, the lower
In the
この方法は、上述した如く、整形用治具53を用いて、第1のセパレータ13および第2のセパレータ14の上部側端部を押圧することにより行う。この状態で、正極電極11の正極リード16を正極集電部材31の上部筒部31cの外面に密着させる。そして、正極リード16の外周に押え部材32を巻き付け、超音波溶接等により、正極集電部材31の上部筒部31cに正極リード16および押えリング32を溶接する。
正極リード16を正極集電部材31の上部筒部31cに溶接した後は、整形用治具53を取り外す。このようにして、発電ユニット20が構成される。
This method is performed by pressing the upper end portions of the
After the
次に、発電ユニット20を収容可能なサイズを有する金属製の有底円筒部材に、上述の工程を経て作製された発電ユニット20を収容する。有底円筒部材は、電池容器2となるものである。以下において、説明を簡素にして明瞭にするために、この有底円筒部材を電池容器2として説明する。
電池容器2内に収納した発電ユニット20の負極通電リード22を、電池容器2に抵抗溶接等により溶接する。この場合、図示はしないが、電池容器2の外部から、軸芯15の中空軸に電極棒を挿通し、電極棒により負極通電リード22を電池容器2の底部に押し付けて溶接する。
Next, the
The negative
次に、電池容器2の上端部側の一部を絞り加工して内方に突出し、外面にほぼV字状の溝2aを形成する。
電池容器2の溝2aは、発電ユニット20の上端部、換言すれば、正極集電部材31の上端部近傍に位置するように形成する。
次に、発電ユニット20が収容された電池容器2の内部に、非水電解液を所定量注入する。
Next, a part of the upper end portion side of the battery container 2 is drawn and protrudes inward to form a substantially V-shaped
The
Next, a predetermined amount of non-aqueous electrolyte is injected into the battery container 2 in which the
一方、ダイアフラム37に上蓋3を固定しておく。ダイアフラム37と上蓋3との固定は、かしめ等により行う。図2に図示された如く、当初、ダイアフラム37の側壁37bは基部37aに垂直に形成されているので、上蓋3の周縁部3aをダイアフラム37の側壁37b内に配置する。そして、ダイアフラム37の側壁37bをプレス等により変形させて、上蓋3の周縁部の上面および下面、および外周側面を覆って圧接する。
On the other hand, the upper lid 3 is fixed to the
また、接続板35を絶縁板41の開口部41aに嵌合して取り付けておく。そして、接続板35の突起部35aを、上蓋3が固定されたダイアフラム37の底面に溶接する。この場合の溶接方法は、抵抗溶接または摩擦拡散接合を用いることができる。接続板35とダイアフラム37を溶接することにより、接続板35が嵌合された絶縁板41および接続板35に固定された上蓋3が接続板35およびダイアフラム37に一体化された蓋ユニットは構成される。
Further, the
次に、正極集電部材31の基部31aに接続部材33の一端部を、例えば超音波溶接等により溶接する。そして、上蓋3、ダイアフラム37、接続板35および絶縁板41が一体化された蓋ユニットを、接続部材33の他端部に近接して配置する。そして、接続部材33の他端部を接続板35の下面に、レーザ溶接により溶接ずる。この溶接は、接続部材33の他端部における接続板35との接合面が、正極集電部材31に溶接された接続部材33の一端部の接合面と同じ面となるようにして行う。
Next, one end of the
次に、電池容器2の溝2aの上にガスケット43を収容する。この状態におけるガスケット43は、図2に図示するように、リング状の基部43aの上方に、基部43aに対して垂直な外周壁部43bを有する構造となっている。この構造で、ガスケット43は、電池容器2の溝2a上部の内側に留まっている。ガスケット43は、ゴムで形成されており、限定する意図ではないが、1つの好ましい材料の例として、エチレンプロピレン共重合体(EPDM)をあげることができる。また、例えば、電池容器2が厚さ0.5mmの炭素鋼製で、外径が40mmΦの場合、ガスケット43の厚さは10mm程度とされる。
Next, the
次に、ガスケット43の筒部43c上に、上蓋3、ダイアフラム37、接続板35および絶縁板41が一体化された蓋ユニットを配置する。詳細には、蓋ユニットのダイアフラム37を、その周縁部をガスケット43の筒部43c上に対応させて載置する。この場合、絶縁板41の側部41bの外周に正極集電部材31の上部筒部31cが嵌合されるようにする。
Next, a lid unit in which the upper lid 3, the
この状態で、電池容器2の溝2aと上端面の間の部分をプレスにより圧縮する、いわゆる、かしめ加工により、ガスケット43と共にダイアフラム37を電池容器2に固定する。
これにより、ダイアフラム37、上蓋3、接続板35および絶縁板41がガスケット43を介して電池容器2に固定され、また、正極集電部材31と上蓋3が接続部材33、接続板35およびダイアフラム37を介して導電接続され、図1に図示された円筒型二次電池が作製される。
In this state, the
Thereby, the
(変形例)
上記実施形態では、第1のセパレータ13および第2のセパレータ14を、負極電極12の負極合剤12bよりも上方側に位置する部分、すなわち、図5における幅Aの部分を正極集電部材31側に向けて傾斜する構造とした。
図10に図示された変形例では、第1のセパレータ13および第2のセパレータ14を、正極電極11の正極合剤11bよりも上部側、すなわち、図5における幅Bの部分を含めて正極集電部材31側に向けて傾斜する構造としたものである。
(Modification)
In the above embodiment, the
In the modification shown in FIG. 10, the
この場合、負極電極12の負極合剤12bも、正極集電部材31側に向けて傾斜する構造となる。このため、負極合剤12bが傷まないように留意する必要はあるが、第1のセパレータ13または第2のセパレータ14の幅と、負極電極12の負極合剤12bの幅との差が小さい場合、すなわち、図5における幅Aが小さい場合には有効である。
図10におけるその他の構成は、実施形態と同様であるので、同一構成要素に同一の図面参照番号を付して説明を省略する。
In this case, the
Other configurations in FIG. 10 are the same as those in the embodiment, and thus the same components are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
以上の通り、本発明の円筒型二次電池では、正極電極11の外側に隣接する第2のセパレータ14の上方側端部が、正極電極11の上方を覆った構造としている。このため、正極電極11と第2のセパレータ14との間隔が狭くなり、内部短絡を発生する原因となる異物が正極電極11と第2のセパレータ14との間隔から入ることを防止することができる。
As described above, the cylindrical secondary battery of the present invention has a structure in which the upper end of the
なお、上記各実施形態では、第1のセパレータ13および第2のセパレータ14の幅Aまたは幅Aおよび幅Bの全体を正極集電部材31側に向けて傾斜させる場合で説明したが、幅Aの上部側の一部または幅Bの上部側の一部のみを正極集電部材31側に向けて傾斜させるようにしてもよい。
In each of the above embodiments, the width A or the entire width A and width B of the
整形用治具53は3個の分割片53a〜53cにより構成されるものであったが、分割片の数に限定がある訳ではなく、複数の分割片により構成されるようにすればよい。また、整形用治具53は、内側の中空部が円筒形状であればよく、外周形状は多角形状としてもよい。
The shaping
また、上記各実施形態では、円筒型二次電池として、リチウム電池を例として説明したが、この発明は、リチウム電池に限られるものではなく、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池など、他の円筒型二次電池にも適用することが可能である。 In each of the above embodiments, the lithium secondary battery has been described as an example of the cylindrical secondary battery. However, the present invention is not limited to the lithium battery, and other cylindrical types such as a nickel hydride battery and a nickel cadmium battery. It can also be applied to a secondary battery.
その他、本発明の円筒型二次電池は、発明の趣旨の範囲内において、種々、変形して構成することが可能であり、要は、軸芯の周囲に、第1のセパレータ、正極シートの両面に正極合剤が形成された正極電極、第2のセパレータおよび負極シートの両面に負極合剤が形成された負極電極が捲回された電極群と、軸芯の軸方向の上部側に配置された正極集電部材とを具備し、正極電極が、正極シートに一体に形成され、正極集電部材に接続された複数の正極リードを有する円筒型二次電池であって、正極集電部材より外周に位置し、且つ、少なくとも負極シートに形成された負極合剤より上部側に位置する第1のセパレータの上部側端部および第2のセパレータの上部側端部が正極集電部材側に向けて傾斜しているものであればよい。 In addition, the cylindrical secondary battery of the present invention can be variously modified and configured within the scope of the invention. In short, the first separator and the positive electrode sheet are arranged around the shaft core. A positive electrode having a positive electrode mixture formed on both sides, an electrode group in which a negative electrode having a negative electrode mixture formed on both surfaces of the second separator and the negative electrode sheet is wound, and arranged on the upper side in the axial direction of the shaft core And a positive electrode current collector member, wherein the positive electrode is integrally formed on the positive electrode sheet, and has a plurality of positive electrode leads connected to the positive electrode current collector member. The upper-side end portion of the first separator and the upper-side end portion of the second separator located at the outer periphery and at least on the upper side of the negative electrode mixture formed on the negative electrode sheet are on the positive electrode current collecting member side It may be anything that is inclined toward.
また、本発明の円筒型二次電池の製造方法は、軸芯の周囲に、第1のセパレータ、正極シートの両面に形成された正極合剤および正極シートの一側辺に沿って正極シートに一体に形成された複数の正極リードを有する正極電極、第2のセパレータ、および負極シートの両面に負極合剤が形成された負極電極を捲回して電極群を形成する工程と、電極群の前記軸芯の上部に正極集電部材を取り付ける工程と、正極集電部材より外周に位置し、且つ、少なくとも負極シートに設けられた負極合剤より上部側に位置する第1のセパレータの上部側端部および第2のセパレータの上部側端部を、正極集電部材側に向けて傾斜させる工程と、正極シートの複数の正極リードを正極集電部材に接続する工程と、を含むものであればよい。 In addition, the method for manufacturing a cylindrical secondary battery according to the present invention includes a first separator, a positive electrode mixture formed on both surfaces of the positive electrode sheet, and a positive electrode sheet along one side of the positive electrode sheet. Winding a positive electrode having a plurality of integrally formed positive leads, a second separator, and a negative electrode having a negative electrode mixture formed on both sides of the negative electrode sheet to form an electrode group; A step of attaching a positive electrode current collector to the upper part of the shaft core; and an upper side end of the first separator located on the outer periphery of at least the negative electrode mixture provided on the negative electrode sheet And a step of inclining the upper side end of the second separator toward the positive electrode current collector member and a step of connecting a plurality of positive electrode leads of the positive electrode sheet to the positive electrode current collector member Good.
1 円筒型二次電池
2 電池容器
3 上蓋
10 電極群
11 正極電極
11a 正極シート
11b 正極合剤
12 負極電極
12a 負極シート
12b 負極合剤
13 第1のセパレータ
14 第2のセパレータ
15 軸芯
16 正極リード
17 負極リード
20 発電ユニット
21 負極集電部材
31 正極集電部材
31c 正極集電部材の上部筒部
33 接続部材
35 接続板
37 ダイアフラム
41 絶縁板
43 ガスケット
53 整形用治具
53a、53b、53c 分割片
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記正極集電部材より外周に位置し、且つ、少なくとも前記負極シートに形成された前記負極合剤より上部側に位置する第1のセパレータの上部側端部および第2のセパレータの上部側端部が前記正極集電部材側に向けて傾斜していることを特徴とする円筒型二次電池。 Around the shaft core, the first separator, the positive electrode having the positive electrode mixture formed on both sides of the positive electrode sheet, and the negative electrode having the negative electrode mixture formed on both sides of the second separator and the negative electrode sheet were wound. A plurality of electrode groups and a positive electrode current collector member disposed on an upper side in the axial direction of the shaft core, wherein the positive electrode is formed integrally with the positive electrode sheet and connected to the positive electrode current collector member A cylindrical secondary battery having a positive electrode lead of
An upper-side end portion of the first separator and an upper-side end portion of the second separator that are located on the outer periphery from the positive electrode current collector and at least on the upper side of the negative electrode mixture formed on the negative electrode sheet Is inclined toward the positive electrode current collecting member side.
前記電極群の前記軸芯の上部に正極集電部材を取り付ける工程と、
前記正極集電部材より外周に位置し、且つ、少なくとも前記負極シートに設けられた前記負極合剤より上部側に位置する第1のセパレータの上部側端部および第2のセパレータの上部側端部を、前記正極集電部材側に向けて傾斜させる工程と、
前記正極シートの複数の正極リードを前記正極集電部材に接続する工程と、
を含むことを特徴とする円筒型二次電池の製造方法。 A positive electrode having a first separator, a positive electrode mixture formed on both surfaces of the positive electrode sheet, and a plurality of positive leads integrally formed on the positive electrode sheet along one side of the positive electrode sheet, around the shaft core Winding the negative electrode having the negative electrode mixture formed on both sides of the second separator and the negative electrode sheet to form an electrode group;
Attaching a positive current collector to the upper part of the shaft core of the electrode group;
An upper-side end portion of the first separator and an upper-side end portion of the second separator that are located on the outer periphery of the positive electrode current collector and at least on the upper side of the negative electrode mixture provided on the negative electrode sheet Inclining toward the positive electrode current collector member side,
Connecting a plurality of positive leads of the positive electrode sheet to the positive current collector;
The manufacturing method of the cylindrical secondary battery characterized by including.
前記円筒型の中空部を有する整形用治具を前記電極群の最外周から前記正極集電部材側に移動して、前記第1のセパレータの上部側端部および第2のセパレータの上部側端部を加圧する工程は、それぞれが、軸方向に平行な合わせ面を有する複数の分割片を、前記円筒型の中空部の軸芯方向に向けて移動する工程を含むことを特徴とする円筒型二次電池の製造方法。
In the manufacturing method of the cylindrical secondary battery of any one of Claim 5 or 6,
The shaping jig having the cylindrical hollow portion is moved from the outermost periphery of the electrode group to the positive electrode current collector member side, and the upper side end of the first separator and the upper side end of the second separator The step of pressurizing the portion includes a step of moving a plurality of divided pieces each having a mating surface parallel to the axial direction toward the axial direction of the hollow portion of the cylindrical shape. A method for manufacturing a secondary battery.
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