JP2014191967A

JP2014191967A - 電池

Info

Publication number: JP2014191967A
Application number: JP2013065936A
Authority: JP
Inventors: Daisuke Otsuka; 大輔大塚; Hironobu Kobayashi; 宏宣小林
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2013-03-27
Filing date: 2013-03-27
Publication date: 2014-10-06

Abstract

【課題】リード端子と、それが接続されるべき集電体との接続信頼性に優れた電池を提供する。
【解決手段】正極リード端子３１および負極リード端子３２の少なくとも一方が、（ａ）正極用集電体４１の一方主面に正極リード端子３１を位置させ、他方主面に金属片１を位置させた状態で、正極用集電体、正極リード端子、および金属片を一体に溶接することにより、正極リード端子が正極用集電体に接続されているか、または、（ｂ）負極用集電体４２の一方主面に負極リード端子３２を位置させ、他方主面に金属片２を位置させた状態で、負極用集電体、負極リード端子、および金属片を一体に溶接することにより、負極リード端子が、負極用集電体に接続されており、かつ、金属片１，２は、その一部１ａ，２ａが正極用集電体または負極用集電体の主面に直交する方向から見て正極用集電体または負極用集電体の周縁部から外側に突出した構成とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、正極部材と負極部材とをセパレータを介して互いに対向するように積層してなる積層体と、電解質とを含む電池要素を外装体に収容してなる電池に関し、詳しくは、正極部材および負極部材と導通する正極リード端子および負極リード端子が外装体から外部に引き出された構造を有する電池に関する。

近年、携帯電話、携帯用パーソナルコンピュータなどの携帯用電子機器の電源としてリチウムイオン二次電池などに代表される二次電池が広く用いられるようになっている。

ところで、このような二次電池（以下、単に「電池」ともいう）としては、正極用集電体の表面に正極合材を配設してなる正極部材と、負極用集電体の表面に負極合材を配設してなる負極部材と、電解質とを備える電池要素を外装体の内部に収容し、正極部材および負極部材と導通するリード端子（正極リード端子および負極リード端子）を、外装体から外部に引き出した構造のものが広く用いられている。

そして、上記リード端子と、正極部材および負極部材とを接続するための接続構造としては、例えば、図８、図９に示すように、集電体１０４と、該集電体１０４上に形成された活物質層１０５と、活物質層１０５が形成されずに両面とも集電体１０４が露出しているリード接続部１０６とを有する電極シート１０１と、リード端子１０２と、金属片１０３とを重ね合わせて接合するようにした接続構造が提案されている（特許文献１参照）。

そして、この接続構造によれば、上述のように、電極シート１０１のリード接続部１０６と、リード端子１０２と、金属片１０３とを重ね合わせて、例えば、超音波溶接にて接合することにより、穴開きや破断を引き起こすことなく、リード接続部１０６とリード端子１０２との接触状態を極めて良好なものとすることができるとされている。

ところで、上述のようにして、リード接続部１０６と、リード端子１０２と、金属片１０３とを接合して電気的に接続した場合、通常、接続状態を確認するために、リード端子１０２と金属片１０３との間の電気抵抗が測定される。

このとき、抵抗測定用の端子をリード端子１０２と金属片１０３のそれぞれに押し当てて抵抗を測定する。そのため、金属片１０３の全体が集電体１０４のリード接続部１０６上に位置している（リード接続部１０６の範囲内にある）ので、抵抗測定用の端子を、金属片１０３のいずれの位置に押し当てた場合にも、金属片１０３が集電体１０４のリード接続部１０６を介してリード端子１０２に向かって押し付けられることになる。

その結果、リード端子１０２と、リード接続部１０６と、金属片１０３とが十分に溶接（接合）されていない場合にも、測定される抵抗の値が小さくなり、本来抵抗が高くて、不良品と判定されるべきものが、良品と誤判定されてしまう場合があり、信頼性が低いという問題点がある。

特開２００１−２３６９４７号公報

本発明は、上記課題を解決するものであり、リード端子と、それが接続されるべき集電体との接続信頼性に優れた電池を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の電池は、
正極用集電体上に正極合材を配設してなる正極部材と、負極用集電体上に負極合材を配設してなる負極部材と、電解質とを備える電池要素が外装体の内部に収容され、
前記正極用集電体と導通する正極リード端子と、前記負極用集電体と導通する負極リード端子が、前記外装体の外部に引き出された構造を有する電池であって、
前記正極リード端子および前記負極リード端子の少なくとも一方が、下記（ａ）または（ｂ）のいずれかの態様で接続されており、
（ａ）前記正極用集電体の一方主面の、前記正極合材が配設されていない領域に前記正極リード端子を位置させ、他方主面に金属片を位置させた状態で、前記正極用集電体、前記正極リード端子、および前記金属片を一体に溶接することにより、前記正極リード端子が前記正極用集電体に接続されている、
（ｂ）前記負極用集電体の一方主面の、前記負極合材が配設されていない領域に前記負極リード端子を位置させ、他方主面に金属片を位置させた状態で、前記負極用集電体、前記負極リード端子、および前記金属片を一体に溶接することにより、前記負極リード端子が、前記負極用集電体に接続されている、
かつ、前記金属片は、その一部が前記正極用集電体または前記負極用集電体の主面に直交する方向から見て前記正極用集電体または前記負極用集電体の周縁部から外側に突出していること
を特徴としている。

また、本発明においては、前記正極リード端子および前記負極リード端子のそれぞれが、前記（ａ），（ｂ）に記載の態様で前記正極用集電体または前記負極用集電体に接続されていることが好ましい。

正極リード端子および負極リード端子のそれぞれを、上述の（ａ），（ｂ）に記載の態様で正極用集電体または負極用集電体に接続することにより、電池要素を構成する正極部材または負極部材への正極リード端子、負極リード端子の接続を確実に行うことが可能になる。

また、抵抗測定による、正極リード端子、負極リード端子の接続状態の良否判定の精度を確保することができる。

また、本発明においては、前記金属片の一部が、前記正極用集電体または前記負極用集電体の、前記正極リード端子および前記負極リード端子の引出し方向と平行な一対の辺のそれぞれの外側に突出していることが好ましい。

上記のように、金属片の両端を集電体から突出させるようにした場合、突出した金属片の両端を保持して、より確実な溶接を行うことが可能になるとともに、集電体、リード端子、および金属片を一体に溶接する際の、溶接面積を減少させないようにすることが可能になり、十分な接続信頼性を確保することが可能になる。

本発明の電池においては、正極リード端子および負極リード端子の少なくとも一方が、（ａ）正極用集電体の一方主面の、正極合材が配設されていない領域（リード接続部）に正極リード端子を位置させ、他方主面に金属片を位置させた状態で、正極用集電体、正極リード端子、および金属片を一体に溶接することにより、正極リード端子が正極用集電体に接続されているか、または、（ｂ）負極用集電体の一方主面の、負極合材が配設されていない領域（リード接続部）に負極リード端子を位置させ、他方主面に金属片を位置させた状態で、負極用集電体、負極リード端子、および金属片を一体に溶接することにより、負極リード端子が、負極用集電体に接続されており、かつ、金属片は、その一部が正極用集電体または負極用集電体の主面に直交する方向から見て正極用集電体または負極用集電体の周縁部から外側に突出するように構成されているため、抵抗測定による、リード端子の溶接の良否判定の精度を向上させることが可能になり有意義である。

すなわち、溶接された金属片の、正極用集電体または負極用集電体の周縁部から外側に突出した領域と、正極リード端子または負極リード端子とに、抵抗測定用の端子を押し当て、電気抵抗を測定することにより、金属片が集電体を介してリード端子に向かってを押し付けられることがないため、リード端子と、集電体と、金属片とが十分に溶接（接合）されていない場合に、測定される抵抗が小さくなり、良品と誤判定されるようなことを防止して、リード端子の溶接の良否判定を精度よく行うことができる。

本発明の一実施形態にかかる電池（実施例１の電池）の構成を示す正面断面図である。本発明の一実施形態にかかる電池（実施例１の電池）の要部（正極リード端子と正極用集電体の接続部）を拡大して示す正面断面図である。本発明の一実施形態にかかる電池（実施例１の電池）の要部（負極リード端子と負極用集電体の接続部）を拡大して示す正面断面図である。本発明の実施例１の電池の要部構成を示す平面図である。本発明の実施形態にかかる他の電池（実施例２の電池）の要部構成を示す平面図である。本発明の要件を備えていない電池（比較例１の電池）の要部構成を示す平面図である。本発明の実施形態にかかる電池の変形例を示す要部正面断面図である。従来の電池の要部構成を示す平面図である。従来の電池の要部構成を示す正面断面図である。

以下に本発明の実施形態を示して、本発明の特徴とするところをさらに詳しく説明する。

図１は本発明の一実施形態にかかる電池（実施例１の電池）の構成を示す正面断面図、図２、図３は要部を拡大して示す正面断面図、図４は要部構成を示す平面図である。
また、図５は本発明の要件を備えた他の電池（実施例２の電池）の要部構成を示す平面図である。

本発明の一実施形態にかかる電池１００は、図１〜４に示すように、発電要素１０と、発電要素１０を収容して封止する、一対のラミネートシート２０ａ，２０ｂを接合して作製した外装体２０と、複数の箔状の正極用集電体４１および負極用集電体４２を介して発電要素１０に接続され、外装体２０の周縁部から外部に導出された正極リード端子３１および負極リード端子３２を備えている。

なお、電池要素１０は、正極合材を正極用集電体４１の両主面に塗布してなる複数の正極部材（正極層）１１と、負極合材を負極用集電体４２の両主面に塗布してなる複数の負極部材（負極層）１２と、セパレータ１３と、電解質（この実施形態では非水電解液）１４とを備えており、複数の正極部材１１と複数の負極部材１２はセパレータ１３を介して交互に積層されている。

そして、正極用集電体４１の一方主面の、正極合材が配設されていない領域に正極リード端子３１を位置させ、他方主面に金属片１を位置させた状態で、複数の箔状の正極用集電体４１、正極リード端子３１、および金属片１を一体に超音波溶接することにより、正極リード端子３１が正極用集電体４１に接続されている。

また、負極用集電体４２の一方主面の、負極合材が配設されていない領域に負極リード端子３２を位置させ、他方主面に金属片２を位置させた状態で、複数の箔状の負極用集電体４２、負極リード端子３２、および金属片２を一体に超音波溶接することにより、負極リード端子３２が、負極用集電体４２に接続されている。

なお、図１〜４に示す電池１００においては、金属片１，２は、長手方向の一端側が、正極用集電体４１、負極用集電体４２を、その主面に直交する方向から見て正極用集電体４１、負極用集電体４２の周縁部から外側に突出して（はみ出して）いる。

すなわち、この電池１００においては、金属片１，２の長さを、正負極用集電体４１，４２の幅より長くして、金属片１，２の一方側の端部を、正極用集電体４１、負極用集電体４２の、正極リード端子３１および負極リード端子３２の引出し方向と平行な一対の辺ｘ，ｙの一方から外側に突出させた試料（実施例１の電池）を作製した。

また、この実施形態では、同様に、金属片１，２の長さを、正負極用集電体４１，４２の幅より長くして、図５に示すように、金属片１，２の両端部を、正極用集電体４１、負極用集電体４２の、正極リード端子３１および負極リード端子３２の引出し方向と平行な一対の辺ｘ，ｙのそれぞれの外側、すなわち、正極用集電体４１、負極用集電体４２の幅方向両側に突出させた試料（実施例２の電池）を作製した。

さらに、比較のため、金属片１，２の長さを、正負極用集電体４１，４２の幅より少し短くして、図６に示すように、金属片１，２の長手方向の両端部のいずれもが正極用集電体４１、負極用集電体４２の周縁部から外側に突出していない試料、すなわち、本発明の要件を備えていない比較例１の試料を作製した。

なお、この実施形態では、実施例１，２の試料および比較例１の試料とも、正極用集電体４１を６０層（６０枚）積み重ねて、正極リード端子３１と金属片１の間に挟み込み、また、負極用集電体４２を６０層（６０枚）積み重ねて、負極リード端子３２と金属片２の間に挟み込み、超音波溶接の方法で溶接を行うことにより、正極リード端子３１および負極リード端子３２を、正極用集電体４１、負極用集電体４２に接続するようにした。

また、この実施形態では、リード端子と集電体との接続が不十分で、不良品と判定されるべき製品が、誤って良品と判定されるような事態が発生しないことを確認するために、意図的にリード端子と集電体との接続が不十分な試料を作製して、評価に供した。

［各試料において用いた金属片の寸法や超音波溶接の条件などについて］
この実施形態において作製した実施例１，２および比較例１の電池を構成する、正極用集電体、負極用集電体、正極リード端子、負極リード端子、金属片の構成、寸法、超音波溶接条件などは以下の通りである。

（ａ）正極リード端子および負極リード端子
正極リード端子３１および負極リード端子３２としては、Ｎｉめっき銅端子を使用した。寸法は、厚み：２００μｍ、幅：３０ｍｍ、長さ：４０ｍｍとした。

（ｂ）正極用集電体および負極用集電体
正極用集電体４１および負極用集電体４２としては、銅箔を使用した。寸法は、厚み：１０μｍ、幅：３０ｍｍとした。

（ｃ）金属片
金属片１，２としては、銅片を使用した。
実施例１，２の試料および比較例１の試料に用いた金属片１，２の寸法はそれぞれ下記の通りとした。
実施例１：厚み１００μｍ、幅３２ｍｍ、長さ５ｍｍ
実施例２：厚み１００μｍ、幅３４ｍｍ、長さ５ｍｍ
比較例１：厚み１００μｍ、幅２８ｍｍ、長さ５ｍｍ

（ｄ）超音波溶接条件
超音波溶接は、以下の条件で行った。
振幅：５μｍ
加重：１０００Ｎ
溶接時間：５００μｓ

ただし、本発明の効果を確認するために、意図的にリード端子と集電体との接続が不十分な試料を作製するにあたっては、上述の超音波溶接時間を５００μｓから、１００μｓに短くして超音波溶接を行った。

［評価］
上述のようにして作製した実施例１，２の試料および比較例１の試料について、金属片１と正極リード端子３１、および金属片２と負極リード端子３２とに、抵抗測定用の端子を押し当て、電気抵抗を測定した。

このとき、実施例１および２の試料では、抵抗測定用の端子を、金属片１，２の、正極用集電体４１、負極用集電体４２の周縁部から外側に突出して（はみ出して）いる部分１ａ，２ａに押し当てて抵抗の測定を行った。

一方、比較例１の試料では、金属片１，２は、正極用集電体４１、負極用集電体４２の周縁部から外側に突出して（はみ出して）いないので、抵抗測定用の端子を、金属片１，２の、正極用集電体４１または負極用集電体４２上に位置する部分に押し当てて抵抗を測定した。

なお、正極リード端子３１、負極リード端子３２については、実施例１，２の試料、および、比較例１の試料のいずれについても、抵抗測定用の端子を、正極用集電体４１、負極用集電体４２の周縁部から外側に突出して（はみ出して）いる部分３１ａ，３２ａに押し当て、抵抗を測定した。
その結果を表１に示す。

なお、表１において、「溶接良品」は、溶接時間を５００μｓとして、良好な溶接を行った試料である。これに対して、「溶接不良品」は、溶接時間を１００μｓと短くして、意図的にリード端子と集電体との接続が不十分になるようにした試料、すなわち、抵抗測定による試験により、不良品であることが検出されるべき試料である。

表１に示すように、比較例１では、意図的に溶接不良とした試料についても、良品の場合と同様に、抵抗測定において、低い抵抗値（０．３ｍΩ）が検出され、良品と誤判定されることが確認された。

これは、比較例１の場合、図６に示すように、金属片１，２の全体が、正極用集電体４１、負極用集電体４２の領域内に位置している（周縁部から外側に突出していない）ため、抵抗測定用の端子を、金属片１，２のいずれの位置に押し当てても、金属片１，２を正極用集電体４１、負極用集電体４２を介して正極リード端子３１，負極リード端子３２に押し付けることになるため、溶接不良品であっても、抵抗測定において低い抵抗値が検出されてしまうことによる。

これに対して、本発明の要件を満たす、実施例１および２の試料では、抵抗測定用の端子を、金属片１，２の、正極用集電体４１、負極用集電体４２の周縁部から外側に突出して（はみ出して）いる部分１ａ，２ａに押し当てて抵抗を測定するようにしているため、金属片１，２が正極用集電体４１、負極用集電体４２を介して、正極リード端子３１、負極リード端子３２に押し付けられることがなく、溶接不良品の場合、抵抗測定において本来の高い抵抗値（０．６ｍΩ）が検出される。
この結果から、本発明の構成を備えた電池の場合、溶接の良否を確実に判定できることがわかる。

なお、超音波溶接を実施する場合、金属片の位置ずれを防止するために、金属片を保持して超音波溶接を行う場合があるが、このとき、図６に示した比較例１の構成の場合、金属片が集電体から突出していないため、金属片を保持することが困難であり、また、無理して金属片を保持しつつ溶接を行った場合は、溶接面積が小さくなり、接続信頼性が低下するという問題点がある。

これに対し、図１〜５に示すような実施例１，２の試料の場合、金属片の集電箔からはみ出た箇所を保持することができるため、溶接面積を減少させることなく、金属片を保持しながら溶接を行うことができる。

さらに、図５に示した実施例２の試料のように、金属片の両端が集電体から突出している場合、金属片の両端を保持して、より確実な溶接を行うことが可能になり、特に好ましい。

なお、抵抗の測定および金属片の保持に関し、金属片の集電箔からの突出長さは３ｍｍ程度あれば充分であり、これより長いと電池の重量エネルギー密度の低下や部材費の増大の要因となる。また、突出長さが１ｍｍ未満になると保持しにくくなる。
よって、保持の容易さを併せて考慮すれば、金属片の突出長さは１ｍｍ〜３ｍｍ程度とすることが好ましい。

なお、上記実施形態では、正極リード端子３１および負極リード端子３２のそれぞれが、集電体の幅より長さの長い金属片を用いて、リード端子と集電体の接続を行っているが、正極リード端子３１および負極リード端子３２のいずれか一方を、上記実施形態のような接続構造とし、他方を比較例１のような接続構造とすることも可能であり、その場合も比較例１の場合よりも高い信頼性を備えた電池を得ることができる。

［変形例］
上記実施形態では、正極リード端子３１、負極リード端子３２の一方主面側にのみ集電体を接続するようにした場合を示しているが、本発明によれば、例えば、図７に示すように、リード端子（図７では正極リード端子３１）の両主面側に、集電体と金属片（図７では正極用集電体４１と金属片１）を位置させ、正極用集電体４１を正極リード端子３１と金属片１の間に挟み込むようにして接続することも可能である（他の構成は上記実施形態に準じた構成とする）。
なお、図７において図１と同一符号を付した部分は、同一または相当部分を示している。

また、図７では正極側の構成のみを示しているが、負極側も同様の構成とすることが可能であることはいうもでもない。
この図７に示すような構成とした場合、より多くの集電体をリード端子に確実に接続することができる。

また、この図７に示すような構成とした場合も、その他の点において上記実施形態で作製した実施例１，２の場合と同様の効果を得ることができる。

本発明は、その他の点においても上記実施例に限定されるものではなく、電池要素の具体的な構成、正極リード端子と負極リード端子の具体的な形状や構造、外装体からの引出し方向、外装体の形状や構成、金属片の形状や、金属辺を構成する金属の種類、集電体を構成する材料の種類や形状、枚数などに関し、発明の範囲内において、種々の応用、変形を加えることが可能である。

１，２金属辺
１ａ，２ａ金属辺の集電体からの突出部分
１０発電要素
１１正極層
１２負極層
１３セパレータ
１４非水電解液
２０外装体
２０ａ，２０ｂラミネートシート
３１正極リード端子
３１ａ正極リード端子の集電体からの突出部分
３２負極リード端子
３２ａ負極リード端子の集電体からの突出部分
４１正極用集電体
４２負極用集電体
ｘ，ｙ集電体の一対の辺
１００電池

Claims

正極用集電体上に正極合材を配設してなる正極部材と、負極用集電体上に負極合材を配設してなる負極部材と、電解質とを備える電池要素が外装体の内部に収容され、
前記正極用集電体と導通する正極リード端子と、前記負極用集電体と導通する負極リード端子が、前記外装体の外部に引き出された構造を有する電池であって、
前記正極リード端子および前記負極リード端子の少なくとも一方が、下記（ａ）または（ｂ）のいずれかの態様で接続されており、
（ａ）前記正極用集電体の一方主面の、前記正極合材が配設されていない領域に前記正極リード端子を位置させ、他方主面に金属片を位置させた状態で、前記正極用集電体、前記正極リード端子、および前記金属片を一体に溶接することにより、前記正極リード端子が前記正極用集電体に接続されている、
（ｂ）前記負極用集電体の一方主面の、前記負極合材が配設されていない領域に前記負極リード端子を位置させ、他方主面に金属片を位置させた状態で、前記負極用集電体、前記負極リード端子、および前記金属片を一体に溶接することにより、前記負極リード端子が、前記負極用集電体に接続されている、
かつ、前記金属片は、その一部が前記正極用集電体または前記負極用集電体の主面に直交する方向から見て前記正極用集電体または前記負極用集電体の周縁部から外側に突出していること
を特徴とする電池。
前記正極リード端子および前記負極リード端子のそれぞれが、前記（ａ），（ｂ）に記載の態様で前記正極用集電体または前記負極用集電体に接続されていることを特徴とする請求項１記載の電池。
前記金属片の一部が、前記正極用集電体または前記負極用集電体の、前記正極リード端子および前記負極リード端子の引出し方向と平行な一対の辺のそれぞれの外側に突出していることを特徴とする請求項１または２記載の電池。