JP3558328B2

JP3558328B2 - 非水電解液二次電池およびその製造方法

Info

Publication number: JP3558328B2
Application number: JP15369099A
Authority: JP
Inventors: 晋斉藤; 隆之猪井
Original assignee: NEC Tokin Corp
Current assignee: Tokin Corp
Priority date: 1999-06-01
Filing date: 1999-06-01
Publication date: 2004-08-25
Anticipated expiration: 2019-06-01
Also published as: JP2000348707A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、非水電解液電池に関し、特に、電池要素から取り出した電極リードの導電接続に特徴を有するリチウム二次電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鉛電池やニッケルカドミウム電池のような水性電解液を用いた電池に代えて、非水電解液を用いた二次電池が用いられている。非水電解液二次電池は、従来の水性電解液を用いた二次電池に比べて、体積、あるいは重量容量密度が大きく、しかも高電圧を取り出すことが可能であるので、小型の機器用の電源から大型装置の動力源用として期待されている。
【０００３】
非水電解液二次電池は、リチウムをドープ、脱ドープすることができる負極と遷移金属酸化物を含有する正極を用いたリチウムイオン二次電池に代表されるように、帯状の負極側集電体に負極活物質を塗布した帯状負極と、帯状の正極側集電体に正極活物質を塗布した帯状正極とをセパレータを介して積層した積層体を外装材で被覆するか、あるいは積層体を渦巻状に巻回した円筒状のジェリーロールと称される電池要素を作製した後に、電池缶内に収容し、電極リードを溶接によって接続して導電接続を行った後に所定の電解液を注入した後に封口を行って電池を製造することが行われている。
【０００４】
とくに円筒状の電池要素を電池缶内に収容した電池は、密閉性に優れると共に円筒状であるために、いずれの部分も等しい圧力で接触しているので電池要素の部位によらず一様な電池反応を行うことが可能であるという特徴を有している。したがって、携帯型の二次電池に限らず大電流を取り出す目的で使用される大型の電池の用途においても円筒型の電池が重要な位置を占めており、電気自動車、電気補助自転車用等の動力用の大型電池としても期待されている。
【０００５】
図５は、従来の円筒型の電池を説明する断面図である。
円筒型の電池５１は、電池缶５２内に、負極側集電体に負極活物質を設けた帯状負極５３と正極側集電体に正極活物質を設けた帯状正極５４を帯状負極および帯状正極よりも幅が大きなセパレータ５５を介して積層して巻回した電池要素５６が設けられている。また、電池缶５２を負極側端子とした電池の場合には、帯状負極に取り付けた短冊状の負極側電極リード５７を溶接等の方法によって電池缶の内壁に接合している。
【０００６】
また、正極側電極リード５８は、電池内部の異常な圧力上昇時に内部の圧力を開放する安全弁等を有した、正極側端子を兼ねた電池ヘッダー５９の下面の接続部にレーザー溶接機、超音波溶接機等による溶接によって接続されている。
ところが、電池缶内に収容した電池要素に取り付けた正極リードと電池ヘッダーの溶接は大がかりな装置を有し、電池の組立工程においても複雑な工程であるために、電池の生産性の向上においては問題となっていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、電池要素の正極側リードの溶接と封口の工程を改良するために、封口ガスケットに円環状の溶接板を封口体に当接するように載置し、溶接板に正極リードを溶接することによって、組立工程を改良した電池が、特開平９−１２０８０３号公報において提案されている。
しかしながら、このような電池においては、電池ヘッダーの封口体に直接に正極リードを接続する方法に代えて、封口体とは別体の溶接板を設けるものであり、正極リードの溶接を封口体と接触する別体に行うものであり、正極リードの電池ヘッダー部への溶接工程が必要であることには変わりはなく、電池組立工程を簡素化し、電池組立工程を改善するものではなかった。
【０００８】
本発明は、非水電解液二次電池の組立工程を簡素化し、電池製造の生産性の向上を行うことが可能な電池、およびその製造方法を提供することを課題とするものであり、組み立てが容易な非水電解液二次電池を提供することを課題とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の課題は、正極集電体と負極集電体のそれぞれに正極活物質層、負極活物質層を形成しセパレータを介して積層して巻回した電池要素を電池缶に収容し、電池ヘッダーをガスケットを用いて封口した非水電解液二次電池において、電池ヘッダーに少なくとも１個の電極リードの厚さよりも浅い凹部を形成した導電接続部を設け、電極リードを該導電接続部においてガスケットとの間で挟持し、電極リードと電池ヘッダーとの間で導電接続を形成した非水電解液二次電池によって解決することができる。
電極リードは導電接続部において折り曲げられた状態で、電極リードと電池ヘッダーとの間の導電接続を形成した前記の非水電解液二次電池である。
ガスケット内部もしくは表面に、電極リードの案内孔または案内溝を有する前記の非水電解液二次電池である。
【００１０】
また、正極集電体と負極集電体のそれぞれに正極活物質層、負極活物質層を形成しセパレータを介して積層して巻回した電池要素を電池缶に収容した非水電解液二次電池の製造方法において、電極リードを取り付けた電池要素を電池缶に収容し、電池缶の上部に溝加工によって段差部を形成した後にガスケットを挿入し、電極リードをガスケットと電池ヘッダーに設けた電極リードの厚さよりも浅い凹部を形成した導電接続部に接した状態で電池缶の上部をかしめて封口することによって、電極リードと電池ヘッダー間の導電接続を形成した非水電解液二次電池の製造方法である。
【００１１】
電極リードをガスケット内部に設けた複数個の電極リードの案内孔、またはガスケット表面に設けた電極リードの案内溝を通過させた後にガスケットと電池ヘッダーに設けた導電接続部に接した状態で電池缶の上部をかしめて封口することによって、電極リードと電池ヘッダー間の導電接続を形成した前記の非水電解液二次電池の製造方法である。
電極リードを導電接続部もしくはその近傍に仮止めし、ガスケットと電池ヘッダーに設けた導電接続部に接した状態で電池缶の上部をかしめて封口することによって、電極リードと電池ヘッダー間の導電接続を形成した前記の非水電解液二次電池の製造方法である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明は、非水電解液二次電池の電池組立時の封口工程において、ガスケットと電池ヘッダーの導電接続部の間に電極リードを挟持することにより、溶接を行うことなく確実な導電接続を実現することができることを見出したものである。
【００１３】
以下に図面を参照して本発明を説明する。
図１は、本発明の非水電解液二次電池の一実施例を説明する図であり、中心軸を含む面で切断した断面図である。
本発明の非水電解液二次電池１は、ステンレス、ニッケルめっき鋼等の金属からなる電池缶２の内部に、リチウムコバルト酸、リチウムマンガン酸、リチウムニッケル酸等のリチウムと少なくとも１種の遷移金属との複合酸化物からなる正極活物質をアルミニウム箔からなる正極集電体に塗布した正極電極３と、リチウムをドープあるいは脱ドープすることができる炭素質材料、金属複合酸化物等からなる負極活物質を銅などの負極集電体に塗布した負極電極４とを多孔性のセパレータ５を介して積層し、巻芯を用いて巻回して巻回体とした電池要素６を収容している。
【００１４】
電池要素の負極電極には、少なくとも１個の負極リード７が接合されて、電池缶壁に接合されている。一方、正極電極には少なくとも１個の正極リード８が接合され、電池缶の上部の電池ヘッダー９と接して電池缶を封止するガスケット１０と電池ヘッダー９の導電接続部１１との間で挟持されて、正極リード８と導電接続部１１の間で導電接続が形成されている。正極リード８は導電接続部１１において折り曲げられた構造とすることが好ましく、折り曲げることによって導電接続部１１との接触がより確実なものとなり、しかもガスケットとの間で確実に保持される。
【００１５】
導電接続部１１は、導電接続用に設けた導電接続板１２の一部に形成されるものである場合を示しているが、電池ヘッダーを構成する部材の一部に形成されたものであっても良い。また、電池ヘッダーは、電池内部の圧力が異常に上昇した場合に内部の圧力を開放する安全弁１３、電池使用機器との接続を行う正極端子１４をあらかじめ一体に組立たものであっても、電池の組立時に個々の部材を電池缶の上部に配置して組み立てたものであっても良い。
【００１６】
本発明の電池においては導電接続部１１は、他の部分に比べて少なくとも正極リードの厚み分が厚くなるが、正極リードの厚みはガスケットの肉厚の１０分の１以下とすることによって、正極リードの存在によってガスケットの封口部の封口性能が低下することはないが、複数の正極リードを用いて円周上に均等に導電接続部を配置することによって封口時にガスケットの変形を防ぐことが好ましい。
【００１７】
また、導電接続板の導電接続部１１に正極リードの厚さよりも浅い凹部を形成し、正極リードが導電接続板よりもわずかに突出した状態としてガスケットとの間で挟持することによって、正極リードを挟持した部分で生じるガスケットの変形量を小さくしても良い。
また、正極リードは、図に示したように電池要素から直接に電池ヘッダーの導電接続部に接続したもの以外にも、ガスケットに設けた正極リードの案内孔、案内溝を利用することによって、より確実な導電接続を行うことが可能となる。
【００１８】
以下に、ガスケットに設けた正極リードの案内孔および案内溝を利用した電池について説明する。
図２は、ガスケットに設けた正極リードの案内孔および案内溝を利用した電池を説明する図であり、電池の上部のみを説明する図である。
図２（Ａ）は、ガスケット１０に、正極リード８の案内孔１５を設けたものであり、正極リード８は、ガスケット内部の案内孔１５によって確実に保持される。その結果、正極リードを電池要素の取り付け部から折り曲げた際にテンションが働いても案内孔１５によって正極リードの動きが制限されて確実な導電接続が可能となる。図２（Ｂ）は、複数の正極リード８を有する電池において、ガスケット１０に、正極リード８の案内孔１５を複数箇所に設け、複数の正極リードを電池ヘッダー９の導電接続部１１において挟持して導電接続を形成したものであり、図２（Ａ）に示したものと同様に安定した導電接続が可能となる。
【００１９】
次に、本発明の電池に使用するガスケットについて説明する。
図３は、ガスケットを上部から見た平面図である。
図３（Ａ）は、案内孔および案内溝のいずれもがないガスケット１０であり、図３（Ｂ）は、ガスケットに正極リードの案内孔１５を設けたものであり、中心線に対称に２個の案内孔を設けたものである。図３（Ｃ）は、同一円周上に等間隔に３個の案内孔を設けたものである。
また、図３（Ｄ）は、ガスケットの内面に案内溝１６を設けたものであり、案内溝１６には、案内溝から正極リードが脱落することを防止する脱落防止片１７を設けても良い。図３（Ｅ）は、同様に案内溝１６を同一円周上に３個を設けたものである。
【００２０】
このように、案内孔あるいは案内溝を複数箇所に有するガスケットを用いることによって、複数個の正極リードを導電接続部において確実に導電接続を行うことが可能となる。
本発明に使用するガスケットには、柔軟性、成形性、耐熱性、耐電解液性等に優れたポリプロピレン等を使用することが好ましい。
【００２１】
次いで、本発明の電池の製造方法を説明する。
図４は、電池の製造工程を説明する図であり、電池の上部のみを示す図であるる。
図４（Ａ）に示すように、電池缶２内に電池要素６を収容し、電池缶の上部の溝加工を行いガスケットおよび電池ヘッダーを受け入れる段差部１８を形成し、さらに所定の量の電解液を注入する。
次に、図４（Ｂ）に示すように、ガスケット１０の案内孔１５に正極リード８を貫通させて電池缶の上部の段差部１８にガスケット１０を装着する。
【００２２】
次いで、図４（Ｃ）に示すように、正極リード８の端部を折り曲げて導電接続部と接触する部分を形成し、導電接続板１２の導電接続部１１に粘着テープ１９で仮止めしてガスケット１０上に載置する。また、導電接続板に正極リードが収容できる正極リードの厚さより浅い凹部を形成した場合には、正極リードを導電接続部により正確に挟持することができる。
正極リードの先端の折り曲げ部の長さは、ガスケットと導電接続板の間に挟持される長さと粘着テープで仮止めされる長さの合計の長さが必要である。
【００２３】
次いで、図４（Ｄ）に示すように、安全弁１３および正極端子１４を導電接続板１２上に載置する。
次いで、図４（Ｅ）に示すように、電池缶２の上部をかしめて、正極リード８と導電接続部１１との間の導電接触を形成するとともに、電池を封口する。
【００２４】
以上の説明では、電池ヘッダー９の部分を個別の部品で作製することについて述べたが、正極端子、安全弁、および導電接続板をあらかじめ一体に製造しガスケット部に装着しても良い。
また、電池缶が負極端子を兼ね、電池ヘッダーが正極端子である電池について説明したが、電池缶が正極端子を兼ね、電池ヘッダーが負極端子である電池であっても、負極リードの電池ヘッダーへの導電接続を同様に形成することことが可能である。
【００２５】
【発明の効果】
電池要素に取り付けた電極リードを、電池缶の封口に使用するガスケットと電池ヘッダーに設けた導電接続部との間で挟持し電極リードと電池ヘッダーの導電接続部の間で導電接続を形成したので、電極リードと電池ヘッダーの間の導電接続を溶接によって形成する必要がなく、レーザー溶接機等が不要となり、電池の製造工程を簡素化することができ、電池の生産性を高めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の非水電解液二次電池の一実施例を説明する図である。
【図２】図２は、本発明の他の実施例の非水電解液二次電池の上部を説明する図である。
【図３】図３は、ガスケットを上部から見た平面図である。
【図４】図４は、電池の製造工程を説明する図である。
【図５】図５は、従来の円筒型の電池を説明する断面図である。
【符号の説明】
１…非水電解液二次電池
２…電池缶
３…正極電極
４…負極電極
５…セパレータ
６…電池要素
７…負極リード
８…正極リード
９…電池ヘッダー
１０…ガスケット
１１…導電接続部
１２…導電接続板
１３…安全弁
１４…正極端子
１５…案内孔
１６…案内溝
１７…脱落防止片
１８…段差部
１９…粘着テープ
５１…電池
５２…電池缶
５３…帯状負極
５４…帯状正極
５５…セパレータ
５６…電池要素
５７…負極側電極リード
５８…正極側電極リード
５９…電池ヘッダー

Claims

正極集電体と負極集電体のそれぞれに正極活物質層、負極活物質層を形成しセパレータを介して積層して巻回した電池要素を電池缶に収容し、電池ヘッダーをガスケットを用いて封口した非水電解液二次電池において、電池ヘッダーに少なくとも１個の電極リードの厚さよりも浅い凹部からなる導電接続部を設け、電極リードを該導電接続部においてガスケットとの間で挟持し、電極リードと電池ヘッダーとの間で導電接続を形成したことを特徴とする非水電解液二次電池。
電極リードは導電接続部において折り曲げられた状態で、電極リードと電池ヘッダーとの間の導電接続を形成したことを特徴とする請求項１記載の非水電解液二次電池。
ガスケット内部もしくは表面に、電極リードの案内孔または案内溝を有することを特徴とする請求項１ないし２のいずれか１項に記載の非水電解液二次電池。
正極集電体と負極集電体のそれぞれに正極活物質層、負極活物質層を形成しセパレータを介して積層して巻回した電池要素を電池缶に収容した非水電解液二次電池の製造方法において、電極リードを取り付けた電池要素を電池缶に収容し、電池缶の上部に溝加工によって段差部を形成した後にガスケットを挿入し、電極リードをガスケットと電池ヘッダーに設けた電極リードの厚さよりも浅い凹部からなる導電接続部に接した状態で電池缶の上部をかしめて封口することによって、電極リードと電池ヘッダー間の導電接続を形成したことを特徴とする非水電解液二次電池の製造方法。
電極リードをガスケット内部に設けた複数個の電極リードの案内孔、またはガスケット表面に設けた電極リードの案内溝を通過させた後にガスケットと電池ヘッダーに設けた導電接続部に接した状態で電池缶の上部をかしめて封口することによって、電極リードと電池ヘッダー間の導電接続を形成したことを特徴とする請求項４記載の非水電解液二次電池の製造方法。
電極リードを導電接続部もしくはその近傍に仮止めし、ガスケットと電池ヘッダーに設けた導電接続部に接した状態で電池缶の上部をかしめて封口することによって、電極リードと電池ヘッダー間の導電接続を形成したことを特徴とする請求項４または５記載の非水電解液二次電池の製造方法。