JP3802338B2

JP3802338B2 - 非水電解液二次電池

Info

Publication number: JP3802338B2
Application number: JP2000362515A
Authority: JP
Inventors: 広一佐藤; 直哉中西; 俊之能間; 育郎米津
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2000-11-29
Filing date: 2000-11-29
Publication date: 2006-07-26
Anticipated expiration: 2020-11-29
Also published as: JP2002170543A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電池缶内に収容された電極体が発生する電力を、集電板を介して外部に取り出すことができる非水電解液二次電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の非水電解液二次電池は、例えば図９に示す如く、電極端子機構(９)(９)及びガス排出弁(13)(13)を具えた蓋体(12)(12)と筒体(11)からなる電池缶(１)の内部に、図１０に示す巻き取り電極体(４)を収容して構成されている。
【０００３】
巻き取り電極体(４)は、図１０に示す如く、それぞれ帯状の正極(43)、セパレータ(42)及び負極(41)から構成されており、正極(43)及び負極(41)はそれぞれセパレータ(42)上に幅方向へずらして重ね合わされて、渦巻き状に巻き取られている。これによって、巻き取り電極体(４)の巻き軸方向の両端部の内、一方の端部では、セパレータ(42)の端縁よりも外方へ正極(43)の端縁(48)が突出すると共に、他方の端部では、セパレータ(42)の端縁よりも外方へ負極(41)の端縁(48)が突出している。巻き取り電極体(４)の両端部には集電板(８)(８)が設置され、正極(43)及び負極(41)の端縁(48)(48)と接合されている。
【０００４】
正極(43)及び負極(41)の端縁(48)(48)と接合されている集電板(８)(８)はそれぞれ、巻き取り電極体(４)の正極(43)或いは負極(41)の端縁(48)に押し付けられて溶接されており、各集電板(８)の外周縁にはリード部(85)が突設されている。
【０００５】
前記リード部(85)は、図１１に示す如く、集電板(８)の内側に向けて折り返され、その先端部が電極端子機構(９)の電極端子(91)の鍔部(92)と接合されている。
両電極端子機構(９)(９)はそれぞれ、電池缶(１)の蓋体(12)を貫通して取り付けられたねじ部材からなる電極端子(91)を具え、該電極端子(91)の基端部には鍔部(92)が形成されている。蓋体(12)の貫通孔には、樹脂製の絶縁部材(93)が装着され、蓋体(12)と電極端子(91)の間の電気的絶縁性とシール性が保たれている。電極端子(91)には、電池缶(１)の外側からワッシャ(94)が嵌められると共に、第１ナット(95)及び第２ナット(96)が螺合している。そして、第１ナット(95)を締め付けて、電極端子(91)の鍔部(92)とワッシャ(94)によって絶縁部材(93)を狭圧することにより、シール性を高めている。又、第２ナット(96)は、外部回路との接続に利用される。
以上の構成によって、巻き取り電極体(４)が発生する電力を正負一対の電極端子機構(９)(９)から外部へ取り出すことが出来る。
【０００６】
ところで、近年の電気自動車の普及に伴ない、電源となる非水電解液二次電池の出力向上が要求されている。
そこで、図１２に示す形状の集電板(７)を具えた非水電解液二次電池が提案されている(特公平２−４１０２号)。該集電板(７)には、中央孔(74)が開設され、その外周縁にリード部(75)が突設されている。更に、集電板(７)には、中心部から放射状に伸びる断面Ｖ字状の複数の凸部(72)が設けられ、図１３に示す如く、これらの凸部(72)が巻き取り電極体(４)の電極の端縁(48)に押し付けられて溶接されている。
該非水電解液二次電池においては、集電板(７)の凸部(72)が巻き取り電極体(４)の電極の端縁(48)に食い込んでいるので、従来の平板からなる集電板(８)と比較して、集電板(７)と電極の端縁(48)との接触面積が大きくなり、これによって集電量が増加して、電池の出力が増大する。
【０００７】
又、この種の非水電解液二次電池の出力を向上させるには、内部抵抗を小さくすることも有効である。内部抵抗は、巻き取り電極体(４)が発生する電力が外部に取り出されるまでの電流経路における電気抵抗であり、図１１に示す様にその経路には、集電板(８)、リード部(85)及び電極端子(91)が存在している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、図１２に示す集電板(７)においては、リード部(75)が集電板(７)の外周縁に突設されているため、集電板(７)に集電された電流がリード部(75)に流れ込むまでの平均距離が長い。又、リード部(75)が集電板(７)の外周縁から突出しているため、電流がリード部(75)を経て電極端子に至るまでの距離が長い。これによって、該集電板(７)を用いた非水電解液二次電池においては、内部抵抗が依然として大きなものとなっていた。
【０００９】
そこで本発明の目的は、集電板による集電構造を有する非水電解液二次電池において、従来よりも内部抵抗の小さい非水電解液二次電池を提供することである。
【００１０】
【課題を解決する為の手段】
本発明の非水電解液二次電池において、電池缶の内部には、正負一対の電極の間に非水電解液を含むセパレータを介在させてこれらを積層した電極体が収納され、該電極体が発生する電力を電池缶の両端部に設けた一対の電極端子部から外部へ取り出すことが出来る。
電極体の少なくとも何れか一方の端部には、負極を構成する芯体の端縁が突出し、該端縁にはニッケル製の集電板が接合され、該集電板の表面の中央部には銅製のベース板が接合され、該ベース板の表面に一方の電極端子部へ向けておねじが突設され、該おねじは、該一方の電極端子部に形成しためねじと螺合している。
【００１１】
上記本発明の非水電解液二次電池においては、集電板の表面に突設したおねじが直接に電極端子部にねじ込まれているので、集電板と電極端子部の間に最短の電流経路が形成される。又、おねじが設けられたベース板は、集電板とは別体であり、該集電板の材質とは異なる低抵抗な材質を用いて作製されている。更に、該おねじは、集電板の中央部に位置しており、集電板に集電された電流がおねじに達するまで平均距離が短い。従って、非水電解液二次電池の内部抵抗が小さくなる。
【００１２】
又、本発明に係る非水電解液二次電池において、電極体の一方の端部には、負極を構成する芯体の端縁が突出すると共に、電極体の他方の端部には、正極を構成する芯体の端縁が突出し、両端縁にそれぞれ集電板が接合され、一方の集電板の表面には一方の電極端子部へ向けておねじが突設され、該おねじは、該一方の電極端子部に形成しためねじと螺合し、他方の集電板には、他方の電極端子部に対して接近離間する方向に弾性を有する連結部材が突設され、該連結部材の先端部が該他方の電極端子部と接合されている。
【００１３】
上記本発明の非水電解液二次電池によれば、一方の電極体の端部において、電極端子部と集電板の間には、弾性を有する連結部材が介在しているので、その弾性変形によって、電極体や電池缶の組立誤差を吸収することが出来る。従って、厳密な寸法管理が不要となり、非水電解液二次電池の生産効率が向上する。
【００１４】
【発明の効果】
本発明によれば、従来よりも内部抵抗の小さい非水電解液二次電池を提供することが出来る。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をリチウムイオン二次電池に実施した形態につき、図面に沿って具体的に説明する。
【００１６】
第１実施例
本実施例のリチウムイオン二次電池は、図１に示す如く、筒体(11)の両端部に蓋体(12)(12)を溶接固定してなる電池缶(１)の内部に、巻き取り電極体(４)を収容して構成されている。両蓋体(12)(12)には、正負一対の電極端子機構(９)(２)とガス排出弁(13)(13)が取り付けられている。
【００１７】
巻き取り電極体(４)は、図１０に示す従来の構成と同一であって、それぞれ帯状の正極(43)、セパレータ(42)及び負極(41)から構成されており、正極(43)及び負極(41)はそれぞれセパレータ(42)上に幅方向へずらして重ね合わされて、渦巻き状に巻き取られている。これによって、巻き取り電極体(４)の巻き軸方向の両端部の内、一方の端部では、セパレータ(42)の端縁よりも外方へ正極(43)の端縁(48)が突出すると共に、他方の端部では、セパレータ(42)の端縁よりも外方へ負極(41)の端縁(48)が突出している。
【００１８】
巻き取り電極体(４)の両端部には、図１に示す如く、正負一対の集電板(５)(３)が設置され、正極(43)及び負極(41)の端縁(48)(48)と接合されている。
【００１９】
負極側の集電板(３)には、図２及び図３に示す如く、中央孔(34)及び複数の注液孔(33)が開設されており、更に、中心部から放射状に伸びる断面円弧状の複数の凸部(32)が形成され、これらの凸部(32)が、図８に示す如く、巻き取り電極体(４)の負極の端縁(48)に押し付けられて溶接されている。
該集電板(３)の表面の中央部には、図２に示す如く連結ねじ(20)が固定されている。該連結ねじ(20)は、ベース板となる十字板(24)と、該十字板(24)の中心に突設された円板状の台座(25)と、該台座(25)の中心に立設されたおねじ(23)とから構成されている。
【００２０】
正極側の集電板(５)の外周縁には、図７に示す如く、帯状のリード部(55)が突設されている。該集電板(５)には、中央孔(54)及び複数の注液孔(53)が開設され、更に、中心部から放射状に伸びる断面円弧状の複数の凸部(52)が形成され、図８に示す如く、これらの凸部(52)が巻き取り電極体(４)の正極の端縁(48)に押し付けられて溶接されている。
【００２１】
負極の電極端子機構(２)は、図１に示す如く、電池缶(１)の蓋体(12)を貫通して取り付けられたねじ部材からなる電極端子(21)を具え、該電極端子(21)の基端部には鍔部(21b)が形成されている。電極端子(21)には、鍔部(21b)からねじ部に向かってめねじ(21a)が形成されており、該めねじ(21a)には前記おねじ(23)が螺合している。又、台座(25)には金属リング(22)が嵌められている。該金属リング(22)は、図４に示す如く、電極端子(21)の鍔部(21b)と略同じ外径に形成され、前記台座(25)よりも僅かに大きな直径の貫通孔(22a)を有している。該金属リング(22)は、前記めねじ(21a)に前記おねじ(23)がねじ込まれることによって、鍔部(21b)及び十字板(24)と圧接され、密着している。
【００２２】
正極の電極端子機構(９)は、電池缶(１)の蓋体(12)を貫通して取り付けられたねじ部材からなる電極端子(91)を具え、該電極端子(91)の基端部には鍔部(92)が形成されている。正極側の集電板(５)と連結されているリード部(55)は、集電板(５)の内側に向けて折り返され、その先端部が電極端子(91)の鍔部(92)と接合されている。リード部(55)は弓状に湾曲しており、電極端子機構(９)と接近離間する方向に弾性変形することが出来る。
【００２３】
正負両極の蓋体(12)(12)の貫通孔には、樹脂製の絶縁部材(26)(93)が装着され、蓋体(12)(12)と各電極端子(21)(91)の間の電気的絶縁性とシール性が保たれている。各電極端子(21)(91)には、電池缶(１)の外側からワッシャ(27)(94)が嵌められると共に、第１ナット(28)(95)及び第２ナット(29)(96)が螺合している。そして、第１ナット(28)(95)を締め付けて、各電極端子(21)(91)の鍔部(21b)(92)とワッシャ(27)(94)によって絶縁部材(26)(93)を狭圧することにより、シール性を高めている。又、第２ナット(29)(96)は、外部回路との接続に利用される。
これによって、巻き取り電極体(４)が発生する電力を正負一対の電極端子機構(９)(２)から外部へ取り出すことが出来る。
【００２４】
本実施例の非水電解液二次電池においては、図２に示す如く、おねじ(23)が負極側の集電板(３)の中央部に位置しているので、集電板(３)に集電された電流がおねじ(23)に達するまでの平均距離が短い。
又、該おねじ(23)は、図１に示す如く、電極端子(21)のめねじ(21a)にねじ込まれて接続されているので、集電板(３)から電極端子(21)までの電流の通過経路が最短距離となる。
更に、図１に示す如く、十字板(24)、金属リング(22)及び鍔部(21b)が互いに密着して断面積の大きな電流経路が形成されるので、電流経路の電気抵抗は小さなものとなる。これによって、電池の内部抵抗が小さくなる。
【００２５】
更に又、図１に示す如く、正極側の集電板(５)のリード部(55)が弾性変形することによって、巻き取り電極体(４)や電池缶(１)の組立誤差を吸収することが出来る。
【００２６】
次に、上記リチウムイオン二次電池の製造方法について説明する。
先ず、ニッケル板を用いて図２に示す負極側の集電板(３)を作製すると共に、アルミニウム板を用いて図７に示す正極側の集電板(５)を作製する。正極側の集電板(５)にはリード部(55)が一体成形されている。各集電板(３)(５)の半径は２０ｍｍ、厚さは１.０ｍｍ、凸部の深さは１.４ｍｍである。
連結ねじ(20)はニッケル製であって、図２及び図３に示す形状に作製し、十字板(24)の厚さは１ｍｍ、台座(25)の厚さは１ｍｍ、おねじ(23)の外径が６ｍｍ、おねじ(23)の長さは９ｍｍである。
【００２７】
次に、帯状のアルミニウム箔からなる芯体(47)の表面にリチウム複合酸化物からなる正極活物質(46)を塗布して正極(43)を作製すると共に、銅箔からなる芯体(45)の表面に炭素材料を含む負極活物質(44)を塗布して負極(41)を作製する。そして、正極(43)と負極(41)の間にセパレータ(42)を挟むと共に、正極(43)と負極(41)とを幅方向へずらして重ね合わせ、これらを渦巻き状に巻き取って図１０に示す如き巻き取り電極体(４)を作製する。
【００２８】
続いて、図８に示す如く、巻き取り電極体(４)の正極側の端縁(48)に集電板(５)を押し付け、該端縁(48)と集電板(５)の凸部(52)とをレーザー溶接した後、リード部(55)の先端と正極側の電極端子(91)の鍔部(92)とをレーザー溶接する。同様に、巻き取り電極体(４)の負極側の端縁(48)に集電板(３)を押し付け、該端縁(48)と集電板(３)の凸部(32)とをレーザー溶接し、更に、図２及び図３に示す如く、集電板(３)の中央部に連結ねじ(20)の十字板(24)をレーザー溶接する。そして、図１に示す如く、金属リング(22)を台座(25)に嵌めて、おねじ(23)をめねじ(21a)にねじ込む。
【００２９】
その後、前記巻き取り電極体(４)を筒体(11)に収容すると共に、正負一対の電極端子(21)(91)をそれぞれ絶縁部材(26)(93)を介在させて蓋体(12)(12)に挿入し、各電極端子(21)(91)にワッシャ(27)(94)を嵌め、更に、第１ナット(28)(95)及び第２ナット(29)(96)を螺合せしめる。これによって正負一対の電極端子機構(２)(９)が両蓋体(12)(12)に組み付けられる。
【００３０】
最後に、各蓋体(12)(12)と筒体(11)とを溶接固定し、一方のガス排出弁(13)の取付孔から電池缶(１)内に電解液を注入した後、ガス排出弁(13)を取付孔にねじ込んで封孔する。これによって本実施例のリチウムイオン二次電池を完成する。
【００３１】
第２実施例
本実施例のリチウムイオン二次電池において、連結ねじは銅を用いて作製されており、これ以外は第１実施例と同じ構成を具え、第１実施例と同様にして、本実施例のリチウムイオン二次電池を組み立てる。
【００３２】
第３実施例
本実施例のリチウムイオン二次電池おいては、図５及び図６に示す如く、集電板(６)とおねじ(65)とが一体に形成されている点が、第１実施例と異なっている。
負極側の集電板(６)の表面の中央部には、円板状の台座(66)が形成されると共に、該台座(66)の中心にはおねじ(65)が立設されている。該台座(66)には図５に示す金属リング(67)が嵌められる。該金属リング(67)は、前記台座(66)よりも僅かに大きな直径の貫通孔(68)を有しており、これによって、金属リング(67)と集電板(６)とが互いに密着する。本実施例のリチウムイオン二次電池は、上記構成以外は第１実施例と同じ構成を具え、第１実施例と同様にして、組み立てを行なう。
本実施例のリチウムイオン二次電池においては、集電板(６)とおねじ(65)の間に接合部分がなく、接触抵抗がないため、電池の内部抵抗はより小さなものとなる。
【００３３】
以下、上記第１実施例の発明電池１及び第２実施例の発明電池２と、下記比較例電池１及び比較例電池２を作製し、各電池について内部抵抗を測定した。尚、各電池の定格電力容量は約５０Ｗｈである。
【００３４】
比較例電池１
本比較例電池１は、負極側に図７に示すニッケル製集電板を用いたこと以外は第１実施例と同じ構成を具え、第１実施例と同様にして、電池の組み立てを行なった。
比較例電池２
本比較例電池２は、正負両極の集電板の凸部が断面Ｖ字状に形成されていること以外は比較例電池１と同じ構成を具え、第１実施例と同様にして、電池の組み立てを行なった。
【００３５】
［内部抵抗の測定］
各電池の内部抵抗を抵抗計(交流４端子、１ｋＨｚ)を用いて測定した。
【００３６】
［測定結果］
各電池の内部抵抗の測定結果を表１に示す。
【００３７】
【表１】

【００３８】
表１に示す結果から明らかな様に、発明電池１及び発明電池２の何れも比較例電池１及び比較例電池２と比較して内部抵抗が小さくなっている。
この理由は、発明電池１及び発明電池２において、おねじは負極側の集電板の中央部に位置しており、集電板に集電された電流がおねじに達するまでの平均距離が短いためである。又、該おねじは、電極端子のめねじにねじ込まれており、集電板から電極端子までの電流の通過経路は、最短距離となるためである。更に、電極端子の鍔部と略同じ外径を有する金属リングが、該鍔部及び十字板と互いに密着しているため、電流経路の断面積が大きくなるためである。
【００３９】
又、発明電池２は、特に内部抵抗が小さい。この理由は、発明電池２において、連結ねじが銅を材質として形成されており、発明電池１の連結ねじの材質であるニッケルよりも銅の抵抗が小さいためである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の非水電解液二次電池の一部破断正面図である。
【図２】該電池に用いられている負極側の集電板の斜視図である。
【図３】該集電板の平面図である
【図４】電極端子機構と集電板の連結構造を分解して表わす断面図である。
【図５】他の実施例における集電板の斜視図である。
【図６】該集電板の平面図である。
【図７】正極側の集電板の平面図である。
【図８】集電板の凸部と巻き取り電極体の電極の端縁との接合工程を表わす図である。
【図９】従来の非水電解液二次電池の外観を示す斜視図である。
【図１０】従来の巻き取り電極体の一部展開斜視図である。
【図１１】従来の非水電解液二次電池の要部を表わす一部破断正面図である。
【図１２】従来の集電板の平面図である。
【図１３】従来の集電板の凸部と巻き取り電極体の電極の端縁との接合工程を表わす図である。
【符号の説明】
(１) 電池缶
(11) 筒体
(12) 蓋体
(２) 電極端子機構
(20) 連結ねじ
(21) 電極端子
(23) おねじ
(21a) めねじ
(22) 金属リング
(３) 集電板
(４) 巻き取り電極体
(５) 集電板
(６) 集電板
(65) おねじ
(９) 電極端子機構

Claims

電池缶の内部に、負極及び正極の間に非水電解液を含むセパレータを介在させてこれらを積層した電極体が収納され、該電極体が発生する電力を電池缶の両端部に設けた一対の電極端子部から外部へ取り出すことが出来る二次電池において、電極体の少なくとも何れか一方の端部には、負極を構成する芯体の端縁が突出し、該端縁にはニッケル製の集電板が接合され、該集電板の表面の中央部には銅製のベース板が接合され、該ベース板の表面に一方の電極端子部へ向けておねじが突設され、該おねじは、該一方の電極端子部に形成しためねじと螺合していることを特徴とする非水電解液二次電池。
電池缶の内部に、負極及び正極の間に非水電解液を含むセパレータを介在させてこれらを積層した電極体が収納され、該電極体が発生する電力を電池缶の両端部に設けた一対の電極端子部から外部へ取り出すことが出来る二次電池において、電極体の一方の端部には、負極を構成する芯体の端縁が突出すると共に、電極体の他方の端部には、正極を構成する芯体の端縁が突出し、両端縁にそれぞれ集電板が接合され、一方の集電板の表面には一方の電極端子部へ向けておねじが突設され、該おねじは、該一方の電極端子部に形成しためねじと螺合し、他方の集電板には、他方の電極端子部に対して接近離間する方向に弾性を有する連結部材が突設され、該連結部材の先端部が該他方の電極端子部と接合されていることを特徴とする非水電解液二次電池。