JP3935749B2 - 二次電池 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、筒状の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二次電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
二次電池は、例えば図１１に示す如く、電池缶(１)の内部に巻き取り電極体(２)を収容して構成されている。電池缶(１)は、有底筒体(15)の開口部に絶縁部材(12)を介して蓋体(11)を固定したものであって、蓋体(11)には、安全弁(14)を内蔵した正極端子(18)が取り付けられており、該正極端子(18)によって正極端子部(13)が構成されている。又、有底筒体(15)の底部によって負極端子部(17)が構成されている。
【０００３】
巻き取り電極体(２)は、それぞれ帯状の正極(21)、セパレータ(22)及び負極(23)から構成されており、正極(21)及び負極(23)はそれぞれセパレータ(22)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(２)の巻き軸方向の両端部の内、一方の端部では、セパレータ(22)の端縁よりも外方へ正極(21)の端縁が突出すると共に、他方の端部では、セパレータ(22)の端縁よりも外方へ負極(23)の端縁が突出している。巻き取り電極体(２)の両端部には集電板(９)(16)が設置され、正極(21)或いは負極(23)の端縁と溶接されている。
【０００４】
正極(21)の端縁と接合された集電板(９)は、円板状の平板部(93)に帯状のリード部(91)を突設して形成され、該リード部(91)の先端部が蓋体(11)に溶接されている。一方、負極(23)の端縁と接合された集電板(16)は、円板状に形成されて有底筒体(15)の底面に設置され、該底面に溶接されている。
斯くして、正極端子部(13)と負極端子部(17)から巻き取り電極体(２)の発生する電力を外部へ取り出すことが出来る。
【０００５】
ところで、この種の二次電池の出力を向上させるには、巻き取り電極体(２)が発生する電力を外部に取り出す際の電流経路の電気抵抗、即ち内部抵抗を出来るだけ小さくすることが必要である。
特に電気自動車用の電源等として用いる非水電解液二次電池においては、高容量であると共に、高出力を得るために出来るだけ内部抵抗を低減させることが必要となる。
しかしながら、図１１に示す集電構造を有する二次電池においては、巻き取り電極体(２)の正極(21)及び負極(23)を構成する芯体の端縁の面積が小さいため、該芯体端縁と集電板との間の接触面積が小さく、これによって電池の内部抵抗が大きくなる問題があった。
【０００６】
そこで出願人は、内部抵抗の減少を図るべく、図６に示す集電構造を考案した(特開2001-256952号参照)。
図６に示す如く、巻き取り電極体(４)の正極側に設置されるべき集電板(５)は、平板状本体(51)を具え、該平板状本体(51)には、中央孔(54)が開設されている。平板状本体(51)には、中央孔(54)を中心として放射状に伸びる複数条の円弧状凸部(52)が一体成型され、巻き取り電極体(４)側に突出している。又、平板状本体(51)には、隣接する円弧状凸部(52)(52)の間にそれぞれ、複数条の切り起し片(53)が形成され、巻き取り電極体(４)側に突出している。更に、平板状本体(51)の端部には、短冊状のリード部(55)が一体に形成されている。
又、巻き取り電極体(４)の負極側に設置されるべき集電板(50)も同様の構造を有している。
【０００７】
上記集電構造を有する二次電池の製造工程においては、図７及び図９に示す如く、巻き取り電極体(４)の端部に形成されている芯体端縁(48)に正極側の集電板(５)を押し付ける。これによって、集電板(５)の円弧状凸部(52)は、図８に示す如く巻き取り電極体(４)の芯体端縁(48)に食い込み、円弧状凸部(52)と芯体端縁(48)の間には、円筒面からなる接合面が形成される。又、集電板(５)の切り起し片(53)は、図１０に示す如く巻き取り電極体(４)の芯体端縁(48)に深く食い込み、芯体端縁(48)と圧着することになる。
【０００８】
この状態で、図８中に矢印で示す様に、集電板(５)の円弧状凸部(52)の内周面に向けてレーザビームを照射し、レーザ溶接を施す。この結果、集電板(５)の円弧状凸部(52)と巻き取り電極体(４)の芯体端縁(48)とが、大きな接触面積で互いに接合されると共に、図１０に示す切り起し片(53)と芯体端縁(48)の間の圧着状態が維持されることになる。
巻き取り電極体(４)に負極側の集電板(50)を溶接する工程も同様である。
【０００９】
上記二次電池によれば、集電板(５)(50)は、各円弧状凸部(52)と芯体端縁(48)の溶接部にて大きな接触面積で芯体端縁(48)に接合されると共に、該溶接部以外の領域では、各切り起し片(53)が芯体端縁(48)に食い込んで、良好な接触状態が得られるため、集電板(５)と巻き取り電極体(４)の間の接触抵抗が小さくなる。然も、集電板(５)に形成された複数条の切り起し片(53)によって、芯体端縁(48)の全域から集電が行なわれるので、高い集電性能が得られる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述の集電構造を有する二次電池においては、有底筒体(15)の底部に負極側の集電板(50)を設置した状態で、有底筒体(15)の外側から有底筒体(15)と集電板(50)の接合部にレーザ溶接を施して、有底筒体(15)の底面に集電板(50)を接合する工程が採用される。
しかしながら、集電板(50)には、図６に示す如く巻き取り電極体(４)へ向かって突出する円弧状凸部(52)が形成されると共に、切り起し片(53)を形成するための貫通孔(図示省略)が開設されており、集電板(50)の表面と有底筒体(15)の底面との間には、部分的に非接触領域が形成されているので、該非接触領域に対して前記レーザ溶接を施すと、その部分で有底筒体(15)が溶融して孔が開いてしまう虞があった。
【００１１】
そこで本発明の目的は、電極体と集電板の間に良好な接触状態が得られて高い集電性能を発揮すると共に、その製造工程において集電板を電池缶の底面に溶接する際に電池缶に孔が開く虞のない二次電池を提供することである。
【００１２】
【課題を解決する為の手段】
本発明に係る二次電池においては、有底筒体(15)の開口部を蓋体(11)により封口してなる電池缶(１)の内部に、それぞれ帯状の正極(41)と負極(43)の間にセパレータ(42)を介在させてこれらを積層した電極体(４)が収容されている。正極(41)及び負極(43)はそれぞれ、帯状芯体の表面に活物質を塗布して構成されている。
電極体(４)の両端部の内、有底筒体(15)の底面に対向する少なくとも一方の端部には、正極(41)或いは負極(43)を構成する帯状芯体の端縁(48)が突出し、該端縁(48)を覆って集電板(50)が設置され、該集電板(50)には、前記芯体端縁(48)に向かって突出する複数条の凸部(52)が放射状に形成され、これらの凸部(52)が芯体端縁(48)に食い込んだ状態で、凸部(52)が芯体端縁(48)に溶接される共に、該集電板(50)が有底筒体(15)の底面に溶接されている。
又、前記集電板(50)の有底筒体(15)との接合面には、該接合面上を所定の閉ループ軌道で周回する平坦領域Ｒが形成されており、有底筒体(15)の外側から前記平坦領域に沿って集電板(50)と有底筒体(15)との接合部にレーザ溶接が施されている。
【００１３】
上記本発明の二次電池の製造工程においては、巻き取り電極体(４)の芯体端縁(48)に集電板(50)を押し付けることによって、各凸部(52)が芯体端縁(48)に食い込んで、芯体端縁(48)には、凸部(52)の表面形状に応じた接合面が形成され、集電板(50)と芯体端縁(48)の間に良好な接触状態が得られる。
従って、集電板(50)の各凸部(52)と芯体端縁(48)の接合部にレーザビーム又は電子ビームを照射して、芯体端縁(48)に集電板(50)を溶接することによって、集電板(50)は大きな接触面積で芯体端縁(48)に接合されることとなり、この結果、接触抵抗が小さくなって、高い集電性能が得られる。
【００１４】
又、集電板(50)を有底筒体(15)の底面に溶接する工程においては、有底筒体(15)の外側から集電板(50)と有底筒体(15)との接合部にレーザ溶接を施す。ここで、集電板(50)には前記所定の閉ループ軌道で周回する平坦領域Ｒが形成され、該平坦領域Ｒと有底筒体(15)の底面とは互いに密着しているので、該接合部に対してレーザ溶接を施せば、有底筒体(15)に孔が開くことはない。尚、レーザ溶接を施すべき平坦領域Ｒは、所定の閉ループ軌道を描いているので、有底筒体(15)の外側からでも位置を認識することが出来る。
【００１５】
尚、前記集電板(50)の複数条の凸部(52)が、集電板(50)の巻き取り電極体(４)との対向面に放射状に形成されている場合には、前記複数条の凸部(52)の閉ループ軌道との交差部分だけを平坦化すればよい。
【００１６】
又、電池缶(１)が円筒状に形成されると共に、集電板(50)が円板状に形成されている場合、前記平坦領域Ｒは、集電板(50)の中心を包囲する所定半径の円周線に沿って形成すればよい。これによって、電池缶(１)内で巻き取り電極体(４)及び集電板(50)が回転したとしても、平坦領域の位置は変わらないため、前記所定半径を有する円周線に沿ってレーザ光を移動させれば、有底筒体(15)と集電板(50)の平坦領域Ｒとを確実に溶接することが出来る。
【００１７】
【発明の効果】
本発明に係る二次電池によれば、高い集電性能が得られると共に、その製造工程においては、集電板を電池缶の底面に溶接する際に電池缶に孔が開く虞はない。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態につき、図面に沿って具体的に説明する。
本発明に係る二次電池は、図１に示す如く、鋼鉄製母材の表面にニッケルメッキを施した円筒状の電池缶(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。電池缶(１)は、有底筒体(15)の開口部に絶縁部材(12)を介して蓋体(11)を固定したものであって、外径が３０ｍｍ、長さが６５ｍｍに形成されている。
電池缶(１)の蓋体(11)には、安全弁(14)を内蔵した正極端子(18)が取り付けられており、該正極端子(18)によって正極端子部(13)が構成されている。又、有底筒体(15)の底部によって負極端子部(17)が構成されている。
【００１９】
巻き取り電極体(４)は、図６に示す様に、それぞれ帯状の正極(41)と負極(43)の間に帯状のセパレータ(42)を介在させて、これらを渦巻き状に巻回して構成されている。正極(41)は、アルミニウム箔からなる帯状芯体(45)の両面にコバルト酸リチウムを含む正極活物質(44)を塗布して構成され、負極(43)は、銅箔からなる帯状芯体(47)の両面に炭素材料を含む負極活物質(46)を塗布して構成されている。セパレータ(42)には、非水電解液が含浸されている。
【００２０】
正極(41)には、正極活物質(44)の塗布されている塗工部と、正極活物質の塗布されていない非塗工部とが形成されている。又、負極(43)にも、負極活物質(46)の塗布されている塗工部と、負極活物質の塗布されていない非塗工部とが形成されている。
正極(41)及び負極(43)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せ、正極(41)及び負極(43)の前記非塗工部をセパレータ(42)の両端縁からそれぞれ外側へ突出させる。そして、これらを渦巻き状に巻き取ることによって巻き取り電極体(４)が構成される。該巻き取り電極体(４)においては、巻き軸方向の両端部の内、一方の端部では、正極(41)の非塗工部の芯体端縁(48)が、セパレータ(42)の一方の端縁よりも外方へ突出し、他方の端部では、負極(43)の非塗工部の芯体端縁(48)が、セパレータ(42)の他方の端縁よりも外方へ突出している。
該巻き取り電極体(４)の両端部には集電板(５)(50)が設置され、正極(41)及び負極(43)の端縁(48)(48)と溶接されている。
【００２１】
図４及び図５に示す如く、正極側の集電板(５)は、輪郭が円形に形成されたアルミニウム製の平板状本体(51)を具え、該平板状本体(51)には、中央孔(54)が開設されている。平板状本体(51)には、中央孔(54)を中心として放射状に伸びる複数条(実施例では４条)の円弧状凸部(52)が一体成型され、巻き取り電極体(４)側に突出している。又、平板状本体(51)には、隣接する円弧状凸部(52)(52)の間にそれぞれ、複数条(実施例では２条)の切り起し片(53)が形成され、巻き取り電極体(４)側に突出している。更に、平板状本体(51)の端部には、短冊状のリード部(55)が一体に形成されている。
【００２２】
一方、負極側の集電板(50)は、図２に示す如く輪郭が円形に形成された銅製の平板状本体(51)を具え、該平板状本体(51)には、中央孔(54)が開設されている。平板状本体(51)には、中央孔(54)を中心として放射状に伸びる複数条(実施例では４条)の円弧状凸部(52)が一体成型され、巻き取り電極体(４)側に突出している。又、平板状本体(51)には、隣接する円弧状凸部(52)(52)の間にそれぞれ、複数条(実施例では３条)の切り起し片(53)が形成され、巻き取り電極体(４)側に突出している。
【００２３】
更に、集電板(50)の平板状本体(51)には、有底筒体(15)との接合面に、中央孔(54)を包囲して、所定の半径を有する円形の閉ループ軌道を伸びる平坦領域Ｒが確保されている。ここで、集電板(50)の各円弧状凸部(52)には、図３に示す如く、前記閉ループ軌道との交差部分に、平板状本体(51)の表面と同一面の平坦部(56)が形成されている。又、複数条の切り起し片(53)は、平坦領域Ｒの外側に形成されている。
従って、該集電板(50)が図１に示す如く有底筒体(15)の底部に設置された状態で、前記平坦領域は有底筒体(15)の底面に密着することになる。
【００２４】
上記本発明の二次電池の製造工程においては、図７及び図９に示す如く、巻き取り電極体(４)の端部に形成されている芯体端縁(48)に正極側の集電板(５)を押し付ける。これによって、集電板(５)の円弧状凸部(52)は、図８に示す如く巻き取り電極体(４)の芯体端縁(48)に食い込み、円弧状凸部(52)と芯体端縁(48)の間には、円筒面からなる接合面が形成される。又、集電板(５)の切り起し片(53)は、図１０に示す如く巻き取り電極体(４)の芯体端縁(48)に深く食い込み、芯体端縁(48)と圧着することになる。
【００２５】
この状態で、図８中に矢印で示す様に、集電板(５)の円弧状凸部(52)の内周面に向けてレーザビームを照射し、レーザ溶接を施す。この結果、集電板(５)の円弧状凸部(52)と巻き取り電極体(４)の芯体端縁(48)とが、大きな接触面積で互いに接合されると共に、図１０に示す切り起し片(53)と芯体端縁(48)の間の圧着状態が維持されることになる。
巻き取り電極体(４)に負極側の集電板(50)を溶接する工程も同様である。
【００２６】
この様にして巻き取り電極体(４)の両端部に集電板(５)(50)を溶接した後、該巻き取り電極体(４)を図１に示す如く有底筒体(15)内に収容し、有底筒体(15)の外側から有底筒体(15)と集電板(50)の接合部にレーザ溶接を施して、有底筒体(15)の底面に集電板(50)を接合する。
この際、レーザ光は、集電板(50)の平坦領域に沿って移動させるが、該平坦領域が伸びている閉ループ軌道の半径は既知であり、仮に有底筒体(15)内で巻き取り電極体(４)及び集電板(50)が回転したとしても、平坦領域の位置は変わらないため、有底筒体(15)の外側からでも該平坦領域の位置を正確に認識することが出来る。
この結果、集電板(50)の平坦領域が有底筒体(15)の底面に確実に溶接されることになる。
【００２７】
最後に、正極端子(18)が組み付けられた蓋体(11)の裏面に、集電板(５)から伸びるリード部(55)の先端部が溶接された状態で、該蓋体(11)を有底筒体(15)の開口部にかしめ固定し、本発明の二次電池を完成する。
【００２８】
上記本発明の二次電池によれば、その製造工程において集電板(50)を有底筒体(15)の底面に溶接する際に有底筒体(15)に孔が開く虞はない。
又、集電板(５)(50)は、各円弧状凸部(52)と芯体端縁(48)の溶接部にて大きな接触面積で芯体端縁(48)に接合されると共に、該溶接部以外の領域では、各切り起し片(53)が芯体端縁(48)に食い込んで、良好な接触状態が得られるため、集電板(５)と巻き取り電極体(４)の間の接触抵抗が小さくなる。然も、集電板(５)(50)に形成された複数条の切り起し片(53)によって、芯体端縁(48)の全域から集電が行なわれるので、高い集電性能が得られる。
【００２９】
尚、本発明の各部構成は上記実施の形態に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。例えば、集電板(50)を有底筒体(15)の底面に接合する工程においては、平坦領域Ｒの全長に亘ってレーザ溶接を施す構成に限らず、平坦領域Ｒに対して部分的にレーザ溶接を施す構成を採用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る二次電池の一部破断正面図である。
【図２】負極側の集電板の平面図である。
【図３】該集電板の要部を示す斜視図である。
【図４】正極側の集電板の平面図である。
【図５】該集電板の要部の断面図である。
【図６】巻き取り電極体の一部展開斜視図である。
【図７】集電板の円弧状凸部を巻き取り電極体の芯体端縁に押し付ける工程の拡大斜視図である。
【図８】集電板の円弧状凸部を巻き取り電極体の芯体端縁に押し付けた状態の拡大斜視図である。
【図９】集電板の切り起し片を巻き取り電極体の芯体端縁に押し付ける工程の拡大斜視図である。
【図１０】集電板の切り起し片を巻巻き取り電極体の芯体端縁に押し付けた状態の拡大斜視図である。
【図１１】従来の二次電池の断面図である。
【符号の説明】
(１) 電池缶
(11) 蓋体
(12) 絶縁部材
(13) 正極端子部
(４) 巻き取り電極体
(41) 正極
(42) セパレータ
(43) 負極
(５) 集電板
(50) 集電板
(51) 平板状本体
(52) 円弧状凸部
(53) 切り起し片
(54) 中央孔
(56) 平坦部
Ｒ 平坦領域

Claims (3)

  1. 有底筒体(15)の開口部を蓋体(11)により封口してなる電池缶(１)の内部に、それぞれ帯状の正極(41)と負極(43)の間にセパレータ(42)を介在させてこれらを積層した電極体(４)が収容され、該電極体(４)の両端部の内、有底筒体(15)の底面に対向する少なくとも一方の端部には、正極(41)或いは負極(43)を構成する帯状芯体の端縁(48)が突出し、該端縁(48)を覆って集電板(50)が設置され、該集電板(50)には、前記芯体端縁(48)に向かって突出する複数条の凸部(52)が放射状に形成され、これらの凸部(52)が芯体端縁(48)に食い込んだ状態で、凸部(52)が芯体端縁(48)に溶接されると共に、該集電板(50)が有底筒体(15)の底面に溶接されている二次電池において、
    前記集電板(50)の有底筒体(15)との接合面には、該接合面上を所定の閉ループ軌道で周回する平坦領域Ｒが形成されており、有底筒体(15)の外側から前記平坦領域Ｒに沿って集電板(50)と有底筒体(15)との接合部にレーザ溶接が施されていることを特徴とする二次電池。
  2. 前記集電板(50)の複数条の凸部(52)は、集電板(50)の巻き取り電極体(４)との対向面に放射状に形成されると共に、前記閉ループ軌道との交差部分が平坦化されている請求項１に記載の二次電池。
  3. 電池缶(１)は円筒状に形成されると共に、集電板(50)は円板状に形成され、前記所定の閉ループ軌道は、集電板(50)の中心を包囲する円周上を伸びている請求項１又は請求項２に記載の二次電池。
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