JP4169406B2

JP4169406B2 - 溶接封口電池

Info

Publication number: JP4169406B2
Application number: JP31023598A
Authority: JP
Inventors: 友和山中; 康弘山内
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1998-10-30
Filing date: 1998-10-30
Publication date: 2008-10-22
Anticipated expiration: 2018-10-30
Also published as: JP2000133240A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、小型携帯用の溶接封口電池に関し、特に集電タブの形状に特徴を有する溶接封口電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
携帯用の小型密閉型電池においては、例えば特願平７−２６７１０号公報、同８−５３０３２号公報にて本願出願人が開示しているがごとく、発電要素が収納された電池外装缶の開口縁（端）部に封口蓋やその封口板をレーザー溶接して封口するが、この際、発電要素の最外周部分に正極板又は負極板のいずれかの芯体を配置し、更にこの芯体の一部に略Ｕ字状の切込み（切断線）を入れて、この切込みを電池外装缶の開口側方向へ切り起こして曲げて集電タブとなし、この集電タブを電池外装缶開口縁と封口蓋との間にはさみ込み、この状態でこれら三つをレーザ溶接することにより封口し、併せて発電要素の正極あるいは負極と電池外装缶との一層の電気的接触を図っている。
【０００３】
以下、本発明の趣旨に直接関係するのでこの様子の一例を、図を参照しつつ少し詳しく説明する。
【０００４】
図２に、正極板２０の構造を示す。
【０００５】
本図において（ａ）は正極板の側面図であり、（ｂ）は正面図である。本図に示すように、正極板は長さ３３５ｍｍ、幅３８ｍｍ、厚さ２０μｍの細長く薄いアルミ箔製正極芯体２１の、原則としてその両面に、ＬｉＣｏＯ₂ を主成分としその他黒鉛、カーボンブラック、Ｎ−メチル−２ピロリドンに溶かしたポリフッ化ビニリデンから成る正極活物質（スラリー）２２を塗布し、これを圧延し、真空乾燥により付着させたものである。そして、電池外装缶体内に挿入される、あるいは外装缶体内に挿入された状態では、その最外周となる側の芯体露出部にほぼコの字形の切込み２３が設けられている。
【０００６】
なお、この切込みを設けた部分の芯体には、当然正極活物質が付着されておらず、更にその近くの電池外装缶側に位置する面に正極活物質が付着されていないのは、この芯体と電池外装缶との一層の電気的接触を図るためである。
【０００７】
図３に、負極板の構造３０を示す。
【０００８】
本図において、（ａ）は負極板の側面図であり、（ｂ）は正面図である。本図に示すように、負極板は長さ３１５ｍｍ、幅３９ｍｍ、厚さ１８μｍの負極芯体３１の細長く薄い銅箔の両面に天然黒鉛粉末を主成分とし、その他Ｎ−メチル−２ピロリドンに溶かしたポリフッ化ビニリデンからなる負極活物質３２を塗布し、乾燥、圧延により付着させ、更に後で説明する巻込中心部の負極芯体の銅箔に直接ニッケルからなるリード３３を負極集電体として取り付けたものである。
【０００９】
図４に、渦巻電極体４０の構造を示す。
【００１０】
本図に示すように、渦巻電極体４０は、正極板２０と負極板３０とを両者よりも幅広のポリエチレン製のセパレータ４１を介して巻き回したものである。なおこの場合、前述の理由により正極板の正極活物質を塗布していない片面露出部が渦巻電極体の最外周部に位置するように巻回される。そしてこのもとで、巻終部分には粘着テープ（図示せず）が貼られ、また底部は電池缶体との接触防止のため絶縁テープ（図示せず）で被覆される。
【００１１】
なおここで、正極集電タブは、図２に示す切込み部を切り起こして形成されるが、この際電池の内部巻込中心側に同一極性の電極板が位置する位置に設けているのは、切込み部のバリにより万一セパレータの損傷が生じても内部短絡が発生しないようにするためである。
【００１２】
図５に、封口蓋５の構造を示す。
【００１３】
本図において（ａ）は、電池キャップを除いた封口蓋の部分断面図（側面）である。（ｂ）は、この封口蓋を斜め下方からみた図である。
【００１４】
封口蓋５０は、中央付近に透孔を有した封口板５１と、該透孔に絶縁性ガスケット５２を介して配置される金属製の中空キャップ５３と、中空キャップの上端に電気的に接続される電池キャップ（図示せず、負極外部端子を兼ねるもの）と、中空キャップに電気的に接続された集電端子板５４と、封口板と集電端子板との間に介在されて両者を電気的に絶縁する絶縁板５５とよりなる。
【００１５】
そして、ガスケット、絶縁板及び集電端子板は、中空キャップの上端及び下端をかしめることによって、封口板に固定されている。また、絶縁板の両端には、スペーサ５６が配置されている。このスペーサは、絶縁板と一体成形されたものであり、封口板と渦巻電極体との間に配置されて、渦巻電極体が上下方向に揺動しないようにするものである。また、集電端子板５４は、（ｂ）に示すようにその一部が下方向に切り起こされており、この部分に先に説明した負極芯体に接続されたリード３３が電気的に接続される。
【００１６】
図６に、この電池の組立て手順を示す。
【００１７】
（ａ）電池外装缶底との接触防止、巻きほぐれ防止等のため粘着テープを要所にはった渦巻電極体４０の上方に、封口蓋５０の封口板５１を位置させる。なお、本（ａ）において、３３は負極のリードである。
【００１８】
（ｂ）封口蓋に固定された集電端子板と負極リードとを電気的に接続する。
【００１９】
（ｃ）他方、渦巻電極体の最外周の正極芯体露出部に形成した切込み部２３を切り起こして正極集電タブ２４となす。
【００２０】
そして、この正極集電タブは、この上から保護テープ２５を貼り付けることにより、渦巻電極体の最外周の正極芯体に固定される。
【００２１】
（ｄ）（ｃ）の状態の渦巻電極体を、アルミニウム製のほぼ角形の電池外装缶６０内に挿入するが、この際、正極集電タブ２４を電池外装缶の内壁に沿って開口端にまで延ばしておき、更に封口蓋を電池外装缶の開口縁に被せる際、正極集電タブの先端部２４を封口蓋の封口板の外周側面と外装缶の内壁面で挟み込むようにする。
【００２２】
（ｅ）電池外装缶と封口板との嵌合部にレーザー光を照射して当該部分を溶接することにより電池を封口する。この際併せて、正極集電タブと電池外装缶とを電気的に強固に接続する。その後、封口板の透孔から電池外装缶の内部に非水電解液を注入し、当該透孔に電池キャップ５７を設置する。
【００２３】
以上で、電池の組立てが終了する。
【００２４】
更に、実際には以上の他種々の改良や変形がなされている。
【００２５】
例えば正極板の切り起こし部の形状については、強度向上のため、図７に示すように取り付けた状態で上部蓋側が狭く下側が広い半直角台形とすることがなされている。
【００２６】
本図において、（ａ）は正極芯体２１の外周部側にかかる形状の切込み２３１を設けた状態を示す。（ｂ）は、この切込み部を切り起こして正極の集電タブ２４０とした状態を示す。なお、２３０は正極芯体に生じた切り欠き孔である。
また、封口蓋については、図８に示すように、絶縁板と一体成形され、かつ壁部を有するスペーサを含むようにしている等である。
【００２７】
図８では、図５の（ｂ）との相違を判り易くするために、壁部５８を点線で描いている。この壁部は、渦巻電極体の最外周面に配置された正極芯体露出部から導出された、そして切り込み部を切り起こして形成した正極集電タブが、異なる極性を有する集電端子板等と接触するのを防止するため設けられたものであり、正極集電タブが位置する側に形成されている。そして、正極集電タブは、この壁部の外側と電池外装缶内面との間を通って、封口板の外周縁（電池外装缶の開口端部）にまで延出されて封口板と電池外装缶との溶接部に狭持されることとなる。更にまた、この集電タブは渦巻電極体の巻き方によっては何も正極側でなく、負極側に設けられるようにされていてもよいのは勿論である。
【００２８】
更に、絶縁体、スペーサ、負極集電端子板の構造等には種々のものがある。
【００２９】
以上の他、本発明出願時点では電池の封口もレーザ溶接が一般的、普通であるが、これも将来の技術開発のもと何か他の溶接に置き換えられるかもしれない。
【００３０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のごとくこの正極や負極の芯体は、アルミや銅の箔であるだけに、これに切込みを入れ、この切込みを切り起こしてなる集電タブは、本来的に強度がない。
【００３１】
このため電池の使用者、ユーザが電池やこの電池を装備した機器を高所や動いている車両等から誤って落としたりしたような場合に問題が生じうる。
【００３２】
この場合、渦巻電極体と電池外装缶との間にはわずかではあるが隙間がありあるいは生じ得、また電池外装缶内には、非水電解液と共に気体が存在するため、比較的ではあるが重量、質量の大きな渦巻電極体や非水電解液が動きあるいは揺動しうる。このため、切込み部を切り起こして形成された集電タブは、本来の機械的強度が小さいだけに切断等する危険が生じうる。
【００３３】
勿論、現時点においてもかかる事故、誤操作等の場合でも相当の安全性、強度を有しうる形状、構造としているが、近年の電池の用途の拡大、生活に占める重要性の向上を考慮した場合には、かかる事故への配慮、対策等がより一層なされているのが好ましい。
【００３４】
さて、かかる強度、安全性向上の対策として、強度の大きいアルミや銅、あるいはそれらの合金、更には他の金属とするのは、コスト以前に内部抵抗の増加となるため好ましくない。
【００３５】
また、渦巻電極体とこれを挿入する電池外装缶との隙間を完全になくす、あるいは動かないようにするのは、製造時に渦巻電極体を電池外装缶内に挿入する際等に不便である。
【００３６】
また、渦巻電極体下部の絶縁テープや渦巻の終端の粘着テープを例えば両面テープにする等して渦巻電極体を電池外装缶内面に固定する等のことも、作業性のみならず、非水電解質との不測の反応等も生じかねず好ましくない。
【００３７】
また、集電タブの形状、構造等にエキスパンダーの如き伸縮部を設ける等過度の工夫をこらすのは、電池の形状の増大や容量の減少、更には滅多にない事故に対して過度のコストをかけることとなるという面から問題である。
【００３８】
このため、渦巻電極体外周部の正極芯体あるいは負極芯体の箔に切込みを入れ、この切込みを切り起こして集電タブとし、更にこの集電タブを電池外装缶、電池封口蓋と一体で溶接してなる小型、携帯型の電池において、ユーザによる何等かの過誤等があっても、より損傷し難い、そして勿論コスト、性能もより優れたそして簡単、製造容易な集電タブの、ひいては電池の開発が望まれていた。
【００３９】
本発明は、かかる要望を果たすことを目的としてなされたものである。
【００４０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明においては渦巻電極体の外周接部の正負いずれかの電極芯体に切込みを入れ、該切込みを切り起こしてなる集電タブを２段構造としている。具体的には、以下の構成としている。
【００４１】
請求項１記載の発明は、封口蓋と、正極板と負極板とをセパレータを介して巻いてなる渦巻電極体と、該渦巻電極体を収納する電池外装缶と、上記渦巻電極体の最外周部分に位置する正極板又は負極板の芯体露出部と、を有する溶接封口電池において、前記芯体露出部の一部が集電タブを形成し、前記集電タブは、前記芯体露出部の一部分を封口蓋方向へ略Ｕ字状に切り起こしてなる第１段集電小部と、前記第１段集電小部の一部分を封口蓋方向へ略Ｕ字状に切り起こしてなる第２段集電小部と、を備え、前記第２段集電小部の封口蓋側端部が前記電池外装缶開口縁部と前記封口蓋との間にはさみ込まれて両者と共に溶接されていることを特徴とする。
【００４２】
上記構成により、封口蓋と、正極板と負極板とをセパレータを介して巻いてなる渦巻電極体と、該渦巻電極体を収納する電池外装缶と、上記渦巻電極体の最外周部分に位置する正極板又は負極板の芯体露出部に略Ｕ字形（ここに「略Ｕ字形」とは、外装缶蓋側へ集電体として切り起こす事が可能、しかもそうした場合に、電極芯体と充分な電気接触を保持しえる形状という意味であり、切り起こした部分は蓋側が広いか狭い台形、蓋側がとがったＶ字形、コの字状、端部に丸味を有する台形やコの字状等をも含む概念である。）の切込みを入れ該切込みを切り起こして上記電池外装缶の蓋側へ折り曲げ更にこれを電池外装缶開口縁と封口蓋間とにはさみ込みこの状態で両者と溶接された集電タブとを有する溶接封口電池の前記集電タブにおいて、以下の作用がなされる。
【００４３】
上記集電タブの第１段集電小部は、電池外装缶蓋側が電極芯体とつながった略Ｕ字形の巾広の切込みを電池蓋側へ切り起こしてなる。
【００４４】
同じく第２段集電小部は、前記第１段集電小部内に設けられた、そして同じく略Ｕ字形であるが前記第１段集電小部とつながった部分が前記第１段集電小部を切り起こしていない状態では反封口蓋側に位置する巾狭の切込みを、電池の完成状態では電池蓋側へ切り起こしてなる。
【００４５】
このためユーザの過誤等により電池に不測の衝撃が加わり、集電タブに比較して重い渦巻電極体と電池外装缶とが相対的に動いて両者にずれが生じ、このため集電タブに大きな引張力が加わった場合においては、主に第２段集電小部のつけね部が少し破断あるいは変形してずれを吸収する。
【００４８】
請求項２記載の発明は、前記封口蓋と前記渦巻電極体との間には、下部にスペーサ部を有する絶縁板が配置され、前記第２段集電小部と前記第１段集電小部とがつながった部分が、前記電池外装缶の内壁面と、前記渦巻電極体のセパレータ部若しくはセパレータ部より上方にある前記スペーサ部との間に位置することを特徴としている。
【００４９】
上記構成により、以下の作用がなされる。
【００５０】
第２段集電小部は、それを形成するための切込み開始点（第１段集電小部とつながった部分）が、前記渦巻電極体のセパレータ部若しくはセパレータ部より上方にある前記スペーサ部との間に位置するため、スペース的に楽、かつ作用も発揮し易い。
【００５１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をその実施の形態に基づいて説明する。
【００５２】
なお、実施の形態においては、前述の従来技術と同じ部分については同一の符号を付することにより、その説明は省略する。
【００５３】
（第１実施例）
図１に、本発明の第１実施例を示す。本図は、図示しない電池外装缶内へ挿入される直前の渦巻電極体と封口蓋を示す。本図において、４０は渦巻電極体である。４１は、そのセパレータの上部である。５０は、その下部にスペーサ兼絶縁板等を有する封口蓋である。そして渦巻電極体の外周には正極芯体２１としてのアルミ箔２１がある。
【００５４】
なお以上の他、実際にはアルミ箔の外周端辺やその部分の固定用の粘着テープ、渦巻電極下端の絶縁テープ等があり、更には渦巻電極体の収納される電池外装缶等もあるが、これらは本発明の趣旨に直接の関係がないこと、煩雑となることのため本図では省略してある。
【００５５】
さて、この渦巻電極体最外周のアルミ箔には正極集電タブを形成するべく切込みが設けられているが、この切込みは封口蓋側で正極芯体とつながった比較的大きな、そしてほぼ直方形の切り起こし部を形成することとなる第１の切込み２３３と、この第１の切込み内に設けられた、そして反蓋側で第１の切込みにつながった、そしてまたほぼ直方形の切り起こし部を形成することとなる第２の切込み２３４とが設けられている。
【００５６】
図９に、この２つの切込み部を切り起こして正極集電タブを形成する様子を示す。
【００５７】
本図は、図１に示す渦巻電極体と封口蓋をその側面から見たものである。
【００５８】
本図の（ａ）、（ｂ）に示すように、第１の切込み部と第２の切込み部とを共に封口蓋側に折り曲げて第１段の集電小部２４１と第２段の集電小部２４２とからなる正極集電タブを形成する。そしてこの際、第２の切込み部の折り曲げ部分は丁度電池外装缶と電池封口蓋の絶縁板５５の下部のセパレータ４１との間に来るようにしている。これを図１０に示す。
【００５９】
本図において、５５は電池封口蓋の絶縁板である。４１は、セパレータである。２３３は、第１の切込みである。２３３１は、その折り曲げ部分である。２４１は第１段の正極集電タブである。２３４は、第２の切込みである。２３４１は、その折り曲げ部分である。２４２は、第２段の正極集電タブである。
【００６０】
また、２５は保護テープである。
【００６１】
さて、本図において、矢印Ａに示すのが、渦巻電極体を電池外装缶内に完全に収納した際に、本図の下部に示す電池外装缶６０の上部開孔端がくる位置である。このため、電池外装缶に渦巻電極を収納し封口蓋をした状態では第２の切込みの折り曲げ部分は丁度渦巻電極体のセパレータ４１と電池外装缶の缶壁間、ひいては多少のスペースのある部分に位置することとなる。
【００６２】
そして、以上の構造により、万が一ユーザの誤操作、過誤等により電池に大きな衝撃が、ひいては集電タブに引張力が作用した場合でも、第２段の切込み部の切り起こし部の曲げがこの衝撃を吸収する、最悪の場合でも少し裂けることにより、集電タブ体の損傷特に完全な破断等を防止することとなる。
【００６３】
次に、この実施例の電池の落下試験結果について説明する。
【００６４】
コンクリート上１．５ｍより、電池をその缶体底部を下方として１００回落下させる試験を行なった。
【００６５】
その結果、従来の電池においては１００個のうち３４個がその内部抵抗が上昇した。（なお、念のため記すならば、正極芯体露出部と電池外装缶内壁とが接触しているため、たとえ正極集電タブが完全に破断しても、内部抵抗が無限大になることはない。）
一方、本実施例の電池では、１００個のうち内部抵抗の上昇したものは１個もなかった。
（第２の実施例）
図１１に、本発明の第２の実施例の要部を示す。
【００６６】
本図の（ａ）は、正極芯体を切欠いて正極集電タブを形成している様子を示す側（平）面図であり、（ｂ）は（ａ）の断面図である。
【００６７】
本図に示すように、本実施例では、第２の切込み２３４の切込み開始端２３４０より少し内部へ入ったところ２３４２で切り起こしを行っている。このため、渦巻電極体と電池封口蓋、外装缶との相対的な位置をこの部分に生じる折り重なり部が吸収する。
【００６８】
しかもこの際、電池外装缶の内壁面と封口蓋の絶縁体下部のスペーサ５６部に折り曲げ部が存在するためスペース的には問題はない。
【００６９】
また、集電タブは２段となっているため、折り重なり部があったところで、長さ的に不足が生じるわけでもない。
【００７０】
以上、本発明の実施の形態を２つの実施例にもとづいて説明してきたが、本発明は何も以上に限定されないのは勿論である。
【００７１】
すなわち、たとえば以下のようにしてもよい。
【００７２】
１）電池外装缶と封口蓋との溶接は、電子ビーム溶接等他の手段としている。
【００７３】
２）電極芯体として、Ｎｉ等他の金属を使用している。
【００７４】
３）電極芯体は、箔でなく非常に細い糸からなる薄いメッシュ等である。
【００７５】
４）電極芯体の厚みは、１５μｍ等本実施の形態より更に薄くしてある。
【００７６】
５）正極でなく負極の集電体に実施している。
【００７７】
６）電池の形状は、ノート型、ほぼ円筒型である。
【００７８】
７）電池の電解液、正極や負極の種類は他のものとしている。
【００７９】
８）電池外装缶は、金属以外の材料をも使用している。
【００８０】
９）切込み開始端に丸みを付ける等他の工夫をも採用している。
【００８１】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本説明によれば簡単な構造で溶接封口電池の集電タブの耐衝撃性が向上する。
【００８２】
ひいては、より耐衝撃性に優れた溶接封口電池となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる溶接封口電池の集電タブの第１実施例の概念構成図である。
【図２】従来技術に係わる溶接封口電池の正極板の構成図である。
【図３】従来技術に係わる溶接封口電池の負極板の構成図である。
【図４】従来技術に係わる溶接封口電池の渦巻電極体の横（水平）断面の構成を示す図である。
【図５】従来技術に係わる溶接封口電池の封口蓋の１例の構成図である。
【図６】従来技術に係わる溶接封口電池の、正極集電タブと封口蓋と電池外装缶との溶接等を中心とした組立時の方法を示す図である。
【図７】従来技術に係わる溶接封口電池の、正極芯体を切込んで形成した集電タブの他の例の図である。
【図８】従来技術に係わる溶接封口電池の封口蓋の他の例の図である。
【図９】本発明に係わる溶接封口電池の第１実施例の正極集電タブ形成の様子を説明するための図である。
【図１０】本発明に係わる溶接封口電池の第１実施例の正極集電タブにおける、切り込み、切り起こし部と電池外装缶の開口端、封口蓋との位置関係を説明するための図である。
【図１１】本発明に係わる溶接封口電池の、第２実施例の要部の構成図である。
【符号の説明】
２０正極板
２１正極芯体
２２正極活物質（スラリー）
２３切込み
２３０切込み部に生じた孔
２３１他の形状の切込み
２３３第１の切込み
２３３１その折り曲げ部分
２３４第２の切込み
２３４０その切込み開始端
２３４１その折り曲げ部分
２３４２その切り起こし点
２４切込みを切り起こした正極集電タブ
２４１第１段の集電タブ
２４２第２段の集電タブ
２５粘着テープ
３０負極板
３１負極芯体
３２負極活物質
３３リード
４０渦巻電極体
４１セパレータ
５０封口蓋
５１封口板
５２絶縁性ガスケット
５３中空キャップ
５４集電端子板
５５絶縁板
５６スペーサ
５７電池キャップ
６０電池外装缶

Claims

封口蓋と、正極板と負極板とをセパレータを介して巻いてなる渦巻電極体と、該渦巻電極体を収納する電池外装缶と、前記渦巻電極体の最外周部分に位置する正極板又は負極板の芯体露出部と、を有する溶接封口電池において、
前記芯体露出部の一部が集電タブを形成し、
前記集電タブは、
前記芯体露出部の一部分を封口蓋方向へ略Ｕ字状に切り起こしてなる第１段集電小部と、前記第１段集電小部の一部分を封口蓋方向へ略Ｕ字状に切り起こしてなる第２段集電小部と、
を備え、
前記第２段集電小部の封口蓋側端部が前記電池外装缶開口縁部と前記封口蓋との間にはさみ込まれて両者と共に溶接されている、
ことを特徴とする溶接封口電池。
前記封口蓋と前記渦巻電極体との間には、下部にスペーサ部を有する絶縁板が配置され、
前記第２段集電小部と前記第１段集電小部とがつながった部分は、前記電池外装缶の内壁面と、前記渦巻電極体のセパレータ部若しくはセパレータ部より上方にある前記スペーサ部との間に位置する、
ことを特徴とする請求項１記載の溶接封口電池。