JP4289820B2 - 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、電池缶の内部に巻き取り電極体が収容されて、電池缶に取り付けられた電極端子機構から巻き取り電極体の発生電力を取り出すことが可能な二次電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、比較的大きな容量の円筒型リチウム二次電池は、図６及び図７に示す様に、筒体(11)の両端部に蓋体(12)(12)を溶接固定してなる円筒状の電池缶(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。両蓋体(12)(12)には、正負一対の電極端子機構(９)(９)が取り付けられており、巻き取り電極体(２)の両極と両電極端子機構(９)(９)とがそれぞれ、複数本の集電タブ(３)により互いに連結されて、巻き取り電極体(２)が発生する電力を一対の電極端子機構(９)(９)から外部に取り出すことが可能となっている。又、蓋体(12)にはガス排出弁(13)が取り付けられている。
【０００３】
巻き取り電極体(２)は、図８に示す様に、リチウム複合酸化物を含む正極(21)と、非水電解液が含浸されたセパレータ(22)と、炭素材料を含む負極(23)とを重ね合わせ、これらを渦巻き状に巻回して構成されている。正極(21)及び負極(23)からは夫々複数本の集電タブ(３)が引き出され、極性が同じ複数本の集電タブ(３)の先端部(31)が図７の如く１つの電極端子機構(９)に接続されている。尚、図７においては、便宜上、一部の集電タブの先端部が電極端子機構(９)に接続されている状態のみを示し、他の集電タブについては、先端部が電極端子機構(９)に接続されている状態の図示を省略している。
【０００４】
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ボルト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)が形成されると共に、該鍔部(92)には、巻き取り電極体(２)へ向けてねじ軸片(96)が突設され、該ねじ軸片(96)にはねじ軸片(96)が螺合している。
蓋体(12)の貫通孔には絶縁パッキング(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、筒体(11)の外側からワッシャ(94)が嵌められると共に、ナット(95)が螺合しており、該ナット(95)を締め付けて、電極端子(91)の鍔部(92)とワッシャ(94)によって絶縁パッキング(93)を挟圧することにより、シール性を高めている。
複数本の集電タブ(３)の先端部(31)は、互いに重ね合わされた状態で、電極端子(91)のねじ軸片(96)に挿通されると共に、鍔部(92)とナット(97)の間に挟持されている。
【０００５】
上記円筒型リチウム二次電池の組立工程においては、先ず、電池缶(１)を構成すべき蓋体(12)に電極端子機構(９)を取り付け、巻き取り電極体(２)から伸びる複数本の集電タブ(３)の先端部(31)を、電極端子(91)のねじ軸片(96)に挿通し、該ねじ軸片(96)にナット(97)をねじ込むことによって、タブ先端部(31)を電極端子機構(９)に連結する。その後、巻き取り電極体(２)を筒体(11)を収納し、該筒体(11)の両開口部に蓋体(12)を溶接固定して、二次電池の組立を終了する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の二次電池においては、蓋体(12)に電極端子(91)を固定した状態で、該電極端子(91)のねじ軸片(96)にナット(97)をねじ込むことによって、複数枚の集電タブ(３)の先端部(31)を鍔部(92)とナット(97)の間に挟持する工程で、ナット(97)の回転に伴ってタブ先端部(31)も回転(伴回り)することとなり、特にナット(97)と直接に接触する集電タブ(３)は、その先端部(31)がナット(97)に強く引きずられて、大きな張力を受けることになる。
この結果、集電タブ(３)に亀裂が発生し、集電タブ(３)が破断に至る虞があった。
【０００７】
この問題に対し、特開平10-289697号公報で提案されている様に、揮発性の液体を潤滑剤としてナット(97)とタブ先端部(31)との接合面に塗布する方法を採用することも可能であるが、該方法によっても集電タブの破断を完全に防止することは出来なかった。
【０００８】
そこで本発明の目的は、組立工程で集電タブが損傷を受ける虞のない二次電池を提供することである。
【０００９】
【課題を解決する為の手段】
本発明に係る二次電池は、電池缶(１)の内部に巻き取り電極体(２)が収容されると共に、電池缶(１)には、巻き取り電極体(２)の発生電力を外部に取り出すための一対の電極端子部が設けられ、巻き取り電極体(２)を構成する正極(21)及び負極(23)の内、少なくとも何れか一方の電極から複数本の集電タブ(３)が引き出され、該集電タブ(３)の先端部が一方の電極端子部に連結されている。該電極端子部は、電池缶(１)を貫通して電池缶(１)に固定された電極端子(91)を具え、該電極端子(91)の基端部には、電池缶(１)内に位置する鍔部(92)が形成されると共に、該鍔部(92)にはねじ軸片(96)が突設され、該ねじ軸片(96)にナット(97)が螺合している。そして、鍔部(92)とナット(97)の間に、前記複数本の集電タブ(３)の先端部(31)が互いに重ね合わされた状態で挟持されている。
【００１０】
ここで、第１の発明においては、互いに重ね合わされた集電タブ(３)の先端部(31)とナット(97)との間に、金属箔(４)が介在している。
該二次電池においては、電極端子(91)のねじ軸片(96)に複数本の集電タブ(３)の先端部(31)を挿通し、ねじ軸片(96)に対してナット(97)をねじ込む工程で、互いに重ね合わされたタブ先端部(31)とナット(97)との間に、金属箔(４)が介在しており、ナット(97)は該金属箔(４)と直接に接触しているので、ナット(97)の回転トルクは金属箔(４)の表面に直接に作用する。この結果、金属箔(４)はナット(97)との間に滑りを発生させながら伴回りすることになるが、該金属箔(４)と直接に接触する集電タブ(３)は、該金属箔(４)の回転に僅かに引きずられるに過ぎず、殆ど伴回りすることはない。又、金属箔(４)自体の塑性変形(皺の発生)によって、ナット(97)が集電タブ(３)に与える回転トルクが緩和される。従って、該集電タブ(３)に大きな張力は作用せず、集電タブ(３)の損傷が防止される。
【００１１】
尚、互いに重ね合わせた集電タブ(３)の先端部(31)と鍔部(92)との間にも、金属箔(４)を挟み込んだ構成も採用可能である。
又、金属箔(４)は、集電タブ(３)と同じ材質から形成することが可能であり、これによって、巻き取り電極体(２)から集電タブ(３)を経て電極端子(91)に至る電流経路の導電性を高く維持することが出来る。
【００１２】
第２の発明においては、互いに重ね合わされた集電タブ(３)の先端部(31)とナット(97)との間に、タブ先端部(31)へ向けて複数本のスパイク(52)を突設した金属製のワッシャ(５)が介在している。
該二次電池においては、電極端子(91)のねじ軸片(96)に複数本の集電タブ(３)の先端部(31)を挿通し、ねじ軸片(96)に対してナット(97)をねじ込む工程で、互いに重ね合わされたタブ先端部(31)とナット(97)との間でワッシャ(５)が挟圧され、これによって、該ワッシャ(５)に突設されたスパイク(52)がタブ先端部(31)に食い込むことになり、互いに重ね合わされた集電タブ(３)の先端部(31)とワッシャ(５)とが互いに相対回転不能に連結される。これに対し、ワッシャ(５)のスパイクの突設されていない表面は滑らかであり、該表面とナット(97)との間の摩擦係数は小さいため、ワッシャ(５)との間に滑りを発生させながらナット(97)のみが回転し、ワッシャ(５)が回転することはない。従って、集電タブ(３)に張力は作用せず、集電タブ(３)の損傷が防止される。
又、ワッシャ(５)のスパイク(52)が集電タブ(３)の先端部(31)に食い込むことによって、ワッシャ(５)とタブ先端部(31)の間の接触抵抗が低くなり、電池の出力が増大する。
【００１３】
具体的構成においては更に、互いに重ね合わされた集電タブ(３)の先端部(31)と電極端子(91)の鍔部(92)との間に、タブ先端部(31)へ向けて複数本のスパイク(52)を突設した金属製のワッシャ(５)が介在している。
従って、互いに重ね合わされた集電タブ(３)の先端部(31)が２枚のワッシャ(５)(５)によって挟み込まれ、これらが一体化されて、電極端子(91)の鍔部(92)とナット(97)との間に挟持される。
ここで、一方のワッシャ(５)に突設された複数本のスパイク(52)の位置と他方のワッシャ(５)に突設された複数本のスパイク(52)の位置とを、互いに半径方向にずらすことによって、ナット(97)のねじ込みに伴うスパイクどうしの衝突を回避することが出来る。
【００１４】
【発明の効果】
本発明に係る二次電池によれば、組立工程におけるナット(97)のねじ込みに伴って集電タブ(３)の先端部(31)が大きく回転することはないので、集電タブ(３)が損傷を受ける虞はない。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を円筒型リチウム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。
第１実施例
本実施例の円筒型リチウム二次電池は、図１に示す様に、筒体(11)の両端部に蓋体(12)(12)を溶接固定してなる円筒状の電池缶(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。両蓋体(12)(12)には、正負一対の電極端子機構(90)(90)が取り付けられており、巻き取り電極体(２)と電極端子機構(90)とが複数本の集電タブ(３)により互いに連結されて、巻き取り電極体(２)が発生する電力を一対の電極端子機構(90)(90)から外部に取り出すことが可能となっている。又、蓋体(12)にはガス排出弁(13)が取り付けられている。
尚、図１においては、便宜上、一部の集電タブ(３)の先端部(31)が電極端子機構(90)に接続されている状態のみを示し、他の集電タブについては、先端部が電極端子機構(90)に接続されている状態の図示を省略している。
【００１６】
電極端子機構(90)は、電池缶(１)の蓋体(12)を貫通して取り付けられたボルト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)が形成されると共に、該鍔部(92)には、巻き取り電極体(２)へ向けてねじ軸片(96)が突設され、該ねじ軸片(96)にはねじ軸片(96)が螺合している。
蓋体(12)の貫通孔には絶縁パッキング(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、筒体(11)の外側からワッシャ(94)が嵌められると共に、ナット(95)が螺合しており、該ナット(95)を締め付けて、電極端子(91)の鍔部(92)とワッシャ(94)によって絶縁パッキング(93)を挟圧することにより、シール性を高めている。
複数本の集電タブ(３)の先端部(31)は、互いに重ね合わされた状態で、電極端子(91)のねじ軸片(96)に挿通されると共に、鍔部(92)とナット(97)の間に挟持されている。
【００１７】
又、互いに重ね合わされた複数本の集電タブ(３)の先端部(31)とナット(97)との間には、金属箔(４)が介在している。
尚、正極側の電極端子機構(90)において、集電タブ(３)、金属箔(４)及びナット(97)はそれぞれアルミニウム製である。これに対し、負極側の電極端子機構(90)において、集電タブ(３)及び金属箔(４)は銅製、ナット(97)は銅製の母材にニッケルメッキを施したものである。又、正極側のアルミニウム製の金属箔(４)は厚さ１００μｍ程度、負極側の銅製の金属箔(４)は厚さ５０〜１００μｍ程度に形成されている。
【００１８】
次に、上記円筒型リチウム二次電池の製造方法について説明する。
正極の作製
正極活物質としてのコバルト酸リチウム(ＬｉＣｏＯ)と、導電剤としての炭素と、結着剤であるポリフッ化ビニリデンとを９０：５：５の重量比で混合し、これにＮ−メチル−２−ピロリドン(ＮＭＰ)を加えることによって、スラリーを調製する。このスラリーを正極集電体としてのアルミニウム箔の両面にドクターブレード法により塗布し、１５０℃で２時間の真空乾燥を施して、正極を得る。
【００１９】
負極の作製
結着剤であるポリフッ化ビニリデンをＮＭＰに溶解させてＮＭＰ溶液を調製する。そして、黒鉛粉末をポリフッ化ビニリデンとの重量比が９５：５となる様に混練してスラリーを調製する。このスラリーを負極集電体としての銅箔の両面にドクターブレード法により塗布し、１５０℃で２時間の真空乾燥を施して、負極を得る。
【００２０】
電解液の調製
エチレンカーボネートとジエルチルカーボネートを体積比１：１で混合した溶媒に、ＬｉＰＦ６を１ｍｏｌ／ｌの割合で溶解し、電解液を調製する。
【００２１】
巻き取り電極体 ( ２ ) の作製
正極を構成しているアルミニウム箔の表面に、アルミニウム製の集電タブを１０本、一定間隔で溶接すると共に、負極を構成している銅箔の表面に、銅製の集電タブを１０本、一定間隔で溶接する。そして、正極と負極の間にセパレータを挟んで渦巻き状に巻回し、巻き取り電極体を構成する。尚、セパレータとしては、イオン透過性のポリエチレン製の微多孔性膜を採用する。
【００２２】
組立工程
図２に示す如く、電池缶を構成する蓋体(12)に電極端子機構(90)を取り付け、電極端子(91)のねじ軸片(96)に、巻き取り電極体から伸びる１０本の集電タブの先端部(31)を挿通した後、金属箔(４)を挿通し、該ねじ軸片(96)にナット(97)をねじ込むことによって、タブ先端部(31)を電極端子機構(90)に連結する。
尚、電池缶はアルミニウム製であって、外径４５ｍｍ、高さ１５０ｍｍに形成する。正極側の金属箔(４)はアルミニウム製であって、厚さ１００μｍ、負極側の金属箔(４)は銅製であって、厚さ１００μｍである。又、ナット(97)の締め付けトルクは２９４Ｎ・ｍとする。
最後に、図１に示す如く、巻き取り電極体(２)を筒体(11)を収納し、該筒体(11)の両開口部に蓋体(12)を溶接固定して、円筒型リチウム二次電池の組立を終了する。
【００２３】
上記円筒型リチウム二次電池の組立構成においては、ねじ軸片(96)に対してナット(97)をねじ込む工程で、互いに重ね合わされたタブ先端部(31)とナット(97)との間に金属箔(４)が介在して、集電タブ(３)の伴回りを抑制するため、集電タブ(３)に大きな張力は作用せず、集電タブ(３)の損傷が防止される。
【００２４】
上述の製造方法によって第１実施例の円筒型リチウム二次電池(実施例電池)を作製すると共に、金属箔(４)を具えていないことを除いて実施例電池と同一構成の円筒型リチウム二次電池(比較例電池１)と、金属箔(４)を具えず且つナット(97)とタブ先端部(31)との接合面に揮発性溶剤であるメタノールを塗布してナット(97)の締め付けを行なったことを除いて実施例電池と同一構成の円筒型リチウム二次電池(比較例電池２)とを作製し、それぞれナット(97)の締め付け後の集電タブ(３)の状態を観察した。尚、比較例電池１及び比較例電池２におけるナット(97)の締め付けトルクは実施例電池と同じである。
この結果、実施例電池では、全ての集電タブ(３)に全く異常が無かったのに対し、比較例電池１においては、集電タブ(３)に多数の亀裂が発見された。更に比較例電池２においても、集電タブ(３)に幾つかの亀裂が発見された。このことから、本発明の金属箔(４)を用いた伴回り防止構造の効果が確認された。
【００２５】
第２実施例
本実施例の円筒型リチウム二次電池は、図３に示す如く、複数本の集電タブ(３)の先端部(31)が、互いに重ね合わされた状態で、電極端子(91)のねじ軸片(96)に挿通されると共に、鍔部(92)とナット(97)の間に挟持されている構成において、上記第１実施例と同様であるが、互いに重ね合わされたタブ先端部(31)を挟んで両側には、ステンレス鋼製のワッシャ(５)(５)が設置され、電極端子(91)の鍔部(92)とナット(97)の間で挟圧されている。電極端子機構(90)のその他の構成は、第１実施例と同一である。
尚、図３においては、便宜上、一部の集電タブ(３)の先端部(31)が電極端子機構(90)に接続されている状態のみを示し、他の集電タブについては、先端部が電極端子機構(90)に接続されている状態の図示を省略している。
【００２６】
ワッシャ(５)は、図５に示す如く平板状本体(51)の片面に、円錐状を呈する複数本のスパイク(52)を突設したものであって、図４に示す如く、ナット(97)側のワッシャ(５)は、スパイク(52)をタブ先端部(31)へ向けて設置され、鍔部(92)側のワッシャ(５)は、スパイク(52)をタブ先端部(31)へ向けて設置されている。スパイク(52)の高さは例えば１.５ｍｍである。
従って、電極端子(91)のねじ軸片(96)に対してナット(97)を締め付けることによって、ワッシャ(５)のスパイク(52)がタブ先端部(31)へ食い込み、重ね合わされたタブ先端部(31)と両ワッシャ(５)(５)とは互いに相対回転不能に一体化されることになる。
【００２７】
尚、２枚のワッシャ(５)(５)の内、一方のワッシャ(５)は、複数本のスパイク(52)が平板状本体(51)の内周寄りに突設され、他方のワッシャ(５)は、複数本のスパイク(52)が平板状本体(51)の外周寄りに突設されており、これによってスパイクどうしの衝突を回避している。
【００２８】
次に、上記円筒型リチウム二次電池の製造方法について説明する。正極及び負極の作製方法、電解液の調製方法、及び巻き取り電極体の作製方法は、上記第１実施例と同一である。但し、集電タブ(３)は、正極(21)及び負極(23)にそれぞれ１５本ずつ突設する。
【００２９】
組立工程においては、図４に示す如く、電池缶を構成する蓋体(12)に電極端子機構(90)を取り付け、電極端子(91)のねじ軸片(96)に、スパイク(52)を下方に向けたワッシャ(５)、巻き取り電極体から伸びる１５本の集電タブの先端部(31)、及びスパイク(52)を上方に向けたワッシャ(５)を挿通した後、該ねじ軸片(96)にナット(97)をねじ込むことによって、タブ先端部(31)を電極端子機構(90)に連結する。ここで、互いに重ね合わされた１５本の集電タブ(３)の先端部(31)の厚さは１.６ｍｍとなる。尚、ナット(97)の締め付けトルクは２９４Ｎ・ｍとする。
最後に、図３に示す如く、巻き取り電極体(２)を筒体(11)を収納し、該筒体(11)の両開口部に蓋体(12)を溶接固定して、円筒型リチウム二次電池の組立を終了する。
【００３０】
上記円筒型リチウム二次電池の組立工程においては、ねじ軸片(96)に対してナット(97)をねじ込むことによって、両ワッシャ(５)(５)のスパイク(52)がタブ先端部(31)に食い込んで、互いに重ね合わされたタブ先端部(31)と両ワッシャ(５)(５)とが互いに相対回転不能に連結される。これに対し、ワッシャ(５)のスパイクの突設されていない表面は滑らかであるため、ナット(97)のみが回転し、ワッシャ(５)が回転することはない。従って、集電タブ(３)に張力は作用せず、集電タブ(３)の損傷が防止される。
又、ワッシャ(５)のスパイク(52)が集電タブ(３)の先端部(31)に食い込むことによって、ワッシャ(５)とタブ先端部(31)との間の接触抵抗が低くなる。
【００３１】
上述の製造方法によって第２実施例の円筒型リチウム二次電池(実施例電池)を作製すると共に、スパイク(52)を具えない２枚の平板状ワッシャを配備したことを除いて実施例電池と同一構成の円筒型リチウム二次電池(比較例)とを作製し、それぞれナット(97)の締め付け後の集電タブ(３)の状態を観察した。尚、比較例電池におけるナット(97)の締め付けトルクは実施例電池と同じである。
この結果、実施例電池では、全ての集電タブ(３)に全く異常が無かったのに対し、比較例電池においては、集電タブ(３)に亀裂や切断箇所が発見された。このことから、本発明のスパイク付きワッシャ(５)を用いた伴回り防止構造の効果が確認された。
【００３２】
又、電極端子(91)と集電タブ(３)との間の電気抵抗(１ｋＨｚ交流インピーダンス)を測定したところ、実施例電池では、正極側の電極端子と集電タブとの間の電気抵抗が０.４３ｍΩ、負極側の電極端子と集電タブとの間の電気抵抗が０.５２ｍΩであったのに対し、比較例電池では、正極側の電極端子と集電タブとの間の電気抵抗が０.５５ｍΩ、負極側の電極端子と集電タブとの間の電気抵抗が０.６２ｍΩであった。このことから、本発明のスパイク付きワッシャ(５)による接触抵抗低減効果が確認された。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における第１実施例の二次電池の断面図である。
【図２】該二次電池の電極端子機構の組立工程を説明する一部破断正面図である。
【図３】本発明における第２実施例の二次電池の断面図である。
【図４】該二次電池の電極端子機構の組立構成を説明する一部破断正面図である。
【図５】ワッシャの拡大斜視図である。
【図６】二次電池の外観を示す斜視図である。
【図７】従来の二次電池の断面図である。
【図８】巻き取り電極体の一部展開斜視図である。
【符号の説明】
(１) 電池缶
(11) 筒体
(12) 蓋体
(２) 巻き取り電極体
(21) 正極
(22) セパレータ
(23) 負極
(３) 集電タブ
(31) タブ先端部
(４) 金属箔
(５) ワッシャ
(52) スパイク
(90) 電極端子機構
(91) 電極端子
(92) 鍔部
(96) ねじ軸片
(97) ナット
【発明の属する技術分野】
本発明は、電池缶の内部に巻き取り電極体が収容されて、電池缶に取り付けられた電極端子機構から巻き取り電極体の発生電力を取り出すことが可能な二次電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、比較的大きな容量の円筒型リチウム二次電池は、図６及び図７に示す様に、筒体(11)の両端部に蓋体(12)(12)を溶接固定してなる円筒状の電池缶(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。両蓋体(12)(12)には、正負一対の電極端子機構(９)(９)が取り付けられており、巻き取り電極体(２)の両極と両電極端子機構(９)(９)とがそれぞれ、複数本の集電タブ(３)により互いに連結されて、巻き取り電極体(２)が発生する電力を一対の電極端子機構(９)(９)から外部に取り出すことが可能となっている。又、蓋体(12)にはガス排出弁(13)が取り付けられている。
【０００３】
巻き取り電極体(２)は、図８に示す様に、リチウム複合酸化物を含む正極(21)と、非水電解液が含浸されたセパレータ(22)と、炭素材料を含む負極(23)とを重ね合わせ、これらを渦巻き状に巻回して構成されている。正極(21)及び負極(23)からは夫々複数本の集電タブ(３)が引き出され、極性が同じ複数本の集電タブ(３)の先端部(31)が図７の如く１つの電極端子機構(９)に接続されている。尚、図７においては、便宜上、一部の集電タブの先端部が電極端子機構(９)に接続されている状態のみを示し、他の集電タブについては、先端部が電極端子機構(９)に接続されている状態の図示を省略している。
【０００４】
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ボルト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)が形成されると共に、該鍔部(92)には、巻き取り電極体(２)へ向けてねじ軸片(96)が突設され、該ねじ軸片(96)にはねじ軸片(96)が螺合している。
蓋体(12)の貫通孔には絶縁パッキング(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、筒体(11)の外側からワッシャ(94)が嵌められると共に、ナット(95)が螺合しており、該ナット(95)を締め付けて、電極端子(91)の鍔部(92)とワッシャ(94)によって絶縁パッキング(93)を挟圧することにより、シール性を高めている。
複数本の集電タブ(３)の先端部(31)は、互いに重ね合わされた状態で、電極端子(91)のねじ軸片(96)に挿通されると共に、鍔部(92)とナット(97)の間に挟持されている。
【０００５】
上記円筒型リチウム二次電池の組立工程においては、先ず、電池缶(１)を構成すべき蓋体(12)に電極端子機構(９)を取り付け、巻き取り電極体(２)から伸びる複数本の集電タブ(３)の先端部(31)を、電極端子(91)のねじ軸片(96)に挿通し、該ねじ軸片(96)にナット(97)をねじ込むことによって、タブ先端部(31)を電極端子機構(９)に連結する。その後、巻き取り電極体(２)を筒体(11)を収納し、該筒体(11)の両開口部に蓋体(12)を溶接固定して、二次電池の組立を終了する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の二次電池においては、蓋体(12)に電極端子(91)を固定した状態で、該電極端子(91)のねじ軸片(96)にナット(97)をねじ込むことによって、複数枚の集電タブ(３)の先端部(31)を鍔部(92)とナット(97)の間に挟持する工程で、ナット(97)の回転に伴ってタブ先端部(31)も回転(伴回り)することとなり、特にナット(97)と直接に接触する集電タブ(３)は、その先端部(31)がナット(97)に強く引きずられて、大きな張力を受けることになる。
この結果、集電タブ(３)に亀裂が発生し、集電タブ(３)が破断に至る虞があった。
【０００７】
この問題に対し、特開平10-289697号公報で提案されている様に、揮発性の液体を潤滑剤としてナット(97)とタブ先端部(31)との接合面に塗布する方法を採用することも可能であるが、該方法によっても集電タブの破断を完全に防止することは出来なかった。
【０００８】
そこで本発明の目的は、組立工程で集電タブが損傷を受ける虞のない二次電池を提供することである。
【０００９】
【課題を解決する為の手段】
本発明に係る二次電池は、電池缶(１)の内部に巻き取り電極体(２)が収容されると共に、電池缶(１)には、巻き取り電極体(２)の発生電力を外部に取り出すための一対の電極端子部が設けられ、巻き取り電極体(２)を構成する正極(21)及び負極(23)の内、少なくとも何れか一方の電極から複数本の集電タブ(３)が引き出され、該集電タブ(３)の先端部が一方の電極端子部に連結されている。該電極端子部は、電池缶(１)を貫通して電池缶(１)に固定された電極端子(91)を具え、該電極端子(91)の基端部には、電池缶(１)内に位置する鍔部(92)が形成されると共に、該鍔部(92)にはねじ軸片(96)が突設され、該ねじ軸片(96)にナット(97)が螺合している。そして、鍔部(92)とナット(97)の間に、前記複数本の集電タブ(３)の先端部(31)が互いに重ね合わされた状態で挟持されている。
【００１０】
ここで、第１の発明においては、互いに重ね合わされた集電タブ(３)の先端部(31)とナット(97)との間に、金属箔(４)が介在している。
該二次電池においては、電極端子(91)のねじ軸片(96)に複数本の集電タブ(３)の先端部(31)を挿通し、ねじ軸片(96)に対してナット(97)をねじ込む工程で、互いに重ね合わされたタブ先端部(31)とナット(97)との間に、金属箔(４)が介在しており、ナット(97)は該金属箔(４)と直接に接触しているので、ナット(97)の回転トルクは金属箔(４)の表面に直接に作用する。この結果、金属箔(４)はナット(97)との間に滑りを発生させながら伴回りすることになるが、該金属箔(４)と直接に接触する集電タブ(３)は、該金属箔(４)の回転に僅かに引きずられるに過ぎず、殆ど伴回りすることはない。又、金属箔(４)自体の塑性変形(皺の発生)によって、ナット(97)が集電タブ(３)に与える回転トルクが緩和される。従って、該集電タブ(３)に大きな張力は作用せず、集電タブ(３)の損傷が防止される。
【００１１】
尚、互いに重ね合わせた集電タブ(３)の先端部(31)と鍔部(92)との間にも、金属箔(４)を挟み込んだ構成も採用可能である。
又、金属箔(４)は、集電タブ(３)と同じ材質から形成することが可能であり、これによって、巻き取り電極体(２)から集電タブ(３)を経て電極端子(91)に至る電流経路の導電性を高く維持することが出来る。
【００１２】
第２の発明においては、互いに重ね合わされた集電タブ(３)の先端部(31)とナット(97)との間に、タブ先端部(31)へ向けて複数本のスパイク(52)を突設した金属製のワッシャ(５)が介在している。
該二次電池においては、電極端子(91)のねじ軸片(96)に複数本の集電タブ(３)の先端部(31)を挿通し、ねじ軸片(96)に対してナット(97)をねじ込む工程で、互いに重ね合わされたタブ先端部(31)とナット(97)との間でワッシャ(５)が挟圧され、これによって、該ワッシャ(５)に突設されたスパイク(52)がタブ先端部(31)に食い込むことになり、互いに重ね合わされた集電タブ(３)の先端部(31)とワッシャ(５)とが互いに相対回転不能に連結される。これに対し、ワッシャ(５)のスパイクの突設されていない表面は滑らかであり、該表面とナット(97)との間の摩擦係数は小さいため、ワッシャ(５)との間に滑りを発生させながらナット(97)のみが回転し、ワッシャ(５)が回転することはない。従って、集電タブ(３)に張力は作用せず、集電タブ(３)の損傷が防止される。
又、ワッシャ(５)のスパイク(52)が集電タブ(３)の先端部(31)に食い込むことによって、ワッシャ(５)とタブ先端部(31)の間の接触抵抗が低くなり、電池の出力が増大する。
【００１３】
具体的構成においては更に、互いに重ね合わされた集電タブ(３)の先端部(31)と電極端子(91)の鍔部(92)との間に、タブ先端部(31)へ向けて複数本のスパイク(52)を突設した金属製のワッシャ(５)が介在している。
従って、互いに重ね合わされた集電タブ(３)の先端部(31)が２枚のワッシャ(５)(５)によって挟み込まれ、これらが一体化されて、電極端子(91)の鍔部(92)とナット(97)との間に挟持される。
ここで、一方のワッシャ(５)に突設された複数本のスパイク(52)の位置と他方のワッシャ(５)に突設された複数本のスパイク(52)の位置とを、互いに半径方向にずらすことによって、ナット(97)のねじ込みに伴うスパイクどうしの衝突を回避することが出来る。
【００１４】
【発明の効果】
本発明に係る二次電池によれば、組立工程におけるナット(97)のねじ込みに伴って集電タブ(３)の先端部(31)が大きく回転することはないので、集電タブ(３)が損傷を受ける虞はない。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を円筒型リチウム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。
第１実施例
本実施例の円筒型リチウム二次電池は、図１に示す様に、筒体(11)の両端部に蓋体(12)(12)を溶接固定してなる円筒状の電池缶(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。両蓋体(12)(12)には、正負一対の電極端子機構(90)(90)が取り付けられており、巻き取り電極体(２)と電極端子機構(90)とが複数本の集電タブ(３)により互いに連結されて、巻き取り電極体(２)が発生する電力を一対の電極端子機構(90)(90)から外部に取り出すことが可能となっている。又、蓋体(12)にはガス排出弁(13)が取り付けられている。
尚、図１においては、便宜上、一部の集電タブ(３)の先端部(31)が電極端子機構(90)に接続されている状態のみを示し、他の集電タブについては、先端部が電極端子機構(90)に接続されている状態の図示を省略している。
【００１６】
電極端子機構(90)は、電池缶(１)の蓋体(12)を貫通して取り付けられたボルト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)が形成されると共に、該鍔部(92)には、巻き取り電極体(２)へ向けてねじ軸片(96)が突設され、該ねじ軸片(96)にはねじ軸片(96)が螺合している。
蓋体(12)の貫通孔には絶縁パッキング(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、筒体(11)の外側からワッシャ(94)が嵌められると共に、ナット(95)が螺合しており、該ナット(95)を締め付けて、電極端子(91)の鍔部(92)とワッシャ(94)によって絶縁パッキング(93)を挟圧することにより、シール性を高めている。
複数本の集電タブ(３)の先端部(31)は、互いに重ね合わされた状態で、電極端子(91)のねじ軸片(96)に挿通されると共に、鍔部(92)とナット(97)の間に挟持されている。
【００１７】
又、互いに重ね合わされた複数本の集電タブ(３)の先端部(31)とナット(97)との間には、金属箔(４)が介在している。
尚、正極側の電極端子機構(90)において、集電タブ(３)、金属箔(４)及びナット(97)はそれぞれアルミニウム製である。これに対し、負極側の電極端子機構(90)において、集電タブ(３)及び金属箔(４)は銅製、ナット(97)は銅製の母材にニッケルメッキを施したものである。又、正極側のアルミニウム製の金属箔(４)は厚さ１００μｍ程度、負極側の銅製の金属箔(４)は厚さ５０〜１００μｍ程度に形成されている。
【００１８】
次に、上記円筒型リチウム二次電池の製造方法について説明する。
正極の作製
正極活物質としてのコバルト酸リチウム(ＬｉＣｏＯ)と、導電剤としての炭素と、結着剤であるポリフッ化ビニリデンとを９０：５：５の重量比で混合し、これにＮ−メチル−２−ピロリドン(ＮＭＰ)を加えることによって、スラリーを調製する。このスラリーを正極集電体としてのアルミニウム箔の両面にドクターブレード法により塗布し、１５０℃で２時間の真空乾燥を施して、正極を得る。
【００１９】
負極の作製
結着剤であるポリフッ化ビニリデンをＮＭＰに溶解させてＮＭＰ溶液を調製する。そして、黒鉛粉末をポリフッ化ビニリデンとの重量比が９５：５となる様に混練してスラリーを調製する。このスラリーを負極集電体としての銅箔の両面にドクターブレード法により塗布し、１５０℃で２時間の真空乾燥を施して、負極を得る。
【００２０】
電解液の調製
エチレンカーボネートとジエルチルカーボネートを体積比１：１で混合した溶媒に、ＬｉＰＦ６を１ｍｏｌ／ｌの割合で溶解し、電解液を調製する。
【００２１】
巻き取り電極体 ( ２ ) の作製
正極を構成しているアルミニウム箔の表面に、アルミニウム製の集電タブを１０本、一定間隔で溶接すると共に、負極を構成している銅箔の表面に、銅製の集電タブを１０本、一定間隔で溶接する。そして、正極と負極の間にセパレータを挟んで渦巻き状に巻回し、巻き取り電極体を構成する。尚、セパレータとしては、イオン透過性のポリエチレン製の微多孔性膜を採用する。
【００２２】
組立工程
図２に示す如く、電池缶を構成する蓋体(12)に電極端子機構(90)を取り付け、電極端子(91)のねじ軸片(96)に、巻き取り電極体から伸びる１０本の集電タブの先端部(31)を挿通した後、金属箔(４)を挿通し、該ねじ軸片(96)にナット(97)をねじ込むことによって、タブ先端部(31)を電極端子機構(90)に連結する。
尚、電池缶はアルミニウム製であって、外径４５ｍｍ、高さ１５０ｍｍに形成する。正極側の金属箔(４)はアルミニウム製であって、厚さ１００μｍ、負極側の金属箔(４)は銅製であって、厚さ１００μｍである。又、ナット(97)の締め付けトルクは２９４Ｎ・ｍとする。
最後に、図１に示す如く、巻き取り電極体(２)を筒体(11)を収納し、該筒体(11)の両開口部に蓋体(12)を溶接固定して、円筒型リチウム二次電池の組立を終了する。
【００２３】
上記円筒型リチウム二次電池の組立構成においては、ねじ軸片(96)に対してナット(97)をねじ込む工程で、互いに重ね合わされたタブ先端部(31)とナット(97)との間に金属箔(４)が介在して、集電タブ(３)の伴回りを抑制するため、集電タブ(３)に大きな張力は作用せず、集電タブ(３)の損傷が防止される。
【００２４】
上述の製造方法によって第１実施例の円筒型リチウム二次電池(実施例電池)を作製すると共に、金属箔(４)を具えていないことを除いて実施例電池と同一構成の円筒型リチウム二次電池(比較例電池１)と、金属箔(４)を具えず且つナット(97)とタブ先端部(31)との接合面に揮発性溶剤であるメタノールを塗布してナット(97)の締め付けを行なったことを除いて実施例電池と同一構成の円筒型リチウム二次電池(比較例電池２)とを作製し、それぞれナット(97)の締め付け後の集電タブ(３)の状態を観察した。尚、比較例電池１及び比較例電池２におけるナット(97)の締め付けトルクは実施例電池と同じである。
この結果、実施例電池では、全ての集電タブ(３)に全く異常が無かったのに対し、比較例電池１においては、集電タブ(３)に多数の亀裂が発見された。更に比較例電池２においても、集電タブ(３)に幾つかの亀裂が発見された。このことから、本発明の金属箔(４)を用いた伴回り防止構造の効果が確認された。
【００２５】
第２実施例
本実施例の円筒型リチウム二次電池は、図３に示す如く、複数本の集電タブ(３)の先端部(31)が、互いに重ね合わされた状態で、電極端子(91)のねじ軸片(96)に挿通されると共に、鍔部(92)とナット(97)の間に挟持されている構成において、上記第１実施例と同様であるが、互いに重ね合わされたタブ先端部(31)を挟んで両側には、ステンレス鋼製のワッシャ(５)(５)が設置され、電極端子(91)の鍔部(92)とナット(97)の間で挟圧されている。電極端子機構(90)のその他の構成は、第１実施例と同一である。
尚、図３においては、便宜上、一部の集電タブ(３)の先端部(31)が電極端子機構(90)に接続されている状態のみを示し、他の集電タブについては、先端部が電極端子機構(90)に接続されている状態の図示を省略している。
【００２６】
ワッシャ(５)は、図５に示す如く平板状本体(51)の片面に、円錐状を呈する複数本のスパイク(52)を突設したものであって、図４に示す如く、ナット(97)側のワッシャ(５)は、スパイク(52)をタブ先端部(31)へ向けて設置され、鍔部(92)側のワッシャ(５)は、スパイク(52)をタブ先端部(31)へ向けて設置されている。スパイク(52)の高さは例えば１.５ｍｍである。
従って、電極端子(91)のねじ軸片(96)に対してナット(97)を締め付けることによって、ワッシャ(５)のスパイク(52)がタブ先端部(31)へ食い込み、重ね合わされたタブ先端部(31)と両ワッシャ(５)(５)とは互いに相対回転不能に一体化されることになる。
【００２７】
尚、２枚のワッシャ(５)(５)の内、一方のワッシャ(５)は、複数本のスパイク(52)が平板状本体(51)の内周寄りに突設され、他方のワッシャ(５)は、複数本のスパイク(52)が平板状本体(51)の外周寄りに突設されており、これによってスパイクどうしの衝突を回避している。
【００２８】
次に、上記円筒型リチウム二次電池の製造方法について説明する。正極及び負極の作製方法、電解液の調製方法、及び巻き取り電極体の作製方法は、上記第１実施例と同一である。但し、集電タブ(３)は、正極(21)及び負極(23)にそれぞれ１５本ずつ突設する。
【００２９】
組立工程においては、図４に示す如く、電池缶を構成する蓋体(12)に電極端子機構(90)を取り付け、電極端子(91)のねじ軸片(96)に、スパイク(52)を下方に向けたワッシャ(５)、巻き取り電極体から伸びる１５本の集電タブの先端部(31)、及びスパイク(52)を上方に向けたワッシャ(５)を挿通した後、該ねじ軸片(96)にナット(97)をねじ込むことによって、タブ先端部(31)を電極端子機構(90)に連結する。ここで、互いに重ね合わされた１５本の集電タブ(３)の先端部(31)の厚さは１.６ｍｍとなる。尚、ナット(97)の締め付けトルクは２９４Ｎ・ｍとする。
最後に、図３に示す如く、巻き取り電極体(２)を筒体(11)を収納し、該筒体(11)の両開口部に蓋体(12)を溶接固定して、円筒型リチウム二次電池の組立を終了する。
【００３０】
上記円筒型リチウム二次電池の組立工程においては、ねじ軸片(96)に対してナット(97)をねじ込むことによって、両ワッシャ(５)(５)のスパイク(52)がタブ先端部(31)に食い込んで、互いに重ね合わされたタブ先端部(31)と両ワッシャ(５)(５)とが互いに相対回転不能に連結される。これに対し、ワッシャ(５)のスパイクの突設されていない表面は滑らかであるため、ナット(97)のみが回転し、ワッシャ(５)が回転することはない。従って、集電タブ(３)に張力は作用せず、集電タブ(３)の損傷が防止される。
又、ワッシャ(５)のスパイク(52)が集電タブ(３)の先端部(31)に食い込むことによって、ワッシャ(５)とタブ先端部(31)との間の接触抵抗が低くなる。
【００３１】
上述の製造方法によって第２実施例の円筒型リチウム二次電池(実施例電池)を作製すると共に、スパイク(52)を具えない２枚の平板状ワッシャを配備したことを除いて実施例電池と同一構成の円筒型リチウム二次電池(比較例)とを作製し、それぞれナット(97)の締め付け後の集電タブ(３)の状態を観察した。尚、比較例電池におけるナット(97)の締め付けトルクは実施例電池と同じである。
この結果、実施例電池では、全ての集電タブ(３)に全く異常が無かったのに対し、比較例電池においては、集電タブ(３)に亀裂や切断箇所が発見された。このことから、本発明のスパイク付きワッシャ(５)を用いた伴回り防止構造の効果が確認された。
【００３２】
又、電極端子(91)と集電タブ(３)との間の電気抵抗(１ｋＨｚ交流インピーダンス)を測定したところ、実施例電池では、正極側の電極端子と集電タブとの間の電気抵抗が０.４３ｍΩ、負極側の電極端子と集電タブとの間の電気抵抗が０.５２ｍΩであったのに対し、比較例電池では、正極側の電極端子と集電タブとの間の電気抵抗が０.５５ｍΩ、負極側の電極端子と集電タブとの間の電気抵抗が０.６２ｍΩであった。このことから、本発明のスパイク付きワッシャ(５)による接触抵抗低減効果が確認された。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における第１実施例の二次電池の断面図である。
【図２】該二次電池の電極端子機構の組立工程を説明する一部破断正面図である。
【図３】本発明における第２実施例の二次電池の断面図である。
【図４】該二次電池の電極端子機構の組立構成を説明する一部破断正面図である。
【図５】ワッシャの拡大斜視図である。
【図６】二次電池の外観を示す斜視図である。
【図７】従来の二次電池の断面図である。
【図８】巻き取り電極体の一部展開斜視図である。
【符号の説明】
(１) 電池缶
(11) 筒体
(12) 蓋体
(２) 巻き取り電極体
(21) 正極
(22) セパレータ
(23) 負極
(３) 集電タブ
(31) タブ先端部
(４) 金属箔
(５) ワッシャ
(52) スパイク
(90) 電極端子機構
(91) 電極端子
(92) 鍔部
(96) ねじ軸片
(97) ナット
Claims (6)
- 電池缶(１)の内部に巻き取り電極体(２)が収容されると共に、電池缶(１)には、巻き取り電極体(２)の発生電力を外部に取り出すための一対の電極端子部が設けられ、巻き取り電極体(２)を構成する正極(21)及び負極(23)の内、少なくとも何れか一方の電極から複数本の集電タブ(３)が引き出され、該集電タブ(３)の先端部が一方の電極端子部に連結され、該電極端子部は、電池缶(１)を貫通して電池缶(１)に固定された電極端子(91)を具え、該電極端子(91)の基端部には、電池缶(１)内に位置する鍔部(92)が形成されると共に、該鍔部(92)にはねじ軸片(96)が突設され、該ねじ軸片(96)にナット(97)が螺合し、鍔部(92)とナット(97)の間に、前記複数本の集電タブ(３)の先端部(31)が互いに重ね合わされた状態で挟持されている二次電池において、互いに重ね合わされた集電タブ
(３)の先端部(31)とナット(97)との間に、金属箔(４)が介在していることを特徴とする二次電池。 - 更に、互いに重ね合わされた集電タブ(３)の先端部(31)と電極端子(91)の鍔部(92)との間に、金属箔(４)が介在している請求項１に記載の二次電池。
- 金属箔(４)は、集電タブ(３)と同じ材質から形成されている請求項１又は請求項２に記載の二次電池。
- 電池缶(１)の内部に巻き取り電極体(２)が収容されると共に、電池缶(１)には、巻き取り電極体(２)の発生電力を外部に取り出すための一対の電極端子部が設けられ、巻き取り電極体(２)を構成する正極(21)及び負極(23)の内、少なくとも何れか一方の電極から複数本の集電タブ(３)が引き出され、該集電タブ(３)の先端部が一方の電極端子部に連結され、該電極端子部は、電池缶(１)を貫通して電池缶(１)に固定された電極端子(91)を具え、該電極端子(91)の基端部には、電池缶(１)内に位置する鍔部(92)が形成されると共に、該鍔部(92)にはねじ軸片(96)が突設され、該ねじ軸片(96)にナット(97)が螺合し、鍔部(92)とナット(97)の間に、前記複数本の集電タブ(３)の先端部(31)が互いに重ね合わされた状態で挟持されている二次電池において、互いに重ね合わされた集電タブ(３)の先端部(31)とナット(97)との間には、タブ先端部(31)へ向けて複数本のスパイク(52)を突設した金属製のワッシャ(５)が介在していることを特徴とする二次電池。
- 更に、互いに重ね合わされた集電タブ(３)の先端部(31)と電極端子(91)の鍔部(92)との間に、タブ先端部(31)へ向けて複数本のスパイク(52)を突設した金属製のワッシャ(５)が介在している請求項４に記載の二次電池。
- 互いに重ね合わされた集電タブ(３)の先端部(31)を挟んで両側に配置された２枚のワッシャ(５)(５)の内、一方のワッシャ(５)に突設された複数本のスパイク(52)の位置と他方のワッシャ(５)に突設された複数本のスパイク(52)の位置とは、互いに半径方向にずれている請求項５に記載の二次電池。
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