JP4401065B2 - 二次電池及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電池缶の内部に二次電池要素となる電極体が収容され、電池缶に設けた一対の電極端子部から電極体の発生電力を取り出すことが出来る二次電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、携帯型電子機器の電源として、エネルギー密度の高いリチウムイオン二次電池が注目されている。又、電気自動車の電源として、大容量の円筒型二次電池が注目されている。
従来の円筒型リチウムイオン二次電池は、図７及び図８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(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)(９)が取り付けられており、巻き取り電極体(４)の両極と両電極端子機構(９)(９)とが互いに接続されて、巻き取り電極体(４)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、各蓋体(12)には圧力開閉式のガス排出弁(13)が取り付けられている。
【０００３】
巻き取り電極体(４)は、図８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)の両面にリチウム複合酸化物からなる正極活物質(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。
【０００４】
ここで、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され、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(41)の芯体(45)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(43)の芯体(47)の端縁(48)が突出している。
そして、巻き取り電極体(４)の両端部にはそれぞれ円板状の集電板(50)が溶接され、該集電板(50)がリード部材(55)を介して図７に示す電極端子機構(９)の基端部に接続される。
【０００５】
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)の貫通孔には絶縁パッキング(93)が装着され、蓋体(12)と締結部材(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、蓋体(12)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。
尚、前記リード部材(55)の先端部は、電極端子(91)の鍔部(92)に、スポット溶接或いは超音波溶接によって固定されている。
【０００６】
しかしながら、集電板(50)を単なる平板状に形成したリチウムイオン二次電池においては、巻き取り電極体(４)の正極(41)及び負極(43)を構成する芯体(45)(47)の端縁(48)の面積が小さいため、芯体端縁(48)と集電板(50)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。
そこで、集電板に複数の突起部を形成し、該集電板を芯体端縁に押し付けた状態で、前記突起部にレーザビームを照射することにより、集電板を巻き取り電極体に溶接する構造が提案されている(特許文献１、特許文献２参照)。
【０００７】
例えば図７及び図８に示すリチウムイオン二次電池においては、集電板(50)に、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、集電板(50)には、複数の切り起し片(53)が形成され、巻き取り電極体(４)側に突出している。
電池の組立工程において、巻き取り電極体(４)の芯体端縁(48)に集電板(50)を押し付けると、集電板(50)の円弧状凸部(52)が、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。この状態で、集電板(50)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て、レーザ溶接を施す。この結果、集電板(50)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ことになる。又、集電板(50)切り起し片(53)は、巻き取り電極体(４)の芯体端縁(48)に深く食い込むことになる。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００１−２５６９５２号公報
【特許文献２】
特公平２−４１０２号公報
【特許文献３】
特開２０００−１４９９０２号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、集電板に形成した複数の突起部を巻き取り電極体の芯体端縁に押し付けて、該突起部にレーザ溶接を施す構造(特許文献１、特許文献２)によっても、特にリチウムイオン二次電池の如く巻き取り電極体を構成する芯体の厚さが小さく、隣接する芯体の間隔が大きい場合には、レーザ溶接時に、巻き取り電極体の芯体端縁と集電板の突起部の間の接合部が溶断することがあった。
又、集電板の突起部に照射されたレーザビームの熱が、急速に周囲へ放散して、ビーム被照射領域の温度が十分に上がらないために、溶接不良が発生する虞があった。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、電極体に集電板を確実に溶接することが可能な集電
構造の二次電池を提供することである。
【００１１】
【課題を解決する為の手段】
上記目的を達成するべく、本発明に係る第１の二次電池においては、集電板(５)に、芯体端縁(48)に向かって突出する複数条の凸部(52)が形成されると共に、各凸部(52)には、凸部(52)の長手方向に伸びる２本の溝(56)(56)が凹設されている。該集電板(５)が電極体(４)に押し付けられた状態で、各凸部(52)の２本の溝(56)(56)に挟まれた領域にレーザビーム又は電子ビームによる溶接が施されて、該集電板(５)が電極体(４)に接合される。又、該集電板(５)が一方の電極端子部と連結されている。
【００１２】
本発明に係る二次電池の製造方法は、上記二次電池を製造する方法であって、 少なくとも何れか一方の端部に正極(41)或いは負極(43)を構成する帯状芯体の端縁(48)が突出した電極体(４)と、電極体(４)の芯体端縁(48)に向かって突出する複数条の凸部(52)が形成されると共に各凸部(52)には凸部(52)の長手方向に伸びる２本の溝(56)(56)が凹設された集電板(５)とを作製する工程と、
集電板(５)を電極体(４)の芯体端縁(48)に押し付けた状態で、各凸部(52)の２本の溝(56)(56)に挟まれた領域にレーザビーム又は電子ビームを照射して、集電板(５)を電極体(４)に接合する工程と、
該集電板(５)を一方の電極端子部と連結する工程
とを有している。
【００１３】
上記本発明の二次電池の製造方法においては、電極体(４)に集電板(５)を接合する工程で、集電板(５)の各凸部(52)の２本の溝(56)(56)に挟まれた領域にレーザビーム又は電子ビームを照射した場合、溝(56)が凹設された部分では熱流路が狭まっているため、レーザビーム又は電子ビームの照射によって発生した熱は、２本の溝(56)(56)の存在によって外側へ流れ難くなる。この結果、２本の溝(56)(56)に挟まれた領域の温度が十分に上がり、該領域が電極体(４)の芯体端縁(48)に確実に溶接されることになる。
【００１４】
【発明の効果】
本発明に係る二次電池及びその製造方法によれば、電極体に集電板を確実に溶接することが出来、これによって電池の内部抵抗を低減させ、高い電池性能を得ることが可能である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を円筒型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
本実施例の円筒型リチウムイオン二次電池は、図１に示す如く、アルミニウム製の筒体(11)の開口部に、アルミニウム製の蓋体(12)をレーザ溶接により固定して、電池缶(１)を形成し、該電池缶(１)の内部には巻き取り電極体(４)が収容されている。又、電池缶(１)の両蓋体(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(４)が発生する電力を外部に取り出すことが可能となっている。
【００１７】
電池缶(１)の蓋体(12)には貫通孔(13)が開設され、該貫通孔(13)には、圧力開放型のガス排出弁(13)が固定されている。
巻き取り電極体(４)の両端部にはそれぞれ集電板(５)が設置され、該集電板(５)が巻き取り電極体(４)にレーザ溶接により接合されている。該集電板(５)の端部に突設されたリード部(55)の先端は、電極端子機構(９)を構成する電極端子(91)の鍔部(92)に、スポット溶接、超音波溶接或いはレーザ溶接によって接合されている。
正極側の集電板(６)はアルミニウム製、負極側の集電板(６)はニッケル製であって、何れも、直径が２０ｍｍ、厚さが０.５ｍｍに形成されている。
【００１８】
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)の貫通孔には絶縁パッキング(93)が装着され、蓋体(12)と締結部材(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、蓋体(12)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。
【００１９】
巻き取り電極体(４)は、図２に示す如く、厚さ１５μｍのアルミニウム箔からなる芯体(45)の表面にコバルト酸リチウムからなる正極活物質(44)を塗布してなる正極(41)と、厚さ１０μｍの銅箔からなる芯体(47)の表面に黒鉛からなる負極活物質(46)を塗布してなる負極(43)と、イオン透過性ポリプロピレン製の微多孔膜からなるセパレータ(42)とから構成され、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され、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(41)の芯体(45)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(43)の芯体(47)の端縁(48)が突出している。該巻き取り電極体(４)には非水電解液が含浸されている。
【００２０】
図３及び図４に示す如く、集電板(５)は、円板状の本体(51)を具え、該円板状本体(51)には、中央孔(54)が開設されている。円板状本体(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、円板状本体(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、円板状本体(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。
尚、集電板(５)の円弧状凸部(52)は、図４に示す如く円板状本体(51)の半径線に直交する断面形状が半円の円弧を呈している。
【００２１】
又、集電板(５)の各円弧状凸部(52)には、その内周面に、図４に示す如く円弧状凸部(52)の中央ラインの両側を全長に亘って伸びる２本の溝(56)(56)が凹設されている。溝(56)は、深さが集電板(５)の厚さの３分の１前後、例えば０.２５ｍｍ、幅が０.５ｍｍに形成される。
【００２２】
上記集電板(５)を作製した後、巻き取り電極体(４)の各端部に形成されている芯体端縁(48)に集電板(５)を押し付ける。これによって、図５(ａ)に示す如く集電板(５)の円弧状凸部(52)は、巻き取り電極体(４)の芯体端部(49)に食い込み、円弧状凸部(52)と芯体端部(49)との間には、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、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。
【００２３】
この状態で、図５(ａ)中に矢印で示す如く、集電板(５)の円弧状凸部(52)の２本の溝(56)(56)に挟まれた領域に向けてレーザビームを照射し、レーザ溶接を施す。ここで、集電板(５)の各凸部(52)の２本の溝(56)(56)に挟まれた領域にレーザビームを照射した場合、溝(56)が凹設された部分では熱流路が狭まっているため、レーザビームの照射によって発生した熱は、２本の溝(56)(56)の存在によって外側へ流れ難くなる。これによって、２本の溝(56)(56)に挟まれた領域の温度が十分に上がり、図５(ｂ)の如く該領域に信頼性の高い溶接(57)が施されて、集電板(５)が電極体(４)の芯体端部(49)に確実に固定されることになる。
【００２４】
この結果、集電板(５)の円弧状凸部(52)と巻き取り電極体(４)の芯体端部(49)とが、大きな接触面積で互いに接合されると共に、切り起し片(53)と芯体端縁(48)の間の圧着状態が維持され、巻き取り電極体(４)と集電板(５)の間の電気抵抗(内部抵抗)が大幅に低減することになる。
又、外部から衝撃や振動が加わったとしても、溶接部(57)にて巻き取り電極体(４)と集電板(５)の接合が外れる虞はない。
【００２５】
上述の本発明の円筒型リチウムイオン二次電池(本発明電池)と、集電板(５)の円弧状凸部(52)に溝(56)(56)が形成されていないことを除いて本発明電池と同じ構造の従来の円筒型リチウムイオン二次電池(従来電池)とを作製し、巻き取り電極体(４)と正極側の集電板(５)との間、或いは巻き取り電極体(４)と負極側の集電板(５)との間に引張力を作用させて、溶接強度を比較したところ、下記表１の結果が得られた。尚、表中には、溶接強度の大きい順に◎○△×の記号で比較結果を表わした。
【００２６】
【表１】
電池 溶接強度
本発明電池 正極側 ○
負極側 ◎
従来電池 正極側 ×
負極側 △
【００２７】
この結果から明らかな様に、本発明に係る円筒型リチウムイオン二次電池によれば、正極側及び負極側の何れにおいても、巻き取り電極体(４)と集電板(５)の間に従来電池よりも高い溶接強度が得られている。これは、本発明の集電板(５)に形成された溝(56)(56)が溶接部の温度上昇に寄与したものと考えられる。
【００２８】
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、第１実施例においては、集電板(５)の凸部(52)は断面円弧状に限らず、図６(ａ)(ｂ)に示す如く断面Ｕ字状に形成することも可能であって、この場合も同様に、凸部(52)の底面に２本の溝(56)(56)を凹設し、両溝(56)(56)に挟まれた領域にレーザビームを照射して溶接(57)を施す。これによって、集電板(５)を芯体端部(49)に確実に溶接することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１実施例における円筒型リチウムイオン二次電池の断面図である。
【図２】 該二次電池において巻き取り電極体から集電板を分解した状態を示す斜視図である。
【図３】 集電板の平面図である。
【図４】 図３のＡ−Ａ線及びＢ−Ｂ線に沿う拡大断面図である。
【図５】 レーザ溶接工程を示す拡大断面図である。
【図６】 他の実施例のレーザ溶接工程を示す拡大断面図である。
【図７】 従来の円筒型リチウムイオン二次電池の断面図である。
【図８】 該二次電池において巻き取り電極体から集電板を分解した状態を示す斜視図である。
【符号の説明】
(１) 電池缶
(４) 巻き取り電極体
(49) 芯体端部
(５) 集電板
(52) 円弧状凸部
(56) 溝
(９) 電極端子機構
【発明の属する技術分野】
本発明は、電池缶の内部に二次電池要素となる電極体が収容され、電池缶に設けた一対の電極端子部から電極体の発生電力を取り出すことが出来る二次電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、携帯型電子機器の電源として、エネルギー密度の高いリチウムイオン二次電池が注目されている。又、電気自動車の電源として、大容量の円筒型二次電池が注目されている。
従来の円筒型リチウムイオン二次電池は、図７及び図８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(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)(９)が取り付けられており、巻き取り電極体(４)の両極と両電極端子機構(９)(９)とが互いに接続されて、巻き取り電極体(４)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、各蓋体(12)には圧力開閉式のガス排出弁(13)が取り付けられている。
【０００３】
巻き取り電極体(４)は、図８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)の両面にリチウム複合酸化物からなる正極活物質(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。
【０００４】
ここで、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され、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(41)の芯体(45)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(43)の芯体(47)の端縁(48)が突出している。
そして、巻き取り電極体(４)の両端部にはそれぞれ円板状の集電板(50)が溶接され、該集電板(50)がリード部材(55)を介して図７に示す電極端子機構(９)の基端部に接続される。
【０００５】
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)の貫通孔には絶縁パッキング(93)が装着され、蓋体(12)と締結部材(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、蓋体(12)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。
尚、前記リード部材(55)の先端部は、電極端子(91)の鍔部(92)に、スポット溶接或いは超音波溶接によって固定されている。
【０００６】
しかしながら、集電板(50)を単なる平板状に形成したリチウムイオン二次電池においては、巻き取り電極体(４)の正極(41)及び負極(43)を構成する芯体(45)(47)の端縁(48)の面積が小さいため、芯体端縁(48)と集電板(50)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。
そこで、集電板に複数の突起部を形成し、該集電板を芯体端縁に押し付けた状態で、前記突起部にレーザビームを照射することにより、集電板を巻き取り電極体に溶接する構造が提案されている(特許文献１、特許文献２参照)。
【０００７】
例えば図７及び図８に示すリチウムイオン二次電池においては、集電板(50)に、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、集電板(50)には、複数の切り起し片(53)が形成され、巻き取り電極体(４)側に突出している。
電池の組立工程において、巻き取り電極体(４)の芯体端縁(48)に集電板(50)を押し付けると、集電板(50)の円弧状凸部(52)が、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。この状態で、集電板(50)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て、レーザ溶接を施す。この結果、集電板(50)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ことになる。又、集電板(50)切り起し片(53)は、巻き取り電極体(４)の芯体端縁(48)に深く食い込むことになる。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００１−２５６９５２号公報
【特許文献２】
特公平２−４１０２号公報
【特許文献３】
特開２０００−１４９９０２号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、集電板に形成した複数の突起部を巻き取り電極体の芯体端縁に押し付けて、該突起部にレーザ溶接を施す構造(特許文献１、特許文献２)によっても、特にリチウムイオン二次電池の如く巻き取り電極体を構成する芯体の厚さが小さく、隣接する芯体の間隔が大きい場合には、レーザ溶接時に、巻き取り電極体の芯体端縁と集電板の突起部の間の接合部が溶断することがあった。
又、集電板の突起部に照射されたレーザビームの熱が、急速に周囲へ放散して、ビーム被照射領域の温度が十分に上がらないために、溶接不良が発生する虞があった。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、電極体に集電板を確実に溶接することが可能な集電
構造の二次電池を提供することである。
【００１１】
【課題を解決する為の手段】
上記目的を達成するべく、本発明に係る第１の二次電池においては、集電板(５)に、芯体端縁(48)に向かって突出する複数条の凸部(52)が形成されると共に、各凸部(52)には、凸部(52)の長手方向に伸びる２本の溝(56)(56)が凹設されている。該集電板(５)が電極体(４)に押し付けられた状態で、各凸部(52)の２本の溝(56)(56)に挟まれた領域にレーザビーム又は電子ビームによる溶接が施されて、該集電板(５)が電極体(４)に接合される。又、該集電板(５)が一方の電極端子部と連結されている。
【００１２】
本発明に係る二次電池の製造方法は、上記二次電池を製造する方法であって、 少なくとも何れか一方の端部に正極(41)或いは負極(43)を構成する帯状芯体の端縁(48)が突出した電極体(４)と、電極体(４)の芯体端縁(48)に向かって突出する複数条の凸部(52)が形成されると共に各凸部(52)には凸部(52)の長手方向に伸びる２本の溝(56)(56)が凹設された集電板(５)とを作製する工程と、
集電板(５)を電極体(４)の芯体端縁(48)に押し付けた状態で、各凸部(52)の２本の溝(56)(56)に挟まれた領域にレーザビーム又は電子ビームを照射して、集電板(５)を電極体(４)に接合する工程と、
該集電板(５)を一方の電極端子部と連結する工程
とを有している。
【００１３】
上記本発明の二次電池の製造方法においては、電極体(４)に集電板(５)を接合する工程で、集電板(５)の各凸部(52)の２本の溝(56)(56)に挟まれた領域にレーザビーム又は電子ビームを照射した場合、溝(56)が凹設された部分では熱流路が狭まっているため、レーザビーム又は電子ビームの照射によって発生した熱は、２本の溝(56)(56)の存在によって外側へ流れ難くなる。この結果、２本の溝(56)(56)に挟まれた領域の温度が十分に上がり、該領域が電極体(４)の芯体端縁(48)に確実に溶接されることになる。
【００１４】
【発明の効果】
本発明に係る二次電池及びその製造方法によれば、電極体に集電板を確実に溶接することが出来、これによって電池の内部抵抗を低減させ、高い電池性能を得ることが可能である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を円筒型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
本実施例の円筒型リチウムイオン二次電池は、図１に示す如く、アルミニウム製の筒体(11)の開口部に、アルミニウム製の蓋体(12)をレーザ溶接により固定して、電池缶(１)を形成し、該電池缶(１)の内部には巻き取り電極体(４)が収容されている。又、電池缶(１)の両蓋体(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(４)が発生する電力を外部に取り出すことが可能となっている。
【００１７】
電池缶(１)の蓋体(12)には貫通孔(13)が開設され、該貫通孔(13)には、圧力開放型のガス排出弁(13)が固定されている。
巻き取り電極体(４)の両端部にはそれぞれ集電板(５)が設置され、該集電板(５)が巻き取り電極体(４)にレーザ溶接により接合されている。該集電板(５)の端部に突設されたリード部(55)の先端は、電極端子機構(９)を構成する電極端子(91)の鍔部(92)に、スポット溶接、超音波溶接或いはレーザ溶接によって接合されている。
正極側の集電板(６)はアルミニウム製、負極側の集電板(６)はニッケル製であって、何れも、直径が２０ｍｍ、厚さが０.５ｍｍに形成されている。
【００１８】
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)の貫通孔には絶縁パッキング(93)が装着され、蓋体(12)と締結部材(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、蓋体(12)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。
【００１９】
巻き取り電極体(４)は、図２に示す如く、厚さ１５μｍのアルミニウム箔からなる芯体(45)の表面にコバルト酸リチウムからなる正極活物質(44)を塗布してなる正極(41)と、厚さ１０μｍの銅箔からなる芯体(47)の表面に黒鉛からなる負極活物質(46)を塗布してなる負極(43)と、イオン透過性ポリプロピレン製の微多孔膜からなるセパレータ(42)とから構成され、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され、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(41)の芯体(45)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(43)の芯体(47)の端縁(48)が突出している。該巻き取り電極体(４)には非水電解液が含浸されている。
【００２０】
図３及び図４に示す如く、集電板(５)は、円板状の本体(51)を具え、該円板状本体(51)には、中央孔(54)が開設されている。円板状本体(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、円板状本体(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、円板状本体(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。
尚、集電板(５)の円弧状凸部(52)は、図４に示す如く円板状本体(51)の半径線に直交する断面形状が半円の円弧を呈している。
【００２１】
又、集電板(５)の各円弧状凸部(52)には、その内周面に、図４に示す如く円弧状凸部(52)の中央ラインの両側を全長に亘って伸びる２本の溝(56)(56)が凹設されている。溝(56)は、深さが集電板(５)の厚さの３分の１前後、例えば０.２５ｍｍ、幅が０.５ｍｍに形成される。
【００２２】
上記集電板(５)を作製した後、巻き取り電極体(４)の各端部に形成されている芯体端縁(48)に集電板(５)を押し付ける。これによって、図５(ａ)に示す如く集電板(５)の円弧状凸部(52)は、巻き取り電極体(４)の芯体端部(49)に食い込み、円弧状凸部(52)と芯体端部(49)との間には、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、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。
【００２３】
この状態で、図５(ａ)中に矢印で示す如く、集電板(５)の円弧状凸部(52)の２本の溝(56)(56)に挟まれた領域に向けてレーザビームを照射し、レーザ溶接を施す。ここで、集電板(５)の各凸部(52)の２本の溝(56)(56)に挟まれた領域にレーザビームを照射した場合、溝(56)が凹設された部分では熱流路が狭まっているため、レーザビームの照射によって発生した熱は、２本の溝(56)(56)の存在によって外側へ流れ難くなる。これによって、２本の溝(56)(56)に挟まれた領域の温度が十分に上がり、図５(ｂ)の如く該領域に信頼性の高い溶接(57)が施されて、集電板(５)が電極体(４)の芯体端部(49)に確実に固定されることになる。
【００２４】
この結果、集電板(５)の円弧状凸部(52)と巻き取り電極体(４)の芯体端部(49)とが、大きな接触面積で互いに接合されると共に、切り起し片(53)と芯体端縁(48)の間の圧着状態が維持され、巻き取り電極体(４)と集電板(５)の間の電気抵抗(内部抵抗)が大幅に低減することになる。
又、外部から衝撃や振動が加わったとしても、溶接部(57)にて巻き取り電極体(４)と集電板(５)の接合が外れる虞はない。
【００２５】
上述の本発明の円筒型リチウムイオン二次電池(本発明電池)と、集電板(５)の円弧状凸部(52)に溝(56)(56)が形成されていないことを除いて本発明電池と同じ構造の従来の円筒型リチウムイオン二次電池(従来電池)とを作製し、巻き取り電極体(４)と正極側の集電板(５)との間、或いは巻き取り電極体(４)と負極側の集電板(５)との間に引張力を作用させて、溶接強度を比較したところ、下記表１の結果が得られた。尚、表中には、溶接強度の大きい順に◎○△×の記号で比較結果を表わした。
【００２６】
【表１】
電池 溶接強度
本発明電池 正極側 ○
負極側 ◎
従来電池 正極側 ×
負極側 △
【００２７】
この結果から明らかな様に、本発明に係る円筒型リチウムイオン二次電池によれば、正極側及び負極側の何れにおいても、巻き取り電極体(４)と集電板(５)の間に従来電池よりも高い溶接強度が得られている。これは、本発明の集電板(５)に形成された溝(56)(56)が溶接部の温度上昇に寄与したものと考えられる。
【００２８】
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、第１実施例においては、集電板(５)の凸部(52)は断面円弧状に限らず、図６(ａ)(ｂ)に示す如く断面Ｕ字状に形成することも可能であって、この場合も同様に、凸部(52)の底面に２本の溝(56)(56)を凹設し、両溝(56)(56)に挟まれた領域にレーザビームを照射して溶接(57)を施す。これによって、集電板(５)を芯体端部(49)に確実に溶接することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１実施例における円筒型リチウムイオン二次電池の断面図である。
【図２】 該二次電池において巻き取り電極体から集電板を分解した状態を示す斜視図である。
【図３】 集電板の平面図である。
【図４】 図３のＡ−Ａ線及びＢ−Ｂ線に沿う拡大断面図である。
【図５】 レーザ溶接工程を示す拡大断面図である。
【図６】 他の実施例のレーザ溶接工程を示す拡大断面図である。
【図７】 従来の円筒型リチウムイオン二次電池の断面図である。
【図８】 該二次電池において巻き取り電極体から集電板を分解した状態を示す斜視図である。
【符号の説明】
(１) 電池缶
(４) 巻き取り電極体
(49) 芯体端部
(５) 集電板
(52) 円弧状凸部
(56) 溝
(９) 電極端子機構
Claims (2)
- 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)を介在させて積層した電極体(４)が収容され、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、電極体(４)が発生する電力を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(４)の少なくとも何れか一方の端部には、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(５)が設置され、該集電板(５)には、芯体端縁(48)に向かって突出する複数条の凸部(52)が形成されると共に、各凸部(52)には、凸部(52)の長手方向に伸びる２本の溝(56)(56)が凹設され、該集電板(５)が電極体(４)に押し付けられた状態で、各凸部(52)の２本の溝(56)(56)に挟まれた領域にレーザビーム又は電子ビームによる溶接が施されて、該集電板(５)が電極体(４)に接合され、該集電板(５)が一方の電極端子部と連結されていることを特徴とする二次電池。
- 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)を介在させて積層した電極体(４)が収容され、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、電極体(４)が発生する電力を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の製造方法において、
少なくとも何れか一方の端部に正極(41)或いは負極(43)を構成する帯状芯体の端縁(48)が突出した電極体(４)と、電極体(４)の芯体端縁(48)に向かって突出する複数条の凸部(52)が形成されると共に各凸部(52)には凸部(52)の長手方向に伸びる２本の溝(56)(56)が凹設された集電板(５)とを作製する工程と、
集電板(５)を電極体(４)の芯体端縁(48)に押し付けた状態で、各凸部(52)の２本の溝(56)(56)に挟まれた領域にレーザビーム又は電子ビームを照射して、集電板(５)を電極体(４)に接合する工程と、
該集電板(５)を一方の電極端子部と連結する工程
とを有することを特徴とする二次電池の製造方法。
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