JP4553751B2 - 角型二次電池 - Google Patents
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Description
巻き取り電極体(2)は、それぞれ帯状の正極及び負極の間に帯状のセパレータを介在させてこれらを渦巻き状に巻回して構成されると共に、巻回軸に垂直な方向に圧縮されて扁平な形状を有している。巻き取り電極体(2)の両端部には、正極及び負極をそれぞれ構成する金属箔からなる正極芯体(21)及び負極芯体(22)の端部が突出し、該正極芯体(21)及び負極芯体(22)の端部にはそれぞれ、集電部材(40)が溶接されている。
巻き取り電極体(2)の一方の端部に突出する正極芯体(21)の巻回軸心部には、中央孔(28)が形成されている。集電部材(40)と正極芯体(21)は、集電部材(40)の芯体接続部(41)(41)を中央孔(28)の内部に挿入した後、正極芯体(21)を巻き取り電極体(2)の圧縮方向の両側から加圧し、両芯体接続部(41)(41)の外表面(41a)(41a)と正極芯体(21)の内周面とを密着させた状態で、超音波溶接により互いに接合される。
同様にして、巻き取り電極体(2)の他方の端部に突出する負極芯体(22)にも集電部材(40)が接合される。
該角型二次電池(5)は、図9に示す如く、扁平な電池缶(11)の内部に発電要素となる巻き取り電極体(2)を収容して構成され、電池缶(11)には、一対の電極端子(12)(12)が取り付けられている。巻き取り電極体(2)の両端部には、正極芯体(21)及び負極芯体(22)の端部が突出し、該正極芯体(21)及び負極芯体(22)の端部にはそれぞれ、集電部材(50)が溶接されている。
巻き取り電極体(2)の一方の端部に突出する正極芯体(21)の巻回軸心部には、中央孔(28)が形成されている。集電部材(50)と正極芯体(21)は、集電部材(50)の芯体接続部(53)を中央孔(28)の内部に挿入した後、正極芯体(21)を巻き取り電極体(2)の圧縮方向の両側から加圧し、芯体接続部(53)の表面に正極芯体(21)の内周面を密着させた状態で、超音波溶接により互いに接合される。
同様にして、巻き取り電極体(2)の他方の端部に突出する負極芯体(22)にも集電部材(50)が接合される。
そこで、本発明の目的は、電池の内部抵抗を増大させることなく、巻き取り電極体と集電部材とを1箇所の溶接で互いに接続することが出来る角型二次電池を提供することである。
具体的には、前記集電部材(3)の芯体接続部(32)は、その両側に位置する芯体束部(29)(29)に超音波溶接されている。
又、集電部材(3)の連繋部(33)は、芯体接続部(32)とは直交し、芯体の端縁に沿って芯体の外周面側へ伸びているので、連繋部(33)の幅を巻き取り電極体(2)の圧縮方向の厚さの範囲内で拡大することにより、電池(1)の体積エネルギー密度を低下させることなく、連繋部(33)の断面積を拡大することが出来る。これによって、巻き取り電極体(2)と電極端子(12)の間の導通経路である連繋部(33)の断面積が充分に確保されるので、集電部材(3)の電気抵抗は小さなものとなり、この結果、電池の低抵抗化を図ることが出来る。
該具体的構成によれば、集電部材(3)の芯体接続部(32)が巻き取り電極体(2)の中央孔(28)に挿入された状態で、集電部材(3)の連繋部(33)は、巻き取り電極体(2)の芯体の端縁に沿って、該芯体の外周面側へ伸びることになる。
該具体的構成によれば、集電部材(3)の連繋部(33)の裏面から電池缶(11)の内面を離間させることが出来る最小限の大きさを有する電池缶(11)を用いることにより、電池缶(11)の内面と巻き取り電極体(2)の両端部との間に生じる空間を必要最小限の大きさに形成することが出来、この結果、体積エネルギー密度の高い電池が得られる。
図1に示す如く、本発明の角型二次電池(1)は、扁平な電池缶(11)の内部に発電要素となる巻き取り電極体(2)を収容して構成され、電池缶(11)の上面には、正負一対の電極端子(12)(12)が取り付けられている。巻き取り電極体(2)の両端部には、正極芯体(21)及び負極芯体(22)の端部が突出し、該正極芯体(21)及び負極芯体(22)の端部には、集電部材(3)がそれぞれ接合されている。巻き取り電極体(2)は、両集電部材(3)(3)を介して前記一対の電極端子(12)(12)に接続され、これによって、両電極端子(12)(12)から巻き取り電極体(2)の発生電力を取り出すことが出来る様になっている。
正極(23)及び負極(24)は、それぞれセパレータ(25)上に幅方向へずらして重ね合わせ、正極(23)及び負極(24)の前記非塗工部をセパレータ(25)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った後、巻回軸に垂直な方向の両側から圧縮することにより、扁平な形状を有する巻き取り電極体(2)が形成される。
巻き取り電極体(2)の両端部の巻回軸心部には、それぞれ中央孔(28)が形成され、該中央孔(28)を挟んで巻き取り電極体(2)の圧縮方向の両側には、複数枚の正極芯体(21)の端部と複数枚の負極芯体(22)の端部からなる芯体束部(29)(29)が形成されている。
尚、正極側の集電部材(3)を構成する金属板はアルミニウム製であり、負極側の集電部材(3)を構成する金属板は銅製である。
図2に示す如く、集電部材(3)の芯体接続部(32)の折り目部分は、連繋部(33)の表面から巻き取り電極体(2)の中央孔(28)の内部に向かって突出し、該芯体接続部(32)の折り目部分とは反対側の端縁は、連繋部(33)の裏面と同一平面上を伸びている。
集電部材(3)の連繋部(33)は、芯体接続部(32)とは直交し、芯体の端縁に沿って芯体の外周面側へ伸びている。図3に示す如く、連繋部(33)の幅W1は、巻き取り電極体(2)の圧縮方向の長さW2よりも僅かに小さく形成されている。
又、図4(a)及び図4(b)に示す如く、集電部材(3)の端子接続部(31)は、金属製薄板の他方の端部を金属製薄板の幅方向に伸びる1本の折り目Bに沿って垂直に折り曲げて形成されている。
次に、集電部材(3)の芯体接続部(32)を巻き取り電極体(2)の中央孔(28)に挿入する。集電部材(3)の芯体接続部(32)の折り目部分は、連繋部(33)よりも巻き取り電極体(2)の中央孔(28)の内部に向かって突出しているので、該芯体接続部(32)が中央孔(28)に挿入された状態で、集電部材(3)の連繋部(33)は、巻き取り電極体(2)の芯体の端縁に沿って、該芯体の外周面側へ伸びることになる。
ここで、集電部材(3)の芯体接続部(32)は、1枚の金属板を1本の折り目に沿って折り曲げて、該折り目を挟んで両側に拡がる表面領域を互いに密着せしめることにより1枚の板状に形成されており、該板状の芯体接続部(32)の両側面と両芯体束部(29)(29)の内周面とが互いに密着した状態で、超音波溶接が施されるので、該芯体接続部(32)の一方の側面とこれに対向する一方の芯体束部(29)の内周面、及び芯体接続部(32)の他方の側面とこれに対向する他方の芯体束部(29)の内周面とを1回の超音波溶接で同時に溶接することが出来る。
この様にして、巻き取り電極体(2)と各電極端子(12)とが、集電部材(3)を介して互いに電気的に接続されることになる。
ここで、電池缶(11)は、集電部材(3)の連繋部(33)の裏面から電池缶(11)の内面を離間させることの出来る最小限の大きさに形成されている。これによって、電池缶(11)の内面と巻き取り電極体(2)の両端部との間に生じる空間を必要最小限の大きさに形成することが出来、この結果、体積エネルギー密度の高い電池(1)が得られることになる。
正極の作製
図5に示す正極活物質(26)として平均粒径5μmを有するリチウム複合酸化物(LiCoO2)の粉末と導電剤としての人造黒鉛とを重量比9:1で混合して、正極合剤を得た。次に、結着剤であるポリ弗化ビニリデンをN−メチル−2−ピロリドン(NMP)に溶解させて、NMP溶液を調製した。そして、正極合剤とポリ弗化ビニリデンとを重量比95:5で混合してスラリーを調製し、その後、このスラリーを正極芯体(21)となる厚さ20μm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(23)を作製した。
炭素塊(d002=3.356Å;Lc>1000)に空気流を噴射して粉砕し、負極活物質(27)となる炭素粉末を作製した。また、結着剤であるポリ弗化ビニリデンをNMPに溶解させてNMP溶液を調製し、炭素粉末とポリ弗化ビニリデンとを重量比85:15で混練してスラリーを調製した。このスラリーを負極芯体(22)となる厚さ20μm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(24)を作製した。
電解液の調製
エチレンカーボネートとジエチルカーボネートを体積比で1:1で混合した溶媒に、LiPF6を1mol/Lの割合で溶解させて、電解液を調製した。
作製した正極(23)及び負極(24)の間にイオン透過性のポリプロピレン製微多孔膜からなるセパレータ(25)を介在させてこれらを互いに重ね合わせて、直径10mmの巻芯に複数回巻き回し、最後に巻芯を抜き取って、巻き取り電極体(2)を作製した。そして、この巻き取り電極体(2)を用いて、以下3種類の角型二次電池をそれぞれ作製した。
図2に示す如く、集電部材(3)の芯体接続部(32)を巻き取り電極体(2)の両端部に形成された中央孔(28)に挿入した後、図3に示す様に巻き取り電極体(2)の圧縮方向の両側から正極芯体(21)或いは負極芯体(22)の外周面を加圧することにより、正極芯体(21)或いは負極芯体(22)の内周面を集電部材(3)の芯体接続部(32)の両側面に圧接させ、この状態で、芯体の外周面側から超音波溶接を施して、芯体接続部(32)の一方の側面とこれに対向する一方の芯体束部(29)の内周面、及び芯体接続部(32)の他方の側面とこれに対向する他方の芯体束部(29)の内周面とを同時に接合し、図1に示す実施例の角型二次電池(1)を作製した。
図7に示す如く、集電部材(40)の一対の芯体接続部(41)(41)を巻き取り電極体(2)の両端部に形成された中央孔(28)に挿入した後、巻き取り電極体(2)の圧縮方向の両側から正極芯体(21)或いは負極芯体(22)の外周面を加圧することにより、正極芯体(21)或いは負極芯体(22)の内周面を集電部材(40)の一対の芯体接続部(41)(41)の外表面(41a)(41a)に圧接させ、この状態で、集電部材(40)の一方の芯体接続部(41)の外表面(41a)とこれに対向する正極芯体(21)或いは負極芯体(22)の内周面との間、及び集電部材(40)の他方の芯体接続部(41)の外表面(41a)とこれに対向する正極芯体(21)或いは負極芯体(22)の内周面との間の2箇所に超音波溶接を施して、両集電部材(40)(40)を巻き取り電極体(2)に接合し、図6に示す比較例1の角型二次電池(4)を作製した。
図11に示す集電部材(50)の芯体接続部(53)を、図10に示す様に巻き取り電極体(2)の両端部に形成された中央孔(28)に挿入した後、巻き取り電極体(2)の圧縮方向の両側から正極芯体(21)或いは負極芯体(22)の外周面を圧縮することにより、正極芯体(21)或いは負極芯体(22)の内周面を集電部材(50)の芯体接続部(53)の表面に圧接させ、この状態で、芯体の外周面側から超音波溶接を施して、芯体接続部(53)の両側面とこれに対向する芯体の内周面とを同時に接合し、図9に示す比較例2の角型二次電池(5)を作製した。
尚、実施例、比較例1及び比較例2に用いた集電部材の重量は、全て同じ大きさとした。
実施例、比較例1及び比較例2における周波数1kHzでの電池の抵抗値を測定した。
抵抗測定の結果を下記表1に示す。
これに対し、実施例の電池に用いた集電部材(3)においては、図2及び図3に示す如く、集電部材(3)の連繋部(33)は、芯体の端縁に沿って芯体の外周面側へ伸びているので、連繋部(52)の断面積は、巻き取り電極体(2)と各電極端子(12)の間の導通経路として充分に大きなものとなり、これによって、電池(1)の内部抵抗が低下したものと考えられる。
従って、本発明の角型二次電池(1)によれば、電池の低抵抗化を図ることが出来る。
(11) 電池缶
(12) 電極端子
(2) 巻き取り電極体
(21) 正極芯体
(22) 負極芯体
(23) 正極
(24) 負極
(25) セパレータ
(28) 中央孔
(29) 芯体束部
(3) 集電部材
(31) 端子接続部
(32) 芯体接続部
(33) 連繋部
Claims (4)
- 一対の電極端子(12)(12)が取り付けられた扁平な電池缶(11)の内部に巻き取り電極体(2)を収容して構成され、該巻き取り電極体(2)は、それぞれ帯状の正極(23)及び負極(24)の間に帯状のセパレータ(25)を介在させてこれらを渦巻き状に巻回して構成されると共に、巻回軸に垂直な方向に圧縮されて扁平な形状を有し、該巻き取り電極体(2)の両端部には、正極(23)及び負極(24)をそれぞれ構成する正極芯体(21)及び負極芯体(22)の端部が突出し、各芯体の端部が集電部材(3)を介して電極端子(12)に接続されている角型二次電池において、
前記集電部材(3)は、1枚の矩形状の金属板をプレス加工してなり、前記巻き取り電極体(2)の巻回軸心部に形成された中央孔(28)に挿入されて芯体と接続されるべき芯体接続部(32)と、前記電極端子(12)と接続されるべき端子接続部(31)と、該芯体接続部(32)と端子接続部(31)を互いに繋ぐ連繋部(33)とを具え、前記芯体接続部(32)は、前記金属板の長手方向の一方の端部を該長手方向に伸びる1本の折り目に沿って折り曲げて、該折り目を挟んで両側に拡がる表面領域を互いに密着せしめることにより、前記連繋部(33)とは直交する1枚の板状に形成され、該芯体接続部(32)は、前記巻き取り電極体(2)の圧縮方向と直交する姿勢で前記中央孔(28)に挿入されて、その両側面が芯体の内周面に密着し、前記連繋部(33)は、芯体の端縁に沿って芯体の外周面側へ伸びており、集電部材(3)の芯体接続部(32)がその両側に位置する芯体束部(29)(29)に溶接されていることを特徴とする角型二次電池。 - 前記集電部材(3)の芯体接続部(32)は、その両側に位置する芯体束部(29)(29)に超音波溶接されている請求項1に記載の角型二次電池。
- 前記集電部材(3)の芯体接続部(32)の折り目部分は、連繋部(33)よりも前記巻き取り電極体(2)の中央孔(28)の内部に向かって突出している請求項1又は請求項2に記載の角型二次電池。
- 前記集電部材(3)の芯体接続部(32)の折り目部分とは反対側の端縁は、連繋部(33)の裏面と同一面上若しくは略同一平面上を伸びている請求項1乃至請求項3の何れかに記載の角型二次電池。
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