JP5135847B2 - 電池及び電池の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、正極板及び負極板をセパレータを介して巻回した電極群を備える電池及び該電池の製造方法に関する。

近年、携帯電話機、ノート型パーソナルコンピュータ、ビデオカメラ等の携帯可能な電子機器の高性能化、小型軽量化が進んでおり、これら電子機器に使用する高エネルギー密度の二次電池として、非水電解質を用いたリチウムイオン二次電池の利用が拡大している。

リチウムイオン二次電池は、例えば、リチウムイオンを吸蔵放出する炭素材料が集電体に保持されてなる負極板と、リチウムコバルト複合酸化物等のリチウムイオンを吸蔵放出するリチウム複合酸化物（正極活物質）が集電体に保持されてなる正極板と、非プロトン性の有機溶媒にＬｉＣｌＯ₄ 、ＬｉＰＦ₆ 等のリチウム塩が溶解された電解液を保持するとともに負極板と正極板との間に介在されて両極の短絡を防止するセパレータとを備えている。正極板及び負極板は薄いシート状に成形され、これらがセパレータを介して正円状又は長円状に巻回されて電極群とされ、この電極群が円筒状又は直方体状のアルミニウム製等の電池ケースに収納された後、電解液が注入され、密封されて電池が構成される。

図７は、例えば特許文献１等に記載されている、従来のリチウムイオン二次電池等の非水電解質二次電池（以下、電池という）３２を示す一部破断概略側面図であり、図８は、電池３２を示す概略縦断面図である。
電池３２の電極群３３は、負極板１１と正極板１３とをセパレータ１２を介し巻回してなり、薄型直方体状のケース８に収納されている。図７において、電極群３３は最外周側を示しており、負極板１１はセパレータ１２の裏側に重ね合わせられている。
負極板１１の端部には、前記負極活物質が塗工されていない負極接続端部３４が突設されており、正極板１３の端部には、前記正極活物質が塗工されていない正極接続端部３５が突設されている。

蓋部２の中央部には、断面視がＴ字状をなす負極端子３が、該負極端子３の表面を除き、合成樹脂製の絶縁部材４に包囲された状態で、貫通されている。電池３２は、負極端子３が設けられている部分以外の側面が正極（端子）とされる。絶縁部材４は、負極端子３を覆った状態で蓋部２を貫通し、下部が、蓋部２の裏面に沿って一端部側に延びる係止部４ａとされている。係止部４ａには、銅製の第１接続タブ（集電用タブ）５が係止されている。第１接続タブ５は、絶縁部材４内に設けられ、負極端子３と接続された銅板６と接続されている。この負極端子３と銅板６とは、かしめることで接合されている。
蓋部２の他端部には凹部２ａが設けられており、凹部２ａの下側には突設部２ｂが設けられている。該突設部２ｂに設けられた嵌合突起２ｃ，２ｃには、アルミニウム製の第２接続タブ７が嵌合され、レーザによりスポット溶接されている。

前記第１接続タブ５に負極接続端部３４が接続され、第２接続タブ７に正極接続端部３５が接続されている。これにより、負極接続端部３４は負極端子３に、正極接続端部３５は、正極である電池３２の側面に接続される。この状態で、第１接続タブ５の下部を折り曲げ、蓋部２をケース８に嵌めてレーザ溶接することで、ケース８の開口が閉塞される（図８参照）。

図９は、第１接続タブ５に負極接続端部３４を接続する方法を示す模式図、図１０は第１接続タブ５及び負極接続端部３４に針状の治具１６を突き刺した後の状態を示す模式的断面図である。
第１接続タブ５に負極接続端部３４を接続する場合、まず、負極接続端部３４を第１接続タブ５の表側に重ね合わせる（図９（ａ）、（ｂ））。
そして、この状態で、第１接続タブ５の裏側から治具１６を突き刺し、適宜の間隔を隔てて孔３７，３７，３７，３７を開ける。次いで、負極接続端部３４の表側に配したかしめ治具（図示せず）により、孔３７，３７，３７，３７を開けて生じた折り返し片３８，３８，…を折り返す。これにより、折り返し片３８，３８，…により負極接続端部３４が第１接続タブ５に固定されたかしめ部３９，３９，３９，３９が形成される。以下、この接続方法を針かしめと称す。
第２接続タブ７と正極接続端部３５との接続も、同様に針かしめにより行われる。
特開２００２−４２７７４号公報

しかし、上述した電池３２のように、第１接続タブ５と負極接続端部３４との接続、及び第２接続タブ７と正極接続端部３５との接続を針かしめにより行う場合、第１接続タブ５、第２接続タブ７、負極接続端部３４及び正極接続端部３５に孔を開けるので、これらの強度が低下するという問題があった。
従って、第１接続タブ５がかしめ部３９の孔３７の下側から切れやすく、第１接続タブ５及び負極接続端部３４がかしめ部３９，３９間で切れやすいため、電池３２が落下した場合に、負極接続端部３４が切れたり、第１接続タブ５が切れて負極接続端部３４が抜け落ちるという問題があった。第２接続タブ７と正極接続端部３５との接続部分についても同様の問題があった。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、正極板及び負極板をセパレータを介し巻回してなる電極群、及び正極端子（又は負極端子）に正極板（又は負極板）の端部を接続する接続タブを備え、前記端部を接続タブに重ね合わせた状態で、前記端部及び接続タブに折り返し片が生じるように孔を開け、該折り返し片により前記端部を前記接続タブに固定してなる電池において、接続タブに接続される極板の端部を多重にすることにより、極板の接続タブとの接続強度が良好であり、落下した場合に極板が切断したり、接続タブから抜け落ちることが抑制されている電池及びその製造方法を提供することを目的とする。

また、本発明は、前記極板の端部を折り返して多重にすることにより、前記端部を容易に多重にすることができ、また、新たな部材も不要である電池を提供することを目的とする。

第１発明に係る電池は、ケースと、正極板及び負極板をセパレータを介し巻回してなり、前記ケースに収納される電極群と、正極端子又は負極端子の少なくともいずれか一方の端子と、前記端子と同じ極性の極板とを接続する接続タブとを備え、前記電極群の最内周または最外周に位置する前記極板の端部と、前記接続タブとが接続されており、前記端部を前記接続タブに重ね合わせた状態で、前記端部及び前記接続タブに折り返し片が生じるように孔を開け、該折り返し片により前記端部を前記接続タブに固定してなる電池において、前記接続タブに接続される極板の端部は、多重にしてあることを特徴とする。

本発明においては、接続タブと接続される極板の端部が多重にしてあるので、前記極板の接続タブとの接続強度が良好であり、電池が落下した場合に極板が切断したり、接続タブから抜け落ちることが抑制されている。

第２発明に係る電池は、第１発明において、前記極板の端部は、折り返すことにより多重にしてあることを特徴とする。

本発明においては、前記端部を容易に多重にすることができ、また、新たな部材も不要である。

第３発明に係る電池の製造方法は、正極板及び負極板をセパレータを介し巻回してなる電極群の正極板又は負極板の少なくともいずれか一方の極板の端部を、前記極板と同じ極性の端子と接続された接続タブに接続し、前記電極群をケースに収納する電池の製造方法において、極板の端部を折り返して多重にする工程と、前記端部を、前記接続タブに重ね合わせる工程と、重ね合わされた前記端部及び前記接続タブに、折り返し片が生じるように孔を開ける工程と、前記折り返し片により、前記端部を前記接続タブに固定する工程とを有することを特徴とする。

本発明においては、極板の端部を折り返して多重にした上で、該端部と接続タブとを重ね合わせ、折り返し片が生じるように孔を開け、該折り返し片により前記端部を接続タブに固定するので、極板の接続タブとの接続強度が良好であり、電池が落下した場合に極板が切断したり、接続タブから抜け落ちることが抑制されている電池が得られる。

本発明によれば、正極板及び負極板をセパレータを介し巻回してなる電極群、及び正極端子（又は負極端子）に正極板（又は負極板）の端部を接続する接続タブを備え、前記端部を、接続タブに重ね合わせた状態で、前記端部及び接続タブに折り返し片が生じるように孔を開け、該折り返し片により前記端部を前記接続タブに固定してなる電池において、接続タブに接続される極板の端部を多重にしているので、極板の接続タブとの接続強度が良好であり、落下した場合に極板が切断したり、接続タブから抜け落ちることが抑制されている。

また、本発明によれば、極板の端部を折り返して多重にしているので、該端部を容易に多重にすることができ、また、新たな部材も不要である。

以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係るリチウムイオン二次電池等の非水電解質二次電池（以下、電池という）１を示す一部破断概略側面図であり、図２は、電池１を示す概略縦断面図である。図中、図７及び図８と同一部分は同一符号を付してある。
電池１の電極群１０は、負極板１１と正極板１３とをセパレータ１２を介し、側面視が長円状となるように巻回してなり、薄型直方体状のケース８に収納されている。図１において、電極群１０は最外周側を示しており、負極板１１はセパレータ１２の裏側に重ね合わせられている。
負極板１１の端部には、負極活物質が塗工されていない負極接続端部１４が突設されており、正極板１３の端部には、正極活物質が塗工されていない正極接続端部１５が突設されている。
負極接続端部１４及び正極接続端部１５のいずれも端部が折り曲げられて、折り曲げ部１４ａ及び折り曲げ部１５ａとされ、二重になっている。
なお、負極接続端部１４及び正極接続端部１５の端部は折り曲げられる場合に限定されるものではなく、丸める、折り畳む等して折り返されてあればよい。

蓋部２の中央部には、断面視がＴ字状をなす負極端子３が、該負極端子３の表面を除き、合成樹脂製の絶縁部材４に包囲された状態で、貫通されている。電池３２は、負極端子３が設けられている部分以外の側面が正極（端子）とされる。絶縁部材４は、負極端子３を覆った状態で蓋部２を貫通し、下部が、蓋部２の裏面に沿って一端部側に延びる係止部４ａとされている。係止部４ａには、銅製の第１接続タブ５が係止されている。第１接続タブ５は、絶縁部材４内に設けられ、負極端子３と接続された銅板６と接続されている。この負極端子３と銅板６とは、かしめることで接合されている。
蓋部２の他端部には凹部２ａが設けられており、凹部２ａの下側には突設部２ｂが設けられている。該突設部２ｂに設けられた嵌合突起２ｃ，２ｃには、アルミニウム製の第２接続タブ７が嵌合され、レーザによりスポット溶接されている。

前記第１接続タブ５に負極接続端部１４が接続され、第２接続タブ７に正極接続端部１５が接続されている。これにより、負極接続端部１４は負極端子３に、正極接続端部１５は、正極である電池１の側面に接続される。この状態で、第１接続タブ５の下部を折り曲げ、蓋部２をケース８に嵌めてレーザ溶接することで、ケース８の開口が閉塞される（図２参照）。

図３は、第１接続タブ５に負極接続端部１４を接続する方法を示す模式図、図４は第１接続タブ５及び負極接続端部１４に治具１６を突き刺した後の状態を示す模式的断面図である。
第１接続タブ５に負極接続端部１４を針かしめにより接続する場合、まず、折り曲げ部１４ａを有する負極接続端部１４を第１接続タブ５の表側に重ね合わせる（図３（ａ）、（ｂ））。

そして、この状態で、第１接続タブ５の裏側から治具１６を突き刺し、適宜の間隔を隔てて孔１７，１７，１７，１７を開ける。次いで、負極接続端部１４の表側に配したかしめ治具（図示せず）により、孔１７，１７，１７，１７を開けて生じた折り返し片１８，１８，…を折り返す。これにより、折り返し片１８，１８，…により負極接続端部１４が第１接続タブ５に固定されたかしめ部１９，１９、１９，１９が形成される。
第２接続タブ７と正極接続端部１５との接続も、同様に針かしめにより行われる。

本実施の形態においては、第１接続タブ５，第２接続タブ７と接続される負極接続端部１４，正極接続端部１５が折り曲げ部１４ａ，１５ａを有し、二重になっており、かしめ部で三重に折り返されているので、負極接続端部１４，正極接続端部１５の第１接続タブ５，第２接続タブ７との接続強度が良好である。従って、電池１が落下した場合に、負極接続端部１４及び正極接続端部１５が切断されたり、第１接続タブ５及び第２接続タブ７側が切れて、負極接続端部１４及び正極接続端部１５が第１接続タブ５及び第２接続タブ７から抜け落ちることが抑制されている。

なお、本実施の形態においては、負極接続端部１４，正極接続端部１５の端部を折り曲げて負極接続端部１４，正極接続端部１５を二重にした場合につき説明しているがこれに限定されるものではなく、三重以上にしてもよく、また、板片を重ねて負極接続端部１４，正極接続端部１５を多重にすることにしてもよい。

実施の形態２．
図５は、本発明の実施の形態２に係るリチウムイオン二次電池等の非水電解質二次電池の電極群２０を示す展開図であり、図６は、電極群２０を示す斜視図である。
この電池の電極群２０は、負極板２１と正極板２３とをセパレータ２２を介し、側面視が正円状となるように巻回してなり、円筒状のケース（図示せず）に収納されるように構成されている。

負極板２１の端部は表側に折り曲げられており、この折り曲げられた部分に負極端子用の第１接続タブ２４を重ね合わせ、第１接続タブ２４の裏側から、実施の形態１と同様に針状の治具を突き刺してかしめることで、かしめ部２８，２８，２８，２８が形成されている。このかしめ部２８の孔２６の縁で折り返された折り返し片２７，２７，…により、負極板２１は第１接続タブ２４に固定されている。

負極板２１と同様に、正極板２３の端部も表側に折り曲げられており、この折り曲げられた部分に正極端子用の第２接続タブ２５を重ね合わせ、第２接続タブ２５の裏側から、針状の治具を突き刺してかしめることで、かしめ部３１，３１，３１，３１が形成されている。このかしめ部３１の孔２９の縁で折り返された折り返し片３０，３０，…により、正極板２３は第２接続タブ２５に固定されている。

以上のように負極板２１，正極板２３の端部が第１接続タブ２４，第２接続タブ２５に接続された電極群２０は、第１接続タブ２４，第２接続タブ２５がケースに設けられた負極端子，正極端子（図示せず）に接続された状態で、ケースに収納される。

本実施の形態においては、第１接続タブ２４，第２接続タブ２５と接続される負極板２１，正極板２３の端部が折り曲げられて二重になっており、折り返し片２７，３０が三重になっているので、負極板２１，正極板２３の第１接続タブ２４，第２接続タブ２５との接続強度が良好であり、電池が落下した場合に、負極板２１の端部及び正極板２３の端部が切断されたり、第１接続タブ２４及び第２接続タブ２５から抜け落ちることが抑制されている。

以下に好適な実施例を用いて本発明を説明するが、本発明は、本実施例により、何ら限定されるものではなく、その主旨を変更しない範囲において、適宜変更して実施することが出来る。

［実施例１］
実施例１として、前記実施の形態１に係る電池１と同一の構成を有する電池を作製した。
正極板１３は、以下のようにして作製した。
正極活物質として平均粒子径が３μｍであるＬｉＣｏＯ₂ 粒子、導電助剤としてのアセチレンブラック（ＡＢ）、及びバインダとしてのＰＶＤＦを、ＬｉＣｏＯ₂ ／ＡＢ／ＰＶＤＦ＝９４／３／３（質量部）となるように混合して正極合剤とし、これをＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）に分散させることにより正極ペーストを調整した。
この正極ペーストを、ＮＭＰを除いた正極合剤の質量が片面につき０．０２０ｇ／ｃｍ² となるように、ドクターブレードを用いて、厚み１３μｍのＡｌ箔の集電体の両面に均一に塗布した後、１５０℃で１時間の乾燥を行った。そして、室温にて厚みが１３０μｍとなるように極板をプレスし、極板の幅が３０ｍｍ、長さが５００ｍｍとなるように切断し、集電体の両面に、合剤層が形成された正極板１３を得た。
正極板１３の端部には、正極活物質が塗工されていない正極接続端部１５が突設されており、正極接続端部１５は端部に折り曲げ部１５ａを有し、二重になっている。

負極板１１は、以下のようにして作製した。
負極活物質としてのグラファイト（黒鉛）、及びバインダとしてのＰＶＤＦを質量比で９０：１０となるように混合して負極合剤とし、これにＮＭＰを適量加えて分散させ、負極ペーストを得た。
この負極ペーストを、ＮＭＰを除いた負極合剤の質量が片面につき０．００９５ｇ／ｃｍ² となるように、ドクターブレードを用いて、厚み６μｍの銅箔集電体の両面に均一に塗布した後、１５０℃で１時間の乾燥を行った。そして、室温にて厚みが１４５μｍとなるように極板をプレスし、極板の幅が３１ｍｍ、長さが５５０ｍｍとなるように切断し、負極板を得た。
負極板１１の端部には、負極活物質が塗工されていない負極接続端部１４が突設されており、負極接続端部１４端部に折り曲げ部１４ａを有し、二重になっている。

セパレータ１２としては、厚み１６μｍ程度のポリエチレン製微多孔性膜を用いた。
電極群１０は、前記正極板１３と負極板１１とでセパレータ１２を挟み、これを巻回して、作製した。
非水電解質としては、エチレンカーボネートとジエチルカーボネートとを体積比で３：７で混合した混合溶媒にＬｉＰＦ₆ を１．１ｍｏｌ／Ｌ溶解させたものを用いた。

前記電極群１０の、折り曲げ部１４ａ，１５ａを有する負極接続端部１４，正極接続端部１５を、第１接続タブ５，第２接続タブ７に重ね合わせ、上述した針かしめにより接合した。
以上のようにして蓋部２に接続された電極群１０をケース８に収納し、蓋部２をケース８に固定して溶接し、注液孔（図示せず）から電解液（図示せず）を注入し、注液孔を封口して、電池１を作製した。

[比較例１]
負極接続端部１４，正極接続端部１５の端部を折り曲げなかったこと以外は、実施例１と同様にして電池を作製した。

[電池の落下試験]
実施例１及び比較例１の電池を各５０個作製し、以下の落下試験を行った。
落下試験は、電池を５０ｃｍの高さからコンクリート面へと自由落下させて行った。各電池につき各六面を下に向けて各５０回（計３００回）落下させた。試験終了後に、電池を解体して、かしめ部の極板の破断の有無を観察し、不良の個数を記録した。この試験結果を下記の表１に示す。

[試験結果と考察]
実施例１の電池は、負極接続端部１４，正極接続端部１５のかしめ部全てに破断が生じていなかった。比較例１の電池は、負極接続端部のかしめ部に、５０個中１７個の割合で破断が生じており、正極接続端部のかしめ部に、５０個中１３個の割合で破断が生じていた。以上の結果より、実施例１の極板の破断防止効果が認められた。

以上より、負極板１１及び正極板１３セパレータ１２を介し巻回した電極群１０を用いる電池１において、負極接続端部１４，正極接続端部１５を第１接続タブ５，第２接続タブ７に接合する際に、負極接続端部１４，正極接続端部１５をその長手方向に丸める、折り畳む等の方法によって折り返し、多重にした状態で、針かしめにより接合することにより、電池１が落下した場合において、かしめ部で負極接続端部１４，正極接続端部１５の破断が抑制されることが分かる。

なお、本実施例では、負極接続端部１４，正極接続端部１５には負極合剤，正極合剤が塗工されておらず、銅箔又はアルミニウム箔が剥き出しになっているが、この部分に負極合剤，正極合剤が塗工されている場合、及びテープが貼られている場合等においても、本質的に同様の効果を得ることができる。また、電池を構成する部材が実施例とは異なるものであっても、本質的に、同様の効果を得ることができる。

さらに、前記実施の形態１及び２においては、電池１がリチウムイオン二次電池等の非水電解質二次電池である場合につき説明しているがこれに限定されるものではなく、本発明はニッケル・水素二次電池、ニッケル・カドミウム二次電池等の他の電池にも適用することが可能である。

本発明の実施の形態１に係るリチウムイオン二次電池等の非水電解質二次電池を示す一部破断概略側面図である。 電池を示す概略縦断面図である。 第１接続タブに負極接続端部を接続する方法を示す模式図である。 第１接続タブ及び負極接続端部に治具を突き刺した後の状態を示す模式的断面図である。 本発明の実施の形態２に係るリチウムイオン二次電池等の非水電解質二次電池の電極群を示す展開図である。 電極群を示す斜視図である。 従来のリチウムイオン二次電池等の非水電解質二次電池を示す一部破断概略側面図である。 電池を示す概略縦断面図である。 第１接続タブに負極接続端部を接続する状態を示す模式図である。 第１接続タブ及び負極接続端部に針状の治具を突き刺した後の状態を示す模式的断面図である。

符号の説明

１ 非水電解質二次電池
２ 蓋部
３ 負極端子
４ 絶縁部材
５、２４ 第１接続タブ
６ 銅板
７、２５ 第２接続タブ
８ ケース
１０、２０ 電極群
１１、２１ 負極板
１２、２２ セパレータ
１３、２３ 正極板
１４ 負極接続端部
１４ａ、１５ａ 折り曲げ部
１５ 正極接続端部
１６ 治具
１７、２６、２９ 孔
１８、２７、３０ 折り返し片
１９、２８、３１ かしめ部

Claims (3)

1. ケースと、
   正極板及び負極板をセパレータを介し巻回してなり、前記ケースに収納される電極群と、
   正極端子又は負極端子の少なくともいずれか一方の端子と、前記端子と同じ極性の極板とを接続する接続タブとを備え、
   前記電極群の最内周または最外周に位置する前記極板の端部と、前記接続タブとが接続されており、
   前記端部を前記接続タブに重ね合わせた状態で、前記端部及び前記接続タブに折り返し片が生じるように孔を開け、該折り返し片により前記端部を前記接続タブに固定してなる電池において、
   前記接続タブに接続される極板の端部は、多重にしてあることを特徴とする電池。
2. 前記極板の端部は、折り返すことにより多重にしてある請求項１に記載の電池。
3. 正極板及び負極板をセパレータを介し巻回してなる電極群の正極板又は負極板の少なくともいずれか一方の極板の端部を、前記極板と同じ極性の端子と接続された接続タブに接続し、前記電極群をケースに収納する電池の製造方法において、
   極板の端部を折り返して多重にする工程と、
   前記端部を、前記接続タブに重ね合わせる工程と、
   重ね合わされた前記端部及び前記接続タブに、折り返し片が生じるように孔を開ける工程と、
   前記折り返し片により、前記端部を前記接続タブに固定する工程とを有することを特徴とする電池の製造方法。
   

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