JP5364511B2 - 円筒型電池 - Google Patents

Description

この発明は、円筒型電池に関する。

リチウム二次電池等に代表される円筒型電池では、軸芯に捲回された正極または負極に接続された集電部材の一方を蓋に、他方を電池容器に接続する構造を有する。一般的には、正極を蓋に接続し、負極を電池容器に接続するが、逆の接続構造を有するものもある。

蓋と電池容器とは、ゴム等で形成されたガスケットにより絶縁する。この場合、ガスケットにより絶縁を図ると同時に蓋を保持する構造が知られている。このような円筒型電池の製造方法の一例を示すと、まず、円筒型の容器の上部側にプレス等により、電池容器の一部を内側に突出すように変形してほぼＶ字形状の溝を形成する。次に、この溝の上方に円筒状のガスケットを配置し、その上にガスケットより僅かに小さい円盤状の蓋の外周縁を載置する。そして、プレス等により電池容器およびガスケットを軸方向に圧縮するかしめを行い、電池容器の一側縁と溝部との間に、蓋とガスケットを固定する。蓋を固定することにより蓋に接続された集電部材が固定され接続された集電部材が固定され、これにより正極、負極等含む発電要素が固定される。（例えば、特許文献１参照）

特開２００９−１０４９７９号公報（図３）

上記構造の場合、集電部材はガスケットにより円筒電池の軸方向に保持されているが、軸方向と垂直な方向には保持されていない。

本発明の円筒型電池は、正極と負極とがセパレータを介して軸芯に捲回された電極群と、電極群の軸方向の一端側および他端側に配置され、それぞれ、正極および負極の一方および他方に接続された一対の集電部材と、電極群および一対の集電部材を収容し、一対の集電部材の一方に接続された電池容器と、一対の集電部材の他方に接続された蓋と、集電部材と蓋とを電気的に接続する接続部材と、一対の集電部材の他方と蓋との間に配置された絶縁部材と、蓋の外周縁と電池容器の軸方向の一方の側縁との間に介在され、かしめにより固定されたゴム製のガスケットと、を具備し、一対の集電部材の他方は、少なくとも一部が絶縁部材に食い込む微小な突起を有することを特徴とする。

この発明の円筒型電池によれば、集電部材を軸方向に作用する外力に対して確実に保持することができ、且つ、軸方向に垂直な方向に作用する衝撃・振動等の外力に対する耐久性を向上することができる。

この発明の円筒型電池の一実施形態を示す断面図。 図１に示された円筒型電池の電極群の一部を切断した外観斜視図。 図１に示された円筒型電池の分解斜視図。 本発明の円筒型電池におけるガスケットを用いた密封方法の最初の工程を示す断面図。 図４に続く工程を示す断面図。 図５に続く工程を示す断面図。 この発明の円筒電池に用いられる正極集電部材の第１の変形例を示す斜視図。 図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線切断断面図。 この発明の円筒電池に用いられる正極集電部材の第２の変形例を示す斜視図。 図９のＸ−Ｘ線切断断面図。 この発明の円筒電池に用いられる正極集電部材の第３の変形例を示す斜視図。 図１１のＸＩＩ−ＸＩＩ線切断断面図。 この発明の円筒電池に用いられる正極集電部材の第４の変形例を示す斜視図。 図１３のＸＩＶ−ＸＩＶ線切断断面図。

（実施形態１）
−円筒型電池の構造−
以下、この発明の円筒型電池の一実施形態を、リチウム二次電池を例として図面と共に説明する。
図１は、この発明の円筒型電池の一実施形態を示す断面図であり、図２は、図１に示された円筒型電池の電極群の一部を切断した外観斜視図であり、図３は、図１に示された円筒型電池の分解斜視図である。但し、図３においては、負極集電板および電池容器は、図示を省略されている。
円筒型電池１は、例えば、外形４０ｍｍφ、高さ１００ｍｍの寸法を有する。
この円筒型電池１は、有底円筒型の電池容器２およびハット型の蓋３の内部に、以下に説明する発電用の各構成部材を収容している。電池容器２は、その開放側の側部が内側に突出すように変形され、溝２ａが形成されている。

１０は、電極群である。電極群１０は、図２に図示されるように、軸芯１５と、軸芯１５の周囲に捲回された正極シート（正極）１１、負極シート（負極）１２、および正極シート１１と負極シート１２との間に配置されたセパレータ１３を有する。

正極シート１１は、アルミニウム箔により形成され、両面に正極活物質等を塗布する正極処理が施された正極処理部１１ａと、正極処理が施されずアルミニウム箔が表出した正極未処理部１１ｂとを有する。正極未処理部１１ｂには、多数の正極リード１１ｂ１が、等間隔に一体的に形成されている。

正極シート１１の形成方法の一例を説明すれば、正極シート１１はリチウムマンガン複酸化物として代表的なマンガン酸リチウム（ＬｉＭｎ₂Ｏ₄）を正極活物質として用い、次のように作製される。正極活物質９０重量部に対して、導電剤として燐片状黒鉛１０重量部と、結着剤としてポリフッ化ジビリニデン（ＰＶＤＦ）５重量部とを添加し、これを分散溶媒としてＮ−メチル−２−ピロリドンを添加、混練したスラリを、厚さ２０μｍのアルミニウム箔の両面に均一に塗布し、乾燥させた後、プレス、裁断する。

負極シート１２は、銅箔により形成され、両面に負極活物質等を塗布する負極処理が施された負極処理部１２ａと、負極処理が施されず銅箔が表出した負極未処理部１２ｂとを有する。負極未処理部１２ｂには、多数の負極リード１２ｂ１が等間隔に一体的に形成されている。

負極シート１２の形成方法の一例を説明すれば、負極シート１２は負極活物質の炭素材として非晶質炭素粉末を用い次のように作製される。非晶質炭素粉末９０重量部に、結着剤としてポリフッ化ジビニリデン（ＰＶＤＦ）１０重量部を添加し、これに分散溶媒としてＮ−メチル−２−ピロリドンを添加、混練したスラリを、厚さ１０μｍの圧延銅箔の両面に均一に塗布し、乾燥させた後、プレス、裁断する。

セパレータ１３は、例えば、厚さ４０μｍのポリエチレン製多孔膜である。
軸芯１５は軸方向（図面の上下方向）に延出された中空な細い筒形状を有し、上部には、正極集電部材３１が圧入されている。正極集電部材３１は、例えば、アルミニウムにより形成され、円盤状の基部３１ａの軸芯側に、下面側に突出して形成され、軸芯１５の内面に圧入される下部筒部３１ｂを有し、外周縁に上面側に突き出す上部筒部（側部）３１ｃを有する。

図７は、正極集電部材の拡大斜視図であり、図８は、図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線切断断面図である。正極集電部材３１の上部筒部３１ｃは、上面が円形のリング形状をなし、その上面のほぼ中央部に、微小な突起３１ｄが形成されている。微小な突起３１ｄは、断面が方形形状を有し、上部筒部３１ｃのリングの幅内に形成されたリング形状を有する。

正極シート１１の正極リード１１ｂ１は、すべて、正極集電部材３１の上部筒部３１ｃに溶接される。すなわち、図３に図示されるように、正極リード１１ｂ１は、正極集電部材３１の上部筒部３１ｃ上に重なり合って接合される。各正極リード１１ｂ１は大変薄いため、１つでは大電流を取りだすことができない。このため、軸芯１５への巻き始めから巻き終わりまでの全長に亘り、多数の正極リード１１ｂ１が所定間隔に形成されている。
正極集電部材３１は、電解液によって酸化されるので、アルミニウムで形成することにより信頼性を向上することができる。アルミニウムは、なんらかの加工により表面が表出すると、直ちに、表面に酸化アルミウム皮膜が形成され、この酸化アルミニウム皮膜により、電解液による酸化を防止することができる。
また、正極集電部材３１をアルミニウムで形成することにより、正極シート１１の正極リード１１ｂ１を超音波溶接またはスポット溶接等により溶接することが可能となる。

負極集電部材２１（図１参照）は、例えば、銅により形成され、円盤状の基部２１ａの軸芯側に軸芯１５の外面に圧入される内周筒部２１ｂを有し、外周縁に、内周筒部２１ｂと同方向に突き出す外周筒部２１ｃを有する。
負極シート１２の負極リード１２ｂ１は、すべて、負極集電部材２１の外周筒部２１ｃに、超音波溶接またはスポット溶接により溶接される。各負極リード１２ｂ１は大変薄いため、大電流を取りだすために、軸芯１５への巻き始めから巻き終わりまで全長にわたり、所定間隔で多数形成されている。

負極集電部材２１の外周筒部２１ｃの外周には、負極シート１２の負極リード１２ｂ１およびリング状の押え部材２２が溶接されている。負極リード１２ｂ１は多数あるので、負極集電部材２１の外周筒部２１ｃの外周に密着させておき、負極リード１２ｂ１の外周に押え部材２２を巻き付けて仮固定し、この状態で溶接される。
負極集電部材２１の下面には、銅製の負極通電リード２２が溶接されている。
負極通電リード２３は、電池容器２の底部において、電池容器２に溶接されている。電池容器２は、例えば、０．５ｍｍの厚さの炭素鋼で形成され、表面にニッケルメッキが施されている。このような材料を用いることにより、負極通電リード２３は、電池容器２に抵抗溶接により溶接することができる。

図６は、図１に図示された円筒型電池１の領域Ａの拡大図である。以下の説明においては、図１および図３と共にこの図６を参照されたい。
正極集電部材３１の上部筒部３１ｃの外周には、正極シート１１の正極リード１１ｂ１およびリング状の押え部材３２が溶接されている。正極リード１１ｂ１は多数あるので、正極集電部材３１の上部筒部３１ｃの外周に密着させておき、正極リード１１ｂ１の外周に押え部材３２を巻き付けて仮固定し、この状態で溶接される。
電極群１０を構成する正極シート１１に形成された多数の正極リード１１ｂ１が、正極集電部材３１の上部筒部３１ｃに溶接されることにより、正極集電部材３１は電極群１０と一体的に構成される。

また、正極集電部材３１の基部３１ａの上面には、多数のアルミニウム箔が積層されて構成された第１フレキシブル接続部材３３が、その一部を溶接されて接合されている。第１フレキシブル接続部材３３は、多数のアルミニウム箔を積層して一体化することにより、大電流を流すことが可能とされ、且つ、フレキシブル性を付与されている。つまり、大電流を流すには接続部材の厚さを大きくする必要があるが、１枚の金属板で形成すると剛性が大きくなり、フレキシブル性が損なわれる。そこで、板厚の小さな多数のアルミニウム箔を積層してフレキシブル性を持たせている。第１フレキシブル部材３３がフルキシブル性を必要とされる理由は後述する。

図３に示すように、正極集電部材３１の上部筒部３１ｃ上には、円形の開口部４１ａを有する絶縁性樹脂材料からなるリング状の絶縁板４１が搭載されている。
絶縁板４１は、開口部４１ａと下方に突出す側部４１ｂを有している。
絶縁材４１の開口部４１ａ内には、アルミニウム製の内蓋３５が嵌合されている。この内蓋３５の下面には、第２フレキシブル接続部材３４が、その一部が内蓋３５に溶接されている。第２フレキシブル部材３４は、多数のアルミニウム箔を積層して一体化することにより、大電流を流すことが可能とされ、且つ、フレキシブル性を付与されている。

第１フレキシブル接続部材３３と第２フレキシブル接続部材３４は、電池容器２内部に電解液を注入する前は、図３に図示されるように、それぞれ、溶接により一端側が固定されているに対し、他端側が開放端部となっている。電解液を注入した後は、図１に図示されるように、第１フレキシブル接続部材３３と第２フレキシブル接続部材３４の開放端部同士が溶接される。
内蓋３５には、第１フレキシブル部材３３と第２フレキシブル部材３４を溶接するための開口部３６が形成されている。

内蓋３５の上方には、周縁部が絶縁板４１上に載置され、中央部分が内蓋３５の上面に接触する、アルミニウム等で形成された開裂弁３７が配置されている。開裂弁３７には、切込み３７ａが形成されている。開裂弁３７は、電池の安全性確保のために設けられており、リチウム電池の内圧が上昇すると、第１段階として、上方に反り、内蓋３５から離間して通電を絶つ。第２段階として、それでも内圧が上昇する場合は切込み３７ａにおいて開裂し、内部のガスを放出する機能を有する。

上述した絶縁板４１は、内蓋３５の外周部と開裂弁３７の周縁部側に介在され、初期状態では、開裂弁３７の中央部のみが内蓋３５に接触されるようにする。正極集電部材３１の上部筒部３１ｃの上面に形成された微小な突起３１ｄは、絶縁板４１の下面に食い込んでいる。正極集電部材３１は、軸芯１５を介して電池容器２の底面に溶接された負極集電部材２１を含む電極群１０に一体化されている。このため、正極集電部材３１の微小な突起３１ｄが食い込んだ絶縁板４１は、軸方向に垂直に作用する衝撃や振動等の外力に抗して保持される。

開裂弁３７の上面には蓋３が配置されている。蓋３は、炭素鋼等の鉄で形成されており、開裂弁３７に接触する円盤状の周縁部３ａとこの周縁部３ａから上方に突出す有頭無底の筒部３ｂを有するハット型を有する。筒部３ｂには複数の開口部３ｃが形成されている。
蓋３の周縁部３ａの上下面および外周側面は、開裂弁３７の周縁部により覆われている。開裂弁３７は、当初、図３に図示されているように円盤状の基部に対して垂直に起立した側壁３７ｂを有する形状に形成されており、蓋３の周縁部３ａが搭載された後、プレス等によりかしめられ、コ字状に折曲されて、蓋３の周縁部３ａの上面側を覆う。
なお、蓋３が鉄で形成されている場合には、別の円筒型電池と直列に接合する際、鉄で形成された別の円筒型電池とスポット溶接により接合することができる。

開裂弁３７の周縁部の上下面および外周側面を覆ってガスケット４３が設けられている。ガスケット４３は、当初、図３に図示されるように、リング状の基部４３ａの周側縁に、上方に起立して形成された外周壁部４３ｂと、内周側に、基部４３ａから下方に向かってほぼ垂直に垂下して形成された筒部４３ｃとを有する形状を有している。
そして、詳細は後述するが、プレス等により、ガスケット４３の外周壁部４３ｂを折曲して基部４３ａと外周壁部４３ｂにより、開裂弁３７と蓋３を軸方向に圧接するように加工される。これにより、正極集電部材３１に一体化された電極群１０を軸方向に強固に保持する。

電池容器２の内部には、非水電解液が所定量注入されている。非水電解液の一例としては、エチレンカーボネート（ＥＣ）とジメチルカーボネート（ＤＭＣ）とジエチルカーボネート（ＤＥＣ）とを体積比で１：１：１の割合で混合した混合有機溶媒中に、電解質として六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ₆）を１モル／リットル溶解したものをあげることができる。
以下、上記構成の円筒型電池の製造方法の一例を説明する。

−円筒型電池の製造方法−
正極処理部１１ａと、多数の正極リード１１ｂ１が形成された正極未処理部１１ｂを有する正極シート１１を作製する。また、負極処理部１２ａと、多数の負極リード１２ｂ１が形成された負極シート１２を作製する。
正極シート１１と負極シート１２とを、両シート間にセパレータ１３を挟んで軸芯１５の周囲に多重に捲回して電極群１０を作製する。

この電極群１０の軸芯１５の下部に負極集電部材２１を取り付ける。負極集電部材２１の取り付けは、負極集電部材２１の内周筒部２１ｂを軸芯１５の外周に嵌入して行う。負極集電部材２１の外周筒部２１ｃの外周の全周囲に亘り、負極リード１２ｂ１をほぼ均等に配分して密着し、負極リード１２ｂ１の外周に押え部材２２を嵌合する。そして、超音波溶接等により、負極集電部材２１に負極リード１２ｂ１および押えリング２２を溶接する。

上面側に第１フレキシブル接続部材３３の一端が溶接された正極集電部材３１を、軸芯１５の上部に取り付ける。第１フレキシブル接続部材３３と正極集電部材３１との溶接は、スポット溶接を用いることができる。正極集電部材３１の軸芯１５への取り付けは、正極集電部材３１の下部筒部３１ｂを軸芯１５の内面に嵌合して行う。

正極集電部材３１の上部筒部３１ｃの外周の全周囲に亘り、正極リード１１ｂ１をほぼ均等に配分して密着し、正極リード１１ｂ１の外周に押え部材３２を嵌合する。そして、超音波溶接等により、正極集電部材３１に正極リード１１ｂ１および押えリング３２を溶接する。このようにして、図３に図示される発電ユニット２０が作製される。

発電ユニット２０を収容可能なサイズを有する金属製の有底円筒部材に、上述の工程を経て作製された発電ユニット２０を収容する。付言する必要も無いが、有底円筒部材は、電池容器２となるものである。
以下において、説明を簡素にして明瞭にするために、この有底円筒部材を電池容器２として説明する。
電池容器２内に収納した発電ユニット２０の負極通電リード２２を、電池容器２に抵抗溶接により溶接する。
次に、電池容器２を絞り加工して、電池容器２の一部を内方に突出し、外面にほぼＶ字状の溝２ａを形成する。
電池容器２の溝２ａは、発電ユニット２０の上端部、換言すれば、正極集電部材３１の上端部近傍に位置するように形成する。

発電ユニット２０が収容された電池容器２の内部に、電解液を所定量注入する。
電解液を注入する際、第１フレキシブル接続部材３３は、注入に邪魔とならない位置に曲げておく。また、電解液の注入が終わったあとは変形させて、その開放端部が内蓋３５の開口部３６に対応する位置に配置する。

第２フレキシブル接続部材３４の一端が溶接された内蓋３５を絶縁板４１に取り付け、正極集電部材３１上に配置する。第２フレキシブル接続部材３４と内蓋３５との溶接は、スポット溶接を用いることができる。内蓋３５と絶縁板４１との取り付けは、圧入、溶着、接着などにより行う。内蓋３５が取り付けられた絶縁板４１を正極集電部材３１上への配置は、絶縁板４１の側部４１ｂに、正極集電部材３１の上部筒部３１ｃの内面を嵌入した状態で、正極集電部材３１の上部筒部３１ｃの上面に形成された微小な突起３１ｄ上に載置する。
第２フレキシブル接続部材３４の開放端部を内蓋３５の開口部３６に対応する位置にして、第１フレキシブル接続部剤３１の開放端部と重合させておく。

第１フレキシブル接続部材３３と第２フレキシブル接続部材３４の開放端部同士をスポット溶接により溶接する。
第１フレキシブル接続部材３３と第２フレキシブル接続部材３４の溶接に際しては、上述した如く、それぞれの開放端部の位置を変位させるために、第１フレキシブル接続部材３３および第２フレキシブル接続部材３４を変形させる必要があるが、それぞれが、アルミニウム箔等の薄い金属箔を複数積層して形成されているので、変形に十分な可撓性を有している。

次に、開裂弁３７が固定された蓋３を絶縁板４１上に載置する。開裂弁３７と蓋３との固定は、かしめ等により行う。図３に図示された如く、開裂弁３７には、当初、側壁３７ｂは基部３７ａに垂直に形成されているので、蓋３の周縁部３ａを開裂弁３７の側壁３７ｂ内に配置する。そして、開裂弁３７の側壁３７ｂをプレス等により変形させて、蓋３の周縁部の上面および下面、および外周側面を覆って圧接する。
この後、蓋３および電池容器２をかしめて、ガスケット４３により、蓋３、換言すれば、正極集電部材３１および電極群１０を軸方向に保持すると共に、正極集電部材３１を軸方向と垂直な方向に対して確実に保持させるための加工を行う。
その方法を、図１に図示された領域Ａの拡大断面を示す図４〜図６を用いて説明する。

図４に図示されるように、かしめによって開裂弁３７が固定された蓋３と電池容器２との間にガスケット４３を配置する。ガスケット４３は、ゴムで形成されており、限定する意図ではないが、１つの好ましい材料の例として、エチレンプロピレン共重合体（ＥＰＤＭ）をあげることができる。また、例えば、電池容器２が厚さ０．５ｍｍの炭素鋼製で、外径が４０ｍｍΦの場合、ガスケット４３の厚さは１０ｍｍ程度とされる。
図４に図示された状態では、ガスケット４３は、電池容器２の溝２ａの内側に留まっている。また、発電ユニット２０は、その上端の位置が、電池容器２の溝２ａの上部に対応する。
また、正極集電部材３１の上部筒部３１ｃの上面に形成された微小な突起３１ｄは、絶縁板４１の下面に対応して配置されている。

上述した通り、ガスケット４３は、当初、リング上の基部４３ａの上方に外周壁部４３ｂを有し、下方に向かって基部４３ａに垂直方向に突出す筒部４３ｃを有する形状に作製されている。外周壁部４３ｂも基部４３ａに対してほぼ垂直方向に突出して形成されている。

図４に図示されるように、ガスケット４３上に、開裂弁３７がかしめられた蓋３を搭載した状態で、図５に図示されるように、内側上方から外周下方に傾斜したプレス面を有する成形金型６１を電池容器２の軸方向に押し下げて、電池容器２の上側の側縁と共にガスケット４３の外周壁部４３ｂを内側に向けて傾斜させる。
プレス加工は、プレス面の傾斜が垂直に近いものから、順次、水平に近づくように傾斜が緩やかになる成形金型に変更して、複数回行うようにしてもよい。
プレス加工の進行と共に、正極集電部材３１の上部筒部３１ｃの上面に形成された微小な突起３１ｄは、絶縁板４１の下面に近接していく。

図６は、プレス面が水平の成形金型６２を用いて、蓋３とガスケット４３にかしめを行った後の状態を示す。この工程では、電池容器２の溝２ａ内に、溝２ａの傾斜面とほぼ同じ角度に傾斜した成形金型６３を配し、成形金型６２と６３の間に、開裂弁３７がかしめられた蓋３に、ガスケット４３および電池容器２の上部の側縁を軸方向に圧縮してかしめを行う。この工程では、成形金型６３は、当初、電池容器２の溝２ａ内の上方の外面２ｂから離間した位置に配置される。

このため、成形金型６２の押し下げに伴い、電池容器２の溝２ａの上部側が下方に押し下げられる。そして、電池容器２の溝２ａ内の外面２ｂが成形金型６３に当接し、電池容器２と開裂弁３７がかしめられた蓋３の外周部３ａとの間に配置されたガスケット４３の外周壁部４３ｂは、開裂弁３７の上面および外周側面に沿ってＬ字状に折曲される。このようにして、蓋３が電池容器２およびガスケット４３に保持されることにより正極集電部材３１および電極群１０は、軸方向と垂直な方向に対して強固に保持される。

ここで、正極集電部材３１の基部３１ａの下面（図１における軸芯１５の上面との接触面）から微小な突起３１ｄまでの高さＨ_plateは、軸芯１５の上面から絶縁板４１の下面までの高さＨ_spaceよりも大きい寸法とされている。すなわち、Ｈ_plate＞Ｈ_spaceの関係を満たす。このため、電池容器２の溝２ａの上部側が下方に押し下げられ、プレスによって軸方向に大きな圧力が負荷されることにより、正極集電部材３１の微小な突起３１ｄは、絶縁板４１に圧接され、一部は絶縁板４１内に食い込む。また、正極集電部材３１の基部３１ａは、多少、下方にたわむように変形する。
このため、正極集電部材３１に一体化されている電極群１０は、絶縁板４１および正極集電部材３１によって、軸方向に垂直に作用する衝撃や振動等の外力に抗して強固に保持される。
正極集電部材３１の微小な突起３１ｄは、絶縁板４１に対して強く圧接することにより、軸方向に垂直な方向に作用する外力に抗して電極群１０を保持するようにすればよく、微小な突起３１ｄを絶縁板４１に食い込ませることは必須ということではない。しかし、少なくとも微小な突起３１ｄの一部を絶縁板４１に食い込ませれば、大きな保持力を得ることができる。

以上の通り、上記実施形態によれば、蓋３の周縁部３ａを挟んで電池容器２とガスケット４３をかしめることにより、軸方向に作用する外力に抗して正極集電部材３１に一体化された電極群１０を強固に保持する。また、正極集電部材３１の微小な突起３１ｄが、絶縁板４１に圧接されることにより、軸方向に垂直方向作用する外力に抗して正極集電部材３１に一体化された電極群１０を強固に保持する。
なお、上記実施形態における、正極集電部材３１の微小な突起３１ｄの形状は、以下に示すように、種々、変形することが可能である。

（実施形態２）
図９は、正極集電部材の実施形態２を示す外観斜視図であり、図１０は、図９のＸ−Ｘ線切断断面図である。
実施形態２では、正極集電部材３１の上部筒部３１ｃの上面に形成される微小な突起３１ｄは、断面が半円形を有する。すなわち、正極集電部材３１の上部筒部３１ｃのリングの幅内に、断面が半円形の微小な突起３１ｄをリング形状に形成したものである。このような、実施形態の場合でも、微小な突起３１ｄを絶縁板４１に食い込ませて、軸方向に垂直方向作用する外力に抗して正極集電部材３１に一体化された電極群１０を強固に保持することができる。

（実施形態３）
図１１は、正極集電部材の実施形態２を示す外観斜視図であり、図１２は、図１１のＸＩＩ−ＸＩＩ線切断断面図である。
実施形態３では、正極集電部材３１の上部筒部３１ｃの上部側側面に切り込みを入れ、その切り込みの上部側を、持ち上げて、切り込み部の奥から表面に向けて、上昇するように傾斜させたものである。すなわち、正極集電部材３１の上部筒部３１ｃのリングの側面から切り込みにより、上部筒部３１ｃの上面側の部分をリング状に突き出させたものである。このような、実施形態の場合でも、微小な突起３１ｄを絶縁板４１に食い込ませて、軸方向に垂直方向作用する外力に抗して正極集電部材３１に一体化された電極群１０を強固に保持することができる。

表１は、実施形態１〜３の円筒型電池に対して振動試験を行った後の内部短絡発生数を示す。
実施形態１〜３は、それぞれ、図１に図示する円筒型電池の構造を有しており、正極集電部材３１の上部筒部３１ｃに形成した微小な突起３１ｄのみを、上記各実施形態に示す形状としたもので行った。また、比較例として、正極集電部材３１と絶縁板４１との間に隙間が設けられているもの、換言すれば、Ｈ_plate＜Ｈ_spaceの関係を満たす（但し、Ｈ_plateは正極集電部材３１の軸芯１５の上面との接触面から微小な突起３１ｄまでの高さ、Ｈ_spaceは軸芯１５の上面から絶縁板４１の下面までの高さ）、従来の構造を有する円筒型電池に対して、同様な振動試験を行った結果を掲載する。

上記振動試験は、「ＪＩＳＣ８７１３ 密閉形小形二次電池の機械的試験」に準じ、振動数１０〜５００Ｈｚ、振幅０．３５ｍｍのピークまたは最大５０ｍ／ｓ²とし、振動軸は効果を検証しやすい円筒の長手（軸）方向に垂直な方向とした。また、掃引速度は１オクターブ／分とし、１００サイクルまで繰り返し実施した。２０サイクル毎に電圧を測定して内部短絡の有無を確認し、各電池の内部短絡の発生数をカウントした。電池電圧は、初期２．７Ｖであり、２０サイクル毎に電池電圧を測定し、電池電圧が２．５Ｖ以下となった電池を、内部短絡が発生したものとした。試験は、実施例毎に電池２０個を行った。周囲温度は２０＋０．５℃〜２０−０．５℃である。表１に記載の内部短絡発生数は、累積数である。

表１に掲載されている如く、比較例では、４０サイクルから内部短絡を発生した電池が確認され、１００サイクル終了時点では、合計５個の電池に内部短絡が発生した。これに対し、本発明の各実施形態では１〜３のすべてにおいて、６０サイクルまでは内部短絡を発生した電池は皆無であり、且つ、１００サイクル終了時点で内部短絡を発生した電池は合計で２個以下であった。従って、いずれの実施形態の場合でも、比較例に対して、信頼性が向上したことが確認された。

上記実施形態によれば、蓋３の周縁部３ａを挟んで電池容器２とガスケット４３をかしめることにより、軸方向に作用する外力に抗して正極集電部材３１に一体化された電極群１０を強固に保持する。また、正極集電部材３１の微小な突起３１ｄが、絶縁板４１に圧接されることにより、軸方向に垂直方向に作用する外力に抗して正極集電部材３１に一体化された電極群１０を強固に保持する。

（実施形態４）
なお、正極集電部材３１に形成する微小な突起３１ｄは、上記実施形態以外にも、種々、変形して実施することができる。
図１３は、この発明の実施形態４を示す外観斜視図であり、図１４は、図１３のＸＩＶ−ＸＩＶ線切断断面図である。
実施形態４では、正極集電部材３１の上部筒部３１ｃの上面に形成される微小な突起３１ｄは、断面が三角形に形成されている。すなわち、正極集電部材３１の上部筒部３１ｃのリングの幅内に、断面が三角形の微小な突起３１ｄをリング形状に形成したものである。このような、実施形態の場合でも、微小な突起３１ｄを絶縁板４１に食い込ませて、軸方向に垂直方向作用する外力に抗して正極集電部材３１に一体化された電極群１０を強固に保持することができる。

上記各実施形態では、正極集電部材３１上に形成される微小な突起３１ｄは、いずれもリング状に連続する形状を有している。しかし、微小な突起３１ｄは、所定のピッチで間隔を設けて形成しても良い。または、数個のみ、適宜な位置に設けてもよい。連続的に設ける場合においても、または離散して設ける場合においても、微小な突起３１ｄの厚さは、正極集電部材３１の上部筒部３１ｃと同じ厚さとしてもよい。微小な突起３１ｄは、同一の円周上に配置するのみでなく、複数の円周上に同心円状に配置してもよい。各微小な突起３１ｄが、形や向きが異なるように形成してもよい。正極集電部材３１の上部筒部３１ｃを基部３１ａ側から先端側に向けて漸次傾斜する断面三角形状に形成し、先端側の一部に微小な突起３１ｄの機能を持たせるようにしてもよい。

なお、上記の実施形態では、リチウム電池の場合で説明したが、この発明は、リチウム電池に限られるものではなく、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池など、他の円筒型電池にも適用をすることができる。

上記の実施形態では、ガスケットにより正極集電部材３１を保持する場合で示したが、ガスケットにより負極集電部材を保持する構造とすることができる。集電部材を負極にした円筒型電池では、負極集電部材に接続された蓋が炭素鋼等の鉄製材料で形成され、正極である電池容器がアルミニウムで形成される。すなわち、図１において、リード（正極）１２ｂ１、集電部材（正極）２１、集電リード（正極）２２および電池容器２がアルミニウムで形成され、（負極）リード１１ｂ１が銅で形成され、集電部材（負極）３１、内蓋３５、開裂弁３７および蓋３が炭素鋼等の鉄で形成される。蓋３はアルミニウムで形成しても良い。但し、この場合においても、材料は一例であって、他の材料で形成されたものも本発明に含まれる。

集電部材３１を負極とした場合には、この集電部材３１に微小な突起３１ｄが形成される。微小な突起３１ｄの形状等は、上述した実施形態のいずれのものでも適用をすることが可能である。
その他、本発明の円筒型電池は、発明の趣旨の範囲内において、種々、変形して構成することが可能であり、要は、正極と負極とがセパレータを介して軸芯に捲回された電極群と、電極群の軸方向の一端側および他端側に配置され、それぞれ、正極および負極の一方および他方に接続された一対の集電部材と、電極群および一対の集電部材を収容し、一対の集電部材の一方に接続された電池容器と、一対の集電部材の他方に接続された蓋と、集電部材と蓋とを電気的に接続する接続部材と、一対の集電部材の他方と蓋との間に配置された絶縁部材と、蓋の外周縁と電池容器の軸方向の一方の側縁との間に介在され、かしめにより固定されたゴム製のガスケットと、を具備し、一対の集電部材の他方は、少なくとも一部が絶縁部材に食い込む微小な突起を有するものであればよい。

１ 円筒型電池
２ 電池容器
２ａ 溝
３ 蓋
３ａ 周縁部
３ｂ 筒部
１０ 電極群
１１ 正極シート（正極）
１１ａ 正極処理部
１１ｂ 正極未処理部
１１ｂ１ 正極リード
１２ 負極シート（負極）
１２ａ 負極処理部
１２ｂ 負極未処理部
１２ｂ１ 負極リード
１３ セパレータ
１５ 軸芯
２０ 発電ユニット
２１ 負極集電部材
３１ 正極集電部材
３１ａ 基部
３１ｂ 下部筒部
３１ｃ 上部筒部
３１ｄ 微小な突起
３５ 内蓋
３７ 開裂弁
４１ 絶縁板
４３ ガスケット
４３ａ 基部
４３ｂ 外周壁部
４３ｃ 筒部

Claims (3)

1. 正極と負極とがセパレータを介して軸芯に捲回された電極群と、
   前記電極群の軸方向の一端側および他端側に配置され、それぞれ、前記正極および前記負極の一方および他方に接続された一対の集電部材と、
   前記電極群および前記一対の集電部材を収容し、前記一対の集電部材の一方に接続された電池容器と、
   前記一対の集電部材の他方に接続された蓋と、
   前記集電部材と前記蓋とを電気的に接続する接続部材と、
   前記一対の集電部材の他方と前記蓋との間に配置された絶縁部材と、
   前記蓋の外周縁と前記電池容器の軸方向の一方の側縁との間に介在され、かしめにより固定されたゴム製のガスケットと、
   を具備し、前記一対の集電部材の他方は、少なくとも一部が前記絶縁部材に食い込む微小な突起を有することを特徴とする円筒型電池。
2. 請求項１に記載の円筒型電池において、前記集電部材は基部および基部より前記絶縁板側に向けて起立する筒部を有し、前記微小な突起は、前記集電部材の筒部の上面に、前記筒部の厚さより薄い厚さに形成されていることを特徴とする円筒型電池。
3. 請求項２に記載の円筒型電池において、前記微小な突起は、前記筒部の上面にリング状に連続して形成されていることを特徴とする円筒型電池。