JP5512303B2 - 円筒型二次電池 - Google Patents
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Description
このため、バリが発生しやすい正極シートにおける正極リードが設けられた長手方向の一側辺と反対側の側辺を、隣接するセパレータを折り返して被覆するようにした構造とするものが知られている。このようにすれば、バリ等が2枚のセパレータを突き破る虞がなくなり、内部短絡を防止することができる、としている(例えば、特許文献1参照)。
上述した先行文献に記載された発明では、この現象により生じる内部短絡は解決しない。
−円筒型二次電池の構造−
以下、この発明の円筒型二次電池を、リチウムイオン円筒型二次電池を一実施形態として図面と共に説明する。
図1は、この発明の円筒型二次電池の一実施形態を示す断面図であり、図2は、図1に示された円筒型二次電池の分解斜視図である。
円筒型二次電池1は、例えば、外形40mmφ、高さ100mmの寸法を有する。
この円筒型二次電池1は、有底円筒型の電池容器2およびハット型の上蓋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。有底円筒型の電池容器2には、その開放側である上端部側に電池容器2の内側に突き出した溝2aが形成されている。
軸芯15は、中空円筒状を有し、軸芯15には、負極電極12、第1のセパレータ13、正極電極11および第2のセパレータ14が、この順に積層され、捲回されている。最内周の負極電極12の内側には第1のセパレータ13および第2のセパレータ14が数周(図3では、1周)捲回されている。また、最外周は負極電極12およびその外周に捲回された第1のセパレータ13となっている。最外周の第1のセパレータ13が接着テープ19で止められる(図2参照)。
WS>WC>WA(図3参照)
すなわち、正極合剤11bの幅WAよりも、常に、負極合剤12bの幅WCが大きい。これは、リチウムイオン二次電池の場合、正極活物質であるリチウムがイオン化してセパレータを浸透するが、負極側に負極活物質が形成されておらず負極シート12aが露出していると負極シート12aにリチウムが析出し、内部短絡を発生する原因となるからである。
図1および図3において、中空な円筒形状の軸芯15は軸方向(図面の上下方向)の上端部の内面に径大の溝15aが形成され、この溝15aに正極集電部材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、この基部31aの内周部において軸芯15側に向かって突出し、軸芯15の内面に圧入される下部筒部31b、および外周縁において上蓋3側に突き出す上部筒部31cを有する。正極集電部材31の基部31aには、電池内部で発生するガスを放出するための開口部31d(図2参照)が形成されている。
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11aの正極リード16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。
負極シート12aの負極リード17は、すべて、負極集電部材21の外周筒部21cに超音波溶接等により溶接される。各負極リード17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の下面には、銅製の負極通電リード23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に抵抗溶接等により溶接することができる。
多数の正極リード16が正極集電部材31に溶接され、多数の負極リード17が負極集電部材21に溶接されることにより、正極集電部材31、負極集電部材21および電極群10が一体的にユニット化された発電ユニット20が構成される(図2参照)。但し、図2においては、図示の都合上、負極集電部材21、押え部材22および負極通電リード23は発電ユニット20から分離して図示されている。
絶縁板41は、開口部41a(図2参照)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内には接続板35が嵌合されている。接続板35の下面には、フレキシブルな第2の接続部材34が、その一部が接続板35に溶接されて固定されている。第2の接続部材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。
上蓋3は、炭素鋼等の鉄で形成してニッケルめっきが施されており、ダイアフラム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。この開口部3cは、電池内部に発生するガス圧によりダイアフラム37が開裂した際、ガスを電池外部に放出するためのものである。
なお、上蓋3が鉄で形成されている場合には、別の円筒型二次電池と直列に接合する際、鉄で形成された別の円筒型二次電池とスポット溶接により接合することが可能である。
そして、詳細は後述するが、プレス等により、電池容器2と共にガスケット43の外周壁部43bを折曲して基部43aと外周壁部43bにより、ダイアフラム37と上蓋3を軸方向に圧接するようにかしめ加工される。これにより、上蓋3とダイアフラム37とがガスケット43を介して電池容器2に固定される。
上述した如く、正極電極11に形成された正極リード16は、正極集電部材31の上部筒部31cの外周に超音波溶接などにより溶接される。この場合、従来の構造では、正極リード16’が正極集電部材31側に引っ張られ、二点鎖線に図示されるように、正極リード16’の部位側が正極集電部材31側に傾斜した状態で正極集電部材31に溶接される。このため、正極リード16’と正極リード16’に隣接する外側の第2のセパレータ14との間に、大きな隙間Gが生じる。ここで、正極集電部材31の中心側が軸芯15側であるので、正極集電部材31側を内側、正極集電部材31側と反対側を外側という。
絶縁層18の厚さは、正極合剤11bの厚さと同一か、またはそれ以下とすることが望ましい。絶縁層18の厚さが正極合剤11bの厚さよりも厚いと、正極リード16が正極集電部材31に溶接された状態で、正極リード16が逆方向に傾斜する等、変形をするので、内部応力が増大し、正極リード16の強度を確保する上で好ましくない。
図7において、軸芯15の外側から内側に向かって、正極電極11、第1のセパレータ13、負極電極12および第2のセパレータ14の順に積層され、案内ローラ66に案内されて軸芯15に捲回される。
この場合、第1のセパレータ13は、絶縁層18が形成された面を正極シート11a側に向け、絶縁層18が正極リード16に対応する箇所に位置決めされた状態で軸芯15に捲回される。
次に、上記構成の円筒型二次電池の製造方法の一例を説明する。
正極シート11aの両面に、正極合剤11bおよび正極合剤未処理部11cが形成され、また、多数の正極リード16が正極シート11aに一体に形成された正極電極11を作製する。また、負極シート12aの両面に負極合剤12bおよび負極処理部12cが形成され、多数の負極リード17が負極シート12aに一体に形成された負極電極12を作製する。
そして、第1のセパレータ13および第2のセパレータ14の最も内側の側縁部を軸芯15に溶接する。次に、第1のセパレータ13と第2のセパレータ14を軸芯15に1〜数周捲回し、次に、図7に図示するように、第2のセパレータ14と第1のセパレータ13との間に負極電極12を挟み、所定角度、軸芯15を捲回する。次に、第1のセパレータ13と第2のセパレータ14との間に正極電極11を挟む。そして、この状態で、所定の巻数分、捲回して電極群10を作製する。
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に抵抗溶接等により溶接する。この場合、図示はしないが、電池容器2の外部から、軸芯15の中空軸に電極棒を挿通し、電極棒により負極通電リード23を電池容器2の底部に押し付けて溶接する。次に、電池容器2の上端部側の一部を絞り加工して内方に突出し、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。
これにより、ダイアフラム37、上蓋3、接続板35および絶縁板41がガスケット43を介して電池容器2に固定され、また、正極集電部材31と上蓋3が第1の接続部材33、第2の接続部材34、接続板35およびダイアフラム37を介して導電接続され、図1に図示された円筒型二次電池が作製される。
図8は、本発明の円筒型二次電池の参考実施形態を示す拡大断面図である。
参考実施形態においては、絶縁層18は、正極シート11aの外側に隣接する第2のセパレータ14における、正極電極11に対面する側の正極リード16に対応する側縁の長手方向に沿って形成されている。
参考実施形態では、正極集電部材31に溶接された正極リード16は、正極集電部材31側に引っ張られて傾斜する。このため、正極リード16と、この正極リード16の外側に隣接する第2のセパレータ14との間には、隙間が生じる。しかし、第2のセパレータ14の正極リード16と対面する側には、絶縁層18が形成されているため、絶縁層18の厚さの分だけ、第2のセパレータ14と正極リード16との隙間は小さくなる。
このため、図8に図示される構造によっても、正極シート11aと第2のセパレータ14との間に異物が入り込むのを防止し、内部短絡を防ぐ効果を得ることができる。
なお、参考実施形態において、他の構成は、実施形態1と同様であり、同一の構成には同一の図面参照番号を付し、その説明を省略する。
2 電池容器
3 上蓋
10 電極群
11 正極電極
11a 正極シート
11b 正極合剤
12 負極電極
12a 負極シート
12b 負極合剤
13 第1のセパレータ
14 第2のセパレータ
15 軸芯
16 正極リード
17 負極リード
18 絶縁層
20 発電ユニット
21 負極集電部材
31 正極集電部材
33 第1の接続部材
34 第2の接続部材
35 接続板
37 開裂板
41 絶縁板
43 ガスケット
Claims (3)
- 軸芯の周囲に、第1のセパレータ、正極電極、第2のセパレータおよび負極電極が前記軸芯の内周側から外周側に向けてこの順で積層されて捲回された電極群と、正極集電部材とを具備し、前記正極電極に前記正極集電部材に接続される正極リードが形成された円筒型二次電池であって、前記正極電極における正極リードに対向する箇所の内周面と該正極電極の内周側に隣接する前記第1のセパレータの外周面との間のみに、前記正極リードよりも幅広な絶縁層を設けたことを特徴とする円筒型二次電池。
- 請求項1に記載の円筒型二次電池において、前記絶縁層の厚さは、前記絶縁層が対面する正極電極の正極シート面に形成された正極合剤の厚さと同一か、またはそれより薄いことを特徴とする円筒型二次電池。
- 請求項1または2のいずれか1項に記載の円筒型二次電池において、前記絶縁層は、前記正極電極の内周側に隣接する前記第1のセパレータに設けられていることを特徴とする円筒型二次電池。
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