JPH03225748A - 電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、帯状の正極板と帯状の負極板とをセパレータ
を介して渦巻き状に巻回した渦巻電極体を用いる電池の
構造に関するものであり、特に正負極の電気的リード接
続の信頼性が高く、安全性信頼性に優れ組立が容易な電
池を提供することを目的とする。

〔従来の技術〕

従来、この種の電池においては、例えばリチウム、ナト
リウム等の軽金属を負極活物質とし、有機電解質を用い
る有機電解質電池においては、下記＋１１及び（２）等
々の方法が実施されていた。即ち、＋１１　　第４図に
示す様に、一方もしくは両方の電極あるいはセパレータ
等を巻回機の巻芯に挟持し、金属製の正極り一ド４３を
有する帯状の正極板４２と金属製の負極リード４５′を
有する帯状の負極板４４とをセパレータ６を介して巻回
した後、巻芯を抜き去り巻芯を有しない渦巻電極体とし
、中央に穴部を有する絶縁板４７を介して金属製電池ケ
ース１２に挿入し、絶縁板４７と電池ケース１２の底部
の間に配した負極リード４５′を絶縁板の穴部で電池ケ
ース底部に溶接し、一方、正極リード４３を封口板９の
下ケース１０に溶接することによってそれぞれの電気的
接続を確保する。

（２）第５図に示す様に、負極板５４に固着した巻芯５
３を中心にして、帯状の正極板５２と負極板５４とをセ
パレータ６を介して、正極板が最外周部に出る様に巻回
して巻芯５３を有する渦巻電極体とし、この渦巻電極体
を金属製の電池ケース１２の底部に配設した絶縁板５７
の上に挿入する。従って、負極板５４及び負極板が接続
されている巻芯５３はこの絶縁板５７により電気的に絶
縁され、渦巻電極体最外周部の正極板５２だけが電池ケ
ース１２と接触し、電気的に接続される。一方、巻芯５
３の他端に配設されたバネ５８は封口板９により機械的
に押圧され、巻芯及び巻芯に固着されている負極板５４
と封口板９とが電気的に接続される。

尚、以上の例において正極板と負極板を逆にすることも
可能である。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記＋１１の方法では、電極巻回を実用
上要求される精度と速度で行うためには、正極リード４
３と封口板９との溶接は、電極巻回後に実施せざるを得
す、その為、溶接機と渦巻電極体及び封口板の形状上、
正極リードの長さとして電池組立後に電池内で必要な長
さの数倍以上が必要であり、電池組立後電池内において
この正極リードは電池ケース１２（負極板と電気的に接
続されている）と接触し内部ショートを発生するのに十
分な長さを有している。この為、通常この正極リードの
非溶接部には電気絶縁性のプラスチックテープ等により
絶縁コーティングがなされているが、電池が高温にさら
されたり、長期に渡る保存、使用中にこの絶縁コーティ
ングが剥離し、内部ショートを発生する問題があった。

又、負極リード４５′の電池ケース底部への溶接は渦巻
電極体の中央の隙間に溶接機の一方の電極端子を挿入し
て行われるが、その際、しばしば溶接電極端子によりセ
パレータが破られ、内部ショート不良を引き起こす問題
があった。

更に、これらの溶接及び絶縁コーティングの製造工程は
繁雑であり、生産性を下げる重要な原因となっている。

又、上記（２）の方法では、電極リードの溶接がなく、
生産性は高くなるが、一方の電極端子を兼ねる電池ケー
ス１２と渦巻電極体の最外周部に配置した一方の電極板
との直接的な接触により電気的な接続がなされるため、
電極板が正極板の場合には、一般に正極活物質は電気導
電性が小さい金属酸化物や硫化物等であり、炭ズ導電荊
等が添加され導電性が補強されているが、この構造によ
る電池ケースとの接触のみでは電気的接続が不十分て、
電池内部抵抗が大きくなるという問題があり、一方、最
外周部の電極が負極板の場合には、リチウムやナトリウ
ム等の金属板であり、これらの金属は他の金属との接着
性が極めて高いため、渦巻電極の巻き形状を維持したま
ま電池ケースと密着して電池ケースに挿入することは極
めて困難である。

又、二次電池として用いる場合には、一般に充放電によ
り電極の膨張・収縮等の形状変化があり、この電池構造
では、電池ケースと渦巻電極体との電気的接続を維持で
きないため、充放電サイクルにより、電池内部抵抗が著
しく増加するという問題があった。

〔課題を解決するための手段〕

上記の様な問題点を解決するため、本発明は帯状の金属
箔からなる正極集電体に正極合剤を塗着した正極板の少
なくとも一端に正極集電体を露出させ、この露出した部
分に、一端近傍にストッパを設けた金属製中空円筒の巻
芯を固着して、巻芯を有する帯状の正極板とし、この正
極板と金属製リードを有する帯状の負極板とをセパレー
タで隔離して重ね合わせ、巻芯を中心にして渦巻き状に
巻回して最外周部がセパレータからなる渦巻電極体とし
、この渦巻電極体を、中央に巻芯の内径より径小の穴部
を有する絶縁板を介して金属製の電池ケースに挿入し、
絶縁板と電池ケース底部の間に配した負極リードを上記
絶縁板穴部で電池ケース底部に溶接し、一方、巻芯の他
端には、上記ストッパによって一端が固定された金属バ
ネを配設し、その上からこのバネ及び巻芯を正極端子を
兼ねる封口板が直接押圧する構成とした。

正極集電体として用いる金属箔としては、例えばＳＵＳ
、Ｎｉ、Ａ１等の耐酸化性金属材料の圧延フォイル、バ
ンチトメタル、エキスバンドメタルやネット等が可能で
あるが、エキスバンドメタルやネット等は切断面に鋭利
な突起が生成するため、渦巻電極の巻回時にセパレータ
を突き破り、内部ショートを発生しやすいため、無人フ
ォイルパンチトメタル等が特に好ましい。又、巻芯とし
ては、上記正極集電体と同様に耐酸化性金属材料が好ま
しく、特に正極集電体と同一材質の金属を用いた場合に
は、通常の溶接により容易にかつ強固に正極集電体と固
着できるので特に好ましい。

中央部に穴部を有する絶縁板としては、後述の実施例１
に示す平板状に限定されず、実施例２に述べる様に、例
えば第３図に示す様に、穴部として中空円筒の凸部を設
け、この中空円筒部を巻芯の中空内に挿入する構造も可
能であり、この場合には、巻芯の位置ズレによる巻芯と
電池ケースとの直接接触による内部ショート等の不良発
生が抑制され、より好ましい構造である。絶縁板の材質
としては、電解液への溶解や腐食劣化がなく、耐応力緩
和性及び弾性の高いゴム、プラス千ツク等が好ましく、
例えば有機電解質電池の場合には、ポリエチレン１　ポ
リプロピレン等のポリオレフィン樹脂、エチレンと４フ
ツ化エチレンの共重合体等のフッ素樹脂等が特に好まし
い。

〔作　用〕

上記の構成により、正極端子を兼ねる封口板と正極板と
の電気的な接続は、金属製の巻芯及びバネを介しての金
属同志の加圧接触もしくは固着によりなされるのて、極
めて良好かつ安定した接続が得られ、また、従来の方法
（１）の様な正極り−トの封口板への溶接が無く組立が
容易であり、しかも正極リードの電池ケースへの接触に
よるショートは起こらない。

また、負極板と負極端子を兼ねる電池ケースとの電気的
接続は、負極に設けた負極リードと電池ケースとの溶接
によってなされるので極めて良好かつ安定した接続が得
られ、かつ電池の充放電等により電極形状に変化があっ
ても劣化する心配がない。

更に、負極リードと電池ケースとの溶接の際、溶接機の
電極端子は巻芯の中を通るのて、巻芯がガイドとなり、
渦巻電極体のセパレータが破られる不良は発生しない。

又、渦巻電極体にさえぎられることなく、巻芯内を容易
にレーザー光を通すことができるのて、高速で生産性の
高いレーザー溶接も可能である。

〔実施例１〕 以下、実施例により本発明を更に詳細に説明する。

第１図は本発明の一例を示す円筒形リチウム電池の断面
図である。図において、ｌは渦巻電極体であり、その構
成を第２図に示した。２は正極板であり、以下の様にし
て作製された。即ち、３８０℃で熱処理した電解二酸化
マンガンを活物質とし、これに炭素導電剤とポリテトラ
フロロエチレンのディスバージョン液からなるバインダ
ーと水溶性高分子樹脂増粘剤と水とを乾燥後の固体分の
重量比で８５：１０：３：２となる様に加えて混合・混
練し、厚さ２０−のアルミニウム箔からなる正極集電体
２゛の両面にシート状に塗布し、１００　’Ｃで８時間
乾燥後、厚さ２５０μｍに圧延した。この正極板の一端
には長さ約２０ｍｍの正極集電体の露出部があり、この
露出部を一端に突起状のバネストッパ３″を設けた外径
４１のアルミニウム類の中空円筒管からなる巻芯３に巻
き、スポット溶接により固着した。その後２００℃で１
６時間減圧加熱乾燥したものを正極板２として用いた。

４は負極板であり、厚さ１５０μ０のリチウムフォイル
に負極集電体５が圧着されている。この負極集電体５は
厚さ５０郭のＳＵＳ箔をプレスにより工ンポス加工し突
起をもたゼたものて、負極リード部５゛を有する。

この様にして作製した負極板４をポリプロピレンのマイ
クロポーラスフィルムからなるセパレータ６を折り重ね
た間に挟み、それを正極板２に重ね、巻芯３を中心に負
極板を内側に巻き込む方向に巻回して渦巻電極体１を作
製した。この時、セパレータは画電極板より十分長くと
り、最外周部が全てセパレータとなる様にした。

次に、この渦巻電極体ｌの負極リード５゛の露出面に絶
縁板７が当接し、かつ負極リード５゛が絶縁板７の下に
なる様に渦巻電極体と絶縁板を電池ケース１２の底部に
挿入し、巻芯の穴を通して溶接機の電極を負極リード５
゛に当て、負極リードを電池ケース底部に溶接する。次
に、電池ケース開口縁近傍を絞り加工して段部１３を設
けた後、電解液を所定量注入し、バネ８を巻芯３の上端
部に配設しガスケット１１及び公知の防爆機構を有する
封口板９を電池ケース開口縁の上記段部】３に押込み、
電池ケース開口縁をカシメて密封封口して電池を完成し
た。尚、上記電池ケースの段部の位置及び巻芯の長さは
、封口板の下ケースＩＯがバネ８を十分な圧力で押圧し
、巻芯−バネ−封口板の間の十分な電気的接続が得られ
る様に選択することが重要である。電解液にはプロピレ
ンカーボネートと１．２ジメトキシエタンの１：１混合
溶媒に１モル／１の過塩素酸リチウムを溶解した有機電
解液を用いた。

上記の様にして、直径１４ｍ、総高さ５０ｍの電池を１
００個作製した時の内部ショート発生数と電池内部抵抗
を調べた結果を第１表に示す。

比較のため、第４図に示す従来法ｆｌ）に従い、正極集
電体に巻芯を固着せず、代わりに溶接用の正極り一ド４
３を設け、この正極リードを封口板に溶接する様にして
作製した巻芯なしの電池Ａと、第５図に示す従来法（２
）に従い、正極板５２には巻芯を固着せず、負極板５４
の負極集電体に巻芯５３を溶接し、この巻芯を中心にし
て正極板５２が最外周部に露出する様に巻回した渦巻電
極体５１を用い、穴部のない絶縁板５７により巻芯５３
を電池ケース１２から絶縁し、巻芯上端に配設したバネ
５８を封口板に押圧して負極の電気的接続を確保し、渦
巻電極体最外周部の正極板露出部分と電池ケースとの直
接接触により正極の電気的接続を得る様にして作製した
電池Ｂについても同様に内部ショート発生数と電池内部
抵抗を調べ、第１表に示した。

第　　１　　表 第１表から明らかな様に、本発明によれば電池製造時の
内部ショート不良の発生を著しく低減できると同時に、
電池内部抵抗が低く、従って放電特性の優れた電池を容
易に、高い生産性で作ることができる。

〔実施例２〕 本実施例では、正極集電体２゛として厚さ２０−のＳＵ
Ｓ箔を用い、実施例１と同様な正極合剤を正極集電体の
片面にのみ塗着し、かつ正極集電体の中央部の２５０幅
の部分を予めマスキングすることにより、正極合剤が塗
着されず、正極集電体が露出する様にし、この正極集電
体の露出部の正極合剤が塗着されていない側に、ＳＵＳ
製の中空円筒管からなる巻芯３（一端にバネスト・２バ
を配設）を当接して、正極集電体とこの巻芯をスポット
溶接して固着し、正極集電体をこの巻芯部で二つ折りに
し、正極合剤の塗着されていないＳＵＳ面が合わさる様
にして正極板２を作製した。また、絶縁リングとして、
ポリプロピレンを射出成形し、第３図の様に中央に中空
円筒の凸部を有するものを用いた。その他の構成は実施
例１と同様にして、同様な電池を１００個作製した時の
内部ショート発生数はやはり０個であり、内部抵抗の平
均値は０゜２８Ωであり、実施例１とほぼ同様なレヘル
であった。

〔発明の効果〕

以上詳述した様に、本発明によれば封口板への正極リー
ドの溶接が不要であり、負極板と電池ケースとの電気的
接続が溶接でなされ、かつこの熔接が中空円筒管からな
る巻芯をガイドにして行われるため、正極リードの電池
ケースへの接触、セパレータの破れ等による内部ショー
ト不良の発生が著しく低減され、信転性が高く、かつ内
部抵抗が低く放電特性の優れた電池を提供でき、更に製
造が容易であり、生産性が著しく改善されるという効果
を有する。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明において実施した電池の一例を示す断面
図、第２図は渦巻電極体の組立構成図、第３図は絶縁リ
ングの一例を示す図、第４図及び第５図は従来電池の構
造を示す断面間である。 ・渦巻電極体 ・正極板 正極集電体 ・巻芯 ・バネストッパ 負極板 ・負極集電体 ・負極リード ・セパレータ ・絶縁板 バネ ・封口板 ・封口板下ケース ・ガスケット 電池ケース ・段部 ・正極リード

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　帯状の金属箔からなる正極集電体に正極合剤を塗着し
   た帯状の正極板の少なくとも一端に該正極集電体が露出
   しており、この露出した部分に一端近傍にストッパを設
   けた金属製中空円筒の巻芯を固着した該正極板と金属製
   の負極リードを有する帯状の負極板とをセパレータで隔
   離して重ね合わせ、該巻芯を中心にして渦巻き状に巻回
   して最外周部がセパレータからなる渦巻電極体とし、こ
   の渦巻電極体を中央に巻芯の内径より径小の穴部を有す
   る絶縁板を介して金属製の電池ケースに挿入し、絶縁板
   と電池ケース底部の間に配した前記負極リードを上記絶
   縁板穴部で電池ケース底部に溶接し、一方、巻芯の他端
   には、上記ストッパによって一端が固定された金属バネ
   を配設し、その上からこのバネを封口板（もしくはその
   下ケース）が直接押圧する様に、封口板及びガスケット
   を電池ケースに押込み、封口板とガスケットを介して対
   向する電池ケース開口縁をカシメて、密封封口したこと
   を特徴とする電池。