JPH10302753A

JPH10302753A - 電池用極板の集電体とリードとの接続構造

Info

Publication number: JPH10302753A
Application number: JP9095267A
Authority: JP
Inventors: Hisashi Tsukamoto; 寿塚本; Atsuhiro Yoshihara; 淳浩吉原; Shigeo Komatsu; 茂生小松
Original assignee: Japan Storage Battery Co Ltd
Current assignee: Japan Storage Battery Co Ltd
Priority date: 1997-02-28
Filing date: 1997-03-27
Publication date: 1998-11-13

Abstract

(57)【要約】【課題】電池の軽量化及び安全化に有効な集電体とリー
ドとの接続構造を提供する。【解決手段】電池の中で電極の活物質又はホスト物質を
保持する集電体と、この集電体を外部と導通させるリー
ドとの接続構造において、集電体が、樹脂膜Ｐと電子伝
導性の薄膜Ｅとの層状体であり、集電体とリードとは、
薄膜Ｅとリードとの溶着によって電気的に接続されてい
るとともに、薄膜Ｅの溶解を伴わない固定手段で固定さ
れていることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、リチウム二次電池
用極板等の電池用極板の集電体とリードとの接続構造に
属する。

【０００２】

【従来の技術】リチウムイオンを炭素などのホスト物質
（ここでホスト物質とは、リチウムイオンを吸蔵及び放
出できる物質をいう。）に吸蔵させたインターカレーシ
ョン化合物を負極材料とするリチウムイオン電池は、高
エネルギー密度を有し、且つ軽量であるうえ、金属リチ
ウムを使用していないので安全性が高い。従って、携帯
用無線電話、携帯用パソコン、携帯用ビデオカメラ等の
小型携帯電子機器用の電源として広範な利用が期待され
ている。

【０００３】リチウムイオン電池は、上記ホスト物質を
含む負極合剤を負極集電体に保持してなる負極板と、リ
チウムコバルト複合酸化物やリチウムニッケル複合酸化
物のようにリチウムイオンと可逆的に電気化学反応をす
る正極活物質を含む正極合剤を正極集電体に保持してな
る正極板と、電解質を保持するとともに負極板と正極板
との間に介在して両極の短絡を防止するセパレータとを
備えている。電解質は通常ＬｉＣｌＯ₄、ＬｉＰＦ₆等の
リチウム塩を溶解した非プロトン性の有機溶媒からなる
が、固体電解質でも良い。ただし、電解質が固体の場合
はセパレータは必須でない。極板の集電体としては、そ
れ自体の導電性が必要であることから、銅、アルミニウ
ムなどの金属の箔が一般的に用いられている。

【０００４】次に電池の製造方法を図面とともに説明す
る。図１は集電体を示す平面図、図２は組み立てられた
電池の断面図である。極板は、一般に活物質又はホスト
物質に有機結着剤、導電剤及び溶剤からなる合剤を混合
してペースト状にし、それを集電体表面に塗布し乾燥
後、集電体とともに厚さ方向に加圧成形することによっ
て製造される。

【０００５】集電体１には、図１に示すように、合剤が
塗布される前に端部に予め金属製のリード２の一端が固
着される。これは正極も負極も同様である。固着手段３
は、超音波溶着、抵抗溶接、針カシメなど様々である。
リードの他端は、正極板、セパレータ及び負極板の積層
体４が電池容器５に収納された後に各々の電極端子に固
着されて外部との導通が図られる。リードと電極端子と
が既に一体となっている場合もある。電極端子は、正極
の場合は電池蓋（図示省略）、負極の場合は電池容器５
本体で兼用される。

【０００６】そして、短冊形状又は円筒形状の電池の場
合、上記正極板、セパレータ及び負極板は、いずれも薄
いシートないし箔状に成形されたものを順に積層し、図
２に示すように巻き芯６の回りに螺旋状に巻いて電池容
器５に収納される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】リチウム電池に限らず
電池を電源とする機器の場合、機器全体の軽量化及び安
全化の要請は尽きることがない。従って、電池性能が同
じで有れば軽いほど且つ安全であるほどユーザーに好ま
れる。

【０００８】しかし、軽量化を図るために、集電体を薄
くし過ぎると、強度が低下する、巻けない、取り扱いが
困難である、リードとの固着が困難となる等の課題を有
する。それ故、本発明の目的は、従来の集電体に対する
コンセプトから脱却し、従来の集電体と全く異なる構成
により、電池の軽量化及び安全化に有効な集電体とリー
ドとの接続構造を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】その目的を達成するため
に、本発明の電池用極板の集電体とリードとの接続構造
は、電池の中で電極の活物質又はホスト物質を保持する
集電体と、この集電体を外部と導通させるリードとの接
続構造において、集電体が、樹脂膜Ｐと電子伝導性の薄
膜Ｅとの層状体である。そして、集電体とリードとは、
薄膜Ｅとリードとの溶着によって電気的に接続されてい
るとともに、薄膜Ｅの溶解を伴わない固定手段で固定さ
れていることを特徴とする。

【００１０】前記溶着は、対象物のサイズからして好ま
しくは超音波溶着又は抵抗溶接であるが、これに限らず
薄膜Ｅとリードとの電気的接続を確実ならしめる溶着で
あればよい。また、前記固定手段は、好ましくは針カシ
メであるが、リベット止めや圧着でもよい。更にまた、
そのような機械的固定手段の他に、接着剤を用いた固定
手段でもよい。この場合、接着剤は、樹脂膜Ｐとリード
とを接着するように塗布するのが好ましい。従って、薄
膜Ｅとリードとの溶着と、接着剤による固定とが集電体
の同じ面側で行われるときは、例えば接着剤を塗布する
部分のみ予め薄膜Ｅを剥がすか、又は薄膜Ｅを形成しな
いで樹脂膜Ｐを露出させておく。接着剤は加熱を必要と
しないシアノアクリレート系でもホットメルトでも良い
し、ポリエチレンのように熱融着可能な有機高分子でも
良い。

【００１１】本発明の集電体は、樹脂膜Ｐを芯としてい
るので、薄膜Ｅは従来の金属箔のみの集電体よりも薄く
て十分である。従って、同じ厚さの金属箔のみからなる
集電体よりも軽い。樹脂の多くは絶縁性であるが、樹脂
膜Ｐの表面に電子伝導性の薄膜Ｅが密着しているので、
その薄膜Ｅを電流が流れるから、集電体の機能は発揮さ
れる。

【００１２】樹脂の多くは、その熱変形温度が有機電解
質の発火点よりも低いので、短絡により発熱しても有機
電解液や高分子電解質等の有機電解質が発火する前に樹
脂膜が熱収縮するか溶けて、電流が遮断される。この
点、金属箔の場合、その融点が有機電解質の発火点より
も高いから、短絡により発熱すると、電極温度が金属箔
の融点に達する前に有機電解質が発火して危険な状態と
なるのと異なり、本発明集電体は電流遮断機能を兼ね備
える。

【００１３】そして、この集電体とリードとの電気的接
続は、薄膜Ｅとリードとの溶着によって確実になされ
る。この場合、集電体が従来のように金属箔であるな
ら、図３に集電体１とリード２との接続構造を断面図と
して示すように、両者の導通が図られるだけでなく、両
者は機械的にも互いに強く固着される。

【００１４】しかし、薄膜Ｅは、その薄さの故に、溶け
ると樹脂膜Ｐから離れやすい。従って、図４に示すよう
に薄膜Ｅとリード２とは密着するが、リード２に着いた
薄膜Ｅが剥がれて断線する可能性がある。

【００１５】そこで、集電体とリードとを針カシメで接
続することも考えられる。この場合、集電体が従来のよ
うに金属箔であるなら、リード２と集電体１の両方に同
時に針を貫通させ、図５に示すように針に連れられて出
た双方のバリ７，８をつぶすことにより、機械的に固着
されると同時に、バリ７，８部分において電気的に接続
される。

【００１６】しかし、薄膜Ｅと樹脂膜Ｐからなる集電体
に針カシメを適用すると、樹脂膜Ｐの側から針を貫通さ
せれば、針に押されて薄膜Ｅが剥離するし、薄膜Ｅの側
から針を貫通させれば、バリ７が樹脂であるからバリ８
との導通がとれず、いずれにしても集電体１とリード２
とが電気的に接続されない。

【００１７】そこで、本発明は、薄膜Ｅとリードとの溶
着と、薄膜Ｅの溶解を伴わない固定手段とを併用するこ
とにより、前者によって電気的接続、後者によって物理
的固定を実現する。この溶着と固定手段の順序及び場所
は限定されない。例えば、固定手段で先に固定しておい
て、溶着しても良いし、逆あるいは可能であれば同時で
も良い。また、図１のように集電体１とリード２を５箇
所で固着する場合、５箇所全部に溶着と固定手段を実施
しても良いし、両端で固定手段を実施し、中の３箇所で
溶着を実施しても良い。

【００１８】このように、本発明の集電体は、軽くて電
流遮断機能を有するので、これを用いた本発明の電池も
軽くて安全である。もちろん、有機電解質電池に限ら
ず、一次電池及び二次電池の区別無く、アルカリ電池、
Ｎｉ−Ｃｄ電池、Ｎｉ−ＨＭ電池、鉛電池など電池全般
において軽量化及び安全化が期待できることは言うまで
もない。更に、金属箔からなる従来の集電体を所定の大
きさに切断加工する際は、切断面に短絡の原因となるバ
リを生じることがあったが、本発明の集電体は、樹脂膜
を芯としているので、切断性に優れ、バリを生じない。

【００１９】

【発明の実施の形態】上記の電流遮断機能を確実にする
ために、有機電解質電池の場合、樹脂膜としては、集電
体が用いられる電池の有機電解質の発火点よりも低い熱
変形温度を有するものが好ましい。発火点の測定法とし
ては、定速加熱法及び定温加熱法の２種類が知られてい
るが、現実に即した方を選択すると良い。どちらが現実
に即しているか不明の場合は、低い測定値を選択するほ
うが安全である。樹脂膜の材質例としては、ポリエチレ
ンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリプロピレン（ＰＰ）
等の熱可塑性樹脂が挙げられる。

【００２０】樹脂膜Ｐの表面に形成される薄膜Ｅとして
は、メッキされたＮｉ、Ｃｕ又は蒸着されたＣｕ、Ａｌ
などの金属が好ましいが、圧延された箔を樹脂膜Ｐに積
層したものでも良い。特に、正極の集電体の薄膜Ｅはア
ルミニウムＡｌが好ましい。アルミニウムは耐食性に優
れ、正極が高電位となる充電時においても電解液中に溶
け出さないからである。

【００２１】一方、負極の集電体の薄膜Ｅとして特に好
ましいのは、銅Ｃｕ又はニッケルＮｉである。銅は、導
電率が高くコストが安い点で優れているからである。た
だし、銅は、３．１Ｖ vs. Ｌｉ／Ｌｉ⁺より貴な電位領
域で溶けてしまうことが実験的に知られている。従っ
て、適正な０Ｖから３Ｖの範囲での使用が適当である。
これに対して、Ｎｉは４．０〜４．２Ｖ vs. Ｌｉ／Ｌ
ｉ⁺まで溶けないので、電位窓が広い点で優れている。

【００２２】層状体の層構成は、樹脂膜Ｐと薄膜Ｅとの
２層でも又は薄膜Ｅ、樹脂膜Ｐ及び薄膜Ｅの順の３層で
も良い。後者の３層構造による場合は、樹脂膜Ｐの一方
の側の薄膜Ｅを正極、他方の側の薄膜Ｅを負極とするこ
とができる。従って、正極と負極の位置ずれが生じな
い。層状にする手段としては、蒸着やメッキを含めて種
々の公知の手段が適用可能である。また、樹脂膜と薄膜
とは全面密着していても良いし、一部が密着していても
良い。電極全体の形状も渦巻き状に限定されない。

【００２３】薄膜Ｅの厚さは、０．１〜５μｍが好まし
い。０．１μｍに満たないと電池の抵抗が大きくなりす
ぎて性能の確保が困難となる。５μｍを超えると従来に
比べて軽量化を実現することができない。また、樹脂膜
Ｐの厚さは、２〜１８μｍが好ましい。２μｍに満たな
いと製造過程において取り扱いが困難となる。１８μｍ
を超えると従来に比べて体積当たりのエネルギー密度が
低下する。

【００２４】

【実施例】

−実施例１− これは、薄膜Ｅの溶解を伴わない固定手段として針カシ
メを適用する例である。負極板に適用される集電体とし
て、幅２８ｍｍ、厚さ９μｍの帯状のＰＥＴ膜の表面に
真空蒸着により厚さ０．５μｍの銅薄膜を密着させたも
のを得た。この集電体の銅薄膜側に厚さ５０μｍの銅製
リードを重ね、９ｍｍのピッチで３箇所に針カシメを行
った。続いて、そのリードと銅薄膜を超音波振動エネル
ギーで溶着することによって、リード付きの集電体を製
造した。リードと銅薄膜との導通の有無を検査したとこ
ろ、１００％（ｎ＝１００）導通していた。

【００２５】−実施例２− 真空蒸着により銅薄膜をＰＥＴ膜に密着させる代わりに
無電解メッキにより厚さ５μｍのニッケル薄膜をＰＥＴ
膜に密着させた以外は、実施例１と同一条件でリード付
きの集電体を製造した。リードとニッケル薄膜との導通
の有無を検査したところ、１００％（ｎ＝１００）導通
していた。

【００２６】−比較例１− 針カシメを行わないこと以外は、実施例１と同一条件で
リード付きの集電体を製造した。但し、ＰＥＴ巻くに密
着していた銅薄膜が、超音波溶着の直後に剥離した。リ
ードと銅薄膜との導通の有無を検査したところ、導通し
ていたものは無かった（ｎ＝１００）。

【００２７】−比較例２− 超音波溶着を行わないこと以外は、実施例１と同一条件
でリード付きの集電体を製造した。リードと銅薄膜との
導通の有無を検査したところ、３０％（ｎ＝１００）し
か導通していなかった。

【００２８】−実施例３− これは、薄膜Ｅの溶解を伴わない固定手段として接着剤
を適用する例である。負極板に適用される集電体とし
て、幅２８ｍｍ、厚さ９μｍの帯状のＰＥＴ膜の表面に
銅を真空蒸着した後に電解メッキにより厚さ１μｍの銅
薄膜を密着させたものを得た。但し、真空蒸着及び電解
メッキの際に、リードを重ねるべき面積範囲の３箇所に
９ｍｍのピッチでマスクをした。このためマスク部分は
蒸着後も樹脂膜が露出していた。図６に示すように、こ
の集電体１の銅薄膜側に厚さ５０μｍの銅製リードを重
ね、樹脂膜の露出部分９にポリイミド系接着剤を塗布
し、接着した。そのリード２と銅薄膜を超音波振動エネ
ルギーで溶着することによって、リード付きの集電体を
製造した。リードと銅薄膜との導通の有無を検査したと
ころ、１００％（ｎ＝１００）導通していた。

【００２９】−実施例４− これは、薄膜Ｅの溶解を伴わない固定手段としてホット
メルト接着剤を適用する例である。負極板に適用される
集電体として、幅２８ｍｍ、厚さ９μｍの帯状のＰＥＴ
膜の表面に無電解メッキにより厚さ５μｍのニッケル薄
膜を密着させたものを得た。その後、リードを重ねるべ
き面積範囲に隣接する三対６箇所に９ｍｍのピッチで粘
着テープを貼り、その粘着テープを引っ張ることによっ
て、部分的にニッケル薄膜を剥離し、樹脂膜を露出させ
た。図７に示すように、この集電体１の銅薄膜側に厚さ
５０μｍの銅製リードを重ねた。続いて、そのリード２
と銅薄膜を超音波振動エネルギーで溶着した後、樹脂膜
Ｐの露出部分１０とリード２とをポリエチレン１１で覆
い、熱融着することによって、リード付きの集電体を製
造した。リードとニッケル薄膜との導通の有無を検査し
たところ、１００％（ｎ＝１００）導通していた。

【００３０】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、電池を
軽く安全で製造歩留まりの良いものとすることができる
ので、携帯用電子機器の部品として有益且つ大量生産に
適している。

【図面の簡単な説明】

【図１】リード付き集電体を示す平面図である。

【図２】リチウムイオン二次電池の断面図である。

【図３】リード付き集電体の断面図である。

【図４】リードと集電体との固着手段を説明する断面
図である。

【図５】リードと集電体との他の固着手段を説明する
断面図である。

【図６】実施例３のリードと集電体との固着手段を説
明する断面図である。

【図７】実施例４のリードと集電体との固着手段を説
明する断面図である。

【符号の説明】

１集電体２リード３固着手段４積層体５電池容器６巻き芯

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電池の中で電極の活物質又はホスト物質を
保持する集電体と、この集電体を外部と導通させるリー
ドとの接続構造において、集電体が、樹脂膜Ｐと電子伝導性の薄膜Ｅとの層状体で
あり、集電体とリードとは、薄膜Ｅとリードとの溶着によって
電気的に接続されているとともに、薄膜Ｅの溶解を伴わ
ない固定手段で固定されていることを特徴とする接続構
造。
【請求項２】前記溶着が超音波溶着又は抵抗溶接である
請求項１に記載の接続構造。
【請求項３】前記固定手段が針カシメである請求項１又
は２に記載の接続構造。
【請求項４】前記固定手段が接着剤である請求項１又は
２に記載の接続構造。
【請求項５】前記接着剤がホットメルト接着剤である請
求項４に記載の接続構造。
【請求項６】前記接着剤が樹脂膜Ｐとリードとを接着し
ている請求項４又は５に記載の接続構造。
【請求項７】前記樹脂膜Ｐがポリエチレンテレフタレー
ト（ＰＥＴ）、ポリプロピレン（ＰＰ）等の熱可塑性樹
脂からなり、その厚みが２〜１８μｍである請求項１〜
６のいずれかに記載の接続構造。
【請求項８】前記薄膜Ｅがメッキ又は蒸着された金属か
らなり、その厚みが０．１〜５μｍである請求項１〜７
のいずれかに記載の接続構造。