JPH1186868A - 二次電池およびその製造方法 - Google Patents

二次電池およびその製造方法

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JPH1186868A
JPH1186868A JP9241104A JP24110497A JPH1186868A JP H1186868 A JPH1186868 A JP H1186868A JP 9241104 A JP9241104 A JP 9241104A JP 24110497 A JP24110497 A JP 24110497A JP H1186868 A JPH1186868 A JP H1186868A
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JP
Japan
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lead
copper
battery
secondary battery
welding
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Application number
JP9241104A
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English (en)
Inventor
Satoshi Iwazu
聡 岩津
Hideya Takahashi
秀哉 高橋
Yosuke Kita
洋輔 北
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

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  • Sealing Battery Cases Or Jackets (AREA)
  • Cell Electrode Carriers And Collectors (AREA)
  • Connection Of Batteries Or Terminals (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 銅をリードとして使用した場合の抵抗溶接の
困難さを解消し、高出力用のリードとして銅リードを使
うことができる二次電池およびその製造方法を提供す
る。 【解決手段】 本発明は、負極の集電箔として、銅箔を
使用するリチウムイオン二次電池に関するものである。
銅箔からのリードとしては銅リード2を用い、かつ、こ
の銅リード2を電池缶8に抵抗溶接する。銅リード2を
用いることにより、最大電流が20A以上の電池として
適している。第1の溶接電極棒3と、その先端に電気抵
抗の高い金属5を付けた第2の溶接電極棒4の間に、銅
リード2と電池缶8を挟み込んで通電して加熱する抵抗
溶接により、銅リード2を電池缶8に溶接する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、二次電池およびそ
の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】リード
を使って電極から電池外部へ電流を伝える構造の電池に
於いて、特にリチウムイオン二次電池の場合は負極のリ
ードとしては、金属の電位の関係で溶出しない材料とし
ては銅かニッケル(Ni)を使うのが望ましい。しかし
ながら、銅は熱伝導率・電気抵抗率が他の金属より低い
為、通常の抵抗溶接では接合部を安定して融着させる事
が難しい。その為、銅より電気抵抗率の高いニッケル
(Ni)材を使ったリードで缶底に抵抗溶接するのが通
常であった。
【0003】しかしながら、出力が小さい用途の電池の
場合はリード材が細かったり、電気抵抗の大きな材質を
使用する事が可能であるが、出力の大きな電池を作る
際、電流の集中するリードからの発熱を抑える必要があ
るので、リードの本数を増やしたり、断面積を大きくし
たり、電気抵抗の小さな材料を使う等の工夫が必要であ
った。例えば、最大10A程度の電流量であれば、リー
ド材はニッケルを使用しても、厚さ0.1mm、幅5m
mのものを使用すれば、それ程顕著なリード発熱は無い
が、最大20Aだと、温度上昇は数秒で数十度の温度上
昇を起こす。
【0004】また、リードが太かったりすると、リチウ
ムイオン電池のように薄シート状の電極を巻いて作る電
池の場合、電極が真円の円筒になりずらく、極端な場
合、電極間にすき間等が生じるとリチウムが析出した
り、リードのエッジの当たりが強いと、ショート不良の
原因になりやすかった。
【0005】本発明はこのような課題に鑑みてなされた
ものであり、銅をリードとして使用した場合の抵抗溶接
の困難さを解消し、高出力用のリードとして銅リードを
使うことができる二次電池およびその製造方法を提供す
ることを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の二次電池は、負
極の集電箔として、銅箔を使用する二次電池において、
この銅箔からのリードとして銅リードを用い、かつ、こ
の銅リードを電池缶に抵抗溶接するものである。
【0007】また、本発明の二次電池の製造方法は、第
1の溶接電極棒と、その先端に電気抵抗の高い金属を付
けた第2の溶接電極棒の間に、銅リードと電池缶を挟み
込んで通電して加熱する抵抗溶接により、銅リードを電
池缶に溶接する工程を有する方法である。
【0008】本発明の二次電池の製造方法によれば、第
1の溶接電極棒と、その先端に電気抵抗の高い金属を付
けた第2の溶接電極棒の間に、銅リードと電池缶を挟み
込んで通電して加熱するすることにより、銅をリードと
して使用した場合の抵抗溶接の困難さを解消することが
できる。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る二次電池およ
びその製造方法の実施例について図1〜図4を参照しな
がら説明する。
【0010】まず、本発明に使用する電池電極について
説明する。負極電極は、次のようにして作製した。最初
に、不活性ガス気流中で焼成した後、粉砕して得られた
平均粒径20μmの炭素を90重量部とし、結着材とし
てフッ化ビニリデン樹脂を10重量部とし、これらをN
−メチルピロリドンに分散してスラリーを作製する。
【0011】次に、図2に示すように、このスラリーを
厚さ15μmの銅箔の集電体の両面に塗布する事によ
り、厚さ144μmの電極原板を作製し、この電極原板
の一部に負極のリード部となる未塗布部を残して、幅7
6mm×長さ2970mm(2830mm+未塗布部1
40mm)にカットして負極電極を形成する。
【0012】正極電極は次のようにして作製した。最初
に、平均粒径15μmのLiCoO2 粉末を91重量部
とし、導電材としてグラファイトを6重量部とし、結着
材としてフッ化ビニリデン樹脂を3重量部とし、これら
をN−メチルピロリドンに分散してスラリーを作製す
る。
【0013】次に、図2に示すように、このスラリーを
アルミ箔の集電体の両面に塗布することにより、厚さ1
38μmの電極原板を作製し、この電極原板の一部に正
極のリード部となる未塗布部を残して、幅72mm×長
さ2810mm(2670mm+未塗布部140mm)
にカットして正極電極を形成する。
【0014】セパレータは、厚さ38μmで幅80mm
×長さ3100mmにカットされた長方形形状を有す
る、微小な孔が形成されているポリエチレンのシートで
ある。
【0015】電極の未塗布部は、図2に示すように、電
極の巻取り方向片端に幅140mm設け、正極の未塗布
部12にはアルミニウム(AL)のリード(幅8mm、
厚さ0.1mm)、負極の未塗布部16には銅(Cu)
のリード(幅5mm、厚さ0.1mm)をあらかじめ超
音波溶接する。
【0016】リードの方向は巻かれた場合に、アルミニ
ウムリード(正極リード)6と銅リード(負極リード)
2の出る方向が逆になるようする。これら正・負極、セ
パレーターは、セパレータ・負極・セパレータ・正極の
順で重ね、ポリプロピレン(PP)製の巻き芯17(外
径φ7mm、内径φ4mm、長さ81mm)に巻かれ
る。
【0017】図1に示すように、巻取り後の電池電極7
を電池缶8(φ40mm、高さ92mmのスチール缶)
に挿入し、銅リード(負極リード)2はPP製インシュ
レータ9を上から覆った状態でニッケルメッキされた電
池缶8(スチール缶)の缶底に抵抗溶接する。また、図
4に示すように、アルミニウムリード(正極リード)6
はインシュレータ10の内穴をくぐらせた状態でサブア
ッシーされた安全弁にレーザー溶接する。
【0018】ここで、図3および4に示すように、安全
弁のセーフティカバー19はアルミニウムよりなるディ
スクで、その厚さが部分的に薄くなるように溝を入れて
おり、異常時に缶内圧力が増加した時、溝が破れて内圧
をリリースするようになっている。セーフティカバー1
9の中央部は凸状にプレス加工され、アルミニウム製の
サブディスク22と超音波溶接する事によりサブアッシ
ーされる。
【0019】図4に示すように、リードを溶接した電池
缶は電極がダメージを受けない高さでビーディング(缶
底から84mm)し、さらにガスケット23と前述の安
全弁およびトップカバー18を挿入した状態でクリンプ
し、シールする。
【0020】本発明に使用した電解液は、プロピレンカ
ーボネートとジエチルカーボネートの混合溶媒の中にL
iPF6 を1モル/lの割合で溶解して形成する。電解
液はクリンプ作業の前に電池缶の解放口から注入する。
【0021】次に、本発明に係る二次電池およびその製
造方法の実施例について、具体的に説明する。電池のリ
ードを電池缶につなぐ、一番簡便な方法は抵抗溶接であ
る。ここで、抵抗溶接とは、対向する2つの溶接電極に
溶接される2個以上の部品を挟み、その間に大電流を流
し、接触部分の電気抵抗が高いのを利用して発熱させ、
その熱を利用して部品同士を融着させる溶接法である。
抵抗溶接に於いては、通常、溶接電極棒は被溶接体より
電気抵抗率が低くなるようになっており、溶接電流によ
って、溶接電極自体が発熱・融着しないようにするのが
通例である。
【0022】一方、従来のリチウムイオン二次電池の負
極リードは主にニッケル材が使われていた。 理由とし
ては、金属のイオン化傾向としては、銅かニッケルを使
用するのが望ましいのであるが、電気抵抗率の低い銅リ
ードを使用しようとすると、溶接電極棒として、銅より
電気抵抗率の低いものを使用せねばならず、難しいもの
がある事が上げられた。
【0023】すなわち、銅リード溶接に銅電極棒を使用
すると、本来つけるべきではない電池缶と電極棒間が融
着したりする。又、銅リード自身を発熱させるには、極
めて大きな電流が必要で、電池缶に熱で穴があく程の電
流になっても、銅リード自体の融着が起きない場合があ
る等の不安定さがある為である。
【0024】他方、高出力用途の電池のリードとしては
かなりのリードの断面積や本数が要求されるが、リード
に銅のような低抵抗の材料を使用出来ると、銅の電気抵
抗率の低さで、それほどの本数や断面積を増やさないで
すむことになる。
【0025】ちなみに、金属の電気抵抗率は以下のよう
になっており、ニッケルをリードとして使用する場合に
比して銅は4倍強、有利となっている。 20℃における金属の電気抵抗率ρ アルミニウム(Al) ‥‥ 2.74 μΩ・cm 銅(Cu) ‥‥ 1.70 μΩ・cm ニッケル(Ni) ‥‥ 7.04 μΩ・cm 本発明では、銅をリードとして使用した場合の抵抗溶接
の困難さを解消し、高出力用のリードとして銅リードを
使えるようにしたものである。
【0026】図1は、銅リードを電池缶(鉄缶にニッケ
ルメッキしたもの)に溶接する状態を示したものであ
る。この図1に示されるように、溶接用の電極は溶接電
極棒(上電極)3(銅製、φ8mm)と溶接電極棒(下
電極)4(銅製、φ4mm)からなり、下電極4は先端
にφ3mm、高さ3mmのタングステンをロウ付けした
ものを用いる。
【0027】銅リード自体を発熱させるには、電気抵抗
率が低すぎる為、銅リードに接触する側の溶接電極棒
(下電極)4の先端部をタングステンにする事により、
溶接電流を流した際、タングステンを発熱させ、その熱
で銅リードを溶かし、ニッケルメッキされた鉄缶に融着
させるものである。
【0028】すなわち、第1の溶接電極棒と、その先端
に電気抵抗の高い金属を付けた第2の溶接電極棒の間
に、銅リードと電池缶を挟み込んで通電して加熱する抵
抗溶接により、銅リードを電池缶に溶接させるものであ
る。
【0029】図1においては、溶接電極棒(上電極)3
を矢印の方向へ降ろし、加圧して電流を例えば溶接電極
棒(上電極)3から溶接電極棒(下電極)ち4の方向に
流す。
【0030】タングステンと銅同士は、ニッケル(N
i)と銅同士に比べて融着性が悪く、タングステンで銅
リードを加熱しても、先に銅とニッケル(Ni)が先に
つく為、溶接電流量を調整する事により、銅リードと電
池缶のみを融着させ、銅リードと溶接電極棒(下電極)
4が融着してしまうような状態を防止することが可能で
ある。
【0031】以上のことから、本実施例によれば、リー
ドの断面積を小さく出来るので、電極を巻上げた時、リ
ード自体の剛性が小さいと巻上げる電極の円筒面にリー
ドがなじむ為(電極面に密着する)リードの近傍で面圧
が不連続になるのを少なくすることができる。通常、リ
ードの近傍の面の接触が悪いのをなじませる為にリード
の上からポリプロピレン(PP)の粘着テープを何重か
貼って表面をなだらかにするが、ポリプロピレン(P
P)テープの貼る量を少なくする事もできる。
【0032】また、同じ断面積のリードを使うと、ニッ
ケル(Ni)リードに比べて1/4本にリードの数を減
らせられるので、組み立て性が良くなる。特にリード部
と集電箔を接合する部分は電極を未塗布にする必要があ
るので、電極の未塗布部を何ヶ所も作製する必要が省け
る為、作製コストが削減出来る。また、未塗布面を減ら
せる為、容量を大きくすることができる。
【0033】また、高出力用途の電池に最適となる。特
に、20A以上の電流を取り出す時、ニッケル(Ni)
リードと比較して有利である。
【0034】なお、本発明は上述の実施例に限らず本発
明の要旨を逸脱することなくその他種々の構成を採り得
ることはもちろんである。
【0035】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
銅をリードとして使用した場合の抵抗溶接の困難さを解
消し、高出力用のリードとして銅リードを使うことがで
きる。
【0036】また、リードの断面積を小さく出来るの
で、電極を巻上げた時、リード自体の剛性が小さいと巻
上げる電極の円筒面にリードがなじむ為、リードの近傍
で面圧が不連続になるのを少なくすることができる。
【0037】また、同じ断面積のリードを使うと、ニッ
ケル(Ni)リードに比べて1/4本にリードの数を減
らせられるので、組み立て性が良くなる。特にリード部
と集電箔を接合する部分は電極を未塗布にする必要があ
るので、電極の未塗布部を何ヶ所も作製する必要が省け
る為、作製コストが削減出来る。
【0038】また、20A以上の高出力用途の電池に有
利となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る二次電池おける、銅リードの溶接
方法を示す断面図である。
【図2】本発明に係る二次電池の電極の構成を示す図で
ある。
【図3】本発明に係る二次電池の部品展開図である。
【図4】本発明に係る二次電池の構造を示す断面図であ
る。
【符号の説明】
1 リチウムイオン二次電池、2 銅リード(負極リー
ド)、3 溶接電極棒(上電極)、4 溶接電極棒(下
電極)、5 タングステン部、6 アルミニウムリード
(正極リード)、7 電池電極、8 電池缶、9,10
インシュレータ、11 正極、12 未塗布部、1
3,14 セパレータ、15 負極、16 未塗布部、
17 巻き芯

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 負極の集電箔として、銅箔を使用する二
    次電池において、 上記銅箔からのリードとして銅リードを用い、かつ、こ
    の銅リードを電池缶に抵抗溶接することを特徴とする二
    次電池。
  2. 【請求項2】 二次電池は、リチウムイオン二次電池で
    あることを特徴とする請求項1記載の二次電池。
  3. 【請求項3】 二次電池は、リチウムイオン二次電池で
    あり、かつ、最大電流が20A以上であることを特徴と
    する請求項1記載の二次電池。
  4. 【請求項4】 第1の溶接電極棒と、その先端に電気抵
    抗の高い金属を付けた第2の溶接電極棒の間に、銅リー
    ドと電池缶を挟み込んで通電して加熱する抵抗溶接によ
    り、銅リードを電池缶に溶接する工程を有することを特
    徴とする二次電池の製造方法。
  5. 【請求項5】 二次電池は、リチウムイオン二次電池で
    あることを特徴とする請求項4記載の二次電池の製造方
    法。
JP9241104A 1997-09-05 1997-09-05 二次電池およびその製造方法 Pending JPH1186868A (ja)

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