WO2003100886A1

WO2003100886A1 - Battery

Info

Publication number: WO2003100886A1
Application number: PCT/JP2003/006589
Authority: WO
Inventors: Hiroshi Tasai; Isao Suzuki; Takeshi Shimozono; Noriyoshi Munenaga; Tetsuzo Kojima; Takehito Matsubara
Original assignee: Japan Storage Battery Co., Ltd.
Priority date: 2002-05-27
Filing date: 2003-05-27
Publication date: 2003-12-04
Also published as: US20060051664A1; US20120021267A1; US8034482B2; CN1656631A; CN100508248C; US20100233526A1; US8329338B2; US7718312B2

Description

技術分野

本発明は、集電構造に特徴を有する電池に関する,

背景技術

図 9に、非水電解質二次電池における従来の発電要素 1と集電接続体 2と外部接続端子 3との接続構造を示す。この非水電解質二次電池は、 2個の長円筒形の発電要素 1を並列接続したものである。

各発電要素 1は、図 3に示すように、正極 1 aと負極 1 bをセパレータ 1 cを介して重ね、長円筒形に卷回したものである。正極 1 aは、電極基体となる帯状のアルミニウム箔 1 dの表面に正極活物質を担持させ、負極 l bは、電極基体となる帯状の銅箔 1 eの表面に負極活物質を担持させている。これらの正極 1 aと負極 1 bは、それぞれ帯状の片方の側端部に活物質を塗布しない未塗工部を設けておき、この未塗工部でアルミニウム箔 1 dと銅箔 1 eが露出するようにしている。そして、これらの正極 1 aと負極 1 bは、発電要素 1の卷回の際に、卷回軸に沿って互いに反対方向にずらすことにより、長円筒形の一方の端面には正極 1 aの側端部のアルミユウム箔 1 dのみがはみ出し、他方の端面には負極 1 bの側端部の銅箔 1 eのみがはみ出すようにしている。

上記 2個の発電要素 1， 1は、長円筒形の平坦な側面同士が直立して重なり合うように横置きに並べられる。そして、これらの発電要素 1， 1の双方の端面で、それぞれ波板状の集電接続体 2， 2に、各電極が接続される。電極は、発電要素 1の端面からはみ出した正極 1 aのアルミニウム箔ゃ負極 1 bの銅箔を波板状の各凹部に挟み込み、超音波溶接等を行うことで接続固定される。

しかしながら、このような構造を用いると、発電要素に集電接続体を接続する作業が困難になるという欠点があった。さらに、大容量電池の場合、大電流を流すために集電接続体 2の板厚を厚くする必要があり、薄いアルミニウム箔ゃ銅箔を挟み込んで超音波溶接を行なつた場合、溶着不良が生じゃすいという問題もあつ 7こ。

発明の開示

本発明は、これら問題を解決し、作業が容易で、信頼性の高い集電部接続構造を備えた電池を提供することを目的とする。

本願発明の電池は、電池容器、正、負の電極がセパレータ等の隔離体を介して重ねられた構成を有する発電要素、前記発電要素の前記各電極にそれぞれ電気的に接続された集電接続体とを備えてなり、前記集電接続体が、板状の本体部と、この本体部の一端に本体部に対して約 9 0度の角度を成すように設けられた複数の接続板部とからなり、前記接続板部が前記発電要素の端部で電極面に沿わせて配置され、前記電極に電気的に接続されていることを特徴とする。

この電池では、集電部の接続が接続板部と電極の接続でなされるため、作業が容易である。

上記接続板部は、金属板の一方の端縁部を所定の寸法にて切断、分岐して、約 9 0 ° の角度で折り曲げると共にねじることにより、上記発電要素の電極面に沿わせられるように形成すると、金属板を例えば打ち抜き■曲げ ·ねじり加工しただけの簡単な構造の集電接続板を用いて、効率のよい集電を安価に行うことができるようになる。

さらに、ねじり角度をほぼ 9 0 ° とすることで、電極の接続面を接続板部の板面に沿わせて接続することができるようになるため、接続を確実なものにすることができる。

また、上記接続扳部は一対以上設け、本体部を構成する金属板から分岐するとともに、各対 2本の接続板部を互いに逆向きに捩じ曲げることにより、各対の接続板部の側辺が向かい合うようにするのが良い。接続板部を対とすることで、 2 本の接続板部の間に発電要素の端面から突出する電極を揷入し接続作業を行うことにより、接続作業を容易にすることができる。しかも、逆向きにねじることで、電極を間に挿入しゃすく、集電接続板を発電要素に取り付ける作業がさらに容易になる。

接続板部をねじる場合、ねじれ部の接続板部の突出方向における長さがこの接続板部の板厚よりも長くなるようにするのが良い。短い間で急峻なねじり加工を行うと、この接続板部のねじれ部に応力が集中して導電性が低下し電池の内部抵抗が高くなることがある力このようにすることでこれを防止することができる。また、上記集電接続体の接続板部には、上記発電要素の上記電極と対向する側の面に突出する凸部が形成されているのが好ましい。凸部を設けることで、電極基体の溶着や圧着をこの凸部に集中させて、より確実な接続固定を行なうことができるようになる。

また、上記集電接続体の接続板部とこれに接続された電極とを挟持する挟持板を備えるようにするのがより好ましい。発電要素の電極の電極基体に集電接続体の接続部を重ね合わせ、これを挟持板の間に挟みこんで溶着等を行なうことができるので、この接続部の断面積を大きくして十分な電流が流れるようにすることができると共に、挟持板には溶着や圧着に適した厚さの金属板を用いることができるようになる。このため、超音波溶接等に最適な薄い板厚の挟持板を用いて、電極基体を十分確実に集電接続体の接続部に溶着させて接続固定することができるようになり、これらの電極基体が破断するようなおそれもなくなる。また、逆に挟持板の板厚を十分に厚くすれば、この挟持板の外側から強い力で圧迫することにより、電極基体と集電接続体の接続部を確実に圧着させて接続固定することもできるようになる。さらに、電極基体は、集電接続体の接続部ごとに挟持板で挟み込んで行けばよいので、組み立て作業も容易となる。

上記集電接続体の本体部の形状は、略台形状を有するものとし、短辺側に外部接続端子が設けられ、長辺側に接続板部が設けられた構造とするのがより好ましい。

発電要素から外部接続端子への電流は、接続部から外部接続端子を結ぶ最短経路で流れるため、図 5に示すような集電接続体の端子揷通用孔 1 0の両側の三角状縁部 2 cは集電機能を果さないばかり力この部分が存在することにより電池重量が増加し電池の重量エネルギー密度を低下させる。これに対し、略台形形状にすることで、集電接続体の集電機能に不要な部分を切除でき、集電機能を損なうことなく、重量エネルギー密度の高い電池を提供できるようになる。

上記発電要素が正、負の電極とセパレータとが卷回された構造を有し、卷回軸に垂直な断面の形状に直線部を有する長円筒形状をなすものである場合、上記挟持板の長さは前記発電要素の直線部の長さよりも短くするのが好ましい。接続が容易で、信頼性も向上するからである。

さらに発電要素が長円筒形状をなす場合、上記接続板部が発電要素 1個当たり一組あり、上記挟持板が接続板部 1個あたり 1個あり、一組の接続板部が発電要素端部を外側から挟むように配置され、挟持板が接続板部外側と発電要素の卷回の中心部とに位置するように配置されるようにするのが良い。こうすることで、接続作業の効率と接続の信頼性を向上できる。

また、電池容器には外部接続端子を備え、この外部接続端子を集電接続体に接続するようにするのが好ましい。外部電流取り出し構造を容易に構成できるからである。

電池容器に外部接続端子を備えるようにする場合、電池容器の外部に配設された電池引出端子と、上記電池容器の外部に配置され、前記電池引出端子の外部突出部に接続固定された端子接続部材とを備えるようにし、前記端子接続部材を介して外部接続端子を接続するのが好ましい。

外部接続端子が端子接続部材に係止されるだけでなく、確実に接続固定されるので、外部回路の接続部材が端子接続部材に直接接触する部分だけでなく、外部接続端子が直接又は締め付け部材等を介して外部回路の接続部材に接触する部分にも充放電電流が確実に流れるようになり、端子での接触抵抗を低減して電池性能を向上させることができるようになる。

また、集電接続体本体部を略台形形状とする場合、前記集電接続体本体部の略台形形状の短辺に近い部分に外部接続端子揷通用孔を形成し、前記外部接続端子をその一端が電池容器內部において前記端子揷通用孔に接続固定されるようにし、他端が電池容器外部に導出されるようにするのが良い。容積効率を高め、電流取り出し構造も簡単に構成できるからである。

さらに、外部接続端子揷通用孔は、前記集電接続体本体部の略台形形状の短辺中心から前記端子挿通用孔の中心までの距離を Dとし、外部接続端子挿通用孔の直径を Rとしたとき、 Rが 0 . 5 D以上となるようにするのが好ましい。

Rを 0 . 5 D未満にすると、端子揷通用孔近傍の強度が低下し耐振動性が低下するので、電池使用中にこの部分で破損や接続不良が発生し、電池の信頼性が低下する。なお、 Rを 4 Dよりも大きくすると集電機能に不要な部分が増え、電池の重量増に繋がるので、 Rは 4 D以下が好ましい。また略台形形状部は、この形状を極端にして二等辺三角形状としても良いが、この場合は、頂部を完全に尖らせるよりも、 Rより長い稜を有する山形にするのが好ましい。

図面の簡単な説明

図 1は、本発明の一実施形態を示す組立斜視図である。

図 2は、挟持板の間に揷入された接続板部と電極の状態を示す断面図である。図 3は、発電要素の構造を示す図である。

図 4は、本発明の一実施形態を示す組立斜視図である。

図 5は、本発明で用いられる集電接続体の一実施形態を示す斜視図である。

図 6は、本発明の一実施形態を示す組立斜視図である。

図 7は、本発明の一実施形態を示す組立斜視図である。

図 8は、従来例を示す図である。

発明を実施するための最良の形態

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図 1は本発明の一実施形態を示す組立斜視図、図 2は挟持板の間に挿入された接続板部と電極の状態を示す断面図である。

本実施形態は、大型の非水電解質二次電池について説明する。この非水電解質二次電池は、図 1に示すように、 2個の長円筒形の発電要素 1， 1を並べて並列接続したものである。各発電要素 1は、従来例と同じ構成であり、長円筒形の一方の端面からは正極 1 aの側端部のアルミニウム箔がはみ出すと共に、他方の端面からは負極 1 bの側端部の銅箔がはみ出すようになっている。

上記 2個の発電要素 1， 1は、長円筒形の平坦な側面同士が直立して重なり合うように横置きに並べられる。そして、これら 2個の発電要素 1， 1の両端部にそれぞれ集電接続板 2， 2が配置されている。集電接続板 2， 2は、それぞれ大きな電流容量が得られるように +分な厚さの金属板が使用され、発電要素 1の一方の端部に配置する正極 1 a側のものはアルミニウム合金板からなり、他方の端部に配置する負極 1 b側のものは銅合金板からなる。各集電接続板 2は、ほぼ台形状の水平に配置された本体部 2 aと、この本体の台形状の底辺（長辺）部から下方に向けて突設された 4本の細長い接続板部 2 bとからなる。また、各接続板部 2 bには、板面から突出する凸部が適宜間隔で複数箇所ずつ形成されている。即ち、各集電接続板 2は、アルミニウム合金板や銅合金板を、台形状の本体部 2 aとこの台形状の底辺部から櫛歯状に真っ直ぐ伸びた細長い 4本の接続板部 2 b とをプレス加工により打ち抜くと共に各接続板部 2 bに凸部を形成し、これらの接続板部 2 bを基部で本体部 2 aに対して直角に折り曲げ、折り曲げた各接続板部 2 bを基部でそれぞれ 9 0度ねじることにより形成される。また、これら 4本の接続板部 2 bは、左右の 2本ずつが対となり、各対の 2本の接続板部 2 bの向かい合う側辺が本体 2 a側とは反対方向に回転するようにねじっている。そして、各接続板部 2 bの凸部は、このねじりによって、対となるもの同士が向かい合う方向に突出するように突設されている。

上記各接続板部 2 bのねじれ部の突出方向における長さ Lは、この接続板部 2 bの板厚 Tよりも長くなるようにしている。これは、長さ Lが板厚 Tよりも短い場合には、この接続板部 2 bに急峻なねじり加工が加えられねじれ部に応力が集中して導電性が低下するからである。上記各集電接続板 2は、 2個の発電要素 1， 1の双方の端部の上方に本体部 2 aを配置すると共に、接続板部 2 bがこれらの発電要素 1， 1の端面に沿って配置されるようにする。即ち、各発電要素 1の正極 1 aのアルミニウム箔がはみ出す端面側には、アルミニウム合金板からなる集電接続板 2が配置され、負極 l b の銅箔がはみ出す端面側には、銅合金板からなる集電接続板 2が配置される。また、対となる 2本の接続板部 2 bは、各発電要素 1の端面から突出する正極 1 a や負極 1 bの金属箔の両脇に配置される。ここで、各発電要素 1の双方の端面には、正極 1 aや負極 1 bの金属箔が卷回された状態で長円筒形にはみ出して突出しているので、これらの金属箔が長円筒形の湾曲部の間の直線部で垂直になり重なり合った部分は、卷回軸を中心にして左右に二等分することができる。そして、各発電要素 1の端面ごとに配置された対となる 2本の接続板部 2 bは、これら左右に分かれた金属箔の重なりの外側にそれぞれ配置される。この際、対となる 2 本の接続板部 2 bは、元々向かい合つていた内側の側辺が発電要素 1から逃げるような方向にねじられているので、各発電要素 1の端面から突出する金属箔の特に上側の湾曲部が各対の 2本の接続板部 2 bの間に自然に嵌まり込むようになる。このようにして集電接続板 2が配置されると、発電要素 1の正極 1 aと負極 1 bの金属箔が挟持板 4によって各接続板部 2 bに接続固定される（図 2 )。即ち、各発電要素 1の各端面では、まず金属箔の直線部の重なりを左右に分けて、それぞれの側の接続板部 2 bに沿わせ、これらの接続板部 2 bと金属箔とを挟持板 4 の間に挟んで挟持させる。すると、これにより対となる 2本の接続板部 2 bの内側の面には、それぞれ左右半分ずつの金属箔の重なりが密着することになる。そして、このようにして接続板部 2 bと金属箔を挟持した各挟持板 4の両側から超音波溶接を行うことにより、これら接続板部 2 bと正極 1 aや負極 1 bの金属箔とが接合される。各挟持板 4は、短冊状の比較的薄い金属板を長手方向に沿って中央で二つ折りにしたものであり、正極 1 a側にはアルミニウム合金板の挟持板 4が用いられ、負極 1 b側には銅合金板の挟持板 4が用いられる。これらの挟持扳 4は、接続板部 2 bと金属箔とを溶着して確実に接続固定するためだけに用いられるので、電流容量を特に大きくする必要はなく、最適な超音波溶接が可能となるような適度な厚さの金属板を用いることができる。また、各接続板部 2 bには、金属箔と重なり合う内側の面に凸部 2 b 1が形成されているので、これらの金属箔が各凸部で集中的に超音波のエネルギーを受けるようになり、溶着を確実にすることができる。

上記挟持板 4は、発電要素 1の端面から突出する正極 1 aや負極 1 bの金属箔の円筒形における直線部の長さよりも短いものが用いられる。このようにすれば、挟持板 4が金属箔の直線部だけを接続板部 2 bと共に挟み込むようにすることができる。これは、挟持板 4が金属箔の直線部の長さよりも長い場合には、この挟持板 4が円筒形に突出した金属箔の上下の湾曲部まで挟み込むことになり、この金属箔を無理に挟持板 4側に引っ張り破損させるおそれがあるからである。

本実施形態の非水電解質二次電池の正負極の端子 3， 3は、それぞれリベット端子（外部接続端子） 3 aと端子接続杆（端子接続部材） 3 bと端子ボルト（電池引出端子） 3 cとで構成されている。リベット端子 3 aは、四隅が面取りされた正方形状のフランジ部の上下の面から円筒状のカシメ部を突出させたものであり、正極端子として用いられる端子 3の場合にはアルミニウムやアルミニウム合金で作製され、負極端子として用いられる端子 3の場合には鲖ゃ銅合金で作製される。このリベット端子 3 aは、下方のカシメ部が電解液に接触するので、非水電解質二次電池の場合、正極端子側では、正極電位で非水電解液に溶解しないァルミ二ゥムゃアルミニウム合金等を用いる必要があり、負極端子側では、負極活物質と合金化しない銅や銅合金等を用いる必要がある。端子接続杆 3 bは、銅合金製の矩形の金属板であり、両端部に貫通孔が形成されている。また、端子ボルト 3 cは、六角形状の頭部の上面から上方に向けてボルト部を突設したステンレス鋼製の六角ポルトである。これらの端子接続扦 3 bと端子ポルト 3 cは、電解液と接触することがないので、端子接続杆 3 bの場合は、特に導電性が高く十分な機械強度を有する銅合金を用い、外部回路との接続を行う端子ポルト 3 cの場合には、特に機械強度が強く十分な導電性を有するステンレス鋼が用いられる。上記集電接続体 2， 2の本体部 2 a， 2 aは、実際には発電要素 1， 1への取り付けよりも先に、それぞれ図 4に示す下部絶縁封止材 5， 5を介して蓋板 6の下面の両端部に配置される。また、この蓋板 6の上面の両端部には、それぞれ上部絶縁封止材 7， 7を介して端子 3 , 3のリベット端子 3 a , 3 aと端子接続杆 3 b， 3 bと端子ボルト 3 c， 3 cとが配置される。ただし、各リベット端子 3 aは、下部絶縁封止材 5と蓋板 6と上部絶縁封止材 7に形成された貫通孔を通して下方のカシメ部の先端部を集電接続体 2の本体部 2 aに形成された貫通孔（端子揷通用孔）に嵌入させてカシメにより接続固定される。この際、リベット端子 3 aは、絶縁封止材 5， 7によって蓋板 6とは絶縁される。また、リベット端子 3 aの下方のカシメ部と集電接続体 2の本体部 2 aとがカシメられることにより、絶縁封止材 5， 7が蓋板 6を挟持圧迫することになるので、この蓋板 6の貫通孔が封口される。この蓋板 6の上面の両端部にそれぞれ上部絶縁封止材 7， 7を介して配置された各端子接続杆 3 bは、一方の貫通孔にリベット端子 3 aの上方の力シメ部を下方から嵌入させてカシメにより接続固定すると共に、他方の貫通孔に端子ボルト 3 cのボルト部を下方から嵌入させる。この際、端子ポルト 3 cは、六角形状の頭部を上部絶縁封止材 7の六角形状の凹部に嵌め込むことにより回り止めされる。この端子ボルト 3 cは、ボルト部が端子接続杆 3 bの貫通孔に隙間嵌めされ係止されたままにすることにより、このポルト部に外部回路の接続部材を通してナツトで締め付けた場合にのみ端子接続杆 3 bに接続固定されるようにしてもよいし、予め溶接等によって頭部等を端子接続杆 3 bに接続固定しておくようにしてもよい。このように予め端子ポルト 3 cを端子接続杆 3 bに接続固定しておいた場合には、外部回路の接続部材のナツトによる締め付けが十分でない場合にも、端子接続杆 3 bがこの接続部材と直接接触する部分に電流が流れる他に、この端子接続杆 3 bから端子ボルト 3 cを介しナツトが接続部材に接触する部分にも確実に電流が流れるようになり、端子 3と接続部材との接触抵抗を低減させることができるようになる。

上記のようにして蓋板 6の上面の両端部に端子 3， 3が配置されると共に、この蓋板 6の下面の両端部に集電接続体 2 , 2が取り付けられると、これらの集電接続体 2， 2に上記のようにして発電要素 1， 1が接続される。そして、これら 2個の発電要素 1は、ステンレス鋼板製の筐体状の電池容器 8の内部に収納され、 03 06589

この電池容器 8の上端開口部が蓋板 6によって塞がれる。そして、この蓋板 6の周囲を溶接によって封止し、電池容器 8の内部に電解液を充填して、この内部を密閉することにより非水電解質二次電池となる。この非水電解質二次電池は、 2 個の発電要素 1を長円筒形の平坦な側面が直立するように横置きに並べて収納すると共に、端子 3の端子ボルト 3 cが蓋板 6の上面の両端部から上方に突出するので、設置のスペース効率が良いものとなる。

上記構成の非水電解質二次電池によれば、各発電要素 1の正極 1 aや負極 1 b と端子 3との間が、大きな電流容量を有する集電接続体 2の本体部 2 aと接続板部 2 bを介して接続されるので、十分に大きな充放電電流を流すことができるようになる。しかも、各発電要素 1の正極 1 aや負極 1 bの金属箔は、ある程度薄い金属板からなる挟持扳 4を介して接続板部 2 bに超音波溶接されるので、溶着が確実に行なわれ金属箔が剥がれ易くなるようなこともなくなる。

また、 2個の発電要素 1， 1の上方に集電接続体 2の本体部 2 aを水平に配置して、蓋板を貫通する端子 3 .との接続を容易にすると共に、この本体部 2 aから接続板部 2 bを下方に向けて折り曲げねじって突出させることにより、各発電要素 1の端面から突出する正極 1 aや負極 1 bの垂直な金属箔にこの接続扳部 2 b の板面を沿わせることができるので、これら金属箔との接続が容易になる。即ち、各接続板部 2 bがねじれてなければ、金属箔とが直交することになり、接続が容易ではなくなる。また、集電接続体 2の接続板部 2 bが本体部 2 aにおける発電要素 1， 1の並び方向に沿って両側に突出した板片を下方に折り曲げて形成されたものである場合には、発電要素 1の端面から突出する金属箔をこの接続板部 2 bの板面を沿わせることができるが、各発電要素 1に 1本ずつの接続板部 2 bしか割り当てることができず、 3個以上の発電要素 1が並べて配置された電池の場合には、真ん中の 1個以上の発電要素 1の集電を行うことができないようになる。しかも、本実施形態の集電接続板 2は、 1枚の金属板に打ち抜き '曲げ 'ねじり加工による簡単な加工を施すだけで作製することができる。

また、各発電要素 1の各端面ごとに対となる 2本の接続板部 2 bが配置されるので、この接続板部 2 bの幅を狭くしても十分な電流容量を得ることができ、この端面からの金属箔の突出量を少なくて済むようにすることができる。しかも、各発電要素 1の各端面から突出する金属箔は、これら対となる 2本の接続板部 2 bのねじり方向に従って間に挿入されるので、組み立て作業も容易となる。

なお、上記実施形態では、超音波溶接によって挟持板 4の間に接続板部 2 bと正極 1 aや負極 1 bの金属箔の接続を行う場合について示したが、スポット溶接等の他の溶接により溶着を行なうこともできる。また、このような溶接に代えて、挟持板 4の外側から強い力で圧迫することにより、接続板部 2 bと金属箔とを圧着することもできる。この場合、挟持板 4は、溶接の場合とは異なり、ある程度板厚の厚い金属板を用いて、この間に発電要素接続部 2 aと金属箔とを確実に圧着保持できるようにする必要がある。

さらに、接続板部 2 bには、凸部が形成されていなくても、金属箔を確実に溶着又は圧着することは可能である。また、上記実施形態では、接続板部 2 bと正極 1 aや負極 1 bの金属箔との接続に挟持板 4を用いる場合を示したが、挟持板 4以外の接続部品を用いたり、いずれの接続部品を用いることなく接続を行うことも可能である。

また、上記実施形態では、 2個の発電要素 1 , 1を並べて配置した非水電解質二次電池について示したが、この発電要素 1の個数は限定されず、 1個以上であれば何個の発電要素 1を用いる電池であってもよく、非水電解質電池に限られるものでもない。さらに、上記実施形態では、集電接続体 2が各発電要素 1の正負極ごとにそれぞれ対となる 2本の接続板部 2 bを配置する場合を示したが、各発電要素 1の正負極にそれぞれ少なくとも 1本以上の接続板部 2 bが配置されていればよい。

また、上記実施形態では、端子 3がリベット端子 3 aと端子接続杆 3 bと端子ポルト 3 cによって構成される場合を示したが、この端子 3の構成は特に限定されず、図 9に示したような単一部品からなるようなものであってもよい。

また、上記実施形態では、長円筒形の卷回型の発電要素 1について説明したが、積層型の発電要素 1の場合にも、積層の端面からはみ出した正極 1 aや負極 1 b の金属箔を同様に接続固定することができる。さらに、上記実施形態では、電池容器 8と蓋板 6で構成される電池外装体を例示したが、この電池外装体の構成は特に限定されない。また、上記実施形態では、非水電解質二次電池について説明したが、この電池の種類も特に限定されない。

図 5は、本発明で用いられる集電接続体の一実施形態を示す斜視図、図 6は本発明の一実施形態を示す組立斜視図、図 7は図 6に示した発電要素 1と集電接続体 2を用いた電池構造を示す組立斜視図である。

この非水電解質二次電池は、図 6に示すように、長円筒形の発電要素 1を 4個密着して並べ並列接続したものである。各発電要素 1は、長円筒形の一方の端面からは正極 1 aの側端部のアルミエゥム箔がはみ出すと共に、他方の端面からは負極 1 bの側端部の銅箔がはみ出すようになっている。

上記 4個の発電要素 1は、長円筒形の平坦な側面同士が接するようにして密着して並べられ、これらの発電要素 1の両端面部にそれぞれ集電接続体 2の接続板部 2 bが配置される。集電接続体 2は、発電要素 1の一方の端面側に配置するものはアルミ二ゥム合金板からなり、他方の端面側に配置するものは.銅合金板からなる。また、これらの集電接続体 2は、高率放電時の大きな電流も十分に流せるようにある程度板厚の厚い金属板が用いられる。この例ではいずれも 1 . 7 mm 厚である。

これらの集電接続体の本体部 2 aは、やや扁平状の略二等辺三角形状（本願ではこれも略台形形状に含むと考える）の水平に配置された金属板であり、この三角形状の底辺部から下方に向けて 8本の細長い接続板部 2 bが突設されている。これらの接続板部 2 bは、集電接続体 2の金属板をプレス加工によって細長い金属板状に抜き加工したものであり、下方に向けて屈曲させると共に、 9 0 ° のひねりを加えている。また、これらの接続板部 2 bには、図 2に示すように、金属板の一方の表面側に突出する複数の凸部 2 b 1が形成されている。

上記集電接続体 2は、 4個の発電要素 1の両端部の上方にそれぞれ配置され、接続板部 2 bがこれらの発電要素 1の端面部に配置されるようにする。発電要素 1の正極 1 aのアルミニウム箔がはみ出す側の端面部には、アルミニウム合金板からなる集電接続体 2が配置され、負極 1 bの銅箔がはみ出す側の端面部には、銅合金板からなる集電接続体 2が配置される。また、接続板部 2 bは、各発電要素 1の端面に 2本ずつ配置される。

ここで、各発電要素 1の端面には、正極 1 aのアルミニウム箔か負極 1 bの銅箔が卷回された状態で長円筒形にはみ出しているので、これらの金属箔が直線状に束となった部分は、巻回軸を中心にして左右に分かれている。そして、各発電要素 1ごとに配置された 2本の接続板部 2 bは、これら左右に分かれた金属箔の束の外側にそれぞれ配置される。また、これら 2本の接続板部 2 bは、図 2に示すように、凸部 2 b 1の突出する側の面が内側、つまり金属箔の束側を向くように、互いに逆方向に 9 0 ° のひねりが加えられている。

このようにして集電接続体 2の接続板部 2 bが配置されると、挟持板 4によつて、接続板部 2 bと共に、正極 1 aや負極 1 bの金属箔の束を挟み込む。挟持扳 4は、短冊状の金属板を長手方向に沿って二つ折りにしたものであり、正極 l a 側の接続板部 2 aの場合にはアルミニウム合金板が用いられ、負極 1 b側の接続板部 2 bの場合には銅合金板が用いられる。 . そして、これらの挟持板 4の両側から超音波溶接を行なうことにより、それぞれの挟持板 4の間に挟み込んだ集電接続体 2の接続板部 2 bと正極 1 aや負極 1 bの金属箔の束とを溶着させる。

発電要素 1の両端部の上方に配置された正負の集電接続体 2のほぼ二等辺三角形状の部分は、図 7に示すように、絶縁封止材 5を介して矩形の蓋板 6の下面の両側に取り付けられる。蓋板 6は、ステンレス鋼版からなり、上面の両側には、正負の端子 3が別の絶縁封止材 7を介して配置される。これらの端子 3 aは、下端部が蓋板 6を貫通してそれぞれの集電接続体 2のほぼ二等辺三角形状の頂点部付近に設けた端子揷通用孔 1 0に通し、かしめによって接続固定される。

また、これらの端子 3 aの上端部は、絶縁封止材 7上に配置された外部端子 3 Cを係止する接続導体 3 bにかしめによって接続固定される。これらの端子 3 a は、アルミニゥム合金板からなる集電接続体 2にはアルミニゥム合金製のものが用いられ、銅合金板からなる集電接続体 2には銅合金製のものが用いられる。

しかし、接続導体 3 bや外部端子 3 cは、電解液に触れることがないので、これらアルミニウム合金や銅合金等よりも強度が高い鋼や鉄の合金等が用いられる絶縁封止材 5， 7は、蓋板 6の上下に配置されて、集電接続体 2や端子 3 a (外部接続端子に該当）、接続導体 3 b (端子接続部材に該当）、外部端子 3 C (電池引出端子に該当）と蓋板 6との間を絶縁封止する樹脂成形板である。

上記 4個の発電要素 1は、図示しない金属製の電池容器本体に収納され、蓋板 6がこの電池容器本体の上端開口部に嵌め込まれ溶接によって固着される。そして、この電池容器本体の内部に非水電解液が充填されることにより非水電解質二次電池となる。

また、上記電池構造によれば、アルミェゥム合金製や銅合金製の端子 3 aが鋼や鉄の合金等からなる接続導体 3 bに接続固定され、外部回路との接続はこの接続導体 3 bに係止された外部端子 3 Cを介して行なうので、強度の弱いアルミ二ゥム合金製や銅合金製の端子 3 aに直接ねじ止めして接続を行なう必要がなくなり、このねじ止めの締め付けによって端子 3 aが破損したり、この端子 3 aが振動や衝撃を受けて変形したりするようなおそれもなくなる。

また、上記実施形態では、接続板部 2 bの片側にだけ正極 1 aや負極 1 bの金属箔を配置する場合について説明したが、両側に金属箔を配置して、これを挟持板 4の間に挟み込むようにすることもできる。さらに、上記実施形態では、各発電要素 1の片方の端面に 2本の接続板部 2 bを配置したが、この接続板部 2 の配置本数も限定されない。例えば、各発電要素 1の片方の端面に 1本ずつの発電接続板部 2 bを配置してもよいし、この 1本の接続板部 2 bに隣接する 2個の発電要素 1の端面からはみ出した金属箔を共通して溶着又は圧着することもできる, 図 6に示す電池では、図 5に示す集電接続体 2の端子揷通用孔 1 0の両側の三角状縁部 2 cを切断して除いたものを用いたが、両側を切断することなく用いることも可能である。伹し、これら二つの形状のものを用いた電池を比べた場合、集電効率に差はないが、図 6に示す電池の方が重量が軽く、重量エネルギー密度の高い電池となる。

上記実施形態では、非水電解質二次電池について説明したが、電池の種類は問わない。ちなみに、本発明にかかる非水電解質二次電池の基本構成としては、例えば下記のようにすることができる。

まず、正極活物質には二硫化チタンをはじめとしてリチウムコバルト複合酸化物、スピネル型リチウムマンガン酸化物、五酸化バナジウムおよび三酸化モリブデンなどの種々のものが利用可能であるが、なかでも、リチウムコバルト複合酸化物（L i C o 0₂ ) およびスピネル型リチウムマンガン酸化物（L i _x Mn₂ 0₄ ) は、 4V (L i /L i + ) 以上のきわめて貴な電位で充放電を行うため、正極として用いることで高い放電電圧を有する電池が実現できる。

尚、正極は、集電体として 1 0〜30 im厚のアルミニウム箔が公的であり、前記集体の両面に活物質層が塗着されるのが一般的であり、活物質層は、厚みが 50〜1 50 μιη (片面当り）、密度が 1. 8〜3. 0 g / c c , 多孔度が 25 〜45 %のものが寿命性能及び充放電特性上好ましい。

負極としては、金属リチウムをはじめとしてリチウムの吸蔵 ·放出が可能な L i一 A 1合金や炭素材料など種々のものが適用可能であるが、なかでも炭素材料は、安全性が高くかつサイクル寿命の長い電池が得られるという利点がある。この場合、集電体としては 10〜20 μ厚の銅箔が好適であり、活物質層は、厚みが 45〜： L 25 /xm (片面当り）、密度が 1. 1 5〜2. 5 g Ze e、多孔度が 25〜45 %のものが寿命性能及び充放電特性上好ましい。

また、電解液としては、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、 7 一ブチロラタトン、スルホランなどの高誘電率溶媒に 1， 2—ジメトキシェタン、ジメチノレカーボネート、ェチノレメチノレカーボネート、ジェチノレカーボネートなどの低粘度溶媒を混合したものに、溶質としての過塩素酸リチウム、トリフルォロメタンスルホン酸リチウム、六フッ化燐酸リチウムなどが添加されたものである _c これら液系のものではなく、全固体式の電解質やゲル状電解質あるいはこれらと液系電解質との併用といったものもある。

電極は、例えば活物質と結着剤と溶剤とを混合して調製したスラリーを金属箔上に塗布して製造できる。結着剤として、ポリフッ化ビ-リデンおよびポリテトラフルォ口エチレンなどのフッ素樹脂が耐酸化還元性、耐電解液性の点で優れているが、なかでも有機溶剤に可溶なポリフッ化ビニリデンは容易にスラリーを調襄 589

製できるため現在最も広く用いられている。その量としては、正極の場合は 2〜 6重量％、負極の場合には 6〜1 0重量％とするのが好ましい。

セパレータとしては、厚さ 2 0〜6 0 / mの多孔性の樹脂フィルムが好適であるが、ポリマー電解質膜を用いることもできる。

産業上の利用可能性

本発明の電池によれば、発電要素と端子をスペース効率良く配置した場合にも. 金属板に簡単な加工を施した集電接続板を用いて、効率のよい集電を行うことができるようになる。しかも、発電要素の電極と集電接続板の接続板部との接続を確実にすることができ、これらの組み立て作業も容易に行うことができるようになる。

Claims

請求の範囲

1 . 電池容器、正、負の電極が隔離体を介して重ねられた構成を有する発電要素、前記発電要素の前記各電極にそれぞれ電気的に接続された集電接続体とを備えてなり、

前記集電接続体が、板状の本体部と、この本体部の一端に本体部に対して約 9 ◦度の角度を成すように設けられた複数の接続板部とからなり、

前記接続板部が前記発電要素の端部で電極面.に沿わせて配置され、前記電極に電気的に接続されていることを特徴とする電池。

2 . クレーム 1の電池において、

集電接続体の本体部の形状が、略台形状を有し、短辺側に外部接続端子が設けられ、長辺側に接続板部が設けられていることを特徴とする電池。

3 . クレーム 1の電池において、

上記集電接続体の接続板部とこれに接続された電極とを挟持する挟持板を備えていることを特徴とする電池。

4 . クレーム 1の電池において、

上記集電接続体の接続板部には、上記発電要素の上記電極と対向する側の面に突出する凸部が形成されていることを特徴とする電池。

5 . クレーム 3の電池において、

前記発電要素が正、負の電極とセパレータとが巻回された構造を有し、卷回軸に垂直な断面の形状に直線部を有する長円筒形状をなすものであり、

上記挟持板の長さが、前記発電要素の直線部の長さよりも短い。

6 . クレーム 5の電池において、上記接続板部が発電要素 1個当たり一組あり、上記挟持板が接続板部 1個あたり 1個あり、

一組の接続板部が発電要素端部を外側から挟むように配置され、挟持板が接続板部外側と発電要素の巻回の中心部とに位置するように配置されていることを特徴とする電池。

7 . クレーム 1の電池において、

電池容器と電池容器に設けられた外部接続端子を備え、

上記外部接続端子が集電接続体に接続されていることを特徴とする電池。

8 . クレーム 7の電池において、

上記電池容器の外部に配設された電池引出端子と、上記電池容器の外部に配置され、前記電池引出端子の外部突出部に接続固定された端子接続部材とを備え、前記端子接続部材を介して外部接続端子が接続されていることを特徴とする電池。

9 . クレーム 2の電池において、

前記集電接続体本体部の略台形形状の短辺に近い部分に外部接続端子挿通用孔が形成され、

前記外部接続端子は、その一端が電池容器内部において前記端子揷通用孔に接続固定されるとともに、他端が電池容器外部に導出されていることを特徴とする電池。

1 0 . クレーム 9の電池において、

前記集電接続体本体部の略台形形状の短辺中心から前記端子揷通用孔の中心までの距離を Dとし、端子揷通用孔の直径を Rとしたとき、 Rは 0 . 5 D以上であることを特徴とする電池。