WO2016174811A1 - 円筒形電池、並びにそれに用いる集電部材及びその製造方法 - Google Patents

円筒形電池、並びにそれに用いる集電部材及びその製造方法 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a cylindrical battery provided with a current collecting member for collecting a plurality of positive electrode leads led out from an electrode body, a current collecting member used therefor, and a method for manufacturing the same.
  • Non-aqueous electrolyte secondary batteries having high energy density have been widely used as drive power sources for high output applications such as electric tools, electric assist bicycles, and hybrid electric vehicles.
  • Non-aqueous electrolyte secondary batteries are roughly classified into cylindrical batteries, square batteries, and pouch-type batteries according to the outer shape and the exterior body. Cylindrical batteries are suitable for the above applications because they are resistant to external impacts and can be easily processed into assembled batteries using a large number of batteries.
  • a cylindrical battery is manufactured by inserting an electrode body, in which a negative electrode plate and a positive electrode plate are wound, through a separator, into an outer can, and sealing the opening with a sealing body.
  • the sealing body is used as the positive electrode external terminal, it is necessary to electrically connect the positive electrode plate in the electrode body and the sealing body.
  • a method of connecting a lead connected to a positive electrode plate to a sealing body is mainly employed.
  • Patent Documents 1 to 3 are cited as prior art documents relating to a battery having a positive electrode plate to which a plurality of leads are connected.
  • Patent Document 1 discloses a secondary battery in which a plurality of leads derived from an electrode body are overlapped at one point, and the overlapping portion is connected to a sealing body.
  • Patent Document 2 discloses an electrode winding type battery in which a plurality of leads led out from an electrode body are collected by a conductive member arranged on the electrode body.
  • the conductive member is constituted by a nut and a bolt having a flange portion.
  • a lead led out from the electrode body is bent on the flange portion of the bolt, and the lead is sandwiched and fixed by the bolt and the nut.
  • Patent Document 3 discloses a nickel cadmium battery in which a plurality of electrode plate tabs derived from a spiral electrode group are connected to a relay plate as a current collector plate.
  • An insulating plate is disposed between the electrode group and the relay plate, and the relay plate and the insulating plate are provided with a large number of arc-shaped openings for inserting electrode plate tabs.
  • the electrode plate tab inserted in the arc-shaped opening is bent and connected on the relay plate.
  • Patent Document 2 since a bolt and a nut sandwiching a plurality of leads are used as external terminals, the step of connecting the leads to the sealing body is omitted.
  • the bolts and nuts that do not contribute to charging / discharging occupy a lot of space inside the battery, the battery capacity is reduced. In particular, such a problem becomes conspicuous when the technique described in Patent Document 2 is applied to a small battery.
  • a cylindrical battery In order to solve the above problems, a cylindrical battery according to one embodiment of the present invention is provided.
  • An electrode body in which a positive electrode plate to which a negative electrode plate and a plurality of positive electrode leads are connected is wound through a separator, an electrolytic solution, a bottomed cylindrical outer can that contains the electrode body and the electrolytic solution, and an outer can
  • a positive electrode lead is connected to a surface of the current collector member on the battery outer side via an outer peripheral portion of the current collector member disposed on the electrode body, and a current collector plate to which the current collector member is connected to the positive electrode lead; It has the 1st insulating board attached on the surface inside the battery of the said current collection board, It is characterized by the above-mentioned.
  • the method for attaching the first insulating plate to the current collector plate is not particularly limited, and examples thereof include the following method.
  • a protrusion that protrudes from the peripheral edge of the current collector when the first insulating plate and the current collector are overlaid is provided on the outer periphery of the first insulating plate.
  • the current collector plate is provided with an opening
  • an adhesive having adhesiveness may be disposed between the first insulating plate and the current collector plate.
  • a 1st insulating board can be reliably attached with a current collector.
  • the pressure-sensitive adhesive can be applied to at least one surface of the first insulating plate and the current collector plate.
  • coated the adhesive to both surfaces of base materials, such as a nonwoven fabric, can also be affixed between a 1st insulating board or a current collecting board.
  • a method using a hot press and a method using an adhesive can be combined.
  • the present invention it is possible to provide a cylindrical battery excellent in productivity and quality while having a positive electrode plate to which a plurality of positive electrode leads are connected.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a cylindrical nonaqueous electrolyte secondary battery according to an embodiment.
  • FIG. 2A is a plan view of a negative electrode plate according to an embodiment.
  • FIG. 2B is a plan view of the positive electrode plate according to the embodiment.
  • FIG. 3 is a plan view of a current collecting plate used in the current collecting member according to the embodiment.
  • FIG. 4A is a plan view of the first insulating plate according to the embodiment, and FIG. 4B is a cross-sectional view taken along line AA.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view illustrating a state in which the first insulating plate according to the embodiment is attached to the current collector plate.
  • 6A is a plan view of a current collecting member according to an embodiment
  • FIG. 6B is a cross-sectional view taken along the line BB.
  • 7A to 7F are perspective views showing a method of connecting a positive electrode lead led out from an electrode body according to an embodiment to
  • the cylindrical nonaqueous electrolyte secondary battery 10 includes a bottomed cylindrical outer can 25, an electrode body 16 inserted into the outer can 25, and an opening of the outer can 25. It has the sealing body 24 which seals.
  • the battery contains a non-aqueous electrolyte in which an electrolyte salt is dissolved in a non-aqueous solvent.
  • the sealing body 24 includes an external terminal cap 24 a, an explosion-proof valve 24 b, and a terminal plate 24 d, and is caulked and fixed to the opening of the outer can 25 via a gasket 23.
  • the external terminal cap 24a has a flange portion, and the flange portion is electrically connected to the explosion-proof valve 24b.
  • the central part of the explosion-proof valve 24b and the terminal plate 24d are connected via an insulating plate 24c.
  • the connecting portion breaks when the pressure inside the battery rises and reaches a predetermined value, and interrupts the current path inside the battery. When the pressure inside the battery further increases, the explosion-proof valve 24b breaks and the gas inside the battery is discharged.
  • the electrode body 16 is composed of a negative electrode plate 11, a positive electrode plate 13 and a separator 15, and is produced by winding the negative electrode plate 11 and the positive electrode plate 13 with the separator 15 interposed therebetween.
  • negative electrode leads 12a and 12b and positive electrode leads 14a and 14b are connected to the negative electrode plate 11 and the positive electrode plate 13, respectively.
  • the negative electrode leads 12 a and 12 b are bent so as to be parallel to the bottom surface of the outer can 25.
  • the negative electrode lead 12b on the outer peripheral side of the electrode body 16 is connected to the bottom of the outer can 25, and the negative electrode lead 12a on the inner peripheral side is connected to the connecting portion.
  • the positive leads 14 a and 14 b are connected to the current collecting member 17.
  • the current collecting member 17 is configured by attaching a first insulating plate 19 to a current collecting plate 18.
  • the current collecting plate 18 has a flat plate portion 18a and a lead portion 18b.
  • the positive leads 14 a and 14 b are connected to the flat plate portion 18 a, and the lead portion 18 b is connected to the terminal plate 24 d of the sealing body 24.
  • the positive electrode plate is electrically connected to the external terminal cap 24a.
  • a second insulating plate 20 is disposed between the electrode body 16 and the current collecting member 17.
  • the second insulating plate 20 is not necessarily essential, but the second insulating plate 20 is used because the influence of the heat generated when the positive leads 14a and 14b are connected to the current collecting member 17 on the electrode body 16 can be reduced. It is preferable.
  • An upper insulating plate 21 and a lower insulating plate 22 are disposed on the upper and lower portions of the electrode body 16 to which the current collecting member 17 is connected, respectively.
  • the current collecting plate 18 can be produced by integrally molding from a single metal plate. It is preferable to provide an opening at the center of the flat plate portion 18a so that the electrolyte quickly penetrates into the electrode body during injection.
  • the current collector plate does not necessarily have a lead portion, and the lead plate may be connected to a current collector plate composed of only a flat plate portion.
  • a metal that can exist stably even when exposed to the potential of the positive electrode in the electrolytic solution can be used.
  • a non-aqueous electrolyte aluminum and an aluminum alloy can be used.
  • the first insulating plate 19 is manufactured by molding an insulating resin.
  • a polypropylene resin can be used as the insulating resin.
  • the first insulating plate 19 has an opening as shown in FIG.
  • the electrolyte can quickly penetrate into the electrode body by providing the first insulating plate with the opening.
  • Projections are provided on the outer peripheral portion and the inner peripheral portion of the first insulating plate 19.
  • no protrusion is provided on a portion of the outer peripheral portion of the first insulating plate 19 where the lead portion 18b of the current collector plate 18 is disposed.
  • the protrusions do not need to be provided on the entire outer peripheral portion of the first insulating plate, and the above-described effect is exhibited even if there is a region where there is no protrusion as long as the current collector plate does not pass.
  • the protrusion on the inner periphery is molded so as to be inserted into the opening of the current collector plate 18.
  • the protrusion of an inner peripheral part can be utilized.
  • a method of attaching the first insulating plate 19 to the current collector plate 18 is as follows. First, as shown in FIG. 5, the protrusion on the inner peripheral portion of the first insulating plate is inserted into the opening of the current collecting plate 18, and the first insulating plate 19 is fitted to the current collecting plate 18. Then, the pin of the pressing jig 26 is inserted into the opening of the first insulating plate 19, and the protrusion on the inner peripheral portion is hot pressed.
  • the surface temperature of the pressing jig at this time is preferably 120 to 180 ° C.
  • the first insulating plate can be produced by injection molding an insulating resin into a shape shown in FIG. 6 in advance.
  • a resin having elasticity such as polypropylene resin
  • the first insulating plate has elasticity. Therefore, it is possible to press-fit a protrusion of the first insulating plate having an outer diameter larger than the inner diameter of the opening of the current collector plate into the opening of the current collector plate.
  • the first insulating plate is attached to the current collector plate using the protrusion on the inner peripheral portion of the first insulating plate, but the protrusion provided on the outer peripheral portion of the first insulating plate can also be used.
  • the first insulating plate can be attached to the current collector plate by bending the tip of the protrusion on the outer peripheral portion toward the inner peripheral portion so as to cover the current collector plate. It is also possible to produce the first insulating plate in advance by injecting an insulating resin into a shape in which the tip of the protrusion on the outer peripheral portion is bent toward the inner peripheral portion.
  • An adhesive can also be used as means for attaching the first insulating plate to the current collector plate.
  • coating an adhesive to the surface of either one of a current collecting plate and a 1st insulating board is mentioned.
  • the pressure-sensitive adhesive it is possible to prevent displacement of the current collector plate on the first insulating plate during pressing.
  • an adhesive it is preferably used in combination with a hot press, but it is also possible to use only an adhesive as means for attaching the first insulating plate to the current collector plate.
  • thermoplastic resins such as a rubber-based pressure-sensitive adhesive, an acrylic resin, a vinyl resin, a fluororesin, and a polyamide resin can be used.
  • thermosetting resins such as an amino resin, a phenol resin, a polyester resin, and an epoxy resin
  • a double-sided tape in which the adhesive is applied to both surfaces of a substrate such as a nonwoven fabric can be used.
  • FIG. 7A A method of connecting the positive electrode lead to the current collecting member will be described with reference to FIG.
  • Two positive leads are led out from the wound electrode body 16 (FIG. 7A).
  • the second insulating plate 20 is disposed on the electrode body 16 while the first positive electrode lead 14a on the inner peripheral side of the electrode body is inserted into the through hole 20a (FIG. 7B).
  • the positive leads 14a and 14b are bent to the outside of the electrode body 16 (FIG. 7C), and the current collecting member 17 is disposed (FIG. 7D).
  • the positive leads 14a and 14b are bent on the current collecting member 17 and connected to the current collecting member 17 (FIG. 7E). Laser welding can be used as a connection method. Finally, in order to insert the electrode body 16 into the outer can 25, the lead portion 18b is bent at an angle of 90 ° (FIG. 7F).
  • the negative electrode plate 11 has a negative electrode current collector and a negative electrode mixture layer 11a formed on both surfaces of the negative electrode current collector.
  • the negative electrode leads 12a and 12b are connected to the negative electrode current collector exposed portions 11b provided at both ends of the negative electrode plate 11, respectively, but the negative electrode lead may be connected to only one of them.
  • the number of negative electrode leads is not particularly limited.
  • a copper foil is preferably used as the negative electrode current collector.
  • the negative electrode mixture layer 11a can be formed by applying and drying a negative electrode mixture slurry containing a negative electrode active material on a negative electrode current collector. In addition to the negative electrode active material, a binder or a conductive agent can be added to the negative electrode mixture slurry.
  • the formed negative electrode mixture layer 11a is compressed with a roller, and the electrode plate after the compression is cut into a predetermined size, whereby the negative electrode plate 11 is obtained.
  • a carbon material or a metal material capable of inserting and extracting lithium ions can be used as the negative electrode active material.
  • the carbon material include graphite such as natural graphite and artificial graphite.
  • the metal material include silicon and tin, and oxides thereof.
  • the carbon material and the metal material can be used alone or in admixture of two or more. For example, graphite and silicon oxide can be mixed and used.
  • the positive electrode plate 13 has a positive electrode current collector and a positive electrode mixture layer 13a formed on both surfaces of the positive electrode current collector.
  • the first positive electrode lead and the second positive electrode lead 14b are connected to each of the two positive electrode current collector exposed portions 13b provided on the positive electrode plate 13, but the number of positive electrode leads is the same as that of the present embodiment. Without being limited, three or more positive electrode leads can be used.
  • As the positive electrode current collector an aluminum foil is preferably used.
  • the positive electrode mixture layer 13a can be formed by applying and drying a positive electrode mixture slurry containing a positive electrode active material on a positive electrode current collector. In addition to the positive electrode active material, a binder or a conductive agent can be added to the positive electrode mixture slurry. The formed positive electrode mixture layer 13a is compressed with a roller, and the electrode plate after the compression is cut into a predetermined dimension, whereby the positive electrode plate 13 is obtained.
  • a lithium transition metal composite oxide capable of inserting and extracting lithium ions can be used.
  • the lithium transition metal composite oxide include general formula LiMO 2 (M is at least one of Co, Ni, and Mn), LiMn 2 O 4, and LiFePO 4 . These can be used alone or in admixture of two or more, and at least one selected from the group consisting of Al, Ti, Mg, and Zr can be added or substituted with a transition metal element.
  • a microporous film mainly composed of polyolefin such as polyethylene or polypropylene can be used as the separator.
  • the microporous membrane can be used singly or as a laminate of two or more layers.
  • a layer mainly composed of polyethylene having a low melting point is used as an intermediate layer and polypropylene having excellent oxidation resistance is used as a surface layer.
  • inorganic particles such as aluminum oxide (Al 2 O 3 ), titanium oxide (TiO 2 ), and silicon oxide (SiO 2 ) can be added to the separator. Such inorganic particles can be carried in the separator and can be applied together with a binder on the separator surface.
  • non-aqueous electrolyte a solution obtained by dissolving a lithium salt as an electrolyte salt in a non-aqueous solvent as a solvent can be used. Moreover, it can replace with a non-aqueous solvent and can also use the non-aqueous electrolyte using the gel-like polymer.
  • a cyclic carbonate ester As the non-aqueous solvent, a cyclic carbonate ester, a chain carbonate ester, a cyclic carboxylic acid ester and a chain carboxylic acid ester can be used, and these are preferably used in combination of two or more.
  • the cyclic carbonate include ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), and butylene carbonate (BC).
  • a cyclic carbonate in which part of hydrogen is substituted with fluorine such as fluoroethylene carbonate (FEC)
  • the chain carbonate include dimethyl carbonate (DMC), ethyl methyl carbonate (EMC), diethyl carbonate (DEC), and methyl propyl carbonate (MPC).
  • Examples of cyclic carboxylic acid esters include ⁇ -butyrolactone ( ⁇ -BL) and ⁇ -valerolactone ( ⁇ -VL).
  • Examples of chain carboxylic acid esters include methyl pivalate, ethyl pivalate, methyl isobutyrate and methyl Pionate is exemplified.
  • lithium salts examples include LiPF 6 , LiBF 4 , LiCF 3 SO 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 , LiN (CF 3 SO 2 ) (C 4 F 9 SO 2 ), LiC (CF 3 SO 2 ) 3 , LiC (C 2 F 5 SO 2 ) 3 , LiAsF 6 , LiClO 4 , Li 2 B 10 Cl 10 and Li 2 B 12 Cl 12 .
  • LiPF 6 is particularly preferable, and the concentration in the nonaqueous electrolyte is preferably 0.5 to 2.0 mol / L.
  • Other lithium salts such as LiBF 4 may be mixed with LiPF 6 .
  • the present invention it is possible to provide a cylindrical battery excellent in productivity and quality while having a positive electrode plate to which a plurality of positive electrode leads are connected.
  • INDUSTRIAL APPLICABILITY Since the present invention can provide a cylindrical battery suitable for applications requiring high output, such as electric tools, assist bicycles, and hybrid electric vehicles, the industrial applicability is great.
  • Nonaqueous electrolyte secondary battery 11 Negative electrode plates 12a and 12b Negative electrode lead 13 Positive electrode plates 14a and 14b Positive electrode lead 15 Separator 16 Electrode body 17 Current collecting member 18 Current collecting plate 18a Flat plate portion 18b Lead portion 19 First insulating plate 20 Second Insulating plate 24 Sealing body 25 Exterior can

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Abstract

本発明の一態様に係る円筒形電池は、負極板と、複数の正極リードが接続された正極板がセパレータを介して巻回された電極体と、電解液と、電極体及び電解液を収容する有底筒状の外装缶と、外装缶の開口部を封止する封口体を備えている。正極リードが電極体上に配置された集電部材の外周部を経由して集電部材の電池外方側の面に接続されている。集電部材は正極リードに接続される集電板と、集電部材の電池内方側の面に取り付けられた第１絶縁板を有する。第１絶縁板を集電板に取り付ける方法として、例えば第１絶縁板に設けられた突起が集電板の少なくとも一部を覆うように第１絶縁板をホットプレスする方法が挙げられる。

Description

円筒形電池、並びにそれに用いる集電部材及びその製造方法
　本発明は電極体から導出する複数の正極リードを集電する集電部材を備えた円筒形電池、並びにそれに用いる集電部材及びその製造方法に関する。
　近年、電動工具、電動アシスト自転車やハイブリッド電気自動車といった高出力用途の駆動電源として高エネルギー密度を有する非水電解質二次電池が広く用いられている。非水電解質二次電池は、外形や外装体によって円筒形電池、角形電池及びパウチ型電池に大別される。円筒形電池は外部からの衝撃に強く、多数の電池を用いて組電池に加工することが容易であることから、上記の用途には好適である。
　円筒形電池は、セパレータを介して負極板と正極板が巻回された電極体を外装缶へ挿入し、その開口部を封口体で封止して作製される。一般的な円筒形電池では封口体を正極外部端子として利用するため、電極体中の正極板と封口体とを電気的に接続する必要がある。そのための手段として、非水電解質二次電池では正極板に接続されたリードを封口体に接続する方法が主に採用されている。
　ところが、上記の方法によれば正極板の集電部が正極リードの接続部に限定される。そのため、正極板を長尺化しても十分な出力特性が得られない場合がある。そこで、正極板に複数のリードを接続することで非水電解質二次電池の集電構造の適正化が図られている。複数のリードが接続された正極板を有する電池に関する先行技術文献として特許文献１～３が挙げられる。
　特許文献１は電極体から導出する複数のリードを１点で重ね合わせて、その重なり部を封口体に接続した二次電池を開示している。
　特許文献２は電極体から導出する複数のリードを、電極体上に配置された導電部材で集電した電極巻回型電池を開示している。導電部材はナットとフランジ部を有するボルトから構成されており、電極体から導出するリードをボルトのフランジ部上に折り曲げて、リードをボルトとナットで挟持して固定している。
　特許文献３は渦巻状電極群から導出する複数の極板タブが集電板としての中継板に接続されたニッケルカドミウム電池を開示している。電極群と中継板の間には絶縁板が配置されており、中継板と絶縁板には極板タブを挿入するための多数の円弧状の開口が設けられている。円弧状の開口に挿入された極板タブは中継板上に折り曲げて接続されている。
特開２００７－３３５２３２号公報 特開平１１－３１２５０９号公報 実公昭５７－１４０２号公報
　１本のリードを封口体に接続する場合に比べて、特許文献１に記載されているように複数のリードを封口体に接続することは容易ではない。また、極板の厚みバラツキなどによって、電極体上のリードの位置にバラツキが発生した場合には、同一条件で複数のリードを封口体に接続する工程を継続して行うことが困難となり、生産性が低下するという課題がある。
　特許文献２においては複数のリードを挟持するボルトとナットを外部端子として用いているため、リードを封口体に接続する工程が省略される。しかし、特許文献２に記載された技術によれば、充放電に寄与しないボルトやナットが電池内部で多くのスペースを占めることになるため、電池容量が低下する。特に、小型の電池に特許文献２に記載された技術を適用する場合にそのような課題が顕著になる。
　特許文献３のように複数の極板タブを中継板上に接続し、中継板と封口体とをリードによって電気的に接続する構成であれば、封口体には複数のリードを接続する必要がない。しかしながら、中継板と絶縁板を重ねる際にそれぞれの開口位置を合わせて、円弧状の開口に複数のリードを挿入する必要があるため生産性の課題がある。また、リードの挿入を容易にするために中継板の開口面積を増やせば、中継板の電気抵抗が増加してしまう。
　上記課題を解決するために本発明の一態様に係る円筒形電池は、
　負極板と複数の正極リードが接続された正極板がセパレータを介して巻回された電極体と、電解液と、電極体と電解液を収容する有底筒状の外装缶と、外装缶の開口部を封止する封口体と、を備え、
　正極リードが、電極体上に配置された集電部材の外周部を経由して集電部材の電池外方側の面に接続され、集電部材が前記正極リードに接続される集電板と前記集電板の電池内方側の面上に取り付けられている第１絶縁板を有することを特徴としている。
　第１絶縁板を集電板に取り付ける方法は特に限定されないが、例えば次のような方法が挙げられる。第１絶縁板と集電板を重ね合わせたとき集電板の周縁部から突出する突起を第１絶縁板の外周部に設ける。そして、突起に囲まれる領域内に集電板が配置されるように集電板と第１絶縁板を重ね合わせて、突起が集電板の少なくとも一部を覆うように突起をホットプレスする方法が挙げられる。集電板に開口が設けられる場合は、その開口に突起を挿入し、開口から突出する突起が集電板の少なくとも一部を覆うように突起をホットプレスする方法が挙げられる。
　上記の方法の他、第１絶縁板と集電板の間に粘着性を有する粘着剤を配置することもできる。これにより、第１絶縁板を集電板により確実に取り付けることができる。粘着剤は第１絶縁板及び集電板の少なくとも一方の表面に塗布することができる。また、不織布などの基材の両面に粘着剤を塗布した両面テープを第１絶縁板又は集電板の間に貼り付けることもできる。
　第１絶縁板を集電板に取り付ける方法としては、ホットプレスを用いる方法と粘着剤を用いる方法を組み合わせることもできる。
　本発明によれば複数の正極リードが接続された正極板を有しながらも生産性と品質に優れた円筒形電池を提供することができる。
図１は一実施形態に係る円筒形非水電解質二次電池の断面図である。 図２（ａ）は一実施形態に係る負極板の平面図である。図２（ｂ）は実施形態に係る正極板の平面図である。 図３は一実施形態に係る集電部材に用いられる集電板の平面図である。 図４（ａ）は一実施形態に係る第１絶縁板の平面図であり、図４（ｂ）はＡ－Ａ線の断面図である。 図５は一実施形態に係る第１絶縁板を集電板に取り付ける様子を表した断面模式図である。 図６（ａ）は一実施形態に係る集電部材の平面図であり、図６（ｂ）はＢ－Ｂ線の断面図である。 図７（ａ）～（ｆ）は一実施形態に係る電極体から導出する正極リードの集電板への接続方法を工程順に示す斜視図である。
　以下、本発明を実施するための形態について図１に示す円筒形非水電解質二次電池１０を用いて説明する。ただし、以下に示す実施形態は本発明の技術思想を理解するために例示するものであって、本発明はこの実施形態に限定されない。
　本実施形態に係る円筒形非水電解質二次電池１０は、図１に示すように有底筒状の外装缶２５と、外装缶２５に挿入された電極体１６と、外装缶２５の開口部を封止する封口体２４を有している。電池内部には、非水溶媒中に電解質塩を溶解した非水電解質が含まれる。
　封口体２４は外部端子キャップ２４ａ、防爆弁２４ｂ及び端子板２４ｄを含んでおり、外装缶２５の開口部にガスケット２３を介してかしめ固定されている。外部端子キャップ２４ａはフランジ部を有し、そのフランジ部が防爆弁２４ｂと電気的に接続されている。防爆弁２４ｂと端子板２４ｄとは絶縁板２４ｃを介してそれぞれの中央部が接続されている。その接続部は電池内部の圧力が上昇して所定値に達すると破断して、電池内部の電流経路を遮断する。さらに電池内部の圧力が上昇すると、防爆弁２４ｂが破断して電池内部のガスが排出される。
　電極体１６は負極板１１、正極板１３及びセパレータ１５から構成されており、負極板１１と正極板１３をセパレータ１５を介して巻回して作製される。負極板１１及び正極板１３には、図２に示すように負極リード１２ａ、１２ｂ及び正極リード１４ａ、１４ｂが接続されている。電池内部では負極リード１２ａ、１２ｂが外装缶２５の底面に平行になるように折り曲げられている。電極体１６の外周側の負極リード１２ｂは外装缶２５の底部に接続され、その接続部上に内周側の負極リード１２ａが接続されている。正極リード１４ａ、１４ｂは集電部材１７に接続されている。
　集電部材１７は、集電板１８に第１絶縁板１９が取り付けられて構成されている。集電板１８は図３に示すように、平板部１８ａとリード部１８ｂを有している。正極リード１４ａ、１４ｂは平板部１８ａ上に接続され、リード部１８ｂが封口体２４の端子板２４ｄに接続されている。これにより、正極板が外部端子キャップ２４ａに電気的に接続される。電極体１６と集電部材１７の間には、第２絶縁板２０が配置されている。第２絶縁板２０は必ずしも必須ではないが、正極リード１４ａ、１４ｂの集電部材１７への接続時の発熱が電極体１６に与える影響を低減することができるため、第２絶縁板２０を用いることが好ましい。集電部材１７が接続された電極体１６の上部及び下部にはそれぞれ上部絶縁板２１及び下部絶縁板２２が配置されている。
　集電板１８は、１枚の金属板から一体成型して作製することができる。平板部１８ａの中心には注液時に電解液が電極体内部に速やかに浸透するように開口を設けることが好ましい。集電板はリード部を必ずしも有する必要はなく、平板部のみからなる集電板にリード板を接続してもよい。集電板は、電解液中で正極の電位に曝されても安定に存在することができる金属を用いることができる。例えば、非水電解液を用いる場合にはアルミニウム及びアルミニウム合金を用いることができる。
　第１絶縁板１９は絶縁性の樹脂を成型して作製される。絶縁性の樹脂として、例えばポリプロピレン樹脂を用いることができる。第１絶縁板１９は、図４に示すように開口が設けられている。集電板が開口を有する場合は、第１絶縁板にも開口を設けることで電解液が電極体内部に速やかに浸透することができる。第１絶縁板１９の外周部と内周部には突起が設けられている。外周部に突起を設けることで、集電板１８と外装缶２５との内部短絡が防止される。本実施形態では、第１絶縁板１９の外周部のうち集電板１８のリード部１８ｂが配置される部分には突起が設けられていない。突起は第１絶縁板の外周部の全てに設ける必要はなく、集電板が通れない程度の範囲内であれば突起がない領域があっても上記の効果が発揮される。
　本実施形態では、内周部の突起は集電板１８の開口に挿入できるように成型されている。これにより、第１絶縁板１９を集電板１８に取り付けるために内周部の突起を利用することができる。第１絶縁板１９の集電板１８への取り付け方法は次の通りである。まず、図５に示すように集電板１８の開口に第１絶縁板の内周部の突起を挿入し、集電板１８に第１絶縁板１９を嵌め合わせる。そして、プレス治具２６のピンを第１絶縁板１９の開口内へ挿入し、内周部の突起をホットプレスする。このときのプレス治具の表面温度は１２０～１８０℃とすることが好ましい。このようにホットプレスすることで、第１絶縁板の内周部の突起が集電板１８の表面を覆うように成型される。図６に、ホットプレスにより得られた集電部材１７を示す。
　第１絶縁板は、予め絶縁性の樹脂を図６に示された形状に射出成型して作製することもできる。絶縁性の樹脂としてポリプロピレン樹脂のように弾性を有する樹脂を用いた場合には第１絶縁板が弾性を有する。そのため、集電板の開口の内径より大きな外径を有する第１絶縁板の突起を集電板の開口へ圧入することが可能である。
　本実施形態では、第１絶縁板の内周部の突起を利用して第１絶縁板を集電板に取り付けたが、第１絶縁板の外周部に設けられた突起を利用することもできる。ホットプレスを用いる場合には、外周部の突起の先端部が集電板を覆うように内周部側へ折り曲げることで集電板に第１絶縁板を取り付けることができる。外周部の突起の先端部が内周部側へ折り曲げられた形状に絶縁性の樹脂を射出成型して予め第１絶縁板を作製することもできる。
　集電板に第１絶縁板を取り付ける手段として粘着剤を用いることもできる。例えば、集電板と第１絶縁板のいずれか一方の表面に粘着剤を塗布する方法が挙げられる。粘着剤を塗布することで、プレス時における第１絶縁板上の集電板の位置ズレを防止することができる。粘着剤を用いる場合は、ホットプレスと組み合わせて用いることが好ましいが、集電板に第１絶縁板を取り付ける手段として粘着剤のみを用いることもできる。粘着剤として、ゴム系粘着剤、アクリル樹脂、ビニル樹脂、フッ素樹脂、及びポリアミド樹脂などの熱可塑性樹脂を用いることができる。また、アミノ樹脂、フェノール樹脂、ポリエステル樹脂、及びエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂を用いることもできる。集電板と第１絶縁板の間に粘着剤を配置する方法として、上記のように粘着剤を塗布する方法の他、不織布などの基材の両面に粘着剤を塗布した両面テープを用いることができる。
　集電部材へ正極リードを接続する方法について、図７を参照しながら説明する。巻回後の電極体１６から、２本の正極リードが導出している（図７（ａ））。まず、電極体の内周側の第１正極リード１４ａを貫通孔２０ａに挿入させながら、第２絶縁板２０を電極体１６上に配置する（図７（ｂ））。次に、正極リード１４ａ、１４ｂを電極体１６の外側に折り曲げて（図７（ｃ））、集電部材１７を配置する（図７（ｄ））。正極リード１４ａ、１４ｂを電極体１６の外周側方向に折り曲げることによって、集電部材１７を配置するスペースを確保することができる。さらに、正極リード１４ａ、１４ｂを集電部材１７上に折り曲げて、集電部材１７に接続する（図７（ｅ））。接続方法としては、レーザー溶接を用いることができる。最後に、電極体１６を外装缶２５へ挿入するために、リード部１８ｂを９０°の角度で折り曲げる（図７（ｆ））。
　次に、本実施形態に係る円筒形非水電解質二次電池１０に用いることができる負極板１１、正極板１３、セパレータ１５及び非水電解質の作製方法や構成材料について説明する。
　負極板１１は負極集電体と、負極集電体の両面に形成された負極合剤層１１ａを有している。本実施形態において、負極板１１の両端に設けられた負極集電体露出部１１ｂのそれぞれに負極リード１２ａ、１２ｂが接続されているが、いずれか一方にのみ負極リードを接続してもよい。負極リードの本数は特に限定されない。負極集電体としては銅箔を用いることが好ましい。負極合剤層１１ａは負極活物質を含む負極合剤スラリーを負極集電体上に塗布、乾燥して形成することができる。負極合剤スラリーには負極活物質の他に結着剤や導電剤などを添加することができる。形成された負極合剤層１１ａをローラーで圧縮し、その圧縮後の極板を所定寸法に切断して負極板１１が得られる。
　負極活物質としては、リチウムイオンを吸蔵、放出することができる炭素材料や金属材料を用いることができる。炭素材料としては、天然黒鉛及び人造黒鉛などの黒鉛が例示される。金属材料としては、ケイ素及びスズ並びにこれらの酸化物が挙げられる。炭素材料及び金属材料は単独で、又は２種以上を混合して用いることができる。例えば、黒鉛と酸化ケイ素を混合して用いることができる。
　正極板１３は正極集電体と、正極集電体の両面に形成された正極合剤層１３ａを有している。本実施形態において、正極板１３に設けられた２つの正極集電体露出部１３ｂのそれぞれに第１正極リード及び第２正極リード１４ｂが接続されているが、正極リードの本数は本実施形態に限定されず、３本以上の正極リードを用いることもできる。正極集電体としてはアルミニウム箔を用いることが好ましい。正極合剤層１３ａは正極活物質を含む正極合剤スラリーを正極集電体上に塗布、乾燥して形成することができる。正極合剤スラリーには正極活物質の他に結着剤や導電剤などを添加することができる。形成された正極合剤層１３ａをローラーで圧縮し、その圧縮後の極板を所定寸法に切断して正極板１３が得られる。
　正極活物質としては、リチウムイオンを吸蔵、放出することができるリチウム遷移金属複合酸化物を用いることができる。リチウム遷移金属複合酸化物としては、一般式ＬｉＭＯ２（ＭはＣｏ、Ｎｉ、及びＭｎの少なくとも１つ）、ＬｉＭｎ２Ｏ４及びＬｉＦｅＰＯ４が挙げられる。これらは単独で、又は２種以上を混合して用いることができ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｍｇ、及びＺｒからなる群から選ばれる少なくとも１つを添加、又は遷移金属元素と置換することができる。
　セパレータとしては、ポリエチレンやポリプロピレンのようなポリオレフィンを主成分とする微多孔膜を用いることができる。微多孔膜は１層単独で又は２層以上を積層して用いることができる。２層以上の積層セパレータにおいては、融点が低いポリエチレンを主成分とする層を中間層に、耐酸化性に優れたポリプロピレンを表面層とすることが好ましい。さらに、セパレータには酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化チタン（ＴｉＯ２）及び酸化ケイ素（ＳｉＯ２）のような無機粒子を添加することができる。このような無機粒子はセパレータ中に担持させることができ、セパレータ表面に結着剤とともに塗布することもできる。
　非水電解質としては、溶媒としての非水溶媒中に電解質塩としてのリチウム塩を溶解させたものを用いることができる。また、非水溶媒に代えてゲル状のポリマーを用いた非水電解質を用いることもできる。
　非水溶媒としては、環状炭酸エステル、鎖状炭酸エステル、環状カルボン酸エステル及び鎖状カルボン酸エステルを用いることができ、これらは２種以上を混合して用いることが好ましい。環状炭酸エステルとしては、エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）及びブチレンカーボネート（ＢＣ）が例示される。また、フルオロエチレンカーボネート（ＦＥＣ）のように、水素の一部をフッ素で置換した環状炭酸エステルを用いることもできる。鎖状炭酸エステルとしては、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）及びメチルプロピルカーボネート（ＭＰＣ）などが例示される。環状カルボン酸エステルとしてはγ－ブチロラクトン（γ－ＢＬ）及びγ－バレロラクトン（γ－ＶＬ）が例示され、鎖状カルボン酸エステルとしてはピバリン酸メチル、ピバリン酸エチル、メチルイソブチレート及びメチルプロピオネートが例示される。
　リチウム塩としては、ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＣＦ３ＳＯ３、ＬｉＮ（ＣＦ３ＳＯ２）２、ＬｉＮ（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）２、ＬｉＮ（ＣＦ３ＳＯ２）（Ｃ４Ｆ９ＳＯ２）、ＬｉＣ（ＣＦ３ＳＯ２）３、ＬｉＣ（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）３、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＣｌＯ４、Ｌｉ２Ｂ１０Ｃｌ１０及びＬｉ２Ｂ１２Ｃｌ１２が例示される。これらの中でもＬｉＰＦ６が特に好ましく、非水電解質中の濃度は０．５～２．０ｍｏｌ／Ｌであることが好ましい。ＬｉＰＦ６にＬｉＢＦ４など他のリチウム塩を混合することもできる。
　本発明によれば、複数の正極リードが接続された正極板を有しながら、生産性及び品質に優れた円筒形電池を提供することができる。本発明は電動工具、アシスト自転車及びハイブリッド電気自動車など高出力が求められる用途に適した円筒形電池を提供することができるため、産業上の利用可能性は大きい。
１０　　　非水電解質二次電池
１１　　　負極板
１２ａ、１２ｂ　　　負極リード
１３　　　正極板
１４ａ、１４ｂ　　　正極リード
１５　　　セパレータ
１６　　　電極体
１７　　　集電部材
１８　　　集電板
１８ａ　　平板部
１８ｂ　　リード部
１９　　　第１絶縁板
２０　　　第２絶縁板
２４　　　封口体
２５　　　外装缶

Claims (10)

  1. 　負極板と複数の正極リードが接続された正極板がセパレータを介して巻回された電極体と、
    　電解液と、
    　前記電極体と前記電解液を収容する有底筒状の外装缶と、
    　前記外装缶の開口部を封止する封口体と、を備え、
    　前記正極リードが、前記電極体上に配置された集電部材の外周部を経由して前記集電部材の電池外方側の面に接続され、
    　前記集電部材が前記正極リードに接続される集電板と前記集電板の電池内方側の面に取り付けられている第１絶縁板を有する、
    　円筒形電池。
  2. 　前記集電板が、前記正極リードに接続される平板部と前記封口体に接続されるリード部を有し、前記平板部に開口が設けられている請求項１記載の円筒形電池。
  3. 　前記第１絶縁板の外周部に電池外方に向けて突出する突起が設けられ、前記集電板の平板部が前記突起に囲まれる領域内に配置されている請求項１又は２に記載の円筒形電池。
  4. 　前記第１絶縁板が前記集電板の開口に挿入される突起を有し、前記開口から突出する前記突起が前記集電板の平板部の少なくとも一部を覆っている請求項２又は３に記載の円筒形電池。
  5. 　前記集電板の平板部と前記第１絶縁板の間に粘着剤が配置されている請求項１から４のいずれかに記載の円筒形電池。
  6. 　前記正極リードのうち少なくとも１本を挿入する貫通孔を有している第２絶縁板が、前記第１絶縁板と前記電極体の間に配置されている請求項１から５のいずれかに記載の円筒形電池。
  7. 　前記集電板がアルミニウム及びアルミニウム合金のいずれか一方からなる請求項１から６のいずれかに記載の円筒形電池。
  8. 　開口を有する集電板に絶縁板が取り付けられた円筒形電池用集電部材であって、
    　前記絶縁板が前記集電板の開口に挿入される突起を有し、前記開口から突出する前記突起が前記集電板の少なくとも一部を覆う、
    　円筒形電池用集電部材。
  9. 　前記集電板がアルミニウム及びアルミニウム合金のいずれか一方からなる請求項８に記載の円筒形電池用集電部材。
  10. 　開口を有する集電板に絶縁板が取り付けられた円筒形電池用集電部材の製造方法であって、
    　前記集電板の開口に前記絶縁板の突起を挿入し、前記集電板に前記絶縁板を嵌め合わせるステップと、
    　前記開口から突出する前記突起が前記集電板の少なくとも一部を覆うように前記突起をホットプレスするステップと、
    　を備える円筒形電池用集電部材の製造方法。
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