JP2000268803A

JP2000268803A - 非水電解液二次電池

Info

Publication number: JP2000268803A
Application number: JP11076164A
Authority: JP
Inventors: Koichi Zama; 浩一座間; Chika Kanbe; 千夏神部
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1999-03-19
Filing date: 1999-03-19
Publication date: 2000-09-29

Abstract

(57)【要約】【目的】円筒形電池の導電タブと、外部端子とを接続
するタブあるいは電池缶との集電構造を改良し電気的特
性に優れ、組立も容易な電池をえる。【構成】正極集電体と負極集電体のそれぞれに正極活
物質層、負極活物質層を形成しセパレータを介して巻回
した電池要素を電池缶に収容した非水電解液二次電池お
いて、正極集電体および負極集電体に導電接続した複数
の正極導電タブ（８）と複数の負極導電タブ（１２）が
取り付けられており、正極導電タブ、負極導電タブの少
なくともいずれか一方は、電池要素の巻回体の端面に取
り出されて折り曲げられて、電池要素の巻回体（７）の
巻芯（６）に圧入またはねじで固定される導電治具
（９）によって溶接することなく取り付けられており、
導電治具（９）には電池の外部接続端子と結合する集合
タブ（１０）、もしくは電池缶（２）に直接に導電接続
されている非水電解液二次電池。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、非水電解液電池に
関し、特に、大電流を取り出すことが可能なリチウム二
次電池に関する。

【０００２】

【従来の技術】鉛電池やニッケルカドミウム電池のよう
な水性電解液を用いた電池に代えて、非水電解液を用い
た二次電池が用いられている。非水電解液二次電池は、
従来の水性電解液を用いた二次電池に比べて、体積、あ
るいは重量容量密度が大きく、しかも高電圧を取り出す
ことが可能であるので、小型の機器用の電源から大型装
置の動力源用として期待されている。

【０００３】非水電解液二次電池は、リチウムをドー
プ、脱ドープすることができる負極と遷移金属酸化物を
含有する正極を用いたリチウムイオン二次電池に代表さ
れるように、非帯状の負極側集電体に負極活物質を塗布
した帯状負極と、帯状の正極側集電体に正極活物質を塗
布した帯状正極とをセパレータを介して積層したもの外
装材で被覆するか、あるいはこれらの積層したものを、
渦巻状に巻回して円筒状のジェリーロールと称される電
池要素の巻回体を作製した後に、電池缶内に収容して電
池とすることが行われている。

【０００４】とくに巻回体を電池缶内に収容した電池
は、密閉性に優れると共に円筒状であるために、積層体
の部位によらず一様な電池反応を行うことが可能である
という特徴を有している。したがって、携帯型の二次電
池に限らず大電流を取り出す目的で使用される大型の電
池の用途においても円筒型の電池が重要な位置を占めて
おり、電気自動車、電気補助自転車用等の動力用の大型
電池としても期待されている。

【０００５】図７は、従来の円筒型の電池を説明する断
面図である。円筒型の電池５１は、電池缶５２内に、負
極側集電体に負極活物質を設けた帯状負極５３と正極側
集電体に正極活物質を設けた帯状正極５４を帯状負極お
よび帯状正極よりも幅が大きなセパレータ５５を介して
積層して巻回した電池要素５６が設けられており、電池
要素の巻回体の両端面には、正極あるいは負極は突出せ
ずセパレータの端部で構成されている。電池缶５２を負
極側端子とした電池の場合には、帯状負極に取り付けた
短冊状の負極側電極リード５７を溶接等の方法によって
電池缶の内壁に接合している。また、正極側電極リード
５８は、電池内部の異常な圧力上昇時に内部の圧力を開
放する圧力開放弁等を有した、正極側端子を兼ねた電池
ヘッダー５９に接続されている。ところが、このような
電池においては、短冊状の電極リード部に電池要素の電
流が集中するので、ＩＲ損失が大きく、高率放電できな
いという問題があった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】そこで、高率放電によ
るＩＲ損失を低下させるために、電池缶内部の電池要素
の巻回体の端面に、端子部分の外径より大きく広がった
ショルダー部を設けて、巻回体の帯状集電体から多数の
導電リブを取り出して接続することによって少数の導電
リブの取り出しによるＩＲ損失を改善した円筒型電池
が、特開平１０−８３８０５号公報において提案されて
いる。しかしながら、このような電池においては、複数
の導電リブを用いることによってＩＲ損失を改善するこ
とができるものの、電池要素上に導電リブを接続するた
めのショルダー部を電池缶内に設けることが必要とな
り、電池缶内部の無効な容積が増加し、大きな容量密度
を有するという非水電解液二次電池の特徴を減ずること
となるととともに、多数の導電リブを電池要素の端面に
設けたショルダー部に溶接する工程は、多くの作業工数
を必要とし組立工程が複雑なものとなる。

【０００７】また、巻回体に複数の導電リブを取り付け
る際に、外周部での導電リブの間隔が大きくなる現象を
解決した巻回型の電池が特開平９−２９８０５５号公報
に記載されているが、大電流を取り出す際の導電リブに
よるＩＲ損失の問題を解決するものではなかった。本発
明は、高率放電時の電池要素と電池缶あるいは電池蓋体
との間の電極リードによるＩＲ損失を低下させた、容量
密度が大きく組み立てが容易な非水電解液二次電池を提
供することを課題とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、正極集電体と
負極集電体のそれぞれに正極活物質層、負極活物質層を
形成しセパレータを介して巻回した電池要素を電池缶に
収容した非水電解液二次電池おいて、正極集電体および
負極集電体に導電接続した複数の正極導電タブと複数の
負極導電タブが取り付けられており、正極導電タブ、負
極導電タブの少なくともいずれか一方は、電池要素の巻
回体の端面に取り出されて折り曲げられて、電池要素の
巻回体の巻芯に圧入またはねじで固定される導電治具に
よって溶接することなく取り付けられており、導電治具
には電池の外部接続端子と結合する集合タブ、もしくは
電池缶に直接に導電接続されている非水電解液二次電池
である。巻芯が中空の管状体であり、少なくとも電池要
素の巻回体の上部に取り付ける導電治具には、巻芯の中
空の管状体と連通する貫通孔を有する前記の非水電解液
二次電池である。電池缶底部の導電治具が、電池要素の
巻回体の上部に取り付けた導電治具の貫通孔から挿入し
た溶接手段によって、電池缶底部との間で溶接されて接
合されたものである前記の非水電解液二次電池である。

【０００９】また、巻芯の導電治具あるいは導電タブと
の接触部が、金属材料で形成されている前記の非水電解
液二次電池である。導電治具は、巻芯内部への挿入部
と、挿入部よりも径が大きなつば部から構成されてお
り、挿入部には巻芯との間の固着力の低下を防止する割
り溝、凸部、凹凸表面の少なくともいずれかが形成され
ている前記の非水電解液二次電池である。導電治具は、
挿入部の先端には径を小さくした挿入を容易とする部分
を形成したものである前記の非水電解液二次電池であ
る。導電治具には、集電タブが溶接によって接合されて
いる前記の非水電解液二次電池である。導電治具の電池
缶底部との接触部には、抵抗溶接の電流が集中する突起
部を設けたものである前記の非水電解液二次電池であ
る。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明は、非水電解液電池の電池
要素の巻回体の製造に必須の巻芯部を利用して、発電要
素の巻回体の集電体に一端を接続した導電タブの複数個
を溶接することなく導電治具を巻芯に嵌合して導電接続
を形成したものであり、確実な導電接続を溶接工程を経
ることなく実現することができることを見出したもので
ある。

【００１１】以下に図面を参照して本発明を説明する。
図１は、本発明の非水電解液電池の一実施例を説明する
図であり、中心軸を含む面で切断した断面図である。本
発明の非水電解液二次電池１は、電池缶２の内部に、リ
チウムコバルト酸、リチウムマンガン酸、リチウムニッ
ケル酸等のリチウムと少なくとも１種の遷移金属との複
合酸化物からなる正極活物質をアルミニウム箔からなる
正極集電体に塗布した正極電極３と、リチウムをドープ
あるいは脱ドープすることができる炭素質材料、金属複
合酸化物等からなる負極活物質を銅などの負極集電体に
塗布した負極電極４とを多孔性のセパレータ５を介して
巻芯６を用いて巻回した電池要素の巻回体７を収容して
いる。

【００１２】巻芯６は、電解液において侵されないポリ
プロピレン等の合成樹脂が用いられており、一般には、
管状の中空体が用いられている。巻回体７の正極電極に
は、複数の正極導電タブ８が接合されており、それぞれ
の正極導電タブの一端は、折り曲げられて巻芯の中空管
内に挿入した正極側導電治具９と巻芯の中空管の壁面に
おいて挟まれている。そして、同様に正極側導電治具と
巻芯の中空管の壁面との間に挟まれた外部端子への接続
をする正極集合タブ１０との間に導電接続が形成されて
おり、正極集合タブ１０は、電池缶を密閉する外部接続
端子を兼ねた電極ヘッダー１１に接続されている。電極
ヘッダー１１には、電池内部の異常による内部圧力の増
大の際に内部の圧力を開放し、電池の爆発を防止すると
ともに電流の通電を遮断する防爆弁や遮断装置、あるい
は温度の上昇の際に通電を遮断する装置等が設けられて
いる。

【００１３】一方、巻回体の正極導電タブを結合した側
とは反対側には、負極電極に複数の負極導電タブ１２が
接合されており、負極導電タブの一端は、折り曲げられ
て巻芯の中空管内に挿入した負極側導電治具１３と巻芯
の中空管の壁面において挟まれている。負極側集電治具
１３を電池缶の内壁に溶接することによって溶接部１４
を形成して負極側導電治具１３と電池缶の内壁との導電
接続を形成している。このように、巻回体の下部に設け
た負極側導電治具を電池缶の内壁と直接に結合すること
によって、負極電極から負極導電タブを上部に取り出す
ことなく導電接続を形成することができる。

【００１４】本発明の電池の組立方法について説明す
る。本発明の電池は、正極電極および負極電極に所定の
数の正極導電タブ、負極導電タブを溶接した後に、正極
電極、負極電極をセパレータを介して積層した後に、巻
回装置の巻芯によって巻回して巻回体を作製する。次い
で、巻回体の負極導電タブの一端を折り曲げて、負極導
電タブを巻芯内部に負極側導電治具によって圧入して、
負極側導電治具と巻芯の内壁との間で挟み込んで固定し
て導電接続を形成する。

【００１５】次いで、巻回体を電池缶内に収容した後
に、巻回体の巻芯の内部に抵抗溶接用の電極を挿入する
とともに、他方の電極を電池缶に取り付けて通電して、
負極側導電治具と電池缶の間に溶接部を形成して両者を
結合する。負極側の接続が完了した後に、複数の正極導
電タブと正極集合タブのそれぞれの一端を折り曲げて正
極側導電治具によって巻芯に圧入し、複数の正極導電タ
ブと正極集合タブとを正極側導電治具と巻芯の内壁によ
って固定するとともに相互の導電接続を形成する。

【００１６】次いで、電池缶内に電解液を注入した後
に、正極導電治具に結合した正極集合タブを電池ヘッダ
ーに溶接し、電極ヘッダーと電池缶とをガスケットを介
してクリンプして電池缶を密閉して電池を完成する。

【００１７】次に、本発明の非水電解液二次電池に用い
ることができる導電治具について説明する。図２は、導
電治具の一例を示す斜視図である。図２（Ａ）は、円盤
状のつば部２１と巻芯への円筒状挿入部２２からなり、
中央には、貫通孔２３が形成されている。貫通孔を設け
ることによって、組立時の導電治具と電池缶との溶接や
電解液の注入等に利用されるとともに、電池の重量を小
さくする作用を果たす。

【００１８】図２（Ｂ）および図２（Ｃ）は、巻芯の中
空部の断面形状が多角形である場合に使用する導電治具
を示している。巻芯は、巻回時に確実な巻回動作が実現
できるように、巻回装置の巻芯を取り付ける軸には、円
筒状の軸ではなく、多角形状の軸が使用されこともあ
る。このような場合には、図２（Ｂ）で示す断面が六角
形状のもの、あるいは図２（Ｃ）に示す四角形状のもの
を用いることによって、確実な導電接続が可能となる。

【００１９】図３は、導電治具の他の例を示す斜視図で
ある。図３（Ａ）は、円盤状のつば部２１と巻芯への円
筒状の挿入部２２からなり、円筒状挿入部には、割り溝
２４が設けられており、巻芯の内部への圧入時には、割
り溝２４をせばめて圧入することによって、材料の有す
る弾性力によって導電治具の確実な固着を可能とし、振
動等に対しても安定した固着力を示し、経時変化も少な
い電池を得ることができる。

【００２０】図３（Ｂ）は、円筒状挿入部のみではな
く、円盤状のつば部２１にも割り溝２４を形成したもの
であり、図３（Ａ）に示したものと同様の効果を得るこ
とができる。図３（Ｃ）は、円筒状挿入部に凸条２５を
設けたものであり、凸条２５の作用によって、振動等に
よってゆるむ等の問題を解決することができる。図３
（Ｄ）は、円筒状挿入部に凹凸部２６を形成したもので
あり、図３（Ｃ）のものと同様に振動等によってゆるむ
ことを防止することができる。図３（Ｅ）は、円筒状挿
入部の先端部にテーパ部２７を形成したものであり、巻
芯への圧入を容易とするものであり、巻芯の内径と同等
の大きさの円筒状挿入部も容易に圧入することができ、
結果として確実な導電接続と固着を実現することができ
る。

【００２１】また、導電治具は、正極側導電治具にあっ
ては、正極側で安定な金属材料が好ましく、正極集電
体、正極導電タブと同種の金属材料が好ましく、アルミ
ニウム、チタン等の材料を挙げることができる。また、
負極側導電治具にあっては、負極側で安定な金属材料が
好ましく、負極集電体、負極導電タブと同種の金属材料
が好ましく、ニッケル、銅等の材料を挙げることができ
るまた、導電治具全体を金属材料で製作しなくても良
く、ゴム、合成樹脂等の弾性のある材料の表面に、めっ
き等の手段によって金属材料層を形成したものであって
も良く、弾性を有する材料によって巻芯との脱落防止の
機能を奏すること出きる。

【００２２】以上の図２および図３に示したものは、正
極側導電治具、負極側導電治具のいずれにも適用するこ
とができるものであるが、正極側導電治具、および負極
側導電治具に特有の導電治具について図４を参照して説
明する。

【００２３】図４（Ａ）は、正極側導電治具を説明する
図であり、円盤状のつば部２１に、正極集合タブ２８が
溶接等によって接合されている。正極側導電治具に正極
端子との接続に使用する正極集合タブを接合したので、
正極側導電治具によって正極集合タブを圧入することは
不要である。しかも、正極導電タブに比べて厚みの大き
な正極集合タブを用いて圧入した場合には、それぞれの
タブの位置によっては加わる圧力が不均一となる可能性
もあるが、このように、正極集合タブを正極導電治具に
溶接等によって接合した場合には、正極側導電治具と正
極導電タブとの間には均等な接触が形成される。

【００２４】図４（Ｂ）は、負極側導電治具を説明する
図である。負極側導電治具は、電池缶の底部に直接に溶
接等によって接合されるので、円盤状のつば部２１の表
面には、突起部２９を設けることによって、突起部への
溶接電流の集中によって抵抗溶接を行いやすくすること
ができる。

【００２５】以上の説明では、巻芯は導電接続機能にお
いては、単に圧入される導電治具を受け入れる部材とし
て作用しているのみであるが、導電接続の特性が優れた
巻芯を用いても良い。

【００２６】図５は、導電接続特性が優れた巻芯を説明
する図である。図５（Ａ）は、巻芯３１の端部の導電治
具３２が圧入される部位を金属材料部３３で形成した巻
芯である。巻芯の内部に導電治具によって導電タブを圧
入すると、導電タブは、巻き芯の内部の金属材料と導電
治具の両者と接触することとなり、接触抵抗を減少させ
ることができる。金属材料部３３は、導電タブおよび導
電治具と同じ材質の金属を用いることが好ましく、異種
の金属では、接合部において接触電位差が生じて腐食等
のおそれがある。また、金属材料部３３は、巻芯と同様
の外径および内径を有する金属材料を巻芯の合成樹脂材
料とを一体に成形して作製することができるが、巻芯の
内面の一部にめっき等の方法によって金属材料部を形成
したものであっても良い。

【００２７】また、図５（Ｂ）は、他の巻芯を説明する
断面図であり、巻芯の内部壁面３４と巻芯端面３５のみ
が金属材料で形成されており、これによって、巻回体と
巻芯の金属部が接触することによって長期の使用によっ
て生じる可能性がある絶縁不良を改善することが可能と
なる。

【００２８】以上の説明では、巻芯が内部が中空の管状
体である場合について説明したが、巻き芯には管状体に
限らず中実の棒状の部材が用いられることもある。巻芯
の内部の空洞部の径が小さい場合や、巻芯として中実の
棒状体を用いた場合には、巻芯に図１ないし図５で示し
たような導電治具を取り付けることは困難となる。

【００２９】図６は、巻芯の内部の空洞部の径が小さい
か、あるいは棒状の巻芯を用いて巻回体を作製した場合
の導電タブの接続方法を説明する図である。巻回体４１
に導電接続した導電タブ４２を折り曲げて巻回体４１の
中央の巻芯４３に、導電タブと同じ材質のねじ４４によ
って取り付けたものである。また、正極もしくは負極の
集合タブ４５も同時に取付て電池缶の正極端子あるいは
電池缶の内壁に接合して導電接続を形成することができ
る。また、巻芯４３の導電タブとの接触部、あるいはね
じの取り付け部は、導電タブと同種の金属で形成しても
良い。

【００３０】また、本発明の非水電解液二次電池におい
て、最大電流が１００Ａの電池においては、以下のよう
なタブを用いることによって電気的特性が安定した電池
を製作することができる。正極側アルミニウム製導電タブ４本断面積０．００８ｃｍ²：タブの幅０．８０ｃｍ、厚さ
０．０１０ｃｍ正極集合タブ断面積０．０３２ｃｍ²：タブの幅１．６０ｃｍ、厚さ
０．０２０ｃｍ負極側ニッケル製導電タブ４本断面積０．０１０ｃｍ²：タブの幅０．８０ｃｍ、厚さ
０．０１３ｃｍ

【００３１】以上の本発明の説明では、電池缶が負極端
子を形成し、電池ヘッダーが正極端子を形成する場合に
ついて説明したが、電池缶が正極端子を形成し、電池ヘ
ッダーが負極端子を形成する場合であっても同様に製作
することができる。

【００３２】

【発明の効果】電池要素の巻回体から正極集電体および
負極集電体から取り出した複数の導電タブと、電極ヘッ
ダーもしくは電池缶との間の導電接続を行う集電タブと
の間の導電接続を、溶接を行うことなく形成することが
できるので、導電タブの取り出し位置に制限を受けるこ
となく、しかも一箇所に集中させる必要もない。また、
電池内部に接続用の容積が大きな部材を設ける必要はな
いので、電池の有効利用率を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の非水電解液電池の一実施例を
説明する図である。

【図２】図２は、導電治具の一例を示す斜視図である。

【図３】図３は、導電治具の他の例を示す斜視図であ
る。

【図４】図４は、正極側導電治具、および負極側導電治
具を説明する図である。

【図５】図５は、導電接続特性が優れた巻芯の一例を説
明する図である。

【図６】図６は、巻芯の内部の空洞部の径が小さいか、
あるいは棒状の巻芯を用いて巻回体を作製した場合の導
電タブの接続方法を説明する図である。

【図７】図７は、従来の円筒型の電池を説明する断面図
である。

【符号の説明】

１…非水電解液二次電池２…電池缶３…正極電極４…負極電極５…セパレータ６…巻芯７…巻回体８…正極導電タブ９…正極側導電治具１０…正極集合タブ１１…電極ヘッダー１２…負極導電タブ１３…負極側導電治具１４…溶接部２１…つば部２２…挿入部２３…貫通孔２４…割り溝２５…凸条２６…凹凸部２７…テーパ部２８…正極集合タブ２９…突起部３１…巻芯３２…導電治具３３…金属材料部３４…内部壁面３５…巻芯端面４１…巻回体４２…導電タブ４３…巻芯４４…ねじ４５…集合タブ５１…円筒型の電池５２…電池缶５３…帯状負極５４…帯状正極５５…セパレータ５６…電池要素５７…負極側電極リード５８…正極側電極リード５９…電池ヘッダー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 5H022 AA09 AA18 BB02 BB03 BB11 BB16 CC02 CC08 CC12 CC20 CC22 CC23 CC24 CC30 EE01 5H029 AJ03 AJ06 AJ14 AK02 BJ02 BJ14 BJ15 CJ03 CJ05 CJ07 CJ23 DJ05 EJ01 HJ06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】正極集電体と負極集電体のそれぞれに正
極活物質層、負極活物質層を形成しセパレータを介して
巻回した電池要素を電池缶に収容した非水電解液二次電
池おいて、正極集電体および負極集電体に導電接続した
複数の正極導電タブと複数の負極導電タブが取り付けら
れており、正極導電タブ、負極導電タブの少なくともい
ずれか一方は、電池要素の巻回体の端面に取り出されて
折り曲げられて、電池要素の巻回体の巻芯に圧入または
ねじで固定される導電治具によって溶接することなく取
り付けられており、導電治具に電池の外部接続端子と結
合する集合タブ、もしくは電池缶に直接に導電接続され
ていることを特徴とする非水電解液二次電池。
【請求項２】巻芯が中空の管状体であり、少なくとも
電池要素の巻回体の上部に取り付ける導電治具には、巻
芯の中空の管状体と連通する貫通孔を有することを特徴
とする請求項１記載の非水電解液二次電池。
【請求項３】電池缶底部の導電治具が、電池要素の巻
回体の上部に取り付けた導電治具の貫通孔から挿入した
溶接手段によって、電池缶底部との間で溶接されて接合
されたものであることを特徴とする請求項２記載の非水
電解液二次電池。
【請求項４】巻芯の導電治具あるいは導電タブとの接
触部が、金属材料で形成されていることを特徴とする請
求項１ないし３のいずれか１項に記載の非水電解液二次
電池。
【請求項５】導電治具は、巻芯内部への挿入部と、挿
入部よりも径が大きなつば部から構成されており、挿入
部には巻芯との間の固着力の低下を防止する割り溝、凸
部、凹凸表面の少なくともいずれかが形成されているこ
とを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載
の非水電解液二次電池。
【請求項６】導電治具は、挿入部の先端には径を小さ
くした挿入を容易とする部分を形成したことを特徴とす
る請求項６に記載の非水電解液二次電池。
【請求項７】導電治具には、集合タブが溶接によって
接合されていることを特徴とする請求項１ないし３のい
ずれか１項に記載の非水電解液二次電池。
【請求項８】導電治具の電池缶底部との接触部には、
抵抗溶接の電流が集中する突起部を設けたことを特徴と
する請求項１ないし７のいずれか１項に記載の非水電解
液二次電池。