JPH1116577A

JPH1116577A - 非水電解液電池

Info

Publication number: JPH1116577A
Application number: JP9170034A
Authority: JP
Inventors: Mitsunori Oda; 光徳織田; Takenori Ishizu; 竹規石津
Original assignee: Shin Kobe Electric Machinery Co Ltd
Current assignee: Resonac Corp
Priority date: 1997-06-26
Filing date: 1997-06-26
Publication date: 1999-01-22

Abstract

(57)【要約】【課題】非水電解液電池において、箔状集電基体を用い
た電極群を形成する際、リード端子部の形状や溶接状態
により内部抵抗が増加して出力特性が低下したり、逆に
内部短絡が発生したりするようなことを無くすようにす
ること。【解決手段】電極のリード端子部Ｂａを、集電基体の一
部を活物質を塗布せずに電極より突出させて形成し、さ
らに活物質塗布部Ａの上辺周縁Ｃよりリード端子部Ｂａ
の周縁Ｄにかけて連続した曲線Ｅ（曲率半径ｒ：１ｍｍ
以上１０ｍｍ以下）を構成する。これにより電極の強度
を損なうことなく、効果的な集電端子形状を提供し、出
力特性や信頼性の向上を図る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電池に関し、特に
箔状の集電基体を用いた積層式あるいは捲回式の電極群
構造を有する非水電解液電池に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、一般に広く用いられている二次電
池としては、鉛蓄電池、ニッケル・カドミウム電池等の
水溶液系二次電池が主流である。しかしこれらの水溶液
系二次電池は、水の分解電位を越える動作電圧を得られ
ないので、エネルギー密度が低いという欠点を有してい
た。そこで最近では、リチウムイオン電池に代表される
非水電解液二次電池の研究開発が盛んである。この非水
電解液二次電池は、動作電圧が高く、高エネルギー密度
を有し、サイクル特性に優れている。そのため、民生用
の小型電池のみならず、省エネルギー、環境保全の観点
から電力貯蔵用や電気自動車用として用いられる高電
圧、高エネルギー密度、高出力の電池への展開が期待さ
れている。

【０００３】しかしながら、非水電解液二次電池は電解
液のイオン伝導性が低いため電池の内部抵抗が大きく、
水溶液系電池に比べ高出力を得ることは難しい。この点
を改善するため、一般に非水電解液二次電池において
は、電極面積をできるだけ大きくして電池の内部抵抗を
低減し、出力特性の向上を計っている。電極面積を大き
くするためには電極厚さを薄くする必要があり、従って
集電基体もできる限り薄くする必要がある。このため一
般には、例えば特公平４−５２５９２号公報に開示され
ているように、厚さが１μｍから１００μｍ程度の箔状
の集電基体が用いられている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前記箔状集電基体を有
する電極を電池集電端子に接続するには、一般には電極
に活物質層を設けない無地部を確保し、そこにリード端
子を超音波溶接等により溶接し、更にこのリード端子を
電池集電端子へ溶接する、といった手段が用いられる。
しかし、この方法では溶接部における抵抗損失が懸念さ
れ、高出力特性を狙った電池への適用は難しい。また、
電極無地部へリード端子を溶接するとその箇所に鋭利な
突起部が形成されやすく、電極群を構成する際に短絡を
引き起こし易いといった構造上の欠点を有していた。更
に、これら箔状集電基体への活物質層の形成は、箔状集
電基体に切断分割される前の帯状の箔状体へ連続的に活
物質スラリを塗布して実施されるため、無地部を形成す
るには間欠塗布機能を有する特殊な塗布装置が必要とな
り、製造工程が複雑化し、生産速度が低下する。本発明
はこれらの問題を解決する手段を提供する。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記問題を解決するた
め、本発明は、正極板および負極板の内の少なくとも一
方が箔状の電極集電基体表面へ活物質層を形成した構造
を有し、正極板と負極板をセパレータを介して複数枚積
層、あるいは渦巻き状に捲回して電極群を構成する非水
電解液電池において、箔状集電基体の一部であって活物
質層の形成されていない無地部分を電極群より突出さ
せ、これを電池集電端子へ直接接続して集電する構造を
有し、かつ、突出した無地部分の周縁から活物質層を有
する部位の周縁へかけて連続した曲線を形成する。ま
た、上記箔状集電基体において、突出した無地部分の周
縁から活物質層を有する部位の周縁へかけて形成される
曲線の曲率半径を、１ｍｍ以上１０ｍｍ以下とする。

【０００６】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について説明
する。図１が本発明に係る電池に用いられる電極の構
造、図２、３が従来技術に係る電池に用いられる電極の
構造である。これらの図を用いて説明する。なお、以下
の説明は積層式電極群を形成することを前提としている
が、本発明は電極群の構造（積層式、捲回式など）を限
定するものではない。従来技術では、図２のように電極
Ａへ無地部Ｆを設け、そこへリード端子Ｇを超音波溶接
等により溶接していた。この場合、溶接部Ｈが確実に導
通されないと電池特性、特に出力特性に大きな影響を及
ぼす。溶接機の稼働状態やワークの表面状態などで溶接
状態は容易に変化するので、量産時に安定した性能を確
保するためには極めて厳しい工程管理を行う必要があ
る。

【０００７】また、同図に示すように、無地部Ｆの表面
へリード端子Ｇを溶接すると、リード端子の形状によっ
ては鋭利な突起部Ｉが形成されてしまう。一般に非水電
解液二次電池に用いられるセパレータは厚さ数１０ミク
ロンの樹脂フィルムであり、材質によってはこの突起部
Ｉによりセパレータを損傷し、短絡を引き起こす心配が
ある。従って従来はリード端子Ｇを溶接後、無地部Ｆの
表面にリード端子Ｇを被覆するように保護テープを貼り
短絡を防止していた。このため製造工程が更に複雑化し
ていた。

【０００８】これに代わる方法として、図３に示すよう
に集電基体の一部を突出させ、これをリード端子部Ｂと
して用いる方法が考えられる。これによれば、リード端
子部Ｂの溶接不良による電池特性低下の心配はなく、ま
たテープ被覆等の工程が省略できる。しかし、前述のよ
うに非水電解液二次電池に用いる集電基体は厚さが１０
ミクロン程度と薄い。このため、例えば組立工程中にお
いてリード端子部Ｂを電池上蓋などに配置された電池集
電端子へ溶接する場合や、あるいは通常の使用状態にお
いて、電池外部より衝撃が加わった場合など、電極板Ａ
より突出して形成されたリード端子部Ｂにねじれや引っ
張りの応力が集中しやすく、リード端子部Ｂが破断して
しまうといった欠点がある。このような問題は、同様の
リード端子部構造を有する従来の電池、例えば鉛蓄電池
やアルカリ蓄電池においては、集電体の厚さが数百ミク
ロン〜数ミリと厚いために議論されることはなく、箔体
を集電基体として用いる非水電解液電池に固有の問題と
なっている。

【０００９】図１に示す本発明の実施形態では、リード
端子部Ｂａとして用いる基体突起部の周縁Ｄから電極板
の周縁Ｃへかけて連続した曲線Ｅを形成している。この
ような形状を得るには、予めリード端子部として用いる
突起形状を有した形状に金型で打ち抜くか、カッターや
レーザ、超音波等で連続的に曲線を形成しながら切断す
る等の方法が考えられる。いずれの方法でも、連続した
曲線を形成して切断することで突出したリード部Ｂａの
強度が増し該リード部を電池集電端子へ溶接したり、あ
るいは完成電池へ外部から衝撃が加わった場合でも破断
や亀裂を生じる恐れがない。また、加工形状は電極切断
時に決定されるため、活物質の連続塗布が可能となり、
工程が簡略化され、生産性が向上する。

【００１０】

【実施例】本発明の実施例を説明する。以下に詳述する
電池の種別、形状、寸法はあくまで一例であり、本発明
を限定するものではない。なお、以下の記述において、
電解箔など表面に凹凸を有する箔体の利用を考慮し、集
電基体の「厚さ」は以下の式で算出するものとした。厚さ＝集電基体単位面積当たりの重量÷集電基体の真密
度正極板として、厚さ２０μｍのアルミニウム箔の両面へ
コバルト酸リチウムを主体とする活物質層を形成したも
のと、負極板として、厚さ２０μｍの銅箔の両面へ炭素
を主体とする活物質層を形成したものを用いてリチウム
二次電池を作製する。電極寸法はいずれも縦１００ｍ
ｍ、横２００ｍｍ、厚さ０．１８ｍｍである。両極板
を、厚さ０．０２ｍｍのポリエチレン多孔性フィルムを
介して交互に積層し、電極群を構成する。積層枚数は正
極８０枚、負極８１枚である。以上のように構成される
電極群に用いる電極として、図１に示す形状を有するも
のを両極に用い、本発明電池ａを作製した。この時の図
１中の半径ｒの値は４ｍｍとした。

【００１１】また、図２に示すように、予め活物質の間
欠塗布により無地部を設けた電極へ、リード端子（厚さ
２０μｍ、材質は正極用がＡｌ、負極用がＮｉ）を超音
波溶接により溶接した形状の電極を両極に用い、従来電
池ｂを作製した。この電池に限り、電極横寸法を２１０
ｍｍとし、無地部幅は１０ｍｍとした。また、図３に示
す形状を有する電極を両極に用い、従来電池ｃを作製し
た。この時の電極上辺周縁Ｃとリード端子部周縁Ｄのな
す角度は９０度とし、周縁Ｃから周縁Ｄへかけて連続し
た曲線が形成されていない。上記各電池ａ、ｂ、ｃの形
状は図４の通りで、電極群Ｍを電池容器Ｊ内に収納後、
電池ａ、ｃはリード端子部Ｂａ、Ｂを、又電池ｂはリー
ド端子Ｇを電池集電端子Ｋに接続し、上蓋Ｌで電池容器
Ｊの開口を閉じる。電極群Ｍと電池集電端子Ｋの接続形
状や電池外形（上蓋Ｌ、電池容器Ｊ）、電解液の種類・
量はすべて同一とした。

【００１２】図５は本発明電池、及び従来電池の放電レ
ート特性を示した図である。本発明電池ａは、従来電池
ｂに比べて高率放電特性に優れていて、従来電池ｃとほ
ぼ同一レベルであることがわかる。図６は本発明電池
ａ、及び従来電池ｂ、ｃの内部抵抗をインピーダンス測
定法（周囲温度２０℃、周波数１０ｋＨｚ）により測定
した結果である。本発明電池ａは、従来電池ｂに比べて
内部抵抗が低いことがわかる。また、従来電池ｃは、本
発明電池ａとほぼ同じ内部抵抗であるが、本発明電池ａ
に比べばらつきが大きい。電池を解体して更に詳細に調
べた結果、従来電池ｃのリード端子部の幾つかには、本
発明電池ａでは認められない亀裂や破断が生じているこ
とがわかった。このため導通性が損なわれ内部抵抗にば
らつきが生じたものと考えられる。

【００１３】正極板の集電基体として用いたアルミニウ
ム箔について、図７のような試験片を作製し、図中の半
径ｒを変えて引っ張り強度を調べた。この試験は、例え
ば電池集電端子への溶接時にリード端子部位置を機械的
に矯正するなど、電池組立工程中にリード端子へ力が加
えられることを想定したものである。図８はその結果で
ある。ｒ＝０では強度が極端に低下し、またばらつきも
大きいことがわった。安定した強度を得るにはｒ≧1ｍ
ｍとすることが必要である。図９は本発明電池ａで、電
極形状を示す図１においてリード端子部の曲率半径ｒの
値を変えたものを数種類用意し、振幅１ｍｍ、周波数５
０Ｈｚで一定方向に６０分間振動を与えた後の内部抵抗
の変化を調べた結果である。この試験は、通常の電池使
用中に外部より加わる振動を想定したものである。ｒ＝
０でばらつきが大きい点は図６と同傾向であるが、ｒの
値が大きくなるとばらつきが増大し、抵抗零の電池が発
生することがわかる。これはリード端子部の強度が増し
たために外部からの振動が活物質塗布部へ伝わり易くな
り、活物質の脱落に伴うショートが発生しやすくなった
ものと考えられる。このことから、半径ｒの値は１０ｍ
ｍ以内に収める必要がある。

【００１４】なお、上記実施例では集電基体の厚さを２
０μｍとしたが、これ以外の厚さの箔を用いた場合でも
本発明の効果が発揮されることは言うまでもない。但
し、厚さが薄過ぎると出力特性は低下する恐れがあり、
また製造上の取扱いを考慮すると、集電基体厚さは１μ
ｍ以上とするのが望ましい。また、厚過ぎると電池エネ
ルギー密度が低下し、箔基体の利用意義がないため、上
限は１００μｍ以下とするのが望ましい。また、集電基
体の材質については、非水電解液電池の平均的な動作電
位の範囲（約２Ｖ〜５Ｖ）で安定であり、電極形成が可
能な材質であれば限定しない。また、箔の表面形状（凹
凸や穿孔の有無など）に関しても限定しない。

【００１５】更には、上記実施例では、短冊状の電極を
積層して角形電池容器へ収納する構造の電池に関する結
果を示したが、長尺の電極を渦巻き状の捲回して電極群
を構成する電池においても同様の効果が得られる。電極
群は略真円状であっても、また楕円状に捲回されたもの
であっても構わない。更に又、上記実施例では、電極１
枚あたり１つのリード端子部が形成された例を示した
が、集電性能向上等を目的に複数のリード端子部を形成
した電池に対しても、上記に開示された本発明技術が適
用可能である。

【００１６】

【発明の効果】本発明によれば、非水電解液電池におい
て、出力特性を改善でき、かつ、製造工程を簡略化して
生産性を向上できるので、高性能で信頼性の高い電池を
提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明電池の電極構造を示す図である。

【図２】従来電池の電極構造で、（イ）は正面、（ロ）
は上面を示す図である。

【図３】従来電池の電極構造を示す図である。

【図４】本発明電池および従来電池の組立て説明図であ
る。

【図５】本発明電池および従来電池の放電レート特性を
示す図である。

【図６】本発明電池および従来電池の内部抵抗を示す図
である。

【図７】引っ張り試験のための試験片形状を示す図であ
る。

【図８】アルミニウム箔の形状と引っ張り強度の関係を
示す図である。

【図９】電極リード部形状と電池の内部抵抗の関係を示
す図である。

【符号の説明】

Ａは電極（活物質塗布部）、Ｂａはリード端子部、Ｃは
電極（活物質塗布部）の上辺の周縁、Ｄはリード端子部
の周縁、Ｅはリード部立ち上がりに設けられた曲線、Ｆ
は無地部（活物質未塗布部）Ｊは電池容器、Ｋは電池集
電端子、Ｌは上蓋、Ｍは電極群

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】正極板および負極板の内の少なくとも一方
が箔状の電極集電基体表面へ活物質層を形成した構造を
有し、正極板と負極板をセパレータを介して複数枚積
層、あるいは渦巻き状に捲回して電極群を構成する非水
電解液電池において、箔状集電基体の一部であって活物
質層の形成されていない無地部分を電極群より突出さ
せ、これを電池集電端子へ直接接続して集電する構造を
有し、かつ、突出した無地部分の周縁から活物質層を有
する部位の周縁へかけて連続した曲線が形成されている
ことを特徴とする、非水電解液電池。
【請求項２】上記箔状集電基体において、突出した無地
部分の周縁から活物質層を有する部位の周縁へかけて形
成される曲線の曲率半径は、１ｍｍ以上１０ｍｍ以下で
あることを特徴とする、請求項１記載の非水電解液電
池。