JPH11219694A

JPH11219694A - 捲回式円筒形電池

Info

Publication number: JPH11219694A
Application number: JP10022344A
Authority: JP
Inventors: Kotaro Kobayashi; 康太郎小林; Mitsunori Oda; 光徳織田
Original assignee: Shin Kobe Electric Machinery Co Ltd
Current assignee: Resonac Corp
Priority date: 1998-02-03
Filing date: 1998-02-03
Publication date: 1999-08-10

Abstract

(57)【要約】【課題】帯状の正極板２と負極板３とをセパレータ４を
介して捲回した極板群を備え、正極板２及び／又は負極
板３の側縁部から、捲回方向と直行する方向に、リード
片１が極板１枚につき複数枚導出されており、リード片
１が電池外部端子と電気的に接続されてなる捲回式円筒
形電池において、極板と電池外部端子とを接続するリー
ド片１部材の形状を安定させる。【解決手段】リード片１を、その先端から極板側縁部の
付け根に向かうに従い幅広にする。このとき同極性の隣
り合うリード片１同士の間に間隔が実質的に無いことが
好ましい。本発明はリチウムイオン電池に適用するのが
有効である。特に正極活物質がマンガン酸リチウムを主
体としたリチウムイオン電池が有効である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、捲回式円筒形電池
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、再充電が可能な二次電池の分野で
は、鉛蓄電池、ニッケル−カドミウム電池、ニッケル−
水素電池等の水溶液系電池が主流であった。しかしなが
ら、近年、携帯電話やノート型パソコンの急激な普及に
伴い、より小型で高容量な電池が求められるようになっ
てきた。このような要求に対して、正極にコバルト酸リ
チウム等のリチウム遷移金属複合酸化物、負極に炭素材
を用いた非水電解液系のリチウムイオン電池が開発され
た。負極に炭素材を用いたリチウムイオン電池は、負極
に金属リチウムを用いた二次電池に比べると単位体積当
たりのエネルギー密度は低下するが、安全で且つ従来の
水溶液系電池よりも高エネルギー密度であるという長所
を有し、急激に普及している。

【０００３】イオン導伝率が水溶液系よりも劣る非水電
解液系のリチウムイオン電池では、極板厚みを極力薄く
することで極板面積を広げ、また極板間距離を小さくす
ることで電池内部抵抗を減少させて、単位体積当たりの
エネルギ−密度を損なうことなく高出力特性を維持して
いる。極板厚みを極力薄くするには、集電体を金属箔と
し、その両面に活物質合剤を均一に配する技術が一般的
に適用されている。極板面積が大きくなると、集電体か
ら電池外部端子への集電性を確保するのが困難となる。
例えば特開平６−３１０１４２号公報のように１本のリ
ード片で前記電流経路を形成しようとすると、リード片
から最も離れた極板位置からの集電性は、リード片近辺
の極板位置からの集電性に比して劣る。このような欠点
は、例えばノート型パソコンや携帯電話用電源として用
いられる定格容量１０００ｍＡｈまでの小型電池ではさ
ほど問題視されないが、電気自動車用電源として用いら
れるような高容量の大型電池では問題がある。そこで、
例えば特開平９−９２３３５号公報では、帯状の正・負
極板の長寸方向側縁部に活物質合剤未塗布部（金属箔集
電体の露出部）を設け、該未塗布部に所定間隔で切り欠
きを入れることにより、複数の短冊状リード片を所定間
隔に形成して上記集電性を極板全体に亘り均一に良好に
することを提案している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし上記特開平９−
９２３３５号公報の技術を適用しようとすると、リード
片と電池外部端子との接続作業が困難になる。前記接続
作業とは多数枚の金属箔からなるリード片を所定の場所
に集め、溶接等の手段で電池外部端子と接続する作業の
ことである。このような作業を行う際、リード片の形状
安定性が乏しいと、前記所定の場所にリード片を集める
のが困難である。特にリード片が形状安定性に特に乏し
い金属箔であると、その作業は困難を極める。本発明が
解決しようとする課題は、帯状の正極板と負極板とをセ
パレータを介して捲回した極板群を備え、正極板及び／
又は負極板の側縁部から、捲回方向と直行する方向に、
リード片が極板１枚につき複数枚導出されており、該リ
ード片が電池外部端子と電気的に接続されてなる捲回式
円筒形電池において、極板と電池外部端子とを接続する
リード片部材の形状を安定させることである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明の捲回式円筒型電池は、帯状の正極板と負極板
とをセパレータを介して捲回した極板群を備え、正極板
及び／又は負極板の側縁部から、捲回方向と直行する方
向に、リード片１が極板１枚につき複数枚導出されてお
り、リード片１が電池外部端子と電気的に接続されてな
り、リード片１の形状が、その先端から極板側縁部の付
け根に向かうに従い幅広になっていることを特徴とす
る。リード片１は、電極の集電体から一体に延長された
ものであっても良いし、集電体側縁に溶接等の手段で固
着されたものであっても良い。

【０００６】リード片１の形状を短冊状とせず、その先
端から極板側縁部の付け根に向かうに従い幅広にするこ
とにより、捲回による極板の湾曲にリード片１下端（極
板側）が追随する。リード片１の先端よりも幅方向には
み出ている部分が極板の湾曲に伴って湾曲すると、該湾
曲部がリード片１全体をその長さ方向に形状安定させる
（支持する）よう作用する。そのことにより捲回工程後
のリード片１部材は、リード片１と電池外部端子とを接
続する際にも形状が安定する。またリード片１が集電体
から一体に延長されたものである場合、上記構成を有す
ることにより、リード片の形状が短冊状であるよりもリ
ード片付け根部における切れが抑制できる利点もあると
考えられる。

【０００７】また、例えば図１(a)、(b)に示す極板正面
図のような形態で上記構成を実現することにより、上記
特開平９−９２３３５号公報の技術を適用するよりも極
板の集電性が向上すると考えられる。その理由は、極板
側縁部の付け根において、隣り合うリード片１同士の間
に間隔が実質的に無いためである。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら円筒形
リチウムイオン電池を例に本発明を詳細に説明する。（正極板の作製）活物質であるマンガン酸リチウム（Ｌ
ｉＭｎ₂Ｏ₄）粉末１００重量部に、導電剤として１０重
量部の鱗片状黒鉛（平均粒径：２０μｍ）と結着剤とし
て１０重量部のポリフッ化ビニリデンを添加し、これに
分散溶媒のＮ−メチルピロリドンを添加、混練したスラ
リを厚み２０μｍのアルミニウム箔の両面に塗布した。
この時極板長寸方向の一方の側縁に幅３０ｍｍの未塗布
部を残した。その後乾燥、プレス、裁断して幅１３０ｍ
ｍ、長さ２０００ｍｍ、活物質塗布部厚み２００μｍの
正極板２を得た。上記未塗布部に図１(a)に示す形状で
切り欠きを入れる。切り欠き残部は先端から極板側縁部
の付け根に向かうに従い幅広であるリード片１となる。
１枚のリード片１を二等辺三角形にみなすと、その底辺
は１０ｍｍ、高さは３０ｍｍである。

【０００９】（負極板の作製）グラファイト粉末１００
重量部に結着剤として１０重量部のポリフッ化ビニリデ
ンを添加し、これに分散溶媒のＮ−メチルピロリドンを
添加、混練したスラリを厚み１０μｍの圧延銅箔の両面
に塗布した。この時極板長寸方向の一方の側縁に幅３０
ｍｍの未塗布部を残した。その後乾燥、プレス、裁断し
て幅１３５ｍｍ、長さ２２００ｍｍ、活物質塗布部厚み
１３０μｍの負極板３を得た。上記未塗布部に図１(a)
に示す形状で切り欠きを入れる。切り欠き残部は先端か
ら極板側縁部の付け根に向かうに従い幅広であるリード
片１となる。１枚のリード片１を二等辺三角形にみなす
と、その底辺は１０ｍｍ、高さは３０ｍｍである。

【００１０】（電池の作製）上記作製した正極板２と負
極板３を、厚み４０μｍのポリエチレン製セパレータ４
とともに図２に示すように捲回した。正極板２のリード
片１と負極板３のリード片１は、それぞれ捲回群の両端
に位置するように捲回している。その後捲回群を円筒形
の電池容器に挿入する。正極板２から導出されているリ
ード片１全てを、捲回群中心軸のほぼ延長線上にある円
柱形状の正極外部端子（電池上蓋と一体化している）の
電池内部側周面に接触させるよう、リード片１を変形さ
せる。捲回群の状態でリード片１は形状が安定してい
た。しかもその後の前記リード片１を変形させる際に
は、リード片１先端付近がその付け根部付近に比して幅
が狭いためそこでの変形は容易である。つまりリード片
１の付け根部付近はしっかりと安定しており、先端部付
近は変形が容易であるという、理想的な取り扱い性だっ
た。前記接触させた後でリード片１と正極外部端子とを
超音波溶接して電気的導通を得た。負極外部端子と負極
板３から導出されているリード片１の接続操作も上記し
た正極外部端子と正極板２から導出されているリード片
１の接続操作と同様に実施した。そこでのリード片１付
け根部付近、先端部付近の性質は、正極板側のリード片
１のそれと同様だった。

【００１１】その後上蓋で電池容器を封口し、上蓋にあ
る注液口より電解液を所定量電池容器内に注入、注液口
を封口することにより円筒形リチウムイオン電池を作製
した。電解液にはエチレンカーボネートとジメチルカー
ボネートの混合溶液中へ６フッ化リン酸リチウム（Ｌｉ
ＰＦ₆）を１モル／リットル溶解したものを用いた。こ
の電池の定格容量は１０Ａｈである。

【００１２】本例では双方の極性の極板のリード片に本
発明を適用したが、リード片と電池外部端子とを接続す
る際にリード片部材の形状を安定させる必要の無い構造
の電池には一方の極性の極板のみでよい。リード片と電
池外部端子とを接続する際にリード片部材の形状を安定
させる必要の無い電池の構造の例は、円筒形電池容器が
負極外部端子を兼ね、捲回群の最外周が負極面であり、
電池容器側内壁と該負極面が圧接によって電気的接続を
得ている構造である。また本例ではリチウムイオン電池
を例示したが、電池系は限定されない。但しリチウムイ
オン電池は前述したように電極面積を大きくする必要が
あり、そのためリード片を極板１枚に複数個設けて集電
性を良好にする必要性が高いため本発明の適用は特に有
効である。

【００１３】また本例では、正極にマンガン酸リチウ
ム、負極にグラファイト、電解液にエチレンカーボネー
トとジメチルカーボネートの混合溶液中へ６フッ化リン
酸リチウムを１モル／リットル溶解したものを用いた
が、本発明の電池の製造方法には特に制限はなく、また
結着剤、正負極活物質、非水電解液も通常用いられてい
るいずれのものも使用可能である。但し正極活物質とし
て、コバルト酸リチウムよりも低コストのマンガン酸リ
チウムを使用する場合、特に本発明はその効力を発揮す
ると考えられる（他元素による部分置換材料も含む）。
その理由は、一般にマンガン酸リチウムはコバルト酸リ
チウムやニッケル酸リチウム等に比して電子伝導性が低
く、それを含む極板の導電性を向上させることが期待さ
れているためである。また本例では定格容量が１０００
ｍＡｈを越える、定格容量１０Ａｈもの大型非水電解液
電池について記載しているが、本発明の構成は定格容量
が１０００ｍＡｈ以下の小形非水電解液電池にも適用で
き、そのような電池においても集電効率向上効果が得ら
れる。

【００１４】また本例以外で用いることのできる結着剤
としては、テフロン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポ
リブタジエン、ブチルゴム、ニトリルゴム、スチレン／
ブタジエンゴム、多硫化ゴム、ニトロセルロース、シア
ノエチルセルロース、各種ラテックス、アクリロニトリ
ル、フッ化ビニル、フッ化ビニリデン、フッ化プロピレ
ン、フッ化クロロプレン等の重合体及びこれらの混合体
などがある。また本例以外で用いることのできる正極活
物質としては、リチウムを挿入・脱離可能な材料であ
り、予め十分な量のリチウムを挿入した材料が好まし
い。例えば、リチウム遷移金属複合酸化物であり、リチ
ウム・コバルト複合酸化物、リチウム・ニッケル複合酸
化物、リチウム・マンガン複合酸化物、リチウム・バナ
ジウム複合酸化物等がある。また、これらのリチウム遷
移金属複合酸化物の一部にそれ以外の元素を置換させた
ようなものでも良い。また本例以外で用いることのでき
る負極活物質も特に制限はない。例えば、リチウム金
属、リチウム合金や各種黒鉛材、コークスなどの炭素質
材料、ポリアセチレンなどの導電性ポリマー等が好適で
ある。

【００１５】電解液としては、一般的なリチウム塩を電
解質とし、これを有機溶媒に溶解した電解液が用いられ
る。しかし、用いられるリチウム塩や有機溶媒は特に制
限されない。例えば、電解質としては、ＬｉＣｌＯ₄、
ＬｉＡｓＦ₆、ＬｉＰＦ₆、ＬｉＢＦ₄、ＬｉＢ（Ｃ
₆Ｈ₅）₄、ＣＨ₃ＳＯ₃Ｌｉ、ＣＦ₃ＳＯ₃Ｌｉ等やこれら
の混合物が用いられる。また、有機溶媒としては、プロ
ピレンカーボネート、エチレンカーボネート、１，２−
ジメトキシエタン、１，２−ジエトキシエタン、γ−ブ
チロラクトン、テトラヒドロフラン、１，３−ジオキソ
ラン、４−メチル−１，３−ジオキソラン、ジエチルエ
ーテル、スルホラン、メチルスルホラン、アセトニトリ
ル、プロピオニトニル等またはこれら２種類以上の混合
溶媒が用いられる。

【００１６】また本例ではリード片１形状を、図１(a)
に示すような三角形としたが、図１(b)に示すような台
形にしてもよい。また本例では隣り合うリード片１同士
の間に間隔を無くしたが、図１(c)、(d)のようにリード
片１形状を三角形や台形とし、且つ隣り合うリード片１
同士の間に間隔を設けてもよい。また図１(a)、(b)にお
ける隣り合うリード片１の繋ぎ部分（リード片１の付け
根の谷部）にＲを設けて（実質的に隣り合うリード片１
同士の間に間隔が無い状態である）、リード片１の付け
根を切れにくくすることが好ましい。また図１(c)、(d)
におけるリード片１の付け根にＲを設けて、すなわち、
極板側縁部からリード片１側縁部に亘ってＲをつけて前
記と同様の効果を得るのも好ましい。また図１に示した
リード片１形状以外でも、先端から極板側縁部の付け根
に向かうに従い幅広な形状であれば本発明の効果が得ら
れる。例えば図１(a)において、リード片１先端部が丸
みを帯びた形状や、リード片１側辺が弧を描く形状など
である。リード片１を極板側縁部の付け根に向かうに従
い幅広な形状にするに際し、リード片１先端部幅とリー
ド片１極板側幅の比率は、使用するリード片１材質、厚
みなどによって適宜決定される。

【００１７】

【発明の効果】本発明により、正極板及び／又は負極板
の側縁部から、極板１枚につきリード片が複数枚導出さ
れており、該正極板と負極板とをセパレータを介して捲
回した極板群を備えた捲回式円筒形電池において、リー
ド片と電池外部端子とを接続する際にリード片部材の形
状を安定させることができた。また同極性の隣り合うリ
ード片同士の間に間隔を実質的に無くする構成では、集
電性の向上も期待できる。更にリード片が集電体から一
体に延長されたものである場合、本発明の構成を有する
ことにより、リード片の形状が短冊状であるよりもリー
ド片付け根における切れが抑制できる利点もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る極板の正面図である。

【図２】正極板と負極板とをセパレータを介して捲回し
ている様子を示した図である。

【符号の説明】

１．リード片２．正極板３．負極板４．セパレータ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】帯状の正極板と負極板とをセパレータを介
して捲回した極板群を備え、正極板及び／又は負極板の
側縁部から、捲回方向と直行する方向に、リード片が極
板１枚につき複数枚導出されており、該リード片が電池外部端子と電気的に接続されてなる捲
回式円筒形電池において、前記リード片が、その先端から極板側縁部の付け根に向
かうに従い幅広になっていることを特徴とする捲回式円
筒形電池。
【請求項２】極板側縁部の付け根において、隣り合うリ
ード片同士の間に間隔があり、極板側縁部からリード片
側縁部にわたってＲを設けたことを特徴とする請求項１
記載の捲回式円筒形電池。
【請求項３】極板側縁部の付け根において、隣り合うリ
ード片同士の間に間隔が無いことを特徴とする請求項１
記載の捲回式円筒形電池。
【請求項４】隣り合うリード片付け根部の谷部にＲを設
けたことを特徴とする請求項３記載の捲回式円筒形電
池。
【請求項５】電池がリチウムイオン電池である請求項１
〜４のいずれかに記載の捲回式円筒形電池。
【請求項６】少なくとも正極板リード片形状が極板側縁
部の付け根に向かうに従い幅広であり、且つ正極活物質
がマンガン酸リチウムを主体としていることを特徴とす
る請求項５記載の捲回式円筒形電池。
【請求項７】電池の定格容量が１０００ｍＡｈを上回る
ものである請求項１〜６のいずれかに記載の捲回式円筒
形電池。