JPH1186833A - 円筒形二次電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】一方向に正極・負極の両端子を取り出す構造を
達成する為に、発電要素となる正極・負極の電極群構造
および複数個の正負極リード線の取り出し構造を短絡防
止最適構造とする。 【解決手段】帯状の正極および負極の同一側端部に電極
合剤の塗っていない集電体耳部を設け、該集電体耳部に
複数個の正極リードおよび負極リードを接続し、該リー
ド線の上側から電極合剤よりも薄い絶縁粘着テープを集
電体耳部に貼り付けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電気自動車，電動
カート等の移動体機器，ビデオカメラ，パソコン等の携
帯機器，停電時のバックアップ機器，電力貯蔵用機器、
及びセキュリテイ機器等の製品の電源として使われる中
・大型二次電池の電極間の内部短絡防止に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来の円筒形二次電池は帯状の正極と負
極をセパレータを介して渦巻状に巻回した電極群を円筒
形状の電池ケースに収納し、正極リードを電池ケースの
蓋側に、負極リードを電池ケースの缶底側に溶接してい
た。電池の電極間内部短絡を防止する目的としては、特
開平4−301361 号公報に示されている通り、帯状の正極
と負極をセパレータを介して渦巻状に巻回した電極群の
端部に、電極からのリード線を突出させる状態で、ゴム
状の合成樹脂を塗り込み、その後、合成樹脂を硬化させ
て樹脂被覆層としたものがある。

【０００３】また、リチウムデンドライトの発生防止の
目的として、特開平3−129678 号公報に示されている通
り、セパレータを挟んで正極とリチウム負極を巻回した
電池において、リチウム負極の縁部に対面する正極の縁
部を、電極合剤の厚みと同じ厚みの絶縁性の部材で被覆
したものが知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
開平4−301361 号公報は渦巻状巻回電極群の端面全体を
合成樹脂で被覆する構造であり、特開平3−129678 号公
報では渦巻状巻回電極群の正極の両端部を正極合剤の厚
みの絶縁部材で被覆してしまう為、電池ケースに挿入後
の電解液注入工程において、渦巻状巻回電極群端面から
の電解液の電極群内部への浸透を端面部に被覆した絶縁
部材で阻害するという問題がある。また、特開平4−301
361 号公報や特開平3−129678 号公報のどちらに於いて
も、片方の電極端子を円筒形ケースの蓋側および缶底側
に取り出す方式であり、渦巻状に巻回した電極群の両方
向にそれぞれ異極のリード線が出る構造である。

【０００５】さらに、本発明の端子構造である渦巻状巻
回電極群の一方向に複数個のリード線により両電極端子
を取り出す構造を達成するには、次のような問題があ
る。つまり、複数個の正極リードおよび負極リードの接
触による短絡や、正・負極リードを金属箔よりなる集電
体に溶接する為に、集電体の同一側に設けた電極合剤の
塗布していない裸状態の集電体耳部が薄膜のセパレータ
のみで絶縁されており、集電体エッジによりセパレータ
を損傷し、正負電極間の短絡が発生する恐れがあった。

【０００６】本発明は上記従来技術の問題点に鑑みてな
されたものであり、その目的とするところは、電池の内
部短絡を防止し、電池の安全性や品質の向上を図ると共
に生産性の良い円筒形二次電池を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、帯状の正極および負極の同一側端部に電極
合剤の塗っていない集電体耳部を設け、該集電体耳部に
複数個の正極リードおよび負極リードを接続し、該リー
ド線の上側から電極合剤よりも薄い絶縁粘着テープを集
電体耳部に貼り付けた後に、正極と負極をセパレータを
介して渦巻状に巻回した電極群とした。また、正極リー
ドと負極リードはそれぞれ巻回電極群の同一端面から半
径方向に略一列に並ぶように配列し、上記電極群と電解
液からなる発電要素を有底円筒形の電池ケース内に収納
し、電極群と蓋との間に正極リードと負極リードを絶縁
分離する分離板を有する絶縁デスタントを挿入して各電
極をリード線で蓋に貫通設置された各極端子に接続し、
電池ケースを蓋で密閉したものである。

【０００８】斯かる本発明によれば、正負極の電極端子
を一方向に設けた円筒形電池においても、正負極間の集
電体耳部のエッジ部が絶縁粘着テープにより被覆され、
また正負極リード線間が絶縁デスタントの分離板により
確実に絶縁されるので、電池内部での正負極間短絡を防
止できるものである。さらに、絶縁粘着テープにより巻
回電極群の端面を塞ぐことがないので、電解液の注入工
程においても電解液の正負極合剤塗布部への浸透がし易
く生産性が良い。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係わる円筒形二次
電池の一実施例を、リチウムイオン二次電池を例にして
図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の円筒形
二次電池の一実施例を示す構造縦断面図であり、図２は
図１の巻回電極群の斜視図、図３は絶縁デスタントの斜
視図である。同図において、１は正極であり、帯状のア
ルミ箔からなる正極集電体２の両面に無機リチウムイン
ターカレーション・デインターカレーション材料を正極
活物質とする正極合剤３（例えば活物質としてLiMn₂O₄,
ＬｉＣｏＯ₂，ＬｉＮｉＯ₂等、導電材としてカーボン，
結着剤としてポリフッ化ビニリデンを混合調整したも
の）を塗布プレスして保持させたものである。

【００１０】正極集電体２の片方の端部には正極合剤３
を塗布しないアルミ箔素地のままの正極集電体耳部２ａ
が全長に渡ってある。４は負極であり、帯状の銅箔から
なる負極集電体５の両面にリチウムインターカレーショ
ン・デインターカレーションのカーボン材料を負極活物
質とする負極合剤６（例えば活物質として黒鉛，結着剤
としてポリフッ化ビニリデンを混合調整したもの）を塗
布プレスして保持させたものである。

【００１１】負極集電体５にも正極集電体耳部２ａと同
じ側の端部に負極合剤６を塗布しない銅箔素地のままの
負極集電体耳部５ａが全長に渡ってある。集電体耳部は
最初から活物質を含む合剤を未塗布とするか、合剤を塗
布プレスした後に、削除する部分の電極合剤に溶剤のＮ
−メチルピロリドン等を含浸させて塗布された活物質合
剤を除去して作成する。７はセパレータであり、ポリエ
チレン、またはポリプロピレン等の熱可塑性樹脂の微多
孔性薄膜もしくは不織布からなる。なお、ポリエチレン
フィルムは温度が上昇した時、フィルム自身の溶融によ
って前記微多孔が閉じるシャットダウン開始温度が約１
３０℃であり、ポリプロピレンフィルムのシャットダウ
ン開始温度は約１５０℃である。つまり、電池が内部短
絡や外部短絡等の異常状態により温度上昇した場合に、
セパレータの熱可塑性樹脂が溶けて微多孔や不織布の目
詰まりを生じて、正負極間のイオンの移動を遮断するこ
とにより電池の電流を遮断し、電池を保護する働きがあ
る。

【００１２】上記、正極１と負極４はセパレータ７を介
して対向した状態で渦巻状に巻回され、電極群１１を形
成している。この場合、セパレータ７は正極１，負極４
よりも若干幅広く巻かれており、さらに巻芯部および巻
き終り部において数回セパレータ７単独で巻かれてお
り、正極，負極間及び電極群周囲との絶縁性を持たせて
いる。この電極群１１は電解液（図示せず）に浸漬され
て発電要素となる。

【００１３】上記電解液は、ＬｉＰＦ₆，ＬｉＢＦ₄，Ｌ
ｉＣｌＯ₄，ＬｉＡｓＦ₆等のリチウム塩を電解質として
有機溶媒（プロピレンカーボネート，エチレンカーボネ
ート，ジエチルカーボネート，ジメチルカーボネート等
の単独または混合物）に溶解したものが使われる。

【００１４】２０は電池ケースでステンレス鋼，ニッケ
ルめっき鉄，ニッケルめっき銅やアルミニウムが使わ
れ、上記電極群１１と電解液からなる発電要素を有底円
筒形の容器に収納し、蓋２１を被せて電池ケース２０の
開口部を溶接等により密封したものである。蓋２１は電
池ケースと溶接する関係上電池ケースと同じ材質がよ
い。また、電池ケース２０内の容器底部２０ａおよび蓋
２１側には電池内充電部と電池ケース２０，蓋２１との
電気絶縁性を保つために、絶縁板１３ａ，１３ｂが設置
されている。

【００１５】８は短冊形アルミニウム材の正極リードで
あり、正極１の正極集電体耳部２ａとアルミニウム材の
正極端子１４に溶接等により接続されている。９は短冊
形ニッケル材又は銅材の負極リードであり、負極４の負
極集電体耳部５ａとニッケル又は銅材の負極端子１５に
溶接等により接続されている。なお、正極リード８およ
び負極リード９は中・大形電池となると１本では電流容
量が取れないので、複数個のリード線を接続する必要が
ある。

【００１６】正・負極のリード線を同一方向に複数個出
すには、正極リード８と負極リード９が接触しないよう
に巻回した状態で電極群１１の端面の半径方向に略一列
に各極リードが複数個並ぶように配置するのが望まし
い。つまり、リード線一列配置は正極リード８と負極リ
ード９を別々に分離して束ねることができ、端子への接
続処理および正負極間の絶縁を保つ上からも作業を容易
にするものである。

【００１７】１０は絶縁粘着テープであり、ポリエチレ
ン，ポリプロピレン，ポリイミド，ポリフィニレンサル
ファイド等の耐電解液性の樹脂材料からなっている。絶
縁粘着テープ１０は正極リード８および負極リード９の
上側から集電体耳部２ａ，５ａの端面エッジ部を覆うよ
うにそれぞれ正極集電体耳部２ａおよび負極集電体耳部
５ａのほぼ全長に渡って貼り付けてある。

【００１８】したがって、アルミ箔や銅箔の金属むき出
しの集電体耳部端面のバリやエッジ部により薄膜のフィ
ルムであるセパレータが損傷し、絶縁不良となるのを防
止できると共に、リードと集電体との機械的接合強度を
補強する働きがある。図４は正極，負極の両極の集電体
耳部２ａ，５ａの両面から絶縁粘着テープ１０を集電体
耳部エッジ部を覆うようにほぼ全長に渡って貼り付けた
例であり、図５は正極または負極のどちらか一方の集電
体耳部に両面から絶縁粘着テープ１０を貼り付けた例で
ある。

【００１９】これらのどの実施例においても、正負極集
電体耳部２ａ，５ａ間には少なくとも１枚以上の絶縁粘
着テープ１０により絶縁保護されている。絶縁粘着テー
プ１０の厚さは、正極および負極の集電体に塗布プレス
された各極の合剤３，６の厚さよりも薄くする。これに
より、電極群１１の渦巻き巻回外径が正極１，負極４，
セパレータ７の厚さのみで決定され、また、正極と負極
の間に隙間が生じることなく堅個に巻回でき、性能の安
定した電池を得ることができる。さらに後の電解液注入
工程において、電極群１１の円筒形の端面部である集電
体耳部は電極合剤塗布部より薄いので、電解液が電極群
１１端面の隙間を通して電極合剤塗布部に浸透しやす
い。

【００２０】１２は円筒形状の絶縁デスタントであり、
電極群１１と蓋２１間に、正極リード８および負極リー
ド９を絶縁分離する分離板１２ａを円筒内に設けて各極
リード線を収納する独立空間を確保すると共に、電極群
１１が電池ケース２０内で移動しないように押さえてい
る。したがって、複数個からなる正極リード８および負
極リード９は、お互いに分離板１２ａにより分離されて
おり、接触することなしに絶縁が保たれる。

【００２１】正極端子１４，負極端子１５は、蓋２１
に、ガラスまたはプラスチック層を介在させて電気絶縁
をすると共に、密封性を持たせたハーメチックシール１
７により貫通固定され、端子ケース外に出た部分が外部
との電気接続部となる。蓋２１に設けられた防爆穴２１
ａは、切り込み等の弱点部を有する金属板や薄膜金属板
からなる防爆弁１８でシールされており、電池ケース１
１内の圧力が異常温度上昇により高圧になった場合に開
裂し、電池ケース２０の爆発を防止する。

【００２２】次に、本発明による円筒形二次電池の組み
立て方法について説明する。先ず、片側に集電体耳部を
有する帯状の正極１および負極４を集電体耳部が同一方
向にしてセパレータ７を介して渦巻状に巻回していく。
この時、正極リード８を正極集電体耳部２ａに、負極リ
ード９を負極集電体耳部５ａに、それぞれスポット溶接
または超音波溶接により必要数だけ順次取り付けてい
き、さらに正極リード８，負極リード９の上から正極集
電体耳部２ａと負極集電体耳部５ａに絶縁粘着テープ１
０を集電体耳部端部のエッジ部が被覆されるように貼り
付けながら正負極を巻回していく。

【００２３】この時、電池容量の大きさにより取り付け
るリード線の数は増減される。またリード線の電極への
溶接位置は正極１，負極４，セパレータ７を渦巻状に巻
回しながら両電極およびセパレータの厚さと巻径を計算
補正し、順次リード線の溶接位置を決めて溶接していく
ので、巻回電極群になった状態で正極リード８と負極リ
ード９の列はそれぞれ半径方向に略一列に並ぶようにで
きる。

【００２４】このように、リード線８，９を一列に並ば
せるためにも短冊形のリード線８，９は、巻回径に影響
しない集電体耳部２ａ，５ａに溶接され、絶縁粘着テー
プ１０で絶縁保護されると共に補強固定され、電極群１
１の巻回形状を乱さないように電極の正負極合剤３，６
の厚さ以内に収まるようにしてある。

【００２５】上記のように、正極１，負極４を正極リー
ド８，負極リード９および絶縁粘着テープ１０を加えな
がらセパレータ７を介して巻回し、巻き終わり部はテー
プ等で止めて電極群１１を作る。したがって、絶縁粘着
テープ貼り付けは電極巻回工程と同時に行われるので生
産性が良い。

【００２６】次に、有底円筒形容器の底部２０ａ側から
絶縁板１３ａ，電極群１１，絶縁デスタント１２の順に
入れ、正極リード８，負極リード９をそれぞれ束ねて纏
めておく。一方、絶縁板１３ｂを電池の蓋２１の裏側に
重ね合わせ、正極リード８，負極リード９を蓋２１の正
極端子１４，負極端子１５に溶接する。これらのリード
線を纏める作業や端子への溶接作業において、絶縁粘着
テープでリードを集電体に接合した上から貼り付け補強
してない場合は、薄いアルミ箔や銅箔からなる集電体が
リード線溶接部で破れてしまう恐れがある。

【００２７】次に電池ケース２０の開口部から電解液を
注入し、蓋２１を電池ケース２０に被せて電池ケース２
０の開口部と蓋２１を溶接により密封して電池組立は完
成する。しかし、電池が充電できる状態になるには電解
液が正負電極合剤に完全に浸透するまで放置する必要が
ある。本案の場合は、集電体耳部に貼り付けられた絶縁
粘着テープの厚さは正負極の合剤の厚さよりも薄いの
で、巻回電極群の端面部には隙間があり、密着巻きされ
ている正負極合剤部に電解液が進入し易く、電解液注入
工程後の放置時間が短縮できるので生産性が大幅に向上
できる。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明では 、帯
状の正極および負極の同一側端部の電極合剤の塗ってい
ない集電体耳部に、複数個の正極リードおよび負極リー
ドを溶接した上から集電体耳部端面エッジ部を覆うよう
に耐電解液性材料の絶縁粘着テープを貼り付けて、正極
と負極をセパレータを介して巻回して電極群とした。し
たがって、集電体耳部エッジ部によりセパレータを損傷
することが防止でき、正負極間短絡を防止すると共に、
リード線と集電体の接続の補強によりリード線が作業工
程での取り扱いに耐える強度を持つことができる。

【００２９】また、正極リードおよび負極リードは巻回
電極群の同一端面からそれぞれ半径方向に略一列に並べ
て引き出し、正極端子および負極端子に接続すると共
に、正極リードと負極リードを絶縁分離する分離板を有
する絶縁デスタントを電極群と電極端子を有する電池蓋
との間に設けた。したがって、正負極リード線間の短絡
が防止できる。

【００３０】さらに、絶縁粘着テープの厚さを正負極合
剤の厚さよりも薄くしたので、電解液の含浸が容易とな
ると共に、正負極の電極合剤塗布部の巻回密着性が良く
なり電池性能が向上する。さらに電極群巻回時の巻き径
が安定しており、巻回しながらのリード線の電極への溶
接位置の補正計算の精度がよく、巻回状態でリード線を
略一列に並べることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の円筒形二次電池の一実施例を示す構造
断面図である。

【図２】図１の電極群の斜視図である。

【図３】図１の絶縁デスタントの斜視図である。

【図４】本発明の円筒形二次電池の電極群の他の実施例
を示す断面図である。

【図５】本発明の円筒形二次電池の電極群のさらに他の
実施例を示す断面図である。

【符号の説明】

１…正極、２…正極集電体、２ａ…正極集電体耳部、３
…正極合剤、４…負極、５…負極集電体、５ａ…負極集
電体耳部、６…負極合剤、７…セパレータ、８…正極リ
ード、９…負極リード、１０…絶縁粘着テープ、１１…
電極群、１２…絶縁デスタント、１２ａ…分離板、１３
ａ，１３ｂ…絶縁板、１４…正極端子、１５…負極端
子、１７…ハーメチックシール、１８…防爆弁、２０…
電池ケース、２０ａ…容器底部、２１…蓋、２１ａ…防
爆穴。

フロントページの続き (72)発明者 大川 豊和 栃木県下都賀郡大平町大字富田800番地 株式会社日立製作所冷熱事業部内 (72)発明者 坂入 美千子 栃木県下都賀郡大平町大字富田800番地 株式会社日立製作所冷熱事業部内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】正極集電体および負極集電体の両面に正極
   合剤および負極合剤を塗布プレスした帯状の正極と負極
   の間に前記正極および負極の幅よりも広い帯状の熱可塑
   性樹脂の微多孔性薄膜からなるセパレータを介して巻回
   した電極群を有底円筒形状の電池ケースに収納し、一方
   向に正負極端子を取り出す円筒形二次電池において、帯
   状の正極および負極の同一側端部の全長に渡り電極の合
   剤を塗布しない集電体耳部を設け、該耳部に複数個の正
   極リードおよび負極リードを電気的に取り付けた後に、
   リード線の上側から集電体耳部の端面エッジ部を覆うよ
   うに絶縁粘着テープを集電体耳部にほぼ全長に渡って貼
   り付けたことを特徴とする円筒形二次電池。