(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
極板群が円筒形電池容器に収容されてなる円筒形電池において、前記極板群が前記円筒形電池容器内でその長手方向に移動するのを抑制する部材及び前記電極群が前記円筒形電池容器内でその長手方向と直行する方向に移動するのを抑制する部材とを前記極板群両端面に備え、前記長手方向に移動するのを抑制する部材及び前記長手方向と直行する方向に移動するのを抑制する部材が嵌合一体化しており、前記長手方向に移動するのを抑制する部材が少なくとも３箇所切り欠き部を有する筒状体であり、当該切り欠き部に前記長手方向と直行する方向に移動するのを抑制する梁状部材が嵌合していることを特徴とする円筒形電池。
【請求項２】
前記長手方向に移動するのを抑制する部材及び前記長手方向と直行する方向に移動するのを抑制する部材の双方が、前記極板群端面よりも前記円筒形電池容器端部側に存在することを特徴とする請求項１記載の円筒形電池。
【請求項３】
前記長手方向と直行する方向に移動するのを抑制する部材が、直接あるいは間接的に前記極板群端部を支持し、且つ前記電池容器内壁面を押圧することで前記移動を抑制する請求項１又は２記載の円筒形電池。
【請求項４】
前記長手方向に移動するのを抑制する部材が、直接あるいは間接的に前記極板群端部を支持し、且つ前記電池容器内壁面を押圧することで前記移動を抑制する請求項１〜３のいずれかに記載の円筒形電池。
【請求項５】
前記電池が電気自動車用電源である請求項１〜４のいずれかに記載の円筒形電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は円筒形電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
円筒形電池容器内での極板群の振動対策としては、特開平９−９２３３８号公報に記載されている技術がある。この公報では、前記振動によって、極板から導出されているリード片へかかる応力を緩和するために、前記リード片にたわみを持たせる構成を提案している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記技術は、円筒形電池容器内での極板群の振動自体を抑制できない。前記振動が起こると、極板群と電池容器内壁との衝突により活物質の脱落し、短絡するなどの不具合が生ずる。例えば電気自動車用電源として円筒形電池を用いる際にはあらゆる方向からの振動を電池が受けることとなる。このようなあらゆる方向からの振動を受ける条件で使用される電池にとっては更なる安全策を講じる必要がある。
本発明が解決しようとする課題は、あらゆる方向からの振動に耐え得る円筒形電池を提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の円筒形電池は、極板群が前記円筒形電池容器内でその長手方向に移動するのを抑制する部材１（以下、部材１と略記する）及び前記電極群が前記円筒形電池容器内でその長手方向と直行する方向に移動するのを抑制する部材２（以下、部材２と略記する）とを前記極板群両端面に備える。前記長手方向とは捲回式電池の場合の捲回軸方向である。
円筒形電池の長手方向と、円筒形電池の長手方向と直行する方向の２方向の極板群移動を抑制することで、例えば円筒形電池の斜め方向からの振動が加わったとしても、電池容器内での電極群の振動を抑制することが可能となる。また電池が振動するときに最も荷重、応力が付与されるのは極板群両端面であるため、そこに部材１、部材２を配置する。このことによりあらゆる方向からの振動に耐え得る円筒形電池を提供することができる。
【０００５】
上記構成において部材１と部材２の双方が、極板群端面よりも円筒形電池容器端部側に存在することが好ましい。その理由は部材１、部材２の存在により極板群が損傷しないためである。もう一つの理由は、通常極板群端面よりも円筒形電池容器端部側は電池のデッドスペースであり、そこを有効活用できるためである。
【０００６】
部材１と部材２の具体的な極板群移動抑制機構は、部材１と部材２が直接あるいは間接的に極板群端部を支持し、且つ電池容器内壁面を押圧することによる。前記押圧力は極板群の円筒形電池容器内での周方向への回転を抑制できる。また部材１、部材２が嵌合一体化することにより、電池容器内での部材１、部材２の占有体積を減らすことができ、電池容量密度を低下させにくい点で有利である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
（正極板の作製）
活物質であるマンガン酸リチウム（ＬｉＭｎ2Ｏ4）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１３０ｍｍ、長さ２０００ｍｍ、活物質塗布部厚み２００μｍの正極板を得た。
上記未塗布部に切り欠きを入れる。切り欠き残部はリード片となる。
【０００８】
（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３０ｍｍ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の負極板を得た。
上記未塗布部に正極板と同様に切り欠きを入れる。切り欠き残部はリード片となる。
【０００９】
（電池の作製）
上記作製した正極板と負極板を、厚み４０μｍのポリエチレン製セパレータとともにに捲回する。正極板のリード片と負極板のリード片は、それぞれ電極群（捲回群）の両端に位置するように捲回している。
図２に示すように、部材２は筒状の捲回群軸心中へ中心棒を挿入することで捲回群に固定されている。更に捲回群軸心端部には凹部があり、部材２の中心棒側面にある凸部と嵌合されてそれ自身が捲回群と相対的に回転不可能となる。
図１に示すように部材２はその中心棒から垂直に梁部が３箇所突出している。前記梁部は中心棒を軸として１２０°間隔に存在し、それぞれその先端が捲回群最外周よりも僅かに突出している。従って電池容器内への捲回群挿入工程後は、多少該先端部が電池容器内壁面を押圧している。部材２はガラス繊維を２０重量％含む、補強されたポリプロピレン製である。
捲回群と電池の外部端子との電気的導通は、図１に示す集電リングを介して行われる。つまり捲回群から突出しているリード片３が集電リングに超音波溶接され、前記集電リングから電池の外部端子へとリード片４との超音波溶接により導通されている。
上記捲回群と電池の外部端子との電気的導通を得る工程の後、切り欠き部５を有する筒状の部材１の前記きり欠き部を部材２の梁部先端と嵌合一体化する。部材１はポリプロピレン製である。その状態でＳＵＳ製の円筒形電池容器に捲回群を挿入する。部材１はその外径が円筒形電池容器内径とほぼ同寸法であり、非常にタイトに円筒形電池容器内壁面を押圧している。
この段階で、捲回群は円筒形電池容器内で主に部材１によりその長手方向に移動するのを抑制され、主に部材２により前記長手方向と直行する方向に移動するのを抑制されている。部材２が主に長手方向と直行する方向に移動するのを抑制する理由は、部材２の材質が補強されたポリプロピレンであることによる。また部材１、部材２双方とも円筒形電池容器内壁面を押圧、特に部材１は非常にタイトに押圧しているため、捲回群周方向の回転をも抑制している。
またこの段階では、部材１と部材２の双方が、極板群端面よりも円筒形電池容器端部側に存在している。また部材１と部材２の双方が、直接的に極板群端部を支持し、且つ電池容器内壁面を押圧することで振動が生じても捲回群の電池容器内での移動を抑制している。
【００１０】
その後円筒形電池容器両開口部を電池蓋で溶接する。ネジ山が切られた正・負極外部端子はセラミックワッシャ、ゴム製パッキンを介して電池蓋外側から金属製雌ネジにより電池容器、電池蓋との絶縁を保ちながら電池の密閉を実現する。その後電池蓋面にある注液口より電解液を所定量電池容器内に注入し、注液口を封止することにより円筒形リチウムイオン電池を完成させる。
【００１１】
本例では部材２にガラス繊維を混入した剛性の高いポリプロピレン、部材１に部材２よりも剛性の低いポリプロピレンを用いたが、材質は限定されない。本例で部材１、部材２の剛性に差を設けた理由は、部材１が部材２よりも円筒形電池容器内壁面にタイトに押圧され、該電池容器への挿入が困難になると考えられるためである。
【００１２】
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（ＬｉＰＦ6）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。
【００１３】
本例では円筒形リチウムイオン電池に代表される非水電解液電池を例示したが、電池系、電池形状は限定されない。メタルシール部を有する電池であれば本発明の効果は得られる。
また本例では電気自動車用電源等に用いられる大形の二次電池を例示したが、電池の大きさ、電池容量には限定されない。
また本例では、リチウムイオン電池用の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。従って本発明のように集電性を損なわない構成は好ましいのである。
【００１４】
また本例以外で用いることのできるリチウムイオン電池用極板活物質結着剤としては、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リチウムイオン電池用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リチウムイオン電池用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（Ｃ6Ｈ5）4、ＣＨ3ＳＯ3Ｌｉ、ＣＦ3ＳＯ3Ｌｉ等やこれらの混合物が用いられる。
また、本例以外の非水電解液有機溶媒としては、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】
本例以外にも、電池長手方向に部材１を円筒形電池容器内寸とタイトに配置することにより、捲回群を円筒形電池容器内でその長手方向に移動するのを抑制することもできる。
【００１７】
【発明の効果】
本発明によりあらゆる方向からの振動に耐え得る円筒形電池を提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の円筒形電池の内容物概略図である。
【図２】本発明の円筒形電池の断面概略図である。
【符号の説明】
１．部材
２．部材
３．リード片
４．リード片
【図１】
0003697887.tif 000002
【図２】
0003697887.tif 000003