(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極体の側端面に形成された集電リード部と、該電極体の外側または内側に向けて拡がる第一テーパ面をもつ集電フランジ部材と、該第一テーパ面に対向する第二テーパ面をもつ固定部材と、を備え、
正極側の上記固定部材の少なくとも第二テーパ面から外部に至る部分は導電性材料からなり、該導電性材料により外部と導通し、
上記第一テーパ面および上記第二テーパ面により上記集電リード部が挟持されていることを特徴とする電池。
【請求項２】
電極体の側端面に形成された正極リード部および負極リード部と、該電極体の外側または内側に向けて拡がる第一テーパ面をもつ正極集電部材および負極集電部材と、該正極集電部材の第一テーパ面に対向する第二テーパ面をもつキャップ部材と、該負極集電部材の第一テーパ面に対向する第二テーパ面をもち、上記電極体、上記正極集電部材および上記負極集電部材を収容する電池容器と、を備え、
上記正極集電部材の第一テーパ面および上記キャップ材の第二テーパ面により上記正極リード部が挟持され、上記負極集電部材の第一テーパ面および上記電池容器の上記第二テーパ面により上記負極リード部が挟持されていることを特徴とする電池。
【請求項３】
上記キャップ部材の少なくとも第二テーパ面から外部に至る部分は導電性材料からなり、該導電性材料により外部と導通している請求項２記載の電池。
【請求項４】
請求項１記載の電池の製造方法であって、
上記集電リード部が上記第一テーパ面側に引き出されるようにして上記集電フランジ部材を上記電極体の側端面に配置した後、該電極体および該集電フランジ部材を電池容器に収容し、次いで、上記フランジ部材の上方に上記固定部材を載置し、その後、上記電池容器と上記固定部材とを固定することにより、上記第一テーパ面と上記第二テーパ面との間を圧縮して上記集電リード部を挟持するとともに上記電極体を固定することを特徴とする電池の製造方法。
【請求項５】
請求項２又は３記載の電池の製造方法であって、
上記正極リード部及び上記負極リード部が上記正極集電部材及び上記負極集電部材の第一テーパ面側に引き出されるようにして上記正極集電部材及び上記負極集電部材を上記電極体の側端面に配置した後、該電極体並びに該正極集電部材および該負極集電部材を電池容器に収容し、次いで、上記正極集電部材および上記負極集電部材の上方に上記正極固定部材および負極固定部材を載置し、その後、上記電池容器と上記正極固定部材および負極固定部材とを固定することにより、上記第一テーパ面と上記第二テーパ面との間を圧縮して上記正極リード部及び上記負極リード部を挟持するとともに上記電極体を固定することを特徴とする電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特定の集電構造を有することにより製造工程を簡素化することのできる電池、およびその製造方法に関する。
なお、本明細書中において「電池」とは、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池などのいわゆる電池以外に、キャパシタをも含む意味で使用する。
【０００２】
【従来の技術】
長尺状の正極側電極シートおよび負極側電極シートと、両電極シートの間に配されるセパレータとを巻回してなる巻回型の電極体を備えた電池が知られている。例えば特開平９−９２３３５号公報には、両電極シートの側端面に活物質を塗布しない領域を設け、その部分を複数個の短冊状リード（集電リード部）として正極負極それぞれの集電端子に接続する円筒型二次電池が開示されている。また、複数枚の正極側電極シート、負極側電極シートおよびセパレータを積層してなる積層型の電極体を備えた電池においても、各電極シートの側端面に形成された集電リード部を集電端子に接続することが知られている。
通常、上記集電リード部と集電端子とは溶接により接続される。そして、この集電端子の溶接工程を実施した後に、電池容器に電極体を収容して固定する構造が一般的である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のような集電構造をもつ電池を製造するには、いったん集電リード部に集電端子を接続（固定）した後、さらに電極体を電池容器に収容して固定する工程が必要となるため、電池の製造に要する工程数が多くコスト高である。また、集電リード部と集電端子との接続には溶接等の方法を用いているので、生産効率の向上や自動化が困難である。
【０００４】
本発明の目的は、集電構造の形成が容易であり、組立工程を簡素化することのできる電池、およびその製造方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の電池は、電極体の側端面に形成された集電リード部と、該電極体の外側または内側に向けて拡がる第一テーパ面をもつ集電フランジ部材と、該第一テーパ面に対向する第二テーパ面をもつ固定部材と、を備え、正極側の上記固定部材の少なくとも第二テーパ面から外部に至る部分は導電性材料からなり、該導電性材料により外部と導通し、上記第一テーパ面および上記第二テーパ面により上記集電リード部が挟持されていることを特徴とする。
また、本発明の第２の電池は、電極体の側端面に形成された正極リード部および負極リード部と、該電極体の外側または内側に向けて拡がる第一テーパ面をもつ正極集電部材および負極集電部材と、該正極集電部材の第一テーパ面に対向する第二テーパ面をもつキャップ部材と、該負極集電部材の第一テーパ面に対向する第二テーパ面をもち、上記電極体、上記正極集電部材および上記負極集電部材を収容する電池容器と、を備え、上記正極集電部材の第一テーパ面および上記キャップ材の第二テーパ面により上記正極リード部が挟持され、上記負極集電部材の第一テーパ面および上記電池容器の上記第二テーパ面により上記負極リード部が挟持されていることを特徴とする。
【０００６】
本発明の第１の電池は、上記集電リード部が上記第一テーパ面側に引き出されるようにして上記集電フランジ部材を上記電極体の側端面に配置した後、該電極体および該集電フランジ部材を電池容器に収容し、次いで、上記フランジ部材の上方に上記固定部材を載置し、その後、上記電池容器と上記固定部材とを固定することにより、上記第一テーパ面と上記第二テーパ面との間を圧縮して上記集電リード部を挟持するとともに上記電極体を固定する方法によって好適に製造することができる。
本発明の第２の電池は、上記正極リード部及び上記負極リード部が上記正極集電部材及び上記負極集電部材の第一テーパ面側に引き出されるようにして上記正極集電部材及び上記負極集電部材を上記電極体の側端面に配置した後、該電極体並びに該正極集電部材および該負極集電部材を電池容器に収容し、次いで、上記正極集電部材および上記負極集電部材の上方に上記正極固定部材および負極固定部材を載置し、その後、上記電池容器と上記正極固定部材および負極固定部材とを固定することにより、上記第一テーパ面と上記第二テーパ面との間を圧縮して上記正極リード部及び上記負極リード部を挟持するとともに上記電極体を固定する方法によって好適に製造することができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、実施例により本発明を具体的に説明する。
（１）電池の全体構成
本発明を適用した巻回型のリチウムイオン二次電池を図１に示す。この電池は、電極体１、この電極体１の図１における上側の側端面に形成された正極リード部（集電リード部）１ａおよび下側の側端面に形成された負極リード部（集電リード部）１ｂ、電極体１の正極リード部１ａ側に配置された正極集電部材（集電フランジ部材）２、電極体１の負極リード部１ｂ側に配置された負極集電部材（集電フランジ部材）３、正極集電部材２の上方に配置されたキャップ部材（固定部材）４、電極体１および両集電部材２、３を収容しキャップ部材４にかしめ固定された電池容器５、を備える。
【０００８】
正極リード部１ａは、正極集電部材２のもつ第一テーパ面２１およびキャップ部材４のもつ第二テーパ面４１により挟持されている。一方、電池容器５は底部に第二テーパ面５１が形成された有底円筒状であって、負極集電部材３のもつ第一テーパ面３１および電池容器５のもつ第二テーパ面５１により負極リード部１ｂが挟持されている。すなわちこの電池容器５は、特許請求の範囲に記載の「固定部材」を兼ねている。正極リード部１ａおよび負極リード部１ｂは、他の部材と溶接されてはおらず、第一テーパ面２１、３１および第二テーパ面４１、５１に圧接されることによって外部との導通がとられている。
【０００９】
（２）製造方法
この電池は、底面に第二テーパ面５１の形成された電池容器５（固定部材を兼ねる）の開口部から、正極集電部材２および負極集電部材３を上下側端面に装着した電極体１を挿入し、次いで正極集電部材２の上方にキャップ部材４を配置した後、キャップ部材４と底面との間に圧縮力を加えつつ電池容器５の開口部をかしめる等の方法により製造することができる。
以下、この電池の製造方法についてさらに詳しく説明する。
【００１０】
（２−１）電極体の作製
図２に示すように、正極シート１１は、例えば厚さ２５μｍのアルミニウム箔からなる長尺状の正極集電体１１１と、この正極集電体１１１の両面に設けられた厚さ８５μｍの正極活物質層１１２とからなる。正極活物質層１１２は、コンマコーターまたはダイコーター方式により正極集電体１１１の両面に正極活物質ペースト（正極活物質、導電化材、バインダ等を混練したペースト）を塗布した後、乾燥、プレスすることにより形成される。正極活物質としては、リチウム電池として機能するものであれば特に限定されず、例えばＬｉＭｎ２Ｏ４、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＮｉＯ３等を用いることができる。正極集電体１１１の一方の長辺には、正極活物質層１１２の形成されない帯状域が残されており、ここに厚さ１００μｍ×幅１０ｍｍ×長さ３０ｍｍのアルミニウム箔からなる正極集電リード１ａが５０ｍｍ間隔で溶接されている。
【００１１】
負極シート１２は、例えば厚さ３０μｍの銅箔からなる長尺状の負極集電体１２１と、この負極集電体１２１の両面に設けられた厚さ８０μｍの負極活物質層１２２とからなる。この負極活物質層１２２の形成方法は正極活物質層１２１と同様である。負極活物質としては、リチウム電池として機能するものであれば特に限定されず、例えばグラファイトカーボン、アモルファスカーボン等を用いることができる。負極集電体１２１の一方の長辺には、負極活物質層１２２の形成されない帯状域が残されており、ここに厚さ１００μｍ×幅１０ｍｍ×長さ３０ｍｍの銅箔からなる負極集電リード１ｂが５０ｍｍ間隔で溶接されている。
【００１２】
セパレータ１３は、例えば厚さ２５μｍの多孔質ポリプロピレンからなる。
図２に示すように、これらを正極シート１１、セパレータ１３、負極シート１２、セパレータ１３の順に重ね（正極リード部１ａと負極リード部１ｂとが反対側となるように積層する）、巻芯１４の周囲に巻回して電極体１を得る。
この巻芯１４は、ポリフェニルサルフェート等の樹脂、または表面に樹脂、セラミックス等の絶縁層を設けた金属からなり、正極シート１１等が巻回される幅よりもやや長い大径部１４１と、両端に形成された小径部１４２と有する段付円柱状である。大径部１４１と小径部１４２との間には、正極集電部材２および負極集電部材３を係止する段付面１４３が形成されている。
【００１３】
（２−２）集電部材の装着
アルミニウム製の正極集電部材２は、図３および図４に示すように、略円筒状の外側環状部２２と内側環状部２３とが、十字状の連結部２４によって繋がれた形状をなす。外側環状部２２と内側環状部２３との間には、４つの扇型の貫通孔２５が形成されている。外側環状部２２の内周面には、図４の上側に向かうにつれて外側に拡がる（すなわち、電極体１の外側に拡がる）第一テーパ面２１が形成されている。
負極集電部材３は銅製であり、その形状は正極集電部材２と同一であって、外側環状部３２と内側環状部３３が連結部３４によって繋がれ、その間に４つの貫通孔３５が形成されている。外側環状部３２の内周面には、電極体１の外側に拡がる第一テーパ面３１が形成されている。
【００１４】
図５に示すように、電極体１の上側端面および下側端面に正極集電部材２および負極集電部材３を、それぞれ第一テーパ面２１、３１の形成された側が電極体１と反対側に配置される向きで、内側環状部２２、３２に小径部１４２を挿入して装着する。このとき、正極リード部１ａおよび負極リード部１ｂをそれぞれ貫通孔２５、３５に通し、第一テーパ面２１、３１側に引き出されるようにする。正極集電部材２および負極集電部材３は、巻芯１４の上下に形成された段付面１４３にそれぞれ係止される。また、正極リード部１ａおよび負極リード部１ｂをやや曲げ変形させておく（例えば、第一テーパ面２１、３１に近づける方向に）ことにより、装着された正極集電部材２および負極集電部材３の組立途中におけるリード部の脱落を予防することもできる。
【００１５】
（２−３）電池容器への収容
図６に示すように、電池容器５はステンレス製の深絞り缶であって、その底面には前述のように第二テーパ面５１が形成されている。この第二テーパ面５１は、負極集電部材３の第一テーパ面３１に対応した形状であって、図６の下方に向かって拡がっている。なお、電池容器５の材質としては、ステンレスの他、アルミニウム、メッキ鋼板等を用いることができる。
この電池容器５内に、正極集電部材２および負極集電部材３を装着した電極体１を挿入すると、電池容器５の底面に形成された第二テーパ面５１と第一テーパ面３１とが負極リード部１ｂを挟んで対向する。
【００１６】
ここで、電池容器５内に図示しない電解液を注入する。電解液としては、例えばジエチルカーボネート（ＤＥＣ）とエチレンカーボネート（ＥＣ）との重量比７：３の混合溶媒に、１ｍｏｌ／リットルのＬｉＰＦ６を溶解させたものを用いることができる。
【００１７】
（２−４）キャップ部材の配置
図７に示すように、キャップ部材４は、下端面と側面との間に形成された第二テーパ面４１と、その上方に形成された鍔部４２とを有する円柱状である。このキャップ部材４は、電池容器５の内部空間を密閉するとともに電池容器５との間を絶縁するシールドゴム、電池内圧の過剰な上昇を防止する安全弁（いずれも図示せず）等を備える。キャップ部材４の少なくとも第二テーパ面４１から外部に至る部分はアルミニウム、ニッケル、貴金属（Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ）等の導電性材料からなり、これにより外部との導通を可能としている。
【００１８】
両集電部材２、３を装着した電極体１を電池容器５に収容した後、正極集電部材２の上方において電池容器５に絞り部５２を設ける。次いで、電池容器５の開口部からキャップ部材４を挿入して絞り部５２にて係止する。第一テーパ面２１と第二テーパ面４１とは正極リード部１ａを挟んで対向する。
【００１９】
（２−５）リード部の挟持
キャップ部材４を下方に押圧しつつ、電池容器５の開口部をかしめてキャップ部材４と固定し、電池内部と外部空間とを遮断する。この押圧により、図１に示すように、キャップ部材４が正極集電部材２に押しつけられ、第二テーパ面４１と第一テーパ面２１とが圧縮されて正極リード部１ａが挟持される。また、正極集電部材２および負極集電部材３は段付面１４３と当接しているので、キャップ部材４に加えられた押圧力により負極集電部材３が電池容器５の底面に押しつけられる。これにより、第一テーパ面３１と第二テーパ面５１とが圧縮されて負極リード部１ｂが挟持される。また、このキャップ部材４と電池容器５との間にかかる圧縮力によって電極体１が保持固定される。
【００２０】
この製造方法によると、電池容器５の内部に、両集電部材２、３を装着した電極体１、電解液、およびキャップ部材４を順に挿入した後、電池容器５の開口部をかしめるという簡単な操作により電池を組み立てることができる。開口部をかしめる際、正極リード部１ａおよび負極リード部１ｂがキャップ部材４および電池容器５にそれぞれ圧接されることにより集電構造が形成され、この集電構造を形成するために溶接を行う必要はない。また、電池の軸方向に圧縮力を加えることにより、正極リード部１ａおよび負極リード部１ｂと外部との接続と、電池容器５内における電極体１の固定とを一つの工程で行うことができる。
【００２１】
なお、上記実施例では電池容器５をかしめにより固定したが、キャップ部材４を下方に押圧しつつ電池容器５をキャップ部材４に溶接して固定してもよい。また、上記実施例では正極集電部材２および負極集電部材３を巻芯１４に係止したが、正極集電部材２および負極集電部材３を巻芯１４にネジ止めする構成とすることもできる。さらに、上記実施例では電極体１から離れるに従って第一テーパ面２１、３１が外側に拡がる形状としたが、逆に電極体の内側に向けて拡がる形状の第一テーパ面としてもよい。
【００２２】
【発明の効果】
本発明の電池は、第一テーパ面と第二テーパ面との間に集電リード部が挟持された集電構造を備える。この集電構造の形成には溶接工程を必要としないので、製造効率がよく自動化も容易である。また、本発明の製造方法によると、電池容器内に各部材を順次挿入し、最後に電極容器と固定部材とを固定することにより、集電リードの挟持と電極体の固定とを一工程で行うことができる。
本発明の電池およびその製造方法は、巻回型電池および積層型電池のいずれにも適用することができる。巻回型電池に適用した場合には、本発明の集電構造を備えることによる効果がよく発揮されるため好ましい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電池を示す縦断面図である。
【図２】実施例の電池の製造方法において、電極体の形成工程を示す平面図である。
【図３】実施例の電池における集電部材を示す平面図である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ線断面図である。
【図５】実施例の電池の製造方法において、電極体の両側端面に集電部材を装着した段階を示す縦断面図である。
【図６】実施例の電池の製造方法において、電極体および集電部材を電池容器に収容した段階を示す縦断面図である。
【図７】実施例の電池の製造方法において、キャップ部材を配置した段階を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１：電極体、１ａ：正極リード部（集電リード部）、１ｂ：負極リード部（集電リード部）、１４：巻芯、１４３：段付面、２：正極集電部材（集電フランジ部材）、２１：第一テーパ面、３：負極集電部材（集電フランジ部材）、３１：第一テーパ面、４：キャップ部材（固定部材）、４１：第二テーパ面、５：電池容器（固定部材）、５１：第二テーパ面。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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