(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒体（１１）の開口部に蓋体（１２）を固定してなる電池缶（１）の内部に、巻き取り電極体（２）が収容され、蓋体（１２）には、蓋体（１２）に対して電気的絶縁と気密性を保って電極端子機構（４）が取り付けられ、巻き取り電極体（２）と電極端子機構（４）とが、複数本の集電タブ（３）により互いに接続されて、巻き取り電極体（２）が発生する電力を電極端子機構（４）から外部に取り出すことが可能な筒型二次電池において、電極端子機構（４）は、
蓋体（１２）に開設された中央孔（１８）を貫通して配置され、蓋体（１２）の外側へ突出するねじ軸部（５３）と、蓋体（１２）の内側に位置するフランジ部（５１）とを具えた端子部材（５）と、
蓋体（１２）から突出する端子部材（５）のねじ軸部（５３）に螺合するナット（８）と、端子部材（５）のフランジ部（５１）に係合して固定され、該フランジ部（５１）と対向する平板部（６３）を具えて、該平板部（６３）には中央孔（６１）が開設されているキャップ部材（６）
とを具え、巻き取り電極体（２）から引き出された複数本の集電タブ（３）の先端部は、キャップ部材（６）の中央孔（６１）から平板部（６３）の内面へ伸びて、該内面と端子部材（５）のフランジ部（５１）の間に挟持されていることを特徴とする筒型二次電池。
【請求項２】
キャップ部材（６）は、平板部（６３）の外周部に端子部材（５）側へ突出する筒部（６４）を具え、該筒部（６４）に対して端子部材（５）のフランジ部（５１）がねじ込まれて固定されている請求項１に記載の筒型二次電池。
【請求項３】
複数本の集電タブ（３）の先端部は、キャップ部材（６）の平板部（６３）の内面に、抵抗溶接若しくは超音波溶接によって仮り止めされている請求項１又は請求項２に記載の筒型二次電池。
【請求項４】
キャップ部材（６）は、アルミニウム、ニッケル、銅、若しくはこれらの中から選ばれた複数の金属の合金から形成されている請求項１乃至請求項３の何れかに記載の筒型二次電池。
【請求項５】
キャップ部材（６）の平板部（６３）の中央孔（６１）の開口面積は、平板部（６３）の外周縁で包囲された面積の８０％以下である請求項１乃至請求項４の何れかに記載の筒型二次電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、筒状の電池缶の内部に巻き取り電極体が収容されて、電池缶に取り付けられた電極端子機構から巻き取り電極体の発生電力を取り出すことが可能な筒型二次電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、携帯型電子機器、電気自動車等の電源として、エネルギー密度が高く、然もカドミウムや鉛の如き有害物質を含まないリチウム二次電池が注目されている。
例えば電気自動車に用いられる比較的大きな容量の円筒型リチウム二次電池は、図３に示す様に、筒体（１１）の開口部に蓋体（１２）を溶接固定してなる円筒状の電池缶（１）の内部に、巻き取り電極体（２）を収容して構成されている。蓋体（１２）には、電極端子機構（９）が取り付けられており、巻き取り電極体（２）と電極端子機構（９）とが複数本の集電タブ（３）により互いに接続されて、巻き取り電極体（２）が発生する電力を電極端子機構（９）から外部に取り出すことが可能となっている。又、蓋体（１２）にはバネ復帰式の安全弁（１３）が取り付けられている。
尚、筒体（１１）の他方の開口部に固定された蓋体（図示省略）にも同じ構成の電極端子機構が取り付けられて、両電極端子機構が正負一対を為している。
【０００３】
巻き取り電極体（２）は、リチウム複合酸化物を含む正極（２１）と炭素材料を含む負極（２３）の間に、非水電解液が含浸されたセパレータ（２２）を介在させて、これらを渦巻き状に巻回して構成されている。巻き取り電極体（２）の正極（２１）及び負極（２３）からは夫々複数本の集電タブ（３）が引き出され、極性が同じ複数本の集電タブ（３）の先端部（３１）が１つの電極端子機構（９）に接続されている。
尚、図３は、一部の集電タブの先端部が電極端子機構（９）に接続されている状態を示し、他の集電タブについては、電極端子機構（９）との接続部を図示省略している。
【０００４】
電極端子機構（９）は、電池缶（１）の蓋体（１２）を貫通して取り付けられたネジ部材（９１）を具え、該ネジ部材（９１）の基端部にはフランジ部（９２）が形成されている。蓋体（１２）の貫通孔には、例えばポリプロピレン製の絶縁パッキン（９３）が装着され、蓋体（１２）と締結部材（９１）の間の電気的絶縁性とシール性が保たれている。ネジ部材（９１）には、筒体（１１）の外側からワッシャ（９４）が嵌められると共に、第１ナット（９５）及び第２ナット（９６）が螺合している。第１ナット（９５）を締め付けて、ネジ部材（９１）のフランジ部（９２）とワッシャ（９４）によって絶縁パッキン（９３）を挟圧することにより、シール性を高めている。
前記複数本の集電タブ（３）の先端部（３１）は、ネジ部材（９１）のフランジ部（９２）の裏面に、スポット溶接或いは超音波溶接によって連結されている（特開平９−２９８０５５号参照）。
【０００５】
尚、複数本の集電タブ（３）の先端部を電極端子機構に連結する方法としては、電極端子機構のフランジ部に対向させて円板状の挟圧部材を設け、該フランジ部と挟圧部材の間に、集電タブ（３）の先端部を挟持する方法がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図３に示す従来の円筒型二次電池においては、電池の高出力化を図るために集電タブ（３）を厚く形成した場合、複数本の集電タブ（３）をネジ部材（９１）のフランジ部（９２）に溶接するときに、熱が周囲に逃げて、溶接部の温度が十分に上がらないので、溶接が困難である問題があった。又、スポット溶接や超音波溶接では、集電タブ（３）とフランジ部（９２）との間に十分な接触面積を得ることが出来ず、この結果、接触抵抗が大きくなって、ジュール熱による損失が発生する問題があった。
【０００７】
一方、集電タブ（３）の先端部をフランジ部と挟圧部材の間に挟持する方法では、ネジ部材（９１）を締め付けて集電タブ（３）の先端部を挟圧するときに、挟圧部材の伴回りを阻止することが必要であるが、複数本の集電タブ（３）が挟圧部材の周囲を包囲しているため、集電タブ（３）が邪魔になって、挟圧部材に回り止めを施す作業が困難である問題があった。
【０００８】
本発明の目的は、集電タブと電極端子機構との間に十分な接触面積を得ることが出来、然も、電極端子機構の組立が容易となる筒型二次電池を提供することである。
【０００９】
【課題を解決する為の手段】
本発明に係る筒型二次電池は、筒体（１１）の開口部に蓋体（１２）を固定してなる電池缶（１）の内部に、巻き取り電極体（２）が収容され、蓋体（１２）には、蓋体（１２）に対して電気的絶縁と気密性を保って電極端子機構（４）が取り付けられ、巻き取り電極体（２）と電極端子機構（４）とが、複数本の集電タブ（３）により互いに接続されている。
電極端子機構（４）は、
蓋体（１２）に開設された中央孔（１８）を貫通して配置され、蓋体（１２）の外側へ突出するねじ軸部（５３）と、蓋体（１２）の内側に位置するフランジ部（５１）とを具えた端子部材（５）と、
蓋体（１２）から突出する端子部材（５）のねじ軸部（５３）に螺合するナット（８）と、
端子部材（５）のフランジ部（５１）に係合して固定され、該フランジ部（５１）と対向する平板部（６３）を具えて、該平板部（６３）には中央孔（６１）が開設されているキャップ部材（６）
とを具え、巻き取り電極体（２）から引き出された複数本の集電タブ（３）の先端部は、キャップ部材（６）の中央孔（６１）から平板部（６３）の内面へ伸びて、該内面と端子部材（５）のフランジ部（５１）の間に挟持されている。
【００１０】
尚、キャップ部材（６）は、アルミニウム、ニッケル、銅、若しくはこれらの中から選ばれた複数の金属の合金から形成することが出来る。
【００１１】
上記本発明の筒型二次電池においては、端子部材（５）のねじ軸部（５３）に対してナット（８）を締め付けることによって、電極端子機構（４）が蓋体（１２）に固定される。又、端子部材（５）のフランジ部（５１）に対し、キャップ部材（６）を固定する際、フランジ部（５１）とキャップ部材（６）の平板部（６３）の間に、集電タブ（３）の先端部を挟み込んで挟圧することによって、集電タブ（３）が電極端子機構（４）に連結される。
ここで、各集電タブ（３）の先端部は、端子部材（５）のフランジ部（５１）とキャップ部材（６）の平板部（６３）の間に十分な接触面積で挟持されるので、接触抵抗は小さくなる。又、複数本の集電タブ（３）はそれぞれ、キャップ部材（６）の平板部（６３）の中央孔（６１）から平板部（６３）の内面（フランジ部（５１）との対向面）へ伸びているので、キャップ部材（６）の周囲が複数本の集電タブ（３）によって包囲されることはなく、キャップ部材（６）の外周面は露出する。従って、端子部材（５）のフランジ部（５１）をキャップ部材（６）に固定する作業において、キャップ部材（６）を周囲から挟持することが可能となり、作業が容易となる。
【００１２】
具体的には、キャップ部材（６）は、平板部（６３）の外周部に端子部材（５）側へ突出する筒部（６４）を具え、該筒部（６４）に対して端子部材（５）のフランジ部（５１）がねじ込まれて固定されている。
該具体的構成によれば、キャップ部材（６）の筒部（６４）に対して端子部材（５）のフランジ部（５１）をねじ込む際、ねじ込みトルクを調整することによって、集電タブ（３）の先端部を確実に挟持することが出来る。
【００１３】
又、具体的構成において、複数本の集電タブ（３）の先端部は、キャップ部材（６）の平板部（６３）の内面に、抵抗溶接若しくは超音波溶接によって仮り止めされる。
これによって、キャップ部材（６）に端子部材（５）のフランジ部（５１）を固定する作業が容易となる。
【００１４】
更に具体的には、キャップ部材（６）の平板部（６３）の中央孔（６１）の開口面積は、平板部（６３）の外周縁で包囲された面積の８０％以下である。
該具体的構成によれば、集電タブ（３）の先端部が十分な接触面積でキャップ部材（６）の平板部（６３）と端子部材（５）のフランジ部（５１）の間に挟持されて、接触抵抗が小さくなり、この結果、高い出力特性が得られる。
【００１５】
【発明の効果】
本発明に係る筒型二次電池によれば、集電タブと電極端子機構との間に十分な接触面積を得ることが出来るので、電池の内部抵抗が低減して、特に大電流を流したときの出力特性を改善することが出来る。然も、キャップ部材に端子部材のフランジ部を固定する作業においては、集電タブに邪魔されることなく、キャップ部材を周囲から挟持することが出来るので、電極端子機構の組立が容易となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を円筒型二次電池に実施した例につき、図面に沿って具体的に説明する。
本発明に係る円筒型二次電池は、図１に示す如く、筒体（１１）の両開口部にそれぞれ蓋体（１２）を溶接固定してなる円筒状のアルミニウム製電池缶（１）の内部に、巻き取り電極体（２）を収容して構成されている。
尚、電池缶（１）の外径は６５ｍｍ、長さは３００ｍｍであって、蓋体（１２）の厚さは３ｍｍに形成されている。又、電池容量は、７０Ａｈ（０．１２５Ｃ充電）である。
【００１７】
巻き取り電極体（２）は、正極集電体となるアルミニウム箔の表面にリチウム複合酸化物を含む正極層を形成してなる正極と、負極集電体となる銅箔の表面に炭素粉末を含む負極層を形成してなる負極との間に、非水電解液が含浸されたセパレータを介在させて、これらを渦巻き状に巻回したものであって、正極からは１４本のアルミニウム製の集電タブが引き出されている。又、負極からは１４本の銅製の集電タブが引き出されている。尚、正極側の集電タブは厚さ１００μｍに、負極側の集電タブは厚さ８０μｍに形成されている。
各蓋体（１２）には、電極端子機構（４）が取り付けられており、巻き取り電極体（２）と各電極端子機構（４）とがそれぞれ、前記１４本の集電タブ（３）により互いに接続されて、巻き取り電極体（２）が発生する電力を一対の電極端子機構（４）（４）から外部に取り出すことが可能となっている。
【００１８】
又、蓋体（１２）には、図２に示す如く、電極端子機構（４）が貫通すべき断面円形の中央孔（１８）が開設され、中央孔（１８）の両側には、組立時に電解液注入のために用いるねじ孔（１７）と、リング部材（１４ａ）及び弁膜（１４ｂ）からなる圧力開放型の安全弁（１４）を取り付けるための圧力逃し孔（１５）が開設されている。尚、電解液の注入後、ねじ孔（１７）にはねじ栓（１６）がねじ込まれる。又、安全弁（１４）は、蓋体（１２）の圧力逃し孔（１５）の開口縁にて溶接固定される。
【００１９】
正極側の電極端子機構（４）は、蓋体（１２）を貫通して取り付けられるアルミニウム製の端子部材（５）を具えている。端子部材（５）は、蓋体（１２）に開設された中央孔（１８）を貫通する円柱部（５２）と、円柱部（５２）に上向きに突設されたねじ軸部（５３）と、円柱部（５２）の下端部に形成されたフランジ部（５１）とから構成され、フランジ部（５１）の上面には、フッ素樹脂製のＯリング（７２）が嵌まるリング溝（５４）が凹設されている。又、フランジ部（５１）の外周面には、外ねじ（５５）が形成されている。
【００２０】
端子部材（５）のフランジ部（５１）には、アルミニウム製のキャップ部材（６）が螺合している。キャップ部材（６）は、中央孔（６１）が開設された平板部（６３）の外周部に筒部（６４）を上向きに突設したもので、筒部（６４）の内周面に、前記端子部材（５）の外ねじ（５５）が螺合する内ねじ（６２）が形成されている。
尚、キャップ部材（６）の中央孔（６１）の内径Ａは２０ｍｍ、筒部（６４）の外径Ｂは４０ｍｍである。
【００２１】
又、電極端子機構（４）は、蓋体（１２）と端子部材（５）のフランジ部（５１）との間に介在する第１パッキン部材（７）を具えている。第１パッキン部材（７）は、ポリプロピレン、ポリエチレン、テフロン、若しくはフッ素樹脂を用いて一体成型され、蓋体（１２）と端子部材（５）のフランジ部（５１）によって挟圧される円板部（７４）と、該円板部（７４）の上面に上向きに突設された円筒部（７５）とから構成され、中央孔（７７）を有している。第１パッキン部材（７）の円筒部（７５）は、蓋体（１２）の中央孔（１８）を貫通して、筒体（１１）の上面から僅かに突出する。
【００２２】
更に、第１パッキン部材（７）の蓋体（１２）との対向面には、フッ素樹脂製のＯリング（７３）が嵌まるリング溝（７６）が凹設されている。
尚、第１パッキン部材（７）の端子部材（５）との対向面や、蓋体（１２）の内面にも、それぞれ前記Ｏリング（７２）（７３）が嵌まるリング溝（図示省略）が凹設されている。
【００２３】
蓋体（１２）の上面に突出した第１パッキン部材（７）の円筒部（７５）には、テフロン製のリング状第２パッキン部材（７１）が係合する。
更に、蓋体（１２）の中央孔（１８）から突出する端子部材（５）のねじ軸部（５３）には、アルミニウム製のワッシャ（８１）が嵌められ、更にその上部に、アルミニウム製のナット（８）が螺合され、締め付けられる。
負極側の電極端子機構（４）も、端子部材（５）及びキャップ部材（６）をニッケル製とする以外は同様の構成を有している。
【００２４】
上記円筒型リチウム二次電池の組立工程においては、電池缶（１）を構成すべき蓋体（１２）に電極端子機構（４）を取り付ける一方、筒体（１１）の内部に巻き取り電極体（２）を装入した状態で、巻き取り電極体（２）から伸びる複数本の集電タブ（３）の先端部をキャップ部材（６）の中央孔（６１）から平板部（６３）の内面（端子部材（５）との対向面）へ導いて、該先端部を平板部（６３）の内面に３点でスポット溶接して仮止めする。
次に、キャップ部材（６）に対して、端子部材（５）のフランジ部（５１）をねじ込み、集電タブ（３）の先端部を、端子部材（５）のフランジ部（５１）とキャップ部材（６）の平板部（６３）の間に挟持する。尚、ねじ込みは、５０Ｋｇｆ・ｃｍのトルクで行なうことが出来る。
その後、蓋体（１２）を筒体（１１）の開口部に被せて、両者を互いに溶接固定する。そして、蓋体（１２）のねじ孔（１７）から電池缶（１）内に電解液を注入した後、ねじ孔（１７）にねじ栓（１６）をねじ込み、更にナット（８）を増し締めして、組立を完了する。
これによって、図１に示す円筒型二次電池が完成する。
【００２５】
上記円筒型二次電池においては、第１パッキン部材（７）によって、電池缶（１）の蓋体（１２）と端子部材（５）との間の電気的絶縁性が保たれると共に、第２パッキン部材（７１）によって、蓋体（１２）とワッシャ（８１）の間の電気的絶縁性が保たれる。又、Ｏリング（７２）（７３）によって、電池缶（１）の蓋体（１２）と端子部材（５）の間の気密性が保たれる。
【００２６】
上記円筒型二次電池においては、各集電タブ（３）の先端部が、端子部材（５）のフランジ部（５１）とキャップ部材（６）の平板部（６３）の間に十分な接触面積で挟持されるので、接触抵抗は小さくなる。この結果、従来よりも大きな電池出力が得られる。
又、複数本の集電タブ（３）はそれぞれ、キャップ部材（６）の平板部（６３）の中央孔（６１）から平板部（６３）の内面（フランジ部（５１）との対向面）へ伸びているので、キャップ部材（６）の周囲が複数本の集電タブ（３）によって包囲されることはなく、キャップ部材（６）の外周面は露出する。従って、端子部材（５）をキャップ部材（６）にねじ込む作業において、キャップ部材（６）を周囲から挟持することが可能となり、電極端子機構（４）の取り付け作業が容易となる。
【００２７】
上記本発明の円筒型二次電池の性能を従来の円筒型二次電池と比較するべく、本発明電池Ａを作製すると共に、図３に示す従来例電池Ｂを作製した。該従来例電池の電池缶の外径は６５ｍｍ、長さは３００ｍｍである。
従来例電池の巻き取り電極体（２）は本発明電池Ａと同一構成であって、巻き取り電極体から引き出された１４本の厚さ５０μｍのアルミニウム製集電タブ（３）をアルミニウム製のフランジ部（９２）の裏面に５点でスポット溶接した。又、巻き取り電極体から引き出された１４本の厚さ４０μｍの銅製集電タブ（３）をニッケル製のフランジ部（９２）の裏面に５点でスポット溶接した。
【００２８】
そして、本発明電池Ａと従来例電池Ｂについて、下記に示す条件で充放電サイクルを１０回繰り返した。
充放電サイクル条件
充電    ：（充電レート）０．１２５Ｃ  （終止電圧）４．１Ｖ
放電    ：（放電レート）０．５Ｃ      （終止電圧）２．７Ｖ
定格容量：７０Ａｈ
【００２９】
その後、本発明電池Ａと従来例電池Ｂについて、０．１２５Ｃで４．１Ｖまで充電を行なった後、０．５Ｃで放電深度５０％まで放電を行ない、続いて、以下の条件で出力特性試験を行なった。尚、出力値は３Ｃのときの値を用いた。
出力特性試験条件
放電レート：０．５Ｃ、１Ｃ、２Ｃ、３Ｃ
放電時間  ：１０秒
【００３０】
出力特性試験の結果を表１に示す。
【００３１】
【表１】
0003588265.tif 000002
【００３２】
表１から明らかな様に、本発明電池Ａは従来例電池Ｂに比べて高い出力特性値を示している。これは、本発明電池の集電タブと端子部材との間の接触抵抗が従来例電池よりも小さくなったためであると考えられる。
【００３３】
次に、上記本発明電池に装備した巻き取り電極体と同一の巻き取り電極体を用いて、キャップ部材（６）の中央孔（６１）の大きさが異なる５種類の本発明電池を作製した。即ち、キャップ部材（６）の平板部（６３）の外周縁で包囲された円形の面積に対する中央孔（６１）の開口面積の比（開口面積比）を、６％、２５％、６０％、８０％、９０％に変化させた。
これらの電池に対し、上記と同じ条件で出力特性試験を行なった。その結果を表２に示す。
【００３４】
【表２】
0003588265.tif 000003
【００３５】
表２から明らかな様に、開口面積比が８０％を越えると、出力が大きく低下している。これは、キャップ部材（６）の中央孔（６１）の開口が大きいために、集電タブの先端部とキャップ部材の間に十分な接触面積を確保することが出来ず、電池の内部抵抗が大きくなったためであると考えられる。
従って、電池の内部抵抗を低減させて高い出力特性を得るためには、開口面積比を８０％以下に抑えることが好ましい。
【００３６】
尚、本発明の各部構成は上記実施の形態に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。例えば、キャップ部材（６）の筒部（６４）の外周面は円筒面に限らず、多角筒面に形成することも可能であり、これによってキャップ部材（６）の回り止めが更に容易となる。
又、集電タブ（３）の先端部をキャップ部材（６）の平板部（６３）に溶接等によって仮止めする構成は、必ずしも必要ではない。更に、キャップ部材（６）をフランジ部（５１）に固定する構造は、ネジ止め固定に限らず、溶接固定等、種々の固定構造を採用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る円筒型二次電池の要部を示す断面図である。
【図２】該円筒型二次電池に装備される電極端子機構の分解斜視図である。
【図３】従来の円筒型二次電池の要部を示す断面図である。
【符号の説明】
（１）  電池缶
（１１）  筒体
（１２）  蓋体
（２）  巻き取り電極体
（３）  集電タブ
（４）  電極端子機構
（５）  端子部材
（５１）  フランジ部
（５２）  円柱部
（５３）  ねじ軸部
（５５）  外ねじ
（６）  キャップ部材
（６１）  中央孔
（６２）  内ねじ
（６３）  平板部
（６４）  筒部
（７）  第１パッキン部材
（７１）  第２パッキン部材
（８１）  ワッシャ
（８）  ナット
【図１】
0003588265.tif 000004
【図２】
0003588265.tif 000005
【図３】
0003588265.tif 000006