(57)【要約】【課題】  封口板の電気抵抗を低減させることが出来る非水電解液二次電池を提供する。【解決手段】  本発明に係る非水電解液二次電池は、有底筒体11の開口部に封口板２をかしめ固定してなる電池缶１の内部に、非水電解液が含浸された電極体４を収容して構成され、封口板２は、ニッケル製の第１金属板21とアルミニウム製の第２金属板22の間にアルミニウムの金属層23を介在させて、両金属板21、22を互いに溶接固定した３層構造を有している。封口板２が有底筒体11の開口部にかしめ固定された状態において、第１金属板21は電池缶１の外側に面し、第２金属板22は電池缶１の内側に面している。金属層23は、第１金属板21の第２金属板22との対向面に、アルミニウムを蒸着して形成されている。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有底筒体(11)の開口部に封口板(２)を固定してなる電池缶(１)の内部に、非水電解液を含浸した電極体(４)が収容され、電池缶(１)に設けた一対の電極端子部から電極体(４)の発生電力を取り出すことが出来る非水電解液二次電池において、前記封口板(２)は、第１金属板(21)と第２金属板(22)の間に金属層(23)を介在させて両金属板(21)(22)を互いに溶接固定した積層構造を有し、第１金属板(21)は電池缶(１)の外部に面する一方、第２金属板(22)は電池缶(１)の内部に面し、第１金属板(21)は第２金属板(22)よりも強度の高い金属によって形成され、第２金属板(22)は第１金属板(21)よりも前記非水電解液に対する耐腐食性の高い金属によって形成され、前記金属層(23)は、何れか一方の金属板の他方の金属板との対向面に、該他方の金属板と同材質の金属を薄膜形成方法により成膜して形成されていることを特徴とする非水電解液二次電池。
【請求項２】
前記封口板(２)は、前記第１金属板(21)と第２金属板(22)とを互いにレーザ溶接或いは超音波溶接して構成される請求項１に記載の非水電解液二次電池。
【請求項３】
前記封口板(２)の厚さが１ｍｍ以上である請求項１又は請求項２に記載の非水電解液二次電池。
【請求項４】
前記第１金属板(21)には中央孔(26)が開設され、第２金属板(22)には、前記第１金属板(21)の中央孔(26)と対向する領域に、内圧が所定値を超えたときに解放すべき弁膜(24)が形成されている請求項１乃至請求項３の何れかに記載の非水電解液二次電池。
【請求項５】
封口板(２)の第１金属板(21)はステンレス鋼、ニッケル、又は鉄の芯体にニッケル鍍金を施した材料から形成され、第２金属板(22)は、アルミニウム又はアルミニウム合金から形成され、金属層(23)はアルミニウム又はニッケルから形成されている請求項１乃至請求項４の何れかに記載の非水電解液二次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有底筒体の開口部に封口板を固定してなる電池缶の内部に、発電要素となる電極体を収容して構成される非水電解液二次電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
円筒型リチウムイオン二次電池は、図５に示す如く、円筒状の電池缶(１)の内部に巻き取り電極体(４)を収容して構成される。電池缶(１)は、負極となる有底筒体(11)の開口部に絶縁部材(13)を介して封口板(６)をかしめ固定してなり、封口板(６)には、正極端子(25)が取り付けられている(特許文献１及び特許文献２参照)。
【０００３】
図５及び図６に示す如く、封口板(６)は、ニッケル板(61)とアルミニウム板(62)とが互いに接合された２層構造を有し、該封口板(６)が有底筒体(11)の開口部にかしめ固定された状態で、ニッケル板(61)は電池缶(１)の外部に面し、アルミニウム板(62)は電池缶(１)の内部に面している。
更に、ニッケル板(61)には中央孔(26)が開設され、アルミニウム板(62)には、ニッケル板(61)の中央孔(26)と対向する領域に、内圧が所定値を超えたときに開放すべき弁膜(63)が形成されている。
尚、封口板(６)は、ニッケル板(61)とアルミニウム板(62)とを互いに重ね合わせてかしめ固定することにより構成される。又、封口板(６)は、電池の内圧に耐え得る厚さに形成されており、例えば、直径が３０ｍｍ以上の大型電池の場合、封口板(６)は、１〜２ｍｍ以上の厚さに形成されることになる。
【特許文献１】特開２０００−９０８９２号公報  [H01M 2/04]
【特許文献２】特開２００３−１８７７７３号公報  [H01M 2/12]
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、円筒型リチウムイオン二次電池において、高レートの充放電を行なうためには、電気抵抗の小さな封口板が必要となる。
しかしながら、従来の封口板(６)は、ニッケル板(61)とアルミニウム板(62)とがかしめ固定により接合されているに過ぎないため、ニッケル板(61)とアルミニウム板(62)との間の接触抵抗が大きく、これによって封口板(６)の電気抵抗は大きなものとなる。この結果、電池の内部抵抗が増大し、高レートの充放電を行うことが出来ない問題があった。
【０００５】
この問題を解決する方法として、ニッケル板(61)とアルミニウム板(62)とをクラッド接合する方法がある。この方法によれば、ニッケル板(61)とアルミニウム板(62)との接合面積が大きくなるので、封口板の電気抵抗は小さくなる。しかしながら、ニッケル板(61)及び／又はアルミニウム板(62)の厚さが大きくなると、両者をクラッド接合することが困難となるので、１〜２ｍｍ以上の厚さが必要とされる大型電池用の封口板をクラッド接合により作製することは困難であった。
【０００６】
又、封口板(６)の別の構造として、ニッケル板(61)とアルミニウム板(62)とをレーザ溶接して接合した構造が知られている。この構造によれば、ニッケル板(61)及び／又はアルミニウム板(62)の厚さを大きくすることにより、上述の如き大型電池用の封口板を作製することが出来る。しかしながら、ニッケル板(61)とアルミニウム板(62)とをレーザ溶接して作製した封口板は、アルミニウムとニッケルの間の溶接性が悪いため、ニッケル板(61)とアルミニウム板(62)とが小なる接合面積で互いに溶接されているに過ぎない。従って、封口板(６)の電気抵抗は、ニッケル板(61)とアルミニウム板(62)をクラッド接合して作製した封口板の電気抵抗に比べて大きなものとなる。この結果、電池の内部抵抗が増大し、高レートでの充放電を行なうことが出来ない問題があった。
【０００７】
そこで本発明の目的は、封口板の電気抵抗を低減させることが出来る非水電解液二次電池を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る非水電解液二次電池は、有底筒体(11)の開口部に封口板(２)を固定してなる電池缶(１)の内部に、非水電解液を含浸した電極体(４)が収容され、電池缶(１)に設けた一対の電極端子部から電極体(４)の発生電力を取り出すことが出来る。前記封口板(２)は、第１金属板(21)と第２金属板(22)の間に金属層(23)を介在させて両金属板(21)(22)を互いに溶接固定した積層構造を有し、第１金属板(21)は電池缶(１)の外部に面する一方、第２金属板(22)は電池缶(１)の内部に面している。
第１金属板(21)は第２金属板(22)よりも強度の高い金属によって形成され、第２金属板(22)は第１金属板(21)よりも前記非水電解液に対する耐腐食性の高い金属によって形成され、前記金属層(23)は、何れか一方の金属板の他方の金属板との対向面に、該他方の金属板と同材質の金属を薄膜形成方法により成膜して形成されている。
具体的には、前記封口板(２)は、前記第１金属板(21)と第２金属板(22)とを互いにレーザ溶接或いは超音波溶接して構成される。
【０００９】
上記本発明の非水電解液二次電池において、金属層(23)は、第１金属板(21)と第２金属板(22)の内、何れか一方の金属板の表面に薄膜形成方法により形成されることにより、該一方の金属板の表面全体に強固に結合している。又、金属層(23)は、前記一方の金属板に溶接されるべき他方の金属板と同材質の金属から構成されているので、前記他方の金属板と金属層(23)は、同一の材質面どうしで接触することになる。これによって、第１金属板(21)と第２金属板(22)の間の溶接性が従来よりも向上し、第１金属板(21)と第２金属板(22)は、金属層(23)を介して大きな接合面積で互いに溶接されることになる。この結果、封口板(２)の電気抵抗は小さなものとなる。
尚、金属層(23)は真空蒸着法、ＣＶＤ法、スパッタリング法等の周知の薄膜形成方法により形成することが可能である。
【００１０】
又、具体的には、前記封口板(２)の厚さは１ｍｍ以上である。
従来、第１金属板(21)と第２金属板(22)とを溶接により接合して構成した封口板の電気抵抗は、第１金属板(21)と第２金属板(22)とをクラッド接合して構成した封口板の電気抵抗よりも大きく、電池の低抵抗化を阻害していた。しかしながら、上記本発明の非水電解液二次電池によれば、第１金属板(21)と第２金属板(22)は、金属層(23)を介して互いに大きな接合面積で溶接されているので、封口板(２)の電気抵抗は、第１金属板(21)と第２金属板(22)とをクラッド接合して構成した封口板の電気抵抗と略同等となる。更に、クラッド接合により作製することが困難であった厚さが１〜２ｍｍ以上の大型電池用の封口板を作製することが可能であり、これによって封口板の高耐圧化を図ることが出来る。
【００１１】
具体的構成において、前記第１金属板(21)には中央孔(26)が開設され、第２金属板(22)には、前記第１金属板(21)の中央孔(26)と対向する領域に、内圧が所定値を超えたときに解放すべき弁膜(24)が形成されている。
【００１２】
封口板(２)を構成する第２金属板(22)の中央部に形成された弁膜(24)は、第２金属板(22)の他の領域よりも薄肉に形成されているため、従来は、第１金属板(21)と第２金属板(22)との溶接時に発生する熱によって、弁膜(24)に大きな歪みが生じることがあった。しかしながら、上記本発明の非水電解液二次電池によれば、
一方の金属板に形成された金属層(23)と他方の金属板は、同一の材質面どうしで接触することになるので、第１金属板(21)と第２金属板(22)の間の溶接性が従来よりも向上し、これによって、第１金属板(21)と第２金属板(22)とを小さなエネルギーで溶接することが出来る。従って、弁膜(24)を形成した第２金属板(22)と第１金属板(21)とを金属層(23)を介して溶接したときに、前記弁膜(24)に大きな歪みが生じることはない。
【００１３】
尚、封口板(２)の第１金属板(21)はステンレス鋼、ニッケル、又は鉄の芯体にニッケル鍍金を施した材料から形成され、第２金属板(22)は、アルミニウム又はアルミニウム合金から形成され、金属層(23)はアルミニウム又はニッケルから形成されている。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の非水電解液二次電池によれば、封口板の電気抵抗を低減させることが出来、これによって高レートでの充放電が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明を円筒型リチウムイオン二次電池に実施した形態につき、図面に沿って具体的に説明する。
本発明に係る円筒型リチウムイオン二次電池は、図１に示す如く、円筒形の電池缶(１)の内部に巻き取り電極体(４)を収容してなり、電池缶(１)は、有底筒体(11)の開口部にリング状の絶縁部材(13)を介して封口板(２)をかしめ固定して構成される。
尚、電池缶(１)の外径は３５ｍｍ、長さは１００ｍｍである。
【００１６】
図１及び図２に示す如く、封口板(２)は、ニッケル製の第１金属板(21)とアルミニウム製の第２金属板(22)との間にアルミニウムからなる金属層(23)を介在させて、両金属板(21)(22)を互いにレーザ溶接した３層構造を有し、第１金属板(21)及び第２金属板(22)は円板状を呈している。
金属層(23)は、第１金属板(21)の片面にアルミニウムを蒸着により成膜して形成され、第１金属板(21)の表面全体に強固に結合している。
【００１７】
封口板(２)が有底筒体(11)の開口部にかしめ固定された状態で、第１金属板(21)は電池缶(１)の外部に面し、第２金属板(22)は電池缶(１)の内部に面している。又、第１金属板(21)の表面には、正極端子(25)が取り付けられている。
第１金属板(21)には円形の中央孔(26)が開設され、第２金属板(22)には、第１金属板(21)の中央孔(26)と対向する領域に、内圧が所定値(０.９８〜１.１８ＭＰａ)を超えたときに開放すべき弁膜(24)が、第２金属板(22)の中央部を圧延して薄膜状に形成されている。
【００１８】
巻き取り電極体(４)は、図３に示す如く、厚さ１５μｍのアルミニウム箔からなる芯体(45)の表面にコバルト酸リチウムからなる正極活物質(44)を塗布してなる正極(41)と、厚さ１０μｍの銅箔からなる芯体(47)の表面に炭素材料を含む負極活物質(46)を塗布してなる負極(43)と、非水電解液が含浸されたイオン透過性のポリプロピレン製微多孔膜からなるセパレータ(42)とから構成され、正極(41)及び負極(43)はそれぞれセパレータ(42)上に幅方向にずらして重ね合わされ、渦巻き状に巻き取られている。これによって、巻き取り電極体(４)の巻き軸方向の両端部の内、一方の端部では、セパレータ(42)の端縁よりも外方へ正極(41)の芯体(45)の端縁(48)が突出すると共に、他方の端部では、セパレータ(42)の端縁よりも外方へ負極(43)の芯体(47)の端縁(48)が突出している。
【００１９】
そして、巻き取り電極体(４)の正極(41)側の端縁(48)には、リード部(53)を具えた正極集電板(51)がレーザ溶接され、巻き取り電極体(４)の負極(43)側の端縁(48)には、負極集電板(52)がレーザ溶接される。
【００２０】
図１の如く、正極集電板(51)のリード部(53)の先端は、封口板(２)を構成する第２金属板(22)の裏面に溶接されている。又、負極集電板(図示省略)は、有底筒体(11)の底面に溶接されている。
これによって、正極端子(25)及び有底筒体(11)の裏面から巻き取り電極体(４)の発生電力を取り出すことが出来る。
【００２１】
封口板(２)を作製する際には、図４(ａ)に示す如く、第１金属板(21)の片面に金属層(23)を形成した後、図４(ｂ)の如く、第１金属板(21)と第２金属板(22)とを金属層(23)を挟んで互いに重ね合わせる。この状態で、第２金属板(22)側から第１金属板(21)の中央孔(26)を包囲する円周に沿ってレーザ光を照射して、第１金属板(21)と第２金属板(22)とを金属層(23)を介して互いにレーザ溶接する。
尚、第１金属板(21)及び第２金属板(22)の直径ｄは３３ｍｍである。又、第１金属板(21)の厚さｔ１は１ｍｍ、第２金属板(22)の厚さｔ３は０.５ｍｍ、金属層(23)の厚さｔ２は１００μｍである。
【００２２】
封口板(２)は、超音波溶接によって作製することも可能である。この場合には、第１金属板(21)と第２金属板(22)とを金属層(23)を挟んで互いに重ね合わせ、該金属層(23)と第２金属板(22)とを密着させた状態で、第２金属板(22)側から第１金属板(21)の中央孔(26)を包囲する円周に沿って超音波を加え、第１金属板(21)と第２金属板(22)とを金属層(23)を介して互いに超音波溶接する。
【００２３】
上述の如く、第２金属板(22)と金属層(23)は、同一の材質面どうしで接触するので、第１金属板(21)と第２金属板(22)の間の溶接性が従来よりも向上する。これによって、第１金属板(21)と第２金属板(22)は、金属層(23)を介して大きな接合面積で互いに溶接されることになる。この結果、封口板(２)の電気抵抗は小さなものとなる。
【００２４】
又、上述の如く溶接性が向上したことにより、従来に比べて小さなエネルギーで第１金属板(21)と第２金属板(22)とを溶接することが出来る。従って、第１金属板(21)と第２金属板(22)とを金属層(23)を介して溶接したときに、第２金属板(22)の中央部に形成された薄膜状の弁膜(24)に大きな歪みが生じることはない。
【００２５】
上記本発明の非水電解液二次電池によれば、第１金属板(21)と第２金属板(22)は、金属層(23)を介して大きな接合面積で溶接されるので、封口板(２)の電気抵抗は、第１金属板(21)と第２金属板(22)とをクラッド接合して構成した封口板の電気抵抗と略同等となる。更に、クラッド接合により作製することが困難であった厚さ１〜２ｍｍ以上の封口板を作製することも出来、これによって封口板の高耐圧化を図ることが出来る。
【００２６】
本発明の効果を確認するべく、後述する方法で２種類の円筒型リチウムイオン二次電池(実施例及び比較例)を作製し、両電池の抵抗値を比較した。
実施例
図３に示す如く、２枚の芯体(45)(47)にそれぞれ正極及び負極活物質(44)(46)を塗布して作製した正極(41)及び負極(43)を、セパレータ(42)を間に挟んで重ね合わせ、これらを渦巻き状に巻回して巻き取り電極体(４)を作製した。
図４(ｂ)に示す３層構造の封口板(２)の作製においては、先ず、中央孔(26)を開設した厚さ１ｍｍのニッケル板(21)の片面にアルミニウムを蒸着して、厚さ１００μｍの金属層(23)を形成した。そして、金属層(23)を形成したニッケル板(21)の片面に、弁膜(63)が形成された厚さ０.５ｍｍのアルミニウム板(22)を重ね合わせ、金属層(23)を介してアルミニウム板(22)とニッケル板(21)とを互いにレーザ溶接して、封口板(２)を作製した。
【００２７】
図３に示す如く、巻き取り電極体(４)の正極側の端縁(48)には、アルミニウム製の正極集電板(51)をレーザ溶接し、巻き取り電極体(４)の負極側の端縁(48)には、ニッケル製の負極集電板(52)をレーザ溶接した。そして、図１に示す如く、正極集電板(51)及び負極集電板(52)が溶接された巻き取り電極体(４)を有底筒体(11)内に収容して、負極集電板(52)を有底筒体(11)の底面に抵抗溶接し、正極集電板(51)のリード部(53)を封口板(２)の裏面に抵抗溶接した。
更に、有底筒体(11)の開口部から有底筒体(11)内に電解液を注入した後、図１に示す如く、有底筒体(11)の開口部に絶縁部材(13)を介して封口板(２)をかしめ固定して、実施例の円筒型リチウムイオン二次電池を作製した。
【００２８】
比較例
図５に示す如く、中央孔(26)を開設した厚さ１ｍｍのニッケル板(61)と、弁膜(63)が形成された厚さ０.５ｍｍのアルミニウム板(62)とを重ねた状態で、アルミニウム板(62)とニッケル板(61)とをレーザ溶接して２層構造の封口板(６)を作製したこと以外は実施例と同様にして、比較例の円筒型リチウムイオン二次電池を作製した。
【００２９】
電池の抵抗測定
実施例及び比較例における周波数１ｋＨｚでの電池の抵抗値を測定した。
抵抗測定の結果を下記表１に示す。
【００３０】
【表１】
2006164714.tif 000003
【００３１】
測定結果から明らかなように、実施例のリチウムイオン二次電池は、比較例のリチウムイオン二次電池よりも抵抗値が低く、充放電性能が向上したことが分かる。
これは、ニッケル板の片面にアルミニウムを蒸着して作製した３層構造の封口板の方が、アルミニウムを蒸着せずに作製した２層構造の封口板に比べて、ニッケル板とアルミニウム板との接合面積が大きく、これによって低抵抗になったものである。
従って、本発明の非水電解液二次電池によれば、電池の低抵抗化を図ることが出来、これによって高い充放電性能が得られる。
【００３２】
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。例えば本実施例においては、ニッケル製の第１金属板(21)の第２金属板(22)との対向面に、アルミニウム製の金属層(23)を蒸着したが、これに代えて、アルミニウム製の第２金属板(22)の第１金属板(21)との対向面にニッケル蒸着層を形成した構成を採用することも可能である。
又、金属層(23)は蒸着により形成したが、例えばスパッタリング法等の他の周知の薄膜形成方法により形成してもよい。
更に、第１金属板(21)はニッケル製、第２金属板(22)はアルミニウム製としたが、第１金属板(21)をステンレス鋼、又は鉄の芯体にニッケル鍍金を施した材料から形成してもよく、第２金属板(22)は、アルミニウム合金から形成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の円筒型リチウムイオン二次電池の断面図である。
【図２】図１の要部を示す拡大断面図である。
【図３】巻き取り電極体の一部展開斜視図である。
【図４】封口板の構成を示す断面図である。
【図５】従来の円筒型リチウムイオン二次電池の断面図である。
【図６】図５の要部を示す拡大断面図である。
【符号の説明】
【００３４】
(１)  電池缶
(11)  有底筒体
(２)  封口板
(21)  第１金属板
(22)  第２金属板
(23)  金属層
(24)  弁膜
(26)  中央孔
(４)  巻き取り電極体
(51)  正極集電板
(52)  負極集電板
【図１】
2006164714.tif 000004
【図２】
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【図３】
2006164714.tif 000006
【図４】
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【図５】
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【図６】
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