(57)【要約】【課題】複雑な工程を必要とせずに優れた耐久性を有して高出力を得ることができる非水電解液二次電池を提供する。【解決手段】セパレータ２５，２６を介して、正極集電体１９に正極材料２０を塗布させた正極２１と、負極集電体２２に負極材料２３を塗布させた負極２４と、を対向させて積層・巻回した巻回電極体１１を、電解液とともに電池缶容器１３，１５に収容した非水電解液二次電池１０であって、巻回電極体１１の正極集電体１９及び負極集電体２２の少なくとも一方の露出端部に集電板１２を設け、集電板１２の一部を正極集電体１９及び負極集電体２２の少なくとも一方の径方向に貫通させて電気的に接続させた非水電解液二次電池１０。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セパレータを介して、正極集電体に正極材料を塗布してなる正極と、負極集電体に負極材料を塗布してなる負極と、を対向させて積層・巻回した巻回電極体を、電解液とともに電池缶容器に収容した非水電解液二次電池であって、
前記巻回電極体の前記正極集電体及び前記負極集電体の少なくとも一方の露出端部に集電板を設け、該集電板の一部を該正極集電体及び該負極集電体の少なくとも一方の径方向に押圧貫通させて電気的に接続させたことを特徴とする非水電解液二次電池。
【請求項２】
前記集電板は、前記巻回電極体の外径に略同一の本体と、前記正極集電体及び前記負極集電体の少なくとも一方に貫通される突部と、を備えていることを特徴とする請求項１に記載した非水電解液二次電池。
【請求項３】
前記集電板の前記本体に、電解液挿通孔が形成されていることを特徴とする請求項２に記載した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、非水電解液二次電池に関し、更に詳しくは、セパレータを介して帯状の正極及び負極を多数回巻回させた巻回電極体を電池缶容器に収容した非水電解液二次電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、ノートパソコンやカムコーダー等に適用されるリチウムイオン二次電池等の非水電解液二次電池は、電極体と正極端子及び負極端子との間をリード部によって電気的に接続するリード方式が採用されている。しかし、電動工具等の高出力を要求される機器用としては、リード部を用いないタブレス構造が採用されている。
【０００３】
非水電解液二次電池の一例として、図６に示すように、正極７１の正極集電体７２の端部に正極材料が塗布されていない部分を設けて正極端子７３に圧着させ、負極７４の負極集電体７５の端部に負極材料が塗布されていない部分を設けて負極端子７６に圧着させた非水電解液二次電池７０が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
このような非水電解液二次電池７０では、正極集電体７２及び負極集電体７５の一部が正極端子７３及び負極端子７６に圧着によって接触しているだけなので、この非水電解液二次電池７０を適用した機器が発生する振動や衝撃に対して電気的接続が不安定であり、所望の出力を得られ難い。
【０００５】
そこで、非水電解液二次電池７０の問題点を解決するための、非水電解液二次電池の他の一例として、図７に示すように、巻回した極板群８１の端面に正極集電体８２と負極集電体８３とをそれぞれ突出させ、両集電体８２，８３を押圧して平坦部８４，８５を形成し、それら平坦部８４，８５を集電板８６，８７に接合した非水電解液二次電池８０が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−２１９５３号公報
【特許文献２】特開２０００−２９４２２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献２に開示された従来の非水電解液二次電池８０では、両集電体８２，８３が両集電板８６，８７にレーザー等で溶接されているので、振動や衝撃に対しての特性は優れるものの、ニッケル水素二次電池などと異なり、リチウムイオン二次電池の場合、電極の集電体が、通常、１０〜３０μｍ程度で非常に薄いために、この極端に薄い集電体にレーザー等を照射させて集電板に接合しようとすると、穴あきやピンホールを生じやすいので、製造面での歩留まりが悪化するという問題点がある。
【０００８】
本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、複雑な工程を必要とせずに優れた耐久性を有して高出力を得ることができる非水電解液二次電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するため、本発明に係る非水電解液二次電池は、セパレータを介して、正極集電体に正極材料を塗布してなる正極と、負極集電体に負極材料を塗布してなる負極と、を対向させて積層・巻回した巻回電極体を、電解液とともに電池缶容器に収容した非水電解液二次電池であって、前記巻回電極体の前記正極集電体及び前記負極集電体の少なくとも一方の露出端部に集電板を設け、該集電板の一部を該正極集電体及び該負極集電体の少なくとも一方の径方向に押圧貫通させて電気的に接続させたことを特徴としている。
【００１０】
上記構成の非水電解液二次電池によれば、正極集電体及び負極集電体の少なくとも一方の露出端部に設けられた集電板の一部が正極集電体及び該負極集電体の少なくとも一方の径方向に押圧貫通されて電気的に接続される。これにより、従来のものと比べて、レーザー等を用いて溶接する必要がなくなり、集電板の電気的な接続をする一部を正極集電体及び負極集電体の少なくとも一方に機械的に貫通接触させるだけなので、複雑な工程を必要としないで製造することができる。また、集電板の一部が正極集電体及び負極集電体の少なくとも一方の径方向に貫通支持されるために、適用された機器が発生する振動や衝撃に対して電気的接続が不安定になることがないので、優れた耐久性を発揮することができるとともに高出力を得ることができる。
【００１１】
また、上記記載の前記集電板は、前記巻回電極体の外径に略同一の本体と、前記正極集電体及び前記負極集電体の少なくとも一方に貫通される突部と、を備えていることを特徴としている。
【００１２】
上記構成の非水電解液二次電池によれば、本体と突部とを備えた集電板は、プレス加工等の機械加工を用いて作成されるために、複雑な治具等を用いることなく、既存の設備を援用することで、設備投資の上昇を回避することができる。
【００１３】
また、上記記載の前記集電板の前記本体に、電解液挿通孔が形成されていることを特徴としている。
【００１４】
上記構成の非水電解液二次電池によれば、電解液を注液する際に、電解液挿通孔を通じて電解液が流れることで、注液時間を短縮できるので、生産性の向上を図ることができる。さらに、電解液を電池缶内の隅々まで行渡らせることができるので、品質向上を図ることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の非水電解液二次電池によれば、複雑な工程を必要としないで製造することができ、適用された機器が発生する振動や衝撃に対して電気的接続が不安定になることがないので優れた耐久性を発揮して高出力を得ることができる非水電解液二次電池を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図１〜図５を参照して本発明の好適な実施形態を説明する。
【００１７】
図１は本発明の一実施形態の非水電解液二次電池の断面図、図２（ａ）は図１に示す非水電解液二次電池の巻回電極体を作成するのに用いる治具の平面図、図２（ｂ）は（ａ）の治具の一部破断正面図、図３（ａ）は巻回電極体の正面図、図３（ｂ）は図３（ａ）の側面図、図４（ａ）は図１に示す非水電解液二次電池の集電板の製造手順を説明する折り曲げ前の平面図、図４（ｂ）は図４（ａ）の集電板の折り曲げ後の平面図、図４（ｃ）は図４（ｂ）のＩ−Ｉ線断面図、図５（ａ）は図１に示す非水電解液二次電池の集電板の変形例の製造手順を説明する折り曲げ前の平面図、図５（ｂ）は図５（ａ）の集電板の折り曲げ後の平面図、図５（ｃ）は図５（ｂ）のＩＩ−ＩＩ線断面図である。また、表１は本発明の一実施形態の非水電解液質二次電池の実施例におけるインピーダンス試験の比較結果であり、表２は本発明の一実施形態の非水電解液質二次電池の実施例における内部抵抗上昇落下回数試験の比較結果である。
【００１８】
図１に示すように、本発明の一実施形態である非水電解液二次電池１０は、巻回電極体１１と、負極集電板１２と、電池缶容器の負極側を構成する外装缶１３と、ディスク板１４と、電池缶容器の正極側を構成する正極端子１５と、ガスケット１６と、正極絶縁板１７と、正極リード１８と、からなり、内部に不図示の電解液を注液したリチウムイオン二次電池である。
【００１９】
巻回電極体１１は、アルミニウム（Ａｌ）製で厚さが１５μｍ〜４０μｍの正極集電体１９の両面に、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＭｎ２Ｏ４の活物質と、導電剤と、バインダーと、からなる正極活物質２０が塗布された正極２１と、鉄やニッケルやニッケル鍍板した鉄や銅合金、または銅製で厚さが１５μｍ〜４０μｍの負極集電体２２の両面に、ハードカーボン，黒鉛と、バインダーと、からなる負極活物質２３が塗布された負極２４と、がイオン透過性のポリエチレン（ＰＥ）製微多孔質膜を用いたセパレータ２５，２６を介して対向させて渦巻き状に積層・巻回されてなる。
【００２０】
巻回電極体１１は、負極集電体２２の端部が、露出された負極集電体露出部２７になっている。負極集電体露出部２７は、負極活物質２３が塗布されていない非塗工部であって、長さが３ｍｍ〜７ｍｍ程度であり、正極集電体１９の端部から１．５ｍｍ〜３ｍｍの位置に、２ｍｍ〜５ｍｍ程度の電気接続用孔２８が一対設けられている。
【００２１】
負極集電板１２は、厚さが０．１５ｍｍ〜０．３ｍｍ程度のアルミニウム製の板部材を打ち抜き加工（プレス加工）することで作成されており、本体２９と、一対の突部３０と、が一体成形されている。負極集電板１２は、一対の突部３０が、負極集電体露出部２７の一対の電気接続用孔２８にそれぞれ押圧挿入されることで、渦巻き状に積層・巻回された巻回電極体１１の負極集電体２２に電気的に接続されている。
【００２２】
外装缶１３は、導電性のあるニッケルメッキした鉄、ステンレス鋼等を用いて有底の円筒形状に形成されている。
【００２３】
ディスク板１４は、外装缶１３と同様に、導電性のあるニッケルメッキした鉄、ステンレス鋼等を用いて円盤形状に形成されている。
【００２４】
正極端子１５は、外装缶１３と同様に、導電性のあるニッケルメッキした鉄、ステンレス鋼等を用いて中央部が突出した円盤形状に形成されている。
【００２５】
巻回電極体１１は、負極集電体２２上に正極絶縁板１７が組み付けられ、正極集電体１９に電気的に接続された正極リード１８が、正極絶縁板１７を貫通した状態で負極集電板１２とともに外装缶１３に収容され、正極リード１８上にディスク板１４が電気的に接続されて配置され、ディスク板１４上に正極端子１５が配置される。そして、正極端子１５とディスク板１４との外縁のフランジ部分に絶縁材製のガスケット１６が外嵌されてから、外装缶１３が、正極端子１５の上面及びディスク板１４の下面において、かしめ固定される。
【００２６】
電解液は、溶質として六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ６）を用い、溶媒としてエチレンカーボネイト（ＥＣ）、プロピレンカーボネイト（ＰＣ）、ジエチレンカーボネイト（ＤＥＣ）等の非水溶媒単独、もしくは、それらの混合溶媒を用い、０．５ｍｏｌ／ｄｍ３〜２ｍｏｌ／ｄｍ３の濃度にしたものを使用している。
【００２７】
図２（Ａ），（Ｂ）に示すように、巻回電極体１１を作成するための治具４０は、鉄やステンレス製であって、有底の円筒形状に形成されており、底板４１の外周に周板４２を有し、周板４２の所定位置に、径方向に貫通した一対の案内孔４３が形成されている。案内孔４３は、内径が２ｍｍ〜５ｍｍ程度である。
【００２８】
治具４０は、周板４２の内側に、巻回電極体１１を渦巻き状に巻回して収容することで、負極集電体２２の負極集電体露出部２７部分が周板４２内に配置される。そして、一対の案内孔４３から、ドリルやピンを挿入して負極集電体露出部２７に孔開け加工を行う。これにより、長さが３ｍｍ〜７ｍｍ程度の負極集電体露出部２７において、正極集電体１９の端部から１．５ｍｍ〜３ｍｍの位置に、２ｍｍ〜５ｍｍ程度の一対の電気接続用孔２８が形成される。治具４０は、巻回電極体１１を渦巻き状に巻回させて作成するために、センターピンを不要にすることができる。
【００２９】
図３（Ａ），（Ｂ）に示すように、治具４０を用いて作成された巻回電極体１１は、渦巻き状に巻回された巻回電極体１１において、複数の負極集電体２２の負極集電体露出部２７をそれぞれ貫通した電気接続用孔２８が形成される。
【００３０】
図４（Ａ）に示すように、負極集電板１２は、本体２９が、直径１５ｍｍ〜１７．５ｍｍ程度の円板形状に形成されており、折り曲げ前に、本体２９の外縁部の所定位置から一対の突部３０が本体２９の外側に向けてそれぞれ延出している。突部３０は、先細状の三角形である。なお、三角形に代えて長方形でも良い。
【００３１】
図４（Ｂ），（Ｃ）に示すように、負極集電板１２は、一対の突部３０において、幅が２ｍｍ〜５ｍｍの付け根部３１から本体２９の面に平行になるように本体２９の中心に向けて折り曲げ加工される。これにより、突部３０は、長さが１０ｍｍ〜１５ｍｍでもって本体２９から予め定められた平行距離を置いて配置される。
【００３２】
負極集電板１２は、突部３０が、渦巻き状に巻回された巻回電極体１１において、複数の負極集電体２２の負極集電体露出部２７をそれぞれ貫通した電気接続用孔２８に押圧挿入される。このとき、負極集電板１２の本体２９が負極集電体２２の端部に平行に配置されるために、突部３０が電気接続孔２８に位置ずれすることなく、電気接続孔２８に食い込んでいき、突部３０の側部が大きい接続面積でもって複数の負極集電体２２の電気接続孔２８にそれぞれ電気的に接続される。そして、巻回電極体１１に一体的に組み付けられた状態で外装缶１３に収容され、本体２９が外装缶１３の底板３２に抵抗溶接される。これにより、従来のもののようなレーザー等を用いて溶接する必要がなくなり、機械的に貫通接触させるだけなので、複雑な工程を必要としない。また、突部３０が負極集電板１２の径方向に貫通支持されるために、適用された機器が発生する振動や衝撃に対して電気的接続が不安定になることがないものとなる。
【００３３】
図５（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示すように、変形例の負極集電板３３は、本体２９に複数の８個の電解液挿通孔３４が形成されている。電解液挿通孔３４は、内径が１ｍｍ〜４ｍｍであり、円周方向に同一のピッチで配置されている。なお、電解液挿通孔３４の数は、６個に限らず、１個以上の複数であれば良い。また、内径は、成形の容易性を考慮してできる限り大形が好ましく、配置は、不等ピッチであったり、ランダムであったりしても良い。
【００３４】
次に、本発明の非水電解液二次電池１０の効果を検証するために行った実施例について説明する。
【実施例１】
【００３５】
実施例１として、インピーダンス試験を以下の条件で行った。
比較例（従来）として、リード方式の非水電解液二次電池を用い、組立後に数回の充放電を繰り返した後に、１／２充電状態でのインピーダンス値を測定した。
【００３６】
【表１】
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【００３７】
組立後に数回の充放電を繰り返す前は、従来および本発明もインピーダンスは７ｍΩを示していた。
表１に示すように、比較例が２６ｍΩであるのに対し、本発明は８ｍΩと極端に低いインピーダンスを示した。これは、本発明が、負極集電板１２の突部３０を負極集電体２２における負極集電体露出部２７の電気接続用孔２８にそれぞれ貫通させて電気的に接続したことで、内部抵抗の上昇が少なくなったことがわかる。
【実施例２】
【００３８】
実施例２として、落下試験を以下の条件で行った。
比較例（従来）として、リード方式の非水電解液二次電池を用い、組立後にコンクリートの床面に対し３０ｃｍ上から外装缶の底板を先にして、３０００回の繰り返し落下試験させた後の内部抵抗が１０ｍΩ上昇するまで回数を測定した。
【００３９】
【表２】
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【００４０】
繰り返す落下試験前は、従来および本発明もインピーダンスは７ｍΩを示していた。
表２に示すように、比較例が１８００回で上昇したのに対し、本発明は２７００回まで上昇しなかった。これは、本発明が、負極集電板１２の突部３０を負極集電体２２における負極集電体露出部２７の電気接続用孔２８にそれぞれ貫通させて電気的に接続したことで、落下させても内部抵抗の上昇が少なく、耐久性に優れていることがわかる。
【００４１】
以上、説明したように、非水電解液二次電池１０によれば、負極集電体２２の負極集電体露出部２７に設けられた負極集電板１２の一部が負極集電体２２の径方向に押圧貫通されて電気的に接続される。これにより、従来のものと比べて、レーザー等を用いて溶接する必要がなくなり、負極集電板１２の電気的な接続をする一部を負極集電体２２に機械的に貫通接触させるだけなので、複雑な工程を必要としないで製造することができる。また、負極集電板１２の一部が負極集電体２２の径方向に貫通支持されるために、適用された機器が発生する振動や衝撃に対して電気的接続が不安定になることがないので、優れた耐久性を発揮することができるとともに高出力を得ることができる。
【００４２】
また、非水電解液二次電池１０によれば、本体２９と突部２０とを備えた負極集電板１２は、プレス加工等の機械加工を用いて作成されるために、複雑な治具等を用いることなく、既存の設備を援用することで、設備投資の上昇を回避することができる。
【００４３】
また、非水電解液二次電池１０によれば、電解液を注液する際に、電解液挿通孔３４を通じて電解液が流れることで、注液時間を短縮できるので、生産性の向上を図ることができる。さらに、電解液を電池缶内の隅々まで行渡らせることができるので、品質向上を図ることができる。
【００４４】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。その他、上述した実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数値、形態、数、配置箇所、等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されることはない。
【００４５】
例えば、負極集電板に加えて正極集電板を設けて、正極集電板を正極集電体に串刺し状に電気的に接続させても良い。ただし、その場合、正極集電板は、電気的特性を考慮して、厚さが０．１ｍｍ〜０．３ｍｍ程度のアルミニウム製の板部材を打ち抜き加工するのが好ましい。そうすれば、両極間における内部抵抗の上昇を、さらに少なくすることができる。
【００４６】
また、非水電解液二次電池は、円筒形に限らず、角型にも本発明を適用できることは、言うまでもない。もちろん、その場合には、四角形の周板をもつ治具が用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の一実施形態の非水電解液二次電池の断面図である。
【図２】（ａ）は図１に示した非水電解液二次電池の巻回電極体を作成するのに用いる治具の平面図、（ｂ）は（ａ）の治具の一部破断正面図である。
【図３】（ａ）は巻回電極体の正面図、（ｂ）は（ａ）の側面図である。
【図４】（ａ）は図１に示した非水電解液二次電池の集電板の製造手順を説明する折り曲げ前の平面図、（ｂ）は（ａ）の集電板の折り曲げ後の平面図、（ｃ）は（ｂ）のＩ−Ｉ線断面図である。
【図５】（ａ）は図１に示した非水電解液二次電池の集電板の変形例の製造手順を説明する折り曲げ前の平面図、（ｂ）は（ａ）の集電板の折り曲げ後の平面図、（ｃ）は（ｂ）のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図６】従来の非水電解液二次電池の一例を示す断面図である。
【図７】従来の別の非水電解液二次電池の例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４８】
１０          非水電解液二次電池
１１          巻回電極体
１２，３３    負極集電板（集電板）
１３          外装缶（電池缶容器）
１５          正極端子（電池缶容器）
１９          正極集電体
２０          正極活物質（正極材料）
２１          正極
２２          負極集電体
２３          負極活物質（負極材料）
２４          負極
２５，２６    セパレータ
２９          本体
３０          突部
３４          電解液挿通孔
【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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