(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の電極端子となる外装缶と、正負極板をセパレータを介して巻回してなる極板群と、極板群内部に含浸された電解液と、極板群の両端面に接合された正極及び負極の集電板と、正極及び負極の集電板のどちらか一方に一体的に固着され且つ外装缶の開口部に絶縁部材を介して配された第１の封口部材と、内部圧力の上昇に応じて内部ガスの排出を行う防爆手段とともに第１の封口部材にシール手段を介して固着された第２の封口部材とからなり、第１の封口部材に接合されていない方の集電板は弾性接合片を有し、その弾性接合片を介して外装缶の内底面に所定の間隙をあけて接合したことを特徴とする二次電池。
【請求項２】
負極端子となる外装缶と、正負極板をセパレータを介して巻回してなる極板群と、極板群内部に含浸された電解液と、極板群の両端面に接合された正極及び負極の集電板と、正極集電板に接続されかつ外装缶の開口部に絶縁部材を介して配された第１の封口部材と、内部圧力の上昇に応じて内部ガスの排出を行う防爆手段とともに第１の封口部材にシール手段を介して固着された第２の封口部材とからなり、第１の封口部材に接合されていない方の集電板は弾性接合片を有し、その弾性接合片を介して外装缶の内底面に所定の間隙をあけて接合し、第２の封口部材は第１の封口部材に対向している金属が同種類の金属である少なくとも２種類以上の異種金属からなるクラッド材で構成したことを特徴とする二次電池。
【請求項３】
外装缶は組み付け前は開口部の径が他の部分より大きく、組み付け後にほぼ他の部分と同径となるように塑性変形させたことを特徴とする請求項１又は２記載の二次電池。
【請求項４】
一方の電極端子となる外装缶と、正負極板をセパレータを介して巻回してなる極板群と、極板群内部に含浸された電解液と、極板群の両端面に接合された正極及び負極の集電板と、正極及び負極の集電板のどちらか一方に接続され且つ外装缶の開口部に絶縁部材を介して配された第１の封口部材と、内部圧力の上昇に応じて内部ガスの排出を行う防爆手段とともに第１の封口部材にシール手段を介して固着された第２の封口部材とからなり、第１の封口部材に接合されていない方の集電板は弾性接合片を有し、その弾性接合片を介して外装缶の内底面に所定の間隙をあけて接合した二次電池の製造方法であって、極板群の両端面に正極及び負極の集電板を接合後どちらか一方の集電板に第１の封口部材を接続した後に、極板群を外装缶に挿入し、他方の集電板を外装缶の底面部に接合し、第１の封口部材に設けられた穴より電解液を所定量注入後に、第２の封口部材をシール手段を介して第１の封口部材に固着することを特徴とする二次電池の製造方法。
【請求項５】
絶縁部材が挿入される部分が他の部分よりも大なる径を有している外装缶を用い、第２の封口部材を第１の封口部材に固着後、外装缶の開口部をかしめた後に大径部分をほぼ他の部分の径まで塑性変形させることを特徴とする請求項４記載の二次電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、正負極板をセパレータを介して巻回してなる極板群を電解液とともに外装缶に収容した二次電池とその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子機器の小型化、軽量化が急速に進んでおり、その電源としての電池に対しても小型・軽量化と高容量化の要望が高まっている。また、地球環境問題からは電気自動車にも期待が高まり、この電池に対しては小型・軽量化、高容量化と共に高出力化が望まれている。これらの要望に対して、リチウムイオン二次電池の開発が盛んに行われている。
【０００３】
以下、従来例の二次電池の構造について説明する。
【０００４】
従来例のリチウムイオン二次電池の構成を示す図５において、１は正極集電体２ｂに正極材料２ａを塗着させた正極板２と負極集電体３ｂに負極材料３ａを塗着させた負極板３とをセパレータ４を介して渦巻き状に巻回された極板群である。５、６は極板群１の両端面に接合された正極集電板及び負極集電板である。正極集電板５には正極タブ５ａが溶接されている。
【０００５】
この極板群１は電解液とともに外装缶７に収容され、負極集電板６が外装缶７の内底面に抵抗溶接され、外装缶７が電池の負極端子となる。８は中央部に穴８ａを有するフィルタで、その内部にＯリング９、防爆弁体１０、スペーサ１１、キャップ１２を挿入後外周のかしめ部８ｂをかしめて一体化している。ここで、防爆弁体１０はアルミ箔からなる薄膜状のものであり、電池内圧が所定圧以上に上昇したときにはスペーサ１１の穴１１ａ部より破断して電池内部のガスを外部に排出するように構成されている。このフィルタ８に正極タブ５ａが溶接され、極板群１からの電流はフィルタ８のかしめ部８ｂからキャップ１２に通電され、キャップ１２が電池の正極端子となる。
【０００６】
１３は外装缶７とフィルタ８の間に介装されたガスケットであり、両者を絶縁するとともに、フィルタ８を挟持するように外装缶７の開口部をかしめることによりシール機能も有している。
【０００７】
次に、以上の構成の二次電池の製造方法について説明する。まず、極板群１を製造するにあたり、正極板２とセパレータ４と負極板３をそれぞれ少しずつ上下にずらして巻回することにより、たとえば上端側には巻回された正極板２の正極集電体２ｂを突出させ、下端側には巻回された負極板３の負極集電体３ｂを突出させるようにしてある。このように構成された極板群１の上端面にはあらかじめ正極タブ５ａを溶接にて接合してある正極集電板５が、下端面には負極集電板６がそれぞれ溶接される。この時の、正極集電板５に溶接されている正極タブ５ａは図６に示すようにストレートな状態である。
【０００８】
次に、図６に示すように、極板群１を外装缶７に収容し、負極集電板６と外装缶７の内底面を抵抗溶接する。その際、溶接の電極１４ａは極板群１の巻芯部の空間１ａから挿入され、外装缶７の外底面に当接している電極１４ｂとの間で電流を通電し、抵抗溶接される。その後、極板群１を収容した外装缶７は、その開口部７ｂから適当距離下方位置に溝７ａを配するように治具等を用いて塑性加工が施される。
【０００９】
次に、Ｏリング９、防爆弁体１０、スペーサ１１、キャップ１２を含んで一体化され、外周にガスケット１３が嵌合された状態のフィルタ８の所定の位置に、正極タブ５ａが溶接される。また、この状態で電解液が外装缶７の開口部より所定量注入される。その後、正極タブ５ａを図５の如く変形させながら、フィルタ８とガスケット１３が外装缶７の溝７ａの上部に嵌合配置され、外装缶７の開口部７ｂを図５の如くかしめて二次電池が完成される。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の従来の構成では、フィルタ８と正極タブ５ａの溶接の際に、極板群１と外装缶７とフィルタ８の位置関係から、図６の如く、正極タブ５ａは所定の長さが必要となる。そして、フィルタ８とガスケット１３とを外装缶７の溝７ａの上部に嵌合配置する際には正極タブ５ａの変形はめくら作業にならざるを得ないので、変形後の正極タブ５ａの形状を適正に規定することが困難であった。
【００１１】
また、高出力の電池を求めた場合、電池の内部抵抗を低減するのは有効な手段である。しかし、所定長さの正極タブ５ａは電池の内部抵抗の増加をもたらすことになる。また、内部抵抗を低減しようと正極タブ５ａの幅や厚みを増加すると正極タブ５ａの強度が上がり変形が困難になる。さらには、変形作業によって正極タブ５ａとフィルタ８の溶接点に大きな力が作用した場合には、溶接がはずれる可能性もあり、電池の品質低下にもつながる。
【００１２】
また、上述のように極板群１からの電流はフィルタ８のかしめ部８ｂからキャップ１２に通電されるので、接触による接続となり接触抵抗として電池の内部抵抗の増加を来すという問題点を有していた。
【００１３】
本発明は、上記従来の問題点を解決するもので、正極タブ等の部品を変形することなく電池を組み立てることができて製造が容易で、かつ内部抵抗を低減して高出力が得られる二次電池とその製造方法を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１発明の二次電池は、一方の電極端子となる外装缶と、正負極板をセパレータを介して巻回してなる極板群と、極板群内部に含浸された電解液と、極板群の両端面に接合された正極及び負極の集電板と、正極及び負極の集電板のどちらか一方に一体的に固着され且つ外装缶の開口部に絶縁部材を介して配された第１の封口部材と、内部圧力の上昇に応じて内部ガスの排出を行う防爆手段とともに第１の封口部材にシール手段を介して固着された第２の封口部材とからなり、第１の封口部材に接合されていない方の集電板は弾性接合片を有しその弾性接合片を介して外装缶の内底面に所定の間隙をあけて接合したものであり、正極タブ等の部品を変形することなく電池の組み立てが可能であるので製造が容易となり、また内部抵抗を減少して電池の出力を増大させることができ、内部抵抗を低減した高出力の二次電池が得られる。
【００１５】
第２発明の二次電池は、負極端子となる外装缶と、正負極板をセパレータを介して巻回してなる極板群と、極板群内部に含浸された電解液と、極板群の両端面に接合された正極及び負極の集電板と、正極集電板に接続されかつ外装缶の開口部に絶縁部材を介して配された第１の封口部材と、内部圧力の上昇に応じて内部ガスの排出を行う防爆手段とともに第１の封口部材にシール手段を介して固着された第２の封口部材とからなり、第１の封口部材に接合されていない方の集電板は弾性接合片を有し、その弾性接合片を介して外装缶の内底面に所定の間隙をあけて接合し、第２の封口部材は第１の封口部材に対向している金属が同種類の金属である少なくとも２種類以上の異種金属からなるクラッド材で構成したものであり、第１と第２の封口部材で同種類の金属同士の溶接となり、内部抵抗を減少し電池の出力を増大させることができる。
【００１６】
また、上記二次電池において、外装缶は組み付け前は開口部の径が他の部分より大きく、組み付け後にほぼ他の部分と同径となるように塑性変形させると、絶縁部材による絶縁及びシールを安価な手段で確保することができる。
【００１７】
第３発明の二次電池の製造方法は、一方の電極端子となる外装缶と、正負極板をセパレータを介して巻回してなる極板群と、極板群内部に含浸された電解液と、極板群の両端面に接合された正極及び負極の集電板と、正極及び負極の集電板のどちらか一方に接続され且つ外装缶の開口部に絶縁部材を介して配された第１の封口部材と、内部圧力の上昇に応じて内部ガスの排出を行う防爆手段とともに第１の封口部材にシール手段を介して固着された第２の封口部材とからなり、第１の封口部材に接合されていない方の集電板は弾性接合片を有し、その弾性接合片を介して外装缶の内底面に所定の間隙をあけて接合した二次電池の製造方法であって、極板群の両端面に正極及び負極の集電板を接合後どちらか一方の集電板に第１の封口部材を接続した後に、極板群を外装缶に挿入し、他方の集電板を外装缶の底面部に接合し、第１の封口部材に設けられた穴より電解液を所定量注入後に、第２の封口部材をシール手段を介して第１の封口部材に固着するものであり、集電板と封口部材を接続する部品をめくら作業で変形することなく電池を組み立てることができ、製造が容易となる。
【００１８】
また、絶縁部材が挿入される部分が他の部分よりも大なる径を有している外装缶を用い、第２の封口部材を第１の封口部材に固着後、外装缶の開口部をかしめた後に大径部分をほぼ他の部分の径まで塑性変形させると、安価な手段で確実に絶縁及びシールができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の二次電池をリチウムイオン電池に適用した一実施形態について、図１〜図４を参照して説明する。
【００２０】
本実施形態の二次電池の構成を示す図１において、１は極板群であり、従来例で説明したものと同様の構成である。正極板２、負極板３について詳細に説明すると、正極集電体２ｂはアルミ箔からなり、その両面に正極活物質と結着剤を含む正極材料２ａを塗着して正極板２が構成されており、その正極活物質としては、ＬｉＣｏＯ2 、ＬｉＭｎ2 Ｏ4 、ＬｉＮｉＯ2 などが用いられる。負極集電体３ｂは銅箔からなり、その両面に負極活物質と結着剤を含む負極材料３ａを塗着して負極板３が構成されており、その負極活物質としては、グラファイト、石油コークス類、炭素繊維などの炭素質材料などが用いられる。
【００２１】
２５、２６は、極板群１の両端に接合された正極集電板及び負極集電板である。正極集電板２５には中心部の周囲上面に凸部２５ａが形成されるとともに、中心位置に穴２５ｂが形成されている。負極集電板２６には中心位置に穴２６ａが形成されるとともに、一側端にほぼ１８０度折り返されて先端部が穴２６ａに対向する位置まで延出された弾性接合片２６ｂが設けられている。
【００２２】
２７は外装缶であり、その開口部２７ａの所定区間は他の部分よりも大なる径を有している。２８は第１の封口部材としてのアルミまたはアルミ合金製のフィルタであり、中央位置に穴２８ａが形成されるとともに、その周囲に正極集電板２５の凸部２５ａに嵌合する穴２８ｂが形成されている。２９はシール手段としてのＯリング、３０は防爆手段としてのアルミ箔からなる防爆弁体、３１は第２の封口部材となるスペーサである。このスペーサ３１は、フィルタ２８と対向している面側の部材３１ｂはフィルタ２８と同じアルミまたはアルミ合金、他面側の部材３１ｃは後述のキャップ３２と同じニッケルまたは鉄またはそれらの合金であり、それらを冷間圧接にて貼り合わせたクラッド材からなっている。また、電池内圧が所定以上に上昇した場合には防爆弁体３０がスペーサ３１の中心部に形成された穴３１ａより破断して電池内部のガスを外部に排出する。３２は電池の正極端子となるキャップである。このキャップ３２の材質としては、この電池を組電池として使用する場合には接続板（図示せず）等を溶接する場合が多いことより溶接が容易なようにニッケルまたは鉄またはそれらの合金よりなっている。３３は絶縁部材となるガスケット、３５は絶縁板である。
【００２３】
次に、以上の構成の二次電池の製造方法について説明する。極板群１は従来例の説明と同様に製造されたものであり、正極板２とセパレータ４と負極板３をそれぞれ少しずつ上下にずらして巻回することにより、たとえば上端側には巻回された正極板２の正極集電体２ｂを突出させ、下端側には巻回された負極板３の負極集電体３ｂを突出させるようにしてある。そして、極板群１の上端面には正極集電体２ｂがアルミ箔であるので、アルミまたはアルミ合金製の正極集電板２５が、下端面には負極集電板２６がそれぞれ溶接される。次に、フィルタ２８をガスケット３３に挿入した状態で、そのフィルタ２８を正極集電板２５上に重ねるとともにその穴２８ｂに正極集電板２５の凸部２５ａを嵌入させ、上部よりレーザ溶接し、正極集電板２５と一体的に固着する。
【００２４】
次に、図２に示すように、フィルタ２８を一体的に固着した極板群１をガスケット３３と共に外装缶２７内に挿入し、負極集電板２６の弾性接合片２６ｂと外装缶２７の内底面を抵抗溶接によって接合する。その際、図３に示すように、溶接の電極３４ａがフィルタ２８の中央部の穴２８ａ、正極集電板２５の穴２５ｂ、極板群１の巻芯部の空間１ａ及び負極集電板２６の穴２６ａを貫通して弾性接合片２６ｂに当接される。そして、外装缶２７の外底面に当接している電極３４ｂとの間で通電して抵抗溶接にて接合する。
【００２５】
次に、フィルタ２８の穴２８ａより電解液を所定量注入し、極板群１内部に含浸させる。なお、この電解液としては、溶質として６フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ6 ）、過塩素酸リチウム（ＬｉＣｌＯ4 ）、ホウフッ化リチウム（ＬｉＢＦ4 ）などのリチウム塩、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）、エチレンメチルカーボネイト（ＥＭＣ）などの非水溶媒などを用い、この溶媒に溶質を溶解したものを使用する。
【００２６】
その後、Ｏリング２９とアルミ箔製の防爆弁体３０とをフィルタ２８の所定位置に配置する。スペーサ３１のニッケルまたは鉄またはそれらの合金から成る部材３１ｃには、ニッケルまたは鉄またはそれらの合金から成るキャップ３２が予め抵抗溶接されており、それをフィルタ２８の防爆弁体３０の上に重ね、治具等により加圧しながらスペーサ３１とフィルタ２８を図１のＡの位置でレーザ溶接し、第１の封口部材であるフィルタ２８と第２の封口部材であるスペーサ３１を固着する。また、両者間に介装したＯリング２９にてシールを行う。この時、レーザはスペーサ３１の部材３１ｃ側より照射されるが、その熱によりアルミまたはアルミ合金からなる部材３１ｂ、アルミ箔から成る防爆弁体３０、アルミまたはアルミ合金から成るフィルタ２８が溶融して溶接が完了する。
【００２７】
次に、絶縁板３５を装着した後、外装缶２７の開口部を矢印Ｂのようにかしめる。この時、ガスケット３３は、外装缶２７の大径部分と嵌合しているので径の変化部Ｃで受けられることにより固定されることとなる。
【００２８】
この状態で負極集電板２６は、弾性接合片２６ｂがほぼ１８０度折り曲げられて連設されているので、極板群１と溶接している面と外装缶２７の内底面の間には間隙Ｈが存在する状態で位置する。この間隙Ｈと弾性接合片２６ｂの弾性により、ガスケット３３及びフィルタ２８の位置や、極板群１の幅などがばらついた場合でもばらつきを吸収することが可能となり不要な負荷を極板群１に与えることはない。
【００２９】
次に、以上のように製造された二次電池を、図４に示すように、矢印Ｄ方向に加圧して縮径治具３６に通すことにより、外装缶２７の大径部をほぼ他の部分の径まで塑性変形させる。この時、ガスケット３３は外装缶２７の塑性変形分だけ外装缶２７とフィルタ２８との間で圧縮させられ、外装缶２７とフィルタ２８の絶縁を行うと共にシール機能を有することとなる。
【００３０】
以上のように本実施形態によれば、負極端子となる外装缶２７と、正負極板２、３をセパレータ４を介して巻回してなる極板群１と、極板群１内部に含浸された電解液と、極板群１の両端面に接合された正極集電板２５及び負極集電板２６と、正極集電板２５に一体的に固着され且つ外装缶２７の開口部に絶縁部材であるガスケット３３を介して配された第１の封口部材であるフィルタ２８と、内部圧力の上昇に応じて内部ガスの排出を行う防爆手段である防爆弁体３０とともにフィルタ２８にシール手段であるＯリング２９を介して固着された第２の封口部材であるスペーサ３１とからなり、負極集電板２６の弾性接合片２６ｂを外装缶２７の内底面に所定の間隙Ｈをあけて接合したので、正極集電板とフィルタを接続するための正極タブ等の部品を廃止でき、内部抵抗の減少により電池の出力を増大させることができる。
【００３１】
また、スペーサ３１をフィルタ２８に対向している金属が同種類の金属である少なくとも２種類以上の異種金属からなるクラッド材で構成しているので、同種類の金属同士の溶接が可能となり、内部抵抗を減少し電池の出力を増大させることができる。
【００３２】
また、極板群１の両端面に正極及び負極集電板２５、２６を接合し、正極集電板２５にフィルタ２８を溶接した後に、極板群１を外装缶２７に挿入し、負極集電板２６の弾性接合片２６ｂを外装缶２７の底面部に溶接し、フィルタ２８に設けられた穴２８ａより電解液を所定量注入後に、スペーサ３１をフィルタ２８に固着するという製造方法をとることにより、正極集電板とフィルタを接続するための正極タブ等の構成部品をめくら作業で変形することなく電池を組み立てることができ、製造が容易で、強いては品質の向上も図ることができる。
【００３３】
また、外装缶２７は絶縁部材であるガスケット３３が挿入される部分は他の部分よりも大なる径を有しており、スペーサ３１をフィルタ２８に固着後、外装缶２７の開口部をかしめた後に大径部分をほぼ他の部分の径まで塑性変形させることにより、安価な手段で確実に絶縁及びシールができる。
【００３４】
なお、以上の説明では内部圧力の上昇に応じて内部ガスの排出を行う防爆手段である防爆弁体３０はアルミ箔製の一つの構成部品としたが、第２の封口部材であるスペーサ３１を、このアルミ箔も含めて冷間圧接して作成されたクラッド材としてもよい。
【００３５】
また、以上の説明ではフィルタ２８を正極側に外装缶２７を負極側としたが、正負極を逆にして、フィルタ２８を負極側に外装缶２７を正極側としてもよく、その場合は外装缶２７がアルミまたはアルミ合金製となる。
【００３６】
【発明の効果】
本発明の二次電池によれば、以上のように極板群の両端面に正極及び負極の集電板を接合し、その正極及び負極の集電板のどちらか一方に一体的に第１の封口部材を固着し、この第１の封口部材を外装缶の開口部に絶縁部材を介して配するとともにこの第１の封口部材に内部圧力の上昇に応じて内部ガスの排出を行う防爆手段とともにシール手段を介して第２の封口部材を固着し、第１の封口部材に接合されていない方の集電板は弾性接合片を有しその弾性接合片を介して外装缶の内底面に所定の間隙をあけて接合しているので、正極集電板と封口部材を接続する正極タブ等の部品を変形することなく電池を組み立てることができ、製造が容易となるとともに正極タブ等を用いないので内部抵抗を減少して電池の出力を増大させることができ、内部抵抗を低減した高出力の二次電池が得られる。
【００３７】
また、第２の封口部材を第１の封口部材に対向している金属が同種類の金属である少なくとも２種類以上の異種金属からなるクラッド材で構成すると、第１と第２の封口部材で同種類の金属同士の溶接となり、内部抵抗を減少し電池の出力を増大させることができる。
【００３８】
また、上記二次電池において、外装缶は組み付け前は開口部の径が他の部分より大きく、組み付け後にほぼ他の部分と同径となるように塑性変形させると、絶縁部材による絶縁及びシールを安価な手段で確保することができる。
【００３９】
また、本発明の二次電池の製造方法によれば、極板群の両端面に正極及び負極の集電板を接合後どちらか一方の集電板に第１の封口部材を接続した後に、極板群を外装缶に挿入し、他方の集電板を外装缶の底面部に接合し、第１の封口部材に設けられた穴より電解液を所定量注入後に、第２の封口部材をシール手段を介して第１の封口部材に固着するので、集電板と封口部材を接続する部品をめくら作業で変形することなく電池を組み立てることができ、製造が容易となる。
【００４０】
また、絶縁部材が挿入される部分が他の部分よりも大なる径を有している外装缶を用い、第２の封口部材を第１の封口部材に固着後、外装缶の開口部をかしめた後に大径部分をほぼ他の部分の径まで塑性変形させると、安価な手段で確実に絶縁及びシールができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の二次電池の縦断面図である。
【図２】同実施形態の二次電池の製造工程の斜視図である。
【図３】同実施形態の二次電池の後続する製造工程の縦断面図である。
【図４】同実施形態の二次電池のさらに後続する製造工程の縦断面図である。
【図５】従来例の二次電池の縦断面図である。
【図６】従来例の二次電池の製造工程の縦断面図である。
【符号の説明】
１  極板群
２  正極板
３  負極板
４  セパレータ
２５  正極集電板
２６  負極集電板
２６ｂ  弾性接合片
２７  外装缶
２８  フィルタ（第１の封口部材）
２９  Ｏリング（シール手段）
３０  防爆弁体（防爆手段）
３１  スペーサ（第２の封口部材）
３３  ガスケット（絶縁部材）
【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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