(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極集電体の両面に正極活物質を塗布した正極板と、負極集電体の両面に負極活物質を塗布した負極板とがセパレータを介して積層構造を形成した極板群を、電解液と共に電池缶に収納されてなる角型電池であって、
前記極板群の両側面に接するように設けられた絶縁体と、
前記正極集電体の端部と前記負極集電体の端部とが前記両側面から前記絶縁体を通して互いに逆方向に突出し、該突出した端部が同極同士で接合されて輪状に形成された集電体接合部と、
前記集電体接合部にそれぞれ密着して接続された正極集電板および負極集電板であって、外部端子との導通を確保するための正極集電板および負極集電板と、
を有することを特徴とする角型電池。
【請求項２】
前記極板群両側面に設けた絶縁体に、前記集電板に向けて絶縁突起部を形成し、前記集電体接合部を、前記絶縁突起部を覆うように当接させることで、集電体と集電板との接続を保持することを特徴とする請求項１記載の角型電池。
【請求項３】
前記集電板に前記集電体接合部を挟み込む手段を有する挟持部材を設置し、前記挟持部材に前記集電体接合部を挿入し挟み込んで固定することにより、集電体と集電板との接続を保持することを特徴とする請求項１記載の角型電池。
【請求項４】
前記集電板を櫛歯形状とし、前記集電体接合部と前記集電板とを交差させ、集電体と集電板との接続を保持することを特徴とする請求項１記載の角型電池。
【請求項５】
前記集電体接合部と前記集電板とを溶接にて接続したことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の角型電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主として、リチウムイオン二次電池などの高エネルギー密度を有する二次電池の大電流充放電用電源としての用途に適した角型電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン二次電池などの、正極集電体の両面に正極活物質を塗布した正極板と、負極集電体の両面に負極活物質を塗布した負極板とが、セパレータを介して積層されてなる極板群には、正極板と負極板とをセパレータを介して交互に積層させ極板群を形成する積層型と、正極板と負極板とをセパレータを介して渦巻き状に積層し極板群を形成する巻回型とがある。一般にはこれら極板群を電解液と共に電池缶に収納し、正極板、負極板の適所に、集電タブや集電リードの片端を接続し、他端を正極端子、負極端子に接続して電気を取り出す構造として電池が構成されている。
【０００３】
上記の構造では、正極板、負極板の一箇所から集電タブや集電リードを介して電気を取り出しているので、大電流で充放電を行う場合でも、面積の小さい集電タブや集電リードに電流が流れるだけであるため、電気抵抗が大きくなり発熱することや、電極反応が不均一に発生することが懸念される。その結果、電池の充放電特性が低下することから、長期間に亘る信頼性の向上が要望されている。
【０００４】
また、集電タブや集電リードを電池缶内に納めるにあたり、極性の異なる集電タブや集電リード相互の接触、あるいは集電タブや集電リードと極性の異なる極板との接触等によって、内部短絡が起こる可能性がある。これらの内部短絡を防ぐためには、絶縁板を組み込む等の構造が必要となり、体積容積密度を向上させることが困難となっている。
【０００５】
一方、例えば特許文献１に開示されているように、集電タブや集電リードを用いず、極板群の両側面から集電体を突出させ、直接集電板に接続するタブレス方式が提案されている。この方式は、正極板、負極板それぞれの極板全体から均一に集電でき、大電流の充放電に適しているという特徴がある。また、集電タブや集電リードの折りたたみや絶縁板を組み込むなどの工程が不要となり、構造を単純化できるという利点がある。
【０００６】
タブレス方式は、極性群の両側面から突出した集電体同士がそれぞれ集電板に直接接続されている構造であるが、側面に極性の異なる集電体が露出したままの状態では、その露出部分が異極の集電体に接触することで内部短絡が発生する可能性がある。また、集電体と集電板とを密着させ接続する場合に、集電体と集電板の接触面積が小さいと接続箇所の強度が不十分となり、弱い衝撃でも接続が壊れる恐れがある。集電体と集電板とを確実に接続するためには、集電体と集電板との接触面積を大きくする必要がある。
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−１５１０４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上述の問題を解決すべくなされたもので、その技術的課題は、内部短絡の発生を防止でき、且つ極板群の両側面から突出させた集電体と集電板を確実に接続し、安全性、信頼性の高い角型電池を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の角型電池は、正極集電体の両面に正極活物質を塗布した正極板と、負極集電体の両面に負極活物質を塗布した負極板とがセパレータを介して積層構造を形成した極板群を、電解液と共に電池缶に収納されてなる角型電池であって、前記極板群の両側面に接するように設けられた絶縁体と、前記正極集電体の端部と前記負極集電体の端部とが前記両側面から前記絶縁体を通して互いに逆方向に突出し、該突出した端部が同極同士で接合されて輪状に形成された集電体接合部と、前記集電体接合部にそれぞれ密着して接続された正極集電板および負極集電板であって、外部端子との導通を確保するための正極集電板および負極集電板と、を有することを特徴とする角型電池が得られる。この構造を採用することによって、異極の集電体相互の接触による内部短絡を防止でき、また、集電体と集電板との接触面積が大きくなり、確実な接合が得られる。
【００１０】
また、前記極板群両側面に設けた絶縁体に、前期集電板に向けて絶縁突起部を形成し、前記集電体接合部は、前記絶縁突起部を覆うように当接させることで、集電体と集電板との接続を保持することを特徴とする角型電池が得られる。
【００１１】
また、前記集電板に前記集電体接合部を挟み込む手段を有する挟持部材を設置し、前記狭持部材に前記集電体接合部を挿入し挟み込んで固定することにより、集電体と集電板との接続を保持することを特徴とする角型電池が得られる。
【００１２】
また、前記集電板を櫛歯形状とし、前記集電体接合部と前記集電板とを交差させ、集電体と集電板との接続を保持することを特徴とする角型電池が得られる。
【００１３】
また、前記集電体接合部と前記集電板とを溶接にて接続したことを特徴とする角型電池が得られる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、体積容積効率が高く大電流充放電に適したタブレス方式の角型電池において、内部短絡発生を防止できる構造で、かつ集電板と集電体とを確実に接続する、安全性、信頼性の高い角型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】
【００１５】
以下、本発明の角型電池の一実施の形態のリチウムイオン二次電池について、図面を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではない。
【００１６】
図１は、本発明の第１の実施の形態に関わる角型電池の縦断面図である。この図では電池缶と電解液は省略されている。
【００１７】
正極板３は、アルミニウム製の正極集電体１の両面にリチウム含有遷移金属酸化物などの正極活物質２が塗布されたシートであり、負極板６は、銅製の負極集電体４の両面に黒鉛などの負極活物質５が塗布されたシートである。各極板の片端部には一定幅で両面に活物質を塗布せず、各極の集電体が露出した部分を設ける。
【００１８】
積層型電池の場合は、上記正極板３と負極板６をセパレータ９を介して所定の数量になるように積層し極板群を形成する。また、巻回型電池の場合は、上記正極板３と負極板６をセパレータ９を介して渦巻状に所定の巻き数になるように巻きつけ極板群を形成する。このとき各極板の集電体が露出した端部は、正極、負極で互いに逆方向になるように配置する。セパレータ９の材質としては、例えばポリエチレン、ポリプロピレンなどのオレフィン系ポリマーや、ガラス繊維などからなる織布や不織布などを用いることができる。
【００１９】
次いで、上記極板群の各極板の集電体が露出した端部を除く両側面に、絶縁体１０を形成し、各極板の集電体が露出した端部は、絶縁体１０から突出させるような構造とする。この構造により、絶縁体１０から突出した集電体突出部は、異極の極板と接触することが無く、内部短絡の発生を防止でき、より安全性、信頼性の高い電池を提供することが可能となる。絶縁体の材質としては、加熱やＵＶ照射により重合固化して得られるポリマー等が好適に用いられる。
【００２０】
前述の集電体突出部は、同極同士で接合して輪状を形成し、この輪状の集電体接合部と正極集電板７、負極集電板８とをそれぞれ接続させる。このとき、集電体突出部の全面を輪状に接合し、集電体接合部を形成しても良いが、予め集電体突出部の一箇所または複数箇所を矩形状に切断加工しておき、この部分を同極同士で輪状に接合し、所定幅の集電体接合部を形成しても良い。
【００２１】
集電体接合部と集電板との接続は、抵抗溶接またはレーザ溶接などを施すことができるが、この際、接合部分の面積を大きくできるので、接合を強固、確実に保つことが可能である。
【００２２】
図２は、本発明の第２の実施の形態に関わる角型電池の要部の縦断面図である。この図は、正極集電板側の集電体接合部と極板群の一部を示したもので、その他の部分は省略しているが、正極側と負極側は同様の形態とすることができる。極板群側面の絶縁体に絶縁突起部１１を形成して、輪状に接合された集電体接合部を、その絶縁突起部１１を覆うように当接させる。この集電体接合部を正極集電板７に押し当て接続させる。この場合に、絶縁突起部１１が集電体接合部を支持する構造となるので、正極集電板７と正極集電体１とを容易に接続することが可能となる。なお、絶縁突起部１１の形状は図２に示したものに限定はせず、集電体接合部と集電板との接続を支持するものであれば、他の形状でも同様の効果が得られる。
【００２３】
図３は、本発明の第３の実施の形態に関わる角型電池の集電板に設けた狭持部材の形状の一例を示す図で、図３（ａ）は狭持部材と集電体との接続形態を示す説明図で、図３（ｂ）は図３（ａ）を矢印１３の方向から見た説明図である。この図は、正極集電板側の極板群の一部を示したもので、その他の部分は省略しているが、正極側と負極側は同様の形態とすることができる。正極集電板７に狭持部材１２を設置し、この狭持部材１２に集電体同士の接合部分を挿入することにより、正極集電板７と正極集電体１とを接続、固定するものである。これによって、集電体接合部と正極集電板７との接続を強固かつ容易に行うことが可能となる。
【００２４】
図４は、本発明の第３の実施の形態に関わる角型電池の集電板に設けた狭持部材の別の形状を示す説明図である。また狭持部材１２の形状は、これらに限定されるものではなく、集電体接合部の挟み込みが可能な機能を有する形状の狭持部材を集電板に設置することで、同様の効果が得られるものである。
【００２５】
図５は、本発明の第４の実施の形態に関わる角型電池の要部を示す図で、図５（ａ）は、櫛歯形状集電板と集電体との接続形態を示す説明図で、図５（ｂ）は図５（ａ）の集電体を矢印１４の方向から見た説明図である。この図は、正極集電板側の極板群の一部を示したもので、その他の部分は省略しているが、正極側と負極側は同様の形態とすることができる。
【００２６】
図６は、本発明の第４の実施の形態に関わる角型電池の集電板の形状を示す図で、図６（ａ）は櫛歯状の集電板を示す図、図６（ｂ）は長方形状の孔を設けた集電板を示す図、図６（ｃ）は櫛歯状に対向するように配置された集電板を示す図、図６（ｄ）は角孔が形成された集電板を示す図である。
【００２７】
図５において、図６（ａ）の櫛歯形状の集電体を使用した場合を例にとって説明をする。正極集電板７ａを櫛歯形状とし、集電体接合部と正極集電板７ａとが交差した構造をとっている。このとき、正極集電体１は予め櫛歯形状の正極集電板７ａに交差させておき、その後、正極集電体１を輪状に接合し、集電体接合部を正極集電板７ａを覆うように密接させる。この構造により、集電板と集電体との接触面積を十分確保して接続することが可能であることに加え、正極集電板７ａは隙間が開いた形状であるので、電解液注入をより容易に行うことができる。
【００２８】
集電板の形状は、図６（ｂ）、図６（ｃ）、図６（ｄ）に示すものでもよく、正極集電体１を正極集電板７ｂ、正極集電板７ｃ、正極集電板７ｄに交差させ、上記と同様に作製することで、同等の効果を得られる。また、図６（ａ）や図６（ｂ）の形状の集電板の場合は、先に集電体接合部を形成してから、正極集電板７ａ、正極集電板７ｂと交差させることも可能である。なお、集電板の櫛歯の形状や孔の形状は、図６に示したものに限定されるものではなく、正極集電体１と交差する形状であれば、同等の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の第１の実施の形態に関わる角型電池の縦断面図。
【図２】本発明の第２の実施の形態に関わる角型電池の要部の縦断面図。
【図３】本発明の第３の実施の形態に関わる角型電池の集電板に設けた狭持部材の形状の一例を示す図で、図３（ａ）は狭持部材と集電体との接続形態を示す説明図で、図３（ｂ）は図３（ａ）を矢印１３の方向から見た説明図。
【図４】本発明の第３の実施の形態に関わる角型電池の集電板に設けた狭持部材の別の形状を示す説明図。
【図５】発明の第４の実施の形態に関わる角型電池の要部を示す図で、図５（ａ）は、櫛歯形状集電板と集電体との接続形態を示す説明図で、図５（ｂ）は図５（ａ）の集電体を矢印１４の方向から見た説明図。
【図６】本発明の第４の実施の形態に関わる角型電池の集電板の形状を示す図で、図６（ａ）は櫛歯状の集電板を示す図、図６（ｂ）は長方形状の孔を設けた集電板を示す図、図６（ｃ）は櫛歯状に対向するように配置された集電板を示す図、図６（ｄ）は角孔が形成された集電板を示す図。
【符号の説明】
【００３０】
１    正極集電体
２    正極活物質
３    正極板
４    負極集電体
５    負極活物質
６    負極板
７、７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ    正極集電板
８    負極集電板
９    セパレータ
１０    絶縁体
１１ 絶縁突起部
１２ 狭持部材
１３、１４    矢印
【図１】
0005263928.tif 000002
【図２】
0005263928.tif 000003
【図３】
0005263928.tif 000004
【図４】
0005263928.tif 000005
【図５】
0005263928.tif 000006
【図６】
0005263928.tif 000007