(57)【要約】【課題】電極群の両端面に表出した活物質層を折り曲げて形成する集電板との溶接面を平坦なものとし、溶接による接続の信頼性を向上させ、本来の目的とする高効率放電特性の向上を可能とした密閉型蓄電池を提供することを目的とする。【解決手段】活物質層２１、２５の未塗工部２２、２６を設けた集電体２０、２４からな正極板２３と負極板２７とをセパレータ２８を介して捲回した電極群２９の両端面に表出した集電体群を捲回軸心側から外周方向に向けて折り曲げて平坦な溶接面３１、３２を形成し、ここに集電板３３、３４を溶接して電池ケース３５に封入した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
集電体の幅方向の一端面に未塗工部を残すように活物質層を設けた正極板と負極板とを、集電体の未塗工部が相対向する側に表出するようにセパレータを介して捲回した電極群と、この電極群の上下面に表出した正極板および負極板の活物質層の未塗工部に溶接により接続した集電板と、この一方の集電板が電池ケースの内底面に他方の集電板が電池ケースの開口部に封着される封口板の端子に接続され、前記電池ケース内に電極群と電解液とを封入した密閉型蓄電池において、
前記捲回して構成された電極群の両端面に表出する正極板または負極板の少なくともいずれか一方の集電体群に複数の放射方向のスリットを設け、この集電体群を捲回軸心側から外周方向に折り曲げて平坦な集電板との溶接面を形成した密閉型蓄電池。
【請求項２】
前記電池ケースと接続されない側の集電体の溶接面の外周部と電池ケースとの間に絶縁部を設けた請求項１記載の密閉型蓄電池。
【請求項３】
前記電池ケースと接続されない側の集電体の溶接面の外周を電極群の外形と略同一にした請求項１記載の密閉型蓄電池。
【請求項４】
前記電池ケースと接続されない側の集電体として、捲回軸心側から外周側に向って活物質層の未塗工部の幅を徐々に小さくした請求項３記載の密閉型蓄電池。
【請求項５】
前記電池ケースと接続されない側の集電体として、捲回された外周側の活物質層の未塗工部を除去し請求項３に記載の密閉型蓄電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は高出力用としての密閉型蓄電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、各種ポータブル型の電子機器の発展に伴い、その駆動電源となる密閉型蓄電池が重要なキーデバイスの一つとして種々検討されてきた。その中でも充電可能なニッケル水素蓄電池やリチウムイオン二次電池といった密閉型蓄電池は、軽量、小型で高エネルギー密度であることから、携帯電話を始めとする民生用機器から電気自動車や電動工具等の駆動用電源など各種用途に用いられている。
【０００３】
中でも、リチウムイオン二次電池は近年駆動用電源として注目されており、高エネルギー密度化や高出力化に向けて検討が活発化している。
【０００４】
従来のリチウムイオン二次電池に代表される密閉型蓄電池は、図７(ａ)(ｂ)に示すように構成されていた。すなわち、図７(ｂ)に示すように正極活物質層１を塗工した正極集電体２よりなる正極板３と、負極活物質層４を塗工した負極集電体５よりなる負極板６とを長手方向の一端部に活物質層の未塗高部７、８をそれぞれ設けた構成とし、この未塗工部７、８にそれぞれ正極集電タブ９および負極集電タブ１０を設け、図７(ａ)に示すように、この正極板３と負極板６とをセパレータ１１を介して捲き回して電極群１２を構成し、この電極群１２を電解液とともに金属からなる有底状の電池ケース１３に収納し、この電池ケース１３の開口部に封着される封口板１４の端子に正極電タブ９を接続するとともに電池ケース１３の内底面に負極集電タブ１０を溶接などの手製で接続したリード方式の集電構造としていた。
【０００５】
また、ニッケル水素蓄電池、ニッケルカドミウム蓄電池、リチウムイオン二次電池の中で電動工具用などの高出力を必要とする密閉型蓄電池は、図８（ａ）(ｂ)に示すように構成されていた。すなわち、図８(ｂ)に示すように帯状の正極集電体２の幅方向の一端に正極活物質層１の未塗工部７を設けた正極板３と、同じく帯状の負極集電体５の幅方向の他端に負極活物質層４の未塗工部８を設けた負極板６とをセパレータ１１を介してそれぞれの未塗工部７、８が上下端面側に表出するように捲回して電極群１２を構成し、この電極群１２の上下端面に表出した未塗工部７および８に正極集電板１５および負極集電板１６を溶接により接続し、これを金属からなる有底状の電池ケース１３に電解液とともに収納し、負極集電板１６は電池ケース１３の内底面に、正極集電板１５は電池ケース１３の開口部に封着される封口板１４の端子にそれぞれ溶接により接続して構成されたダブレス構造としたものである。
【０００６】
この構成は、使用時の正極板３および負極板６における電流分布が均一になり、放電特性が向上する。
【０００７】
このようなタブレス構造の密閉型蓄電池において、集電体の未塗工部を捲回した電極群の外周部から捲回軸心側に向けて順次折り曲げて集電板の溶接面を形成し、この溶接面に集電板を溶接する構造とすることが提案されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２０００−３２３１１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前記従来のリード方式の集電構造では、高出力を必要とする用途には集電効率が悪く放
電特性が劣るという課題があった。
【０００９】
また、従来のタブレス構造においても、何十層にも捲回される電極群の集電体の未塗工部を外周部から捲回軸心方向に折り曲げると、径の大きい部分が徐々に小径となるように折り曲げることになるため、各層の折り曲げた部分にしわが必然的に発生し、平坦な溶接面を形成することが困難となっていた。
【００１０】
そのため、折り曲げて溶接面を形成した後、加圧して溶接面を平坦化する方法をとっているが、その加圧力によって活物質層から折り曲げ部までの集電体が座屈して十分な平坦化ができず集電板との溶接による接続が不十分となり、目的とする高効率放電特性を得ることができなくなったり、座屈によって活物質層に歪を発生させて集電体から分離させたり、活物質層の一部を破損したりするといった課題を有していた。
【００１１】
本発明は以上のような従来の課題を解決したものであり、電極群の両端面に表出した活物質層を折り曲げて形成する集電板との溶接面を平坦なものとし、溶接による接続の信頼性を向上させ、本来の目的とする高効率放電特性の向上を可能とした密閉型蓄電池を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記目的を達成するために本発明の密閉型蓄電池は、正極板と負極板とをセパレータを介して捲回して構成した電極群の両端面に表出する正極板または負極板の少なくともいずれか一方の集電体群に複数の放射方向のスリットを設け、この集電体群を捲回軸心側から外周方向に折り曲げて平坦な集電板との溶接面を形成したものである。
【００１３】
この構成とすることにより、集電体の溶接面と集電板との溶接による接続が確実に行えることになる。
【発明の効果】
【００１４】
以上のように本発明の密閉型蓄電池は構成されることにより、集電体の溶接面が平坦となり、集電板の溶接による接続が確実に行え、タブレス構造の本来の目的である放電特性の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の請求項１に記載の発明は、集電体の幅方向の一端面に未塗工部を残すように活物質層を設けた正極板と負極板とを、集電体の未塗工部が相対向する側に表出するようにセパレータを介して捲回した電極群と、この電極群の上下面に表出した正極板および負極板の活物質層の未塗工部に溶接により接続した集電板と、この一方の集電板が電池ケースの内底面に他方の集電板が電池ケースの開口部に封着される封口板の端子に接続され、前記電池ケース内に電極群と電解液とを封入した密閉型蓄電池において、前記捲回して構成された電極群の両端面に表出する正極板または負極板の少なくともいずれか一方の集電体群に複数の放射方向のスリットを設け、この集電体群を捲回軸心側から外周方向に折り曲げて平坦な集電板との溶接面を形成した密閉型蓄電池であり、この構成とすることにより、平坦な溶接面が形成でき、集電板との溶接による接続が確実となり、集電構造として抵抗の小さな安定したものが実現でき高効率放電特性の優れたものとすることができる。
【００１６】
本発明の請求項２に記載の発明は、前記電池ケースと接続されない側の集電体の溶接面の外周部と電池ケースとの間に絶縁部を設けた請求項１記載の密閉型蓄電池としたものであり、対極側となる電池ケースと集電体の溶接面との短絡を防止し、信頼性に優れたものとすることができる。
【００１７】
本発明の請求項３に記載の発明は、前記電池ケースと接続されない側の集電体の溶接面の外周を電極群の外形と略同一にした請求項１記載の密閉型蓄電池であり、この構成とすることにより、電池ケースとの短絡のおそれのないものとすることができる。
【００１８】
本発明の請求項４に記載の発明は、前記電池ケースと接続されない側の集電体として、捲回軸心側から外周側に向って活物質層の未塗工部の幅を徐々に小さくした請求項３記載の密閉型蓄電池であり、極板に工夫を加えるだけで、電池ケースと短絡のおそれのないものが提供できる。
【００１９】
本発明の請求項５に記載の発明は、前記電池ケースと接続されない側の集電体として、捲回された外周側の活物質層の未塗工部を除去し請求項３に記載の密閉型蓄電池であり、この構成をすることによって、多少電流分布の不均一な面は発生するものの電池ケースとの短絡のおそれのないものを実現することができる。
【００２０】
以下、本発明の密閉型蓄電池の一実施の形態について具体的に説明する。
【００２１】
図１に本発明の密閉型蓄電池の一実施例である円筒型リチウムイオン二次電池の断面図を、図２(ａ)に捲回した電極群の集電体の折り曲げ加工を施す前の斜視図を、図２(ｂ)に同集電体を折り曲げ加工した後の斜視図を示す。これらの図において、円筒型リチウムイオン二次電池は、アルミニウム箔からなる正極集電体２０に正極活物質層２１が幅方向の一端面（上端側）に未塗工部２２を形成するように塗着された正極板２３と、銅箔からなる負極集電体２４に負極活物質層２５が幅方向の他端面（下端面）に未塗工部２６を形成するように塗着された負極板２７と、この正極板２３と負極板２７の間に２５μｍのポリプロピレン樹脂製微多孔フィルムからなるセパレータ２８を介して渦巻き状に捲回された電極群２９を備えている。
【００２２】
この電極群２９の上下面に表出した正極側の集電体２０の未塗工部２２および負極側の集電体２４の未塗工部２６には、図２(ａ)に示すように捲回軸心から外周面にわたって４本の放射方向のスリット３０を設け、このスリット３０によって４分割された集電体２０および２４の未塗工部２２、２６の群が図２(ｂ)に示すように捲回軸心側から外周方向に向って直角に折り曲げられ平坦な溶接面３１、３２を形成している。
【００２３】
この溶接面３１、３２にはそれぞれ、円板状の集電板３３、３４が溶接によりそれぞれの各捲回層ごとの集電体２０、２４と電気的に接続されている。ここで正極側の集電板３３はアルミニウムなどからなり、負極側の集電板３４は銅、ニッケル、ニッケルメッキを施した銅や鉄などからなる。
【００２４】
このような集電板３３、３４を接続した電極群２９は、非水系溶媒を用いた電解液とともに金属からなる有底筒状の電池ケース３５に収納され、負極側の集電板３４は電池ケース３５の内底面に溶接によって接続され、正極側の集電板３３は前記電池ケース３５の開口部に絶縁しガスケット３６とともに封着される金属からなる封口板３７に溶接などにより接続されて円筒型リチウムイオン二次電池を構成している。
【００２５】
なお、溶接面３１、３２は必ずしも両方に必要はなく、いずれか一方だけに設けてもよい。
【００２６】
上記構成において、正極板２３は以下のようにして作製される。
【００２７】
正極活物質層２１として、コバルトリチウム粉末を８５重量部、導電剤として炭素粉末を１０重量部、および結着剤としてポリフッ化ビニリデン（以下、ＰＶＤＦと略す）のＮ
−メチル−２−ピロリドン（以下、ＮＭＰと略す）溶液をＰＶＤＦが５重量部相当を混合する。この混合物を厚み１５μｍのアルミニウム箔からなる正極集電体２０に幅方向の一端面に未塗工部２２を形成するように塗布、乾燥した後、圧延して厚みが１５０μｍの正極板２３を作製する。
【００２８】
負極板２７は以下のようにして作製する。負極活物質層２５として、人造黒鉛粉末を９５重量部、および結着剤としてＰＶＤＦのＮＭＰ溶液をＰＶＤＦが５重量部相当を混合する。この混合物を厚み１０μｍの銅箔からなる負極集電体２４に、塗布、乾燥した後、圧延して厚みが１６０μｍの負極板２７を作製する。
【００２９】
電解液は以下のように調製する。非水溶媒として、エチレンカーボネートとエチルメチルカーボネートを体積比１:１で混合し、これに溶質として、六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ6）が１ｍｏｌ／Ｌになるように溶解する。このように調製した電解液を４．５ｍｌ用いる。
【００３０】
以上の手順を経て、実施の形態の円筒型リチウムイオン二次電池を得た。
【００３１】
また、上記構成においては、図２(ｂ)に示すように、電極群２９の外径より正極側の溶接面３１の外周が大きくなり、図１に示すように電池ケース３５に収納すると、負極側となる電池ケース３５の内面にきわめて近づき、何かの衝撃や振動によって短絡してしまうおそれが発生する。そのため、図３に示すように、この正極側の溶接面３１の外周に対応する位置に絶縁部３８を設ける構成とすることが望ましい。
【００３２】
この絶縁部３８は、電池ケース３５の溶接面３１の外周と対応する内面に絶縁樹脂をコーティングして形成したり、溶接面３１の外周部に絶縁樹脂を塗布して形成したり、絶縁リングをあらかじめ形成しておき、この絶縁リングを溶接面３１の外周部にはめこむことによって形成することができる。
【００３３】
また、電池ケース３５と正極側の溶接面３１の短絡を防止するためには、この溶接面３１の外周を電極群２９の外形と略同一にすることでも対応できる。
【００３４】
すなわち、図４に示すように正極板２３および負極板２７を捲回する側から未塗工部２２、２６の幅を捲回の外周側に向って徐々に小さくし、外周側の未塗工部２２、２６は殆どない状態にしたり、図５に示すように外周側の数ターン分の未塗工部２２、２６を除去した構成にすることによって、渦巻状に捲回して電極群２９を形成すると図６に示すように、電極群２９の外径より、正極側および負極側の捲回軸心側から外周方向に向って未塗工部２２、２６を折り曲げて形成する溶接面３１、３２の外周は殆んど外方に突出しない構成とすることができる。
【００３５】
このような電極群２９とすれば、図３に示したような絶縁部３８は不必要となり、電池ケース３５への組込みも容易となる。
【００３６】
ただ、外周側の集電体は２０、２４と集電板３３、３４との接続が不十分となったり、できなくなって多少の電流分布の不均一な点が発生するが、従来の不平担は溶接面のものに比べれば無視できる程度のものといえる。
【００３７】
上述した本発明の円筒型リチウムイオン二次電池の正極集電板３３、負極集電板３４をそれぞれ溶接した電極群２９を固定し、集電板３３、３４を引っ張り、剥がれるまでの溶接強度を測定した結果、いずれも２０Ｎ以上の強度が得られた。剥離部を観察したところすべて溶接面が３１、３２となる集電体２０、２４が破断していた。
【００３８】
また、完成した円筒型リチウムイオン二次電池を１２５０ｍＡの定電流で４．２Ｖまで充電し、１２５０ｍＡの定電流で３．０Ｖまで放電するというサイクルを３回行い活性化した後、交流１ｋＨｚの抵抗値を測定した結果、電池の抵抗値は平均１４ｍΩで従来のリード方式に比べ約半分の値であった。この円同型リチウムイオン二次電池を用いて６０ｃｍ落下試験７０回繰り返し行ったところ内部抵抗の上昇は最大でも２ｍΩであった。
【００３９】
なお、実施の形態においては、円同型リチウムイオン二次電池についてのみ説明したが、ニッケル水素蓄電池などの高出力化の密閉型蓄電池の全てにおいても同様の構成とすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
以上のように、本発明による構成の密閉型蓄電池によれば極板の集電構造が優れているためを内部抵抗が小さく高出力を必要とする電動工具や電気自動車などの駆動用電池にも適用する密閉型蓄電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の一実施の形態である円筒型リチウムイオン二次電池の断面図
【図２】(ａ)同電極群の加工前の斜視図、(ｂ)同加工後の電極群の部分斜視図
【図３】本発明の円筒型リチウムイオン電池の他の例の断面図
【図４】他の例の正極板と負極板の展開図
【図５】さらに他の例の正極板と負極板の展開図
【図６】図４、図５に示す極板により構成した電極群の部分斜視図
【図７】(ａ)従来のリード方式の円筒型リチウムイオン二次電池の断面図、(ｂ)同極板の展開図
【図８】(ａ)従来のタブレス方式の円筒型リチウムイオン二次電池の断面図、(ｂ)同極板の展開図
【符号の説明】
【００４２】
２０  正極集電体
２１  正極活物質層
２２  未塗工部
２３  正極板
２４  負極集電体
２５  負極活物質層
２６  未塗工部
２７  負極板
２８  セパレータ
２９  電極群
３０  スリット
３１、３２  溶接面
３３、３４  集電板
３５  電池ケース
３６  絶縁ガスケット
３７  封口板
３８  絶縁部
【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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【図８】
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