(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端に開口部を有しアルミニウム又はアルミニウム合金からなる外装缶と、該外装缶内に収納された正極と負極との間にセパレータが介在された渦巻電極体と、該外装缶の開口部を覆う封口板とを有し、かつ該封口板と外装缶の開口部と一方の電極に電気的に接続されている集電タブとが溶接されてなる密閉型電池において、前記一方の電極の集電タブは、前記一方の電極の芯体露出部から切り起こした切り起こし片に電気的に接続されたアルミニウム又はアルミニウム合金からなり、かつ前記芯体より厚さが厚い箔片からなるものであることを特徴とする密閉型電池。
【請求項２】
前記電極の芯体はアルミニウムからなり、前記集電タブの厚みは２０μｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載の密閉型電池。
【請求項３】
前記切り起こし片と溶接された前記集電タブの溶接部分は絶縁テープによって覆われているとともに前記渦巻電極体に固定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の密閉型電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、密閉型電池に関し、更に詳しくは、例えば角形密閉電池等において、誤って電池を床等へ落下させた場合でも容易に破損しないような強度を保持した電極の集電タブを備えた密閉型電池の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
小型の電子機器の電源としては、円筒形或いはボタン形の密閉型電池が多く使用されているが、近年、これらの電池に比べてスペース効率が優れた角形密閉電池が種々の電子機器に搭載されるようになってきた。
【０００３】
この種の角形密閉電池の中には、長手方向の一端面に開口部を有する扁平な有底角形型状の外装缶内に渦巻電極体が収納された後に、外装缶の開口部を封口板で覆い、外装缶と封口板とをレーザー溶接により封口したものがある。最近、この封口板が開口部へ溶接される際に、該開口部の開口端縁と封口板との間に電極の集電タブが挟み込まれ、この状態で封口板が該開口縁にレーザー溶接されると共に、電極の集電タブも一緒に外装缶に溶接されて外装缶に電気的接続がなされる封口方法が提案されている。
【０００４】
例えば特開平１０−１６２７９２号に開示された密閉型電池がその一例である。図３は、この公報に開示された密閉型電池の要部透視図であって、この電池は、正極と負極との間にセパレータが介在された渦巻電極体１が、正極外部端子を兼ねるアルミニウム製の電池外装缶２内に収納された後、封口板３が外装缶２の開口縁にレーザー溶接されている。
【０００５】
このレーザー溶接の際に、封口板３の外周側面と外装缶２の開口部との間には、正極の芯体露出部から導出された正極集電タブ４が挟み込まれ、この状態で封口板３と外装缶２とがレーザー溶接され、外装缶２の開口部が封口されると共に集電タブ４も外装缶２に溶接されて電気的接続がなされている。この正極集電タブ４には、正極芯体露出部の巻回終端にほぼコ字状の切り込み部を形成し、この切り込み部から切り起こした細長な箔片が使用されている。
【０００６】
なお、渦巻電極体１からは、別途負極集電タブ１１が延設されて、集電端子板１３に電気的接続がなされ、また渦巻電極体の巻終部分には図示しない粘着テープが添付されて渦巻電極状体に保持されるようになされている。なお、上記正極集電タブ４は粘着テープ１２を貼付して固定されるようになされている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この正極集電タブ４は、正極の芯体露出部の一部を切り起こした細長い箔片で形成されているので、該箔片の機械的強度等の特性は、正極の芯体の材料特性に依存している。通常、この正極の芯体露出部は、その肉厚がほぼ１５μｍのアルミニウム箔が使用されるので、このアルミニウム箔から切り起こされた正極集電タブは、肉厚が極めて薄く、しかも細長い箔片であるため、その機械的強度が極めて弱いものとなっている。
【０００８】
このため、前記の封口方法において、例えば封口板と電池外装缶との嵌合がきつい場合には、封口板を圧入する際に正極集電タブが切断してしまったり、或いは、製作された電池を誤って床等へ落下してしまったとき、更には強い振動等が電池に加えられたときなどは、正極集電タブが切断してしまい、電池外装缶と正極の芯体露出部との接触状態だけの接触通電となるが、正極芯体露出部と外装缶内面との接触圧の変化で内部抵抗が変化してしまうので、この接触通電は非常に不安定であり、しかも電池の内部抵抗が上昇するという課題を有していた。
【０００９】
この発明は、この従来技術が抱える課題を解消するものであって、その発明の目的は、電極の集電タブが破損するのを抑制することにより、電池の性能及び信頼性を向上させた密閉型電池を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記発明の目的は、以下の構成によって達成できる。すなわち、本発明の密閉型電池は、一端に開口部を有しアルミニウム又はアルミニウム合金からなる外装缶と、該外装缶内に収納された正極と負極との間にセパレータが介在された渦巻電極体と、該外装缶の開口部を覆う封口板とを有し、かつ該封口板と外装缶の開口部と一方の電極に電気的に接続されている集電タブとが溶接されてなる密閉型電池において、前記一方の電極の集電タブは、前記一方の電極の芯体露出部から切り起こした切り起こし片に電気的に接続されたアルミニウム又はアルミニウム合金からなり、かつ前記芯体より厚さが厚い箔片からなるものであることを特徴とする。
【００１１】
前記電極の芯体はアルミニウムからなり、前記集電タブの厚みは２０μｍ以上であることが好ましく、また、前記切り起こし片と溶接された前記集電タブの溶接部分は絶縁テープによって覆われているとともに前記渦巻電極体に固定されていることが好ましい。
【００１２】
かかる構成によると、封口板がアルミニウム又はアルミニウム合金からなる外装缶の開口端にレーザー等により溶接される際に、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる電極の集電タブも外装缶に溶接されて外装缶との間で電気的接続がなされる。しかも、該電極の集電タブは、渦巻電極体の一方の電極の芯体露出部から切り起こした芯体より厚さが厚い高強度の箔片で形成されているので、一方の電極の芯体そのもので集電タブが形成されている従来例のものより機械的強度が向上する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図１、２を参照して説明する。図１は本発明の一実施形態の密閉型電池の要部透視図、図２はこの電池の製造工程を示す説明図である。なお、本発明は、これらの図面に開示されたものに限定されるものではない。
【００１４】
図１を参照して、本発明の密閉型電池２０は、長手方向の一端面が開口し、周囲面が閉鎖したほぼ扁平状の導電性を有する箱型外装缶６０と、該外装缶内に挿入された渦巻電極体２１と、該渦巻電極体の一方の電極の芯体露出部から切り起こされた切り起こし片２１ａに例えば溶接等により電気的に接続された該芯体より高強度の電極の集電タブ３０ａと、該外装缶の開口部を覆って封口する封口板５０とを備えており、該外装缶６０の開口部を封口する際には、開口端縁と封口板との間に電極の集電タブ３０ａを挟み込んだ状態でレーザー溶接することにより封口されている。
【００１５】
この構成によると、封口板が外装缶の開口端にレーザー溶接される際に、電極の集電タブも外装缶に溶接されて外装缶との間で電気的接続がなされる。しかも電極の集電タブは、前記一方の電極の芯体より高強度の箔片で形成されるので、切り起こし片そのもので形成された従来例のものより機械的強度が向上する。
【００１６】
以下、この密閉型電池の製法を図２を用いて説明する。
渦巻電極体は、正極と、負極と、両電極間に介在されたセパレータとからなり、これらの各極板の製造方法は既に公知であって、本発明は該公知の任意の渦巻電極体を使用することができる。以下の製法はその一例である。
【００１７】
正極は、ＬｉＣｏＯ２：８５重量部、人造黒鉛粉末：５重量部、カーボンブラック：５重量部とからなる正極合剤に、Ｎ−メチル−２−ピロリドンに溶かしたポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）をＰＶｄＦ（固形分）を５重量部となる量で加え、撹拌・混合して正極スラリーを作成し、次いで、この正極スラリーをアルミニウム箔（厚さ１５μｍ）からなる正極芯体に塗布して正極活物質層を形成し、続いて、これを乾燥し、ローラープレス機により圧延した後、更に１１０℃で３時間真空乾燥処理して作製される。
【００１８】
この正極には、正極芯体の巻回終端から一定の距離だけ正極芯体の両面とも正極活物質層を有しない両面露出部が設けられ、この両面露出部から更に一定の距離だけは、正極芯体の一方の面のみが正極活物質層を有し、他方の面の芯体が露出する片面露出部が設けられる。また、前記両面露出部には、正極芯体を貫通するほぼコ字状の切り込み部が形成される。この切り込み部は、正極集電タブと接続するための箔片を形成するためのものであって、鋭利な刃物で芯体を切り込むことによって形成される。
【００１９】
負極は、粒子径５〜２５μｍの天然黒鉛粉末９５重量部（負極合剤）に、Ｎ−メチル−２−ピロリドンに溶かしたＰＶｄＦを、ＰＶｄＦ量として５重量部となるように加え、撹拌・混合して負極スラリーを作成し、次いで、該負極スラリーを銅箔（厚さ１０μｍ）からなる負極芯体の両面に塗布して負極活物質層を形成した後、一旦乾燥し、その後、ローラープレス機によりこれを圧延し、電極板の巻回始端近傍の活物質層を剥がし、ここにニッケルからなるリード（負極集電タブ２２）をスポット溶接して、更に１１０℃で３時間真空乾燥処理して作製される。
【００２０】
なお、電解液は、ＬｉＰＦ６を１ｍｏｌ／ｌの濃度になるようにエチレンカーボネートとジエチルカーボネートとの体積混合比が４０：６０の混合溶媒に溶解した非水電解液を用いた。
【００２１】
本発明の密閉型電池は、前記の電極等を用い、以下の工程で製造される。図２（ａ）〜（ｈ）を参照して、先ず、同図（ａ）に示すように、前記正極と負極とを、ポリエチレン製のセパレータを介して巻回し、平板状の渦巻電極体２１を形成する。この渦巻電極体２１は、正極の前記片面露出部が外周側に向き、かつ前記両面露出部が渦巻電極体２１の最外周部分に位置するようにして巻回する。
【００２２】
また、前記両面露出部には、該両面露出部を貫通するほぼコ字状の切り込み部を形成する。この切り込み部は、正極集電タブと接続するための切り起こし片２１ａを形成するためのものであって、鋭利な刃物で前記両面露出部を切り込むことによって形成される。なお、渦巻電極体２１の上部からは負極集電タブ２２を突出させる。
【００２３】
次に、同図（ｂ）に示すように、渦巻電極体２１の上端面に絶縁物質からなるスペーサ２３を装着して、その一部に前記負極集電タブ２２を挿通して突出させる。更に同図（ｃ）に示すように、前記切り込み部から切り起こし片２１ａをほぼ９０°切り起こし、この切り起こし片２１ａに所定の肉厚を有するアルミニウム箔フープ３０を使用して超音波溶接を行い、電気的接続を確保した後に、切断工具を用いて所定の長さで切断して正極集電タブ３０ａを形成する。
【００２４】
また、同図（ｄ）に示すように、切り起こし片２１ａと溶接された集電タブ３０ａは、更にほぼ９０°起こした後、切り起こし片２１ａ及び超音波溶接部Ａを覆うように絶縁テープ４０を貼付けて、渦巻電極体２１に固定する。また、必要に応じて、渦巻電極体２１の下端にも絶縁テープ４０を貼付け固定する。
【００２５】
その後、同図（ｅ）に示すように、渦巻電極体の上方に封口板５０を位置させた状態で、封口板５０に固定された集電端子板５１と負極集電タブ２２とを電気的に接続し、正極集電タブ３０ａは封口板５０を渦巻電極体に密着させたときにその先端の一部が外部に出るようにする。（図２（ｆ）参照。）
次いで、図２（ｇ）に示すように、負極集電タブ２２が電気的に接続された渦巻電極体２１を電池外装缶６０内に挿入し、その後、正極から導出した正極集電タブ３０ａを電池外装缶６０の内壁に沿って開口端にまで延ばす。そして、この正極集電タブ３０ａの端部を、封口板５０の外周側面で挟み込むようにして、封口板５０を電池外装缶６０の開口縁に嵌合する。そして、電池外装缶６０の開口端部に所定の外部圧力を加えつつ、電池外装缶６０と封口板５０との嵌合部にレーザー光Ｂを照射し、当該部分を溶接する。このレーザー溶接によって、外装缶６０の開口部が封口され、同時に正極集電タブ３０ａが外装缶６０と電気接続される。
【００２６】
レーザー溶接後、図２（ｈ）に示すように、封口板５０の透孔より外装缶６０の内部に前記非水電解液を注液し、当該透孔に電池キャップ５２を設けて密閉する。これにより、密閉型電池が完成する。
【００２７】
なお、前記発明の実施の態様では、角形密閉電池を用いたが、これに限定されるものではなく、円筒形電池等にも本発明を適用できる。また、電池外装缶としてはアルミニウム製のものに限定されるものではなく、その他アルミニウム合金製のものも用いることが可能である。更に、本発明は非水電解液電池に限定されるものではなく、ニッケル−水素蓄電池等の水性電解質を使用する電池にも用いることができる。
【００２８】
更に、前記正極集電タブは、必要に応じてその長さにゆとりを持たせて一部を折り畳み、その一部を外装缶内部に収納するようになしてもよい。そうすることにより電池の落下事故等が生じてもその際のショックは折り畳まれた部分により吸収させることができるので、電極の集電タブが切断してしまうような劣化現象を減らすことができる。
【００２９】
【実施例】
以下、正極集電タブとして正極芯体と同じ材質のものを用い、正極集電タブの厚さを種々変化させて各種密閉型電池を作成し、それぞれの密閉型電池の不良発生割合を調べた。
（実施例１）
実施例１の密閉型電池は、前記実施の形態で説明した製造方法を用い、正極集電タブとして、アルミニウム箔の肉厚が２０μｍのフープを使用して密閉型電池を作製した。
（実施例２）
実施例１と同様の製法を用い、アルミニウム箔の肉厚が２５μｍのフープを使用して密閉型電池を作製した。
（実施例３）
実施例１と同様の製法を用い、アルミニウム箔の肉厚が３０μｍのフープを使用して密閉型電池を作製した。
（比較例）
比較例の密閉型電池は、正極集電タブが渦巻電極体の芯体露出部から切り起こされたものである。
【００３０】
（実験１）
実施例１〜３の密閉型電池と比較例の密閉型電池において、両者の落下試験を以下の条件で行った。その結果をまとめて示すと表１に記載のとおりである。
なお、試験条件は、放電状態の電池を１．６５ｍの高さからコンクリート床面へ電池の各面（６面）毎に落下させて１サイクルとする。
電池の試験個数は実施例及び比較例においてそれぞれ２０個とし、そのうちの不良数を求める。
電池の内部抵抗が初期状態から＋１５ｍΩ以上になった時点で、内部抵抗変動が不良と見なす。落下サイクルは、最高で１０サイクルとする。なお電池不良の有無は、電池の解体により集電タブの破断有無を確認した。
【００３１】
【表１】
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表１から明らかなように、実施例１〜３の密閉型電池は比較例の密閉型電池に比べて、落下試験における不良発生数が激減していることがわかる。
【００３２】
したがって、電極の集電タブには芯体より肉厚の箔材を用いることにより、たとえ電池の落下事故等が生じてもその強度が上昇しているので、電極の集電タブが切断してしまうような劣化現象を減らすことができる。なお、電極の集電タブの厚さは、２０μｍ以上で効果が生じるが、好ましくは２５μｍ以上のものを用いることが望ましい。
【００３３】
なお、上記実施例１〜３では、正極集電タブとして正極芯体と同じ材質のアルミニウムを用い、正極集電タブの厚さを種々変化させて不良発生率を調べたが、正極集電タブとしては外装缶の材質に合わせてアルミニウムより高強度であるアルミニウム合金等も使用することができる。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の密閉型電池は、電極の集電タブの機械的強度が上昇しているので、誤ってこの電池を床等へ落下させてしまうようなことがあっても、電極の集電タブが破損することを抑制でき、電池の性能及び信頼性が向上するという優れた効果を奏している。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施形態の密閉型電池の製造方法にて作製された密閉型電池の要部透視図である。
【図２】  本発明の一実施形態の密閉型電池の製造工程を示す説明図である。
【図３】  従来技術の密閉型電池の製造方法にて作製された密閉型電池の要部透視図である。
【符号の説明】
２０      密閉型電池
２１      渦巻電極体
２１ａ    切り起こし片
２２      負極集電タブ
２３      スペーサ
３０      アルミニウム箔フープ
３０ａ    正極集電タブ
４０      絶縁テープ
５０      封口板
５１      集電端子板
５２      電池キャップ
６０      外装缶
Ａ        超音波溶接部
Ｂ        レーザー光
【図１】
0003877619.tif 000003
【図２】
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【図３】
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