(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池缶(１)の内部に、それぞれ帯状の正極(41)と負極(43)の間にセパレータ(42)を介在させて渦巻き状に巻き取った巻き取り電極体(４)が収容され、正極(41)及び負極(43)はそれぞれ、帯状芯体の表面に活物質を塗布して構成され、巻き取り電極体(４)が発生する電力を一対の電極端子部から外部へ取り出すことが可能であり、巻き取り電極体(４)の少なくとも何れか一方の端部には、正極(41)或いは負極(43)を構成する帯状芯体の端縁(48)が突出し、該端縁(48)を覆って集電板(50)が設置され、該集電板(50)が一方の電極端子部と連結されている二次電池において、
前記集電板(50)には、巻き取り電極体(４)の中央孔(40)へ嵌入するボス(56)が突設され、該ボス(56)の内部へ前記一方の電極端子部の端部が突出してボス(56)に固定されると共に、該固定位置の近傍にて電極端子部の端部が集電板(50)の表面に圧接されていることを特徴とする二次電池。
【請求項２】
前記一方の電極端子部は、電池缶(１)を貫通する電極端子(91)を具え、該電極端子(91)には、集電板(50)の表面に圧接されるべきフランジ(92)と、該フランジ(92)から巻き取り電極体(４)側へ突出するねじ軸片(97)とが形成され、前記集電板(50)のボス(56)の内周面には内ねじ(57)が形成され、該内ねじ(57)に前記ねじ軸片(97)が螺合している請求項１に記載の二次電池。
【請求項３】
集電板(50)には、芯体端縁(48)に向かって断面円弧状に突出する複数条の円弧状凸部(52)が形成されると共に、芯体端縁(48)に向かって切り起こした複数条の切り起し片(53)が形成され、これらの円弧状凸部(52)及び切起し片(53)が芯体端縁(48)に食い込んだ状態で、円弧状凸部(52)が芯体端縁(48)に溶接されている請求項１又は請求項２に記載の二次電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電池缶の内部に二次電池要素となる巻き取り電極体が収容され、電池缶に設けた一対の電極端子部から巻き取り電極体の発生電力を取り出すことが出来る二次電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、携帯型電子機器、電気自動車等の電源として、エネルギー密度の高いリチウムイオン二次電池が注目されている。例えば電気自動車に用いられる比較的大きな容量の円筒型リチウムイオン二次電池は、図９及び図１０に示す様に、筒体(11)の両端部に蓋体(12)(12)を溶接固定してなる円筒状の電池缶(１)の内部に、巻き取り電極体(４)を収容して構成されている。両蓋体(12)(12)には、正負一対の電極端子機構(９)(９)が取り付けられており、巻き取り電極体(４)の両極と両電極端子機構(９)(９)とが互いに接続されて、巻き取り電極体(４)が発生する電力を一対の電極端子機構(９)(９)から外部に取り出すことが可能となっている。又、各蓋体(12)には圧力開閉式のガス排出弁(13)が取り付けられている。
【０００３】
巻き取り電極体(４)は、図１１に示す様に、それぞれ帯状の正極(41)と負極(43)の間に帯状のセパレータ(42)を介在させて、これらを渦巻き状に巻回して構成されている。正極(41)は、アルミニウム箔からなる帯状芯体(45)の両面にリチウム複合酸化物からなる正極活物質(44)を塗布して構成され、負極(43)は、銅箔からなる帯状芯体(47)の両面に炭素材料を含む負極活物質(46)を塗布して構成されている。セパレータ(42)には、非水電解液が含浸されている。
【０００４】
ここで、正極(41)及び負極(43)はそれぞれセパレータ(42)上に幅方向へずらして重ね合わされ、渦巻き状に巻き取られている。これによって、巻き取り電極体(４)の巻き軸方向の両端部の内、一方の端部では、セパレータ(42)の端縁よりも外方へ正極(41)の芯体(45)の端縁(48)が突出すると共に、他方の端部では、セパレータ(42)の端縁よりも外方へ負極(43)の芯体(47)の端縁(48)が突出している。
そして、巻き取り電極体(４)の両端部にはそれぞれ円板状の集電板(５)が溶接され、該集電板(５)に突設した短冊状のリード部(55)が図１０に示す電極端子機構(９)の基端部に接続される。
【０００５】
電極端子機構(９)は、電池缶(１)の蓋体(12)を貫通して取り付けられた電極端子(91)を具え、該電極端子(91)の基端部にはフランジ(92)が形成されている。蓋体(12)の貫通孔には絶縁パッキング(93)が装着され、蓋体(12)と締結部材(91)の間の電気的絶縁性とシール性が保たれている。電極端子(91)には、蓋体(12)の外側からワッシャ(94)が嵌められると共に、第１ナット(95)及び第２ナット(96)が螺合している。そして、第１ナット(95)を締め付けて、電極端子(91)のフランジ(92)とワッシャ(94)によって絶縁パッキング(93)を挟圧することにより、シール性を高めている。
尚、前記集電板(５)のリード部(55)の先端部は、電極端子(91)のフランジ(92)に、スポット溶接或いは超音波溶接によって固定されている。
【０００６】
ところで、特に電気自動車用の電源等として用いるリチウムイオン二次電池においては、高容量であると共に、高出力を得るために出来るだけ内部抵抗を低減させることが必要となる。
そこで、二次電池の内部抵抗の低減を図るべく、図１１に示す集電構造においては、集電板(５)の平板状本体(51)に、中央孔(54)を中心として放射状に伸びる複数条の円弧状凸部(52)が一体成型され、巻き取り電極体(４)側に突出している。又、平板状本体(51)には、隣接する円弧状凸部(52)(52)の間にそれぞれ、複数条の切り起し片(53)が形成され、巻き取り電極体(４)側に突出している。
【０００７】
上記集電構造を有する二次電池の製造工程においては、巻き取り電極体(４)の端部に形成されている芯体端縁(48)に集電板(５)を押し付ける。これによって、集電板(５)の円弧状凸部(52)は、巻き取り電極体(４)の芯体端縁(48)に食い込み、円弧状凸部(52)と芯体端縁(48)の間には、円筒面からなる接合面が形成される。又、集電板(５)の切り起し片(53)は、巻き取り電極体(４)の芯体端縁(48)に深く食い込み、芯体端縁(48)と圧着することになる。
【０００８】
この状態で、集電板(５)の円弧状凸部(52)の内周面に向けてレーザビームを照射し、レーザ溶接を施す。この結果、集電板(５)の円弧状凸部(52)と巻き取り電極体(４)の芯体端縁(48)とが、大きな接触面積で互いに接合されると共に、切り起し片(53)と芯体端縁(48)の間の圧着状態が維持されることになる。
【０００９】
従って、集電板(５)は、各円弧状凸部(52)と芯体端縁(48)の溶接部にて大きな接触面積で芯体端縁(48)に接合されると共に、該溶接部以外の領域では、各切り起し片(53)が芯体端縁(48)に食い込んで、良好な接触状態が得られるため、集電板(５)と巻き取り電極体(４)の間の接触抵抗が小さくなる。然も、集電板(５)に形成された複数条の切り起し片(53)によって、芯体端縁(48)の全域から集電が行なわれるので、高い集電性能が得られる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図１０に示す如く集電板(５)に突設したリード部(55)を電極端子機構(９)に接続した集電構造では、巻き取り電極体(４)から集電板(５)のリード部(55)を経て電極端子機構(９)に至る電流経路において、集電板(５)の平板状本体(51)の端部から電極端子(91)まで伸びるリード部(55)は長く、然もその断面積が小さいため、リード部(55)が形成する電流経路の電気抵抗が大きなものとなって、十分に内部抵抗を小さくすることが出来ない問題があった。
【００１１】
又、電池缶(１)内の集電板(５)と電極端子機構(９)の電極端子(91)との間に、リード部(55)が伸びる空間を設ける必要があるため、電池缶(１)の体積が大きくなって、二次電池の単位体積当りの出力が小さい問題があった。
【００１２】
そこで本発明の目的は、集電板を用いた集電構造を有する二次電池において、従来よりも更に内部抵抗を低減させると共に、単位体積当りの出力を増大させることである。
【００１３】
【課題を解決する為の手段】
本発明に係る二次電池においては、電池缶(１)の内部に、それぞれ帯状の正極(41)と負極(43)の間にセパレータ(42)を介在させて渦巻き状に巻き取った巻き取り電極体(４)が収容され、正極(41)及び負極(43)はそれぞれ、帯状芯体の表面に活物質を塗布して構成され、巻き取り電極体(４)が発生する電力を一対の電極端子部から外部へ取り出すことが出来る。
巻き取り電極体(４)の少なくとも何れか一方の端部には、正極(41)或いは負極(43)を構成する帯状芯体の端縁(48)が突出し、該端縁(48)を覆って集電板(50)が設置され、該集電板(50)が一方の電極端子部と連結されている。
又、前記集電板(50)には、巻き取り電極体(４)の中央孔(40)へ密に嵌入するボス(56)が突設され、該ボス(56)の内部へ前記一方の電極端子部の端部が突出してボス(56)に固定されると共に、該固定位置の近傍にて電極端子部の端部が集電板(50)の表面に圧接されている。
【００１４】
上記本発明の二次電池においては、電極端子部の端部が直接に集電板(50)の表面に圧接されて、巻き取り電極体(４)から電極端子へ至る電流経路を形成しており、従来の如きリード部は介在しないので、電流経路の電気抵抗は小さなものとなる。
又、電極端子部の端部を集電板(50)の表面に圧接状態で固定するべく、巻き取り電極体(４)の中央孔(40)へ嵌入するボス(56)の内部にて、電極端子部の端部を集電板(50)に固定する構造が採用されているので、該固定構造は、巻き取り電極体(４)の中央孔(40)の内部に収容されることとなり、固定構造を配置するための余分なスペースは不要である。
【００１５】
具体的構成において、前記一方の電極端子部は、電池缶(１)を貫通する電極端子(91)を具え、該電極端子(91)には、集電板(50)の表面に圧接されるべきフランジ(92)と、該フランジ(92)から巻き取り電極体(４)側へ突出するねじ軸片(97)とが形成され、前記集電板(50)のボス(56)の内周面に形成された内ねじ(57)に、前記電極端子(91)のねじ軸片(97)が螺合している。
【００１６】
該具体的構成を有する二次電池の組立工程においては、巻き取り電極体(４)の中央孔(40)へ集電板(50)のボス(56)を嵌入せしめた状態で、該巻き取り電極体(４)の芯体端縁(48)に集電板(50)を溶接した後、該集電板(50)のボス(56)の内ねじ(57)に対して電極端子(91)のねじ軸片(97)をねじ込み、フランジ(92)を集電板(50)の表面に圧接せしめる。
これによって、集電板(50)の表面に対し、電極端子(91)のフランジ(92)が広い面積で直接に圧接され、巻き取り電極体(４)から集電板(50)を経て電極端子(91)に至る最短距離の電流経路が形成される。この結果、電流経路の電気抵抗が従来よりも小さくなる。
【００１７】
【発明の効果】
本発明に係る二次電池によれば、従来よりも更に内部抵抗を低減させると共に、単位体積当りの出力を増大させることが出来る。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をリチウムイオン二次電池に実施した形態につき、図面に沿って具体的に説明する。
全体構成
本発明に係るリチウムイオン二次電池は、図１に示す如く、筒体(11)の両端部に蓋体(12)(12)を溶接固定してなる円筒状の電池缶(１)の内部に、巻き取り電極体(４)を収容して構成されている。両蓋体(12)(12)には、正負一対の電極端子機構(90)(90)が取り付けられている。各蓋体(12)には圧力開閉式のガス排出弁(13)が取り付けられている。
巻き取り電極体(４)の両端部にはそれぞれ集電板(50)が設置され、芯体端縁(48)にレーザ溶接されている。該集電板(50)の表面は、電極端子機構(90)を構成する電極端子(91)のフランジ(92)に圧接されている。
【００１９】
巻き取り電極体(４)
巻き取り電極体(４)は、図１１に示す様に、それぞれ帯状の正極(41)と負極(43)の間に帯状のセパレータ(42)を介在させて、これらを渦巻き状に巻回して構成されている。正極(41)は、アルミニウム箔からなる帯状芯体(45)の両面にリチウム複合酸化物からなる正極活物質(44)を塗布して構成され、負極(43)は、銅箔からなる帯状芯体(47)の両面に炭素材料を含む負極活物質(46)を塗布して構成されている。セパレータ(42)には、非水電解液が含浸されている。
【００２０】
正極(41)には、正極活物質(44)の塗布されている塗工部と、正極活物質の塗布されていない非塗工部とが形成されている。又、負極(43)にも、負極活物質(46)の塗布されている塗工部と、負極活物質の塗布されていない非塗工部とが形成されている。
正極(41)及び負極(43)は、それぞれセパレータ(42)上に幅方向へずらして重ね合わせ、正極(41)及び負極(43)の前記非塗工部をセパレータ(42)の両端縁からそれぞれ外側へ突出させる。そして、これらを渦巻き状に巻き取ることによって巻き取り電極体(４)が構成される。該巻き取り電極体(４)においては、巻き軸方向の両端部の内、一方の端部では、正極(41)の非塗工部の芯体端縁(48)が、セパレータ(42)の一方の端縁よりも外方へ突出し、他方の端部では、負極(43)の非塗工部の芯体端縁(48)が、セパレータ(42)の他方の端縁よりも外方へ突出している。
【００２１】
電極端子機構(90)
電極端子機構(90)は、図１に示す如く、電池缶(１)の蓋体(12)を貫通して取り付けられたボルト部材からなる電極端子(91)を具えている。該電極端子(91)の基端部には、円板状のフランジ(92)が形成されると共に、該フランジ(92)の裏面には、巻き取り電極体(４)に向かってねじ軸片(97)が突設されている。
蓋体(12)の貫通孔には絶縁パッキング(93)が装着され、蓋体(12)と締結部材(91)の間の電気的絶縁性とシール性が保たれている。電極端子(91)には、蓋体(12)の外側からワッシャ(94)が嵌められると共に、第１ナット(95)及び第２ナット(96)が螺合している。そして、第１ナット(95)を締め付けて、電極端子(91)のフランジ(92)とワッシャ(94)によって絶縁パッキング(93)を挟圧することにより、シール性を高めている。
【００２２】
集電構造
集電板(50)は、図２〜図４に示す如く円板状本体(51)を具え、該円板状本体(51)には、放射状に伸びる複数条(実施例では４条)の円弧状凸部(52)が一体成型され、巻き取り電極体(４)側に突出している。又、円板状本体(51)には、隣接する円弧状凸部(52)(52)の間にそれぞれ、複数条(実施例では２条)の切り起し片(53)が形成され、巻き取り電極体(４)側に突出している。ここで、切り起し片(53)の形成に伴って開設される貫通孔は、電解液の通路として機能する。
更に、平板状本体(51)の巻き取り電極体(４)との対向面には、巻き取り電極体(４)の中央孔(40)へ嵌入可能な円筒ボス(56)が突設され、該円筒ボス(56)の内周面には、前記電極端子(91)のねじ軸片(97)が螺合可能な内ねじ(57)が形成されている。
尚、正極側の集電板(50)はアルミニウム製であり、負極側の集電板(50)はニッケル製である。
【００２３】
製造方法
図１に示す電池缶(１)、電極端子機構(90)、巻き取り電極体(４)及び集電板(50)をそれぞれ作製した後、巻き取り電極体(４)の中央孔(40)へ集電板(50)の円筒ボス(56)を嵌入せしめ、図５及び図７に示す如く、巻き取り電極体(４)の各端部に形成されている芯体端縁(48)に集電板(50)を押し付ける。ここで、巻き取り電極体(４)の中央孔(40)に集電板(50)の円筒ボス(56)が密に嵌入することによって、巻き取り電極体(４)に対する集電板(50)の位置決めが自動的に行なわれることになる。
【００２４】
この様に巻き取り電極体(４)の芯体端縁(48)に集電板(50)を押し付けることによって、集電板(50)の円弧状凸部(52)は、図６に示す如く巻き取り電極体(４)の芯体端縁(48)に食い込み、円弧状凸部(52)と芯体端縁(48)の間には、円筒面からなる接合面が形成される。又、集電板(50)の切り起し片(53)は、図８に示す如く巻き取り電極体(４)の芯体端縁(48)に深く食い込み、芯体端縁(48)と圧着することになる。
【００２５】
この状態で、図６中に矢印で示す様に、集電板(50)の円弧状凸部(52)の内周面に向けてレーザビームを照射し、レーザ溶接を施す。この結果、集電板(50)の円弧状凸部(52)と巻き取り電極体(４)の芯体端縁(48)とが、大きな接触面積で互いに接合されると共に、図８に示す切り起し片(53)と芯体端縁(48)の間の圧着状態が維持されることになる。
【００２６】
その後、集電板(50)の円筒ボス(56)の内ねじ(57)へ電極端子(91)のねじ軸片(97)をねじ込んで、集電板(50)のフランジ(92)を集電板(５)の平板状本体(51)の表面に圧接せしめる。
この様にして巻き取り電極体(４)の両端部の集電板(50)(50)に電極端子(91)(91)を固定した後、該巻き取り電極体(４)を図１に示す筒体(11)の内部に収容する。そして、図１の如く筒体(11)の各開口部に蓋体(12)を設置すると共に電極端子機構(90)を組み立てた後、蓋体(12)を筒体(11)に溶接固定する。
最後に、電池缶(１)内に電解液を注入した後、各蓋体(12)に安全弁(13)をねじ込んで、本発明のリチウムイオン二次電池を完成する。
【００２７】
上記リチウムオン二次電池においては、集電板(50)の平板状本体(51)の表面に対し、電極端子(91)のフランジ(92)が十分に広い面積で直接に圧接されて、巻き取り電極体(４)から集電板(50)を経て電極端子(91)に至る最短距離の電流経路が形成されるので、電流経路の電気抵抗は小さなものとなる。
又、集電板(50)は、各円弧状凸部(52)と芯体端縁(48)の溶接部にて大きな接触面積で芯体端縁(48)に接合されると共に、該溶接部以外の領域では、各切り起し片(53)が芯体端縁(48)に食い込んで、良好な接触状態が得られるため、集電板(50)と巻き取り電極体(４)の間の接触抵抗が小さくなる。然も、集電板(50)に形成された複数条の切り起し片(53)によって、芯体端縁(48)の全域から集電が行なわれるので、高い集電性能が得られる。
【００２８】
然も、電極端子(91)のねじ軸片(97)と集電板(50)の円筒ボス(56)とは、巻き取り電極体(４)の中央孔(40)に収容され、集電板(50)を電極端子(91)に固定するための構造は、中央孔(40)のデッドスペースを利用して配備されているので、電池缶(１)内に余分なスペースをとる必要がなく、これによって、二次電池の単位体積当りの出力を従来よりも増大させることが出来る。
【００２９】
尚、本発明の各部構成は上記実施の形態に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。例えば、図１に示す本発明の集電構造と電極端子機構(90)は、巻き取り電極体(４)の両端部にそれぞれ配備する構成に限らず、巻き取り電極体(４)の一方の端部にのみ配備し、他方の端部には、図１０に示す従来の集電構造と電極端子機構(９)を配備する構成も採用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る二次電池の一部破断正面図である。
【図２】巻き取り電極体、集電板及び電極端子の分解斜視図である。
【図３】集電板の平面図である。
【図４】集電板の要部を示す拡大断面図である。
【図５】集電板の円弧状凸部を巻き取り電極体の芯体端縁に押し付ける工程の斜視図である。
【図６】集電板の円弧状凸部を巻き取り電極体の芯体端縁に押し付けた状態の拡大断面図である。
【図７】集電板の切り起し片を巻き取り電極体の芯体端縁に押し付ける工程の斜視図でである。
【図８】集電板の切り起し片を巻き取り電極体の芯体端縁に押し付けた状態の拡大断面図である。
【図９】二次電池の外観を示す斜視図である。
【図１０】従来の二次電池の一部破断正面図である。
【図１１】巻き取り電極体の一部展開斜視図である。
【符号の説明】
(１)  電池缶
(11)  筒体
(12)  蓋体
(４)  巻き取り電極体
(40)  中央孔
(50)  集電板
(51)  平板状本体
(52)  円弧状凸部
(53)  切り起し片
(56)  円筒ボス
(57)  内ねじ
(90)  電極端子機構
(91)  電極端子
(92)  フランジ
(97)  ねじ軸片
【図１】
0004159299.tif 000002
【図２】
0004159299.tif 000003
【図３】
0004159299.tif 000004
【図４】
0004159299.tif 000005
【図５】
0004159299.tif 000006
【図６】
0004159299.tif 000007
【図７】
0004159299.tif 000008
【図８】
0004159299.tif 000009
【図９】
0004159299.tif 000010
【図１０】
0004159299.tif 000011
【図１１】
0004159299.tif 000012