(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極板と負極板がセパレータを介して捲回された極板群で、正極板または負極板の少なくとも一方の極板の端部に未塗工部が設けてあり、前記未塗工部を前記極板群から突出させ集電板と直接接続した極板群において、
前記集電板がケース底部を兼ねており、前記極板群を無底ケースに挿入し、前記集電板と前記無底ケースの開口部とを溶接することにより、前記集電板がケース底部を兼ねたことを特徴とする非水電解液二次電池。
【請求項２】
前記集電板の厚みが０．１ｍｍ以上であり０．７ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の非水電解液二次電池。
【請求項３】
前記集電板が負極板に接続しており、前記集電板の材質が、ニッケルまたはニッケルを鍍金した金属であることを特徴とする請求項１記載の非水電解液二次電池。
【請求項４】
前記集電板が正極板に接続しており、前記集電板の材質が、アルミニウム、ニッケル−クロム鋼またはアルミニウムを主成分とする合金からなることを特徴とする請求項１記載の非水電解液二次電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は非水電解液二次電池に関し、特に集電構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＡＶ機器あるいはパソコン等の電子機器のポータブル化、コードレス化が急速に進んでおり、これらの駆動用電源として小型、軽量で高エネルギー密度を有する二次電池への要求が高まっている。この中でリチウムを活物質とするリチウムイオン二次電池はとりわけ高電圧、高エネルギー密度を有する電池として期待が大きい。また新たな要求として電動工具などに用いるために高出力化が望まれる。
この要求に応えるためには電池の内部抵抗の低減が重要である。一般的なリチウムイオン二次電池の集電方式は、正極板及び負極板からそれぞれリードを用いて集電を行う。
一方、高出力型のニッケル水素蓄電池などでは、正負極板の端部を群から突出させ集電を行う。この集電方法はリードを用いる場合よりも低抵抗化が可能であるが、集電板とケースの底部を溶接する必要がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前述のような集電方法では、円筒型電池のように群を貫通する空隙がある場合には集電板とケース底部の溶接は容易であるが、角型電池のように群を貫通する空隙が無い場合には、このような集電方法をとることができない。また集電板とケース底部間においても、両者は溶接部分のみ一体化しているため抵抗成分が発生する。
【０００４】
本発明は上記従来の課題に鑑みてなされたものであり、リチウムイオン二次電池においても、特に角型電池であってもニッケル水素蓄電池のような集電構造を用いることが出来るようにするのが目的である。
【０００５】
さらに電池内空間にしめる集電板の体積を削除し、かつ正極板または負極板の集電板とケース底部の接合を削除し低抵抗化を図るとともに、電池容量及び電池特性を向上させることができる集電方法を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明では集電板がケース底部を兼ねているとし、さらに集電板を備えた極板群を無底ケースに挿入し、集電板とケースを溶接することにより、集電板とケース底部を兼ねさせるとしている。
このことにより、リチウムイオン二次電池において、たとえ角型電池であってもニッケル水素電池のような集電構造を用いることが出来る。さらに電池内空間にしめる集電板の体積を削減し、かつ正極板または負極板の集電板とケース底部の接合を削除し、低抵抗化を図るとともに、電池容量及び電池特性を向上させることができる集電方法を提供することができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の非水電解液二次電池は、正極板と負極板がセパレータを介して捲回された極板群で、正極板または負極板の少なくとも一方の極板の端部に未塗工部が設けてあり、前記未塗工部を前記極板群から突出させ集電板と溶接した極板群において、前記集電板がケース底部を兼ねているとしたものである。
この電池では、従来電池内容積のうち集電板が占有していた部分を削減することが可能となり、極板群高を増すことで容量を増大させることができる。
また、リードで集電を行う電池と比較して、電池内部抵抗を大幅に低減することが可能となる。このように電池内部抵抗を低減することにより、充放電時の分極が抑制され、高負荷充放電のような電池特性を改善することができる。さらに、大電流充放電時に発生するジュール熱が低減できるため、充放電時の電池の温度上昇を抑制することができる。
また、前記極板群を無底ケースに挿入し、前記集電板と前記無底ケースの開口部とを溶接することにより、前記集電板がケース底部を兼ねることも好ましい。
この場合、容易に集電板がケース底部を兼ねることができ、さらに、たとえ角型電池であってもニッケル水素蓄電池のような集電構造を用いることが出来る。
この場合、集電板の厚みは、ケース底部の強度と溶接の可能な条件範囲の観点から０．１ｍｍ以上であり０．７ｍｍ以下であることが好ましい。
以上述べた非水電解液二次電池において、集電板が負極板と接続している場合には、負極の電位で電解液等と反応しない材質であることが必要であり、その中でもニッケルまたはニッケルを鍍金した金属であることが好ましい。
また、集電板が正極板と接続している場合には、正極の電位で電解液等と反応しない材質であることが必要であり、その中でもアルミニウム、ニッケル−クロム鋼またはアルミニウムを主成分とする合金であることが好ましい。
【０００８】
【実施例】
以下、本発明の具体例について図面を参照しながら説明する。
【０００９】
図１から３は本発明の非水電解液二次電池の製造工程を工程順に示した工程模式図であり、各工程を判りやすく模式的に図示したものである。
【００１０】
図１は極板群を構成する正極板、負極板、セパレータの構造を示したものである。負極板１に、負極未塗工部２を形成し、正極板４には、一部を未塗工にして上部リード５を取りつけた。正極板４および負極板１をセパレータ３を介して捲回して極板群６を形成した。その際、負極未塗工部２が極板群６から突出するように捲回した。
【００１１】
図２では図１の工程で得た極板群６の未塗工突出部に平面加工を施し、厚さ０．３ｍｍのニッケル製集電板７をレーザー溶接により溶着した。その後、集電板７を溶着した極板群６をニッケル鍍金した鉄からなる無底ケース８に挿入した。
【００１２】
図３では図２により得た極板群６が挿入された無底ケース８に集電板７とケース開口部をレーザー溶接により接合した。溶接は底部方向から行う場合と、側面方向から行う場合が考えられるが、底部から行った。もちろん側面方向から行ってもかまわない。
【００１３】
次に上記の工程で得た電池中間体に、従来の公知の方法で、封口板かしめ用の溝入れを行った。続いて上部リードに封口板を溶接し、非水電解液を所定量注入し、かしめ封口を施し、後に詳細に述べる実施例１から９の試験電池を作成した。
【００１４】
ここではケース底部を兼ねる集電板が負極に接続される例のみを示したが、正極の集電板がケース底部を兼ねる場合には、ケース及び集電板に適当な材質を選択することで行った。
【００１５】
なお、極板群の構成は、底部を未塗工部から集電し、上部をリードにより集電する例を示したが、上部を未塗工部から集電する構造にしても同様である。
【００１６】
また比較を目的として上部、底部双方ともリードを用いて集電を行うこと以外は、上記電池と同様の構成を持つ比較例電池Ａを作成した。さらに底部の集電は未塗工部から行うものの、従来のニッケル水素蓄電池のように集電板とケース底部を溶接したこと以外は上記電池と同様の構成を持つ比較例電池Ｂも併せて作成した。さらに比較例電池ＡおよびＢと同じ集電構造であるが、角型電池にした比較例電池ＣおよびＤをそれぞれ作成した。
次に、前述の方法で作成した実施例１から９について詳細に説明する。
【００１７】
（実施例１）  ケース底部を兼ねる集電板が負極に接続され、正極の集電はリードを用いて行う１８６５０サイズの円筒型電池１を上記製造工程により作成した。負極活物質にはグラファイトを用い、正極活物質にはＬｉＣｏＯ2を用いた。電池１の容量は２００ｍＡの定電流放電を行ったところ１０２０ｍＡであった。１ｋＨｚの交流法で測定した電池１の内部抵抗は１５ｍΩであり、比較例電池Ａで同様にして測定した２４ｍΩよりも低い値を示した。また比較例電池Ｂは１３ｍΩであったが、これよりも低い抵抗値を示した。
【００１８】
さらに放電電流を１０Ａにして行った高負荷放電特性にも優れる電池が得られた。またこの時の温度上昇は、比較例電池Ａと比較して９℃低かった。
なお、以下に説明する各実施例は上記実施例１における一部のみを変更するものであるため、以下の各実施例の説明では、実施例１に対して変更した内容のみを列記することにする。
【００１９】
（実施例２）  実施例１に対し、正極の集電もリードではなく、負極と同様の未塗工部に溶接された集電板を用いて行う電池２を作成した。この電池は実施例１の電池１よりも低い内部抵抗である１１ｍΩとなり、さらに優れる高負荷特性を示した。
（実施例３）  実施例１に対し、ケースを鉄からアルミニウムにし、ケース底部を兼ねる集電板が正極に接続され、負極の集電も未塗工部に溶接された集電板を用いて行う電池３を作成した。電池３の内部抵抗は１０ｍΩであり、電池３も比較例電池Ａ及び比較例電池Ｂよりも優れた高負荷特性を示した。
（実施例４）  実施例１に対し、ケースを鉄からアルミニウムにし、ケース底部を兼ねる集電板が正極に接続され、負極の集電はリードを用いて行う電池４を作成した。電池４は比較例電池Ａよりも低い内部抵抗である２０ｍΩを示し、優れた高負荷特性を示した。
（実施例５）  角型電池の群構成を行い、実施例１と構成を同じくする容量４８０ｍＡの厚さ６ｍｍ、幅３４ｍｍ、高さ５０ｍｍの角型電池５を作成した。電池５は比較例電池ＣおよびＤよりも低い内部抵抗である３０ｍΩを示し、これらよりも優れた高負荷放電性能を有した。
（実施例６）  角型電池の群構成を行い、実施例３と構成を同じくする厚さ６ｍｍ、幅３４ｍｍ、高さ５０ｍｍの角型電池６を作成した。電池６は比較例電池Ｃよりも低い内部抵抗である２８ｍΩを示し、優れた高負荷放電性能を有した。
（実施例７）  実施例１に対し、ニッケル製集電板の厚みを０．１ｍｍ、０．７ｍｍ、１ｍｍとした電池を作成した。０．１ｍｍ、０．７ｍｍの集電板を用いた電池の内部抵抗は、どちらも１１ｍΩであった。
０．１ｍｍの集電体においても電池作成は可能であったが、底部強度を考慮すれば、集電体の厚みは０．１ｍｍよりも厚くすることが望ましい。また０．７ｍｍにおいても電池作成は可能であったが、１ｍｍの集電体では未塗工部と集電板の溶接が十分な強度を持たなかった。これらのことから集電体の厚みは０．１ｍｍ以上、０．７ｍｍ以下にすることが望ましい。
（実施例８）  実施例７対し、負極集電体としてニッケルを鍍金した鉄板で行った。どちらにおいても０．１ｍｍから０．７ｍｍの厚み範囲で電池を作成することが可能であった。また、内部抵抗は、１２ｍΩであった。
（実施例９）  実施例７対し、試験を正極集電体としてアルミニウム板、マグネシウムを３％含むアルミニウム合金とで行った。負極集電はリードにより行った。どちらにおいても０．１ｍｍから０．７ｍｍの厚み範囲で電池を作成することが可能であった。また内部抵抗は、どちらも３３ｍΩであった。
なお、これら各実施例により得られたいずれの電池においても、所用の充放電サイクル寿命を確保でき、かつ良好な保存特性が得られると共に、放電容量が向上したことを確認することができた。
【００２０】
【発明の効果】
以上のように、本発明の非水電解液二次電池によれば、電池の内部抵抗の低減ができるので、特に高負荷放電性能を向上させることができ、大電流放電時の電池温度上昇を抑制することができる。また集電板に相当する容積が削減されるため、この容積を有効に活用し容量を向上させることができる。さらに従来角型電池では採用できなかった、未塗工部を用いた集電方法が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係る電池の製造工程内の第一の工程を示す工程模式図
【図２】本発明の一実施例に係る電池の製造工程内の第二の工程を示す工程模式図
【図３】本発明の一実施例に係る電池の製造工程内の第三の工程を示す工程模式図
【符号の説明】
１    負極板
２    負極未塗工部
３    セパレータ
４    正極板
５    上部リード
６    極板群
７    集電板
８    無底ケース
【図１】
0004195963.tif 000002
【図２】
0004195963.tif 000003
【図３】
0004195963.tif 000004