(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極板と負極板とをセパレータを介して捲回した捲回電極群と、該捲回電極群を収容する円筒状の電池容器と、該電池容器を封口し外部出力端子となる封口電池蓋群とを有し、前記捲回電極群から導出された多数の集電タブが、前記捲回電極群の上部に配置された集電リングに溶接され、該集電リングと前記封口電池蓋群とがリード板で接続されている高出力用途向け電池であって、前記集電リングは、円板状又は多角形板状であり、前記捲回電極群の軸芯の端部に嵌合される中央部と、前記捲回電極群から導出された多数の集電タブが溶接される外輪部と、該外輪部と前記中央部の間にリング開口部を残して連結された連結部とを有し、前記多数の集電タブは前記リング開口部を通過して前記外輪部の上面に溶接されていることを特徴とする高出力用途向け電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リチウム二次電池に代表される高出力用途向け電池に係り、特に、正極板と負極板とをセパレータを介して捲回した捲回電極群と、該捲回電極群を収容する円筒状の電池容器と、該電池容器を封口し外部出力端子となる封口電池蓋群とを有し、前記捲回電極群から導出された多数の集電タブが、前記捲回電極群の上部に配置された集電リングに溶接され、該集電リングと前記封口電池蓋群とがリード板で接続されている高出力用途向け電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近では、電気自動車用電池やハイブリッド車用電池に代表される高出力用途向け電池の研究開発が盛んに行われている。
高出力用途向け電池では、電池容量が大きくなるため出力電流値も大きくなるので、外部出力端子を兼ねた封口電池蓋群（電池蓋）と電池容器とを民生用小型電池と同様にカシメにより密閉する機構を採用する場合に、捲回電極群、封口電池蓋群間の接続部材に高い導電性を有することが必要となる。
【０００３】
このため、高出力用途向け電池では、例えば、本出願人が出願した特願平第１１−１１９３５９号の技術のように接続部材のリード線を太く厚くすることによって、又は、リード板を複数枚重ねることによって、電気抵抗を低減させ出力電流値を増加させる工夫がなされている。すなわち、上記出願の技術では、図３に示すように、正極板１と負極板２とをセパレータ３を介して捲回した捲回電極群１５と、該捲回電極群１５を収容する円筒状の電池容器１０と、該電池容器１０を封口し外部出力端子となる封口電池蓋群２０とを有し、前記捲回電極群１５から導出された多数の集電タブ１Ａが前記捲回電極群１５の上部に配置された集電リング５５に溶接され、該集電リング５５と前記封口電池蓋群２０とがリード板３２で接続されていることにより、捲回電極群１５、封口電池蓋群２０間の接続部材の電気抵抗を低減させている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図３に示す集電構造では、捲回電極群１５から導出された多数の集電タブ１Ａが溶接される集電リング５５は、円形状又は多角形状であり、前記捲回電極群１５の軸芯４の端部に嵌合される中央部５６と、前記多数の集電タブ１Ａが溶接される周縁立ち上がり部５７とを有し、前記多数の集電タブ１Ａは、前記周縁立ち上がり部５７の外側面に溶接されているので、集電タブ１Ａと集電リング５５との溶接のために要する空間高さが体積エネルギー密度を低下させる原因となっていた。
【０００５】
本発明の上記事案に鑑み、集電タブと集電リングとの溶接のために要する空間高さで体積エネルギー密度を低下させることのない高出力用途向け電池を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、正極板と負極板とをセパレータを介して捲回した捲回電極群と、該捲回電極群を収容する円筒状の電池容器と、該電池容器を封口し外部出力端子となる封口電池蓋群とを有し、前記捲回電極群から導出された多数の集電タブが、前記捲回電極群の上部に配置された集電リングに溶接され、該集電リングと前記封口電池蓋群とがリード板で接続されている高出力用途向け電池であって、前記集電リングは、円板状又は多角形板状であり、前記捲回電極群の軸芯の端部に嵌合される中央部と、前記捲回電極群から導出された多数の集電タブが溶接される外輪部と、該外輪部と前記中央部の間にリング開口部を残して連結された連結部とを有し、前記多数の集電タブは前記リング開口部を通過して前記外輪部の上面に溶接されていることを特徴とする。
本発明によれば、集電リングは、円板状又は多角形板状であり、前記捲回電極群の軸芯の端部に嵌合される中央部と、前記捲回電極群から導出された多数の集電タブが溶接される外輪部と、該外輪部と前記中央部の間にリング開口部を残して連結された連結部とを有し、前記多数の集電タブは前記リング開口部を通過して前記外輪部の上面に溶接されているので、集電タブを溶接する周縁立ち上がり部が不要となり、集電タブと集電リングとの溶接のために要する空間高さを削減することができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明を適用した高出力用途向けの円筒型非水電解液電池の実施の形態について説明する。
（構成）
図１に示すように、本実施形態の円筒型非水電解液電池５０は、円筒状でステンレス製の有底電池容器１０内に、正極板１と負極板２とをリチウムイオンが通過可能な微多孔を有する厚さ４０μｍ程度のセパレータ３を介して中空円筒状の軸芯４を捲回中心として渦巻き状に捲回した捲回電極群１５を備えている。
【０００８】
正極板１は、正極活物質のマンガン酸リチウム（ＬｉＭｎ２Ｏ４）に導電剤及び結着剤を加えて混練し、これに有機分散溶媒を添加、混練したスラリを厚さ２０μｍ程度のアルミニウム箔の両面に所定幅で塗布し、乾燥、プレスして合剤層を形成した後、アルミニウム箔の一部を切り欠いて正極集電タブ１Ａを形成したものである。一方、負極板２は、負極活物質の非晶質炭素に結着剤を加えて混練し、これに有機分散溶媒を添加、混練したスラリを厚さ１０μｍ程度の圧延銅箔に所定幅で塗布し、乾燥、プレスして合剤層を形成した後、銅箔の一部を切り欠いて負極集電タブ２Ａを形成したものである。
【０００９】
捲回電極群１５の上部には、正極集電リング５が配置されており、正極集電リング５は、円板状であり、捲回電極群１５の軸芯４の上端部１２に嵌合される中央部６と、捲回電極群１５から導出された多数の正極集電タブ１Ａが溶接される外輪部７と、外輪部７と中央部６の間にリング開口部５ａを残して連結された連結部７６とを有し、正極集電タブ１Ａは、リング開口部５ａを下方から上方へ通過するように変形され、外輪部７の上面に超音波溶接により接続・固定されている。軸芯４の端部１２に嵌合された正極集電リング５は、正極集電リング支え７で支持される。
【００１０】
また、円筒型非水電解液電池５０は、電池容器１０の上部開口に、絶縁性のガスケット１３を介してカシメ封口された電池蓋としての封口電池蓋群２０を備えている。封口電池蓋群２０は、正極集電リング５に対向する側に配置されアルミニウム合金製の上蓋ケース２２、電池内圧が所定圧となると彫り込み等の脆弱部が開裂して内圧を外部に開放する安全弁２３、安全弁２３を挟んで周縁部を上蓋ケース２２の周縁部でカシメられ外部出力端子として電池外部へ露出する上蓋キャップ２１及び上蓋ケース２２にリング状に当接して安全弁２３を下側から押さえる弁押さえ２４で一体に構成されている。
【００１１】
一方、捲回電極群１５の下部には、周縁に電池容器１０の底部方向へ立ち下がる立ち下がり部を有する円環状の負極集電リング６が配置されている。立ち下がり部の周縁外周には、負極板２から導出された負極集電タブ２Ａが変形・集合されており、超音波溶接により接続・固定されている。負極集電リング６は、負極集電リング６を支える負極集電リング支え８を介して軸芯４の下端部に固定されている。また、負極集電リング６の立ち下がり部は電池容器１０の底部に固定された円環状の負極集電リングスペーサ１１に係合して固定されている。負極集電リング６は断面逆ハット状の負極リード板９の逆ハットフランジ部に溶接されており、負極リード板９の逆ハット先端部は電池容器１０の底部に溶接されている。
【００１２】
なお、円筒型非水電解液電池５０内には、図示しない非水電解液が注液されており、捲回電極群１５はこの図示しない非水電解液に浸潤されている。非水電解液には、例えば、エチレンカーボネート（ＥＣ）とジメチルカーボネート（ＤＥＣ）との混合有機溶媒中に６フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ６）を１モル／リットルの割合で溶解したものを用いることができる。
（作用）
次に、本実施形態の円筒型非水電解液電池５０に外部応力が作用する場合や、当該外部応力が大きく電池が圧壊したり充電器等の故障で過充電状態等の電池異常に至った場合の作用について説明する。
【００１３】
まず、円筒型非水電解液電池５０は電気自動車やハイブリッド車に搭載される場合を想定して、外部応力が円筒型非水電解液電池５０に作用しても、捲回電極群１５が封口電池蓋群２０方向へ移動できない構造が採られている。すなわち、軸心４は、電池容器１０の底部側で負極集電リング支え８、負極集電リング６、負極リード板９、電池容器１０に当接・固定されており、封口電池蓋群２０側で正極集電リング支え７、正極集電リング５に当接し封口電池蓋群２０と電池容器１０がカシメ固定されているので、軸芯４は封口電池蓋群２０と電池容器１０で固定され封口電池蓋群２０方向へ移動することができない。また、捲回電極群１５は捲回時の張力と、正極板１及びセパレータ３、並びに、セパレータ３及び負極板２間に存在する非水電解液の張力（非水電解液による正極板１、負極板２、セパレータ３の膨潤による張力）により固定され、これら発電要素と軸芯４とは捲回開始端部を接着剤で固定されている。このため、捲回電極群１５は上記構造や接着力以上の応力が加わらない限り、封口電池蓋群２０方向へは移動できないので、容易に短絡は起こらない。
（効果等）
以上のように、本実施形態では、集電リングは、円板状又は多角形板状であり、前記捲回電極群の軸芯の端部に嵌合される中央部と、前記捲回電極群から導出された多数の集電タブが溶接される外輪部と、該外輪部と前記中央部の間にリング開口部を残して連結された連結部とを有し、前記多数の集電タブは前記リング開口部を通過して前記外輪部の上面に溶接されているので、集電タブを溶接する周縁立ち上がり部が不要となり、集電タブと集電リングとの溶接のために要する空間高さを削減することができる。
【００１４】
また、本実施形態では、上蓋ケース２２にアルミニウム合金を使用したので、電池電圧が４Ｖ以上に上昇し、かつ、非水電解液と接触しても、電池内部での腐蝕を防止することができる。このため、電池の信頼性を高めることができる。
【００１５】
更にまた、円筒型非水電解液電池５０に外部応力が作用しても容易に捲回電極群１５が封口電池蓋群２０方向へ移動できない構造を採用したので、捲回電極群１５内での電極短絡を防止することができることから、安全性を向上させることができ、また、不用意に安全弁２３が開裂することもない。従って、本実施形態の円筒型非水電解液電池５０は、振動が加わり、衝突等で外部応力が加わることのある電気自動車やハイブリッド電気自動車用の電源にも適している。
【００１６】
従って、本発明は上記実施形態に限らず、上述した特許請求の範囲において種々の態様を採ることができる。
【００１７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、集電リングは、円板状又は多角形板状であり、前記捲回電極群の軸芯の端部に嵌合される中央部と、前記捲回電極群から導出された多数の集電タブが溶接される外輪部と、該外輪部と前記中央部の間にリング開口部を残して連結された連結部とを有し、前記多数の集電タブは前記リング開口部を通過して前記外輪部の上面に溶接されているので、集電タブを溶接する周縁立ち上がり部が不要となり、体積エネルギー密度を向上できる、という効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用可能な実施形態の高出力用途向け電池の断面図である。
【図２】実施形態の高出力用途向け電池に使用される集電リングが溶接された捲回電極群の斜視図である。
【図３】比較例の高出力用途向け電池の断面図である。
【符号の説明】
１：正極板、１Ａ：正極集電タブ、２：負極板、３：セパレータ、４：軸芯、５：正極集電リング（集電リング）、５ａ：リング開口部、６：中央部、７：  外輪部、１０：電池容器、１２：上端部（端部）、１５：捲回電極群、２０：封口電池蓋群、２１：上蓋キャップ（外部出力端子）、５０：高出力用途向け電池（円筒型非水電解液電池）、７６：連結部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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