(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池缶の内部に収容された巻き取り電極体の正極及び負極から夫々複数本の集電タブが引き出されており、該巻き取り電極体が発生する電力を、前記複数本の集電タブを介して一対の電極端子部から外部へ取り出すことが出来る筒型電池において、前記巻き取り電極体の巻き取り中心には軸部材が配備され、該軸部材の少なくとも一方の端部は巻き取り電極体から突出しており、該端部には絶縁材料からなるタブ保持板が相対回転不能に取り付けられ、該タブ保持板は前記巻き取り電極体から離れた位置に支持されており、該タブ保持板には、それぞれ１本の集電タブが貫通可能な複数の貫通孔が開設されており、各集電タブは、前記巻き取り電極体に接続された基端部から前記タブ保持板に向かって伸び、更に前記タブ保持板の異なる貫通孔を貫通して伸び、その先端部が一方の電極端子部に連結され、各集電タブは、前記基端部と先端部の中間位置で前記タブ保持板の貫通孔の内壁によって拘束されていることを特徴とする筒型電池。
【請求項２】
前記タブ保持板に開設されている貫通孔の数は、極性が同じ集電タブの本数よりも多い請求項１に記載の筒型電池。
【請求項３】
前記タブ保持板には、少なくとも１つの液孔が開設されている請求項１又は請求項２に記載の筒型電池。
【請求項４】
前記軸部材は、フッ素樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、及びセラミックの中から選択される１つの材質を用いて形成され、前記タブ保持板は、フッ素樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、及びセラミックの中から選択される１つの材質を用いて形成されている請求項１乃至請求項３の何れかに記載の筒型電池。
【請求項５】
前記軸部材は中空であって開口端部を有し、前記一方の電極端子部は、蓋体を貫通して取り付けられている端子部材と、該端子部材の基端部に螺合している挟圧部材とを具え、該挟圧部材は、前記軸部材の端部に相対回転不能に係合すると共に前記軸部材の開口端部に差し込まれた差込軸を有し、該挟圧部材と前記端子部材とによって複数本の集電タブの先端部が挟持されている請求項１乃至請求項４の何れかに記載の筒型電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電池缶内に発電要素となる電極体が収容されて、該電極体が発生する電力を外部へ取り出すことが可能な筒型電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電気自動車等の電源として、大きなエネルギー密度を有する筒型電池が使用されている。
該筒型電池は、例えば図４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(９)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(80)(81)が取り付けられており、巻き取り電極体(９)と各電極端子機構(80)(81)とが、複数本の集電タブ(３)を介して互いに接続され、巻き取り電極体(９)が発生する電力を一対の電極端子機構(80)(81)から外部に取り出すことが可能となっている。電池缶(１)内の巻き取り電極体(９)は、電解質を溶媒に溶解してなる電解液に浸漬されている。又、各蓋体(12)には圧力開閉式のガス排出弁(83)が取り付けられている。
【０００３】
巻き取り電極体(９)は、図５に示す様に、それぞれ帯状の正極(91)と負極(93)の間に帯状のセパレータ(92)を介在させて、これらを渦巻状に巻回して構成されている。正極(91)は、アルミニウム箔からなる帯状芯体の両面にリチウム複合酸化物からなる正極活物質(94)を塗布して構成され、負極(93)は、銅箔からなる帯状芯体の両面に炭素材料を含む負極活物質(95)を塗布して構成されている。
又、正極(91)には、正極活物質(94)の塗布されていない非塗工部(96)が形成され、該非塗工部(96)に、複数本の集電タブ(３)の基端部が溶接されている。同様に負極(93)には、負極活物質(95)の塗布されていない非塗工部(97)が形成され、該非塗工部(97)に、複数本の集電タブ(３)の基端部が溶接されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、電気自動車用の電池においては、車載時の振動による電池特性の低下を抑えることが必要である。
しかし、図４に示す様な従来の筒型電池においては、外部からの振動を受けて集電タブ(３)が振動するために、集電タブ(３)の基端部に、集電タブ(３)を巻き取り電極体(９)から引き抜く方向の力が作用することになる。又、集電タブ(３)の振動が大きい場合には、その振動によって、集電タブ(３)どうしが干渉して、互いに力を及ぼし合う場合があり、これによって、集電タブ(３)の基端部に引き抜き力が作用することになる。
集電タブ(３)の基端部は、前記引き抜き力によって巻き取り電極体(９)の電極から剥離する虞があり、集電タブ(３)の基端部が巻き取り電極体(９)の電極から剥離すると、該電極と電極端子機構の間の電流経路の断面積が小さくなって、電池の内部抵抗が増大し、電池特性が低下する問題があった。
【０００５】
本発明の目的は、振動を受けても特性が低下することのない筒型電池を提供することである。
【０００６】
【課題を解決する為の手段】
本発明に係る筒型電池においては、電池缶の内部に収容された巻き取り電極体の正極及び負極から夫々複数本の集電タブが引き出されており、該巻き取り電極体が発生する電力を、前記複数本の集電タブを介して一対の電極端子部から外部へ取り出すことが出来る。
前記巻き取り電極体の巻き取り中心には軸部材が配備され、該軸部材の少なくとも一方の端部は巻き取り電極体から突出しており、該端部には絶縁材料からなるタブ保持板が相対回転不能に取り付けられ、該タブ保持板は前記巻き取り電極体から離れた位置に支持されている。該タブ保持板には、それぞれ１本の集電タブが貫通可能な複数の貫通孔が開設されており、各集電タブは、前記巻き取り電極体に接続された基端部から前記タブ保持板に向かって伸び、更に前記タブ保持板の異なる貫通孔を貫通して伸び、その先端部が一方の電極端子部に連結され、各集電タブは、前記基端部と先端部の中間位置で前記タブ保持板の貫通孔の内壁によって拘束されている。
【０００７】
上記本発明の筒型電池においては、各集電タブが、タブ保持板に開設されている貫通孔の内壁によって拘束されているので、電池が振動を受けた場合に、集電タブが大きく振動することはない。従って、集電タブの基端部には、大きな引き抜き力は作用せず、集電タブの基端部が、巻き取り電極体の電極から剥離することはない。
【０００８】
本発明の具体的構成において、前記タブ保持板に開設されている貫通孔の数は、極性が同じ集電タブの本数よりも多い。
該具体的構成によれば、タブ保持板に開設された貫通孔に集電タブの先端部を挿入する工程にて、複数の貫通孔の内、集電タブの先端部の挿入が容易な貫通孔を任意に選択することが出来る。これにより、集電タブを貫通孔に通過せしめる作業が容易となる。
【０００９】
他の具体的構成において、前記タブ保持板には、少なくとも１つの液孔が開設されている。
該具体的構成によれば、電池缶内に電解液を注入する工程にて、電解液は前記液孔を通過して、巻き取り電極体の収容空間に流入する。従って、タブ保持板が筒体の内径と同じ外径であっても、電解液が該タブ保持板によってせき止められることはない。この結果、電池缶内の巻き取り電極体には、充分に電解液が浸透することになる。
【００１０】
更に他の具体的構成において、前記軸部材は、フッ素樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、及びセラミックの中から選択される１つの材質を用いて形成され、前記タブ保持板は、フッ素樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、及びセラミックの中から選択される１つの材質を用いて形成されている。
該具体的構成によれば、フッ素樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、及びセラミックは絶縁材料であるので、軸部材及びタブ保持板が正負極間を短絡させることはない。
【００１１】
更に他の具体的構成において、前記一方の電極端子部は、蓋体を貫通して取り付けられている端子部材と、該端子部材の基端部に螺合している挟圧部材とを具え、該挟圧部材は、前記軸部材の端部に相対回転不能に係合し、該挟圧部材と前記端子部材とによって複数本の集電タブの先端部が挟持されている。
該具体的構成においては、該挟圧部材が前記軸部材の端部に相対回転不能に係合しているので、該挟圧部材と前記端子部材とによって複数本の集電タブの先端部を挟持する工程において、前記端子部材の基端部を該挟圧部材にねじ込む過程で、該挟圧部材が前記端子部材と伴回りすることはない。従って、前記端子部材の基端部を該挟圧部材にねじ込むときに、該挟圧部材を直接に保持する必要がない。
【００１２】
【発明の効果】
本発明の筒型電池によれば、外部から振動を受けても、集電タブの基端部が巻き取り電極体の電極から剥離する虞がないので、電極と電極端子機構の間の電流経路の断面積が小さくなって電池の内部抵抗が増大することはなく、これによって電池特性の低下が防止される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をリチウム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。
本実施例のリチウム二次電池は、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(２)を収容して構成されている。
【００１４】
一方の蓋体(12)には正極端子機構(５)が取り付けられており、巻き取り電極体(２)の正極から伸びる複数本のリード(３)が正極端子機構(５)に接続されている。他方の蓋体(12)には負極端子機構(６)が取り付けられており、巻き取り電極体(２)の負極から伸びる複数本のリード(３)が負極端子機構(６)に接続されている。これによって、巻き取り電極体(２)が発生する電力を一対の電極端子機構(５)(６)から外部に取り出すことが可能となっている。
巻き取り電極体(２)の巻き取り中心にはフッ素樹脂製の中空の軸部材(４)が配備されており、巻き取り電極体(２)の両端からは該軸部材(４)の端部(41)(41)が突出している。又、該軸部材(４)の両端部(41)(41)には、タブ保持板(７)(７)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(15)(15)が取り付けられている。
【００１５】
巻き取り電極体(２)は、図２に示す様に、それぞれ帯状の正極(21)と負極(23)の間に帯状のセパレータ(22)を介在させ、これらを前記軸部材(４)の周囲に渦巻状に巻回して構成されている。正極(21)は、アルミニウム箔からなる帯状芯体の両面にリチウム複合酸化物からなる正極活物質(24)を塗布して構成され、負極(23)は、銅箔からなる帯状芯体の両面に炭素材料を含む負極活物質(25)を塗布して構成されている。又、正極(21)には、正極活物質(24)の塗布されていない非塗工部(26)が形成され、該非塗工部(26)に、各集電タブ(３)の基端部が溶接されている。同様に負極(23)には、負極活物質(25)の塗布されていない非塗工部(27)が形成され、該非塗工部(27)に、各集電タブ(３)の基端部が溶接されている。
前記軸部材(４)の各端部(41)は、その外周面及び内周面がそれぞれ六角柱面に形成されている。
【００１６】
図３に示すタブ保持板(７)は、ポリエチレン製の円板からなり、電池缶の筒体の内径よりも僅かに小さな外径に形成されている。タブ保持板(７)には、断面六角形の中央孔(73)と、各極の集電タブ(３)の本数よりも多い複数の貫通孔(71)と、複数の液孔(72)とが開設されている。各貫通孔(71)は、その断面形状がタブ保持板(７)の中心と同心の円弧状を呈し、１本の集電タブが貫通可能な大きさを有している。
図１に示す様に、正極の複数本の集電タブ(３)は、それぞれタブ保持板(７)の各貫通孔(71)を通過して、各集電タブ(３)の先端部が正極端子機構(５)に接続されている。負極の集電タブ(３)も正極の集電タブ(３)と同様にして、負極端子機構(６)に接続されている。
軸部材(４)の端部(41)(41)には、タブ保持板(７)(７)の断面六角形の中央孔が嵌合している。これによって、軸部材(４)の端部(41)(41)の六角柱面の外周面とタブ保持板(７)(７)の断面六角形の中央孔の内壁とが係合し、軸部材(４)とタブ保持板(７)(７)は互いに相対回転不能に連結されている。
【００１７】
正極端子機構(５)は、電池缶(１)の蓋体(12)を貫通して取り付けられたネジ部材からなる正極端子部材(50)と、該正極端子部材(50)に螺合している挟圧部材(56)とを具えている。
該正極端子部材(50)の基端部には鍔部(52)が形成されており、鍔部(52)の表面には、正極端子部材(50)の軸方向にねじ穴(51)が凹設されている。蓋体(12)の貫通孔には、樹脂製の絶縁部材(53)が装着され、蓋体(12)と正極端子部材(50)の間の電気的絶縁性とシール性が保たれている。又、蓋体(12)にはＯリング(44)が装着され、蓋体(12)と絶縁部材(53)の間のシール性を確実なものとしている。又、絶縁部材(53)にはＯリング(45)が装着され、絶縁部材(53)と正極端子部材(50)の鍔部(52)の間のシール性を確実なものとしている。正極端子部材(50)には、電池缶(１)の外側からワッシャ(54)が嵌められると共に、ナット(55)が螺合している。そして、該ナット(55)を締め付けて、正極端子部材(50)の鍔部(52)とワッシャ(54)によって絶縁部材(53)を狭圧することにより、シール性を高めている。
【００１８】
挟圧部材(56)は、平板部(57)と、該平板部(57)の表面に突設されたねじ軸(58)と、該平板部(57)の裏面に突設された差込軸(59)とから構成されている。該ねじ軸(58)は、正極端子部材(50)のねじ穴(51)にねじ込まれている。これによって、複数本の集電タブ(３)の先端部が、正極端子部材(50)の鍔部(52)の裏面と挟圧部材(56)の平板部(57)の表面との間に挟持されている。
該平板部(57)の裏面に突設された差込軸(59)は、前記軸部材(４)の端部(41)の中空部に差し込まれている。これによって、該平板部(57)の差込軸の六角柱面の外周面と前記軸部材(４)の端部(41)の六角柱面の内周面とが係合し、挟圧部材(56)と軸部材(４)は互いに相対回転不能に連結されている。但し、挟圧部材(57)は軸部材(４)の軸方向に移動可能である。これによって、電池を組み立てるときの各部材の位置調整が可能となっている。負極端子機構(６)も、正極端子機構(５)と同様に構成されている。
【００１９】
次に、上記リチウム二次電池の製造方法について説明する。
正極の作製
先ず、コバルト酸リチウム(ＬｉＣｏＯ２)粉末と、炭素粉末からなる導電剤と、ポリフッ化ビニリデン(ＰＶｄＦ)からなる結着剤とを、重量比で９０：５：５の割合によって混合して、正極合剤を作製する。次に、この正極合剤にＮ−メチル−２−ピロリドンを加えてスラリー状とし、これをアルミニウム箔に塗布し、１５０℃で２時間の真空乾燥を施して、図２に示す如き正極(21)を作製する。又、非塗工部(26)には、複数本のアルミニウム製の集電タブ(３)を溶接する。
負極の作製
先ず、天然の黒鉛粉末と、ポリフッ化ビニリデン(ＰＶｄＦ)からなる結着剤とを、重量比で９０：１０の割合に混合して、負極合剤を作製する。次に、この負極合剤にＮ−メチル−２−ピロリドンを加えてスラリー状とし、これを銅箔に塗布し、１５０℃で２時間の真空乾燥を施して、図２に示す如き負極(23)を作製する。又、非塗工部(27)には、複数本のニッケル製の集電タブ(３)を溶接する。
【００２０】
巻き取り電極体の作製
前記正極の作製工程によって得られた正極(21)と、前記負極の作製工程によって得られた負極(23)との間に、ポリエチレン製の微多孔性薄膜からなるセパレータ(22)を挟んで、これらを互いに重ね合わせる。但し、正極(21)と負極(23)は、夫々から突出する極性の異なる集電タブ(３)が逆向きとなる姿勢に配置する。
重ね合わされた正極(21)とセパレータ(22)と負極(23)とを、軸部材(４)を巻き取り軸として渦巻き状に巻き取り、巻き取り電極体(２)を作製する。
電解液の調製
エチレンカーボネートとジエチルカーボネートとを体積比で１：１の割合に混合して混合溶媒を作製する。この混合溶媒に六フッ化リン酸リチウムを１モル／リットルの割合で溶解して電解液を調製する。
【００２１】
タブ保持板の作製
図３に示す如く、ポリエチレン製の円板に、断面六角形の中央孔(73)と、複数の貫通孔(71)と、複数の液穴(72)とを開設して、タブ保持板(７)を作製する。
電池の組立
先ず、図１に示す如く、巻き取り電極体(２)の正極から伸びている各集電タブ(３)の先端部を異なる貫通孔(71)に挿入し、貫通孔(71)から突出せしめる。ここで、複数の貫通孔(71)の数は、各極の複数本の集電タブ(３)の本数よりも多いので、集電タブ(３)の挿入が容易な貫通孔(71)を選択することが出来る。その後、タブ保持板(７)の中央孔を軸部材(４)の端部(41)に嵌合せしめる。
次に、挟圧部材(56)の差込軸(59)を軸部材(４)の端部(41)の中空部に差し込む。その後、各集電タブ(３)の先端部を挟圧部材(56)の平板部(57)の表面に配置し、正極端子部材(50)のねじ穴(51)を挟圧部材(56)のねじ軸(58)に螺合せしめる。これによって、挟圧部材(56)の平板部(57)と、正極端子部材(50)の鍔部(52)との間に複数の集電タブ(３)の先端部を挟持する。負極の各集電タブ(３)は、上述の正極の各集電タブ(３)と同様にして、挟圧部材(66)の平板部と負極端子部材(60)の鍔部との間に挟持する。
続いて、筒体(11)の内部に巻き取り電極体(２)を収容し、一方の蓋体(12)の貫通孔に絶縁部材(53)を取り付け、絶縁部材(53)の貫通孔に正極端子部材(50)を挿入し、正極端子部材(50)にワッシャ(54)を嵌めると共に、ナット(55)を螺合せしめる。この様にして正極端子機構(５)を組み立てる。又、負極端子機構(６)を正極端子機構(５)と同様にして組み立てる。その後、筒体(11)の各開口部に各蓋体(12)を溶接固定し、一方の蓋体(12)のガス排出弁取付孔にガス排出弁(15)を取り付け、他方の蓋体(12)のガス排出弁取付孔から電池缶(１)内に電解液を注入する。最後に、該ガス排出弁取付孔にガス排出弁(15)を取り付けて本実施例のリチウム二次電池を完成する。
【００２２】
上記実施例のリチウム二次電池においては、各集電タブ(３)が、タブ保持板(７)の貫通孔(71)の内壁によって拘束されているので、該二次電池が振動を受けたとき、各集電タブ(３)は僅かに振動するに過ぎない。これによって、集電タブ(３)の基端部に作用する引き抜き力は、従来の筒型電池の集電タブが振動したときの引き抜き力よりも、充分に小さくなる。
又、各集電タブ(３)の振動は僅かであるので、集電タブ(３)どうしが干渉して力を及ぼしあうことがない。従って、集電タブ(３)の基端部には、集電タブ(３)どうしの干渉による引き抜き力が生じない。
この結果、集電タブ(３)の基端部は、巻き取り電極体(２)の電極から剥離する虞がない。これによって、巻き取り電極体(４)と各極端子機構(５)(６)の間の電流経路の断面積は維持されるので、電池の内部抵抗が増大することはなく、電池性能の低下が防止される。
【００２３】
又、電池缶(１)内に注入された電解液は、タブ保持板(７)に開設されている複数の液孔(72)を通過する。従って、電解液は、タブ保持板(７)によってせき止められることなく、巻き取り電極体(２)に浸透する。
更に、各極の端子部材(50)(60)のねじ穴(51)(61)を各極の挟圧部材(56)(66)のねじ軸(58)(68)に螺合せしめて、各極の端子部材(50)(60)の鍔部(52)(62)と挟圧部材(56)(66)の平板部(57)(67)との間に各極の複数本の集電タブ(３)の先端部を挟持する工程において、挟圧部材(56)(66)が軸部材(４)の各端部(41)に相対回転不能に係合しているので、各極の端子部材(50)(60)のねじ穴(51)(61)を各極の挟圧部材(56)(66)のねじ軸(58)(68)にねじ込む過程で、挟圧部材(56)(66)が端子部材(50)(60)と伴回りすることはない。従って、各極の端子部材(50)(60)のねじ穴(51)(61)を各極の挟圧部材(56)(66)のねじ軸(58)(68)にねじ込むときに、挟圧部材(56)(66)を保持する必要はない。
更に、電極端子機構(５)(６)を構成する挟圧部材(56)(66)の差込軸(59)(69)を軸部材(４)の端部(41)(41)の中空部に差し込むことによって、該軸部材(４)は、軸方向と直交する向きの動きが拘束される。これによって、巻き取り電極体(２)の前記軸方向と直交する向きの動きも拘束される。この結果、巻き取り電極体(２)の前記軸方向と直交する向きの振動が抑制される。
【００２４】
以下、本発明に係るリチウム二次電池の効果を確認するために行なった実験の内容及びその結果について説明する。
［実験］
以下に述べる発明電池１、発明電池２、比較電池１、及び比較電池２を作製し、各電池について内部抵抗を測定した後、振動試験を行なって、振動試験後の内部抵抗を測定した。内部抵抗の測定周波数を、１ｋＨｚとした。
振動試験は、包装貨物−振動試験方法(ＪＩＳ  Ｚ  ０２３２)に準じて行なった。試験条件は、ピーク加速度を±０.７５Ｇ、加振時間を２０分間、振動数の範囲を５Ｈｚ〜５０Ｈｚ、振動方向を上下に設定した。
【００２５】
発明電池１は、上記実施例と同様にして作製した。発明電池２は、上記実施例と同様に作製したが、タブ保持板をセラミック製とし、軸部材をポリエチレン製とした。比較電池１は、タブ保持板を取り付けなかったこと以外は、上記実施例と同様に作製した。比較電池２は、図４に示す従来の筒型電池と同じ構成とした。
各電池の内部抵抗の測定結果を表１に示す。
【００２６】
【表１】
0004266546.tif 000002
【００２７】
表１に示す結果から明らかな様に、発明電池１及び発明電池２は、振動試験前後の内部抵抗が同じであった。一方、比較電池１及び比較電池２は、振動試験前よりも振動試験後の内部抵抗が大きくなった。
この結果より、本発明に係る筒型電池においては、振動を受けても、集電タブの基端部が巻き取り電極体の電極から剥離することはなく、巻き取り電極体と各極端子機構の間の電流経路の断面積が維持されるので、電池の内部抵抗は増大しないことが確認された。
【００２８】
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、上記実施例においては、軸部材を巻き取り軸として巻き取り電極体を作製したが、従来の巻き取り軸を用いて巻き取り電極体を作製し、該巻き取り軸を巻き取り電極体から抜き取った後、巻き取り電極体の中心部に形成された空間に本発明に係る軸部材を挿入する工程を採用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るリチウム二次電池の断面図である。
【図２】該二次電池に用いられる巻き取り電極体の一部展開斜視図である。
【図３】該二次電池に用いられるタブ保持板を示す平面図である。
【図４】従来のリチウム二次電池の断面図である。
【図５】該二次電池に用いられる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
(２)  巻き取り電極体
(３)  集電タブ
(４)  軸部材
(５)  正極端子機構
(50)  正極端子部材
(56)  挟圧部材
(６)  負極端子機構
(７)  タブ保持板
【図１】
0004266546.tif 000003
【図２】
0004266546.tif 000004
【図３】
0004266546.tif 000005
【図４】
0004266546.tif 000006
【図５】
0004266546.tif 000007