(57)【要約】【課題】本発明は、外部から係る荷重に対し、強度の高い二次電池を提供することを課題とする。【解決手段】捲回体２０と、正極１４から延ばされた複数の集電リード２１を束ねる正極集電体２５と、負極１５から延ばされた複数の集電リード３５を束ねる負極集電体４２と、これらの捲回体２０、正極集電体２５及び負極集電体４２を収納するための電池缶１１とからなる二次電池１０において、負極集電体４２は、底面部３８及びこの底面部３８の縁から延ばされたスカート部３７からなる有底筒状に構成され、底面部３８の外径が電池缶１１の内径よりも所定の長さだけ短く設定され、スカート部３７の先端面５３が電池缶１１の底に溶接されていることを特徴とする。【効果】先端面５３が底５８に溶接される。スカート部３７の外径は電池缶１１の内径とほぼ等しくなるようにすることができる。接合面積が増大し二次電池１０の強度を高めることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極、負極及びセパレータが一体的に捲回された捲回体と、前記正極から延ばされた複数の集電リードを束ねる正極集電体と、前記負極から延ばされた複数の集電リードを束ねる負極集電体と、これらの捲回体、正極集電体及び負極集電体を収納するための電池缶とからなる二次電池において、
前記負極集電体は、底面部及びこの底面部の縁から延ばされたスカート部からなる有底筒状に構成され、前記底面部の外径が前記電池缶の内径よりも所定の長さだけ短く設定され、前記スカート部の先端面が前記電池缶の底に溶接されていることを特徴とする二次電池。
【請求項２】
請求項１記載の二次電池を、前記電池缶の外周面に配置される接続部材を用いて複数個接続したことを特徴とする二次電池モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、充電することにより繰り返し使用することのできる二次電池、及びこの二次電池を用いた二次電池モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
車両や携帯電話等、継続的に電気を使用する必要がある製品の電源として、二次電池が用いられる。
【０００３】
従来二次電池として、電池缶底部に負極集電体を溶接することにより電気的に接続した二次電池が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平１１−３０７０７６号公報（図２、図４）
【０００４】
特許文献１を次図に基づいて説明する。
図９は従来の技術の基本構成を説明する図であり、二次電池１００では電池缶１０１の内部に、巻き芯１０２に巻かれた捲回体１０３と、この捲回体１０３の上部から上方へ延ばされる正極リード１０４と、この正極リード１０４を押さえ金具１０５と共に束ねる正極集電体１０６と、この捲回体１０３の下部から延ばされる負極リード１０７と、この負極リード１０７を押さえ金具１０８と共に束ねる負極集電体１０９と、が収納される。
【０００５】
正極リード１０４は、電池缶１０１に収納される前に押さえ金具１０５及び正極集電体１０６に溶接される。負極リード１０７も同様に、押さえ金具１０７及び負極集電体１０９に溶接される。次に、負極集電体１０９を電池缶１０１に溶接する。負極集電体１０９を電池缶１０１に溶接する際の溶接方法を次図で説明する。
【０００６】
図１０は従来の負極集電体の電池缶への溶接方法を説明する図であり、負極集電体１０９の底部には、複数の突起部１１１、１１１が配置されている。この突起部１１１、１１１を電池缶１０１の内面に接触させ、溶接電極１１２を巻き芯１０２内部から挿入する。
【０００７】
他方、溶接電極１１３を電池缶１０１の下面に接触させる。そして、溶接電極１１２、１１３に電圧を印加する。すると抵抗熱により、突起部１１１が溶けて負極集電体１０９が電池缶１０１に溶接される。
【０００８】
このようにして製造される二次電池１００は、巻き芯１０２に溶接電極１１２を通して負極集電体１０９及び電池缶１０１を接合させすることができる。負極集電体１０９及び電池缶１０１を容易に接合することができ、有益である。
【０００９】
ところで、負極集電体１０９は、突起部１１１、１１１で電池缶１０１の中心付近に溶接されている。突起部１１１の面積は小さく、突起部１１１を配置することができる数も限られる。即ち、突起部１１１の電池缶１０１への接合面積が小さい。
【００１０】
このような二次電池を車両に搭載すると、二次電池は振動を受ける。すると、突起部１１に引張応力、圧縮応力又はせん断応力が発生する。このときに、突起部１１１での接合面積が小さいため、応力が大きくなり、二次電池の耐久性に悪影響が出る。
そこで、より強度の高い二次電池の提供が求められる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、外部から係る荷重に対し、強度の高い二次電池を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
請求項１に係る発明は、正極、負極及びセパレータが一体的に捲回された捲回体と、前記正極から延ばされた複数の集電リードを束ねる正極集電体と、前記負極から延ばされた複数の集電リードを束ねる負極集電体と、これらの捲回体、正極集電体及び負極集電体を収納するための電池缶とからなる二次電池において、
前記負極集電体は、底面部及びこの底面部の縁から延ばされたスカート部からなる有底筒状に構成され、前記底面部の外径が前記電池缶の内径よりも所定の長さだけ短く設定され、前記スカート部の先端面が前記電池缶の底に溶接されていることを特徴とする。
【００１３】
請求項２に係る発明は、二次電池を、電池缶の外周面に配置される接続部材を用いて複数個接続したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１に係る発明では、負極集電体のスカート部の先端面が電池缶の底に溶接されている。スカート部の外径は電池缶の内径とほぼ等しくなるように大径にすることができる。この結果、接合面積が増大し二次電池の強度を高めることができる。
【００１５】
請求項２に係る発明では、二次電池を、電池缶の外周面に配置される接続部材を用いて複数個接続した。即ち、二次電池同士は、溶接接合部に近い部位で接続部材により電気的に接続される。
【００１６】
電流は接続部材、電池缶及び負極集電体を流れる。負極集電体の近傍に接続部材を配置することにより、電流経路を短縮することができる。電流経路を短縮することにより、内部抵抗の総量を低減させることができ、エネルギ効率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明を実施するための最良の形態を添付図に基づいて以下に説明する。
図１は本発明に係る二次電池の断面図であり、二次電池１０の電池缶１１の内部には、巻き芯１２を中心にして正極１４、負極１５及びセパレータ１６が一体的に巻かれた捲回体２０（詳細は後述）と、正極１４の先端から図面上部へ延ばされた集電リード２１と、この集電リード２１の先端部外周面に配置される押さえ金具２３と、この押さえ金具２３、集電リード２１の内周面に配置され中央の凸部２４が巻き芯１２に嵌合される正極集電体２５と、この正極集電体２５の中央部上面に溶接されるアルミニウム製の正極リード２６と、この正極リード２６の中央上面に凸部２７が接触するように配置された下蓋体２８と、この下蓋体２８の上面に配置され中央部が断面台形状２９に構成された上蓋体３２と、これらの上蓋体３２及び下蓋体２８の外周部に配置される絶縁体３３と、負極１５の先端から図面下部へ延ばされた集電リード３５と、この集電リード３５の先端部外周面に配置される押さえ金具３６と、この押さえ金具３６、集電リード３５の内周面にスカート部３７が配置され底面部３８に配置される凹部３９が巻き芯１２に嵌合される負極集電体４２と、が収納されている。
このような二次電池１０の製造方法を次図以降で説明する。
【００１８】
図２は本発明に係る捲回体の構成要素を説明する図であり、（ａ）に示される巻き芯１２には、ポリプロピレン製のものを用いることができ、溶接電極を挿入することができるよう中空状に形成された中空部４３を有している。
【００１９】
（ｂ）に示される正極１４は、例えば膜厚が２０μｍのアルミニウム箔製の正極本体４４と、この正極本体４４の両面の一部に塗布されるスラリー４５と、このスラリー４５が形成されない部分を打ち抜いて形成した複数のリード４６とから構成される。
スラリー４５は、それぞれ平均粒径が６μｍである、ニッケル−マンガン酸リチウム系粉末が９０重量％、アセチレンブラックが５重量％、ふっ化ビニリデン樹脂が５％となるようＮ−メチルピロリドンに分散させ形成される。
【００２０】
（ｃ）に示されるセパレータ１６は、例えばポリプロピレン製又はポリエチレン製であり、微多孔膜を有する。
【００２１】
（ｄ）に示される負極１５は、例えば膜厚が１４μｍの銅箔製の負極本体４７と、この負極本体４７の両面の一部に塗布されるスラリー４８と、このスラリー４８が形成されない部分を打ち抜いて形成した複数のリード４９とから構成される。
スラリー４８は、それぞれ平均粒径が１０μｍである、難黒鉛化炭素粉末が９０重量％、カーボンファイバーが１．５重量％、ふっ化ビニリデン樹脂が８．５％となるようＮ−メチルピロリドンに分散させ形成される。
【００２２】
図３は本発明に係る捲回体の製造方法を説明する図であり、（ａ）に示されるように、下からセパレータ１６、負極１５、セパレータ１６、正極１４の順に重ね合わせ、一端に巻き芯１２を配置する。この巻き芯１２を中心に正極１４、負極１５及びセパレータ１６を巻いていくと、（ｂ）に示されるように、正極１４、負極１５及びセパレータ１６が一体的に捲回された捲回体２０が製造される。
【００２３】
図４は図１の４部拡大図であり、複数の集電リード２１は正極集電体２５及び押さえ金具２３に挟まれた状態で溶接される。集電リード２１、正極集電体２５及び押さえ金具２３は、電気的に接続されている。
【００２４】
この溶接は、電池缶（図１電池缶１１）に収納する前に行うことができる。電池缶収納前に行うことができるため、溶接作業を容易に行うことができる。
溶接の方法は、超音波溶接やレーザー溶接等を用いることができる。即ち、集電リード２１、正極集電体２５及び押さえ金具２３を電気的に接続することができるものであれば、溶接の方法は問わない。
【００２５】
図５は図１の５部拡大図であり、複数の集電リード３５は負極集電体４２のスカート部３７及び押さえ金具３６に挟まれた状態で溶接される。集電リード３５、スカート部３７及び押さえ金具３６は、電気的に接続されている。
【００２６】
スカート部３７の先端は断面台形状に形成され、この先端面５３は、電池缶１１内部に溶接される（詳細は後述）。溶接により発生するナゲット５４を介して、負極集電体４２は、電池缶１１に電気的に接続される。
【００２７】
底面部３８の外径は、押さえ金具３６の厚さ及び集電リード３５の厚さ分だけ電池缶１１の内径よりも小さくなる。仮に、押さえ金具３６を用いず、スカート部３７に集電リード３５を溶接した場合には、底面部の外径を電池缶１１の内径に最も近づけることができる。
【００２８】
集電リード３５、スカート部３７及び押さえ金具３６の溶接は、電池缶（図１電池缶１１）に収納する前に行うことができる。電池缶収納前に行うことができるため、溶接作業を容易に行うことができる。
【００２９】
溶接の方法は、超音波溶接やレーザー溶接等を用いることができる。即ち、集電リード３５、スカート部３７及び押さえ金具３６を電気的に接続することができるものであれば、溶接の方法は問わない。
【００３０】
図６は本発明に係る負極集電体を電池缶内部に溶接する際の説明図であり、負極集電体４２を、電池缶１１に溶接するには、プロジェクション溶接により行う。
即ち、一方の溶接電極５６を巻き芯１２の中空部４３に通し負極集電体４２の凹部３９と接触する位置まで降下させる。他方の溶接電極５７は、電池缶１１の底５８から先端面５３の下方に配置する。このとき、支持棒５９を用いて電池缶１１を支持する。
【００３１】
次に、電圧を印加する。このときの抵抗熱によって、負極集電体４２を電池缶１１に溶接することができる。
同様の方法で、溶接を数カ所行う。又は、先端面５３に沿って線状に溶接を行う。
【００３２】
負極集電体４２を電池缶１１に溶接したら、電解液を注入し蓋体（図１上蓋体３２及び下蓋体２８）を配置する。
電解液は例えば、エチレンカーボネートとエチルメチルカーボネートの混合溶媒に、１ｍｏｌ／ＬのＬｉＰＦ６（リチウム塩）を溶解したものを用いることができる。
【００３３】
負極集電体４２のスカート部３７の先端面５３が電池缶１１の底５８に溶接されている。スカート部３７の外径は電池缶１１の内径とほぼ等しくなるように大径にすることができる。この結果、接合面積が増大し二次電池１０の強度を高めることができる。
【００３４】
図７は本発明に係る二次電池モジュールの説明図であり、二次電池モジュール６０は、一端に負極端子６２が配置され他端に絶縁リング６３が配置される二次電池１０ａと、この二次電池１０ａに接続され一端に第１接続部材６４が溶接接合され他端に絶縁リング６３配置された二次電池１０ｂと、この二次電池１０ｂに第２接続部材６５を介して電気的に接続され両端に絶縁リング６３、６３が配置される二次電池１０ｃと、この二次電池１０ｃに接続され一端に第１接続部材６４他端に正極端子６６が溶接接合された二次電池１０ｄと、から構成される。
【００３５】
二次電池１０ａ、１０ｂ、１０ｃ及び１０ｄは、接続部材６４、６５を介して電気的に接続されている。
【００３６】
図８は図７の８部拡大図であり、矢印（１）で示すように第１接続部材６４を通った電流は、矢印（２）で示すように第１接続部材６４を電池缶１１に溶接した際に形成されるナゲット６７を通る。
【００３７】
ナゲット６７を通った電流は電池缶１１を伝わり矢印（３）で示すようにスカート部３７へ達し、矢印（４）で示すように集電リード２１へと伝わる。
【００３８】
二次電池１０ｂを、電池缶１１の外周面に配置される接続部材６４を用いて複数個接続した。接続部材６４は電池缶の外周面に配置される。一方、二次電池１０の負極集電体４２は電池缶１１内周面に沿って溶接される。即ち、負極集電体４２から接続部材６４、６５までの長さＬが短い。
【００３９】
電流は接続部材６４、電池缶１１及び負極集電体４２を流れる。負極集電体４２の近傍に接続部材６４を配置することにより、電流経路を短縮することができる。電流経路を短縮することにより、内部抵抗の総量を低減させることができ、エネルギ効率を向上させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明の二次電池は、車両搭載二次電池に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明に係る二次電池の断面図である。
【図２】本発明に係る捲回体の構成要素を説明する図である。
【図３】本発明に係る捲回体の製造方法を説明する図である。
【図４】図１の４部拡大図である。
【図５】図１の５部拡大図である。
【図６】本発明に係る負極集電体を電池缶内部に溶接する際の説明図である。
【図７】本発明に係る二次電池モジュールの説明図である。
【図８】図７の８部拡大図である。
【図９】従来の技術の基本構成を説明する図である。
【図１０】従来の負極集電体の電池缶への溶接方法を説明する図である。
【符号の説明】
【００４２】
１０…二次電池、１１…電池缶、１４…正極、１５…負極、１６…セパレータ、２０…捲回体、２１、３５…集電リード、２５…正極集電体、３７…スカート部、３８…底面部、４２…負極集電体、５３…先端面、５８…底、６０…二次電池モジュール、６４、６５…接続部材。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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