JP2010080081A

JP2010080081A - 二次電池

Info

Publication number: JP2010080081A
Application number: JP2008243743A
Authority: JP
Inventors: Yuichi Tanaka; 祐一田中; Hironori Yaginuma; 裕典柳沼; Takashi Nonoshita; 孝野々下; Kiyomi Kazuki; きよみ神月; Seiichi Kato; 誠一加藤
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2008-09-24
Filing date: 2008-09-24
Publication date: 2010-04-08

Abstract

【課題】集電端子板と電極群とを溶接接合する際に集電端子板に欠損穴明きの発生がなく、溶接時の高温ガスなどの流入を防止し、セパレータを溶解させることなく内部短絡などを抑制した省スペースな上高容量で、安価な二次電池を提供することを目的とする。
【解決手段】一端に集電体の露出部を設けた正極板および負極板を露出部が相対向する方向なるよう配置し、正極板と負極板との間にセパレータを介在して積層または渦巻状に巻回した電極群と、電極群の端面に備えた露出部に接続した外側周縁部に溶接しない領域を設けた集電端子板とを非水電解液と共に電池ケース内に収納し、集電端子板の一方が電池ケースの内面に接続し、他方の集電端子板が電池ケースの開口部に封着された封口板に接続して電池ケースの開口部を封口板を介して封口する二次電池の構成としている。
【選択図】図３

Description

本発明は、リチウムイオン二次電池やニッケル水素蓄電池に代表される二次電池用の集電端子板を改良した二次電池に関するものである。

携帯用電子機器の小型化にともない電源として利用が広がっているリチウムイオン二次電池やニッケル水素蓄電池は、近年ではコードレス電動工具や動力補助付き自転車、ハイブリッド自動車といった耐振動性や耐衝撃性に強く、大電流を必要とする動力源としても注目され、使用機器に対応するために円筒形や扁平形のどちらにも小型軽量で高出力の二次電池の要望が増えてきている。

例えば、図９に示すように、円筒形の二次電池の場合は、帯状の長い正極板５１と負極板５２とをセパレータ５３を介在させて渦巻状に巻回して電極群５４を形成した後、この電極群５４を有底円筒状の電池ケース６２内に収容し、電池ケース６２の開口部の外周に環状に溝入れ加工を行い、電池ケース６２内に所定量の電解液を注液する。

次に電池ケース６２の開口部にガスケット６４を介して封口板６３を挿入し、内側に突出した溝部上で封口板６３を支持した状態で電池ケース６２の開口部を内側にかしめ加工することで封口している。

この電極群５４の集電機構は、集電体の幅方向の一辺に未塗工部５１ａまたは５２ａを残すように電極合剤層を設けた塗工部５１ｂ，５２ｂを有する正極板５１および負極板５２を集電体の未塗工部５１ａまたは５２ａが相対する側に露出するように電極群５４を構成している。

さらに、それぞれの未塗工部５１ａまたは５２ａを巻回軸方向に押圧して平坦面を形成し、それぞれの平坦面と円盤形の正極集電端子板６０、負極集電端子板６１とを複数個所で接続し、下部の負極集電端子板６１を電池ケース６２に抵抗溶接し、上部の正極集電端子板６０に封口板６３を抵抗溶接する方式が一般的に用いられるが、平坦面の平面度のばらつきにより封口板６３と正極集電端子板６０および電池ケース６２と負極集電端子板６１の接続が均一にできず接続強度を十分に保てなくなり耐振動性や耐衝撃性が低下するという課題があった。

上記の課題点を解決するため、大電流を必要とする電源としての二次電池は、集電構造に工夫を加えたものが提案されている。図１０に扁平形電極群の集電端子板の構成を示した斜視図を示す。

図１０に示すように集電端子板６０には、集電体が並ぶ方向で波形部６０ａが形成されており、集電端子板６０の厚み方向に溝部６０ｂが形成されている。正極板または負極板からなる厚み方向に複数重ね合わせて形成された厚密化部の集電体の端部６０ｃを波形部６０ａにより収束させ、溝部６０ｂで囲まれた範囲内の周縁部を溶融させることにより正極板または負極板の端部６０ｃを集電端子板６０に接続する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、図１１に示めすように電極群を構成している正極板２２と接続する正極集電端子板１２には、正極板２２の端部１５に備わる接続端縁６の端面２に第二の凸部３１の突出端面を接触させた状態で第一の凸部３２にエネルギー線５３を照射し溶融し、正極集電端
子板１２と正極板２２の端部１５を接続する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

また、正極板および負極板を、セパレータを介して積層されてなる扁平形の電極群においては、図１２に示すように集電端子板２１０の表面に、溝部２１０ａを形成し、この各溝部２１０ａに正極板または負極板の端部２１１を挿入し、溝部２１０ａの周辺部分を電子ビームまたはレーザを照射して溶融することにより、正極板または負極板の端部２１１を集電端子板２１０に接続する方法が提案されている（例えば、特許文献３参照）。
特開２００３−３６８３４号公報特開２００４−１７２０３８号公報特開２００６−１７２７８０号公報

しかしながら、上述した特許文献１に示される従来技術では、正極板または負極板の集電体の端部６０ｃ０を集電端子板６０に接触させるための溝部６０ｂが形成されているが、溝部６０ｂで囲まれた範囲内の周縁部を溶接し接合させる際に、溶接時に発生する高温ガスなどの流入によりセパレータを溶解させ内部短絡などが発生する課題がある。

上述した特許文献２に示された従来技術では、集電体の端部１５に集電端子板１２の凸部３１が接触しているため、集電端子板１２と集電体の端部１５間に第二凸部３１の厚み分の空間が発生し、その空間に溶接時に発生する高温ガスが流入しセパレータを溶解させ内部短絡などが発生する課題がある。

また特許文献３の従来技術では、正極板および負極板の集電体の厚みは２０μｍ以下と非常に薄く、正極板および負極板の集電体の全てを集電端子板の溝部に挿入することは困難な上、集電端子板を加熱、溶融するための溶接機器も電子ビームまたはレーザを使用すると溶接箇所が多く、溶接の高温ガスがセパレータを溶解させて内部短絡などが発生するおそれがある。

本発明は上記従来の課題を鑑みてなされたもので、集電端子板の外側周縁部に溶接しない領域を設けて、溶接することにより、集電端子板の穴あきが無く溶接時の高温ガスなどの流入を防止し、セパレータを溶解させることなく内部短絡などが発生しにくい、省スペースで高容量、安価な二次電池を提供することを目的としている。

上記の目的を達成するために本発明の二次電池は、一端に集電体の露出部を設けた正極板および負極板を露出部が相対向する方向なるよう配置し、正極板と負極板との間にセパレータを介在して積層または渦巻状に巻回した電極群と、電極群の端面に備えた露出部に接続した集電端子板とを非水電解液と共に、電池ケースの開口部を封口板を介して封口した電池ケース内に収納した二次電池であって、集電端子板の外側周縁部に溶接しない領域を設けて電極群と接続し、集電端子板の一方が電池ケースの内面に接続し、他方の集電端子板が電池ケースの開口部に封着された封口板に接続している構成としたことを特徴とするものである。

本発明の二次電池によると、集電端子板の溶接位置を外側周縁部に溶接しない領域を設けて接続し、溶接による集電端子板の穴あきを抑制して、高温ガスの流入を防止し、内部短絡のない安全性の高い二次電池を構成することが可能となる。

本発明の第１の発明においては、一端に集電体の露出部を設けた正極板および負極板を露出部が相対向する方向なるよう配置し、正極板と負極板との間にセパレータを介在して積層または渦巻状に巻回した電極群と、電極群の端面に備えた露出部に接続した集電端子板とを非水電解液と共に、電池ケースの開口部を封口板を介して封口した電池ケース内に収納した二次電池であって、集電端子板の外側周縁部に溶接しない領域を設けて電極群と接続し、集電端子板の一方が電池ケースの内面に接続し、他方の集電端子板が電池ケースの開口部に封着された封口板に接続している構成としたことにより、集電端子板の外側周縁部に穴が明くことがなく溶接時の高温ガスなどの流入を防ぐためにセパレータを溶解させ内部短絡などが発生しにくい二次電池を供給することができる。

本発明の第２の発明においては、集電端子板の中央に非水電解液を注入する孔を備え、孔に隣接する内周縁部に溶接しない領域を設けて電極群と接続する構成としたことにより、注液を促進することが可能な上、電極群の中央に配置したセパレータに溶接時の高温ガスなどと接触することがなく、セパレータを溶解させ内部短絡などが発生しにくい二次電池を供給することができる。

本発明の第３の発明においては、記溶接しない領域を集電端子板の厚み以上の距離で設け、且つ溶接する箇所を複数個設けて電極群と接続する構成としたことにより、集電端子板の内外側周縁部に溶接を行うことを抑制することが可能となり、溶接時の穴明きが発生せず、溶接時の高温ガスなどの流入を防ぎセパレータを溶解させの内部短絡を抑制することができる。

本発明の第４の発明においては、集電端子板と電極群の露出部とを溶接する箇所を集電端子板の中心より放射線状に複数個設けて電極群と接続する構成としたことにより、集電端子板と集電体の露出部の溶接強度が向上し耐振動性や耐衝撃性に高く、また大電流放電特性に優れた二次電池を供給することができる。

本発明の第５の発明においては、集電端子板と電極群の露出部とを溶接する箇所を露出部の集電体に対して、直交する方向に複数個設けて電極群と接続する構成としたことにより、集電体にかかる引張応力を分散することが可能となり、集電体が破断することを抑制することができる。

本発明の第６の発明においては、集電端子板の露出部が接する面に集電体の露出部を収束する収束部を設けたことにより、集電体の露出部の収束効果が高まり、集電端子板と電極群との接続強度が向上する。

本発明の第７の発明においては、収束部分の中間に位置にし、且つ露出部の集電体に対して直交する方向に複数個設けて電極群と接続する構成としたことにより、効率よく集電体の露出部と集電端子板との溶接接合が可能となる。

本発明の第８の発明においては、集電端子板の形状が収納される電池ケースと同じ外形形状をしたことにより、有効スペースの活用が可能となり高出力な二次電池を提供することができる。

以下、本発明の一実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下に示される一実施の形態については、本発明を説明するために掲げた実施の形態の一例を示すものであって、本発明の二次電池を特定するものではない。

図１（ａ）に示すように、正極板１では帯状の正極板１の一方端に正極合剤塗料を塗布
せず正極合剤層１ｂが形成されていない集電体の露出部１ａが幅方向に形成され、その露出部１ａ以外の部分には正極合剤塗料が塗布されて正極合剤層１ｂが形成されている。

また、図１（ｂ）に示すように、負極板２では負極合剤塗料が塗布されて成形した負極合剤層２ｂと正極合剤塗料を塗布せず負極合剤層２ｂが形成されていない集電体の露出部２ａが幅方向に形成されている。

また、図１（ｃ）に示すように電極群４は正極板１の露出部１ａと負極板２の露出部２ａとが相対向する方向に配置し、正極板１と負極板２の間にセパレータ３を介して渦巻状に巻回している。

具体的には、まず正極板１については特に限定されないが、正極の集電体としてアルミニウムやアルミニウム合金製の金属箔や不織布等を用いることができ、厚みが５μｍ〜５０μｍを有する正極の集電体の片面または両面に正極活物質、導電材、結着材を分散媒中にプラネタリーミキサー等の分散機により混合分散させた正極合剤塗料を正極の集電体の一方端の幅方向に露出部１ａを形成する。

その後、塗布、乾燥、圧延して正極合剤層１ｂを形成することにより正極板１が作製される。なお、正極の集電体の全面に正極合剤層１ｂを形成した後に正極合剤層１ｂの一部を削除して露出部１ａを形成してもよい。

正極活物質としては、例えばコバルト酸リチウムおよびその変性体（コバルト酸リチウムにアルミニウムやマグネシウムを固溶させたものなど）、ニッケル酸リチウムおよびその変性体（一部ニッケルをコバルト置換させたものなど）、マンガン酸リチウムおよびその変性体などの複合酸化物を挙げることができる。

このときの導電材としては、例えばアセチレンブラック、ケッチェンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラック等のカーボンブラック、各種グラファイトを単独あるいは組み合わせて用いても良い。

このときの正極用結着材としては、例えばポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、ポリフッ化ビニリデンの変性体、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、アクリレート単位を有するゴム粒子結着材等を用いることができ、この際に反応性官能基を導入したアクリレートモノマー、またはアクリレートオリゴマーを結着材中に混入させることも可能である。

一方、負極板２についても特に限定されないが、負極の集電体として圧延銅箔、電解銅箔等を用いることができ、厚みが５μｍ〜５０μｍを有する負極の集電体の片面または両面に負極活物質、結着材、必要に応じて導電材、増粘剤を分散媒中にプラネタリーミキサー等の分散機により混合分散させた負極合剤塗料を負極の集電体の一方端の幅方向に露出部２ａを形成する。

その後、塗布、乾燥、圧延して負極合剤層２ｂを形成することにより負極板２が作製される。なお、負極の集電体の全面に負極合剤層２ｂを形成した後に負極合剤層２ｂの一部を削除して露出部２ａを形成してもよい。

負極活物質としては、各種天然黒鉛および人造黒鉛、シリサイドなどのシリコン系複合材料および各種合金組成材料を用いることができる。このときの負極用結着材としてはＰＶｄＦおよびその変性体をはじめ各種バインダーを用いることができるが、リチウムイオン受入れ性向上の観点から、スチレン−ブタジエン共重合体ゴム粒子（ＳＢＲ）およびそ
の変性体等を用いることもできる。

増粘剤としては、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）やポリビニルアルコール（ＰＶＡ）などの水溶液として粘性を有する材料であれば特に限定されないが、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）をはじめとするセルロース系樹脂およびその変性体が、合剤塗料の分散性、増粘性の観点から好ましい。

セパレータ３は、樹脂からなる微多孔膜フイルムであってもよく、金属酸化物などのフィラーからなるセパレータであってもよく、微多孔膜フイルムとセパレータとの積層体であってもよい。

さらに図１（ｃ）に示すように、露出部１ａを成形した正極板１と露出部２ａを成形した負極板２を露出部１ａと露出部２ａとが相対向する方向に配置し、正極板１と負極板２の間に介したセパレータ３より露出させた状態で渦巻状に巻回して電極群４を作製した。

次に、図２に示すように電極群４の露出部１ａを正極の集電端子板１０に溶接し、電極群４の露出部２ａを負極の集電端子板２０に溶接した。この際に集電端子板１０，２０の外側周縁部および中央の内周縁部に溶接しない領域を設けて電極群４と接続する。

有底円筒形の電池ケース５に電極群４と共に所定量の非水溶媒からなる電解液（図示せず）とを収納している。

また、負極の集電端子板２０は電池ケース５の底面と接続して、正極の集電端子板１０は正極リード６を介して封口板７に電気的に接続され、ガスケット８を周縁に具備した封口板７を電池ケース５の開口部に配置して、電池ケース５の開口部を内方向に折り曲げてかしめ封口することで、本発明の円筒形の二次電池を構成している。

ここで、電極群４に接続した集電端子板１０を図面を参照しながら具体的な一実施の形態についてさらに詳しく説明する。なお、以下では正極側の符号を用い、極性に限定されない場合の電極板、集電端子板および集電体の露出部などを記載した。

図３に示すように、集電端子板１０は有底円筒形の電池ケース５の外形形状と同様な円形状の外形形状をし、電池ケース５に収納した際の有効スペースを活用する形状をしている。また、集電端子板１０の中央に孔１０ａを設け、電池ケースに収納後の非水系電解液を注液する際にこの孔１０ａより注液し、注液の生産効率を向上させている。

また、電極群４の集電体の露出部１ａは、本実施の形態のように円筒形の二次電池や後述する扁平形の二次電池では、図１（ａ）〜（ｃ）で示した一枚の正極板１と一枚の負極板２との間にセパレータ３を挟んで捲回することにより、並んで配置された露出部１ａ，２ａとなる。具体的には、一枚の正極板１を捲いて円筒を形成し円筒の端面のある径方向に着目すると、その径方向では周回の相異なる露出部１ａが並んで配置され、この径方向においては並んで配置した露出部１ａが複数となる。

この露出部１ａを収束し、集電端子板１０の孔１０ａが電極群４の中空部分に連通するように電極群４の端面に被せられ、集電端子板１０は電極群４の集電体の露出部１ａと接する面と逆側の面に溶接電流の流れるルートを確保し、外側周縁部に溶接しない領域１０ｂを設け、また孔１０ａ隣接する内周縁部に溶接しない領域１０ｃを設けて、露出部１ａを収束し溶接する箇所１０ｄを溶接して電極群４との接続を行っている。

また、溶接する箇所１０ｄに光エネルギー、熱エネルギーなどの溶融エネルギーの照射
により溶融し、溶接する箇所１０ｄの一部分が露出部１ａの先端面へ向かって流動し、集電端子板１０と電極群４が結合される。

また、溶接する箇所１０ｄは複数個設けてもよく、溶接する箇所１０ｄにさらには溶接電流を流して溶融させ、電極群４の露出部１ａと接合させる接続強度や接触抵抗を考慮して配置することが可能で、集電端子板１０の中心より放射線状に複数個配置し、露出部１ａが整列している向きに対して、直交する状態で溶接する箇所１０ｄを設けて、集電端子板１０と電極群４とを接合して、接続強度の向上を図っている。

溶融エネルギーとしては、ＴＩＧ溶接が好ましく、図４（ａ）に示すように集電端子板１０の溶接する箇所１０ｄにＴＩＧ溶接の電極棒１３を近づけ、図４（ｂ）に示すように不活性ガス雰囲気１４を作り、ＴＩＧ溶接の電極棒１３と溶接する箇所１０ｄとの間に高電圧を印加して、アークが発生した後、溶接電流１５を制御して溶接する箇所１０ｄを溶融させる。

ＴＩＧ溶接など溶接電流１５が流れることで溶融した集電端子板１０の溶接する箇所１０ｄは、溶融金属部１６となり流動して電極群４の露出部１ａへ向かって流動し、複数の露出部１ａの中に入り込み、図４（ｃ）に示すように接続部１９が形成され正極集電端子板１０と電極群４が互いに確実な接合が可能となる。

ここで、アークはＴＩＧ溶接の電極棒と被溶接物間の距離が短いところに発生する。それを利用して本発明では、図３に示したように集電端子板１０の外側周縁部に溶接しない領域１０ｂを設け、また孔１０ａ隣接する内周縁部に溶接しない領域１ｃを設けたことにより、ＴＩＧ溶接の電極棒１３と集電端子板１０との間に高電圧を印加した際に、集電端子板１０の外側周縁の角部や内周縁の角部とがもっとも電極棒１３の距離が短くなることを抑制し、アークを発生させる位置が正確に決定されて溶接電流１５の流れるルートが決まり、集電端子板１０の周縁端部に欠損穴を明けることなく溶融することが可能となる。

このことで集電端子板１０は、複数の電極合剤層の未塗工部１ａを束ねるためのスリット、切り欠きなどが設けられておらず、溶接時の欠損穴明きが発生しないので、溶接時に集電端子板１０に溶融エネルギーを与えてもそのエネルギーが電極群４へ直接照射されることを抑制でき、電極群４の熱損傷を減少することが可能である。

また、集電端子板１０を溶融するその他の方法としてはプラズマ溶接やレーザ溶接や電子ビーム溶接も可能である。その際は集電端子板１０の溶接する箇所１０ｄが溶融させる位置の目標となるため、特にＣＣＤカメラを用いた画像検査で位置を認識させながら溶融するために有効である。

また、本発明の別の一実施の形態として電極群より露出している集電体の収束について、図を用いて詳細に説明する。図５（ａ）は円筒形の二次電池に用いられる集電端子板１０の一部断面斜視図である。集電端子板１０は円形状の外形形状を有して中央に孔１０ａを設けられ、さらに図１（ｃ）に示した電極群４より露出した集電体の露出部１ａや２ａを収束するための収束部１１が備わっている。

収束部１１はリブ１２を集電端子板１０の外周の近傍と孔１０ａの近傍に備えた構成からなり、複数の露出部１ａや２ａを収束しやすくするためにリブ１２は傾斜している。また、集電端子板１０の外側周縁部に溶接しない領域１０ｂと孔１０ａ隣接する内周縁部に溶接しない領域１０ｃを設けている。

図５（ｂ）に示めすように、傾斜したリブ１２で構成した収納部１１に複数の露出部１
ａを収納し、溶接しない領域１０ｂと１０ｃには溶接を施さず、溶接しない領域１０ｂと１０ｃとの間に備わる領域を溶接し、集電端子板１０と電極群４の接合を行っている。

また、本発明の別の一実施の形態として集電端子板１０の電極群４と接する面に溝を設けてもよく、特に限定されるものではないが、例えば図６に示すように集電端子板１０に電極群４より露出した集電体の露出部１ａを収束するための溝形状をした収束部分１１を施し、その収束部分１１の逆側の面に溶接電流の流すことにより電極群４と集電端子板１０とが溶融して接続する位置が決まるためばらつきの少ない品質の安定した接続を提供することが可能である。

また、集電端子板１０は、複数の露出部１ａを束ねるためのスリット、切り欠きなどが設けられていないので、溶接時に集電端子板１０に溶融エネルギーを与えても、そのエネルギーが電極群４へ直接照射されることを抑制でき、電極群４の熱損傷を防止することが可能である。

次に本発明の一実施の形態である角形の二次電池にについて、図面を参照しながら説明する。図７は、角形の二次電池に収納する極板群４と集電端子板１０を示し、露出部１ａを成形した正極板と露出部２ａを成形した負極板２を露出部１ａと露出部２ａとが相対向する方向に配置し、正極板１と負極板２の間に介したセパレータ３より露出させた状態で積層して電極群４を構成している。

また、集電端子板１０は電池ケース（図示せず）の外形形状と同じ平面視矩形をし、集電端子板１０の外側周縁部に溶接しない領域１０ｂを設け、溶接する箇所１０ｄを露出部１ａの集電体に対して、直交する方向に複数個設けている。

溶接しない領域１０ｂ以外に設けた溶接する箇所１０ｄの反対側の面に露出部１ａが収束され、不活性ガス雰囲気を作り、ＴＩＧ溶接の電極棒と溶接する箇所１０ｄとの間に高電圧を印加してアークを発生させて、溶接電流で溶接する箇所１０ｄを溶融させる。

溶融した集電端子板１０の溶接する箇所１０ｄは、溶融金属となり流動して電極群４の露出部１ａへ向かって流動し、複数の露出部１ａの中に入り込み、集電端子板１０と露出部１ａが互いに確実な接合が可能となる。

ＴＩＧ溶接の電極棒と距離が近くなる集電端子板１０の端面を溶接しない領域１０ｂとして設けたことにより、溶接する箇所１０ｄにアークが発生し、溶接する箇所に確実に溶接電流が流れ、その箇所を溶融させてバラツキの少ない品質の安定した接続が可能となる。

また、本発明の一実施の形態の扁平形の二次電池について、図面を参照しながら説明する。図８に示す扁平形の二次電池の電極群４では、露出部１ａと露出部２ａがセパレータ３から互いに逆方向に突出するように配置され、正極板１および負極板２がセパレータ３を介して断面扁平状となるように巻回されている。

また、集電端子板１０の外形形状は平面楕円形で、扁平形の二次電池の電池ケース（図示せず）の外形形状と同じ形状をし中央に孔１０ａを設け、集電端子板１０の外側周縁部に溶接しない領域１０ｂと孔１０ａの隣接する内周縁部に溶接しない領域１０ｃを設けている。

さらに集電端子板１０の中心より放射線状に複数個配置し、露出部１ａが整列している向きに対して、直交する状態で溶接する箇所１０ｄを設け、集電端子板１０と電極群４と
を接合して接続強度の向上を図っている。

集電端子板１０の外側周縁部に溶接しない領域１０ｂを設け、また孔１０ａ隣接する内周縁部に溶接しない領域１ｃを設けたことにより、ＴＩＧ溶接の電極棒と集電端子板１０との間に高電圧を印加した際に、集電端子板１０の外側周縁の角部や内周縁の角部に溶接電流が流れることなく、集電端子板１０の周縁端部に欠損穴を明けることなく溶融することが可能となる。

このことで集電端子板１０は、溶接時の欠損穴明きが発生しないので、溶接時に集電端子板１０に溶融エネルギーを与えてもそのエネルギーが電極群４へ直接照射されることを抑制でき、電極群４の熱損傷を減少することが可能である。

本発明は、二次電池に適用でき、リチウムイオン二次電池やニッケル水素蓄電池などに適用してもよい。また、二次電池と同様の集電構造を有するコンデンサなどの電気化学素子に適用してもよい。

以下に、本発明をリチウムイオン二次電池に適応した実施例１に関して、図４を用いて説明する。まず、正極活物質としてコバルト酸リチウム粉末を８５重量部用意し、導電材として炭素粉末を１０重量部用意し、結着材としてポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）を５重量部を混合して、正極合材塗料を作製した。

また、図１（ａ）に示すように正極合材塗料を厚みが１５μｍで、幅が５６ｍｍであるアルミニウム箔の正極集電体の両面に塗布し、正極合材塗料を乾燥させた。その後、正極合材塗料を塗布した正極合剤層の塗工部１ｂを圧延して、厚みが１５０μｍである正極板１を作製した。このとき正極合剤層の塗工部１ｂの幅は５０ｍｍで、正極合剤層の未塗工部１ａの幅は６ｍｍである。

次に、負極活物質として人造黒鉛粉末を９５重量部用意し、結着材としてポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）を５重量部用意した。そして、負極活物質および結着材を混合して、負極合材塗料を製作した。

次に、図１（ｂ）に示すように負極合材塗料を厚みが１０μｍで、幅が５７ｍｍである銅箔の負極集電体の両面に塗布し、負極合材塗料を乾燥させた。その後、負極合材塗料を塗布した負極合剤層の塗工部２ｂを圧延して、厚みが１６０μｍである負極板２を作製した。このとき負極合剤層の塗工部２ｂの幅は５２ｍｍで、負極合剤層の未塗工部２ａの幅は５ｍｍである。

さらに、図１（ｃ）に示すように正極合剤層の塗工部１ａと負極合剤層の塗工部２ｂとの間に、幅が５３ｍｍで、厚みが２５μｍであるポリプロピレン樹脂製微多孔フイルムよりなるセパレータ３を挟み、正極板１、負極板２およびセパレータ３を渦巻状に捲回して電極群４を作製した。

次に、図３に示すように正極集電端子板１０として、厚みが０．８ｍｍで、中央に直径７ｍｍの孔１０ａを形成した外形寸法が３０ｍｍである円板状の正極集電端子板１０を作製した。また、同様の方法を用いて、厚みが０．６ｍｍである銅製の負極集電端子板２０を作製した。

次に図３に示すように電極群４の端面に正極集電端子板１０および負極集電端子板２０をそれぞれ当接させ、集電端子板１０，２０の板厚み以上としての２ｍｍの範囲を溶接し
ない領域として外側周縁部より内側に、また内周縁部より外側に溶接しない領域を設け、電流値を１５０Ａとし溶接時間を５０ｍｓとしたＴＩＧ溶接を用い露出部１ａを正極集電端子板１０に溶融接続させ、さらに電流値を１００Ａとし溶接時間を５０ｍｓとしたＴＩＧ溶接を用いて、露出部２ａを負極集電端子板２０に溶融接続させた。

さらに、上記のように作製した電極群４と正極集電端子板１０および負極集電端子板２０を図２に示すように片側のみ開口した円筒形の電池ケース５に挿入した後、負極集電端子板２０を電池ケース５の内底面に抵抗溶接し、アルミニウム製の正極リード６を介して正極集電端子板１０とガスケット８を具備した封口板７とをレーザ溶接した。

また、非水系の溶媒としてエチレンカーボネートとエチルメチルカーボネートを体積比１：１で混合して調製し、この非水系の溶媒を六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ_６）の溶質に溶解させて非水系の電解液を作製した。

次に、電池ケース５に非水系の電解液を注入し、ガスケット８を介して封口板７を電池ケース５でかしめて封止し、直径が２６ｍｍであり高さが６５ｍｍである実施例１の円筒形リチウムイオン二次電池を作製した。このときの円筒形のリチウムイオン二次電池の電池容量は２６００ｍＡｈであった。

上記のように作製した実施例１のリチウムイオン二次電池では、外側周縁部より内側に、また内周縁部より外側に溶接しない領域として集電端子板の厚み以上とした２ｍｍを溶接しないことにより、溶接による集電端子板の欠損穴の発生もなく、欠損穴より溶融エネルギーが電極群へ直接照射されることを抑制できたことで、電極群の熱損傷も発生していなかった。

また、集電端子板と電極群の引っ張り試験では引張強度は５０Ｎ以上あり、この強度を確保することでリチウムイオン二次電池を落下や衝撃を加えても、集電端子板と電極群が接続不良を発生しない。

さらに、実施例１のリチウムイオン二次電池を１２５０ｍＡの定電流で４．２Ｖまで充電した後に、１２５０ｍＡの定電流で３．０Ｖまで放電する充放電サイクルを３回繰り返した後、さらに１ＫＨｚの交流を印加して二次電池の内部抵抗を測定すると、内部抵抗の平均値は５ｍΩでそのばらつきは約７％であり、集電端子板と電極群との接合が強固に行われていた。また、出力電流値が５００Ａ以上と高く大電流放電を行える二次電池であった。

本発明は、大電流放電に適した集電構造を有する二次電池に有用で、例えば、高出力を必要とする電動工具や電気自動車などの駆動用電源、大容量のバックアップ用電源、蓄電用電源等に適用できる。

（ａ）本発明の一実施の形態における正極板の構成を示す平面図、（ｂ）同負極板の構成を示す平面図、（ｃ）同電極群の構成を示す斜視図本発明の一実施の形態における円筒形の二次電池の構成を示す断面図本発明の一実施の形態における集電端子板および電極群を示す一部切欠斜視図（ａ）本発明の一実施の形態に接合前の集電構造を示す断面図、（ｂ）同溶融時の集電構造を示す断面図、（ｃ）同接続後の集電構造を示す断面図（ａ）本発明の別の一実施の形態における集電端子板を示す一部切欠斜視図、（ｂ）同集電端子板と電極群の要部分断面図本発明の別の一実施の形態における集電端子板と電極群の要部分断面図本発明の一実施の形態における角形の二次電池の集電端子板と電極群を示す模式図本発明の一実施の形態における扁平形の二次電池の集電端子板と電極群を示す模式図従来技術における二次電池の断面図従来技術における集電構造の構成を示す斜視図従来技術における集電端子板の構成を示す断面図従来例における集電端子板の集電構造を示す断面図

符号の説明

１正極板
１ａ露出部
１ｂ正極合剤層
２負極板
２ａ露出部
２ｂ負極合剤層
３セパレータ
４電極群
１０正極集電端子板
１０ａ孔
１０ｂ溶接をしない領域
１０ｃ溶接をしない領域
１０ｄ溶接する箇所
１１収束部
１２リブ
１３ＴＩＧ溶接の電極棒
１４不活性ガス雰囲気
１５溶接電流
１６溶解金属部
１９接続部
２０負極集電端子板

Claims

一端に集電体の露出部を設けた正極板および負極板を前記露出部が相対向する方向なるよう配置し、前記正極板と負極板との間にセパレータを介在して積層または渦巻状に巻回した電極群と、前記電極群の端面に備えた露出部に接続した集電端子板とを非水電解液と共に、電池ケースの開口部を封口板を介して封口した前記電池ケース内に収納した二次電池であって、前記集電端子板の外側周縁部に溶接しない領域を設けて前記電極群と接続し、前記集電端子板の一方が前記電池ケースの内面に接続し、他方の前記集電端子板が前記電池ケースの開口部に封着された封口板に接続している構成としたことを特徴とする二次電池。
前記集電端子板の中央に非水電解液を注入する孔を備え、前記孔に隣接する内周縁部に溶接しない領域を設けて前記電極群と接続する構成としたことを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
前記溶接しない領域を前記集電端子板の厚み以上の距離で設け、且つ溶接する箇所を複数個設けて前記電極群と接続する構成としたことを特徴とする請求項１または２に記載の二次電池。
前記集電端子板と電極群の露出部とを溶接する箇所を前記集電端子板の中心より放射線状に複数個設けて前記電極群と接続する構成としたことを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
前記集電端子板と電極群の露出部とを溶接する箇所を前記露出部の集電体に対して、直交する方向に複数個設けて前記電極群と接続する構成としたことを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
前記集電端子板の前記露出部が接する面に集電体の露出部を収束する収束部を設けたことを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
前記収束部分の中間に位置にし、且つ前記露出部の集電体に対して直交する方向に複数個設けて前記電極群と接続する構成としたことを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
前記集電端子板の形状が収納される電池ケースと同じ外形形状をしたことを特徴とする請求項１に記載の二次電池。