JP2011238375A - 二次電池およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】図示しない搬送装置により負極電極12をA方向に搬送し、搬送量、すなわち負極電極12の長さをタッチローラ51で測定する。負極電極12を所定長Lcだけ搬送したら、発光器53および受光器54により、負極リード17の有無を検出する。そして、負極リード17の間にカッタ55が対応する位置で負極電極12の搬送を停止して、負極電極12をカッタ55により切断する。このようにして、負極電極12を、負極リード17が形成された位置では切断しないようにする。
【選択図】図7
Description
このことについて説明する。正極電極と負極電極の間に配置されるセパレータは、正極リードの根元側および負極リードの根元側を覆う幅を有する。しかし、正極シートおよび負極シートを切断する際に生じるエッジは、正極シートまたは負極シートにおける幅全体に生じる。
以下、この発明の円筒形二次電池を、リチウムイオン円筒形二次電池を一実施形態として図面と共に説明する。
図1は、この発明の円筒形二次電池の一実施形態を示す断面図であり、図2は、図1に示された円筒形二次電池の分解斜視図である。
円筒形二次電池1は、例えば、外形40mmφ、高さ100mmの寸法を有する。
この円筒形二次電池1は、有底円筒形の電池容器2およびハット形の上蓋3の内部に、以下に説明する発電用の各構成部材を収容している。有底円筒形の電池容器2には、その開放側である上端部側に電池容器2の内側に突き出した溝2aが形成されている。
軸芯15は、中空円筒状を有し、軸芯15には、負極電極12、第1のセパレータ13、正極電極11および第2のセパレータ14が、この順に積層され、捲回されている。最内周の負極電極12の内側には第1のセパレータ13および第2のセパレータ14が数周(図3では、1周)捲回されている。また、最外周は負極電極12およびその外周に捲回された第1のセパレータ13となっている。最外周の第1のセパレータ13が接着テープ19で止められる(図2参照)。
WS>WC>WA(図3参照)
すなわち、正極合剤11bの幅WAよりも、常に、負極合剤12bの幅WCが大きい。これは、リチウムイオン二次電池の場合、正極活物質であるリチウムがイオン化してセパレータを浸透するが、負極側に負極活物質が形成されておらず負極シート12aが露出していると負極シート12aにリチウムが析出し、内部短絡を発生する原因となるからである。
図1および図3において、中空な円筒形状の軸芯15は軸方向(図面の上下方向)の上端部の内面に径大の溝15aが形成され、この溝15aに正極集電部材31が圧入されている。正極集電部材31は、例えば、アルミニウムにより形成され、円盤状の基部31a、この基部31aの内周部において軸芯15側に向かって突出し、軸芯15の内面に圧入される下部筒部31b、および外周縁において上蓋3側に突き出す上部筒部31cを有する。正極集電部材31の基部31aには、電池内部で発生するガスを放出するための開口部31d(図2参照)が形成されている。また、正極集電部材31には開口部31eが形成されているが、開口部31eの機能については後述する。
また、正極集電部材31をアルミニウムで形成することにより、正極シート11aの正極リード16を超音波溶接またはスポット溶接等により溶接することが可能となる。
負極シート12aの負極リード17は、すべて、負極集電部材21の外周筒部21cに超音波溶接等により溶接される。各負極リード17は大変薄いため、大電流を取りだすために、軸芯15への巻き始めから巻き終わりまで全長にわたり、所定間隔で多数形成されている。
負極集電部材21の下面には、銅製の負極通電リード23が溶接されている。
負極通電リード23は、電池容器2の底部において、電池容器2に溶接されている。電池容器2は、例えば、0.5mmの厚さの炭素鋼で形成され、表面にニッケルメッキが施されている。このような材料を用いることにより、負極通電リード23は、電池容器2に抵抗溶接等により溶接することができる。
ここで、正極集電部材31に形成された開口部31eは、負極通電リード23を電池容器2に溶接するための電極棒(図示せず)を挿通するためのものである。より詳細には、電極棒を正極集電部材31に形成された開口部31eから軸芯15の中空部に差し込み、その先端部で負極通電リード23を電池容器2の底部内面に押し付けて抵抗溶接を行う。
多数の正極リード16が正極集電部材31に溶接され、多数の負極リード17が負極集電部材21に溶接されることにより、正極集電部材31、負極集電部材21および電極群10が一体的にユニット化された発電ユニット20が構成される(図2参照)。但し、図2においては、図示の都合上、負極集電部材21、押え部材22および負極通電リード23は発電ユニット20から分離して図示されている。
絶縁板41は、開口部41a(図2参照)と下方に突出す側部41bを有している。絶縁材41の開口部41a内には接続板35が嵌合されている。接続板35の下面には、フレキシブルな接続部材33の他端が、接続板35に溶接されて固定されている
上蓋3は、炭素鋼等の鉄で形成してニッケルめっきが施されており、ダイアフラム37に接触する円盤状の周縁部3aとこの周縁部3aから上方に突出す有頭無底の筒部3bを有するハット形を有する。筒部3bには複数の開口部3cが形成されている。この開口部3cは、電池内部に発生するガス圧によりダイアフラム37が開裂した際、ガスを電池外部に放出するためのものである。
なお、上蓋3が鉄で形成されている場合には、別の円筒形二次電池と直列に接合する際、鉄で形成された別の円筒形二次電池とスポット溶接により接合することが可能である。
そして、詳細は後述するが、プレス等により、電池容器2と共にガスケット43の外周壁部43bを折曲して基部43aと外周壁部43bにより、ダイアフラム37と上蓋3を軸方向に圧接するようにかしめ加工される。これにより、上蓋3とダイアフラム37とがガスケット43を介して電池容器2に固定される。
図3に図示されるように電極群10は、終端側からみて最外周に第1のセパレータ13が捲回され、その内側に負極電極12が捲回され、負極電極12の内側に第2のセパレータ14が捲回され、第2のセパレータ14の内側に正極電極11が捲回されている。
そして、第2のセパレータ14と第1のセパレータ13との間に負極電極12を挟み込む。また、第1のセパレータ13と第2のセパレータ14との間に正極電極11を挟み込む。この時、正極電極11の先端縁11dが負極電極12の先端縁12dよりも外周側に位置するようにする。
次に、正極電極11および負極電極12の切断方法を説明する。
負極電極12には、負極シート12aの両面に負極合剤12bが形成された後、負極シート12aの長手方向に沿う一側縁側が、例えば、ロールカッタ(図示せず)等の切断装置により切断され負極リード17が形成されている。この場合、負極リード17は、すべて実質的に等しいピッチPを有している。但し、負極電極12の全体の長さLT(図示せず)は、1つの電極群10に必要な長さLCよりも大きい長さを有している。
以下、図9の処理フローを参照して、負極電極12の切断方法を説明する。
負極電極12の先端縁12dは最も先端側の負極リード17の幅の中心から、P/2の位置にあり、終端縁12cは最も終端側の負極リード17の幅の中心からP/2の位置にある。また、正極電極11の先端縁11dは最も先端側の正極リード16の幅の中心から、P/2の位置にあり、終端縁11cは最も終端側の正極リード16の幅の中心からP/2の位置にある。
−円筒形二次電池の製造方法−
正極シート11aの両面に、正極合剤11bおよび正極合剤未処理部11cが形成され、また、多数の正極リード16が正極シート11aに一体に形成された正極電極11を作製する。また、負極シート12aの両面に負極合剤12bおよび負極処理部12cが形成され、多数の負極リード17が負極シート12aに一体に形成された負極電極12を作製する。
電池容器2内に収納した発電ユニット20の負極通電リード22を、電池容器2に抵抗溶接等により溶接する。この場合、正極集電部材31の開口部31eから、図示はしないが、電極棒を差し込み、軸芯15の中空部を挿通して、負極通電リード23を電池容器2の底部に押し付けて溶接する。次に、電池容器2の上端部側の一部を絞り加工して内方に突出し、外面にほぼV字状の溝2aを形成する。
電池容器2の溝2aは、発電ユニット20の上端部、換言すれば、正極集電部材31の上端部近傍に位置するように形成する。
そして、上蓋3、接続板35、絶縁板41に一体化されたダイアフラム37の周縁部をガスケット43の筒部43c上に載置する。この場合、絶縁板41の側部41bの外周に正極集電部材31の上部筒部31cが嵌合されるようにする。
これにより、ダイアフラム37、上蓋3、接続板35および絶縁板41がガスケット43を介して電池容器2に固定され、また、正極集電部材31と上蓋3が第1の接続部材33、第2の接続部材34、接続板35およびダイアフラム37を介して導電接続され、図1に図示された円筒形二次電池が作製される。
2 電池容器
10 電極群
11 正極電極
11a 正極シート
11b 正極合剤
12 負極電極
12a 負極シート
12b 負極合剤
13 第1のセパレータ
14 第2のセパレータ
15 軸芯
16 正極リード
17 負極リード
20 発電ユニット
21 負極集電部材
31 正極集電部材
51 タッチローラ
53 発光器
54 受光器
55 カッタ
Claims (6)
- 長手方向おける一側縁に沿って所定間隔で複数の負極リードが形成された負極シートを有し、前記負極シートの両面に負極合剤が形成された負極電極および、長手方向における前記一側縁に対向する他側縁に沿って所定間隔で複数の正極リードが形成された正極シートを有し、前記正極シートの両面に正極合剤が形成された正極電極がセパレータを介して軸芯の周囲に捲回された電極群と、
前記電極群の前記一側縁側に配置され前記複数の正極リードが接続された正極集電部材と、
前記電極群の前記他側縁側に配置され前記複数の負極リードが接続された負極集電部材と、
前記電極群、前記正極電極および前記負極電極が収容された電池容器とを備え、
前記軸芯に捲回された前記負極電極における最も内周側の前記負極リードは、最も内周側の負極電極の軸方向に平行な先端縁から、前記負極電極における最も外周側の負極リードは、最も外周側の負極電極の軸方向に平行な終端縁から、それぞれ、前記負極リード間の所定間隔より小さい所定の距離だけ内側に位置し、
前記軸芯に捲回された前記正極電極における最も内周側の前記正極リードは、最も内周側の正極電極の軸方向に平行な先端縁から、前記正極電極における最も外周側の正極リードは、最も外周側の正極電極の軸方向に平行な終端縁から、それぞれ、前記正極リード間の所定間隔より小さい所定の距離だけ離間して設けられていることを特徴とする二次電池。 - 請求項1に記載の二次電池において、前記負極電極における最も内周側の前記負極リードと、最も外周側の負極リードとが、それぞれ、最も内周側の負極電極の軸方向に平行な先端縁および最も外周側の負極電極の軸方向に平行な終端縁から離間している所定の距離は、実質的に同一であり、前記正極電極における最も内周側の前記正極リードと、最も外周側の正極リードとが、それぞれ、最も内周側の正極電極の軸方向に平行な先端縁および最も外周側の正極電極の軸方向に平行な終端縁から離間している所定の距離は、実質的に同一であることを特徴とする二次電池。
- 請求項1または2のいずれか1項に記載の二次電池において、前記負極電極における最も内周側の前記負極リードの幅の中心と最も内周側の負極電極の軸方向に平行な先端縁との距離、および最も外周側の負極リードの幅の中心と最も外周側の負極電極の軸方向に平行な終端縁との距離は、それぞれ、前記負極リード間のピッチのほぼ半分であり、前記正極電極における最も内周側の前記正極リードの幅の中心と最も内周側の正極電極の軸方向に平行な先端縁との距離、および最も外周側の正極リードの幅の中心と最も外周側の正極電極の軸方向に平行な終端縁との距離は、それぞれ、前記正極リードピッチのほぼ半分であることを特徴とする二次電池。
- 長手方向おける一側縁に沿って所定の間隔をおいて複数の負極リードが形成された負極シートを有し、前記負極シートの両面に負極合剤が形成された長尺状の負極電極、および長手方向における前記一側縁に対向する他側縁に沿って所定の間隔をおいて複数の正極リードが形成された正極シートを有し、前記正極シートの両面に正極合剤が形成された長尺状の正極電極がセパレータを介して軸芯の周囲に捲回された電極群と、
前記電極群の前記一側縁側に配置され前記複数の正極リードが接続された正極集電部材と、
前記電極群の前記他側縁側に配置され前記複数の負極リードが接続された負極集電部材と、
前記電極群、前記正極電極および前記負極電極が収容された電池容器とを備えた二次電池の製造方法において、
それぞれ、前記軸芯に捲回される長さより長い長さを有する負極電極または前記正極電極を、前記セパレータを介して前記軸芯に捲回する工程と、
この後、前記正極電極または前記負極電極が、それぞれ、所定の長さに達したことを検出する工程と、
この後、前記正極電極または前記負極電極を、それぞれ、正極リード間または負極リード間で切断する工程と、
を具備することを特徴とする二次電池の製造方法。 - 請求項4に記載の二次電池の製造方法において、前記正極電極および前記負極電極のそれぞれを正極リード間または負極リード間で切断する工程は、前記正極電極および前記負極電極がそれぞれ所定の長さに達したことを検出した後、最初に正極リードまたは最初の負極リードを検出する工程と、前記最初の正極リードまたは最初の負極リードを検出した後、前記正極電極または前記負極電極を所定の距離だけ搬送する工程とを含むことを特徴とする二次電池の製造方法。
- 請求項4または5に記載の二次電池の製造方法において、前記正極電極および前記負極電極をそれぞれ正極リード間または負極リード間で切断する工程は、前記正極リード間の所定の間隔の中央または前記負極リード間の所定の間隔の中央で切断することを特徴とする二次電池の製造方法。
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