JP2014191967A - 電池 - Google Patents
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Abstract
【課題】リード端子と、それが接続されるべき集電体との接続信頼性に優れた電池を提供する。
【解決手段】正極リード端子31および負極リード端子32の少なくとも一方が、(a)正極用集電体41の一方主面に正極リード端子31を位置させ、他方主面に金属片1を位置させた状態で、正極用集電体、正極リード端子、および金属片を一体に溶接することにより、正極リード端子が正極用集電体に接続されているか、または、(b)負極用集電体42の一方主面に負極リード端子32を位置させ、他方主面に金属片2を位置させた状態で、負極用集電体、負極リード端子、および金属片を一体に溶接することにより、負極リード端子が、負極用集電体に接続されており、かつ、金属片1,2は、その一部1a,2aが正極用集電体または負極用集電体の主面に直交する方向から見て正極用集電体または負極用集電体の周縁部から外側に突出した構成とする。
【選択図】図1
【解決手段】正極リード端子31および負極リード端子32の少なくとも一方が、(a)正極用集電体41の一方主面に正極リード端子31を位置させ、他方主面に金属片1を位置させた状態で、正極用集電体、正極リード端子、および金属片を一体に溶接することにより、正極リード端子が正極用集電体に接続されているか、または、(b)負極用集電体42の一方主面に負極リード端子32を位置させ、他方主面に金属片2を位置させた状態で、負極用集電体、負極リード端子、および金属片を一体に溶接することにより、負極リード端子が、負極用集電体に接続されており、かつ、金属片1,2は、その一部1a,2aが正極用集電体または負極用集電体の主面に直交する方向から見て正極用集電体または負極用集電体の周縁部から外側に突出した構成とする。
【選択図】図1
Description
本発明は、正極部材と負極部材とをセパレータを介して互いに対向するように積層してなる積層体と、電解質とを含む電池要素を外装体に収容してなる電池に関し、詳しくは、正極部材および負極部材と導通する正極リード端子および負極リード端子が外装体から外部に引き出された構造を有する電池に関する。
近年、携帯電話、携帯用パーソナルコンピュータなどの携帯用電子機器の電源としてリチウムイオン二次電池などに代表される二次電池が広く用いられるようになっている。
ところで、このような二次電池(以下、単に「電池」ともいう)としては、正極用集電体の表面に正極合材を配設してなる正極部材と、負極用集電体の表面に負極合材を配設してなる負極部材と、電解質とを備える電池要素を外装体の内部に収容し、正極部材および負極部材と導通するリード端子(正極リード端子および負極リード端子)を、外装体から外部に引き出した構造のものが広く用いられている。
そして、上記リード端子と、正極部材および負極部材とを接続するための接続構造としては、例えば、図8、図9に示すように、集電体104と、該集電体104上に形成された活物質層105と、活物質層105が形成されずに両面とも集電体104が露出しているリード接続部106とを有する電極シート101と、リード端子102と、金属片103とを重ね合わせて接合するようにした接続構造が提案されている(特許文献1参照)。
そして、この接続構造によれば、上述のように、電極シート101のリード接続部106と、リード端子102と、金属片103とを重ね合わせて、例えば、超音波溶接にて接合することにより、穴開きや破断を引き起こすことなく、リード接続部106とリード端子102との接触状態を極めて良好なものとすることができるとされている。
ところで、上述のようにして、リード接続部106と、リード端子102と、金属片103とを接合して電気的に接続した場合、通常、接続状態を確認するために、リード端子102と金属片103との間の電気抵抗が測定される。
このとき、抵抗測定用の端子をリード端子102と金属片103のそれぞれに押し当てて抵抗を測定する。そのため、金属片103の全体が集電体104のリード接続部106上に位置している(リード接続部106の範囲内にある)ので、抵抗測定用の端子を、金属片103のいずれの位置に押し当てた場合にも、金属片103が集電体104のリード接続部106を介してリード端子102に向かって押し付けられることになる。
その結果、リード端子102と、リード接続部106と、金属片103とが十分に溶接(接合)されていない場合にも、測定される抵抗の値が小さくなり、本来抵抗が高くて、不良品と判定されるべきものが、良品と誤判定されてしまう場合があり、信頼性が低いという問題点がある。
本発明は、上記課題を解決するものであり、リード端子と、それが接続されるべき集電体との接続信頼性に優れた電池を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明の電池は、
正極用集電体上に正極合材を配設してなる正極部材と、負極用集電体上に負極合材を配設してなる負極部材と、電解質とを備える電池要素が外装体の内部に収容され、
前記正極用集電体と導通する正極リード端子と、前記負極用集電体と導通する負極リード端子が、前記外装体の外部に引き出された構造を有する電池であって、
前記正極リード端子および前記負極リード端子の少なくとも一方が、下記(a)または(b)のいずれかの態様で接続されており、
(a)前記正極用集電体の一方主面の、前記正極合材が配設されていない領域に前記正極リード端子を位置させ、他方主面に金属片を位置させた状態で、前記正極用集電体、前記正極リード端子、および前記金属片を一体に溶接することにより、前記正極リード端子が前記正極用集電体に接続されている、
(b)前記負極用集電体の一方主面の、前記負極合材が配設されていない領域に前記負極リード端子を位置させ、他方主面に金属片を位置させた状態で、前記負極用集電体、前記負極リード端子、および前記金属片を一体に溶接することにより、前記負極リード端子が、前記負極用集電体に接続されている、
かつ、前記金属片は、その一部が前記正極用集電体または前記負極用集電体の主面に直交する方向から見て前記正極用集電体または前記負極用集電体の周縁部から外側に突出していること
を特徴としている。
正極用集電体上に正極合材を配設してなる正極部材と、負極用集電体上に負極合材を配設してなる負極部材と、電解質とを備える電池要素が外装体の内部に収容され、
前記正極用集電体と導通する正極リード端子と、前記負極用集電体と導通する負極リード端子が、前記外装体の外部に引き出された構造を有する電池であって、
前記正極リード端子および前記負極リード端子の少なくとも一方が、下記(a)または(b)のいずれかの態様で接続されており、
(a)前記正極用集電体の一方主面の、前記正極合材が配設されていない領域に前記正極リード端子を位置させ、他方主面に金属片を位置させた状態で、前記正極用集電体、前記正極リード端子、および前記金属片を一体に溶接することにより、前記正極リード端子が前記正極用集電体に接続されている、
(b)前記負極用集電体の一方主面の、前記負極合材が配設されていない領域に前記負極リード端子を位置させ、他方主面に金属片を位置させた状態で、前記負極用集電体、前記負極リード端子、および前記金属片を一体に溶接することにより、前記負極リード端子が、前記負極用集電体に接続されている、
かつ、前記金属片は、その一部が前記正極用集電体または前記負極用集電体の主面に直交する方向から見て前記正極用集電体または前記負極用集電体の周縁部から外側に突出していること
を特徴としている。
また、本発明においては、前記正極リード端子および前記負極リード端子のそれぞれが、前記(a),(b)に記載の態様で前記正極用集電体または前記負極用集電体に接続されていることが好ましい。
正極リード端子および負極リード端子のそれぞれを、上述の(a),(b)に記載の態様で正極用集電体または負極用集電体に接続することにより、電池要素を構成する正極部材または負極部材への正極リード端子、負極リード端子の接続を確実に行うことが可能になる。
また、抵抗測定による、正極リード端子、負極リード端子の接続状態の良否判定の精度を確保することができる。
また、本発明においては、前記金属片の一部が、前記正極用集電体または前記負極用集電体の、前記正極リード端子および前記負極リード端子の引出し方向と平行な一対の辺のそれぞれの外側に突出していることが好ましい。
上記のように、金属片の両端を集電体から突出させるようにした場合、突出した金属片の両端を保持して、より確実な溶接を行うことが可能になるとともに、集電体、リード端子、および金属片を一体に溶接する際の、溶接面積を減少させないようにすることが可能になり、十分な接続信頼性を確保することが可能になる。
本発明の電池においては、正極リード端子および負極リード端子の少なくとも一方が、(a)正極用集電体の一方主面の、正極合材が配設されていない領域(リード接続部)に正極リード端子を位置させ、他方主面に金属片を位置させた状態で、正極用集電体、正極リード端子、および金属片を一体に溶接することにより、正極リード端子が正極用集電体に接続されているか、または、(b)負極用集電体の一方主面の、負極合材が配設されていない領域(リード接続部)に負極リード端子を位置させ、他方主面に金属片を位置させた状態で、負極用集電体、負極リード端子、および金属片を一体に溶接することにより、負極リード端子が、負極用集電体に接続されており、かつ、金属片は、その一部が正極用集電体または負極用集電体の主面に直交する方向から見て正極用集電体または負極用集電体の周縁部から外側に突出するように構成されているため、抵抗測定による、リード端子の溶接の良否判定の精度を向上させることが可能になり有意義である。
すなわち、溶接された金属片の、正極用集電体または負極用集電体の周縁部から外側に突出した領域と、正極リード端子または負極リード端子とに、抵抗測定用の端子を押し当て、電気抵抗を測定することにより、金属片が集電体を介してリード端子に向かってを押し付けられることがないため、リード端子と、集電体と、金属片とが十分に溶接(接合)されていない場合に、測定される抵抗が小さくなり、良品と誤判定されるようなことを防止して、リード端子の溶接の良否判定を精度よく行うことができる。
以下に本発明の実施形態を示して、本発明の特徴とするところをさらに詳しく説明する。
図1は本発明の一実施形態にかかる電池(実施例1の電池)の構成を示す正面断面図、図2、図3は要部を拡大して示す正面断面図、図4は要部構成を示す平面図である。
また、図5は本発明の要件を備えた他の電池(実施例2の電池)の要部構成を示す平面図である。
また、図5は本発明の要件を備えた他の電池(実施例2の電池)の要部構成を示す平面図である。
本発明の一実施形態にかかる電池100は、図1〜4に示すように、発電要素10と、発電要素10を収容して封止する、一対のラミネートシート20a,20bを接合して作製した外装体20と、複数の箔状の正極用集電体41および負極用集電体42を介して発電要素10に接続され、外装体20の周縁部から外部に導出された正極リード端子31および負極リード端子32を備えている。
なお、電池要素10は、正極合材を正極用集電体41の両主面に塗布してなる複数の正極部材(正極層)11と、負極合材を負極用集電体42の両主面に塗布してなる複数の負極部材(負極層)12と、セパレータ13と、電解質(この実施形態では非水電解液)14とを備えており、複数の正極部材11と複数の負極部材12はセパレータ13を介して交互に積層されている。
そして、正極用集電体41の一方主面の、正極合材が配設されていない領域に正極リード端子31を位置させ、他方主面に金属片1を位置させた状態で、複数の箔状の正極用集電体41、正極リード端子31、および金属片1を一体に超音波溶接することにより、正極リード端子31が正極用集電体41に接続されている。
また、負極用集電体42の一方主面の、負極合材が配設されていない領域に負極リード端子32を位置させ、他方主面に金属片2を位置させた状態で、複数の箔状の負極用集電体42、負極リード端子32、および金属片2を一体に超音波溶接することにより、負極リード端子32が、負極用集電体42に接続されている。
なお、図1〜4に示す電池100においては、金属片1,2は、長手方向の一端側が、正極用集電体41、負極用集電体42を、その主面に直交する方向から見て正極用集電体41、負極用集電体42の周縁部から外側に突出して(はみ出して)いる。
すなわち、この電池100においては、金属片1,2の長さを、正負極用集電体41,42の幅より長くして、金属片1,2の一方側の端部を、正極用集電体41、負極用集電体42の、正極リード端子31および負極リード端子32の引出し方向と平行な一対の辺x,yの一方から外側に突出させた試料(実施例1の電池)を作製した。
また、この実施形態では、同様に、金属片1,2の長さを、正負極用集電体41,42の幅より長くして、図5に示すように、金属片1,2の両端部を、正極用集電体41、負極用集電体42の、正極リード端子31および負極リード端子32の引出し方向と平行な一対の辺x,yのそれぞれの外側、すなわち、正極用集電体41、負極用集電体42の幅方向両側に突出させた試料(実施例2の電池)を作製した。
さらに、比較のため、金属片1,2の長さを、正負極用集電体41,42の幅より少し短くして、図6に示すように、金属片1,2の長手方向の両端部のいずれもが正極用集電体41、負極用集電体42の周縁部から外側に突出していない試料、すなわち、本発明の要件を備えていない比較例1の試料を作製した。
なお、この実施形態では、実施例1,2の試料および比較例1の試料とも、正極用集電体41を60層(60枚)積み重ねて、正極リード端子31と金属片1の間に挟み込み、また、負極用集電体42を60層(60枚)積み重ねて、負極リード端子32と金属片2の間に挟み込み、超音波溶接の方法で溶接を行うことにより、正極リード端子31および負極リード端子32を、正極用集電体41、負極用集電体42に接続するようにした。
また、この実施形態では、リード端子と集電体との接続が不十分で、不良品と判定されるべき製品が、誤って良品と判定されるような事態が発生しないことを確認するために、意図的にリード端子と集電体との接続が不十分な試料を作製して、評価に供した。
[各試料において用いた金属片の寸法や超音波溶接の条件などについて]
この実施形態において作製した実施例1,2および比較例1の電池を構成する、正極用集電体、負極用集電体、正極リード端子、負極リード端子、金属片の構成、寸法、超音波溶接条件などは以下の通りである。
この実施形態において作製した実施例1,2および比較例1の電池を構成する、正極用集電体、負極用集電体、正極リード端子、負極リード端子、金属片の構成、寸法、超音波溶接条件などは以下の通りである。
(a)正極リード端子および負極リード端子
正極リード端子31および負極リード端子32としては、Niめっき銅端子を使用した。寸法は、厚み:200μm、幅:30mm、長さ:40mmとした。
正極リード端子31および負極リード端子32としては、Niめっき銅端子を使用した。寸法は、厚み:200μm、幅:30mm、長さ:40mmとした。
(b)正極用集電体および負極用集電体
正極用集電体41および負極用集電体42としては、銅箔を使用した。寸法は、厚み:10μm、幅:30mmとした。
正極用集電体41および負極用集電体42としては、銅箔を使用した。寸法は、厚み:10μm、幅:30mmとした。
(c)金属片
金属片1,2としては、銅片を使用した。
実施例1,2の試料および比較例1の試料に用いた金属片1,2の寸法はそれぞれ下記の通りとした。
実施例1:厚み100μm、幅32mm、長さ5mm
実施例2:厚み100μm、幅34mm、長さ5mm
比較例1:厚み100μm、幅28mm、長さ5mm
金属片1,2としては、銅片を使用した。
実施例1,2の試料および比較例1の試料に用いた金属片1,2の寸法はそれぞれ下記の通りとした。
実施例1:厚み100μm、幅32mm、長さ5mm
実施例2:厚み100μm、幅34mm、長さ5mm
比較例1:厚み100μm、幅28mm、長さ5mm
(d)超音波溶接条件
超音波溶接は、以下の条件で行った。
振幅:5μm
加重:1000N
溶接時間:500μs
超音波溶接は、以下の条件で行った。
振幅:5μm
加重:1000N
溶接時間:500μs
ただし、本発明の効果を確認するために、意図的にリード端子と集電体との接続が不十分な試料を作製するにあたっては、上述の超音波溶接時間を500μsから、100μsに短くして超音波溶接を行った。
[評価]
上述のようにして作製した実施例1,2の試料および比較例1の試料について、金属片1と正極リード端子31、および金属片2と負極リード端子32とに、抵抗測定用の端子を押し当て、電気抵抗を測定した。
上述のようにして作製した実施例1,2の試料および比較例1の試料について、金属片1と正極リード端子31、および金属片2と負極リード端子32とに、抵抗測定用の端子を押し当て、電気抵抗を測定した。
このとき、実施例1および2の試料では、抵抗測定用の端子を、金属片1,2の、正極用集電体41、負極用集電体42の周縁部から外側に突出して(はみ出して)いる部分1a,2aに押し当てて抵抗の測定を行った。
一方、比較例1の試料では、金属片1,2は、正極用集電体41、負極用集電体42の周縁部から外側に突出して(はみ出して)いないので、抵抗測定用の端子を、金属片1,2の、正極用集電体41または負極用集電体42上に位置する部分に押し当てて抵抗を測定した。
なお、正極リード端子31、負極リード端子32については、実施例1,2の試料、および、比較例1の試料のいずれについても、抵抗測定用の端子を、正極用集電体41、負極用集電体42の周縁部から外側に突出して(はみ出して)いる部分31a,32aに押し当て、抵抗を測定した。
その結果を表1に示す。
その結果を表1に示す。
なお、表1において、「溶接良品」は、溶接時間を500μsとして、良好な溶接を行った試料である。これに対して、「溶接不良品」は、溶接時間を100μsと短くして、意図的にリード端子と集電体との接続が不十分になるようにした試料、すなわち、抵抗測定による試験により、不良品であることが検出されるべき試料である。
表1に示すように、比較例1では、意図的に溶接不良とした試料についても、良品の場合と同様に、抵抗測定において、低い抵抗値(0.3mΩ)が検出され、良品と誤判定されることが確認された。
これは、比較例1の場合、図6に示すように、金属片1,2の全体が、正極用集電体41、負極用集電体42の領域内に位置している(周縁部から外側に突出していない)ため、抵抗測定用の端子を、金属片1,2のいずれの位置に押し当てても、金属片1,2を正極用集電体41、負極用集電体42を介して正極リード端子31,負極リード端子32に押し付けることになるため、溶接不良品であっても、抵抗測定において低い抵抗値が検出されてしまうことによる。
これに対して、本発明の要件を満たす、実施例1および2の試料では、抵抗測定用の端子を、金属片1,2の、正極用集電体41、負極用集電体42の周縁部から外側に突出して(はみ出して)いる部分1a,2aに押し当てて抵抗を測定するようにしているため、金属片1,2が正極用集電体41、負極用集電体42を介して、正極リード端子31、負極リード端子32に押し付けられることがなく、溶接不良品の場合、抵抗測定において本来の高い抵抗値(0.6mΩ)が検出される。
この結果から、本発明の構成を備えた電池の場合、溶接の良否を確実に判定できることがわかる。
この結果から、本発明の構成を備えた電池の場合、溶接の良否を確実に判定できることがわかる。
なお、超音波溶接を実施する場合、金属片の位置ずれを防止するために、金属片を保持して超音波溶接を行う場合があるが、このとき、図6に示した比較例1の構成の場合、金属片が集電体から突出していないため、金属片を保持することが困難であり、また、無理して金属片を保持しつつ溶接を行った場合は、溶接面積が小さくなり、接続信頼性が低下するという問題点がある。
これに対し、図1〜5に示すような実施例1,2の試料の場合、金属片の集電箔からはみ出た箇所を保持することができるため、溶接面積を減少させることなく、金属片を保持しながら溶接を行うことができる。
さらに、図5に示した実施例2の試料のように、金属片の両端が集電体から突出している場合、金属片の両端を保持して、より確実な溶接を行うことが可能になり、特に好ましい。
なお、抵抗の測定および金属片の保持に関し、金属片の集電箔からの突出長さは3mm程度あれば充分であり、これより長いと電池の重量エネルギー密度の低下や部材費の増大の要因となる。また、突出長さが1mm未満になると保持しにくくなる。
よって、保持の容易さを併せて考慮すれば、金属片の突出長さは1mm〜3mm程度とすることが好ましい。
よって、保持の容易さを併せて考慮すれば、金属片の突出長さは1mm〜3mm程度とすることが好ましい。
なお、上記実施形態では、正極リード端子31および負極リード端子32のそれぞれが、集電体の幅より長さの長い金属片を用いて、リード端子と集電体の接続を行っているが、正極リード端子31および負極リード端子32のいずれか一方を、上記実施形態のような接続構造とし、他方を比較例1のような接続構造とすることも可能であり、その場合も比較例1の場合よりも高い信頼性を備えた電池を得ることができる。
[変形例]
上記実施形態では、正極リード端子31、負極リード端子32の一方主面側にのみ集電体を接続するようにした場合を示しているが、本発明によれば、例えば、図7に示すように、リード端子(図7では正極リード端子31)の両主面側に、集電体と金属片(図7では正極用集電体41と金属片1)を位置させ、正極用集電体41を正極リード端子31と金属片1の間に挟み込むようにして接続することも可能である(他の構成は上記実施形態に準じた構成とする)。
なお、図7において図1と同一符号を付した部分は、同一または相当部分を示している。
上記実施形態では、正極リード端子31、負極リード端子32の一方主面側にのみ集電体を接続するようにした場合を示しているが、本発明によれば、例えば、図7に示すように、リード端子(図7では正極リード端子31)の両主面側に、集電体と金属片(図7では正極用集電体41と金属片1)を位置させ、正極用集電体41を正極リード端子31と金属片1の間に挟み込むようにして接続することも可能である(他の構成は上記実施形態に準じた構成とする)。
なお、図7において図1と同一符号を付した部分は、同一または相当部分を示している。
また、図7では正極側の構成のみを示しているが、負極側も同様の構成とすることが可能であることはいうもでもない。
この図7に示すような構成とした場合、より多くの集電体をリード端子に確実に接続することができる。
この図7に示すような構成とした場合、より多くの集電体をリード端子に確実に接続することができる。
また、この図7に示すような構成とした場合も、その他の点において上記実施形態で作製した実施例1,2の場合と同様の効果を得ることができる。
本発明は、その他の点においても上記実施例に限定されるものではなく、電池要素の具体的な構成、正極リード端子と負極リード端子の具体的な形状や構造、外装体からの引出し方向、外装体の形状や構成、金属片の形状や、金属辺を構成する金属の種類、集電体を構成する材料の種類や形状、枚数などに関し、発明の範囲内において、種々の応用、変形を加えることが可能である。
1,2 金属辺
1a,2a 金属辺の集電体からの突出部分
10 発電要素
11 正極層
12 負極層
13 セパレータ
14 非水電解液
20 外装体
20a,20b ラミネートシート
31 正極リード端子
31a 正極リード端子の集電体からの突出部分
32 負極リード端子
32a 負極リード端子の集電体からの突出部分
41 正極用集電体
42 負極用集電体
x,y 集電体の一対の辺
100 電池
1a,2a 金属辺の集電体からの突出部分
10 発電要素
11 正極層
12 負極層
13 セパレータ
14 非水電解液
20 外装体
20a,20b ラミネートシート
31 正極リード端子
31a 正極リード端子の集電体からの突出部分
32 負極リード端子
32a 負極リード端子の集電体からの突出部分
41 正極用集電体
42 負極用集電体
x,y 集電体の一対の辺
100 電池
Claims (3)
- 正極用集電体上に正極合材を配設してなる正極部材と、負極用集電体上に負極合材を配設してなる負極部材と、電解質とを備える電池要素が外装体の内部に収容され、
前記正極用集電体と導通する正極リード端子と、前記負極用集電体と導通する負極リード端子が、前記外装体の外部に引き出された構造を有する電池であって、
前記正極リード端子および前記負極リード端子の少なくとも一方が、下記(a)または(b)のいずれかの態様で接続されており、
(a)前記正極用集電体の一方主面の、前記正極合材が配設されていない領域に前記正極リード端子を位置させ、他方主面に金属片を位置させた状態で、前記正極用集電体、前記正極リード端子、および前記金属片を一体に溶接することにより、前記正極リード端子が前記正極用集電体に接続されている、
(b)前記負極用集電体の一方主面の、前記負極合材が配設されていない領域に前記負極リード端子を位置させ、他方主面に金属片を位置させた状態で、前記負極用集電体、前記負極リード端子、および前記金属片を一体に溶接することにより、前記負極リード端子が、前記負極用集電体に接続されている、
かつ、前記金属片は、その一部が前記正極用集電体または前記負極用集電体の主面に直交する方向から見て前記正極用集電体または前記負極用集電体の周縁部から外側に突出していること
を特徴とする電池。 - 前記正極リード端子および前記負極リード端子のそれぞれが、前記(a),(b)に記載の態様で前記正極用集電体または前記負極用集電体に接続されていることを特徴とする請求項1記載の電池。
- 前記金属片の一部が、前記正極用集電体または前記負極用集電体の、前記正極リード端子および前記負極リード端子の引出し方向と平行な一対の辺のそれぞれの外側に突出していることを特徴とする請求項1または2記載の電池。
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