JP2016091670A - 円筒形二次電池 - Google Patents

Abstract

【課題】リード板に対向する蓋と集電体に絶縁層することで電流の分流あるいは接触点への電流集中による電池内部抵抗の上昇を防ぐ二次電池の提供。【解決手段】正極電極と負極電極とをセパレータを介して軸芯に捲回した電極群１０と、電極群１０を収納し、開口を有する電池容器２と、電池容器２の開口を塞ぐ蓋３と、蓋３と電気的に接続される接続板３５と、金属箔で形成され、一端が接続板３５と固定されたリード板４１と、リード板４１の他端が接続され、電極群１０と電気的に接続される集電部材（正極集電部材２５）と、を有し、リード板４１は、接続板３５に接続される固定部４１ｂ１、及び固定部４１ｂ１につながる非固定部、及び非固定部につながり集電部材に接続される固定部４１ｃ１を有し、接続板に接続される固定部上には絶縁部材４１ｄが設けられ、接続板及び集電部材の一部又は全部には絶縁部材２５ｆ、３５ｃが設けられる円筒形二次電池１。【選択図】図８

Description

本発明は例えば円筒形の二次電池に関する。

リチウム二次電池等に代表される円筒形二次電池においては、正極合剤が形成された正極電極と負極合剤が形成された負極電極とをセパレータを介して軸芯の周囲に捲回して電極群を構成する。電極群の上部側には、正極集電部材が配置され、この正極集電部材に、正極電極に形成された、通常、タブと言われる複数の正極リードが接合される。正極集電部材の上部側には、蓋が配置され、正極集電部材と蓋とはフレキシブルなリード板（導電リード）で接続される。蓋は、電極群および正極集電部材等が収容され、電解液が注入された電池容器に絶縁材を介してかしめられ外部から密封される。

リード板は、正極集電部材または接続板に溶接された他端部および一端部以外の部分は、溶接されず浮いているため、振動等により正極集電部材または接続板に接触したり離間したりする。リード板の溶接された以外の部分が正極集電部材または接続板に接触すると、電流の分流あるいは接触点への電流集中による電池内部抵抗の上昇が発生し、電池機能が低下する。

これを防ぐために、リード板には、一端部および他端部以外の部分の表面に粘着フィルムを巻き付ける、あるいは絶縁塗料を塗布するなどの方法で絶縁部材を形成しておくことが望ましい。絶縁部材の形成は、リード板を正極集電部材および接続板に接合する工程の前に行う（例えば、特許文献１参照）。

特許５４７０１４２号

特許文献１に記載された二次電池はリード板に絶縁層を形成することで電流の分流あるいは接触点への電流集中による電池内部抵抗の上昇を防ぐことが可能な構造を有している。しかし、リード板の溶接部以外の部分にまで絶縁層を設けた場合、電池が振動の影響を受けたときに絶縁層が破壊され、絶縁性が低下する恐れがある。

本発明は、絶縁層の破壊による絶縁性低下の可能性を低減させた円筒形二次電池を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明の円筒形二次電池は、正極電極と負極電極とをセパレータを介して軸芯に捲回した電極群と、電極群を収納し、開口を有する電池容器と、電池容器の開口を塞ぐ蓋と、蓋と電気的に接続される接続板と、金属箔で形成され、一端が接続板と固定されたリード板と、リード板の他端が接続され、電極群と電気的に接続される集電部材（正極集電部材）と、を有し、リード板は、接続板に接続される固定部、及び固定部につながる非固定部、及び非固定部につながり集電部材に接続される固定部を有し、接続板に接続される固定部上には絶縁部材が設けられ、接続板及び集電部材の一部又は全部には絶縁部材が設けられることを特徴とする。

本発明の円筒形二次電池を用いることにより、リード板の柔軟性を確保しつつも、リード板の絶縁性を確保した円筒形二次電池を提供することが可能となる。

この発明の二次電池の第一の実施形態としての円筒形二次電池の断面図。 図１に示された円筒形二次電池の分解斜視図。 図１の電極群の詳細を示すための一部を切断した状態の斜視図。 本発明の中心面を説明するための円筒形二次電池の上面図。 図１に図示された二次電池の製造方法の工程を説明するための要部の断面図。 図５に図示された次の工程を説明するための要部の断面図。 図６に図示された次の工程を説明するための要部の断面図。 図７に図示された次の工程を説明するための要部の断面図。 この発明の二次電池の第一の実施形態を説明するための要部の詳細図。 この発明の二次電池の第二の実施形態を説明するための要部の詳細図。

（第一の実施形態）
−円筒形二次電池の構造−
以下、この発明の二次電池を、リチウムイオン円筒形二次電池に適用した一実施形態を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。１０は、電極群であり、中央部に軸芯１５を有し、軸芯１５の周囲に正極電極および負極電極が捲回されている。図３は、電極群１０の構造の詳細を示し、一部を切断した状態の斜視図である。図３に図示されるように、電極群１０は、軸芯１５の周囲に、正極電極１１、負極電極１２、および第１、第２のセパレータ１３、１４が捲回された構成を有する。

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）。

正極電極１１は、アルミニウム箔により形成され長尺な形状を有し、正極シート１１ａと、この正極シート１１ａの両面に正極合剤１１ｂが塗布された正極処理部を有する。正極シート１１ａの長手方向に沿う上方側の一側縁は、正極合剤１１ｂが塗布されずアルミニウム箔が表出した正極合剤未処理部１１ｃとなっている。この正極合剤未処理部１１ｃには、軸芯１５と平行に上方に突き出す多数の正極リード１６が等間隔に一体的に形成されている。

正極合剤１１ｂは正極活物質と、正極導電材と、正極バインダとからなる。正極活物質はリチウム酸化物が好ましい。例として、コバルト酸リチウム、マンガン酸リチウム、ニッケル酸リチウム、リチウム複合酸化物（コバルト、ニッケル、マンガンから選ばれる２種類以上を含むリチウム酸化物）などが挙げられる。正極導電材は、正極合剤中におけるリチウムの吸蔵放出反応で生じた電子の正極電極への伝達を補助できるものであれば制限は無い。正極導電材の例として、黒鉛やアセチレンブラックなどが挙げられる。

正極バインダは、正極活物質と正極導電材を結着させ、また正極合剤と正極集電体を結着させることが可能であり、非水電解液との接触により、大幅に劣化しなければ特に制限はない。正極バインダの例としてポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）やフッ素ゴムなどが挙げられる。正極合剤層の形成方法は、正極電極上に正極合剤が形成される方法であれば制限はない。正極合剤１１ｂの形成方法の例として、正極合剤１１ｂの構成物質の分散溶液を正極シート１１ａ上に塗布する方法が挙げられる。

正極合剤１１ｂを正極シート１１ａに塗布する方法の例として、ロール塗工法、スリットダイ塗工法、などが挙げられる。正極合剤１１ｂに分散溶液の溶媒例として、Ｎ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）や水等を添加し、混練したスラリを、厚さ２０μｍのアルミニウム箔の両面に均一に塗布し、乾燥させた後、裁断する。正極合剤１１ｂの塗布厚さの一例としては片側約４０μｍである。正極シート１１ａを裁断する際、正極リード１６を一体的に形成する。すべての正極リード１６の長さは、ほぼ同じである。

負極電極１２は、銅箔により形成され長尺な形状を有し、負極シート１２ａと、この負極シート１２ａの両面に負極合剤１２ｂが塗布された負極処理部を有する。負極シート１２ａの長手方向に沿う下方側の側縁は、負極合剤１２ｂが塗布されず銅箔が表出した負極合剤未処理部１２ｃとなっている。この負極合剤未処理部１２ｃには、正極リード１６とは反対方向に延出された、多数の負極リード１７が等間隔に一体的に形成されている。

負極合剤１２ｂは、負極活物質と、負極バインダと、増粘剤とからなる。負極合剤１２ｂは、アセチレンブラックなどの負極導電材を有しても良い。負極活物質としては、黒鉛炭素を用いることが好ましい。黒鉛炭素を用いることにより、大容量が要求されるプラグインハイブリッド自動車や電気自動車向けのリチウムイオン二次電池が作製できる。負極合剤１２ｂの形成方法は、負極シート１２ａ上に負極合剤１２ｂが形成される方法であれば制限はない。負極合剤１２ｂを負極シート１２ａに塗布する方法の例として、負極合剤１２ｂの構成物質の分散溶液を負極シート１２ａ上に塗布する方法が挙げられる。塗布方法の例として、ロール塗工法、スリットダイ塗工法などが挙げられる。

負極合剤１２ｂを負極シート１２ａに塗布する方法の例として、負極合剤１２ｂに分散溶媒としてＮ−メチル−２−ピロリドンや水を添加し、混練したスラリを、厚さ１０μｍの圧延銅箔の両面に均一に塗布し、乾燥させた後、裁断する。負極合剤１２ｂの塗布厚さの一例としては片側約４０μｍである。負極シート１２ａを裁断する際、負極リード１７を一体的に形成する。すべての負極リード１７の長さは、ほぼ同じである。

第１のセパレータ１３および第２のセパレータ１４の幅をＷＳ、負極シート１２ａに形成される負極合剤１２ｂの幅をＷＣ、正極シート１１ａに形成される正極合剤１１ｂの幅をＷＡとした場合、下記の式を満足するように形成される。

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。セパレータ１３、１４は、例えば、厚さ４０μｍのポリエチレン製多孔部材で形成されている。

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（電極集電部材）２５が圧入されている。正極集電部材２５は、例えば、アルミニウムにより形成され、円盤状の基部２５ａ、この基部２５ａ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２５ｂ、および外周縁において蓋３側に突き出す上部筒部２５ｃを有する。正極集電部材２５の基部２５ａには、電池内部で発生するガスを放出するための開口部２５ｄ（図２参照）が形成されている。また、正極集電部材２５には開口部２５ｅ（図２参照）が形成されているが、開口部２５ｅの機能については後述する。

正極シート１１ａの正極リード１６は、すべて、正極集電部材２５の上部筒部２５ｃに溶接される。この場合、図２に図示されるように、正極リード１６は、正極集電部材２５の上部筒部２５ｃ上に重なり合って接合される。各正極リード１６は大変薄いため、１つでは大電流を取りだすことができない。このため、軸芯１５への巻き始めから巻き終わりまでの全長に亘り、多数の正極リード１６が所定間隔に形成されている。

正極集電部材２５は、電解液によって酸化されるので、アルミニウムで形成することにより信頼性を向上することができる。アルミニウムは、なんらかの加工により表面が表出すると、直ちに、表面に酸化アルミウム皮部材が形成され、この酸化アルミニウム皮部材により、電解液による酸化を防止することができる。また、正極集電部材２５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。

軸芯１５の下端部の外周には、外径が径小とされた段部１５ｂが形成され、この段部１５ｂに負極集電部材（電極集電部材）２１が圧入されて固定されている。負極集電部材２１は、例えば、銅により形成され、円盤状の基部２１ａに軸芯１５の段部１５ｂに圧入される開口部２１ｂが形成され、外周縁に、電池容器２の底部側に向かって突き出す外周筒部２１ｃが形成されている。

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の外周筒部２１ｃの外周には、負極シート１２ａの負極リード１７およびリング状の押え部材２２が溶接されている。多数の負極リード１７は、負極集電部材２１の外周筒部２１ｃの外周に密着させておき、負極リード１７の外周に押え部材２２を巻き付けて仮固定し、この状態で溶接される。

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２５に形成された開口部２５ｅ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２５に形成された開口部２５ｅ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。 正極集電部材２５の上部筒部２５ｃの外周には、正極シート１１ａの正極リード１６およびリング状の押え部材２６が溶接されている。多数の正極リード１６は、正極集電部材２５の上部筒部２５ｃの外周に密着させておき、正極リード１６の外周に押え部材２６を巻き付けて仮固定し、この状態で溶接される。

多数の正極リード１６が正極集電部材２５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２５、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。

また、正極集電部材２５の基部２５ａの上面には、複数のアルミニウム箔が積層されて構成されたフレキシブルなリード板（導電リード）４１が、その一端をレーザ溶接により接合されている。リード板４１は、複数枚のアルミニウム箔を積層して一体化することにより、大電流を流すことが可能とされ、且つ、フレキシブル性を付与されている。つまり、大電流を流すには接続部材の厚さを大きくする必要があるが、１枚の金属板で形成する
と剛性が大きくなり、フレキシブル性が損なわれる。そこで、板厚の小さな多数のアルミニウム箔を積層してフレキシブル性を持たせている。リード板４１の厚さは、例えば、０．５ｍｍ程度であり、厚さ０．１ｍｍのアルミニウム箔を５枚積層して形成される。なお、本実施形態では５枚のアルミニウム箔を積層させているが、枚数については特に限定は無く２枚の金属箔でリード板４１を形成しても良いし、５枚以上の金属箔を積層させてリード板４１を形成させても良い。

正極集電部材２５の上部筒部２５ｃ上には、蓋ユニット３０が配置されている。蓋ユニット３０は、リング形状をした絶縁板３６、絶縁板３６に設けられた開口部３６ａに嵌入された接続板３５、接続板３５に溶接されたダイアフラム３７およびダイアフラム３７に、かしめにより固定された蓋３により構成される。

絶縁板３６は、円形の開口部３６ａを有する絶縁性樹脂材料からなるリング形状を有し、正極集電部材２５の上部筒部２５ｃ上に載置されている。

絶縁板３６は、開口部３６ａ（図２参照）と下方に突出す側部３６ｂを有している。絶縁材３６の開口部３６ａ内には接続板３５が嵌合されている。接続板３５の下面には、フレキシブルなリード板４１の一端が、接続板３５にレーザ溶接により接合されている。

リード板４１は、上述した如く、他端が正極集電部材２５の基部２５ａの上面に接合され、軸芯１５に対して反対側に延出されている。そして、折返し部４１ａでＵ字形状に１８０°折り返され、他端とは中心面に対し反対面側の位置で接続板３５に接合されている。
図４は、中心面を説明するための円筒形二次電池の上面図である。中心面とは、軸芯１５の中心軸Ｏを通り、一端部４１ｂと軸芯１５の中心軸Ｏを結ぶ面Ｓ―Ｏに垂直な面Ｃ−Ｃである。ここで、面Ｓ−Ｏおよび面Ｃ−Ｃは、軸芯１５の中心軸Ｏと平行に、図の垂直方向に延出される面である。すなわち、リード板４１の一端部４１ｂと他端部４１ｃとは、相互に、中心面Ｃ−Ｃに対して反対面側の位置で、それぞれ、正極集電部材２５および接続板３５に接合されている。

接続板３５は、アルミニウム合金で形成され、中央部を除くほぼ全体が均一でかつ、中央側が少々低い位置に撓んだ、ほぼ皿形状を有している。接続板３５の厚さは、例えば、１ｍｍ程度である。接続板３５の中心には、薄肉でドーム形状に形成された突起部３５ａが形成されており、突起部３５ａの周囲には、複数の開口部３５ｂ（図２参照））が形成されている。開口部３５ｂは、電池内部に発生するガスを放出する機能も有している。

接続板３５の突起部３５ａはダイアフラム３７の中央部の底面に抵抗溶接または摩擦拡散接合により接合されている。ダイアフラム３７はアルミニウム合金で形成され、ダイアフラム３７の中心部を中心とする円形の切込み３７ａを有する。切込み３７ａはプレスにより上面側をＶ字形状に押し潰して、残部を薄肉にしたものである。ダイアフラム３７は、電池の安全性確保のために設けられており、電池の内圧が上昇すると、第１段階として、上方に反り、接続板３５の突起部３５ａとの接合を剥離して接続板３５から離間し、接続板３５との導通を絶つ。第２段階として、それでも内圧が上昇する場合は切込み３７ａにおいて開裂し、内部のガスを放出する機能を有する。

ダイアフラム３７は周縁部において蓋３の周縁部を固定している。ダイアフラム３７は図２に図示されるように、当初、周縁部に蓋３側に向かって垂直に起立する側部３７ｂを有している。この側部３７ｂ内に蓋３を収容し、かしめ加工により、側部３７ｂを蓋３の上面側に屈曲して固定する。

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、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。

ダイアフラム３７の側部３７ｂと周縁部を覆ってガスケット４３が設けられている。ガスケット４３は、当初、図２に図示されるように、リング状の基部４３ａの周側縁に、上部方向に向けてほぼ垂直に起立して形成された外周壁部４３ｂと、内周側に、基部４３ａから下方に向けてほぼ垂直に垂下して形成された筒部４３ｃとを有する形状を有している。 そして、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、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。このような構造にすることによって、接続板３５、ダイアフラム３７、及び蓋３が電気的に接続されることとなる。

電池容器２の内部には、非水電解液が所定量注入されている。非水電解液の一例としては、リチウム塩がカーボネート系溶媒に溶解した溶液を用いることが好ましい。リチウム塩の例として、フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ６）、フッ化ホウ酸リチウム（ＬｉＢＦ４）、などが挙げられる。また、カーボネート系溶媒の例として、エチレンカーボネート（ＥＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、メチルエチルカーボネート（ＭＥＣ）、或いは上記溶媒の１種類以上から選ばれる溶媒を混合したもの、が挙げられる。

図５〜図８は、リード板４１により正極集電部材２５と蓋ユニット３０とを電気的に接続する方法を説明するための要部の断面である。

リード板４１の他端側仮止め部（以下「他端部」という）４１ｃを電池容器２に収容された正極集電部材２５の基部２５ａの上面に超音波溶接等により接合し、正極集電部材２５側の固定部４１ｃ１を作成する。この場合、他端部４１ｃの接合は、図５に図示されるように、一端側仮止め部（以下「一端部」という）４１ｂを軸芯１５の反対側に配置した状態、換言すれば、一端部４１ｂが中心面に対して反対側に位置する状態で行う。この状態では、リード板４１の折返し部４１ａおよび一端部４１ｂは、電池容器２内に収容された正極集電部材４１の上部筒部２５ｃ内に位置している。

次に、図６に図示されるように、リード板４１の他端部４１ｃの根元を軸として、図６において時計方向に、一端部４１ｂが軸芯１５の中心軸を越えて電池容器２の外部に達するまで回動する。この状態では、リード板４１の一端部４１ｂと固定部４１ｃ１とは、中心面に対して同一側の位置となっている。また、リード板４１の一端部４１ｂは、電池容器２の上端よりも高い位置であり、且つ、電池容器２の側面よりも外側の位置に引き出されている。

このような状態のリード板４１の一端部４１ｂに、上述した蓋ユニット３０を接合する。

蓋ユニット３０の接続板３５を、図示はしない保持具により、リード板４１の一端部４１ｂに接触させた状態に保持し、実線で示す矢印方向からレーザを照射してレーザ溶接する。溶接条件は、一例として、２０００Ｗ、１秒程度である。このようにして接続板３５側の固定部４１ｂ１が形成される。

この実施形態においては、レーザ溶接は、リード板４１の一端部４１ｂが電池容器２の側面の外部に引き出された位置で行われるため、溶接時に発生する微細金属異物が電池容器２内に入ることを防止することができる。レーザ溶接の際に、電池容器２の上部側開口部を閉塞部材で覆っておけば、溶接時に発生する微細金属異物が電池容器２内に入ることを、さらに、確実に防止することが可能となる。

なお、図６においては、蓋ユニット３０の接続板３５が電池容器２の側面とほぼ垂直な状態で、リード板４１の一端部４１ｂをレーザ溶接するように図示されている。しかし、蓋ユニット３０は、接続板３５が、例えば、同図に点線で示すように、ほぼ垂直な状態から反時計方向に回転した状態でも、レーザは、二点鎖線の矢印で示すように、リード板４１の一端部４１ｂに照射することが可能である。要は、リード板４１の一端部４１ｂおよび蓋ユニット３０の接続板３５を電池容器２の外部からレーザ照射が可能な方向に向けて行えばよい。

このレーザ溶接後に、正極集電部材２５側の絶縁部材２５ｆ、接続板側の絶縁部材３５ｃ、及び固定部４１ｂ１側の絶縁部材４１ｄを形成する。

なお、後述する絶縁部材２５ｆ及び３５ｃは、それぞれ予め正極集電部材２５および接続板３５に設けられた状態で形成されており、リード板４１は絶縁部材２５ｆが形成された正極集電部材２５及び絶縁部材３５ｃが形成された接続板３５にそれぞれ溶接されるようになっている。

次に、図７に図示されるように、リード板４１の一端部４１ｂが接合された蓋ユニット３０を、リード板４１の他端の固定部４１ｃ１の根元を軸に、リード板４１と共に、図７において反時計方向に、軸芯１５の中心軸を越える位置まで回動する。この場合、リード板４１が損傷したり、リード板４１の他端の固定部４１ｃ１および一端部の固定部４１ｂ１が剥離したりすることがないように、引張力が、例えば、１Ｎ以下になるように制御しながら回動する。そして、図７の状態からは、リード板４１の一端部４１ｂの根元を軸に、蓋ユニット３０を同図において時計方向に、つまり、蓋３の上面が水平になるように回動する。

そして、蓋ユニット３０の蓋３の上面がほぼ水平になった状態で、図８に図示されるように、蓋ユニット３０のダイアフラム３７の周縁部をガスケット４３上に載置する。このように、リード板４１は一旦部４１ｂが蓋ユニット３０と共に、図７に図示されるように中心面に対して反対側に回動された後、図８に図示されるように、蓋ユニット３０が水平となるように回動される。このため、リード板４１の一端部４１ｂの根元に、図８に図示されるような折返し部４１ａが形成される。

上記の状態において、次に、電池容器２の溝２ａと上端面の間の部分をプレスにより圧縮する、いわゆる、かしめ加工により、ガスケット４３と共にダイアフラム３７を電池容器２に固定する。

これにより、蓋ユニット３０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２５と蓋３がリード板４１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１が作製される。

続いて、本発明の特徴となる絶縁部材２５ｆ、３５ｃについて説明する。リード板４１は、正極集電部材２５に接続された固定部４１ｂ１、及び接続板３５に溶接された固定部４１ｃ１以外の部分は、溶接されず浮いている。そのため、振動等によりリード板４１の非固定部４１ｅ（図７に示す固定部４１ｂ１及び４１ｃ１以外の部分）が正極集電部材２５または接続板３５に接触したり離間したりする。リード板４１の非固定部４１ｅが正極集電部材２５または接続板３５に接触すると、電流の分流あるいは接触点への電流集中による電池内部抵抗の上昇が発生し、電池機能が低下する。また、本実施形態のように複数枚の金属箔を用いてリード板４１が形成される場合、折れ曲がり部４１ａが設けられると、リード板４１を構成する内周側の金属箔と、外周側の金属箔とで周長差が発生する。そのため、内周側の金属箔が接続板３５側の固定部４１ｂ１とも接触しやすくなり、接触点への電流集中による電池内部抵抗の上昇が発生し、電池機能が低下する恐れがある。

これを防ぐために、リード板４１に対向する正極集電部材２５と接続板３５の表面、及び折り曲げ部４１ａを設けた場合にリード板４１と対向することになる固定部４１ｂ１に絶縁塗料などの方法で、正極集電部材２５側の絶縁部材２５ｆ、接続板側の絶縁部材３５ｃ、及び固定部４１ｂ１側の絶縁部材４１ｄを形成させる。

図９は第一の実施形態における正極集電部材２５側の絶縁部材２５ｆと接続板３５側の絶縁部材３５ｃの領域を示した図である。正極集電部材２５側の絶縁部材２５ｆを形成する領域は、リード板４１が接続される部分２５ｇ、及び軸芯１５の穴と繋がる開口部２５ｅを除く領域である。接続板３５側の絶縁部材３５ｃを形成する領域は、リード板４１が接続される部分３５ｄ、接続板３５の突起部３５ａ、及び開口部３５ｂを除く領域である。なお、このリード板４１が接続される部分２５ｇはリード板４１の固定部４１ｃ１と同じ大きさで形成しても良いが、図９に示すようにリード板４１の固定部４１ｃ１よりも多少大きく形成されている方が円筒形二次電池を作成しやすくなるため好ましい。リード板４１が接続される部分３５ｄについても同様で、リード板４１の固定部４１ｂ１よりも多少大きく形成されている方が好ましい。

さらに、図９中には図示していないが、リード板４１が折り返されることによってリード板４１の非固定部４１ｅと対向することになる固定部４１ｂ１上にも絶縁部材４１ｄが配置されることになる。従って、リード板４１が導体と対向するほぼ全ての領域で、リード板４１と導体（正極集電部材２５、接続部材３５、及びリード板４１）との間に絶縁部材（絶縁部材２５ｆ、３５ｃ、４１ｄ）が配置され、さらにリード板４１の非固定部４１ｅには直接絶縁層が設けられない構造となる。

以上、簡単に本実施形態についてまとめる。本実施形態では、動きやすいリード板４１の非固定部４１ｅに直接絶縁部材が設けられていないため、振動等による絶縁層破壊の恐れが低下する。また、上述したようにリード板４１が導体と対向するほぼ全ての領域で、リード板４１と導体との間に絶縁部材が配置される構造となっている。そのため、電池に振動が加えられてリード板４１の非固定部４１ｅが上下に動いたとしても、正極集電部材２５や接続板３５と接触する恐れがないため、確実に絶縁性が確保される。

また、本実施形態では、正極集電部材２５の基部２５ａ上でリード板４１が接続される部分２５ｇ以外の領域が絶縁部材２５ｆで、接続板３５の平面部上でリード板４１が接続される部分３５ｄ、接続板３５の突起部３５ａ、及び開口部３５ｂ以外の領域が絶縁部材３５ｃで覆われている。そのため、電池に振動が加えられてリード板４１の非固定部４１ｅが左右に動いたとしても、正極集電部材２５や接続板３５と接触する恐れがないため、確実に絶縁性が確保される。

また、本実施形態では、絶縁部材２５ｆ、絶縁部材３５ｃ、及び絶縁部材４１ｄがリード板４１の非固定部４１ｅよりも放熱性及び熱容量が高い部分に配置される構造となっている。そのため、発熱によってそれぞれの絶縁部材２５ｆ、３５ｃ、４１ｄが溶融する恐れが低くなる。従って、リード板４１の非固定部４１ｅが他の部分と接触して短絡する恐れが低くなり、絶縁信頼性の高い円筒形二次電池を提供することが可能となる。

また、本実施形態では当然のことながらリード板４１の折り返し部４１ａにも直接絶縁部材が配置されない構造となっている。このリード板４１の折り返し部４１ａは、折り返されているため他の部分より高温に恐れがある。本実施例ではリード板４１の折り返し部４１ａにも直接絶縁部材が設けられない構造となっている。そのため、発熱によって絶縁部材が溶ける恐れが低くなり、絶縁部材が破壊されることによるリード板４１の短絡の恐れが無くなる。従って、絶縁信頼性が高い円筒形二次電池を提供することが可能となる。

（第二の実施形態）
続いて、第二の実施形態について説明する。本実施例が第一の実施形態と異なる点は、正極集電部材２５の基部２５ａ上の一部、及び接続板３５の平面部上の一部に絶縁部材を設けた点である。なお、第一の実施形態と同様の構成については第一の実施形態で用いた図図面番号と同様の図面番号を用いている。

図１０は第二の実施形態における正極集電部材側の絶縁部材２５０ｆと接続板側の絶縁部材３５０ｃを設けた領域を示した図である。第一の実施形態では正極集電部材２５の基部２５ａ上のほぼ全ての領域に絶縁部材２５ｆを設け、接続板３５の平面部上のほぼ全ての領域で絶縁部材３５ｃが設けられる構成となっていた。しかし本実施形態では、正極集電部材２５の基部２５ａの一部、特にリード板４１と対向する部分（リード板４１の幅と対応する領域）、及び接続板３５の平面部上の一部、特にリード板４１と対向する部分（リード板４１の幅と対応する領域）に絶縁部材を設けた。

具体的には図１０に示すように、接続板３５の上でリード板４１と対向する領域には絶縁部材３５０ｃが設けられ、正極集電部材２５の基部２５ａ上でリード板４１と対向する領域には絶縁部材２５０ｆが形成される。なお、本図では図示していないが、第一の実施形態と同様、リード板４１の固定部４１ｂ１上には絶縁部材４１ｄが設けられている。

このような構成とすることによって、電池に振動が加えられてリード板４１の非固定部４１ｅが上下に動いたとしても、絶縁部材２５０ｆ、及び絶縁部材３５０ｃの使用量を最低限に抑えつつ、正極集電部材２５や接続板３５と接触する可能性を低下させることが出来るため、絶縁性が確保される。

なお、単純に絶縁部材２５０ｆ、及び絶縁部材３５０ｃの使用量を最低限に抑える場合には、リード板４１と対向する部分のみに絶縁部材２５０ｆ、及び絶縁部材３５０ｃを設ければよい。しかし、本実施形態ではさらにリード板４１の横方向の動きに対応するために図１０に示すようにリード板４１の幅よりも広い幅で絶縁部材２５０ｆ、及び絶縁部材３５０ｃを設ける構造としている。

具体的には、正極集電部材２５側の絶縁部材２５０ｆが形成される領域の幅ＷＦは、リード板４１の幅をＷＤとした場合にはＷＦ＞ＷＤとなり、接続板３５側の絶縁部材３５０ｃが形成される領域の幅ＷＥは、ＷＥ＞ＷＤとなる。

すなわち、リード板４１の幅ＷＤは常に、絶縁部材の幅ＷＥ、及びＷＦよりも小さい構成となる。このような構造にすることによって、電池に振動が加えられてリード板４１の非固定部４１ｅが上下だけでなく左右に動いたとしても、絶縁部材２５０ｆ、及び絶縁部材３５０ｃの使用量を抑えつつ、正極集電部材２５や接続板３５と接触する可能性を低下させることが出来るため、絶縁性が確保される。

また、第一の実施形態では電池容器２内で発生したガスは、軸芯１５に設けられた穴、及び接続板３５の開口部３５ｂを介して排出されていた。しかし、本実施形態では図１０に示すように、接続板３５上に設けられた開口部３５ｂ及び正極集電部材２５の基部２５ａ上に設けられた開口部２５ｄがそれぞれ絶縁部材から露出した構造となっている。そのため、第一の実施形態よりもガス排出がスムーズにできる構造となっている。

以上、簡単に本実施例をまとめる。本実施形態では、絶縁部材２５０ｆ、３５０ｃを正極集電部材２５及び接続板３５の一部に設け、かつリード板４１と対応する領域に絶縁部材２５０ｆ、３５０ｃを設ける構造とした。このような構成にすることによって、絶縁部材の使用量を抑えつつも、リード板４１の非固定部４１ｅが正極集電部材２５及び接続板３５への接触を防ぐことが出来る。そのため、電池生産のコストを抑えつつも、絶縁信頼性を向上させることができる。

また、本実施形態では、絶縁部材２５０ｆ、３５０ｃの幅をリード板４１の幅よりも大きくする構造とした。このような構成にすることによって、リード板４１の非固定部４１ｅが左右に動いたとしても、正極集電部材２５及び接続板３５への接触を防ぐことが出来る。従って、電池生産のコストを抑えつつも、より絶縁信頼性を向上させることができる。

また、本実施形態では、正極集電部材２５の開口部２５ｄ、及び接続板３５の開口部３５ｂを、それぞれ絶縁部材２５０ｆ、３５０ｃから露出させる構造とした。このような構造にすることによって、第一の実施形態よりもガス排出をスムーズに行うことが出来る。

最後に本発明をまとめる。本発明に記載の円筒形二次電池１は、正極電極１１と負極電極１２とをセパレータ１３、１４を介して軸芯１５に捲回した電極群１０と、電極群１０を収納し、開口を有する電池容器２と、電池容器２の開口を塞ぐ蓋３と、蓋３と電気的に接続される接続板３５と、金属箔で形成され、一端が接続板３５と固定されたリード板４１と、リード板４１の他端が接続され、電極群１０と電気的に接続される集電部材（正極集電部材２５）と、を有し、リード板４１は、接続板３５に接続される固定部４１ｂ１、及び固定部４１ｂ１につながる非固定部４１ｅ、及び非固定部４１ｅにつながり集電部材に接続される固定部４１ｃ１を有し、接続板３５に接続される固定部４１ｂ１上には絶縁部材４１ｄが設けられ、接続板３５及び集電部材の一部又は全部には絶縁部材２５ｆ、３５ｃが設けられることを特徴とする。このような構造にすることによって、動きやすいリード板４１の非固定部４１ｅに直接絶縁部材が設けられていないため、振動等による絶縁層破壊の恐れが低下し、絶縁信頼性が向上する。

また、本発明に記載の円筒形二次電池１は、接続板３５が、蓋３と電気的に接続される突起部３５ａ、及び開口部３５ｂを有し、集電部材は軸芯１５に設けられた穴と繋がる開口部２５ｅを有し、接続板３５には、接続板３５に接続される固定部４１ｂ１、突起部３５ａ、及び接続板３５に設けられた開口部３５ｂを露出させるように絶縁部材３５ｃが設けられ、集電部材は集電部材に接続される固定部４１ｃ１、及び集電部材に設けられた開口部２５ｅを露出させるように絶縁部材２５ｆが設けられることを特徴とする。このような構造にすることによって、他の部材との接続やガス排出に必要な機能を十分に確保しつつも、絶縁信頼性を向上させることが出来る。

また、本発明に記載の円筒形二次電池１は、接続板３５にはリード板４１に対向する位置に接続板３５に設けられた絶縁部材３５０ｃが配置され、集電部材にはリード板４１に対向する位置に集電部材に設けられた絶縁部材２５０ｆが配置されることを特徴とする。このような構造にすることによって、絶縁部材２５０ｆ、及び絶縁部材３５０ｃの使用量を最低限に抑えつつ、集電部材や接続板３５と接触する可能性を低下させることが出来る。

また、本発明に記載の円筒形二次電池１は、接続板３５に設けられた絶縁部材３５０ｃの幅ＷＥは、リード板４１の幅ＷＤよりも大きく、集電部材に設けられた絶縁部材の幅ＷＦは、リード板４１の幅ＷＤよりも大きいことを特徴とする。このような構成にすることによって、リード板４１の非固定部４１ｅが左右に動いたとしても、集電部材及び接続板３５への接触を防ぐことが出来る。従って、電池生産のコストを抑えつつも、より絶縁信頼性を向上させることができる。

また、本発明に記載の円筒形二次電池１において、集電部材は、軸芯１５とつながる開口部２５ｅとは異なる開口部２５ｄを有し、軸芯１５とつながる開口部２５ｅとは異なる開口部２５ｄは、集電部材に設けられた絶縁部材２５０ｆから露出していることを特徴とする。このような構成にすることによって、ガス排出に開口部２５ｄを使用することができ、ガス排出をよりスムーズに行うことが出来る。

上記各実施形態では、円筒型二次電池としてリチウムイオン二次電池を例として説明したが、この、この発明は、リチウム電池に限られるものではなく、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池など、他の二次電池にも適用をすることができる。

また、本発明と正負極を逆にする構成とすることも出来る。

また、本発明では、図８に示すように折り返し部４１ａから固定部４１ｂ１までの長さの方が、折り返し部４１ａから固定部４１ｃ１までの長さよりも短くなるような構成を開示しているが、当然折り返し部４１ａから固定部４１ｃ１までの長さの方が、折り返し部４１ａから固定部４１ｂ１までの長さよりも短くなる構成としても良い。なお、その場合には絶縁部材４１ｄは固定部４１ｃ１上に設けられることとなる。

以上、本発明の各実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。例えば、前記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。さらに、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１ 円筒形二次電池
２ 電池容器
２ａ 溝
３ 蓋
１０ 電極群
１５ 軸芯
１６ 正極リード
２５ 正極集電部材
２５ａ 基部
２５ｆ 絶縁部材
３０ 蓋ユニット
３５ 接続板
３５ｃ 絶縁部材
３６ 絶縁板
３７ ダイアフラム
４１ リード板
４１ａ 折返し部
４１ｂ１ 固定部
４１ｃ１ 固定部
４１ｄ 絶縁部材
４３ ガスケット

Claims (6)

1. 正極電極と負極電極とをセパレータを介して軸芯に捲回した電極群と、
   前記電極群を収納し、開口を有する電池容器と、
   前記電池容器の開口を塞ぐ蓋と、
   前記蓋と電気的に接続される接続板と、
   金属箔で形成され、一端が前記接続板と固定されたリード板と、
   前記リード板の他端が接続され、前記電極群と電気的に接続される集電部材と、を有する円筒形二次電池において、
   前記リード板は、前記接続板に接続される固定部、及び当該固定部につながる非固定部、及び当該非固定部につながり前記集電部材に接続される固定部を有し、
   前記接続板に接続される固定部上には絶縁部材が設けられ、
   前記接続板及び前記集電部材の一部又は全部には絶縁部材が設けられることを特徴とする円筒形二次電池。
2. 請求項１に記載の円筒形二次電池において、
   前記接続板は、前記蓋と電気的に接続される突起部、及び開口部を有し、
   前記集電部材は、前記軸芯に設けられた穴と繋がる開口部を有し、
   前記接続板には、前記接続板に接続される固定部、前記突起部、及び前記接続板に設けられた開口部を露出させるように絶縁部材が設けられ、
   前記集電部材は、前記集電部材に接続される固定部、及び前記集電部材に設けられた開口部を露出させるように絶縁部材が設けられることを特徴とする円筒形二次電池。
3. 請求項２に記載の円筒形二次電池において、
   前記接続板には、前記リード板に対向する位置に前記接続板に設けられた絶縁部材が配置され、
   前記集電部材には、前記リード板に対向する位置に前記集電部材に設けられた絶縁部材が配置されることを特徴とする円筒形二次電池。
4. 請求項３に記載の円筒形二次電池において、
   前記接続板に設けられた絶縁部材の幅は、前記リード板の幅よりも大きく、
   前記集電部材に設けられた絶縁部材の幅は、前記リード板の幅よりも大きいことを特徴とする円筒形二次電池。
5. 請求項４に記載の円筒形二次電池において、
   前記集電部材は、前記軸芯とつながる開口部とは異なる開口部を有し、
   前記軸芯とつながる開口部とは異なる開口部は、前記集電部材に設けられた絶縁部材から露出していることを特徴とする円筒形二次電池。
6. 請求項５に記載の円筒形二次電池において、
   前記リード板は、複数枚の金属箔から構成されることを特徴とする円筒形二次電池。