JP3759577B2 - 非水電解液二次電池及びその製造方法 - Google Patents
非水電解液二次電池及びその製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP3759577B2 JP3759577B2 JP2000241086A JP2000241086A JP3759577B2 JP 3759577 B2 JP3759577 B2 JP 3759577B2 JP 2000241086 A JP2000241086 A JP 2000241086A JP 2000241086 A JP2000241086 A JP 2000241086A JP 3759577 B2 JP3759577 B2 JP 3759577B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- negative electrode
- current collector
- collector plate
- electrode current
- secondary battery
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Secondary Cells (AREA)
- Connection Of Batteries Or Terminals (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、円筒型リチウムイオン二次電池の如く、密閉容器内に発電要素となる電極体が収容されて、該電極体が発生する電力を正極端子部及び負極端子部から外部へ取り出すことが可能な非水電解液二次電池、並びにその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の非水電解液二次電池においては、それぞれ帯状の正極と負極がセパレータを介して互いに重ねられ、これを渦巻き状に巻き取って巻き取り電極体が構成され、該巻き取り電極体は、密閉容器内に収容されている。
巻き取り電極体が発生する電力を外部へ取り出す方法としては、巻き取り電極体を構成する正極及び負極にそれぞれ、複数本の導電性タブの基端部を連結し、正極から引き出された複数本の正極集電タブの先端部は正極端子部に連結すると共に、負極から引き出された複数本の負極集電タブの先端部は負極端子部に連結する方法が、広く採用されている。
【０００３】
しかしながら、複数本の集電タブを用いた集電構造においては、比較的電流値の低い小型の非水電解液二次電池の場合は、十分な集電効果が得られるが、電流値の高い大型の非水電解液二次電池では、電極面積が大きくなることから、十分な集電効果を得ることが出来ない問題があった。
又、複数本の集電タブを電極端子部に連結する構造及び工程が複雑であり、作業性や生産性が悪い問題があった。
【０００４】
そこで、図７に示す如く、負極集電板(36)及び正極集電板(30)による集電構造を具えた円筒型非水電解液二次電池が提案されている。該非水電解液二次電池においては、筒体(15)の両端開口部に蓋体(16)(16)を固定して、電池缶(１)が構成され、該電池缶(１)の内部に巻き取り電極体(２)が収容されている。巻き取り電極体(２)の両端部には、負極集電板(36)及び正極集電板(30)が設置され、巻き取り電極体(２)にレーザ溶接されている。又、負極集電板(36)及び正極集電板(30)は、連結帯(37)(34)を介して、蓋体(16)(16)に取り付けられた負極端子機構(４)及び正極端子機構(40)に連結されている。
【０００５】
巻き取り電極体(２)は、それぞれ帯状の正極(23)、セパレータ(22)、及び負極(21)から構成される。正極(23)は、アルミニウム箔からなる芯体の表面に正極活物質を塗布して構成され、負極(21)は、銅箔からなる芯体の表面に負極活物質を塗布して構成されている。
正極(23)及び負極(21)はそれぞれセパレータ(22)上に幅方向へずらして重ね合わされて、渦巻き状に巻き取られている。これによって、巻き取り電極体(２)の巻き軸方向の両端部の内、一方の端部では、セパレータ(22)の端縁よりも外方へ正極(23)の端縁が突出すると共に、他方の端部では、セパレータ(22)の端縁よりも外方へ負極(21)の端縁が突出している。尚、正極集電板(30)はアルミニウム製であり、負極集電板(36)は銅製である。
【０００６】
上述の如く、巻き取り電極体(２)の端部に集電板(36)(30)をレーザ溶接する集電構造によれば、溶接の際に集電板に圧力をかけることなく、非接触で溶接を行なうことが出来るので、作業性、生産性が向上する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図７に示す非水電解液二次電池の製造工程において、巻き取り電極体(２)の負極(21)の端縁に負極集電板(36)を設置して、レーザ溶接を施す際、負極集電板(36)の材質である銅は、レーザビームに対する反射率が高いため、溶接部に十分なエネルギーを与えることが出来ず、溶接が不完全となって、巻き取り電極体(２)と負極集電板(36)の間の電気抵抗の増大により、集電効率が低下する問題があった。尚、負極集電板(36)をニッケル製とすれば、巻き取り電極体(２)に対する負極集電板(36)の溶接性は改善することが可能であるが、ニッケル製の負極集電板(36)は、銅製の負極集電板(36)に比べて電気抵抗が大きいため、集電効率が低下することになる。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、電極体の端部に負極集電板を溶接固定する集電構造の非水電解液二次電池において、電極体に対する負極集電板の溶接性を改善して、高い集電効率を得ることが出来る非水電解液二次電池の構造と製造方法を提供することである。
【０００９】
【課題を解決する為の手段】
本発明に係る非水電解液二次電池においては、巻き取り電極体(２)の巻き軸方向の両端部の内、一方の端部には負極(21)の端縁が突出して、該端縁に負極集電板(３)がレーザ接合され、該負極集電板(３)は負極端子部に電気接続されている。ここで、負極集電板(３)は、銅若しくは銅を主体とする合金からなる銅層部(31)と、リチウムと金属間化合物を形成しない金属であって且つ銅よりもレーザ光反射率が低い金属若しくは該金属を主体とする合金からなる金属層部とを有する複数層部からなり、銅層部(31)及び金属層部が両側の表面層を形成し、銅層部(31)を負極(21)の端縁に溶接されている。具体的には、負極集電板(３)の金属層部を形成する金属は、ニッケル、ステンレス鋼、チタン、クロム、モリブデンなどである。
【００１０】
上記本発明の非水電解液二次電池によれば、その製造工程において、負極集電板(３)を巻き取り電極体(２)の負極(21)の端縁にレーザ溶接する際、負極集電板(３)のレーザビーム受光側には、レーザ光反射率が低い金属層部が形成されているので、レーザビームのエネルギーが十分に吸収されて、完全な溶接が行なわれる。
【００１１】
又、負極集電板(３)の金属層部は、リチウムと金属間化合物を形成しない金属若しくは該金属を主体とする合金からなるので、非水電解液中のリチウムイオンを消費して合金を形成することがなく、これによって非水電解液中のリチウムイオン濃度の低下が防止される。
又、負極集電板(３)は、銅層部(31)と金属層部とを有する複数層構造を有しているので、銅層部の優れた導電性によって、金属層部のみからなるよりも電気抵抗が低くなり、高い電気導電性を発揮する。
更に、巻き取り電極体(２)の負極(21)の端縁は、全長に亘って負極集電板(３)の銅層部(31)と接合されているので、電池が大型化し、電極が長尺となった場合であっても、巻き取り電極体(２)の全体から均一に集電を行なうことが可能である。この結果、負極(21)の長手方向の電位勾配が小さくなり、電流分布は、偏りのない均一なものとなる。これによって、高い集電効率が達成される。
【００１２】
具体的には、負極集電板(３)の厚さは０.１０ｍｍ〜５.００ｍｍの範囲内である。負極集電板(３)の厚さが０.１０ｍｍよりも小さくなると、負極集電板(３)自体の電気抵抗が大きくなり、集電効率が低下するばかりでなく、レーザ溶接によって負極集電板(３)が過度に溶融し、溶接部に陥没が発生する。これに対し、負極集電板(３)の厚さが５.００ｍｍを超えると、負極集電板(３)の溶接に大きなパワーが必要となり、厚さ数十ミクロンの負極(21)の端縁に負極集電板(３)を溶接することが困難となる。
【００１３】
又、具体的には、負極集電板(３)の厚さに対する金属層部の厚さの比率は、５％以上、４５％以下の範囲である。これによって、金属層部がレーザ光反射率を低下させる機能を十分に発揮すると共に、銅層部(31)が電気抵抗を低下させる機能を十分に発揮する。即ち、金属層部の厚さの比率が５％よりも小さいときは、負極集電板(３)の溶接開始直後に金属層部が溶融して消失し、レーザ光反射率の高い表面が現われるため、溶接性が低下する。これに対し、金属層部の厚さの比率が４５％を超えると、負極集電板(３)の電気抵抗に関し金属層部が支配的となって、負極集電板(３)全体の電気抵抗が増大する。
【００１４】
又、本発明に係る非水電解液二次電池の製造方法は、
一方の端部に正極(23)の端縁が突出すると共に、他方の端部に負極(21)の端縁が突出する様に、セパレータ(22)を間に挟んで正極(23)と負極(21)とを重ね合わせ、これらを渦巻き状に巻き取ることによって、巻き取り電極体(２)を作製する工程と、
アルミニウム若しくはアルミニウムを主体とする合金からなる正極集電板(30)を作製する工程と、
銅若しくは銅を主体とする合金からなる銅層部(31)と、リチウムと金属間化合物を形成しない金属であって且つ銅よりもレーザ光反射率が低い金属若しくは該金属を主体とする合金からなる金属層部とを有する複数層部からなり、銅層部(31)及び金属層部が両側の表面層を形成する負極集電板(３)を作製する工程と、
正極(23)の端縁が突出した巻き取り電極体(２)の端部に、正極集電板(30)を設置し、該正極集電板(30)の表面へレーザビームを照射して、正極(23)の端縁に正極集電板(30)をレーザ溶接する工程と、
負極(21)の端縁が突出した巻き取り電極体(２)の端部に、銅層部(31)が負極(21)の端縁に接触する様に負極集電板(３)を設置し、該負極集電板(３)の金属層部の表面へレーザビームを照射して、負極(21)の端縁に負極集電板(３)をレーザ溶接する工程と、
巻き取り電極体(２)に溶接された正極集電板(30)及び負極集電板(３)をそれぞれ正極端子部及び負極端子部に電気接続して、二次電池を組み立てる工程
とを有している。
【００１５】
上記本発明の製造方法によれば、巻き取り電極体(２)の負極(21)の端縁に負極集電板(３)をレーザ溶接する工程において、レーザ光は、反射率の低い金属層部の表面に照射されるので、レーザビームのエネルギーが十分に、負極集電板(３)と負極(21)端縁の接合部に与えられ、この結果、負極集電板(３)と負極(21)端縁とは互いに完全に溶着する。
又、巻き取り電極体(２)の正極(23)の端縁に正極集電板(30)をレーザ溶接する工程では、正極集電板(30)の材質であるアルミニウムはレーザ光の反射率が低いため、レーザビームのエネルギーが十分に、正極集電板(30)と正極(23)端縁の接合部に与えられ、この結果、正極集電板(30)と正極(23)端縁とは互いに完全に溶着する。
その後、組立工程においては、正極集電板(30)及び負極集電板(３)をそれぞれ正極端子部及び負極端子部に電気接続する。
これによって、巻き取り電極体(２)から両端子部までの電気抵抗は十分に低くなって、高い集電効率が達成される。
【００１６】
【発明の効果】
本発明に係る非水電解液二次電池及びその製造方法によれば、巻き取り電極体に対する負極集電板の溶接性が向上して、高い集電効率を得ることが出来る。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を円筒型リチウムイオン二次電池に実施した形態につき、図面に沿って具体的に説明する。
本実施例の円筒型リチウムイオン二次電池は、図１に示す如く、筒体(15)の両端開口部に蓋体(16)(16)を固定して、電池缶(１)が構成され、該電池缶(１)の内部に巻き取り電極体(２)が収容されている。巻き取り電極体(２)の両端部には、銅層部(31)とリチウムと金属間化合物を形成しない金属であって且つ銅よりもレーザ光反射率が低い金属若しくは該金属を主体とする合金からなる金属層部( ニッケル層部 (32))の２層からなる負極集電板(３)及び正極集電板(30)が設置され、巻き取り電極体(２)の両端部にレーザ溶接されている。又、負極集電板(３)及び正極集電板(30)はそれぞれ、連結帯(33)(34)を介して、蓋体(16)(16)に取り付けられた負極端子機構(４)及び正極端子機構(40)に連結されている。
【００１８】
巻き取り電極体(２)は、図４に示す如く、それぞれ帯状の正極(23)、セパレータ(22)、及び負極(21)から構成される。正極(23)は、アルミニウム箔からなる芯体の表面にＬｉＣｏＯ２からなる正極活物質(26)を塗布して構成され、負極(21)は、銅箔からなる芯体の表面に天然黒鉛からなる負極活物質(24)を塗布して構成されている。
正極(23)及び負極(21)はそれぞれセパレータ(22)上に幅方向へずらして重ね合わされて、渦巻き状に巻き取られている。これによって、巻き取り電極体(２)の軸方向の両端部の内、一方の端部では、渦巻き状に巻き取られた負極(21)の端縁(非塗工部(25))が、セパレータ(22)の端縁よりも外方へ突出すると共に、他方の端部では、渦巻き状で巻き取られた正極(23)の端縁(非塗工部(27))が、セパレータ(22)の端縁よりも外方へ突出することになる。
例えば、各電極の活物質塗工部(24)(26)の幅Ａは数十ｍｍ、非塗工部(25)(27)の幅Ｂは１０ｍｍ程度、セパレータ(22)からの突出距離Ｓは１〜３ｍｍ程度に形成することが出来る。
【００１９】
負極集電板(３)は、図１及び図２に示す如く円盤状を呈して、厚さ２.４０ｍｍの銅層部(31)と、リチウムと金属間化合物を形成しない金属であって且つ銅よりもレーザ光反射率が低い金属であるニッケルからなる厚さ０.６０ｍｍのニッケル層部(32)とからなる２層構造を有している。該負極集電板(３)の端部には、銅製の連結帯(33)が突設されている。又、負極集電板(３)としては、図５に示す如く、ニッケル層部(32)にかえてステンレス鋼層部(35)を形成したものを採用することが可能である。更に、負極集電板(３)としては、図６に示す如く、銅層部(31)とニッケル層部(32)が両側の表面層を形成して、両表面層の間にステンレス鋼層部(35)が挟まれている３層構造に形成することも可能である。更に又、リチウムと金属間化合物を形成しない金属であって且つ銅よりもレーザ光反射率が低い金属を用いたものであれば、ニッケル層部(32)やステンレス鋼層部(35)にかえて、チタン層部、クロム層部、或いはモリブデン層部を採用することも可能である。 一方、正極集電板(30)も同様に円盤状を呈して、厚さ１.００ｍｍのアルミニウム板から形成され、その端部には、図１の如く、アルミニウム製の連結帯(34)が突設されている。
【００２０】
負極集電板(３)は、図３に示す如く、銅層部(31)が巻き取り電極体(２)の負極(21)の端縁(非塗工部(25))に接触する様に、巻き取り電極体(２)の端部に設置され、ニッケル層部(32)の表面へレーザビームを照射することによって、負極(21)の端縁に溶接されている。
又、正極集電板(30)も同様に、巻き取り電極体(２)の端部に設置され、その表面へレーザ光を照射することによって、正極(23)の端縁に溶接されている。
【００２１】
図１に示す如く、負極端子機構(４)は、ねじ軸部(42)の下端部に鍔部(43)を突設してなる端子部材(41)を具えている。端子部材(41)のねじ軸部(42)は、蓋体(16)を貫通し、端子部材(41)の周囲には、第１絶縁部材(45)及び第２絶縁部材(46)が装着されて、蓋体(16)と端子部材(41)の間の電気的絶縁と気密性が保たれている。又、端子部材(41)の先端部には、ワッシャ(47)が嵌まると共に、ナット(48)が螺合している。正極端子機構(40)も同じ構造を有している。
【００２２】
負極集電板(３)から伸びる連結帯(33)の先端部は、負極端子機構(４)の端子部材(41)の鍔部(43)に溶接されると共に、正極集電板(30)から伸びる連結帯(34)の先端部は、正極端子機構(40)の端子部材(41)の鍔部(43)に溶接されている。これによって、負極端子機構(４)と正極端子機構(40)から、巻き取り電極体(２)の発生電力を取り出すことが出来る。
【００２３】
次に、上記本発明のリチウムイオン二次電池の製造工程について説明する。
巻き取り電極体 ( ２ ) の作製
ＬｉＣｏＯ２からなる正極活物質と、炭素から成る導電助剤と、ポリフッ化ビニリデン(ＰＶｄＦ)からなるバインダーとを混合して、正極合剤を調製し、該正極合剤を、図４に示すようにアルミニウム箔からなる帯状の正極芯体の両面に塗布して、正極(23)を作製する。尚、正極芯体の一方の端部には、正極活物質層の塗布されていない幅１０ｍｍの非塗工部(27)を形成する。
【００２４】
天然黒鉛からなる負極活物質と、ポリフッ化ビニリデン(ＰＶｄＦ)からなるバインダーとを混合して、負極合剤を調製し、該負極合剤を、銅箔からなる帯状の負極芯体の両面に塗布して、負極(21)を作製する。尚、負極芯体の一方の端部には、負極活物質の塗布されていない幅１０ｍｍの非塗工部(25)を形成する。
又、正極活物質塗工部及び負極活物質塗工部の幅Ａより若干大きな幅を有するセパレータ(22)を用意する。尚、セパレータ(22)は多孔性のポリエチレン及びポリプロピレンから形成される。
【００２５】
その後、図４の如く、正極(23)、セパレータ(22)及び負極(21)を重ね合わせ、これらを渦巻き状に巻き取って、巻き取り電極体(２)を作製する。この際、正極(23)の活物質非塗工部(27)と負極(21)の活物質非塗工部(25)の端縁が、セパレータ(22)の端縁から外側へ突出する様に重ね合わせる。
【００２６】
正極集電板 (30) 及び負極集電板 ( ３ ) の作製 図２の如く、厚さ２.４０ｍｍの銅層部(31)と厚さ０.６０ｍｍのニッケル層部(32)からなる２層構造の負極集電板(３)、図５の如く銅層部 (31) とステンレス鋼層部(35)からなる２層構造の負極集電板(３)、或いは図６の如く厚さ２.４０ｍｍの銅層部(31)と厚さ０.３０ｍｍのニッケル層部(32)の間に厚さ０.３０ｍｍのステンレス鋼層部(35)が形成された３層構造の負極集電板(３)を作製し、負極集電板(３)の端部に、銅製の連結帯(33)の基端部を連結する。又、厚さ１.００ｍｍのアルミニウム板からなる正極集電板(30)を作製し、該正極集電板(30)の端部に、アルミニウム製の連結帯(34)の基端部を連結する。
【００２７】
電池の組立
巻き取り電極体(２)の負極(21)の端縁に銅層部(31)が接触する様に負極集電板(３)を設置し、該負極集電板(３)のニッケル層部(32)の表面へレーザビームを照射して、負極(21)の端縁に負極集電板(３)を溶接する。又、巻き取り電極体(２)の正極(23)の端縁に正極集電板(30)を設置し、該正極集電板(30)の表面へレーザビームを照射して、正極(23)の端縁に正極集電板(30)を溶接する。
【００２８】
その後、負極集電板(３)から伸びる連結帯(33)の先端部を負極端子機構(４)の端子部材(41)の鍔部(43)に超音波溶接すると共に、正極集電板(30)から伸びる連結帯(34)の先端部を正極端子機構(40)の端子部材(41)の鍔部(43)に超音波溶接する。又、両蓋体(16)(16)には負極端子機構(４)及び正極端子機構(40)を組み付ける。
そして、筒体(15)の内部に巻き取り電極体(２)を挿入し、筒体(15)の両開口部に蓋体(16)(16)を溶接固定した後、図示省略する電解液注入口から電解液を注入する。尚、電解液は、エチレンカーボネートとジエチルカーボネートを体積比１：１で混合し、この混合溶媒にＬｉＰＦ６を１モル／リットルの割合で溶解させたものである。最後に、電解液注入口を封止する。これによって、図１に示す円筒型リチウムイオン二次電池が完成する。
【００２９】
尚、正極活物質としては、上述のＬｉＣｏＯ２に限定するものではなく、ＬｉＮｉＯ２、ＬｉＭｎ２Ｏ４等を採用することが出来、更に負極活物質としては、上述の天然黒鉛に限定するものではなく、人造黒鉛、コークス等の他の炭素材料や、リチウムを吸蔵放出可能な材料を採用することが出来る。又、電解液としては、上述のものに限定するものではなく、ビニレンカーボネート、プロピレンカーボネートなどの有機溶媒や、これらとジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、１，２−ジメトキシエタン、エトキシメトキシエタンなどの低沸点溶媒との混合溶媒にＬｉＣｌＯ４、ＬｉＣＦ３ＳＯ４などの溶質を０.７〜１.５モル／リットルの割合で溶解させた溶液等を採用することが出来る。
【００３０】
実験
上記本発明の円筒型リチウムイオン二次電池において、図２に示す如く負極集電板(３)が２層からなり、ニッケル層部(32)の厚さと銅層部(31)の厚さを種々に変えた発明電池１〜１１を作製した。又、図５に示す如く負極集電板(３)が２層からなり、ステンレス鋼層部(35)の厚さと銅層部(31)の厚さを種々に変えた発明電池１２〜２２を作製した。更に、図６に示す如く負極集電板(３)が、ニッケル層部(32)、ステンレス鋼層部(35)及び銅層部(31)の３層構造からなる発明電池２３を作製した。一方、図７に示す如くニッケル板又は銅板からなる１層構造の負極集電板を具えていること以外は本発明電池と同様に、比較電池１及び２を作製した。そして、各電池の出力密度を求めた。尚、前記ステンレス鋼としては、オーステナイト系ステンレス鋼を用いた。
各電池の構成を表１〜表６に示す。
【００３１】
【表１】
【００３２】
【表２】
【００３３】
【表３】
【００３４】
【表４】
【００３５】
【表５】
【００３６】
【表６】
【００３７】
各電池について、放電深度５０％にて異なる電流値で１０秒間の放電を行ない、その１０秒後の電池電圧とそのときの電流値との関係から、各電池の出力密度を求めた。その結果を表７〜表９に示す。
【００３８】
【表７】
【００３９】
【表８】
【００４０】
【表９】
【００４１】
表７及び表８から明らかな様に、発明電池１〜１１及び１２〜２２においては、比較電池１及び２よりも高い出力密度が得られている。これは、発明電池では、銅層部(31)とニッケル層部(32)またはステンレス鋼層部(35)とからなる二層構造の負極集電板(３)を装備したことにより、負極集電板(３)を巻き取り電極体(２)にレーザ溶接する際のレーザ光の反射が抑制されて、負極集電板(３)が負極(21)の端縁に確実に溶接されたため、集電効率が向上したものである。
【００４２】
これに対し、比較電池１においては、銅製の負極集電板の表面でレーザ光が反射して、溶接が不十分となり、集電効率が低下したものであり、比較電池２においては、ニッケル製の負極集電板の電気抵抗が大きいために、集電効率が低下したものである。
【００４３】
又、負極集電板(３)の全体の厚さが０.１０ｍｍ〜５.００ｍｍの範囲である発明電池２〜５及び１３〜１６において、この範囲外の発明電池１及び６、１２及び１７よりも出力密度が増大している。これは、負極集電板(３)の厚さが０.１０ｍｍよりも小さくなると、負極集電板(３)自体の電気抵抗が大きくなって、集電効率が低下するからであり、又、負極集電板(３)の厚さが５.００ｍｍを超えると、溶接が不十分となって、集電効率が低下するからである。
【００４４】
更に又、負極集電板(３)の厚さに対するニッケル層部(32)の厚さの比率が５％〜４５％の範囲である発明電池４及び８〜１０において、この範囲外の発明電池７及び１１よりも出力密度が増大している。同様に、負極集電板(３)の厚さに対するステンレス鋼層部(35)の厚さの比率が５％〜４５％の範囲である発明電池１５及び１９〜２１において、この範囲外の発明電池１８及び２２よりも出力密度が増大している。これは、ニッケル層部(32)またはステンレス鋼層部(35)の厚さの比率が５％よりも小さいときは、負極集電板(３)の溶接開始直後に銅層部(31)の表面が現われて、レーザ光反射率が増大し、溶接が不十分となって、集電効率が低下するからであり、又、ニッケル層部(32)またはステンレス鋼層部(35)の厚さの比率が４５％を超えると、負極集電板(３)の電気抵抗が増大して、集電効率が低下するからである。
【００４５】
更に、表９から明らかな様に、発明電池２３においては、比較電池１及び２よりも高い出力密度が得られている。これは、ニッケル層部(32)と銅層部(31)の間にステンレス鋼層部(35)が形成された３層構造の負極集電板(３)を用いた場合も、同様の効果が得られることを示している。
【００４６】
以上の結果から、銅層部(31)とニッケル層部(32)またはステンレス鋼層部(35)とを具えた負極集電板(３)を装備することによって、集電効率の向上ひいては出力密度の増大が可能であることがわかる。又、負極集電板(３)の厚さは０.１０ｍｍ〜５.００ｍｍの範囲が好ましく、負極集電板(３)全体の厚さに対するニッケル層部(32)またはステンレス鋼層部(35)の厚さの比率は５％〜４５％が好ましいと言える。又、前記範囲内であれば、負極集電板(３)は２層以上の構成が可能であることがわかる。
【００４７】
尚、本発明の各部構成は上記実施の形態に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。例えば、負極集電板(３)の金属層部の材質としては、フェライト系ステンレス鋼、或いはマルテンサイト系ステンレス鋼を用いることも出来る。又、上記の実施例では、集電板の溶接にレーザビームを用いたが、これに限らず、電子ビームによる溶接を採用することも可能である。又、本発明は、リチウムイオン二次電池に限らず、広く非水電解液二次電池に実施が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る円筒型リチウムイオン二次電池の断面図である。
【図２】負極集電板の斜視図である。
【図３】巻き取り電極体に負極集電板をレーザ溶接する工程を表わす断面図である。
【図４】巻き取り電極体の一部展開斜視図である。
【図５】他の構造を有する負極集電板の斜視図である。
【図６】更に他の構造を有する負極集電板の斜視図である。
【図７】従来の円筒型リチウムイオン二次電池の断面図である。
【符号の説明】
（１）電池缶
（15）筒体
（16）蓋体
（２）巻き取り電極体
（21）負極
（22）セパレータ
（23）正極
（３）負極集電板
（31）銅層部
（32）ニッケル層部
（33）連結帯
（30）正極集電板
（34）連結帯
（４）負極端子機構
（40）正極端子機構
【発明の属する技術分野】
本発明は、円筒型リチウムイオン二次電池の如く、密閉容器内に発電要素となる電極体が収容されて、該電極体が発生する電力を正極端子部及び負極端子部から外部へ取り出すことが可能な非水電解液二次電池、並びにその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の非水電解液二次電池においては、それぞれ帯状の正極と負極がセパレータを介して互いに重ねられ、これを渦巻き状に巻き取って巻き取り電極体が構成され、該巻き取り電極体は、密閉容器内に収容されている。
巻き取り電極体が発生する電力を外部へ取り出す方法としては、巻き取り電極体を構成する正極及び負極にそれぞれ、複数本の導電性タブの基端部を連結し、正極から引き出された複数本の正極集電タブの先端部は正極端子部に連結すると共に、負極から引き出された複数本の負極集電タブの先端部は負極端子部に連結する方法が、広く採用されている。
【０００３】
しかしながら、複数本の集電タブを用いた集電構造においては、比較的電流値の低い小型の非水電解液二次電池の場合は、十分な集電効果が得られるが、電流値の高い大型の非水電解液二次電池では、電極面積が大きくなることから、十分な集電効果を得ることが出来ない問題があった。
又、複数本の集電タブを電極端子部に連結する構造及び工程が複雑であり、作業性や生産性が悪い問題があった。
【０００４】
そこで、図７に示す如く、負極集電板(36)及び正極集電板(30)による集電構造を具えた円筒型非水電解液二次電池が提案されている。該非水電解液二次電池においては、筒体(15)の両端開口部に蓋体(16)(16)を固定して、電池缶(１)が構成され、該電池缶(１)の内部に巻き取り電極体(２)が収容されている。巻き取り電極体(２)の両端部には、負極集電板(36)及び正極集電板(30)が設置され、巻き取り電極体(２)にレーザ溶接されている。又、負極集電板(36)及び正極集電板(30)は、連結帯(37)(34)を介して、蓋体(16)(16)に取り付けられた負極端子機構(４)及び正極端子機構(40)に連結されている。
【０００５】
巻き取り電極体(２)は、それぞれ帯状の正極(23)、セパレータ(22)、及び負極(21)から構成される。正極(23)は、アルミニウム箔からなる芯体の表面に正極活物質を塗布して構成され、負極(21)は、銅箔からなる芯体の表面に負極活物質を塗布して構成されている。
正極(23)及び負極(21)はそれぞれセパレータ(22)上に幅方向へずらして重ね合わされて、渦巻き状に巻き取られている。これによって、巻き取り電極体(２)の巻き軸方向の両端部の内、一方の端部では、セパレータ(22)の端縁よりも外方へ正極(23)の端縁が突出すると共に、他方の端部では、セパレータ(22)の端縁よりも外方へ負極(21)の端縁が突出している。尚、正極集電板(30)はアルミニウム製であり、負極集電板(36)は銅製である。
【０００６】
上述の如く、巻き取り電極体(２)の端部に集電板(36)(30)をレーザ溶接する集電構造によれば、溶接の際に集電板に圧力をかけることなく、非接触で溶接を行なうことが出来るので、作業性、生産性が向上する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図７に示す非水電解液二次電池の製造工程において、巻き取り電極体(２)の負極(21)の端縁に負極集電板(36)を設置して、レーザ溶接を施す際、負極集電板(36)の材質である銅は、レーザビームに対する反射率が高いため、溶接部に十分なエネルギーを与えることが出来ず、溶接が不完全となって、巻き取り電極体(２)と負極集電板(36)の間の電気抵抗の増大により、集電効率が低下する問題があった。尚、負極集電板(36)をニッケル製とすれば、巻き取り電極体(２)に対する負極集電板(36)の溶接性は改善することが可能であるが、ニッケル製の負極集電板(36)は、銅製の負極集電板(36)に比べて電気抵抗が大きいため、集電効率が低下することになる。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、電極体の端部に負極集電板を溶接固定する集電構造の非水電解液二次電池において、電極体に対する負極集電板の溶接性を改善して、高い集電効率を得ることが出来る非水電解液二次電池の構造と製造方法を提供することである。
【０００９】
【課題を解決する為の手段】
本発明に係る非水電解液二次電池においては、巻き取り電極体(２)の巻き軸方向の両端部の内、一方の端部には負極(21)の端縁が突出して、該端縁に負極集電板(３)がレーザ接合され、該負極集電板(３)は負極端子部に電気接続されている。ここで、負極集電板(３)は、銅若しくは銅を主体とする合金からなる銅層部(31)と、リチウムと金属間化合物を形成しない金属であって且つ銅よりもレーザ光反射率が低い金属若しくは該金属を主体とする合金からなる金属層部とを有する複数層部からなり、銅層部(31)及び金属層部が両側の表面層を形成し、銅層部(31)を負極(21)の端縁に溶接されている。具体的には、負極集電板(３)の金属層部を形成する金属は、ニッケル、ステンレス鋼、チタン、クロム、モリブデンなどである。
【００１０】
上記本発明の非水電解液二次電池によれば、その製造工程において、負極集電板(３)を巻き取り電極体(２)の負極(21)の端縁にレーザ溶接する際、負極集電板(３)のレーザビーム受光側には、レーザ光反射率が低い金属層部が形成されているので、レーザビームのエネルギーが十分に吸収されて、完全な溶接が行なわれる。
【００１１】
又、負極集電板(３)の金属層部は、リチウムと金属間化合物を形成しない金属若しくは該金属を主体とする合金からなるので、非水電解液中のリチウムイオンを消費して合金を形成することがなく、これによって非水電解液中のリチウムイオン濃度の低下が防止される。
又、負極集電板(３)は、銅層部(31)と金属層部とを有する複数層構造を有しているので、銅層部の優れた導電性によって、金属層部のみからなるよりも電気抵抗が低くなり、高い電気導電性を発揮する。
更に、巻き取り電極体(２)の負極(21)の端縁は、全長に亘って負極集電板(３)の銅層部(31)と接合されているので、電池が大型化し、電極が長尺となった場合であっても、巻き取り電極体(２)の全体から均一に集電を行なうことが可能である。この結果、負極(21)の長手方向の電位勾配が小さくなり、電流分布は、偏りのない均一なものとなる。これによって、高い集電効率が達成される。
【００１２】
具体的には、負極集電板(３)の厚さは０.１０ｍｍ〜５.００ｍｍの範囲内である。負極集電板(３)の厚さが０.１０ｍｍよりも小さくなると、負極集電板(３)自体の電気抵抗が大きくなり、集電効率が低下するばかりでなく、レーザ溶接によって負極集電板(３)が過度に溶融し、溶接部に陥没が発生する。これに対し、負極集電板(３)の厚さが５.００ｍｍを超えると、負極集電板(３)の溶接に大きなパワーが必要となり、厚さ数十ミクロンの負極(21)の端縁に負極集電板(３)を溶接することが困難となる。
【００１３】
又、具体的には、負極集電板(３)の厚さに対する金属層部の厚さの比率は、５％以上、４５％以下の範囲である。これによって、金属層部がレーザ光反射率を低下させる機能を十分に発揮すると共に、銅層部(31)が電気抵抗を低下させる機能を十分に発揮する。即ち、金属層部の厚さの比率が５％よりも小さいときは、負極集電板(３)の溶接開始直後に金属層部が溶融して消失し、レーザ光反射率の高い表面が現われるため、溶接性が低下する。これに対し、金属層部の厚さの比率が４５％を超えると、負極集電板(３)の電気抵抗に関し金属層部が支配的となって、負極集電板(３)全体の電気抵抗が増大する。
【００１４】
又、本発明に係る非水電解液二次電池の製造方法は、
一方の端部に正極(23)の端縁が突出すると共に、他方の端部に負極(21)の端縁が突出する様に、セパレータ(22)を間に挟んで正極(23)と負極(21)とを重ね合わせ、これらを渦巻き状に巻き取ることによって、巻き取り電極体(２)を作製する工程と、
アルミニウム若しくはアルミニウムを主体とする合金からなる正極集電板(30)を作製する工程と、
銅若しくは銅を主体とする合金からなる銅層部(31)と、リチウムと金属間化合物を形成しない金属であって且つ銅よりもレーザ光反射率が低い金属若しくは該金属を主体とする合金からなる金属層部とを有する複数層部からなり、銅層部(31)及び金属層部が両側の表面層を形成する負極集電板(３)を作製する工程と、
正極(23)の端縁が突出した巻き取り電極体(２)の端部に、正極集電板(30)を設置し、該正極集電板(30)の表面へレーザビームを照射して、正極(23)の端縁に正極集電板(30)をレーザ溶接する工程と、
負極(21)の端縁が突出した巻き取り電極体(２)の端部に、銅層部(31)が負極(21)の端縁に接触する様に負極集電板(３)を設置し、該負極集電板(３)の金属層部の表面へレーザビームを照射して、負極(21)の端縁に負極集電板(３)をレーザ溶接する工程と、
巻き取り電極体(２)に溶接された正極集電板(30)及び負極集電板(３)をそれぞれ正極端子部及び負極端子部に電気接続して、二次電池を組み立てる工程
とを有している。
【００１５】
上記本発明の製造方法によれば、巻き取り電極体(２)の負極(21)の端縁に負極集電板(３)をレーザ溶接する工程において、レーザ光は、反射率の低い金属層部の表面に照射されるので、レーザビームのエネルギーが十分に、負極集電板(３)と負極(21)端縁の接合部に与えられ、この結果、負極集電板(３)と負極(21)端縁とは互いに完全に溶着する。
又、巻き取り電極体(２)の正極(23)の端縁に正極集電板(30)をレーザ溶接する工程では、正極集電板(30)の材質であるアルミニウムはレーザ光の反射率が低いため、レーザビームのエネルギーが十分に、正極集電板(30)と正極(23)端縁の接合部に与えられ、この結果、正極集電板(30)と正極(23)端縁とは互いに完全に溶着する。
その後、組立工程においては、正極集電板(30)及び負極集電板(３)をそれぞれ正極端子部及び負極端子部に電気接続する。
これによって、巻き取り電極体(２)から両端子部までの電気抵抗は十分に低くなって、高い集電効率が達成される。
【００１６】
【発明の効果】
本発明に係る非水電解液二次電池及びその製造方法によれば、巻き取り電極体に対する負極集電板の溶接性が向上して、高い集電効率を得ることが出来る。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を円筒型リチウムイオン二次電池に実施した形態につき、図面に沿って具体的に説明する。
本実施例の円筒型リチウムイオン二次電池は、図１に示す如く、筒体(15)の両端開口部に蓋体(16)(16)を固定して、電池缶(１)が構成され、該電池缶(１)の内部に巻き取り電極体(２)が収容されている。巻き取り電極体(２)の両端部には、銅層部(31)とリチウムと金属間化合物を形成しない金属であって且つ銅よりもレーザ光反射率が低い金属若しくは該金属を主体とする合金からなる金属層部( ニッケル層部 (32))の２層からなる負極集電板(３)及び正極集電板(30)が設置され、巻き取り電極体(２)の両端部にレーザ溶接されている。又、負極集電板(３)及び正極集電板(30)はそれぞれ、連結帯(33)(34)を介して、蓋体(16)(16)に取り付けられた負極端子機構(４)及び正極端子機構(40)に連結されている。
【００１８】
巻き取り電極体(２)は、図４に示す如く、それぞれ帯状の正極(23)、セパレータ(22)、及び負極(21)から構成される。正極(23)は、アルミニウム箔からなる芯体の表面にＬｉＣｏＯ２からなる正極活物質(26)を塗布して構成され、負極(21)は、銅箔からなる芯体の表面に天然黒鉛からなる負極活物質(24)を塗布して構成されている。
正極(23)及び負極(21)はそれぞれセパレータ(22)上に幅方向へずらして重ね合わされて、渦巻き状に巻き取られている。これによって、巻き取り電極体(２)の軸方向の両端部の内、一方の端部では、渦巻き状に巻き取られた負極(21)の端縁(非塗工部(25))が、セパレータ(22)の端縁よりも外方へ突出すると共に、他方の端部では、渦巻き状で巻き取られた正極(23)の端縁(非塗工部(27))が、セパレータ(22)の端縁よりも外方へ突出することになる。
例えば、各電極の活物質塗工部(24)(26)の幅Ａは数十ｍｍ、非塗工部(25)(27)の幅Ｂは１０ｍｍ程度、セパレータ(22)からの突出距離Ｓは１〜３ｍｍ程度に形成することが出来る。
【００１９】
負極集電板(３)は、図１及び図２に示す如く円盤状を呈して、厚さ２.４０ｍｍの銅層部(31)と、リチウムと金属間化合物を形成しない金属であって且つ銅よりもレーザ光反射率が低い金属であるニッケルからなる厚さ０.６０ｍｍのニッケル層部(32)とからなる２層構造を有している。該負極集電板(３)の端部には、銅製の連結帯(33)が突設されている。又、負極集電板(３)としては、図５に示す如く、ニッケル層部(32)にかえてステンレス鋼層部(35)を形成したものを採用することが可能である。更に、負極集電板(３)としては、図６に示す如く、銅層部(31)とニッケル層部(32)が両側の表面層を形成して、両表面層の間にステンレス鋼層部(35)が挟まれている３層構造に形成することも可能である。更に又、リチウムと金属間化合物を形成しない金属であって且つ銅よりもレーザ光反射率が低い金属を用いたものであれば、ニッケル層部(32)やステンレス鋼層部(35)にかえて、チタン層部、クロム層部、或いはモリブデン層部を採用することも可能である。 一方、正極集電板(30)も同様に円盤状を呈して、厚さ１.００ｍｍのアルミニウム板から形成され、その端部には、図１の如く、アルミニウム製の連結帯(34)が突設されている。
【００２０】
負極集電板(３)は、図３に示す如く、銅層部(31)が巻き取り電極体(２)の負極(21)の端縁(非塗工部(25))に接触する様に、巻き取り電極体(２)の端部に設置され、ニッケル層部(32)の表面へレーザビームを照射することによって、負極(21)の端縁に溶接されている。
又、正極集電板(30)も同様に、巻き取り電極体(２)の端部に設置され、その表面へレーザ光を照射することによって、正極(23)の端縁に溶接されている。
【００２１】
図１に示す如く、負極端子機構(４)は、ねじ軸部(42)の下端部に鍔部(43)を突設してなる端子部材(41)を具えている。端子部材(41)のねじ軸部(42)は、蓋体(16)を貫通し、端子部材(41)の周囲には、第１絶縁部材(45)及び第２絶縁部材(46)が装着されて、蓋体(16)と端子部材(41)の間の電気的絶縁と気密性が保たれている。又、端子部材(41)の先端部には、ワッシャ(47)が嵌まると共に、ナット(48)が螺合している。正極端子機構(40)も同じ構造を有している。
【００２２】
負極集電板(３)から伸びる連結帯(33)の先端部は、負極端子機構(４)の端子部材(41)の鍔部(43)に溶接されると共に、正極集電板(30)から伸びる連結帯(34)の先端部は、正極端子機構(40)の端子部材(41)の鍔部(43)に溶接されている。これによって、負極端子機構(４)と正極端子機構(40)から、巻き取り電極体(２)の発生電力を取り出すことが出来る。
【００２３】
次に、上記本発明のリチウムイオン二次電池の製造工程について説明する。
巻き取り電極体 ( ２ ) の作製
ＬｉＣｏＯ２からなる正極活物質と、炭素から成る導電助剤と、ポリフッ化ビニリデン(ＰＶｄＦ)からなるバインダーとを混合して、正極合剤を調製し、該正極合剤を、図４に示すようにアルミニウム箔からなる帯状の正極芯体の両面に塗布して、正極(23)を作製する。尚、正極芯体の一方の端部には、正極活物質層の塗布されていない幅１０ｍｍの非塗工部(27)を形成する。
【００２４】
天然黒鉛からなる負極活物質と、ポリフッ化ビニリデン(ＰＶｄＦ)からなるバインダーとを混合して、負極合剤を調製し、該負極合剤を、銅箔からなる帯状の負極芯体の両面に塗布して、負極(21)を作製する。尚、負極芯体の一方の端部には、負極活物質の塗布されていない幅１０ｍｍの非塗工部(25)を形成する。
又、正極活物質塗工部及び負極活物質塗工部の幅Ａより若干大きな幅を有するセパレータ(22)を用意する。尚、セパレータ(22)は多孔性のポリエチレン及びポリプロピレンから形成される。
【００２５】
その後、図４の如く、正極(23)、セパレータ(22)及び負極(21)を重ね合わせ、これらを渦巻き状に巻き取って、巻き取り電極体(２)を作製する。この際、正極(23)の活物質非塗工部(27)と負極(21)の活物質非塗工部(25)の端縁が、セパレータ(22)の端縁から外側へ突出する様に重ね合わせる。
【００２６】
正極集電板 (30) 及び負極集電板 ( ３ ) の作製 図２の如く、厚さ２.４０ｍｍの銅層部(31)と厚さ０.６０ｍｍのニッケル層部(32)からなる２層構造の負極集電板(３)、図５の如く銅層部 (31) とステンレス鋼層部(35)からなる２層構造の負極集電板(３)、或いは図６の如く厚さ２.４０ｍｍの銅層部(31)と厚さ０.３０ｍｍのニッケル層部(32)の間に厚さ０.３０ｍｍのステンレス鋼層部(35)が形成された３層構造の負極集電板(３)を作製し、負極集電板(３)の端部に、銅製の連結帯(33)の基端部を連結する。又、厚さ１.００ｍｍのアルミニウム板からなる正極集電板(30)を作製し、該正極集電板(30)の端部に、アルミニウム製の連結帯(34)の基端部を連結する。
【００２７】
電池の組立
巻き取り電極体(２)の負極(21)の端縁に銅層部(31)が接触する様に負極集電板(３)を設置し、該負極集電板(３)のニッケル層部(32)の表面へレーザビームを照射して、負極(21)の端縁に負極集電板(３)を溶接する。又、巻き取り電極体(２)の正極(23)の端縁に正極集電板(30)を設置し、該正極集電板(30)の表面へレーザビームを照射して、正極(23)の端縁に正極集電板(30)を溶接する。
【００２８】
その後、負極集電板(３)から伸びる連結帯(33)の先端部を負極端子機構(４)の端子部材(41)の鍔部(43)に超音波溶接すると共に、正極集電板(30)から伸びる連結帯(34)の先端部を正極端子機構(40)の端子部材(41)の鍔部(43)に超音波溶接する。又、両蓋体(16)(16)には負極端子機構(４)及び正極端子機構(40)を組み付ける。
そして、筒体(15)の内部に巻き取り電極体(２)を挿入し、筒体(15)の両開口部に蓋体(16)(16)を溶接固定した後、図示省略する電解液注入口から電解液を注入する。尚、電解液は、エチレンカーボネートとジエチルカーボネートを体積比１：１で混合し、この混合溶媒にＬｉＰＦ６を１モル／リットルの割合で溶解させたものである。最後に、電解液注入口を封止する。これによって、図１に示す円筒型リチウムイオン二次電池が完成する。
【００２９】
尚、正極活物質としては、上述のＬｉＣｏＯ２に限定するものではなく、ＬｉＮｉＯ２、ＬｉＭｎ２Ｏ４等を採用することが出来、更に負極活物質としては、上述の天然黒鉛に限定するものではなく、人造黒鉛、コークス等の他の炭素材料や、リチウムを吸蔵放出可能な材料を採用することが出来る。又、電解液としては、上述のものに限定するものではなく、ビニレンカーボネート、プロピレンカーボネートなどの有機溶媒や、これらとジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、１，２−ジメトキシエタン、エトキシメトキシエタンなどの低沸点溶媒との混合溶媒にＬｉＣｌＯ４、ＬｉＣＦ３ＳＯ４などの溶質を０.７〜１.５モル／リットルの割合で溶解させた溶液等を採用することが出来る。
【００３０】
実験
上記本発明の円筒型リチウムイオン二次電池において、図２に示す如く負極集電板(３)が２層からなり、ニッケル層部(32)の厚さと銅層部(31)の厚さを種々に変えた発明電池１〜１１を作製した。又、図５に示す如く負極集電板(３)が２層からなり、ステンレス鋼層部(35)の厚さと銅層部(31)の厚さを種々に変えた発明電池１２〜２２を作製した。更に、図６に示す如く負極集電板(３)が、ニッケル層部(32)、ステンレス鋼層部(35)及び銅層部(31)の３層構造からなる発明電池２３を作製した。一方、図７に示す如くニッケル板又は銅板からなる１層構造の負極集電板を具えていること以外は本発明電池と同様に、比較電池１及び２を作製した。そして、各電池の出力密度を求めた。尚、前記ステンレス鋼としては、オーステナイト系ステンレス鋼を用いた。
各電池の構成を表１〜表６に示す。
【００３１】
【表１】
【表２】
【表３】
【表４】
【表５】
【表６】
各電池について、放電深度５０％にて異なる電流値で１０秒間の放電を行ない、その１０秒後の電池電圧とそのときの電流値との関係から、各電池の出力密度を求めた。その結果を表７〜表９に示す。
【００３８】
【表７】
【表８】
【表９】
表７及び表８から明らかな様に、発明電池１〜１１及び１２〜２２においては、比較電池１及び２よりも高い出力密度が得られている。これは、発明電池では、銅層部(31)とニッケル層部(32)またはステンレス鋼層部(35)とからなる二層構造の負極集電板(３)を装備したことにより、負極集電板(３)を巻き取り電極体(２)にレーザ溶接する際のレーザ光の反射が抑制されて、負極集電板(３)が負極(21)の端縁に確実に溶接されたため、集電効率が向上したものである。
【００４２】
これに対し、比較電池１においては、銅製の負極集電板の表面でレーザ光が反射して、溶接が不十分となり、集電効率が低下したものであり、比較電池２においては、ニッケル製の負極集電板の電気抵抗が大きいために、集電効率が低下したものである。
【００４３】
又、負極集電板(３)の全体の厚さが０.１０ｍｍ〜５.００ｍｍの範囲である発明電池２〜５及び１３〜１６において、この範囲外の発明電池１及び６、１２及び１７よりも出力密度が増大している。これは、負極集電板(３)の厚さが０.１０ｍｍよりも小さくなると、負極集電板(３)自体の電気抵抗が大きくなって、集電効率が低下するからであり、又、負極集電板(３)の厚さが５.００ｍｍを超えると、溶接が不十分となって、集電効率が低下するからである。
【００４４】
更に又、負極集電板(３)の厚さに対するニッケル層部(32)の厚さの比率が５％〜４５％の範囲である発明電池４及び８〜１０において、この範囲外の発明電池７及び１１よりも出力密度が増大している。同様に、負極集電板(３)の厚さに対するステンレス鋼層部(35)の厚さの比率が５％〜４５％の範囲である発明電池１５及び１９〜２１において、この範囲外の発明電池１８及び２２よりも出力密度が増大している。これは、ニッケル層部(32)またはステンレス鋼層部(35)の厚さの比率が５％よりも小さいときは、負極集電板(３)の溶接開始直後に銅層部(31)の表面が現われて、レーザ光反射率が増大し、溶接が不十分となって、集電効率が低下するからであり、又、ニッケル層部(32)またはステンレス鋼層部(35)の厚さの比率が４５％を超えると、負極集電板(３)の電気抵抗が増大して、集電効率が低下するからである。
【００４５】
更に、表９から明らかな様に、発明電池２３においては、比較電池１及び２よりも高い出力密度が得られている。これは、ニッケル層部(32)と銅層部(31)の間にステンレス鋼層部(35)が形成された３層構造の負極集電板(３)を用いた場合も、同様の効果が得られることを示している。
【００４６】
以上の結果から、銅層部(31)とニッケル層部(32)またはステンレス鋼層部(35)とを具えた負極集電板(３)を装備することによって、集電効率の向上ひいては出力密度の増大が可能であることがわかる。又、負極集電板(３)の厚さは０.１０ｍｍ〜５.００ｍｍの範囲が好ましく、負極集電板(３)全体の厚さに対するニッケル層部(32)またはステンレス鋼層部(35)の厚さの比率は５％〜４５％が好ましいと言える。又、前記範囲内であれば、負極集電板(３)は２層以上の構成が可能であることがわかる。
【００４７】
尚、本発明の各部構成は上記実施の形態に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。例えば、負極集電板(３)の金属層部の材質としては、フェライト系ステンレス鋼、或いはマルテンサイト系ステンレス鋼を用いることも出来る。又、上記の実施例では、集電板の溶接にレーザビームを用いたが、これに限らず、電子ビームによる溶接を採用することも可能である。又、本発明は、リチウムイオン二次電池に限らず、広く非水電解液二次電池に実施が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る円筒型リチウムイオン二次電池の断面図である。
【図２】負極集電板の斜視図である。
【図３】巻き取り電極体に負極集電板をレーザ溶接する工程を表わす断面図である。
【図４】巻き取り電極体の一部展開斜視図である。
【図５】他の構造を有する負極集電板の斜視図である。
【図６】更に他の構造を有する負極集電板の斜視図である。
【図７】従来の円筒型リチウムイオン二次電池の断面図である。
【符号の説明】
（１）電池缶
（15）筒体
（16）蓋体
（２）巻き取り電極体
（21）負極
（22）セパレータ
（23）正極
（３）負極集電板
（31）銅層部
（32）ニッケル層部
（33）連結帯
（30）正極集電板
（34）連結帯
（４）負極端子機構
（40）正極端子機構
Claims (7)
- 密閉容器内に、それぞれ帯状の正極(23)と負極(21)の間にセパレータ(22)を介在させてなる巻き取り電極体(２)が収容され、正極 (23) 及び負極 (21) はそれぞれ、箔からなる芯体の表面に活物質を塗布して構成され、該巻き取り電極体(２)が発生する電力を、密閉容器に設けられた正極端子部及び負極端子部から外部へ取り出すことが可能な非水電解液二次電池であって、巻き取り電極体(２)の巻き軸方向の両端部の内、一方の端部には負極(21)の端縁が突出して、該端縁に負極集電板(３)が接合され、該負極集電板(３)は負極端子部に電気接続されている非水電解液二次電池において、負極集電板(３)は、銅若しくは銅を主体とする合金からなる銅層部(31)と、リチウムと金属間化合物を形成しない金属であって且つ銅よりもレーザ光反射率が低い金属若しくは該金属を主体とする合金からなる金属層部とを有する複数層部からなり、銅層部(31)及び金属層部が両側の表面層を形成し、該金属層部の表面へレーザビームを照射することにより、前記銅層部(31)が負極(21)の端縁にレーザ溶接されていることを特徴とする非水電解液二次電池。
- 負極集電板(３)の金属層部を形成している金属は、ニッケルである請求項１に記載の非水電解液二次電池。
- 負極集電板(３)の金属層部を形成している金属は、ステンレス鋼である請求項１に記載の非水電解液二次電池。
- 負極集電板(３)の厚さは、０.１０ｍｍ〜５.００ｍｍの範囲内である請求項１乃至請求項３の何れかに記載の非水電解液二次電池。
- 負極集電板(３)の厚さに対するニッケル層部(32)の厚さの比率は、５％以上、４５％以下の範囲である請求項２に記載の非水電解液二次電池。
- 負極集電板(３)の厚さに対するステンレス鋼層部(35)の厚さの比率は、５％以上、４５％以下の範囲である請求項３に記載の非水電解液二次電池。
- 密閉容器内に、それぞれ帯状の正極(23)と負極(21)の間にセパレータ(22)を介在させてなる巻き取り電極体(２)が収容され、正極 (23) 及び負極 (21) はそれぞれ、箔からなる芯体の表面に活物質を塗布して構成され、該巻き取り電極体(２)が発生する電力を、密閉容器に設けられた正極端子部及び負極端子部から外部へ取り出すことが可能な非水電解液二次電池の製造方法において、
一方の端部に正極(23)の端縁が突出すると共に、他方の端部に負極(21)の端縁が突出する様に、セパレータ(22)を間に挟んで正極(23)と負極(21)とを重ね合わせ、これらを渦巻き状に巻き取ることによって、巻き取り電極体(２)を作製する工程と、
アルミニウム若しくはアルミニウムを主体とする合金からなる正極集電板(30)を作製する工程と、
銅若しくは銅を主体とする合金からなる銅層部(31)と、リチウムと金属間化合物を形成しない金属であって且つ銅よりもレーザ光反射率が低い金属若しくは該金属を主体とする合金からなる金属層部とを有する複数層部からなる負極集電板(３)を作製する工程と、
正極(23)の端縁が突出した巻き取り電極体(２)の端部に、正極集電板(30)を設置し、該正極集電板(30)の表面へレーザビームを照射して、正極(23)の端縁に正極集電板(30)をレーザ溶接する工程と、
負極(21)の端縁が突出した巻き取り電極体(２)の端部に、銅層部(31)が負極(21)の端縁に接触する様に負極集電板(３)を設置し、該負極集電板(３)の金属層部の表面へレーザビームを照射して、負極(21)の端縁に負極集電板(３)をレーザ溶接する工程と、
巻き取り電極体(２)に溶接された正極集電板(30)及び負極集電板(３)をそれぞれ正極端子部及び負極端子部に電気接続して、二次電池を組み立てる工程
とを有していることを特徴とする非水電解液二次電池の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000241086A JP3759577B2 (ja) | 1999-08-10 | 2000-08-09 | 非水電解液二次電池及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11-226490 | 1999-08-10 | ||
| JP22649099 | 1999-08-10 | ||
| JP2000241086A JP3759577B2 (ja) | 1999-08-10 | 2000-08-09 | 非水電解液二次電池及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001118563A JP2001118563A (ja) | 2001-04-27 |
| JP3759577B2 true JP3759577B2 (ja) | 2006-03-29 |
Family
ID=26527189
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000241086A Expired - Lifetime JP3759577B2 (ja) | 1999-08-10 | 2000-08-09 | 非水電解液二次電池及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3759577B2 (ja) |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3738177B2 (ja) * | 1999-09-21 | 2006-01-25 | 三洋電機株式会社 | 非水電解液二次電池及びその製造方法 |
| JP3738166B2 (ja) * | 2000-03-14 | 2006-01-25 | 三洋電機株式会社 | 非水電解液二次電池 |
| JP5130602B2 (ja) * | 2001-05-09 | 2013-01-30 | トヨタ自動車株式会社 | 蓄電素子およびその製造方法 |
| JP2006093343A (ja) * | 2004-09-22 | 2006-04-06 | Tdk Corp | 固体電解コンデンサ |
| EP2003715A3 (en) | 2007-05-24 | 2014-06-18 | Nissan Motor Co., Ltd. | Current collector for nonaqueous solvent secondary battery, and electrode and battery, which use the current collector |
| JP5217596B2 (ja) * | 2007-05-24 | 2013-06-19 | 日産自動車株式会社 | 非水溶媒二次電池用集電体並びにこれを用いた電極および電池 |
| JP5344235B2 (ja) * | 2009-06-04 | 2013-11-20 | トヨタ自動車株式会社 | 非水系二次電池 |
| CN103563153B (zh) * | 2011-05-25 | 2016-08-24 | 新神户电机株式会社 | 二次电池电极组单元及其制造方法 |
| JP6040603B2 (ja) * | 2012-07-18 | 2016-12-07 | 日立化成株式会社 | 電池用極板群の製造方法 |
| JP5704414B2 (ja) * | 2013-06-28 | 2015-04-22 | トヨタ自動車株式会社 | 非水系二次電池 |
-
2000
- 2000-08-09 JP JP2000241086A patent/JP3759577B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2001118563A (ja) | 2001-04-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR100675700B1 (ko) | 비수 전해액 이차 전지 및 그 제조 방법 | |
| JP3547953B2 (ja) | 円筒型非水電解液二次電池の製造方法 | |
| JP5583421B2 (ja) | 角形密閉二次電池及び角形密閉二次電池の製造方法 | |
| JP5396349B2 (ja) | 二次電池 | |
| JPH10106536A (ja) | 非水電解質二次電池 | |
| JP4020544B2 (ja) | 非水電解液二次電池 | |
| JP2009259697A (ja) | 電池およびその製造方法 | |
| JP3631132B2 (ja) | 円筒型非水電解液二次電池 | |
| JP3759577B2 (ja) | 非水電解液二次電池及びその製造方法 | |
| JPH11135100A (ja) | 巻回電極電池およびその製造方法 | |
| JP2002100342A (ja) | 円筒型二次電池 | |
| JP5439317B2 (ja) | 二次電池 | |
| JP2004039651A (ja) | 電池 | |
| JP4168227B2 (ja) | 電池およびその製造方法 | |
| JP4679046B2 (ja) | 電池及びこれを用いた電池ユニット | |
| JP3738166B2 (ja) | 非水電解液二次電池 | |
| JP5615682B2 (ja) | 円筒形二次電池 | |
| JP5651556B2 (ja) | 二次電池 | |
| JP2003168404A (ja) | 非水電解質電池 | |
| JP2001283824A (ja) | リチウム二次電池 | |
| JP2009266392A (ja) | リチウム一次電池 | |
| JP4204366B2 (ja) | 非水電解質二次電池 | |
| JP2011054319A (ja) | 非水電解質二次電池 | |
| JP2004273288A (ja) | 筒型二次電池 | |
| JP2009016188A (ja) | 電池 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20040601 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20051018 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20051116 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20051220 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20051229 |
|
| R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 3759577 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100113 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100113 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110113 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110113 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120113 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130113 Year of fee payment: 7 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |