JP5064699B2 - Cylindrical battery and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、リチウム二次電池やアルカリ蓄電池などの円筒形電池に係り、特に、渦巻状電極群の一方端部に形成された正極芯体露出部に正極集電体が溶接され、渦巻状電極群の他方端部に形成された負極芯体露出部に負極集電体が溶接された電極体を円筒形外装缶内に備えた円筒形電池およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a cylindrical battery such as a lithium secondary battery or an alkaline storage battery, and more particularly, a positive electrode current collector is welded to a positive electrode core exposed portion formed at one end of a spiral electrode group, and the spiral electrode The present invention relates to a cylindrical battery having an electrode body in which a negative electrode current collector is welded to a negative electrode core exposed part formed at the other end of the group in a cylindrical outer can and a method for manufacturing the same.
近年、携帯電話、ノートパソコン、小型ビデオカメラ等の携帯用電子・通信機器等に用いられる電源、あるいはハイブリッド車(HEV)や電気自動車(EV)等の電源として、エネルギー密度(Wh/Kg)の高いリチウム二次電池などの円筒形電池が注目されている。 In recent years, energy density (Wh / Kg) has been used as a power source for portable electronic / communication devices such as mobile phones, notebook computers, and small video cameras, or as a power source for hybrid vehicles (HEV) and electric vehicles (EV). Cylindrical batteries such as high lithium secondary batteries are attracting attention.
この種の円筒形のリチウム二次電池は、例えば、特許文献1などに示されており、以下のようにして作製されるのが一般的である。即ち、まず、正極芯体(通常は、アルミニウム箔)に正極活物質を含有する正極合剤を塗布して帯状正極板を作製するとともに、負極芯体(通常は、銅箔)に負極活物質を含有する負極合剤を塗布して帯状負極板を作製する。この後、得られた帯状正極板と帯状負極板を帯状セパレータを介して相対向させて積層し、これらを渦巻状に巻回して渦巻状電極群とした後、渦巻状電極群の正極板端部の芯体露出部(正極合剤の未塗布部)と正極集電タブとを溶接するとともに、負極板端部の芯体露出部(負極合剤の未塗布部)と負極集電タブとを溶接して電極体とする。この後、このようにして作製された電極体を円筒形外装缶内に収容し、非水電解液を注液した後、封口体で密閉して円筒形電池としている。
This type of cylindrical lithium secondary battery is disclosed in, for example,
ここで、特許文献1に示された電極体について、図4および図5に基づいて説明する。なお、図4は渦巻状電極群に正極集電タブを溶接する状態を模式的に示す図であり、図4(a)は、渦巻状電極群の上に正極集電タブを配置してこの正極集電タブにレーザを照射した状態を模式的に示す平面図であり、図4(b)はレーザ照射により渦巻状電極群の上に溶接部が形成された状態を模式的に示す平面図である。また、図5は図4の渦巻状電極群の正極板端部の芯体露出部と正極集電タブとの溶接部の形成状態を模式的に示す図であり、図5(a)は正極芯体露出部と正極集電タブとの接触部に溶接部が形成された状態の要部を模式的に示す断面図であり、図5(b)は、渦巻状電極群の正極板の一部を展開して正極芯体露出部に溶接部が形成された状態を模式的に示す図である。
Here, the electrode body disclosed in
上述した特許文献1に示された渦巻状電極群20においては、図4に示すように、一方の端部に正極板から延出した正極芯体露出部21aが形成されているとともに、他方の端部に負極板から延出した負極芯体露出部(図示せず)が形成されている。そして、正極芯体露出部21aの上面に、4つの長方形状の板状体からなる正極集電タブ22,23,24,25が溶接されているとともに、負極芯体露出部の下面にも正極集電タブとほぼ同様な負極集電タブ(図示せず)が溶接されている。なお、負極集電タブの溶接は正極集電タブの溶接と同様であるので、以下では、正極集電タブの溶接についてのみ説明する。
In the
ここで、正極芯体露出部21aの上面に4つの正極集電タブ22,23,24,25を溶接する際には、正極芯体露出部21aの上面に4つの正極集電タブ22,23,24,25を配置し、これらの正極集電タブ22,23,24,25の上に2列のレーザ光を照射して正極芯体露出部21aに各正極集電タブ22,23,24,25を溶接するようにしている。この場合、図4(a)に示すように、正極集電タブ22の上にレーザスポットA1,B1,C1,D1,E1と、レーザスポットF1,G1,H1,I1,J1とが渦巻の巻回方向に対して同位置になるようにレーザ光が照射されるようになされている。
Here, when the four positive
同様に、正極集電タブ23の上にレーザスポットA2,B2,C2,D2,E2と、レーザスポットF2,G2,H2,I2,J2とが渦巻の巻回方向に対して同位置になるようにレーザ光が照射される。また、正極集電タブ24の上にレーザスポットA3,B3,C3,D3,E3と、レーザスポットF3,G3,H3,I3,J3とが渦巻の巻回方向に対して同位置になるようにレーザ光が照射され、さらに、正極集電タブ24の上にレーザスポットA4,B4,C4,D4,E4と、レーザスポットF4,G4,H4,I4,J4とが渦巻の巻回方向に対して同位置になるようにレーザ光が照射される。
(23,24,25)
Similarly, the laser spots A2, B2, C2, D2, and E2 and the laser spots F2, G2, H2, I2, and J2 are on the positive electrode current collecting
(23, 24, 25)
ところで、上面にレーザスポット(A1,B1,C1,D1,E1など)が形成された正極集電タブ22(23,24,25)の下面においては、レーザスポットにより発熱することとなるが、図5(a)に示すように、この発熱部の径はレーザスポット径よりも小径となる(なお、小径となる程度は正極集電タブの厚みや材質により異なる)のが一般的である。このため、図4(b)に示すように、例えば、正極芯体露出部21aの端部と各正極集電タブ22の下面接触部とに形成される溶接部a1,b1,c1,d1,e1およびf1,g1,h1,i1,j1の径は、レーザスポットA1,B1,C1,D1,E1およびF1,G1,H1,I1,J1のスポット径よりも小径となる。なお、他のレーザスポット溶接部a2,b2,c2,d2,e2(f2,g2,h2,i2,j2)、a3,b3,c3,d3,e3(f3,g3,h3,i3,j3)、a4,b4,c4,d4,e4(f4,g4,h4,i4,j4)においても同様である。
ところが、上述のようにレーザスポットA1,B1,C1,D1,E1(F1,G1,H1,I1,J1)のスポット径よりも小径な溶接部a1,b1,c1,d1,e1(f1,g1,h1,i1,j1)が形成されると、図5に示すように、正極芯体露出部21aの端部のレーザスポットA1,B1,C1,D1,E1(F1,G1,H1,I1,J1)の列方向(渦巻状電極群20の径方向)に未溶接部xが形成されるようになる。そして、このような未溶接部xが渦巻状電極群20の径方向に形成されると、正極芯体露出部21aの端部から均一に集電することができなくなるため、内部抵抗が上昇し、特に、大電流用途の電源に用いられる電池においては、内部抵抗に起因して電圧降下が大きくなるという問題を生じた。
However, as described above, the welded portions a1, b1, c1, d1, e1 (f1, g1) smaller in diameter than the spot diameters of the laser spots A1, B1, C1, D1, E1 (F1, G1, H1, I1, J1). , H1, i1, j1) are formed, as shown in FIG. 5, laser spots A1, B1, C1, D1, E1 (F1, G1, H1, I1, F1) at the ends of the positive electrode core exposed
この場合、未溶接部xが形成されないようにレーザを照射するようにすればよいと考えられるが、スポット径よりも小径な溶接部になることを見越して、レーザスポットが重なり合うようにレーザを照射する必要がある。ところが、レーザスポットが重なり合うようにレーザを照射するようにすると、レーザの照射熱により電極群中に存在するセパレータに熱的影響を及ぼしたり、あるいは集電タブ(集電体)からスパッタが発生して、これが電極群中に入り込むことにより短絡が生じるという新たな問題が発生するようになる。 In this case, it may be sufficient to irradiate the laser so that the unwelded portion x is not formed. However, in anticipation of a welded portion having a diameter smaller than the spot diameter, the laser is irradiated so that the laser spots overlap. There is a need to. However, if the laser is irradiated so that the laser spots overlap, the separator in the electrode group is thermally affected by the irradiation heat of the laser, or spatter is generated from the current collector tab (current collector). As a result, a new problem arises in that a short circuit occurs when the electrode enters the electrode group.
また、上述した特許文献1に示されるように、4つの正極集電タブを正極芯体露出部の上に配置し、これらの正極集電タブにレーザを照射して溶接する方法にあっては、部品点数が多いことから、その溶接方法が複雑でハンドリングも面倒であるとともに、作業性も悪いことから生産効率が低下するという問題も生じた。
そこで、本発明は上記問題点を解消するためになされたものであって、極板から均一に集電できて内部抵抗の低減化が可能な集電構造となる円筒形電池を提供するとともに、製造が容易で生産効率も向上し、かつセパレータに熱的影響を及ぼしたりあるいは短絡が生じることがない円筒形電池の製造方法を提供することを目的とする。
In addition, as shown in
Therefore, the present invention was made to solve the above problems, and provided a cylindrical battery having a current collecting structure capable of collecting current uniformly from an electrode plate and reducing internal resistance, An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a cylindrical battery that is easy to manufacture, improves production efficiency, and does not affect the separator thermally or cause a short circuit.
本発明の円筒形電池は、渦巻状電極群の巻軸方向の一方端部に位置する渦巻状の正極芯体露出部の端面に正極集電体が溶接され、前記渦巻状電極群の巻軸方向の他方端部に位置する渦巻状の負極芯体露出部の端面に負極集電体が溶接された電極体を円筒形外装缶内に備えている。そして、上記目的を達成するため、正極集電体および負極集電体の少なくとも一方は中心開口と当該中心開口から放射状に形成された溝部とを備えており、溝部の幅方向に少なくとも2列以上の当該溝部の長さ方向に沿ったエネルギー線の照射により当該溝部と芯体露出部との接触部でエネルギー線の照射位置に溶接部が形成されており、溶接部は溝部の幅方向に少なくとも2列以上で当該溝部の長さ方向に沿って不連続な溶接部列となるように形成されているとともに、溶接部列の1列目に形成された不連続な各溶接部の間で当該第1列目とは溝部の幅方向に異なる位置に2列目以降に形成された不連続な各溶接部が形成されていることを特徴とする。 In the cylindrical battery of the present invention, a positive electrode current collector is welded to the end face of the spiral positive electrode core exposed portion located at one end portion in the winding axis direction of the spiral electrode group, and the winding shaft of the spiral electrode group A cylindrical outer can is provided with an electrode body in which a negative electrode current collector is welded to an end face of a spiral negative electrode core exposed portion located at the other end in the direction . In order to achieve the above object, at least one of the positive electrode current collector and the negative electrode current collector includes a center opening and a groove formed radially from the center opening, and at least two or more rows in the width direction of the groove The weld portion is formed at the energy beam irradiation position at the contact portion between the groove portion and the core exposed portion by irradiation of the energy ray along the length direction of the groove portion, and the weld portion is at least in the width direction of the groove portion. It is formed so as to be a discontinuous weld row along the length direction of the groove portion in two or more rows, and between the discontinuous weld portions formed in the first row of the weld portion row Discontinuous welds formed after the second row are formed at positions different from the first row in the width direction of the groove.
このように溶接部は溝部の幅方向に少なくとも2列以上で当該溝部の長さ方向に沿って不連続な溶接部列となるように形成されているとともに、溶接部列の1列目に形成された不連続な各溶接部の間で当該第1列目とは溝部の幅方向に異なる位置に2列目以降に形成された不連続な各溶接部が形成されていると、極板から集電体に均一に集電できるようになる。これにより、内部抵抗の低減化が可能な集電構造が得られるようになる。この場合、製造の容易さを考慮すると、溝部は中心開口から互に直角となる4方向に形成されているのが望ましい。 As described above, the welded portion is formed so as to be a discontinuous weld portion row along the length direction of the groove portion in at least two rows in the width direction of the groove portion, and is formed in the first row of the weld portion row. If the discontinuous welds formed in the second and subsequent rows are formed at different positions in the width direction of the groove portion from the discontinuous welds, the electrode plate It becomes possible to collect current uniformly on the current collector. As a result, a current collecting structure capable of reducing the internal resistance can be obtained. In this case, considering the ease of manufacture, it is desirable that the groove portions are formed in four directions perpendicular to each other from the central opening.
なお、上述のような集電構造となる円筒形電池を製造するには、中心開口と当該中心開口から放射状に形成された溝部とを備えた正極集電体もしくは負極集電体を用い、溝部の長さ方向に沿った列に並ぶ不連続な溶接部が形成されるように溝部の長さ方向に沿って第1列目のエネルギー線を照射する第1列目エネルギー線照射工程と、第2列目以降のエネルギー線の照射により形成された溝部の長さ方向に沿った列に並ぶ不連続な溶接部が第1列目のエネルギー線の照射により形成された溝部の長さ方向に沿った列に並ぶ不連続な溶接部の間に形成されるように第1列目とは溝部の幅方向に異なる位置に第2列目以降のエネルギー線を照射する第2列目以降エネルギー線照射工程とを備えるようにすればよい。なお、エネルギー線としては、電子線やレーザ光を用いることができるが、製造の容易さの観点からすると、レーザ光を用いるのが望ましい。
Note that to manufacture a cylindrical battery comprising a collector structure as described above, the positive electrode collector if Ku and a groove portion formed radially from the central opening and the central opening with a negative electrode current collector A first-row energy beam irradiating step of irradiating the first-row energy beam along the length direction of the groove portion so as to form discontinuous welds arranged in a row along the length direction of the groove portion; , the length direction of the formed grooves by irradiation with a discontinuous weld line up in rows along the length of the formed grooves by the irradiation of the second row and subsequent energy rays first column of the energy ray Energy from the second column on which energy rays from the second column are irradiated to a position different from the first column in the width direction of the groove so as to be formed between discontinuous welds arranged in a row along A line irradiation process may be provided. In addition, although an electron beam and a laser beam can be used as an energy beam, it is desirable to use a laser beam from a viewpoint of ease of manufacture.
上述したように、本発明の円筒形電池においては、極板から均一に集電できる集電構造となるようになされているので、内部抵抗の低減した円筒形電池を得ることが可能となるとともに、セパレータに熱的影響を及ぼしたりあるいは短絡が生じることがない円筒形電池を製造方法することが可能となる。 As described above, the cylindrical battery according to the present invention has a current collecting structure capable of collecting current uniformly from the electrode plate, so that a cylindrical battery with reduced internal resistance can be obtained. It is possible to manufacture a cylindrical battery that does not affect the separator thermally or cause a short circuit.
ついで、本発明の実施の形態を図1〜図3に基づいて以下に説明するが、本発明はこの実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の目的を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。なお、図1は本発明の渦巻状電極群と正極集電体を模式的に示す斜視図である。図2は本発明の渦巻状電極群に正極集電体を溶接する状態を模式的に示す図であり、図2(a)は、図1の渦巻状電極群の上に正極集電体を配置してこの正極集電体にレーザを照射した状態を模式的に示す平面図であり、図2(b)はレーザ照射により渦巻状電極群の上に溶接部形成された状態を模式的に示す平面図である。図3は、図1の渦巻状電極群の正極板と正極集電体との溶接部の形成状態を模式的に示す図であり、図3(a)は正極芯体露出部と正極集電体との接触部に溶接部が形成された状態の要部を模式的に示す断面図であり、図3(b)は、渦巻状電極群の正極板の一部を展開して溶接部が形成された状態を模式的に示す図である。 Next, an embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 to 3, but the present invention is not limited to this embodiment at all, and can be appropriately changed without changing the object of the present invention. Can be implemented. Incidentally, FIG. 1 is a perspective view schematically showing a wound electrode group and the positive electrode current collector of the present invention. Figure 2 is a diagram schematically showing a state of welding the positive electrode current collector to the spiral electrode group of the present invention, FIG. 2 (a), the positive electrode current collector on the spiral electrode group of FIG. 1 disposed to a plan view showing a state of irradiating a laser beam to the cathode current collector schematically FIG. 2 (b) the state of being welded portion formed on the spiral electrode group schematically by laser irradiation FIG. Figure 3 is a diagram showing a formation state of the welded portion between the positive electrode plate and the positive electrode current collector of the spiral electrode group of FIG. 1 schematically, Fig. 3 (a) positive electrode substrate exposed portion and the positive electrode current collector the main part of the state of the welding portion is formed on the contact portion of the body is a cross-sectional view schematically illustrating, FIG. 3 (b), welds expand a portion of the positive electrode plate of the spiral electrode group It is a figure which shows the formed state typically.
1.正極板
正極活物質としてのコバルト酸リチウム(LiCoO2)粉末94質量%と、導電剤としてのアセチレンブラックあるいはグラファイトなどの炭素系粉末3質量%とを混合して正極合剤を調製した。この正極合剤と、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)からなる結着剤3質量%とをN−メチル−2−ピロリドン(NMP)からなる有機溶剤に溶解した結着剤溶液とを混練して、正極活物質スラリーを調製した。なお、正極活物質としては上述したLiCoO2以外に、LixMO2(但し、MはCo,Ni,Mnの少なくとも1種で、0.45≦x≦1.20)で表されるリチウム遷移金属複合酸化物、例えば、LiNiO2,LiNiyCo1-yO2(但し、0.01≦y≦0.99),Li0.5MnO2,LiMnO2などの1種単独、もしくは複数種を混合して用いるようにしてもよい。
1. Positive electrode plate A positive electrode mixture was prepared by mixing 94% by mass of lithium cobaltate (LiCoO 2 ) powder as a positive electrode active material and 3% by mass of carbon-based powder such as acetylene black or graphite as a conductive agent. This positive electrode mixture was kneaded with a binder solution prepared by dissolving 3% by mass of a binder composed of polyvinylidene fluoride (PVdF) in an organic solvent composed of N-methyl-2-pyrrolidone (NMP). An active material slurry was prepared. In addition to the above-described LiCoO 2 , the positive electrode active material is Li x MO 2 (where M is at least one of Co, Ni, and Mn, and 0.45 ≦ x ≦ 1.20). Metal composite oxide, for example, LiNiO 2 , LiNi y Co 1-y O 2 (where 0.01 ≦ y ≦ 0.99), Li 0.5 MnO 2 , LiMnO 2, etc. You may make it use.
ついで、アルミニウム箔(例えば、厚みが20μmのもの)からなる正極芯体11aを用意し、上述のように作製した正極活物質スラリーを正極芯体11aの片面に均一に塗布して、正極合剤層11bを形成した。この場合、正極合剤層11bの上側には正極活物質スラリーの塗布されていない所定幅(ここで、10mmとした)の非塗布部(正極芯体露出部)11cが正極芯体11aの端縁に沿って形成されるように塗布した。この後、乾燥機中を通過させて、スラリー作製時に必要であった有機溶剤(NMP)を除去して乾燥させた。乾燥後、ロールプレス機により厚みが0.06mmになるまで圧延して正極板を作製した。このようにして作製した正極板を幅が96mmとなる短冊状に切り出し、幅が10mmの帯状の正極芯体露出部11cを設けた正極板11を得た。
Next, a
2.負極板
負極活物質としての天然黒鉛粉末98質量%と、結着剤としてのカルボキシメチルセルロース(CMC)およびスチレンブタジエンゴム(SBR)をそれぞれ1質量%ずつ混合し、水を加えて混練して負極活物質スラリーを調製した。なお、負極活物質としては上述した天然黒鉛以外に、リチウムイオンを吸蔵・脱離し得るカーボン系材料、例えば、人造黒鉛、カーボンブラック、コークス、ガラス状炭素、炭素繊維、またはこれらの焼成体等を用いてもよいし、金属リチウム、リチウム−アルミニウム合金、リチウム−鉛合金、リチウム−錫合金等のリチウム合金、SnO2、SnO、TiO2、Nb2O3等の電位が正極活物質に比べて卑な金属酸化物を用いてもよい。
2. Negative electrode plate 98% by mass of natural graphite powder as the negative electrode active material and 1% by mass of carboxymethyl cellulose (CMC) and styrene butadiene rubber (SBR) as the binder were mixed, kneaded and mixed with water. A material slurry was prepared. As the negative electrode active material, in addition to the above-mentioned natural graphite, a carbon-based material capable of occluding and desorbing lithium ions, such as artificial graphite, carbon black, coke, glassy carbon, carbon fiber, or a fired body thereof. May be used, and the potential of lithium alloys such as metallic lithium, lithium-aluminum alloy, lithium-lead alloy, lithium-tin alloy, SnO 2 , SnO, TiO 2 , Nb 2 O 3, etc. is higher than the positive electrode active material. A base metal oxide may be used.
ついで、銅箔(例えば、厚みが12μmのもの)からなる負極芯体12aを用意し、上述のように作製した負極活物質スラリーを負極芯体12aの片面に均一に塗布して、負極合剤層12bを形成した。この場合、負極合剤層12bの下側には負極活物質スラリーの塗布されていない所定幅(ここで、8mmとした)の非塗布部(負極芯体露出部)12cが形成されるように塗布した。この後、乾燥機中を通過させて乾燥させた。乾燥後、ロールプレス機により厚みが0.05mmになるまで圧延して負極板を作製した。このようにして作製した負極板を幅が98mmとなる短冊状に切り出し、幅が8mmの帯状の負極芯体露出部12cを設けた負極板12を得た。
Next, a negative
3.渦巻状電極群
ついで、ポリエチレン製微多孔膜(厚みが0.022mmで、幅が100mmのもの)からなる帯状セパレータ13,13を用意し、上述のようにして作製した正極板11と負極板12とをそれぞれセパレータ13,13上に配置して幅方向へずらすとともに、これらの幅方向の中心線が一致するように重ね合わせた。これにより、正極芯体露出部11cおよび負極芯体露出部12cはセパレータ13の両端縁からそれぞれ外側へ突出することとなる。この後、巻取機によりこれらを渦巻状に巻回した後、最外周をテープ止めして渦巻状電極群10を作製した。なお、このようにして作製された渦巻状電極群10においては、一方の端部では正極板11の正極芯体露出部11cがセパレータ13の一方の端縁よりも外方へ突出し、他方の端部では負極板12の負極芯体露出部12cがセパレータ13の他方の端縁よりも外方へ突出している。
3. A spiral electrode group Next,
ついで、集電体を用意する。なお、図1においては、正極集電体14のみを図示しているが、負極集電体も正極集電体14とほぼ同様な構成となるので、その説明は省略する。この場合、正極集電体14は、図1に示すように、円形の平板状本体部14aと、この本体部14aから延出したリード部14eとを備え、これらが一体的に形成されている。また、平板状本体部14aには、その中心部に中心開口14bと、この中心開口14bから放射状に伸びる複数本の断面形状が略U状の溝14cと、中心開口14bの周囲に複数の注液孔14dとを備え、これらが一体的に形成されている。
Next, prepare a current collector. In FIG. 1, only the positive electrode
ついで、渦巻状電極群10の端部に形成されている正極芯体露出部11cに正極集電体14の本体部14aを押し付けることにより、正極集電体14の溝14cを正極芯体露出部11cに食い込ませて、断面形状が略U状の溝14cの先端部と正極芯体露出部11cとの間に円筒面からなる接合面を形成させる。この状態で、正極集電体14の溝14cの内周面に向けてレーザビームを照射してレーザスポット溶接を施す。この場合、図2(a)に示すように、まず、正極集電体14の第1番目の溝14c−1の幅方向の図示下側に正極集電体14の中心開口14bから端縁に向けてレーザビーム1−1を照射して、第1番目の溝14c−1の表面長手方向に1列目のレーザスポットA1,B1,C1,D1,E1を形成させる。
Next, the
この後、正極集電体14の第2番目の溝14c−2の幅方向の図示左側に正極集電体14の中心開口14bから端縁に向けてレーザビーム1−2を照射して、第2番目の溝14c−2の表面長手方向に1列目のレーザスポットA2,B2,C2,D2,E2を形成させる。同様に、第3番目の溝14c−3の幅方向の図示上側にレーザビーム1−3を照射して、第3番目の溝14c−3の表面長手方向に1列目のレーザスポットA3,B3,C3,D3,E3を形成させ、第4番目の溝14c−4の幅方向の図示右側にレーザビーム1−4を照射して、第4番目の溝14c−4の表面長手方向に1列目のレーザスポットA4,B4,C4,D4,E4を形成させる。なお、図2(a)においては、レーザスポットA1,B1,C1,D1,E1(A2,B2,C2,D2,E2、A3,B3,C3,D3,E3、A4,B4,C4,D4,E4)を形成させるようにしているが、あくまでもレーザスポットの個数は模式的に示すものであって、実際には、渦巻状電極群10の巻数や正極集電体14の材質や板厚に応じて適宜個数となるように設定することとなる。
Thereafter, the laser beam 1-2 is irradiated from the center opening 14b of the positive electrode
ここで、レーザスポットA1・・・(A2・・・、A3・・・、A4・・・)が溝14cの表面長手方向に形成されることにより、図2(b)に示すように、溝14cの先端部と正極芯体露出部11cとの接合面に溝14cの長手方向に沿って1列目の溶接部a1,b1,c1,d1,e1(a2,b2,c2,d2,e2、a3,b3,c3,d3,e3、a4,b4,c4,d4,e4)がそれぞれ形成されることとなる。なお、溶接部a1・・・(a2・・・、a3・・・、a4・・・)の径がレーザスポットA1・・・(A2・・・、A3・・・、A4・・・)の径よりも小径となるのは、レーザスポットA1・・・(A2・・・、A3・・・、A4・・・)に生じた熱が溶接部a1・・・(a2・・・、a3・・・、a4・・・)に伝達するまでに熱ロスが発生するためである。
Here, the laser spots A1... (A2... A3... A4...) Are formed in the longitudinal direction of the surface of the
この後、図2(a)に示すように、正極集電体14の第1番目の溝14c−1の幅方向の図示上側に正極集電体14の中心開口14bから端縁に向けてレーザビーム2−1を照射して、第1番目の溝14c−1の表面長手方向に2列目のレーザスポットF1,G1,H1,I1,J1を形成させる。同様に、第2番目の溝14c−2の幅方向の図示右側にレーザビーム2−2を照射して第2番目の溝14c−2の表面長手方向に2列目のレーザスポットF2,G2,H2,I2,J2を形成させ、第3番目の溝14c−3の幅方向の図示下側にレーザビーム2−3を照射して第3番目の溝14c−3の表面長手方向に2列目のレーザスポットF3,G3,H3,I3,J3を形成させ、第4番目の溝14c−4の幅方向の図示左側にレーザビーム2−4を照射して第4番目の溝14c−4の表面長手方向に2列目のレーザスポットF4,G4,H4,I4,J4を形成させる。
Thereafter, as shown in FIG. 2A, the laser is directed from the center opening 14b of the positive electrode
この場合、2列目の各レーザスポットF1,G1,H1,I1,J1(F2,G2,H2,I2,J2、F3,G3,H3,I3,J3、F4,G4,H4,I4,J4)は1列目の各レーザスポットA1,B1,C1,D1,E1(A2,B2,C2,D2,E2、A3,B3,C3,D3,E3、A4,B4,C4,D4,E4)の溝14cの幅方向の異なる位置で、各レーザスポットの中間部に形成されるようにレーザビーム2−1(2−2、2−3、2−4)を照射するようにしている。
In this case, each laser spot F1, G1, H1, I1, J1 in the second row (F2, G2, H2, I2, J2, F3, G3, H3, I3, J3, F4, G4, H4, I4, J4) Is the groove of each laser spot A1, B1, C1, D1, E1 (A2, B2, C2, D2, E2, A3, B3, C3, D3, E3, A4, B4, C4, D4, E4) in the first row The laser beam 2-1 (2-2, 2-3, 2-4) is irradiated so as to be formed at an intermediate portion of each laser spot at a different position in the
このようにレーザビーム2−1(2−2、2−3、2−4)を照射することにより、図2(b)に示すように、溝14cの先端部と正極芯体露出部11cとの接合面に溝14cの長手方向に沿って2列目の溶接部f1,g1,h1,i1,j1(f2,g2,h2,i2,j2、f3,g3,h3,i3,j3、f4,g4,h4,i4,j4)がそれぞれ形成される。また、これらの2列目の各溶接部f1,g1,h1,i1,j1(f2,g2,h2,i2,j2、f3,g3,h3,i3,j3、f4,g4,h4,i4,j4)は、それぞれ1列目の各溶接部a1,b1,c1,d1,e1(a2,b2,c2,d2,e2、a3,b3,c3,d3,e3、a4,b4,c4,d4,e4)の溝14cの幅方向の異なる位置で、各溶接部の中間部に形成されることとなる。
By irradiating the laser beam 2-1 (2-2, 2-3, 2-4) in this way, as shown in FIG. 2B, the tip of the
これにより、図3(a),(b)に示すように、例えば、レーザスポットA1(A2〜A4においても同様である)により1〜3巻目の正極芯体露出部11cと溝14cの先端部との接合部に溶接部a1(a2〜a4)が形成されることとなる。同様に、レーザスポットB1(B2〜B4においても同様である)により1〜3巻目の正極芯体露出部11cと溝14cの先端部との接合部に溶接部b1(b2〜b4)が形成される。そして、レーザスポットA1(A2〜A4)とレーザスポットB1(B2〜B4)との中間部にレーザスポットF1(F2〜F4)が形成され、このレーザスポットF1(F2〜F4)により1〜3巻目の正極芯体露出部11cと溝14cの先端部との接合部に溶接部f1(f2〜f4)が形成されることとなる。
Accordingly, as shown in FIGS. 3A and 3B, for example, the first to third turns of the positive electrode core body exposed
この結果、正極芯体露出部11cの全周囲にわたって溶接部a1〜a4,f1〜f4,b1〜b4,g1〜g4,c1〜c4,h1〜h4,d1〜d4,i1〜i4,e1〜e4,j1〜j4が均等に形成されることとなり、正極板11の全ての位置で均一に集電することが可能となるので、内部抵抗を低減させることが可能となる。このようにして、正極芯体露出部11cに正極集電体14が強固に溶接されることとなる。また、渦巻状電極群10の他端部の負極芯体露出部12cに負極集電体の本体部を押し当てた状態で、上述と同様にレーザビームを照射してレーザスポット溶接を施して、負極芯体露出部12cに負極集電体を溶接することにより電極体が形成されることとなる。
As a result, the welded portions a1 to a4, f1 to f4, b1 to b4, g1 to g4, c1 to c4, h1 to h4, d1 to d4, i1 to i4, and e1 to e4 are provided over the entire periphery of the positive electrode core exposed
5.非水電解液二次電池
ついで、上述のように渦巻状電極群10の上端部に正極集電体14が溶接され、下端部に負極集電体が溶接された電極体を円筒状の金属製外装缶に挿入する。この後、負極集電体の本体部から延出した負極リードを外装缶の底部内面にスポット溶接した後、正極集電体14の本体部14aから延出した正極リード14eを封口体(なお、この封口体の内部には圧力弁が設けられているとともに周囲に絶縁ガスケットが配設されている:図示せず)の底部にレーザ溶接する。ついで、外装缶内にエチレンカーボネート(EC)とジエチルカーボネート(DEC)を3:7の容積比で混合した混合溶媒に、電解質としてLiPF6を1モル/リットルの割合で溶解させた非水電解液を注液した後、封口体を外装缶の開口部の下部周囲に形成された絞り部に配置し、外装缶の開口部を封口体側にかしめて密封することにより、円筒形非水電解液二次電池が作製される。
5. Nonaqueous Electrolyte Secondary Battery Next, the electrode body in which the positive electrode
なお、電解質としては、上述した六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)以外に、過塩素酸リチウム(LiClO4)、ホウフッ化リチウム(LiBF4)、六フッ化珪酸リチウム(LiAsF6)、トリフルオロメチルスルホン酸リチウム(LiCF3SO3)、ビストリフルオロメチルスルホニルイミドリチウム(LiN(CF3SO2)2)などのリチウム塩を用いるようにしてもよい。また、有機溶媒に対する溶解量としては、1モル/リットルに限らず、0.5〜2.0モル/リットルとするのが好ましい。 As the electrolyte, in addition to the above-described lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium perchlorate (LiClO 4 ), lithium borofluoride (LiBF 4 ), lithium hexafluorosilicate (LiAsF 6 ), trifluoro A lithium salt such as lithium methyl sulfonate (LiCF 3 SO 3 ) or lithium bistrifluoromethylsulfonylimide (LiN (CF 3 SO 2 ) 2 ) may be used. In addition, the amount dissolved in the organic solvent is not limited to 1 mol / liter, but is preferably 0.5 to 2.0 mol / liter.
上述したように、本発明の円筒形電池においては、極板から均一に集電できる集電構造となるようになされているので、内部抵抗の低減した円筒形電池を得ることが可能となるとともに、セパレータに熱的影響を及ぼしたりあるいは短絡が生じることがない円筒形電池を製造方法することが可能となる。 As described above, the cylindrical battery according to the present invention has a current collecting structure capable of collecting current uniformly from the electrode plate, so that a cylindrical battery with reduced internal resistance can be obtained. It is possible to manufacture a cylindrical battery that does not affect the separator thermally or cause a short circuit.
なお、上述した実施の形態においては、レーザ光を照射して渦巻状電極群の両端部に正極集電体と負極集電体を溶接する例について説明したが、レーザ光に代えて、本発明のように電子線や他のエネルギー線を照射して溶接するようにしてもよいことは明らかである。また、上述した実施の形態においては、本発明を非水電解液二次電池に適用する例について説明したが、本発明の円筒形電池は、非水電解液二次電池に限らず、一方の端部に正極芯体露出部が形成され、他方の端部に負極芯体露出部が形成された渦巻状電極群が円筒形外装缶内に収容された電池であれば、ニッケル−水素蓄電池、ニッケル−カドミウム蓄電池などのアルカリ蓄電池やその他の蓄電池に適用できることは明らかである。 In the embodiment described above, an example has been described in which the welding of the positive electrode current collector and the anode current collector at both ends of the spiral electrode group is irradiated with a laser beam, instead of the laser beam, the present invention It is obvious that the welding may be performed by irradiating an electron beam or other energy rays. In the above-described embodiment, the example in which the present invention is applied to a non-aqueous electrolyte secondary battery has been described. However, the cylindrical battery of the present invention is not limited to a non-aqueous electrolyte secondary battery. is positive electrode substrate exposed portion at the end portion is formed, if the battery negative electrode substrate exposed portion is formed a spiral electrode group is accommodated in a cylindrical outer can at the other end, nickel - hydrogen storage battery, It is clear that the present invention can be applied to alkaline storage batteries such as nickel-cadmium storage batteries and other storage batteries.
10…渦巻状電極群、11…正極板、11a…正極芯体、11b…正極合剤層、11c…正極芯体露出部、12…負極板、12a…負極芯体、12b…負極合剤層、12c…負極芯体露出部、13…セパレータ、14…正極集電体、14a…本体部、14b…中心開口、14c…溝、14d…注液孔、14e…正極リード
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記正極集電体および前記負極集電体の少なくとも一方は中心開口と当該中心開口から放射状に形成された溝部とを備えており、
前記溝部の幅方向に少なくとも2列以上の当該溝部の長さ方向に沿ったエネルギー線の照射により当該溝部と前記芯体露出部との接触部で前記エネルギー線の照射位置に溶接部が形成されており、
前記溶接部は前記溝部の幅方向に少なくとも2列以上で当該溝部の長さ方向に沿って不連続な溶接部列となるように形成されているとともに、
前記溶接部列の1列目に形成された不連続な各溶接部の間で当該第1列目とは前記溝部の幅方向に異なる位置に2列目以降に形成された不連続な各溶接部が形成されていることを特徴とする円筒形電池。 A positive electrode current collector is welded to the end surface of the spiral positive electrode core exposed portion located at one end portion in the winding axis direction of the spiral electrode group, and is positioned at the other end portion in the winding axis direction of the spiral electrode group. A cylindrical battery comprising an electrode body in which a negative electrode current collector is welded to an end face of a spiral negative electrode core exposed portion in a cylindrical outer can,
At least one of the positive electrode current collector and the negative electrode current collector includes a center opening and a groove formed radially from the center opening,
By irradiating energy beams along the length direction of at least two rows of the groove portions in the width direction of the groove portions, weld portions are formed at the irradiation positions of the energy rays at the contact portions between the groove portions and the core body exposed portions. And
The welded portion is formed so as to be a discontinuous welded portion row along the length direction of the groove portion in at least two rows or more in the width direction of the groove portion,
Discontinuous welds formed in the second and subsequent rows at different positions in the width direction of the groove between the discontinuous welds formed in the first row of the weld row. A cylindrical battery in which a portion is formed.
電体を溶接するとともに、前記渦巻状電極群の巻軸方向の他方端部に位置する渦巻状の負極芯体露出部の端面に負極集電体を溶接した電極体を円筒形外装缶内に収容して形成する円筒形電池の製造方法であって、
前記正極集電体および前記負極集電体の少なくとも一方は中心開口と当該中心開口から放射状に形成された溝部とを備えており、
前記溝部の長さ方向に沿った列に並ぶ不連続な溶接部が形成されるように前記溝部の長さ方向に沿って第1列目のエネルギー線を照射する第1列目エネルギー線照射工程と、
第2列目以降のエネルギー線の照射により形成された前記溝部の長さ方向に沿った列に並ぶ不連続な溶接部が前記第1列目のエネルギー線の照射により形成された前記溝部の長さ方向に沿った列に並ぶ不連続な溶接部の間に形成されるように前記第1列目とは前記溝部の幅方向に異なる位置に第2列目以降のエネルギー線を照射する第2列目以降エネルギー線照射工程とを備えたことを特徴とする円筒形電池の製造方法。 A positive electrode current collector is welded to the end face of the spiral positive electrode core exposed portion located at one end portion in the winding axis direction of the spiral electrode group, and is positioned at the other end portion in the winding axis direction of the spiral electrode group A cylindrical battery manufacturing method for forming an electrode body in which a negative electrode current collector is welded to an end face of a spiral negative electrode core exposed portion in a cylindrical outer can,
At least one of the positive electrode current collector and the negative electrode current collector includes a center opening and a groove formed radially from the center opening,
A first-row energy beam irradiation step of irradiating a first-row energy beam along the length direction of the groove portion so as to form discontinuous welds arranged in a row along the length direction of the groove portion. When,
The length of the groove formed by the irradiation of the second row and subsequent energy ray irradiation discontinuous welds the first column of the energy beam arranged in rows along the length of the formed said groove by the A second irradiation of the second row and subsequent energy rays is performed at a position different from the first row in the width direction of the groove so as to be formed between discontinuous welds arranged in rows along the vertical direction . A method for producing a cylindrical battery, comprising: an energy beam irradiation step after the row.
6. The method for manufacturing a cylindrical battery according to claim 5, wherein the energy beam is a laser beam.
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