JPH113690A

JPH113690A - 電池及びその製造方法

Info

Publication number: JPH113690A
Application number: JP9154770A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Suzuki; 宏鈴木; Sakae Sadakuni; 栄定国
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1997-06-12
Filing date: 1997-06-12
Publication date: 1999-01-06

Abstract

(57)【要約】【課題】角形・薄形の電池において、封口工程に至るま
での電池内構造上のロスや組立工程上のロスを削減し、
組立信頼性及び電気的性能に優れた電池を提供する。【解決手段】矩形状もしくは円弧を直線で結んだ長円状
の開口部を有する有底矩形筒状もしくは長円筒状の電池
ケースと、前記電池ケース内に収納された正極板、負極
板及びこれらを隔離するセパレーターを主構成とする電
極群と、前記電池ケース内に収納された電解液と、前記
電池ケースの開口部から挿入された封口構造体を具備し
た電池であって、正極板、負極板及びこれらを隔離する
セパレーターを主構成とする電極群から上方に突出した
電極子を封口構造体下部に突出した雌型電極端子に嵌着
することによって電気的導通を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、横断面が矩形状も
しくは長円状の電池における、電極群と封口構造体との
電気的導通の信頼性の向上と電気容量増大を計るための
電池構造とその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年の電子機器のコードレス化・小型軽
量化の進展と共に、小型・高容量密度でかつ信頼性の高
い密閉電池が要望されるようになってきた。特に、機器
に組み込まれて長時間使用される電池、例えば密閉形の
ニッケル・カドミウム電池やニッケル水素蓄電池、及び
リチウムを負極活物質とする各種の一次電池や二次電池
において、機器への収納性が良い小型の角形或いは薄形
電池に対する要求が強まり、開発が進められている。

【０００３】上述した角形電池・薄形電池では、その封
口方法として、金属ケースと封口構造体とを溶接により
密閉する方法と、金属ケースの開口部に絶縁ガスケット
を介して封口構造体を配置し、ケース開口端を内方にカ
ールさせて封口する方法とが知られている。

【０００４】これらいずれの封口方法においても、封口
構造体には電極群から取り出された少なくとも正負極何
れか一方の電極子と電気的導通を果たすための端子が設
けられている。

【０００５】そして封口構造体の端子と電気的に導通さ
せない電極については、その電極から取り出される電極
子と電池ケースとを電気的に導通させる構造となってい
る。

【０００６】これら電極子と封口構造体の端子及び電池
ケースとの接続には、電気抵抗を極力抑えることが電池
の充放電特性を安定させる上で必要不可欠となる。

【０００７】このことから、それらの接続は溶接によっ
て行うのが一般的な方法である。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】近年、電池サイズの小
型化に伴い、その封口構造体の大きさも非常に小さくな
ってきている。また、電池内容積が極めて狭くなってき
ているので、高容量化の要求に応えるためには電池内部
の空間を少なく設計する技術が特に必要となっている。

【０００９】このような小型化・高容量化の設計に最も
必要な技術の一つは、極板群から取り出される電極子の
長さを必要最小限に短くすることである。従来の方法で
は、電池ケース及び封口構造体端子と溶接するために
は、加工時にある一定の空間を必要とするからである。
特に封口構造体と電極子とを溶接する作業を行うために
必要な空間や、極板群が電池ケースに収納され、電極子
が電池ケース外部の封口構造体とを繋げている隙間から
電解液を注液するための必要があるため、そのための空
間を設ける必要があり、封口構造体と電極子とを単に接
続するために必要な長さより大幅に長い電極子が必要と
なり、電池の内容積有効活用のためには大きな妨げとな
っていた。

【００１０】こうした電池加工工程の必要上長くさぜる
を得なかった電極子の余分な部分は封口時に電池ケース
内部へ折り畳んで収納するが、高容量化に伴う電池内空
間の縮小によって、電気容量の減少を余儀なくされ、電
池の内部短絡も防ぎきれない。

【００１１】また、電極子と電池ケース側との接続につ
いても、封口構造体挿入時の空間を確保した上に電極子
の溶接に必要な空間を確保すると、電池内空間を効率良
く利用することが出来ない。これに対して、電極子を電
極群の外側に設けて、電極群挿入時に電池ケースと接触
させることで電気的導通を得ようとする試みがなされて
いる。

【００１２】しかしながら、このような接触法による導
通は後に充放電に伴う極板群の体積変化によって接触圧
力が不安定となり易く、電気的導通が不安定になる欠点
があった。

【００１３】このように角形電池及び薄型電池の小型
化、高容量化に当たっては、電極子と封口構造体端子及
び電池ケースとの接続を、いかに電池内空間の有効活用
を阻害しない構成にし、かつ、抵抗の小さな方法で行え
るかが大きな課題となっている。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明では上記目的を達
成するために、矩形状もしくは円弧を直線で結んだ長円
状の開口部を有する有底矩形筒状もしくは長円筒状の電
池ケースと、前記電池ケース内に収納された正極板、負
極板及びこれらを隔離するセパレーターを主構成とする
電極群と、前記電池ケース内に収納された電解液と、前
記電池ケースの開口部から挿入された封口構造体を具備
した電池において、前述電極群から上方に突出した電極
子を封口構造体下部に突出した雌型電極端子に嵌着する
ことによって両者の電気的導通を得ることを特徴とする
ものである。

【００１５】これにより、電極子の不要な占有体積を無
くし、電池内空間を有効に活用でき高容量化を実現で
き、溶接が不要なので工程が簡略化され、内部短絡防止
の信頼性も高められる。

【００１６】また、その具体的な製造方法として、矩形
状もしくは円弧を直線で結んだ長円状の開口部を有する
有底矩形筒状もしくは長円筒状の電池ケースに正極板、
負極板及びこれらを隔離するセパレーターを主構成とす
る電極群を収納した後、前記電池ケース内に電解液を注
液し、前記電極群から上方に突出した電極子を封口構造
体下部に形成した雌型電極端子に嵌着させながら前記電
池ケースの開口部に封口構造体を挿入し、封口するもの
である。

【００１７】さらには、正極板、負極板及びこれらを隔
離するセパレーターを主構成とする電極群を形成した後
に電解液を収容した容器内に浸漬して電解液を含浸さ
せ、該電極群を容器から取り出して後、矩形状もしくは
円弧を直線で結んだ長円状の開口部を有する有底矩形筒
状もしくは長円筒状の電池ケースに収納し、さらに前記
電池ケース内に電解液を注液し、前記電極群から上方に
突出した電極子を封口構造体下部に形成した雌型電極端
子に嵌着しながら前記電池ケースの開口部に封口構造体
を挿入し、封口するものである。これにより、上記の課
題解決に加えて、電解液の極板群への浸透が十分に行わ
れ、充放電特性を向上させることが出来る。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明により、課題解決を確実な
ものとするためのより具体的な実施の形態の一つとし
て、電極群から上方に突出した電極子を平板状とし、か
つ、封口構造体下部に突出した雌型電極子クリップ状と
する方法がある。さらには、電極群から上方に突出した
電極子を針状とし、かつ、封口構造体下部に突出した雌
型電極子の先端を前記の電極群電極子の直径よりも小さ
い内径を有する筒状とし、かつ、その先端部を２分割以
上８分割以下に等間隔で分割した構成を採ることが出来
る。これらの方法により、電極群の電極子と雌型電極子
の接触状態をより強固で確実なものにする事が出来る。

【００１９】本発明の上記の構成及び構造方法によっ
て、少なくとも以下に記述する３つの効果が得られる。

【００２０】まず第一に、電極子と外部電極端子との接
続方法を嵌着方式とすることで、溶接方式のように、電
極子を不必要に長くしなくても電池を構成できる。

【００２１】先述のように、溶接方式の場合には注液、
封口前に封口構造体と接続処理を終える必要があるた
め、電極子は少なくとも先端部を電池ケースの外側に出
せる程度の長さを必要としていた。これに対して本発明
では、電極群側の電極子は電池を組み上げた状態で封口
構造体下部に設けた雌型電極子とある一定の差し込み代
が得られるだけの長さを有していれば良く、電池ケース
外部にまで伸ばす必要がない。

【００２２】これは、電極子の占める僅かな空間をも如
何に有効活用するかを子細に検討が必要な小型電池の設
計においては、ロス空間の削減として非常に効果的であ
る。その結果、先述の電池性能の向上、工程の簡略化、
品質の向上の効果以外に、電池の軽量化、材料コスト低
減といった付随効果も得られる。

【００２３】第二の効果としては、本発明では電極子の
接続のために溶接する必要がないため、従来の組立工程
よりも少ない工数で品質の安定した電池を作成できる。
即ち本発明では、差し込みにより嵌着させる方式で電気
的導通を果たす方法を採ることにより、封口構造体を電
池ケースに挿入する工程と同時に接続工程も行うことが
出来る。

【００２４】ここで電極子と封口構造体側端子との電気
的導通は接触方式であるが、雌型電極子の持つ機械的強
度に応じた嵌着により十分な接触圧を電極群側電極子に
確実に加えることが出来るため、その接触抵抗は極めて
安定かつ小さくできる。

【００２５】即ち、従来の溶接方式では、幅が１〜数ミ
リ程度、厚みが０．１〜０．４ミリ程度という非常に小
さな電極子を電池ケースや封口構造体底部に溶接するた
めに、非常に弱い条件で溶接する必要があり、溶接の安
定性、接続状態の確実性の面で信頼性が低く、工程不良
が発生し易すかったが、この問題を本発明により解決で
きる。更に、従来の方式においては、作業上の事由で電
極子を長くせざるを得なかったために電極子が他極に接
触するといった不良が発生し易かったが、本発明によ
り、電極子を必要最小限の長さに出来るため、この問題
も同時に解消することが出来る。

【００２６】第三の効果としては、本発明では電極子の
接続に溶接処理を必要としないことから、十分な時間を
要して電解液を電極群に含浸させることが必要な場合
は、電池ケース外の電解液糟中に浸漬して予め電解液を
十分に含浸させた極板群を電池ケースに収納する工法を
採ることも出来るので作業時間が短縮できる。

【００２７】従来は、電極子の溶接処理を終えてから電
解液を収納した後に封口処理をするか、封口処理まで施
してから封口構造体に設けた微細な注液孔から電解液を
収納した後に注液孔を封止していた。しかしながら、い
ずれの方法においても電極群に電解液が均一に浸透させ
るには長い時間を必要としていた。

【００２８】これを短縮する方法として注液後に真空含
浸法や遠心含浸法等、様々な方法が試みられているが、
いずれも工数が増えるので生産効率に問題がある。

【００２９】これに対して本発明では、上記のように、
効率良く電池を組み上げられるほか、電解液が電極群内
部にまで均一に行き渡らせることが出来、優れた充放電
特性を得ることが出来る。

【００３０】

【実施例】先ず、本発明の各実施例を説明する前に、各
実施例に共通した実施内容を説明する。

【００３１】本発明の各実施例ではＬｉＣｏＯ₂を正極
活物質とするリチウムイオン二次電池系の角形の薄形電
池を作成した。電池寸法は幅４０ｍｍ、電池厚み８ｍ
ｍ、電池高さ４８ｍｍとした。

【００３２】正極はＬｉ₂Ｃｏ₃とＣｏ₃Ｏ₄とを混合し、
９００℃で１０時間焼成して合成したＬｉＣｏＯ₂の粉
末１００重量部に、アセチレンブラック３重量部、フッ
素樹脂系結着剤７重量部を混合させ、カルボキシメチル
セルロース水溶液に懸濁させてペースト状にした。この
ペーストを厚さ２０μｍのアルミニウム箔の両面に塗布
し、乾燥後に圧延処理を施して厚さ約１８０μｍの正極
板とした。

【００３３】負極は球状黒鉛１００重量部にスチレン／
ブタジエンゴム５重量部を混合し、カルボキシメチルセ
ルロース水溶液に懸濁させてペースト状にした。そして
このペーストを厚さ１５μｍの銅箔の両面に塗布し、乾
燥後圧延して厚さ約１６０μｍの負極板とした。

【００３４】続いて、前記正、負極板の一端に電極子を
溶接した後、これら正、負極板間にポリエチレン製多孔
質フィルムを介しながら反物状に折り返し、薄形の極板
群を構成した。これら極板群を鉄にニッケルメッキを施
した電池ケースに収納し、続いて電解液を注液してか
ら、封口した。

【００３５】電解液はエチレンカーボネイト（ＥＣ）と
ヂエチルカーボネイト（ＤＥＣ）とプロピオン酸メチル
（ＭＰ）とを３０：５０：２０の体積比で混合した溶媒
に１モルのＬｉＰＦ６を溶解したものを用いた。

【００３６】（実施例１）実施例１の角形電池の構成を
図１に示す。

【００３７】図中（１Ａ）は矩形状の開口部を有する角
形の電池ケースで、これに併せて封口構造体（３Ａ）を
構成する蓋板（３１Ａ）も角形形状とした。電池ケース
（１Ａ）と蓋板（３１Ａ）との封口は溶接により行っ
た。

【００３８】封口構造体（３Ａ）の断面を図２に示す。
封口構造体（３Ａ）の中央部には正極端子（３２）が蓋
板（３１Ａ）の中央に設けられ、蓋板（３１Ａ）とはガ
スケット（３４）によって絶縁されている。

【００３９】端子（３２）及び蓋板（３１Ａ）の下部に
は、それぞれ雌型電極子（３３Ａ−１）（３３Ａ−２）
が、それぞれ平板状の正極電極子（２１Ａ）及び負極電
極子（２２Ａ）と対峙する位置に設けられている。これ
ら雌型電極子（３３Ａ−１、２）はクリップ構造を有
し、封口構造体（３Ａ）を電池ケース（１Ａ）に挿入す
る時に各々の電極子（２１Ａ、２１Ｂ）を確実に捉えら
れるよう先端にテーパーが設けられている。

【００４０】（実施例２）実施例２の薄形電池の構成を
図３に示す。

【００４１】図中（１Ｂ）は円弧を直線で結んだ長円状
の開口部を持つ薄形の電池ケースで、これに併せて封口
構造体（３Ｂ）を構成する蓋板（３１Ｂ）も長円状とし
た。

【００４２】本実施例では、開口部下部に溝加工を施し
た後に、溝の上にガスケット（４）を介して封口構造体
を乗せ、ケース開口部を内方にカールさせて封口するク
リンプ封口方式を用いている。

【００４３】封口構造体の中央部には正極端子（３２）
が蓋板（３１Ｂ）の中央に設けられ、その下部には雌型
電極子（３３Ｂ）が正極電極子（２１Ｂ）と対峙する位
置に設けられている。

【００４４】負極電極子（２２Ｂ）については、従来と
同様に溝下部に設けられた補強板（５）の上に溶接によ
って接続されている。

【００４５】本実施例では雌型電極子（３３Ｂ）は筒状
構造を有し、その先端は４分割の切り欠きが設けられて
いる。筒先端の内側は、正極電解子（２１Ｂ）が挿入し
やすいように面取り加工を施している。正極電極子（２
１Ｂ）は、実施例３で用いた平板状電極子と同じ断面積
を持つ円柱状電極子を用いており、正極板に溶接接続す
る部分のみプレス処理によって平板状に加工を施した。

【００４６】これら正極電極子（２１Ｂ）の外径と円筒
状の雌型電極子（３３Ｂ）の内径との間には、挿入性と
接触抵抗安定化のバランスを検討し、約０．１ｍｍ雌型
電極子（３３Ｂ）の内径を大きくした。

【００４７】（比較例１）比較例１の薄形電池の構成を
図４に示す。

【００４８】図中（１）は円弧を直線で結んだ長円状の
開口部を持つ薄形の電池ケースで、これに併せて封口構
造体（３）を構成する蓋板（３１）も長円状とした。

【００４９】本比較例は、実施例２と同様に、電池ケー
ス（１）の開口部下部に溝加工を施し、溝の上にガスケ
ット（４）を介して封口構造体（３）を乗せ、電池ケー
ス（１）の開口部を内方にカールさせて封口するクリン
プ封口方式を用いている。

【００５０】封口構造体の中央部には正極となる端子
（３２）が蓋板（３１）の中央に設けられているところ
までは実施例２と同じであるが、その下部は正極電極子
（２１）を溶接によって接続されている。

【００５１】負極電極子（２２）は、補強板（５）上に
溶接によって接続されている。これらの実施例１、２、
及び比較例を各々１０００個製造した。そのときの工程
不良率及び充電後の電池内部抵抗値を（表１）に示す。

【００５２】

【表１】

【００５３】この結果から明らかなように、比較例にお
いて発生している正極側の電極子の電池ケースや負極へ
の接触に起因するリーク不良が、本発明を用いた実施例
１及び２では発生していない。

【００５４】また、正、負極の電極子を溶接する際に発
生した不良が全くない実施例１では、全工程の不良率が
従来の１／３以下、負極側電極子の接続が従来通り溶接
処理である実施例２でも約半分となっている。

【００５５】一方、電気的導通が溶接から接触へと替わ
ったことによる内部抵抗への影響を見ると、僅かに平均
値が上昇しただけで、ばらつき幅も変わらず、充放電特
性への影響は見られなかった。

【００５６】（実施例３）極板群を構成直後から電解液
を満たした槽に含浸させた後、実施例１と同様の角形ケ
ース及び封口構造体を用いて電池を作成した。

【００５７】但し、電池ケースに極板群を収納した後に
加える電解液量は、総重量が実施例１と同じ重量となる
分だけとした。このようにして１０００個の電池を作成
した。

【００５８】これら実施例３の電池と、従来の構造・工
法による比較例１の電池について、組立直後に充放電処
理した際の放電容量の結果を（表２）に示す。

【００５９】充電処理は、設計容量８５０ｍＡｈの０．
７Ｃに相当する５９５ｍＡにて定電流定電圧充電を２時
間充電を行った。カット電圧は４．１Ｖとした。

【００６０】放電条件は、設計容量の０．２Ｃに相当す
る１７０ｍＡにて行った。充放電とも２０℃に維持され
た測定環境にて行った。

【００６１】

【表２】

【００６２】表２からわかるように、電極群をあらかじ
め電解液中に含浸させた実施例３の電池は、従来の組立
方法による比較例１と比べて充放電特性が非常に安定し
ている。これは組立直後から電解液が極板間に十分馴染
んでいることによるものである。

【００６３】以上の実施例では負極材料に炭素を用い、
正極材料にコバルト酸リチウムを用いたリチウムイオン
二次電池について検討したが、本発明はこれに限定する
ものではなく、炭素以外に金属リチウムの他、金属酸化
物等の充放電でリチウムを吸蔵放出する材料を用いた、
いわゆるリチウムを活物質とする負極と、コバルト酸リ
チウム以外にマンガン酸リチウムやニッケル酸リチウム
等の他の活物質を用いた正極を用いた非水電解液電池系
の角形ないし薄型の二次電池の総てに適用した場合に同
様の効果が得られる。

【００６４】更に、本発明は上記の非水電解液電池以外
にも、例えば、負極にリチウム、正極に二酸化マンガ
ン、フッ化黒鉛等を用いた各種の非水電解液一次電池及
びアルカリ電解液を用いるアルカリマンガン電池等の各
種の一次電池、ニッケル水素蓄電池やニッケルカドミウ
ム蓄電池等の二次電池等を含め、他の全ての電池系の角
形ないしは薄型電池に適用できる。

【００６５】

【発明の効果】以上のように、本発明による構成及び製
造方法を用いることにより、電極群から引き出す電極子
を電池の構造上必要な最低限の長さに設計することが可
能となる。その結果、従来の構成で問題となっている余
分な電極子が占める空間を有効活用出来て高容量化出来
る上に、電極子が他極に接触するといった不良を解消す
ることが出来る。さらには、電極子の溶接工程を無くす
ことにより、工程不良と組立工数が大幅に改善すること
が出来る。

【００６６】また、組立工程における電極群の取り扱い
に自由度が得られ、従来では困難であった電池ケース外
での電解液含浸が可能となり、これによって優れた充放
電特性がもたらされるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による角形・薄形電池の溶接封口方式に
よる構成を示す一部切り欠き斜視図

【図２】本発明による溶接封口用封口構造体の断面図

【図３】本発明による角形・薄形電池のクリンプ封口方
式による構成を示す一部切り欠き斜視図

【図４】従来の角形・薄形電池の構成を示す一部切り欠
き斜視図

【符号の説明】

１、１Ａ、１Ｂ電池ケース２電極群２１、２１Ａ、２１Ｂ正極電極子２２、２２Ａ、２２Ｂ負極電極子３、３Ａ、３Ｂ封口構造体３１、３１Ａ、３１Ｂ蓋板３２端子３３Ａ−１，２、３３Ｂ雌型電極子３４ガスケット４ガスケット５補強板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】矩形状もしくは円弧を直線で結んだ長円状
の開口部を有する有底矩形筒状もしくは長円筒状の電池
ケースと、前記電池ケース内に収納された正極板、負極
板及びこれらを隔離するセパレーターを主構成とする電
極群と、前記電池ケース内に収納された電解液と、前記
電池ケースの開口部から挿入された封口構造体を具備し
た電池であって、前記電極群から上方に突出した電極子
と封口構造体下部に突出した雌型電極端子とを嵌着させ
ることによって両者を電気的に導通させることを特徴と
する電池。
【請求項２】矩形状もしくは円弧を直線で結んだ長円状
の開口部を有する有底矩形筒状もしくは長円筒状の電池
ケースに正極板、負極板及びこれらを隔離するセパレー
ターを主構成とする電極群を収納した後、前記電池ケー
ス内に電解液を収納し、前記電極群から上方に突出した
電極子を封口構造体下部に形成した雌型電極端子に嵌着
させながら前記電池ケースの開口部に封口構造体を挿入
して後、封口することを特徴とする電池の製造方法。
【請求項３】電極群から上方に突出した電極子が平板状
で、かつ、封口構造体下部に突出した雌型電極子がクリ
ップ状である請求項１記載の二次電池。
【請求項４】電極群から上方に突出した電極子が針状
で、かつ、封口構造体下部に突出した雌型電極子の先端
が前記針状電極子の直径よりも小さい内径を有する筒状
であり、かつ、その先端部が２分割以上８分割以下に等
間隔で分割されている請求項１記載の電池。
【請求項５】正極板、負極板及びこれらを隔離するセパ
レーターを主構成とする電極群を形成した後に電解液を
収容した容器内に浸漬して電解液を含浸させて後、前記
電極群を前記容器から取り出し、矩形状もしくは円弧を
直線で結んだ長円状の開口部を有する有底矩形筒状もし
くは長円筒状の電池ケースに収納し、前記電池ケース内
に電解液を注液し、前記電極群から上方に突出した電極
子を封口構造体下部に形成した雌型電極端子に嵌着させ
ながら前記電池ケースの開口部に封口構造体を挿入して
後、封口することを特徴とする電池の製造方法。