JP2002270148A

JP2002270148A - 円筒密閉型リチウム二次電池の製造方法及びリチウム二次電池

Info

Publication number: JP2002270148A
Application number: JP2001070693A
Authority: JP
Inventors: Mikio Oguma; 幹男小熊; Takahisa Toritsuka; 高久鳥塚
Original assignee: Shin Kobe Electric Machinery Co Ltd
Current assignee: Resonac Corp
Priority date: 2001-03-13
Filing date: 2001-03-13
Publication date: 2002-09-20

Abstract

(57)【要約】【課題】集電用タブ接合時の治具の損耗が極めて少な
く、自動的に集電用タブを集電板に集結させることがで
きるリチウム二次電池の製造方法を提供する。【解決手段】正極集電タブ２を捲芯５の外側に向かっ
て開いた状態で正極集電板１と正極リング１４との間に
挟み込み、正極集電板１と正極リング１４とを正極集電
タブ２を介して所定強度のレーザで接合する。正極集電
タブ２を開いた状態とするには圧縮空気を用いる。レー
ザを正極リング１４の正極集電タブ２に当接する面と反
対側の裏面までは溶融させない強度とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はリチウム二次電池及
び円筒密閉型リチウム二次電池の製造方法に係り、特
に、端部から多数の集電用タブが導出された電極を中空
状の捲芯の周りに捲回した捲回群を具備する円筒密閉型
リチウム二次電池及び該円筒密閉型リチウム二次電池の
製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、小型の円筒密閉型リチウム二次電
池においては、図７に示すように、正極板１０にセパレ
ータ１２を介して対向・捲回される負極板１１の基材箔
の部分に、ニッケル製などの負極リード板１３を超音波
溶接等で接合し、折り曲げられた負極リード板１３の端
部を電池容器７の内底面に抵抗溶接等で接合して負極側
の集電構造としていた。

【０００３】しかし、近年、電気自動車など大容量の二
次電池を必要とする用途に対応すべく、大型の円筒密閉
型電池の開発が進められるようになってきた。このよう
な大型電池においては、上記負極集電構造では導体であ
る負極リード板１３の電流容量が小さいので、大電流の
充放電に耐えることができない、という問題点があっ
た。

【０００４】このため、新たな集電構造として、図８に
示すように、捲芯５を中心に正負極板をセパレータを介
して捲回して捲回群６を作製した後に、電極の基材端部
を加工して形成した多数の集電用の正極集電タブ２、負
極集電タブ４を束ねて、それぞれ円盤状の正極集電板
１、負極集電板３にレーザ溶接や抵抗溶接等により接合
する技術が開発された。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た新たな集電構造では、集電部をレーザ溶接により接合
すると、治具の集電用タブ側を支える面がレーザのエネ
ルギ強度に耐えられず損耗が激しく、高価な治具を短期
間で更新しなければならないので、リチウム二次電池の
生産コストを高める一因となっていた。

【０００６】また、このような構造では、薄い金属箔か
らなる多数の集電用タブを集電板に接合可能な形状に成
形（変形）することが極めて難しく、これまでは機械化
（自動化）することが困難であった。

【０００７】本発明は上記事案に鑑み、集電用タブ接合
時の治具の損耗が極めて少なく、自動的に集電用タブを
集電板に集結させることができるリチウム二次電池の製
造方法及びリチウム二次電池の集電構造を提供すること
を課題とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の第１の態様は、端部から多数の集電用タブ
が導出された電極を中空状の捲芯の周りに捲回した捲回
群を具備する円筒密閉型リチウム二次電池の製造方法で
あって、前記集電用タブを前記捲芯の外側に向かって開
いた状態で平板状の集電板とリング状の平板との間に挟
み込む挟入ステップと、前記集電板と前記平板とを前記
集電用タブを介して所定強度のレーザで接合する接合ス
テップとを含むことを特徴とする。

【０００９】本態様では、挟入ステップにおいて集電用
タブを捲芯の外側に向かって開いた状態で平板状の集電
板とリング状の平板との間に挟み込み、接合ステップに
おいて集電板と平板とを集電用タブを介して所定強度の
レーザで接合する。本態様によれば、集電用タブ接合時
のレーザのエネルギ強度を、集電体と集電用タブとが溶
融し、平板の集電用タブに当接する面と反対側の裏面ま
では溶融させない強度とすることで、平板の裏面に当接
して集電用タブを支える治具にレーザの強いエネルギが
到達しないので、治具の損耗を事実上なくすことができ
る。

【００１０】本態様において、集電用タブを捲芯の外側
に向かって開いた状態とするには、集電用タブを捲芯の
中心方向に寄せ集めてリング状の平板内に挿入した後、
捲芯の中空部に高圧の気体を供給しながら略平面を有す
る治具を集電板に近づけて気体を治具と平板との間から
排出することにより集電用タブを気体によってなぎ倒し
て捲芯の外側に向かって開かせるようにすればよい。こ
れにより、手作業を介することなく集電タブを集電板に
自動的に集結させることができる。また、平板の外径を
集電板の外径よりも大きく形成し、接合ステップの後
に、集電板の外径より大きく平板の外径より小さい円筒
状のカッタを集電板側から押圧することにより集電用タ
ブの端部を切除するようにすれば、集電板端部からはみ
出す余分の集電タブの部分がなくなるので、リチウム二
次電池の内部短絡の一因を排除することができると共
に、集電用タブの端部切除の際にカッタの刃先は平板に
当接し、集電用タブを支える治具の面には当接しないの
で、治具に損傷を与えることはない。

【００１１】また、本発明の第２の態様は、端部から多
数の集電用タブが導出された電極を中空状の捲芯の周り
に捲回した捲回群を具備する円筒密閉型リチウム二次電
池において、前記集電用タブを平板状の集電板とリング
状の平板との間に挟み、前記集電板と前記平板とを前記
集電用タブを介して接合した集電構造を有することを特
徴とする。このような集電構造を有する円筒密閉型リチ
ウム二次電池は、本発明の第１の態様により構成するこ
とができる。このとき、平板は、リングを複数に分割し
たセクタ状の部材としてもよい。

【００１２】第２の態様において、集電板の平板に対向
する側の外周部の肉厚を薄肉化すれば、集電用タブを介
して接合した集電体及び平板間の厚さを薄くすることが
でき、集電体を捲回群側に接近させて配置することがで
きるので、円筒密閉型リチウム二次電池の体積効率を向
上させることができる。また、集電板の中央部に捲芯に
挿嵌可能なスリーブを形成すれば、集電板と平板とを集
電タブを介して接合した後にスリーブを捲芯に挿嵌して
集電板を捲回群に接近させて安定配置することができる
ので、円筒密閉型リチウム二次電池の体積効率を向上さ
せることができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明が適
用可能なリチウムイオン電池の実施の形態について説明
する。

【００１４】（構成）図１に示すように、本実施形態の
リチウムイオン電池３０は、後述する捲回群６が導電性
の有底電池容器７の中央部に収容されている。電池容器
７は、厚さ０．５ｍｍのＳＰＣＣ（冷間圧延鋼鈑）を深
絞り加工で有底円筒状に成形した後、内面を含めてニッ
ケルの電気メッキを施したものである。捲回群６の外径
は３８ｍｍであり、電池容器７の外径は４０ｍｍ、リチ
ウムイオン電池３０の高さは電池容器７の外径の４倍で
ある。

【００１５】捲回群６に捲回された正極板からは、正極
板の基材となる厚さ２０μｍのアルミニウム箔を切り欠
いて作製された多数の正極集電タブ２が電池容器７の上
方側へ導出されている。これら正極集電タブ２の端部は
正極集電板１の外周部と平板リング状の正極リング１４
との間に挟まれており、正極集電板１と正極リング１４
とは正極集電タブ２を介してレーザ溶接により接合され
ている。正極集電板１は、厚さ１ｍｍのアルミニウム合
金Ａ３００３の板材から形成され、その中央部にプレス
による深絞り加工で円筒状のスリーブ１ａが形成されて
いる。正極集電板１は、スリーブ１ａが捲回群６の捲回
中心となる中空円筒状でポリプロピレン（ＰＰ）製の捲
芯５の中空部に外径が挿嵌されることで、捲芯５に固定
されている。また、正極集電板１の外周部の捲回群６側
には０．５ｍｍの段差が形成されている。すなわち、正
極集電板１は、正極リング１４に対向する側の外周部の
肉厚が０．５ｍｍ薄肉化されている。正極リング１４
は、厚さ０．５ｍｍのアルミニウム合金Ａ３００３の板
材から打ち抜き加工で形成されている。

【００１６】正極集電板１は略Ｕ字状の正極リード板の
一端側に接合されており、正極リード板の他端側は封口
電池蓋群９の内側に配置された皿状の上蓋ケース下面に
接合されている。封口電池蓋群９は、この上蓋ケース、
電池内圧が所定圧となると開裂して内圧を外部に開放す
る安全弁８、安全弁８を挟んで周縁部を上蓋ケースの周
縁部でカシメられ正極外部端子として電池外部へ露出さ
れる導電性の上蓋キャップ及び上蓋ケースの皿底部外面
周縁に配置され安全弁８を押さえるリング状の弁押さえ
で一体に構成されている。なお、上蓋キャップの凸部
（正極外部端子）が立設された側面には、電池内圧を外
部に開放するための数個の開放孔が形成されている。

【００１７】一方、捲回群６に捲回された負極板から
は、負極板の基材となる厚さ１０μｍの圧延銅箔を切り
欠いて作製された多数の負極集電タブ４が電池容器７の
底側へ導出されている。これら負極集電タブ４の端部は
負極集電板３の外周部と平板リング状の負極リング１５
との間に挟まれており、正極の場合と同様に、負極集電
板３と負極リング１５とは負極集電タブ４を介してレー
ザ溶接により接合されている。負極集電板３は、厚さ１
ｍｍの無酸素銅Ｃ１０２０の板材からプレスによる切り
曲げ加工で、放熱フィンとして機能する一対の舌状突起
が対向するように上方に立設されており、舌状突起がプ
レスにより抜かれた箇所に捲芯５の中空部に連通する連
通穴が形成されている。また、負極集電板３は、負極リ
ング１５に対向する側の外周部の肉厚が０．５ｍｍ薄肉
化されている。更に、負極集電板３の中心部で舌状突起
が立設された面の背面側には、凸設形状のプロジェクシ
ョンが形成されている。舌状突起は捲芯５の中空部に挿
入されており、プロジェクションは電池容器７の底面に
抵抗溶接で接合されている。なお、捲芯５の下端は負極
集電板３の平板部に連通穴を跨ぐように当接固定されて
いる。負極リング１５は、厚さ０．５ｍｍの無酸素銅Ｃ
１０２０の板材から抜き打ち加工で形成されている。

【００１８】封口電池蓋群９は、電気的絶縁性及び耐熱
性を有する絶縁部材を介して電池容器７の上部でカシメ
固定され、リチウムイオン電池３０の内部は密封されて
いる。また、リチウムイオン電池３０には、電池容器７
内にエチレンカーボネート、ジメチルカーボネート及ジ
エチルカーボネートの混合溶媒に６フッ化リン酸リチウ
ム（ＬｉＰＦ_６）を加えた図示しない非水電解液が所定
量注入されており、捲回群６はこの図示しない非水電解
液に浸潤されている。

【００１９】（製造方法）次に、リチウムイオン電池３
０の製造方法について正極側の集電構造を中心に説明す
る。

【００２０】図２に示すように、まず、捲回群６を、捲
芯５を捲回中心として正極板と負極板とをポリエチレン
製セパレータを介して断面渦巻状に捲回して作製した。
捲回群６の端面からは正極集電タブ２と負極集電タブ４
がそれぞれ上下方向に突き出ている。正極板は、アルミ
ニウム箔の両面にマンガン酸リチウム等の正極活物質、
黒鉛等の導電剤及びポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）
等の結着剤を含む正極合剤を実質的に均等に塗布した
後、アルミニウム箔の一側の正極合剤未塗布部を矩形状
に切り欠くことにより正極集電タブ２を形成した。一
方、負極板は、銅箔の両面に非晶質炭素等の負極活物質
及びＰＶＤＦ等の結着剤を含む負極合剤を実質的に均等
に塗布した後、銅箔の一側の負極合剤未塗布部を矩形状
に切り欠くことにより負極集電タブ４を形成した。

【００２１】図３に示すように、少なくとも３個以上の
複数に分割された治具１６で正極集電タブ２を捲芯５の
中心方向（矢印Ａ方向）に寄せ集めながら、正極リング
１４を上方（矢印Ｂ方向）から挿入し、治具１６上に載
置した。次いで、図４に示すように、捲芯５の中空部下
端にノズル１８の先端部を挿入し、ここから圧縮空気を
上方（矢印Ｃ方向）に送り込みながら、上部側（矢印Ｃ
とは反対方向）から略平面を有し正極集電タブ２を捲芯
５の外側に向かって開かせるための開き治具１７を下降
させた。圧縮空気は、治具１７と治具１６（正極リング
１４）との間から外周方向へと排出されるので、このと
き正極集電タブ２は全て自動的に外周方向へなぎ倒され
る。ここで圧縮空気の供給を停止し治具１７を上昇させ
ると、正極集電タブ２は多少スプリングバックによって
立ち上がるが、正極集電板１を上方から下降させて載置
するだけで正極集電板１のスリーブ１ａを捲芯５に挿入
できる程度まで倒れ込むので、手作業による正極集電タ
ブ２の変形などを経ずに自動的に正極集電板１を挿入す
ることができる。

【００２２】このようにして正極集電板１を載置した
後、図５に示すように、治具２０で正極集電板１の外周
端部を上方から押圧し、レーザ２１を照射して正極集電
板１と正極集電タブ２と正極リング１４とを溶接した。
このとき、レーザ２１のエネルギ強度を、正極リング１
４の厚さの約３分の１乃至３分の２程度の深さまで溶融
するように設定したので、治具１６が損傷を受けること
はない。これに対し、図８に示した従来の集電構造で
は、正極集電板１と正極集電タブ２との溶接は可能であ
るが、正極リングが存在しないため、治具１６の損傷が
大きい。

【００２３】このようにして溶接した後、図６に示すよ
うに、治具２１に取り付けられた円筒状カッタ２２によ
り、正極集電板１の外周にはみだした余分のタブを切除
した。この際、正極リング１４の外径は、正極集電板１
の外径より大きく作られており、カッタ２２の径は、正
極リング１４よりは小さく、正極集電板１よりは大きく
作られているので、正極集電タブ２はカッタ２２と正極
リング１４とに挟まれて切断される。このような寸法関
係を持たせることにより、治具１６は切除によって全く
損傷を受けない。

【００２４】以上は正極側の集電構造の製造方法である
が、負極側の集電構造も同様の製造方法で作製すること
ができる。また、集電構造以外のリチウムイオン電池３
０の製造方法は通常知られている製造方法を用いること
ができる。

【００２５】本実施形態では、圧縮空気により正極集電
タブ２を全て外周方向へなぎ倒す製造工程を導入したの
で、手作業を介することなく正極集電タブ２を変形させ
ることができ、自動的に正極集電板１を挿入することが
できるので、集電構造の製造工程を全て機械化すること
が可能となる。また、治具１６にはレーザ２１のエネル
ギが到達しないので、治具１６の損耗を極端に減少させ
ることができる。このため、リチウムイオン電池３０の
製造コストを大幅に低減することが可能となる。

【００２６】また、本実施形態では、正極集電板１の中
央部に捲芯５内に挿嵌可能な円筒状のスリーブ１ａを形
成したので、溶接時には正極集電板１を若干浮かせた状
態で治具１６を挿入し、溶接後に正極集電板１を捲芯５
に突き当たるまで押し込むことにより、捲回群６と正極
集電板１との間の空間を最小限とすることができるの
で、リチウムイオン電池３０の体積効率を向上させるこ
とができる。更に、本実施形態では、正極集電板１及び
負極集電板３の正極リング１４及び負極リング１５に対
向する側の外周部に０．５ｍｍの段差を形成したので、
集電性を損なうことなく、正極集電板１及び負極集電板
３を捲回群６側に近づけることができ、同じくリチウム
イオン電池３０の体積効率を向上させることができる。

【００２７】以上の集電構造と製造方法とにより、リチ
ウムイオン電池３０を１０，０００個生産したが、治具
１６の損耗は事実上なく、平板状リングを用いない従来
の構造では治具１６がおよそ３００個の生産で使用に耐
えなくなるのに比べ、治具の寿命が少なくとも３０倍以
上になることが確認された。

【００２８】なお、本実施形態では、圧縮空気を捲芯５
の下端側から供給したが、下端側を封じ上端側からノズ
ルを捲芯５内に挿入するなどの方法によって上端側から
供給しても同様の効果が得られることはいうまでもな
い。

【００２９】また、本実施形態では、正極リング１４に
リング状の平板を用いた例を示したが、リング状の平板
を複数に分割したセクタ状の複数部材を用いるようにし
てもよい。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
集電用タブを捲芯の外側に向かって開いた状態で平板状
の集電板とリング状の平板との間に挟み込み、集電板と
平板とを集電用タブを介して所定強度のレーザで接合
し、集電用タブ接合時のレーザのエネルギ強度を、集電
体と集電用タブとが溶融し、平板の集電用タブに当接す
る面と反対側の裏面までは溶融させない強度とすること
で、平板の裏面に当接して集電用タブを支える治具にレ
ーザの強いエネルギが到達しないので、治具の損耗を事
実上なくすことができる、という効果を得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用可能な実施の形態のリチウムイオ
ン電池の断面図である。

【図２】実施の形態のリチウムイオン電池の捲回群の捲
回終了時の断面図である。

【図３】正極側集電構造の製造方法その１を示す実施の
形態のリチウムイオン電池の捲回群の断面図である。

【図４】正極側集電構造の製造方法その２を示す実施の
形態のリチウムイオン電池の捲回群の断面図である。

【図５】正極側集電構造の製造方法その３を示す実施の
形態のリチウムイオン電池の捲回群の断面図である。

【図６】正極側集電構造の製造方法その４を示す実施の
形態のリチウムイオン電池の捲回群の断面図である。

【図７】従来の小型の円筒密閉型リチウム二次電池の断
面斜視図である。

【図８】従来の大型のリチウム二次電池の断面図であ
る。

【符号の説明】

１正極集電板（集電板）１ａスリーブ２正極集電タブ（集電用タブ）３負極集電板（集電板）４負極集電タブ（集電用タブ）５捲芯６捲回群１４正極リング（平板）１５負極リング（平板）２１レーザ２２カッタ３０リチウムイオン電池（円筒密閉型リチウム二次電
池）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】端部から多数の集電用タブが導出された
電極を中空状の捲芯の周りに捲回した捲回群を具備する
円筒密閉型リチウム二次電池の製造方法であって、前記
集電用タブを前記捲芯の外側に向かって開いた状態で平
板状の集電板とリング状の平板との間に挟み込む挟入ス
テップと、前記集電板と前記平板とを前記集電用タブを
介して所定強度のレーザで接合する接合ステップとを含
むことを特徴とする製造方法。
【請求項２】前記挟入ステップでは、前記集電用タブ
を前記捲芯の中心方向に寄せ集めて前記平板内に挿入し
た後、前記捲芯の中空部に高圧の気体を供給しながら略
平面を有する治具を集電板に近づけて前記気体を前記治
具と前記平板との間から排出することにより前記集電用
タブを前記捲芯の外側に向かって開かせることを特徴と
する請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】前記平板の外径は前記集電板の外径より
も大きく形成されており、前記接合ステップの後に、前
記集電板の外径より大きく前記平板の外径より小さい円
筒状のカッタを前記集電板側から押圧することにより前
記集電用タブの端部を切除する切除ステップを更に含む
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の製造方
法。
【請求項４】端部から多数の集電用タブが導出された
電極を中空状の捲芯の周りに捲回した捲回群を具備する
円筒密閉型リチウム二次電池において、前記集電用タブ
を平板状の集電板とリング状の平板との間に挟み、前記
集電板と前記平板とを前記集電用タブを介して接合した
集電構造を有することを特徴とするリチウム二次電池。
【請求項５】前記集電板は、前記平板に対向する側の
外周部の肉厚が薄肉化されたことを特徴とする請求項４
に記載のリチウム二次電池。
【請求項６】前記集電板は、中央部に前記捲芯に挿嵌
可能なスリーブが形成されたことを特徴とする請求項４
又は請求項５に記載のリチウム二次電池。
【請求項７】前記平板が、複数のセクタ状に分割され
たことを特徴とする請求項４乃至請求項６のいずれか１
項に記載のリチウム二次電池。