JP4852882B2

JP4852882B2 - 二次電池及び二次電池の製造方法

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Publication number: JP4852882B2
Application number: JP2005145386A
Authority: JP
Inventors: 達弘福沢
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2005-05-18
Filing date: 2005-05-18
Publication date: 2012-01-11
Anticipated expiration: 2025-05-18
Also published as: JP2006324093A

Description

本発明は、セパレータを介して積層された電極板を外装部材の内部に収容して封止すると共に、電極板に接続された電極端子が外装部材から導出した二次電池及び二次電池の製造方法に関する。

シート状部材から成る外装部材をその外周縁に沿って熱融着して電極板を内部に収容して封止すると共に、その電極板に接続された電極端子が外装部材の外周縁から導出した薄型の二次電池として、表裏の区別をなくすために、上下のシート状部材を共にカップ状に成形した、所謂「両カップ構造」を採用したものが従来から知られている（例えば、特許文献１参照）。

薄型の二次電池を積層し、それらの電極端子同士を接続して組電池を構成する場合には、二次電池の厚さ方向において電極端子が一定の位置から導出している必要がある。しかしながら、上記のような両カップ構造を採用した二次電池では、その導出位置の精度を十分に確保することが出来ない場合があった。
特開２００２−２５２１４５号公報

本発明は、電極端子を所定位置から精度良く導出させることが可能な二次電池を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明によれば、集電体の主面に電極層を形成した電極板を、セパレータを介して複数積層して形成された電極積層体と、前記電極積層体を内部に収容して封止する外装部材と、前記積層された複数の電極板の集電体が接続部で接続され、前記外装部材の外周縁から外部に導出している板状の電極端子と、を備え、前記各電極板が有する前記集電体は、前記電極層が形成された集電部と、前記電極層が形成されておらず、前記電極端子に前記接続部で接続されたリード部とを有し、前記リード部のうち、一組のリード部が張った状態で前記電極端子と接続され、他のリード部は弛緩した状態で前記電極端子と接続されており、前記張った状態で前記電極端子と接続された一組のリード部は、前記電極端子を中心として対称な位置にあり、かつ長さが実質的に同一であることを特徴とする二次電池が提供される。
また、上記目的を達成するために、本発明によれば、集電体の主面に電極層を形成した電極板を、セパレータを介して複数積層して形成された電極積層体と、前記電極積層体を内部に収容して封止する外装部材と、前記積層された複数の電極板の集電体が接続部で接続され、前記外装部材の外周縁から外部に導出している板状の電極端子と、を備え、前記各電極板が有する前記集電体は、前記電極層が形成された集電部と、前記電極層が形成されておらず、前記電極端子に前記接続部で接続されたリード部と、を有し、前記リード部は、張った状態で前記電極端子と接続する緊張部と弛緩した状態で前記電極端子と接続する弛緩部とに分割されており、前記緊張部と前記弛緩部はそれぞれ前記電極端子と接続されることを特徴とする二次電池が提供される。

本発明では、リード部のうち、一組のリード部が張った状態で電極端子と接続され、他のリード部は弛緩した状態で電極端子と接続されており、張った状態で電極端子と接続された一組のリード部は、電極端子を中心として対称な位置にあり、かつ長さが実質的に同一であるので、精度よく電極端子の導出位置を規制することが出来るとともに、振動入力時等に緊張部分が切れても弛緩部分により電気的な接続が確保され、断線が防止できる。

本発明では、リード部は、張った状態で前記電極端子と接続する緊張部と、弛緩した状態で接続した緩んだ状態で前記電極端子と接続する弛緩部とを有し、前記リード部は、前記緊張部と前記弛緩部とに分割されて前記電極端子と接続されているので、精度良く電極端子の導出位置を規制することが出来るとともに、振動入力時等に緊張部分が切れても弛緩部分により電気的な接続が確保され、断線が防止できる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

［第１実施形態］
図１は本発明の第１実施形態に係る薄型電池の全体を示す平面図、図２は図１のII-II線に沿った部分断面図、図３は図１に示す薄型電池の電極端子周囲の平面図、図４は本発明の第１実施形態における各集電体のリード部の緊張／弛緩状態を示す部分断面図、図５は本発明の第１実施形態に係る薄型電池の製造方法を示す図である。

図１〜図４は一つの薄型電池１０（単位電池）を示し、この薄型電池１０を複数積層することにより所望の電圧、容量の組電池が構成される。

本発明の第１実施形態に係る薄型電池１０は、リチウム系の薄型の二次電池である。この薄型電池１０は、図１〜図４に示すように、複数の正極板１０１及び負極板１０３と、これらの間に介装されたセパレータ１０２と、正極端子１０４と、負極端子１０５と、上部外装部材１０６と、下部外装部材１０７と、特に図示しない電解質と、から構成されている。なお、本実施形態では、セパレータ１０２を介して正極板１０１及び負極板１０２を積層した積層体を電極積層体１０９と称する。

正極板１０１は、図４に示すように、正極端子１０４まで延びている正極側集電体１１１と、この正極側集電体１１１の一部の両主面にそれぞれ形成された正極層１１２、１１２と、を有している。

正極側集電体１１１は、例えば、アルミニウム箔、アルミニウム合金箔、銅箔、又は、ニッケル箔等の電気化学的に安定した金属箔で構成されている。また、この正極側集電体１１１は、正極層１１２が両主面に形成されている集電部１１１ａと、正極層１１２が形成されておらず、正極端子１０４に溶接部１０４ａで接合されたリード部１１１ｂと、を有している。

正極層１１２は、正極活物質と、カーボンブラック等の導電剤と、ポリ四フッ化エチレンの水性ディスパージョン等の接着剤等と、を混合したものを、正極側集電体１１１の集電部１１１ａの両主面に塗布し、乾燥及び圧延することにより形成されている。正極活物質としては、例えば、ニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉＯ_２）、マンガン酸リチウム（ＬｉＭｎＯ_２）、又は、コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ_２）等のリチウム複合酸化物や、カルコゲン（Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ）化物等を挙げることが出来る。

負極板１０３は、図４に示すように、負極端子１０５まで延びている負極側集電体１１３と、この負極側集電体１１３の一部の両主面にそれぞれ形成された負極層１１４、１１４と、を有している。

負極側集電体１１３は、例えば、ニッケル箔、銅箔、ステンレス箔、又は、鉄箔等の電気化学的に安定した金属箔で構成されている。また、この負極側集電体１１３は、特に図示しないが、負極層１１４が両主面に形成されている集電部と、負極層１１４が形成されておらず、負極端子１０５に溶接部で接合されたリード部と、を有している。

負極層１１４は、上記の正極活物質のリチウムイオンを吸蔵及び放出する負極活物質に、有機物焼成体の前駆体としてのスチレンブタジエンゴム樹脂粉末の水性ディスパージョンを混合し乾燥させた後に粉砕することで、炭素粒子表面に炭化したスチレンブタジエンゴムを担持させたものを主材料とし、これにアクリル樹脂エマルジョン等の結着剤をさらに混合し、この混合物を負極側集電体１１３の集電部の両主面に塗布し、乾燥及び圧延することにより形成されている。具体的な負極活物質としては、例えば、非晶質炭素、難黒鉛化炭素、易黒鉛化炭素又は黒鉛等を挙げることが出来る。

特に、負極活物質として非晶質炭素や難黒鉛化炭素を用いると、充放電時における電位の平坦特性に乏しく放電量に伴って出力電圧も低下するので、通信機器や事務機器の電源には不向きであるが、電気自動車の電源として用いると急激な出力低下がないので有利である。

セパレータ１０２は、正極板１０１と負極板１０３との短絡を防止するもので、電解質を保持する機能を備えても良い。このセパレータ１０２は、例えば、ポリエチレン（ＰＥ）やポリプロピレン（ＰＰ）等のポリオレフィンから構成される微多孔性膜であり、過電流が流れると、その発熱によって層の空孔が閉塞され電流を遮断する機能をも有する。

なお、本発明におけるセパレータは、ポリオレフィン等の単層膜のみに限定されず、ポリプロピレン膜をポリエチレン膜でサンドイッチした三層構造や、ポリオレフィン微多孔性膜と有機不織布等を積層したものを用いることも出来る。このように、セパレータを複層化することで、過電流の防止機能、電解質保持機能及びセパレータの形状維持（剛性向上）機能等の諸機能を付与することが出来る。

複数の正極板１０１及び負極板１０３は、セパレータ１０２を介して交互に積層されて電極積層体１０９を構成している。そして、各正極板１０１は、正極側集電体１１１のリード部１１１ｂを介して、正極端子１０４に溶接部１０４ａで接続される一方で、各負極板１０３は、負極側集電体１１３のリード部を介して、負極端子１０５に溶接部で接続されている。

なお、電極積層体を構成する正極板、セパレータ、及び、負極板の枚数は、必要に応じて任意に設定することが出来、例えば、１枚の正極板、１枚のセパレータ、及び、１枚の負極板でも電極積層体を構成することが出来る。

正極端子１０４は、電気化学的に安定した金属材料から構成される板状部材である。この正極端子１０４を構成する材料としては、特に限定されないが、上述の正極側集電体１１１と同様に、例えば、アルミニウム箔、アルミニウム合金箔、銅箔、又は、ニッケル箔等を挙げることが出来る。

本実施形態では、図４に示すように、この正極端子１０４の両方の主面に、各正極板１０１の正極側集電体１１１のリード部１１１ｂが、例えば溶接等の手法により、溶接部１０４ａでそれぞれ接合されている。

なお、以下、正極端子１０４の上側の主面にリード部１１１ｂが接続された正極側集電体１１１から構成されるグループを第１の正極側集電体群１１ａと称し、正極端子１０４の下側の主面にリード部１１１ｂが接続された正極側集電体１１１から構成されるグループを第２の正極側集電体群１１ｂと称する。

また、本実施形態では、第１の正極側集電体群１１ａのうちで、図４において上段、中段及び下段に位置している正極側集電体１１１のリード部１１１ｂの長さをそれぞれＬ_１、Ｌ_２及びＬ_３として説明すると共に、当該正極側集電体１１１の集電部１１１ａの端部から溶接部１０４ａまでの距離をそれぞれＤ_１、Ｄ_２及びＤ_３として説明する。同様に、第２の正極側集電体群１１ｂのうちで、図４において上段、中段及び下段に位置している正極側集電体１１１のリード部１１１ｂの長さをそれぞれＬ_４、Ｌ_５及びＬ_６として説明すると共に、当該正極側集電体１１１の集電体１１１ａの端部から溶接部１０４ａまでの距離をそれぞれＤ_４、Ｄ_５及びＤ_６として説明する。

本実施形態では、第１の正極側集電体群１１ａを構成する各正極側集電体１１１と、第２の正極側集電体群１１ｂにおいて正極端子１０４を中心として対称な位置にある正極側集電体１１１とは、それぞれのリード部１１１ｂの長さが実質的に同一となっている。このように、対称な位置にある上下の正極側集電体１１１のリード部１１１ｂの長さを実質的に同一とすることにより、薄型電池１０の厚さ方向における正極端子１０４の導出位置が規制される。なお、第１の正極側集電体群１１ａを構成する各正極側集電体１１１が、特許請求の範囲における第１の集電体に相当し、第２の正極側集電体群１１ｂを構成する各正極側集電体１１１が、特許請求の範囲における第２の集電体に相当する。

より具体的には、図４に示すように、第１の正極側集電体群１１ａにおいて最も外側に位置している正極側集電体１１１のリード部１１１ｂの長さＬ_１と、それに対して第２の正極側集電体群１１ｂにおいて対称な位置にある最外側の正極側集電体１１１のリード部１１１ｂの長さＬ_６と、が実質的に同一となっている（Ｌ_１＝Ｌ_６）。

同様に、第１の正極側集電体群１１ａにおいて中段に位置している正極側集電体１１１のリード部１１１ｂの長さＬ_２（不図示）と、それに対して第２の正極側集電体群１１ｂにおいて対称な位置にある中段の正極側集電体１１１のリード部１１１ｃの長さＬ_５（不図示）と、が実質的に同一となっている（Ｌ_２＝Ｌ_５）。

さらに、第１の正極側集電体群１１ａにおいて最も内側に位置している正極側集電体１１１のリード部１１１ｂの長さＬ_３（不図示）と、それに対して第２の正極側集電体１１１ｂにおいて対称な位置にある最内側の正極側集電体１１１のリード部１１１ｂの長さＬ_４（不図示）と、が実質的に同一となっている（Ｌ_３＝Ｌ_４）。

また、本実施形態では、第１及び第２の正極側集電体群１１ａ、１１ｂの各正極側集電体１１１のリード部１１１ｂの長さが、当該正極側集電体１１１の集電部１１１ａの端部から溶接部１０４ａまでの距離と実質的に同一となっている。これにより、リード部１１１ｂが張った状態となっているので、正極端子１０４の導出位置が規制される。また、リード部１１１ｂが張った状態になっていることにより、当該正極側集電体１１１のリード部１１１ｂの長さが短くなっているので、電気的な抵抗を低減させることも出来る。

より具体的には、図４に示すように、第１の正極側集電体群１１ａにおいて最も外側に位置している正極側集電体１１１のリード部１１１ｂの長さＬ_１が、当該正極側集電体１１１の集電部１１１ａの端部から溶接部１０４ａまでの距離Ｄ_１と実質的に同一となっている（Ｌ_１＝Ｄ_１）。同様に、特に図示しないが、他の正極側集電体１１１のリード部１１１ｂの長さＬ_２〜Ｌ_６が、当該正極側集電体１１１の集電部１１１ａの端部から溶接部１０４ａまでの距離Ｄ_２〜Ｄ_６とそれぞれ実質的に同一となっている（Ｌ_２＝Ｄ_２、・・・、Ｌ_６＝Ｄ_６）。

負極端子１０５は、電気化学的に安定した金属材料で構成された板状部材である。この負極端子１０５を構成する材料としては、特に限定されないが、上述の負極側集電体１１３と同様に、例えば、ニッケル箔、銅箔、ステンレス箔、又は、鉄箔等を挙げることが出来る。この負極端子１０５の両方の主面にも、各負極板１０３の負極側集電体１１３のリード部が、例えば溶接等の手法によりそれぞれ接合されている。

そして、特に図示しないが、上述の正極板１０１と同様に、第１の負極側集電体群を構成する各負極側集電体１１３と、第２の負極側集電体群において負極端子１０５を中心として対称な位置にある負極側集電体１１３とは、それぞれのリード部の長さが実質的に同一となっている。このように、対称な位置にある上下の負極側集電体１１３のリード部の長さを同一とすることにより、薄型電池１０の厚さ方向における負極端子１０５の導出位置が規制される。

また、本実施形態では、特に図示しないが、上述の正極板１０１と同様に、第１及び第２の負極側集電体群の各負極側集電体１１３のリード部の長さが、当該負極集電体１１１３の集電部の端部から溶接部までの距離と実質的に同一となっている。これにより、リード部が張った状態となっているので、薄型電池１０の厚さ方向における負極端子１０５の導出位置が規制される。また、リード部が張った状態になっていることにより、当該負極側集電体１１３のリード部の長さが短くなっているので、電気的な抵抗を低減させることも出来る。

なお、本実施形態では、集電体１１１、１１３を構成する金属箔自体を電極端子１０４、１０５まで延長することによりリード部を構成しているが、本発明では特にこれに限定されず、集電体１１１、１１３を構成する金属箔とは別の部材によりリード部を構成しても良い。

上部外装部材１０６及び下部外装部材１０７は何れも、図１及び図２に示すように、カップ状に成形された樹脂−金属薄膜ラミネート材等のシート状の部材から構成されている。このシート状部材は、内側樹脂層、金属層、及び、外側樹脂層の３つの層が、薄型電池１０の内側から外側に向かって積層されることにより構成されている。

このシート状部材を構成する内側樹脂層は、例えば、ポリエチレン、変性ポリエチレン、ポリプロピレン、変性ポリプロピレン、又は、アイオノマー等の耐電解液性及び熱融着性に優れた樹脂フィルムで構成されている。金属層は、例えばアルミニウム等の金属箔で構成されている。外側樹脂層は、例えば、ポリアミド系樹脂やポリエステル系樹脂等の電気絶縁性に優れた樹脂フィルムで構成されている。

さらに、本実施形態では、図２に示すように、薄型電池１０内部の封止性を維持するために、電極端子１０４、１０５と外装部材１０６、１０７とが接触する部分に、シールフィルム１０８が介在している。このシールフィルム１０８は、例えば、ポリエチレンやポリプロピレン等から構成されている。このシールフィルム１０８は、正極端子１０４及び負極端子１０５の何れにおいても、外装部材１０６、１０７の内側樹脂層を構成する合成樹脂材料と同系統のもので構成することが、熱融着性の観点から好ましい。

これらの外装部材１０６、１０７によって、上述した電極積層体１０９、正極端子１０４の一部、及び、負極端子１０５の一部を包み込み、当該外装部材１０６、１０７により形成される空間に、有機液体溶媒に過塩素酸リチウムやホウフッ化リチウム、六フッ化リン酸リチウム等のリチウム塩と溶質とした液体電解質を注入しながら、当該空間を真空状態とした後に、外装部材１０６、１０７の外周縁を熱プレスにより熱融着する。これにより、外装部材１０６、１０７の内部に電極積層体１０９及び電極端子１０４、１０５の一部が収容されて封止される。

有機液体溶媒として、プロピレンカーボネート（ＰＣ）やエチレンカーボネート（ＥＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、メチルエチルカーボネート等のエステル系溶媒を挙げることが出来る。なお、本発明の有機液体溶媒はこれに限定されることなく、エステル系溶媒に、γ−ブチラクトン（γ−ＢＬ）やジエトシキエタン（ＤＥＥ）等のエーテル系溶媒その他を混合、調合した有機液体溶媒を用いることも出来る。

この熱融着の際、本実施形態では、図５に示すように、各正極側集電体１１１が両主面に接続された正極端子１０４を、当該端子１０４の導出方向（図５のＸ方向）に引っ張り、テンションを懸けた状態で、上下に位置しているヒートシールバーＨＳを図５のＹ方向にそれぞれ移動させて外装部材１０６、１０７を押圧し、外装部材１０６、１０７を正極端子１０４に熱融着する。

同様に、特に図示しないが、各負極側集電体１１３が両主面に接続された負極端子１０５も、当該端子１０５の導出方向に引っ張り、テンションを懸けた状態で、外装部材１０６、１０７を負極端子１０５に熱融着する。

以上のように、本実施形態では、正極側集電体１１１のリード部１１１ｂを正極端子１０４の両主面に接続する。この両主面に接続された正極側集電体１１１により、薄型電池１０の厚さ方向における正極端子１０４の導出位置が規制されるので、正極端子１０４を所定位置から精度良く導出させることが可能となる。

同様に、本実施形態では、負極側集電体１１３のリード部を負極端子１０５の両主面に接続する。この両主面に接続された集電体１１３により、薄型電池１０の厚さ方向における負極端子１０５の導出位置が規制されるので、負極端子１０５を所定位置から精度良く導出させることが可能となる。

また、本実施形態では、集電体１１１、１１３のリード部を電極端子１０４、１０５の両主面に接続することにより、電極端子１０４、１０５の角部と外装部材１０６、１０７との間にリード部が介在することとなるので、電極端子１０４、１０５の角部により外装部材１０６、１０７が損傷するのを防止することが出来る。

［第２実施形態］
図６は本発明の第２実施形態における各集電体のリード部の緊張／弛緩状態を示す部分断面図である。

本発明の第２実施形態に係る薄型電池は、集電体のリード部の緊張／弛緩状態が、上述の第１実施形態に係る薄型電池１０と相違するが、それ以外は第１実施形態に係る薄型電池１０と同一である。以下に、第２実施形態に係る薄型電池について、第１実施形態に係る薄型電池１０との相違点のみを説明する。

本実施形態でも、図６に示すように、正極端子１０４の両主面に、各正極板１０１の正極側集電体１１１のリード部１１１ｂが、例えば溶接等の手法により、溶接部１０４ａでそれぞれ接合されている。

なお、本実施形態では、第１実施形態と同様に、第１の正極側集電体群１１ａのうちで、図６において上段、中段及び下段に位置している正極側集電体１１１のリード部１１１ｂの長さをそれぞれＬ_１、Ｌ_２及びＬ_３として説明すると共に、当該正極側集電体１１１の集電部１１１ａの端部から溶接部１０４ａまでの距離をそれぞれＤ_１、Ｄ_２及びＤ_３として説明する。同様に、第２の正極側集電体群１１ｂのうちで、図６において上段、中段及び下段に位置している正極側集電体１１１のリード部１１１ｂの長さをそれぞれＬ_４、Ｌ_５及びＬ_６として説明すると共に、当該正極側集電体１１１の集電部１１１ａの端部から溶接部１０４ａまでの距離をそれぞれＤ_４、Ｄ_５及びＤ_６として説明する。

本実施形態では、第１の正極側集電体群１１ａにおいて最も外側に位置している正極側集電体１１１のリード部１１１ｂの長さＬ_１（不図示）が、当該正極側集電体１１１の集電部１１１ａの端部から溶接部１０４ａまでの距離Ｄ_１（不図示）と実質的に同一となっている（Ｌ_１＝Ｄ_１）。

同様に、第２の正極側集電体群１１ｂにおいても、最も外側に位置している正極側集電体１１１のリード部１１１ｂの長さＬ_６（不図示）が、当該正極側集電体１１１の集電部１１１ａの端部から溶接部１０４ａまでの距離Ｄ_６（不図示）と実質的に同一となっている（Ｌ_６＝Ｄ_６）。なお、この長さＬ_６は、上述の長さＬ_１と実質的に同一となっており（Ｌ_１＝Ｌ_６）、これにより、正極端子１０４の導出位置が規制される。

これに対し、第１の正極側集電体群１１ａにおいて中段に位置している正極側集電体１１１のリード部１１１ｂの長さＬ_２は、当該正極側集電体１１１の集電部１１１ａの端部から溶接部１０４ａまでの距離Ｄ_２より長くなっている（Ｌ_２＞Ｄ_２）。

同様に、第１の正極側集電体群１１ａにおいて最も内側に位置している正極側集電体１１１のリード部１１１ｂの長さＬ_３（不図示）も、当該正極側集電体１１１の集電部１１１ａの端部から溶接部１０４ａまでの距離Ｄ_３（不図示）より長くなっている（Ｌ_３＞Ｄ_３）。

また、第２の正極側集電体群１１ｂにおいても、最も内側に位置している正極側集電体１１１のリード部１１１ｂの長さＬ_４（不図示）が、当該正極側集電体１１１の集電部１１１ａの端部から溶接部１０４ａまでの距離Ｄ_４（不図示）より長くなっている（Ｌ_４＞Ｄ_４）。

同様に、第２の正極側集電体群１１ｂにおいて中段に位置している正極側集電体１１１のリード部１１１ｂの長さＬ_５（不図示）も、当該正極側集電体１１１の集電部１１１ａの端部から溶接部１０４ａまでの距離Ｄ_５（不図示）より長くなっている（Ｌ_５＞Ｄ_５）。

従って、本実施形態では、第１及び第２の正極側集電体群１１ａ、１１ｂにおいてそれぞれ最外側に位置している正極側集電体１１１のリード部１１１ｂのみが張った状態となっており、当該リード部１１１ｂのみが正極端子１０４の導出位置の規制に寄与している。

このように、一部の正極側集電体１１１のリード部１１１ｂのみを張った状態とし、他の正極側集電体１１１のリード部１１１ｂを弛んだ状態とすることにより、振動入力時等に全てのリード部１１１ｂが切れて断線するのを防止することが出来る。

特に図示しないが、第１及び第２の負極側集電体群においても同様に、それぞれ最外側に位置している負極側集電体１１３のリード部のみが張った状態となっており、それ以外の負極側集電体１１３のリード部が弛んだ状態となっている。

本実施形態に係る薄型電池１０を製造する際には、全ての正極側集電体１１１のリード部１１１ｂの長さを、正極端子１０４を中心として最も外側に位置することなる正極側集電体１１１のリード部１１１ｂの長さに合わせ、さらに、当該全てのリード部１１１ｂの端部を揃えた状態で、各正極板１０１を溶接部１０４ａで正極端子１０４に接合する。

これにより、中段及び最内側に位置する正極側集電体１１１が接合時に自動的に弛んだ状態となるので、本実施形態に係る薄型電池を容易に製造することが出来る。また、全ての正極側集電体１１１の長さが同一であるので、薄型電池を構成する部品の共通化を図ることが出来る。

同様に、全ての負極板１０３の負極側集電体１１３のリード部の長さを、負極端子１０５を中心として最も外側に位置することとなる負極側集電体１１３のリード部の長さに合わせ、さらに、当該全てのリード部１１１ｂの端部を揃えた状態で、各負極板１０３を負極端子１０５に接合する。次いで、第１実施形態と同様に、電極端子１０４、１０５をその導出方向に引っ張りながら、当該電極端子１０４、１０５に外装部材１０６、１０７を熱融着する。

以上のように本実施形態では、正極側集電体１１１のリード部１１１ｂを正極端子１０４の両主面に接続することにより、正極端子１０４の導出位置を規制することが出来る。同様に、負極側集電体１１３のリード部を負極端子１０５の両主面に接続することにより、負極端子１０５の導出位置を規制することが出来る。

また、本実施形態では、集電体１１１、１１３のリード部を電極端子１０４、１０５の両主面に接続することにより、電極端子１０４、１０５の角部による外装部材１０６、１０７の損傷を防止することが出来る。

さらに、本実施形態では、一部の集電体１１１、１１３のリード部を張った状態で電極端子１０４、１０５に接続すると共に、残りの集電体１１１、１１３のリード部を弛んだ状態で電極端子１０４、１０５に接続することにより、振動入力時等の断線を防止することが出来る。

［第３実施形態］
図７は本発明の第３実施形態に係る薄型電池を示す部分断面図、図８は図７に示す薄型電池の電極端子周囲の平面図、図９Ａは図８のIXA-IXA線に沿った各リード部の緊張／弛緩状態を示す部分断面図、図９Ｂは図８のIXB-IXB線に沿った各リード部の緊張／弛緩状態を示す部分断面図である。

本発明の第３実施形態に係る薄型電池１０’は、集電体のリード部が緊張部分と弛緩部分とを有し、これらが分割されている点で第１実施形態に係る薄型電池１０と相違するが、それ以外は第１実施形態に係る薄型電池１０と同一である。以下に第３実施形態に係る薄型電池１０’について、第１実施形態に係る薄型電池１０との相違点のみを説明する。

本実施形態に係る薄型電池１０’では、図７〜図９Ｂに示すように、各正極板１０１の正極側集電体１１１のリード部１１１ｂが、両端に位置している緊張部分１１１ｃと、中央に位置して当該緊張部分１１１ｃの間に挟まれている弛緩部分１１１ｄと、に分割されており、これら緊張部分１１１ｃ及び弛緩部分１１１ｄが、例えば溶接等の手法により、溶接部１０４ａで正極端子１０４の両主面に接合されている。

なお、本実施形態では、第１の正極側集電体群１１ａのうちで、図９Ａにおいて上段、中段及び下段に位置している正極側集電体１１１の緊張部分１１１ｃの長さをそれぞれＬ_ａ１、Ｌ_ａ２及びＬ_ａ３として説明すると共に、当該正極側集電体１１１の集電部１１１ａの端部から溶接部１０４ａまでの距離をそれぞれＤ_ａ１、Ｄ_ａ２及びＤ_ａ３として説明する。同様に、第２の正極側集電体群１１ｂのうちで、図９Ａにおいて上段、中段及び下段に位置している正極側集電体１１１の緊張部分１１１ｃの長さをそれぞれＬ_ａ４、Ｌ_ａ５及びＬ_ａ６として説明すると共に、当該正極側集電体１１１の集電部１１１ａの端部から溶接部１０４ａまでの距離をそれぞれＤ_ａ４、Ｄ_ａ５及びＤ_ａ６として説明する。

これに対し、第１の正極側集電体１１ａのうちで、図９Ｂにおいて上段、中段及び下段に位置している正極側集電体１１１の弛緩部分１１１ｄの長さをそれぞれＬ_ｂ１、Ｌ_ｂ２及びＬ_ｂ３として説明すると共に、当該正極側集電体１１１の集電部１１１ａの端部から溶接部１０４ａまでの距離をそれぞれＤ_ｂ１、Ｄ_ｂ２及びＤ_ｂ３として説明する。同様に、第２の正極側集電体群１１ｂのうちで、図９Ｂにおいて上段、中段及び下段に位置している正極側集電体１１１の弛緩部分１１１ｄの長さをそれぞれＬ_ｂ４、Ｌ_ｂ５及びＬ_ｂ６として説明すると共に、当該正極側集電体１１１の集電部１１１ａの端部から溶接部１０４ａまでの距離をそれぞれＤ_ｂ４、Ｄ_ｂ５及びＤ_ｂ６として説明する。

各正極側集電体１１１のリード部１１１ｂの緊張部分１１１ｃは、図９Ａに示すように、当該正極側集電体１１１の集電部１１１ａの端部から溶接部１０４ａまでの距離Ｄ_ａ１〜Ｄ_ａ６とそれぞれ実質的に同一な長さＬ_ａ１〜Ｌ_ａ６を有している（Ｌ_ａ１＝Ｄ_ａ１、・・・、Ｌ_ａ６＝Ｄ_ａ１）。これにより、緊張部分１１１ｃが常に張った状態となっているので、正極端子１０４の導出位置が規制される。なお、第１の正極側集電体群１１ａを構成する各正極側集電体１１１の緊張部分１１１ｃと、第２の正極側集電体群１１ｂにおいて正極端子１０４を中心として対称な位置にある正極側集電体１１１の緊張部分１１１ｃとは、それぞれの長さが実質的に同一となっている（Ｌ_ａ１＝Ｌ_ａ６、Ｌ_ａ２＝Ｌ_ａ５、Ｌ_ａ３＝Ｌ_ａ４）。これにより、対称な位置にある上下の緊張部分１１１ｃで、薄型電池１０の厚さ方向における正極端子１０４の導出位置が規制される。

これに対し、各正極側集電体１１１のリード部１１１の弛緩部分１１１ｄは、図９Ｂに示すように、当該正極側集電体１１１の集電部１１１ａの端部から溶接部１０４ａまでの距離Ｄ_ｂ１〜Ｄ_ｂ６より長い長さＬ_ｂ１〜Ｌ_ｂ６を有している（Ｌ_ｂ１＞Ｄ_ｂ１、・・・、Ｌ_ｂ６＞Ｄ_ｂ６）。これにより、弛緩部分１１１ｄが常に弛んだ状態となっているので、振動入力時等に緊張部分１１１ｃが切れても弛緩部分１１１ｄにより電気的な接続が確保され、断線が防止される。

同様に、特に図示しないが、各負極板１０３の負極側集電体１１３のリード部も、張った状態となっている緊張部分１１１ｃと、弛んだ状態となっている弛緩部分１１ｄと、に分割されている。

以上のように本実施形態では、正極側集電体１１１のリード部１１１を正極端子１０４の両主面に接合することにより、正極端子１０４の導出位置を規制することが出来る。同様に、負極側集電体１１３のリード部を負極端子１０５の両主面に接続することにより、負極端子１０５の導出位置を規制することが出来る。

さらに、本実施形態では、集電体１１１、１１３のリード部の緊張部分を張った状態で電極端子１０４、１０５に接続すると共に、当該リード部の弛緩部分を弛んだ状態で電極端子１０４、１０５に接続することにより、振動入力時の断線を防止することが出来る。

［第４実施形態］
図１０Ａは本発明の第４実施形態に係る薄型電池において図８のIXA-IXA線に相当する線に沿った各リード部の緊張／弛緩状態を示す部分断面図、図１０Ｂは本発明の第４実施形態に係る薄型電池において図８のIXB-IXB線に相当する線に沿った各リード部の緊張／弛緩状態を示す部分断面図である。

本発明の第４実施形態に係る薄型電池は、最外側に位置している集電体１１１、１１３のリード部のみが、緊張部分と弛緩部分とに分割されており、その他の集電体１１１、１１３は分割されていない点で第３実施形態に係る薄型電池１０’と相違するが、それ以外は第３実施形態に係る薄型電池１０’と同一である。以下に第４実施形態に係る薄型電池について、第３実施形態に係る薄型電池１０’との相違点のみを説明する。

本実施形態に係る薄型電池では、図１０Ａ及び図１０Ｂに示すように、第１の正極側集電体群１１ａにおいて最も外側に位置している正極側集電体１１１のリード部１１１ｂのみが緊張部分１１１ｃと弛緩部分１１１ｄとに分割されており、第１の正極側集電体群１１ａにおいて中段及び最内側に位置している正極側集電体１１１のリード部１１１ｂは分割されていない。

なお、本実施形態では、第１の正極側集電体群１１ａのうちで、図９Ａにおいて上段に位置している正極側集電体１１１の緊張部分１１１ｃの長さをＬ_ａ１として説明すると共に、当該正極側集電体１１１の集電部１１１ａの端部から溶接部１０４ａまでの距離をＤ_ａ１として説明する。また、第１の正極側集電体群１１ａのうちで、図９Ｂにおいて上段に位置している正極側集電体１１１の弛緩部分１１１ｄの長さをＬ_ｂ１として説明すると共に、当該正極側集電体１１１の集電部１１１ａの端部から溶接部１０４ａまでの距離をＤ_ｂ１として説明する。

これに対し、第１の正極側集電体群１１ａのうちで、図９Ａ及び図９Ｂにおいて中段及び下段に位置している正極側集電体１１１のリード部１１１ｂの長さをそれぞれＬ_２及びＬ_３として説明すると共に、当該正極側集電体１１１の集電部１１１ａの端部から溶接部１０４ａまでの距離をＤ_２及びＤ_３として説明する。

第１の正極側集電体群１１ａにおいて最外側に位置している正極側集電体１１１の緊張部分１１１ｃは、図１０Ａに示すように、当該正極側集電体１１１の集電部１１１ａの端部から溶接部１０４ａまでの距離Ｄ_ａ１と実質的に同一な長さＬ_ａ１を有している（Ｌ_ａ１＝Ｄ_ａ１）。これにより、緊張部分１１１ｃが常に張った状態となっているので、正極端子１０４の導出位置が規制される。

これに対し、図１０Ｂに示すように、第１の正極側集電体群１１ａにおいて最外側に位置している正極側集電体１１１の弛緩部分１１１ｄは、当該正極側集電体１１１の集電部１１１ａの端部から溶接部１０４ａまでの距離Ｄ_ｂ１より長い長さＬ_ｂ１を有している（Ｌ_ｂ１＞Ｄ_ｂ１）。これにより、弛緩部分１１１ｄが常に弛んだ状態となっているので、振動の入力等により緊張部分１１１ｃが切れても弛緩部分１１１ｄにより電気的な接続が確保され、断線が防止される。

また、第１の正極側集電体群１１ａにおいて中段及び最内側に位置している正極側集電体１１１のリード部１１１ｂは、図１０Ａ及び図１０Ｂに示すように、それぞれ単一の金属箔から構成されており、当該正極側集電体１１１の集電部１１１ａの端部から溶接部１０４ａまでの距離Ｄ_２、Ｄ_３（不図示）より長い長さＬ_２、Ｌ_３（不図示）を有している（Ｌ_２＞Ｄ_２、Ｌ_３＞Ｄ_３）。

第２の正極側集電体１１ｂにおいても同様に、図１０Ａ及び図１０Ｂに示すように、最も外側に位置している正極側集電体１１１のリード部１１１ｂのみが緊張部分１１１ｃと弛緩部分１１１ｄとに分割されており、当該第２の正極側集電体群１１ｂにおいて中段及び最内側に位置している正極側集電体１１１のリード部１１１ｂは分割されていない。

第２の正極側集電体群１１ｂにおいて最外側に位置している正極側集電体１１１の緊張部分１１１ｃは、図１０Ａに示すように、常に張った状態となっているのに対し、弛緩部分１１１ｄは、図１０Ｂに示すように、常に弛んだ状態となっている。また、第２の正極側集電体群１１ｂにおいて中段及び最内側に位置している正極側集電体１１１は、それぞれ単一の金属箔から構成されており、図１０Ａ及び図１０Ｂに示すように、常に弛んだ状態となっている。

従って、本実施形態では、第１及び第２の正極側集電体群１１ａ、１１ｂにおいてそれぞれ最も外側に位置している正極側集電体１１１のリード部１１１ｂの緊張部分１１１ｃのみが張った状態となっており、当該緊張部分１１１ｃのみが正極端子１０４の導出位置の規制に寄与している。

このように、一部の正極側集電体１１１のリード部１１１ｂのみに緊張部分１１１ｃを設けることにより、振動入力時等に全てのリード部１１１ｂが切れて断線するのを防止することが出来る。

なお、本実施形態では、第１の正極側集電体群１１ａの最も外側に位置している正極側集電体１１１の緊張部分１１１ｃの長さＬ_ａ１と、第２の正極側集電体群１１ｂの最も外側に位置している正極側集電体１１１の緊張部分１１１ｃの長さＬ_ａ６とが実質的に同一となっている（Ｌ_ａ１＝Ｌ_ａ６）。これにより、対称な位置にある上下の緊張部分１１１ｃで、薄型電池１０の厚さ方向における正極端子１０４の導出位置が規制される。

同様に、特に図示しないが、第１及び第２の負極側集電体群においても、それぞれ最外側に位置している負極側集電体１１３のリード部のみが緊張部分と弛緩部分とに分割されており、それ以外の負極側集電体１１３のリード部は弛んだ状態となっている。

さらに、本実施形態では、一部の集電体１１１、１１３のリード部を緊張部分１１１ｃと弛緩部分１１ｄとで分割すると共に、残りの集電体１１１、１１３のリード部を弛んだ状態で電極端子１０４、１０５に接続することにより、振動入力時等の断線を防止することが出来る。

なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。

例えば、第２実施形態において、最も外側に位置している集電体１１１、１１３を張った状態としているが、本発明においては特にこれに限定されず、例えば、最も内側に位置している集電体１１１、１１３を張った状態とし、その他の集電体を弛んだ状態としても良い。同様に、第４実施形態において、最も外側に位置している集電体１１１、１１３を緊張部分１１１ｃと弛緩部分１１１ｄとに分割しているが、本発明においては特にこれに限定されず、例えば、最も内側に位置している集電体１１１、１１３を緊張部分１１１ｃと弛緩部分１１１ｄとに分割しても良い。

図１は、本発明の第１実施形態に係る薄型電池の全体を示す平面図である。図２は、図１のII-II線に沿った部分断面図である。図３は、図１に示す薄型電池の電極端子周囲の平面図である。図４は、本発明の第１実施形態における各集電体のリード部の緊張／弛緩状態を示す部分断面図である。図５は、本発明の第１実施形態に係る薄型電池の製造方法を示す図である。図６は、本発明の第２実施形態における各集電体のリード部の緊張／弛緩状態を示す部分断面図である。図７は、本発明の第３実施形態に係る薄型電池を示す部分断面図である。図８は、図７に示す薄型電池の電極端子周囲の平面図である。図９Ａは、図８のIXA-IXA線に沿った各リード部の緊張／弛緩状態を示す部分断面図である。図９Ｂは、図８のIXB-IXB線に沿った各リード部の緊張／弛緩状態を示す部分断面図である。図１０Ａは、本発明の第４実施形態に係る薄型電池において図８のIXA-IXA線に相当する線に沿った集電体のリード部の緊張／弛緩状態を示す部分断面図である。図１０Bは、本発明の第４実施形態に係る薄型電池において図８のIXB-IXB線に相当する線に沿った集電体のリード部の緊張／弛緩状態を示す部分断面図である。

符号の説明

１０、１０’…薄型電池
１０１…正極板
１１１…正極側集電体
１１ａ、１１ｂ…正極側集電体群
１１１ａ…集電部
１１１ｂ…リード部
１１１ｃ…緊張部分
１１１ｄ…弛緩部分
１１２…正極層
１０２…セパレータ
１０３…負極板
１１３…負極側集電体
１１４…負極層
１０４…正極端子
１０４ａ…溶接部
１０５…負極端子
１０６…上部外装部材
１０７…下部外装部材
１０８…シールフィルム
１０９…電極積層体
ＨＳ…ヒートシールバー

Claims

集電体の主面に電極層を形成した電極板を、セパレータを介して複数積層して形成された電極積層体と、
前記電極積層体を内部に収容して封止する外装部材と、
前記積層された複数の電極板の集電体が接続部で接続され、前記外装部材の外周縁から外部に導出している板状の電極端子と、を備え、
前記各電極板が有する前記集電体は、
前記電極層が形成された集電部と、
前記電極層が形成されておらず、前記電極端子に前記接続部で接続されたリード部と、を有し、
前記リード部のうち、一組のリード部が張った状態で前記電極端子と接続され、他のリード部は弛緩した状態で前記電極端子と接続されており、
前記張った状態で前記電極端子と接続された一組のリード部は、前記電極端子を中心として対称な位置にあり、かつ長さが実質的に同一であることを特徴とする二次電池
集電体の主面に電極層を形成した電極板を、セパレータを介して複数積層して形成された電極積層体と、
前記電極積層体を内部に収容して封止する外装部材と、
前記積層された複数の電極板の集電体が接続部で接続され、前記外装部材の外周縁から外部に導出している板状の電極端子と、を備え、
前記各電極板が有する前記集電体は、
前記電極層が形成された集電部と、
前記電極層が形成されておらず、前記電極端子に前記接続部で接続されたリード部と、を有し、
前記リード部は、張った状態で前記電極端子と接続する緊張部と弛緩した状態で前記電極端子と接続する弛緩部とに分割されており、前記緊張部と前記弛緩部はそれぞれ前記電極端子と接続されることを特徴とする二次電池。