JP2000228182A - 電極捲回型電池およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 集電処理に要する作業時間が短く、かつ出力
密度、エネルギ密度の高い電極捲回型電池を提供する 【解決手段】 それぞれの帯状金属箔集電体とその表面
に塗工されたそれぞれの電極合材とをもつ正極シート１
０および負極シート２０と、正極シート１０と負極シー
ト２０との間に挟装されたセパレータ３０とを、巻芯４
０の周囲に渦巻状に捲回して形成された電極体５０を有
する電極捲回型電池を、正極シート１０と負極シート２
０との少なくとも一方は、幅方向において連続して一体
に形成され、幅方向の一端部に所定幅で全長にわたる電
極合材未塗工部１３（２３）を有し、かつ電極合材未塗
工部１３（２３）をセパレータ３０および正極シート１
０と負極シートと２０の他方から突出させるように捲回
されており、電極合材未塗工部１３（２３）が重ね合わ
さるように集電端子４０に接合されているように構成す
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、シート状の正極お
よび負極を捲回させて構成する電極捲回型電池、さらに
詳しくは、集電処理が簡便でかつ出力密度、エネルギ密
度の高い電極捲回型電池に関する。

【０００２】

【従来の技術】リチウムイオン二次電池等の円筒型電池
は、帯状の金属箔集電体の表面に活物質を含む電極合材
を塗工してシート状の電極を形成させ、この電極を薄膜
のセパレータを介して渦巻状に捲回することにより、電
極体を構成させ、この電極体を電解液とともに円筒型の
ケースに収納するという方式を採るのが一般的である。
このような電極捲回型電池において、電極体から外部に
通じる端子への集電方法は、通常、集電体に設けた複数
の短冊状の集電用リードによって行われている。

【０００３】環境問題、資源問題から電気自動車の開発
が急がれ、リチウムイオン二次電池等を電気自動車に採
用する動向にもある。これら電極捲回型電池の大型化
は、電極全体からの均一な集電を要求されることから、
集電処理の方法をより複雑化することにつながり、効率
的な集電処理の方法が開発が望まれていた。従来、大型
の電極捲回型電池の集電方法として、特開平９−９２３
３５号公報、特開平９−９２３３８号公報等に示すもの
があった。これらに示す集電処理の方法は、以下のよう
なものである。まず、帯状の集電体の表面に幅方向の一
端部に未塗工部を残すようにして電極合材を塗工し、こ
の未塗工部を切り欠くことにより集電用リードを形成さ
せたシート状の電極を作成する（図１４参照）。次に、
これらの電極を、互いの集電用リードが背向するように
位置させ、セパレータを挟装させて、これらを捲回し、
電極体を形成させる（図１５、図１６参照）。そして、
電極体の巻回端面に突出した集電用リードを、電極体の
巻回端面に配置させた集電端子のフランジ部の外周に集
め、これをリングを用いて押さえつけてレーザ溶接する
（図１７参照）、あるいは、集めた集電用リードをフラ
ンジ外周に押さえつけるように数箇所の超音波接合を行
う（図１８参照）という方法である。

【０００４】なお、集電用リードの形成については、上
記の切り欠きによるものの他、未塗工部に短冊状の金属
箔を超音波接合、抵抗溶接等の手段を用いて接合するこ
とにより形成する方法でも行われていた（図１９参
照）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の方法は、以下の欠点があった。 （１）電極合材塗工後、未塗工部を短冊状にカットし
て、あるいは未塗工部に短冊状の金属箔を接合すること
により、集電用リードを複数形成させなければならず、
この工程に多くの工数を必要とし、電池の製造コストが
上昇する。

【０００６】（２）リングを用いてレーザ溶接する場合
は、リングにより押さえつける工程を必要とし、またレ
ーザ溶接を行うためにリングおよびフランジ部からはみ
出た集電用リードを切りそろえる工程をも必要とし、や
はり製造コストの増加につながる。さらにレーザ溶接は
スパッタが発生し、このスパッタが電極体に入り込婿と
によって電極間の短絡の原因となる可能性がある。

【０００７】（３）超音波接合する場合は、リング等の
押え金具を用いないため、複数のバラバラに集まってく
る集電用リードがスプリングバックにより元に戻ろうと
するため、これをうまく捌いて超音波接合を行うのは非
常に作業性が悪く、やはり多くの工数を必要とし製造コ
ストが増加してしまう。 （４）レーザ溶接、超音波接合のいずれの方法であって
も、大きなフランジ部を有する円盤状の集電端子を必要
とするため、集電端子の重量が大きく、電池自体の重量
も増加し、電池の重要な特性である出力密度、エネルギ
密度が減少してしまうことになる。

【０００８】本発明は、電極捲回型電池の従来の集電処
理方法が抱える上記実情に鑑みてなされたものであり、
集電処理に多くの工数を必要とせず、また大きな重量の
端子部品を必要としない集電処理方法を開発することを
課題とし、集電処理のためのコストが安く、かつ出力密
度、エネルギ密度の高い電極捲回型電池を提供すること
を目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決すべく、
本発明の電極捲回型電池は、それぞれの帯状金属箔集電
体とその表面に塗工されたそれぞれの電極合材とをもつ
正極シートおよび負極シートと、該正極シートと負極シ
ートとの間に挟装されたセパレータとを、巻芯の周囲に
渦巻状に捲回して形成された電極体を有する電極捲回型
電池であって、前記正極シートと負極シートとの少なく
とも一方は、幅方向において連続して一体に形成され、
幅方向の一端部に所定幅で全長にわたる電極合材未塗工
部を有し、かつ該電極合材未塗工部をセパレータおよび
前記正極シートと負極シートとの他方から突出させるよ
うに捲回されており、該電極合材未塗工部が重ね合わさ
るように集電端子に接合されていることを特徴とする。

【００１０】つまり本発明の電極捲回型電池は、電極合
材が塗工されていない未塗工部に切込みを設けるとか、
また未塗工部を切り欠く若しくは未塗工部に短冊状のも
のを接合することによって集電用リードを形成させると
いった特別な手段を施すことなく、この未塗工部を集電
端子に重ね合わせるように接合することにより、集電処
理に必要となる工数を大幅に削減することを可能にする
ものである。さらに本発明の電極捲回型で電池では、従
来のようなフランジ部を設けるなどした比較的重量のあ
る集電端子部品を必要とせず、電池重量の軽減を図るこ
とができ、電池の出力密度、エネルギ密度を増大させる
ことができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下に本発明の電極捲回型電池お
よびその製造方法の一実施形態であって、電極体の巻芯
を集電端子とした実施形態について、リチウムイオン二
次電池を例にとって、図面をも参照しつつ詳細に説明す
る。なお本発明の電極捲回型電池は、リチウムイオン二
次電池に限定されるものではなく、電極合材を集電体表
面に塗工して形成した電極を捲回して構成したすべての
電池に適用できるものである。

【００１２】〈正極シートおよび負極シートと電極合材
未塗工部の形成〉図１に、本発明の電極捲回型電池を構
成する正極シートおよび負極シートの平面図を表す。正
極シート１０は、帯状金属箔製の正極集電体１１とその
表面に塗工された正極合材１２とからなり、負極シート
２０は帯状金属箔製の負極集電体２１とその表面に塗工
された負極合材２２とからなる。正極シート１０および
負極シート２０の長さおよび幅については、作成しよう
とする電池の容量等に応じて任意のものとすることがで
きる。

【００１３】正極シート１０、負極シート２０とも、幅
方向において連続して一体に形成されており、幅方向の
一端部に所定幅で全長にわたって正極合材未塗工部１３
および負極合材未塗工部２３がそれぞれ設けられてい
る。この未塗工部１３、２３の幅は、後に詳しく説明す
るためここでの説明は省略する。なお電極合材１２、２
２は、集電体１１、２１の片面に塗工するものでもよ
く、また集電体１１、２１の両面に塗工するものであっ
てもよい。ただし、電池のエネルギ密度等を考慮すれば
両面に塗工するのが望ましく、その場合は両面に未塗工
部１３、２３を設け、両面の未塗工部１３、２３が幅方
向の同じ一端部に位置するようにしなければならない。

【００１４】リチウムイオン二次電池の場合、正極集電
体１１には、アルミニウム等の金属箔でその厚みは１０
〜２０μｍ程度のものを使用するのが望ましい。この正
極集電体１１に塗工される正極合材１２は、リチウム複
合酸化物粉末等からなる活物質に黒鉛等の導電材、ポリ
フッ化ビニリデン等の結着剤を混合し、ｎ−メチルピロ
リドン等の溶剤を適量加えたもので、塗工前はペースト
状となっているものを用いるのがよい。負極集電体２１
には、銅等の金属箔でその厚みは５〜２０μｍ程度のも
のを使用するのが望ましい。この負極集電体２１に塗工
される負極合材２２は、黒鉛等の炭素材料粉末からなる
活物質に、ポリフッ化ビニリデン等の結着剤を混合し、
ｎ−メチルピロリドン等の溶剤を適量加えたもので、正
極合材１２同様、塗工前はペースト状となっているもの
を用いるのがよい。

【００１５】正極シート１０、負極シート２０に電極合
材未塗工部１３、２３を形成させる工程、つまり、電極
合材未塗工部１３、２３を設けるように、集電体１１、
２１の表面に電極合材１２、２２を塗工する工程は、種
々の方法によって行うことができるが、連続的に塗布、
乾燥が行えるコータと呼ばれる塗工機を用いて行うのが
好ましい。図２に、コータの塗布装置の一例を概念的に
表した図を掲げる。

【００１６】この図が示す塗布装置７０は、リバースロ
ール方式のもので、バックアップロール７１、塗布ロー
ル７２、コンマロール７３の３本のロールにより構成さ
れており、堰７４の中に貯えられた電極合材が、コンマ
ロール７３により計量されて塗布ロール７２に供給さ
れ、塗布ロール７２上の電極合材１２、２２が、バック
アップロール７１と塗布ロール７２の間を集電体１１、
２１が通過する際に、この集電体１１、２１に転写され
るという方式のものである。電極合材の粘度の影響が少
なく、均一な塗布厚が得られるという利点がある。

【００１７】堰７４の幅によって電極合材の塗布される
幅が決定でき、集電体１１、２１の幅および集電体１
１、１２を通過させる位置によって、電極合材未塗工部
１３、２３の位置および幅を調整することができる。本
実施形態の場合電極シート１０、２０の一端部のみに電
極合材未塗工部１３、２３を設けているが、塗布時の電
極合材のタレ等を考慮して、幅方向の他端部に若干の幅
の未塗工部を設けるものであっても構わない。また電極
合材１２、２２の塗布厚は、５０〜２５０μｍ程度とす
るのが好ましい。なおリチウムイオン二次電池の場合
は、デンドライトの析出等を考慮して負極合材２２を正
極合材１２よりも若干量幅広く塗工するのが望ましい。

【００１８】このように電極合材１２、２２が塗布され
た集電体１１、２１は、塗布装置７０に連続している乾
燥炉に移動させられ、乾燥によって電極合材１２，２２
に含まれる溶剤分が蒸散させられる。乾燥炉には連続炉
が用いられ、電極合材１２、２２が塗布された集電体が
炉内を移動する間に乾燥が行われる。乾燥法式は熱風方
式、赤外線方式等様々な方式を採用することができる。

【００１９】この様な工程を経ることによって、正極シ
ート１０および負極シート２０が形成される。なお乾燥
完了後、必要に応じ、電極合材１２、２２の密度を高め
るために、ロールプレス等を行ってもよい。また集電体
１１、２１の両面に電極合材１２、２２を塗工する場合
には上述した工程を２回繰り返せばよい。 〈電極体の形成〉電極合材の塗工が完了して形成された
正極シートおよび負極シートは、その間にセパレータを
挟装されて、巻芯を中心にロール状に捲回され電極体が
形成される。セパレータは、正極シートおよび負極シー
トを物理的に隔離し、電解液を保持する役割を果たすも
ので、厚さ２０〜４０μｍ程度のポリエチレン等の微多
孔質膜を用いるのがよい。なお、セパレータの幅は、絶
縁を担保するため、正極合材および負極合材の塗工幅よ
り若干広くするのが望ましい。

【００２０】巻芯は、樹脂、金属等の材質のものを用い
ることができるが、本実施形態の場合両端が集電端子を
兼ねることから、巻芯の両端は正極集電体および負極集
電体と同じ材質のものから形成されることが望ましい。
本実施形態に使用する巻芯を図３に示す。図３に示すよ
うに正極側部材４１にはアルミニウム等の金属を、負極
側部材４２には銅等の金属を用いており、正極側部材４
１と負極側部材４２の間には、両者を絶縁するため、樹
脂等でできた絶縁部材４３を介在させ、正極側部材４
１、負極側部材４２、絶縁部材４３が結合されて一体と
して形成されている。

【００２１】本実施形態の場合の巻芯４０は、正極側部
材４１、負極側部材４２、絶縁部材４３とも中空に形成
されている。これは、巻芯４０自体の重量を軽減させる
ためであり、また電池の充放電に伴って発生する電極体
内部の熱を外部に放散させることを目的とするものであ
る。従ってこの様な配慮を必要としない場合は、敢えて
中空とする必要はなく、丸棒状のものであっても構わな
い。

【００２２】巻芯４０の長さは、両端に正極シートおよ
び負極シートの電極合材未塗工部がそれぞれ接合される
ため、少なくともセパレータの幅方向の端部よりも両端
が突出するだけの長さが必要となる。なお本実施形態の
巻芯４０の場合は、入出力端子の役割をも兼用させるた
め、正極側部材４１および負極側部材４２の両端に雄ネ
ジ４４が形成されているが、入出力のための接続方式に
応じ、正極側部材４１および負極側部材４２の端部は種
々の形状に形成することができる。

【００２３】次に巻芯を中心にして、正極シート、負極
シート、セパレータを捲回する様子を図４に示す。ま
た、正極シート、負極シート、セパレータを重ね合わせ
た様子を示す断面図を図５に示す。これらの図が示すよ
うに、セパレータ３０、負極シート２０、セパレータ３
０、正極シート１０の４枚を層状に重ねて捲回する。こ
の際、正極シート１０の正極合材未塗工部１３と負極シ
ート２０の負極合材未塗工部２３が、幅方向で互いに背
向し、正極合材未塗工部１３がセパレータ３０および負
極シート２０より突出し、負極合材未塗工部２３がセパ
レータ３０および正極シート１０より突出するように重
ね合わせる。

【００２４】捲回は捲回機を用い、正極シート１０、負
極シート２０、２枚のセパレータ３０のそれぞれに対し
て、長手方向にテンションをかけ、それぞれが弛まない
ように行う。捲き始めは、セパレータ３０、負極シート
２０、セパレータ３０、正極シート１０、セパレータ３
０・・・・の順となるようにし、捲き終わりは、・・・・セパレ
ータ３０、正極シート１０、セパレータ３０、負極シー
ト２０、セパレータ３０の順となるようにする。

【００２５】このように捲回されたものは、ロール状
（渦巻状）の電極体となる。形成された電極体を図６に
示す。この図が示すように、電極体５０は、正極合材未
塗工部１３および負極合材未塗工部２３が、正極合材お
よび負極合材が重ね合わされて捲回されている部分より
捲回軸方向の両側に突出した格好になっている。そし
て、正極合材未塗工部１３が巻芯４０の正極側部材４１
の周囲に、負極合材未塗工部２３が巻芯４０の負極側部
材４２の周囲にそれぞれ位置するものとなっている。

【００２６】〈集電処理〉電極シートから集電端子への
集電処理は、正極シートおよび負極シートの電極合材未
塗工部を集電端子へ重ね合わせるように接合することに
よって行う。本実施形態の場合は、巻芯の端部が集電端
子を兼ねる構造となっていることから、正極シートの正
極合材未塗工部を上述した巻芯の正極側部材に、負極シ
ートの負極合材未塗工部を負極側部材にそれぞれ接合す
ることによって行う。

【００２７】接合の方法は、超音波接合、抵抗溶接、レ
ーザ溶接、カシメ等様々な手段によって行うことができ
る。電極合材への熱影響、スパッタ、接合部における通
電抵抗、作業性等を総合的に考慮すれば、超音波接合に
よって行うのが望ましい。接合方法の一例として、図７
に、超音波接合によって電極合材未塗工部を巻芯に接合
する様子を示す。

【００２８】図７に示すように、超音波接合機６０は、
受け台となるアンビル６２と、超音波振動を接合部に伝
達させるホーン６１とからなる。本実施形態の場合、巻
芯４０が中空に形成されているため、巻芯４０の中空部
に挿入できるようなアンビル６２を用いている。そして
アンビル６２を巻芯４０の中空部に挿入して電極体５０
をセットし、電極合材未塗工部１３、２３の最外周にホ
ーン６１を当接させ、巻芯４０に向かって付勢して巻芯
４０とホーン６１との間で電極合材未塗工部１３，２３
を重ね合わせるように挟持し、ホーン６１から超音波振
動を伝達させて接合を行う。

【００２９】正極側、負極側それぞれ２箇所の接合を行
った後の電極体を、図８に示す。接合は、巻芯４０のま
わりにおいて、１箇所または複数箇所行うことができ
る。この際、巻芯４０の端部（正極側部材４１あるいは
負極側部材４２）に接合された接合部６３と巻芯４０の
端部に接合されていない非接合部６４とを形成するよう
に接合するのが望ましい。巻芯４０の全周にわたって接
合するのと異なり、非接合部６４を存在させることで、
後に行う組付け時の電解液の含浸工程において、電解液
を電極合材の隅々にまで注入できるという利点を有する
こととなる。また、電池に異常が生じて電解液がガス化
したような場合においても、非接合部６４は電極体５０
の内部のガスの通路となることから、非接合部６４を設
けることは、安全上有利な構造の電池を構成することに
もなる。

【００３０】なお、多くの接合箇所を設けることにより
電流経路が拡大し、電池の内部抵抗を低減でき、電池の
出力密度の向上を図ることができる。これと反対に、接
合箇所を少なくすることにより集電処理のための作業時
間を削減することができる。したがって、接合箇所の数
は、これらおよび上記非接合部の割合等を総合的に勘案
して決定すればよい。

【００３１】このように、電極体を構成する巻芯の端部
に集電端子としての機能を兼ね備えさせ、この巻芯の端
部に未塗工部を接合させて集電処理を行う場合には、別
途集電処理のための部品を必要とすることなく、電池自
体の重量の増加を抑制することを可能にしている。 〈電池の完成〉集電処理が完了した電極体は、電池ケー
スに挿設されて組付けに供される。組付け時には、電極
合材およびセパレータに非水電解液を含浸させる。リチ
ウムイオン二次電池の場合、非水電解液は、エチレンカ
ーボネート、ジエチルカーボネート等の有機溶媒にＬｉ
ＢＦ₄、ＬｉＰＦ₆等の電解質を溶解させたものを使用す
る。含浸終了後、電池ケースに蓋を被せ、この蓋にカシ
メ等を施して電池ケースを密封し、電池を完成させる。
なお本実施形態の電極捲回型電池の場合は、巻芯の端部
が入出力端子をも兼ねているため、巻芯の端部を電池ケ
ースより突出させるようにする。

【００３２】〈電極合材未塗工部の幅について〉集電処
理の作業性、集電処理のためのスペース等を考慮すれ
ば、電極合材未塗工部の幅には望ましい範囲が存在す
る。本発明の電極捲回型電池がその効果を充分に発揮す
るのは、放電容量が１Ａｈを超える大型電池である。し
たがって大型電池における電極合材未塗工部の望ましい
幅について以下に説明する。

【００３３】上記電極体の説明で示した図６を参照すれ
ば、電極体の外径をＤとし、巻芯の外径をｄとした場合
に、電極体５０の正極シート１０、負極シート２０およ
びセパレータ３０とが捲回されて層状をなす部分の最内
周と最外周とによって決定される半径方向の厚さ（以下
「捲回厚さ」という）Ｔは、一般に、Ｔ＝（Ｄ−ｄ）／
２で表される。大型電池の場合は、捲回厚さＴが、５≦
Ｔ≦２０の範囲にあるのが通常である。

【００３４】電極合材未塗工部１３、２３の幅、つまり
集電処理のため集電端子との接合により押し潰される部
分の幅を、Ｈとすれば、様々な実験を重ねた結果、本発
明の電極捲回型電池の集電処理では、Ｈ＞Ｔの範囲で接
合可能であることが判った。一方、Ｈ＞４５ｍｍの範囲
では電池性能に寄与しない部分が正極側と負極側とを合
わせて９０ｍｍを超え、体積実装効率（電池全長に対す
る電極合材塗工部幅の比）が極めて小さくなる。また、
Ｔ≦２０ｍｍ程度の比較的小さい電池では、Ｈ＞１．５
Ｔ＋１５ｍｍの領域では体積実装効率がやはり小さくな
る。

【００３５】上記のことを総合して判断すれば、捲回厚
さＴ（ｍｍ）、未塗工部幅Ｈ（ｍｍ）とすれば、未塗工
部幅Ｈは、 Ｔ≧５ かつ Ｈ≦４５ かつ Ｔ＜Ｈ≦
１．５Ｔ＋１５ の範囲にあるのが望ましいといえる。
巻芯を集電端子とした場合の、この望ましい未塗工部幅
の範囲については、図９に示す。なお、上述した実施形
態は、正極側および負極側の両方とも巻芯を集電端子と
して集電処理を行っているが、これに代え、正極側また
は負極側のいずれか一方を板端子を用いる方法で集電処
理を行うものであってもよい。また、正極側または負極
側のいずれか一方について上記のいずれかの集電処理を
行い、他方については、従来から実施されている公知の
方法によって集電処理を行うものであってもよい。

【００３６】〈本発明の電極捲回型電池の他の実施形
態〉上記の実施形態は、巻芯の端部を集電端子とした実
施形態である。これと異なり、板状の集電端子を巻芯と
は別に設け、この板状の端子に集電処理を行う実施形態
を採用することもできる。板状端子への集電処理を行っ
た実施形態を図１０に示す。集電端子を別部品とするこ
とによって、軸芯を軽量な樹脂によって形成することが
でき、電池の軽量化が図れ、電池のエネルギ密度、出力
密度を高めることができる。

【００３７】また、図１０に示すように、板状集電端子
９０を電極体５０の正極シート１０、負極シート２０お
よびセパレータ３０とが捲回されて層状をなす部分の最
内周と最外周とのちょうど中間(Ｔ／２の位置）に位置
させて、端子９０の両側から電極合材未塗工部１３、２
３を接合させれば、未塗工部幅ＨがＨ＞Ｔ／２の範囲で
接合させることが可能となる。このことは、未塗工部幅
の減少がはかれることとなり、体積実装率の向上につな
がる。

【００３８】ちなみに拡大した未塗工幅の望ましい範囲
は、 Ｔ≧５ かつ Ｈ≦４５ かつ Ｔ／２＜Ｈ≦
１．５Ｔ＋１５ となる。板状集電端子を捲回厚さの中
心に位置させた場合の、この望ましい未塗工幅の範囲に
ついては、図１１に示す。集電端子を巻芯とは別体の部
品とした他の実施形態を、図１２に示す。この場合、集
電端子部品４６は中実丸棒状のものであってもよいが、
この図に示す様な有底のカップ状のもの、あるいはパイ
プ状のもの等を採用すれば、図７を用いて説明した方法
と同様の方法で超音波接合ができ、また、軽量化を達成
することができる。さらに、巻芯は捲回工程で必要とな
るが、さらなる軽量化を目的とし、捲回後に巻芯を抜き
取って無くすという実施形態を採用することもできる。
巻芯が無い状態であっても、集電端子と電極合材未塗工
部とを接合する際に問題となることはない。

【００３９】

【実施例】上記実施形態に基づいて、電極捲回型リチウ
ムイオン二次電池を実施例として作製し、また、従来技
術に基づく電池を比較例として作製した。そしてこの実
施例、比較例の電極捲回型電池に対して、それぞれの構
成および集電処理のための工数、エネルギ密度等につい
て比較評価を行った。以下にこの結果を示す。

【００４０】〈実施例〉上記実施形態に基づく電極捲回
型電池であって、巻芯の端部を集電端子とする集電処理
を行った電池を作製した。正極シートは、厚さ１５μ
ｍ、幅１８０ｍｍのアルミニウム箔集電体の両面に、片
面あたり１２０μｍの厚さで正極合材を塗工した。正極
合材の塗工幅は１６０ｍｍで、正極シートの幅方向の一
端部に幅２０ｍｍの正極合材未塗工部を設けた。同様
に、負極シートは、厚さ１０μｍ、幅１８４ｍｍの銅箔
集電体の両面に、片面あたり６０μｍの厚さで負極合材
を塗工した。負極合材の塗工幅は、１６４ｍｍで、負極
シートの幅方向の一端部に幅２０ｍｍの負極合材未塗工
部を設けた（図１参照）。正極シート、負極シートは、
その長さをそれぞれ２１５０ｍｍ、２２５０ｍｍに裁断
して使用した。 これらの正極シート、負極シートを、
捲回して電極体を作製した。巻芯は、正極側部材にアル
ミニウムを、負極側部材に銅を使用し、ポリフェニレン
サルファイドの絶縁部材を挟んで、外径１０ｍｍφの中
空のパイプ状に一体として形成されたものを使用した
（図３参照）。巻芯全長は約２２４ｍｍで、電極体形成
後、電極合材の幅方向の端部より、正極側および負極側
にそれぞれ３０ｍｍずつ突出するような長さとなってい
る。また両端の先端部には約１０ｍｍの長さで雄ネジか
形成され、この部分を除く２０ｍｍの部分が集電端子と
しての機能を果たす部分となっている。

【００４１】正極シートおよび負極シートに挟装させる
セパレータは、厚さ２５μｍのポリエチレンシートで、
幅１６６ｍｍのものを使用した。正極シートおよび負極
シートを、それぞれの電極合材未塗工部が幅方向で背向
しかつ他極シートの電極合材部およびセパレータより突
出するように位置させ（図５参照）、捲回機を用いて捲
回させた（図４参照）。捲回して形成された電極体（図
６参照）の外径は３０ｍｍφとなった。

【００４２】電極合材未塗工部の接合は、超音波接合に
よって行った（図７参照）。接合箇所が、それぞれの極
で２箇所となるように接合された電極体（図８参照）
と、１箇所となるように接合された電極体との、２種類
の電極体を作製した。それぞれの電極体を電解液ととも
に電池ケースに密封し電池を完成させた。接合箇所が各
極あたり２箇所のものを実施例１の電極捲回型電池と、
１箇所のものを実施例２の電極捲回型電池とした。

【００４３】〈比較例〉従来技術の集電処理方法を採用
した電極捲回型電池である。正極シートおよび負極シー
トは、実施例のものと同様の集電体、電極合材を使用し
ている。ただし、正極シートおよび負極シートの幅をそ
れぞれ１７０ｍｍ、１７４ｍｍとし、電極合材の塗工幅
は実施例のものと同じであるが、電極合材未塗工部の幅
をそれぞれ１０ｍｍにしているところが実施例のものと
異なるところである。そしてこの未塗工部に、厚さ４０
μｍ、幅１０ｍｍの短冊状（タブ状）の集電用リードを
超音波接合し、この集電用リードを利用して集電処理を
行うようにした。集電用リードは、正極シート、負極シ
ートとも、５０ｍｍピッチで約４５本接合した（図１９
参照）。なおこの集電用リードの接合は、下記で説明す
る捲回工程の最中に、正極シートおよび負極シートの捲
回の進行に合わせて１本ずつ順次行った。

【００４４】それぞれの集電用リードが反対側の巻回端
面にくるように、正極シート、負極シートをセパレータ
を挟装させて捲回し、電極体を形成した（図１５参
照）。使用したセパレータは、実施例のものと同様のも
のであり、形成した電極体の外径も実施例のものと同様
である。ただし巻芯は、ポリフェニレンサルファイド製
の中空状のもので、電極体から突出しない長さのものを
使用した。

【００４５】集電端子には、正極側にはアルミニウム製
の、負極側には銅製の、円盤状のフランジ部を有する部
品を使用し、この集電端子のフランジ部の外周に、集電
用リードを１本ずつ折り曲げることによって集め、その
後に１つの端子あたり８箇所の超音波接合を行った（図
１８参照）。なお集電処理に要するスペースは実施例の
場合と同様２０ｍｍとした。この電極体を電解液ととも
に電池ケースに密封して、比較例の電極捲回型電池を完
成させた。

【００４６】〈電池の構成、集電処理工数、エネルギ密
度等の比較評価〉実施例１、実施例２、比較例の電極捲
回型電池の集電処理の状態を比較して模式的に表した図
を、図１３に掲載する。また、正極シートおよび負極シ
ートを中心とした電池の構成を比較した表を下記表１
に、電池の集電処理に要する時間、電池のエネルギ密度
等を比較した表を下記表２にそれぞれ掲載する。

【００４７】

【表１】

【００４８】

【表２】 図１３および表１、表２から判るように、集電処理方法
が異なっても、集電処理に要するスペースは同じであ
り、電池自体の体積は同じになっている。しかし電池の
重量は、比較例の電池が、別部品の集電端子を採用して
いることから、実施例の電池より３０ｇも重いものとな
っている。なお、表２から判るように放電容量および体
積実装効率についてはどの電池も同じ値を示している。

【００４９】集電処理に要する時間は、集電用リードを
接合する時間つまり正極シートおよび負極シートを捲回
して電極体を形成するのに要する時間と、集電用リード
を折り曲げて集電端子に集める作業に要する時間と、超
音波接合に要する時間とを合計した時間を合計して比較
することによって評価することができる。比較例の電池
の場合は、正極側および負極側を合わせて、集電処理に
要する時間は電池１個あたり、１２分＋７分×２＋３分
×２＝３２分を要した。これに対して実施例１の電池の
場合は、２０秒＋３０秒×２＝１分２０秒を要し、実施
例２の電池の場合は、２０秒＋１５秒×２＝５０秒を要
した。このことから、本発明の電極捲回型電池は、集電
処理のために必要な作業工数を著しく少なくできること
が確認できた。

【００５０】接合面積と電流経路の違いから、実施例
１、実施例２および比較例の電池は内部抵抗の異なるも
のとなることが予想された。実際に接合面積の最も大き
い比較例の電池が、内部抵抗が小さく、出力特性に優れ
ることが確認されたが、上述したように集電端子をフラ
ンジ部を設けた別部品としたことから電池重量が増加
し、出力密度では劣ることが確認できた。また同様に、
エネルギ密度においても実施例の電池が優るものとなっ
ていることが確認できた。

【００５１】

【発明の効果】本発明の電極捲回型電池は、正極シー
ト、負極シートに電極合材未塗工部を設け、この未塗工
部に集電用リードを設けることなく、直接この未塗工部
を集電端子に接合させるという構成を採っている。この
様な構成にしたことにより、本発明の電極捲回型電池を
製造する場合は、集電用リードを設ける工程および集電
用リードを折り曲げて集める工程を必要とせず、電極捲
回型電池の生産性の向上および製造コストの低減を図る
ことが可能となる。

【００５２】また本発明の電極捲回型電池では、集電端
子として重量の大きな部品を必要とすることがなく、電
池自体の重量の軽減を図ることが可能となる。この結
果、本発明の電極捲回型電池は、出力密度およびエネル
ギ密度の高い優秀な電池となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施形態の電極捲回型電池を構成す
る正極シートおよび負極シートを示す平面図

【図２】 本発明の実施形態の電極捲回型電池におい
て、集電体表面に電極合材を塗布する塗布装置を示す斜
視図

【図３】 本発明の実施形態の電極捲回型電池を構成す
る巻芯を示す斜視図

【図４】 本発明の実施形態の電極捲回型電池におい
て、正極シート、負極シートおよびセパレータを捲回す
る様子を示す斜視図

【図５】 本発明の実施形態の電極捲回型電池におい
て、正極シート、負極シートおよびセパレータを重ね合
わせた様子を示す断面図

【図６】 本発明の実施形態の電極捲回型電池におい
て、正極シート、負極シートおよびセパレータを捲回し
て形成された電極体を示す斜視図

【図７】 本発明の実施形態の電極捲回型電池におい
て、超音波接合によって電極合材未塗工部を巻芯に接合
する様子を示す図

【図８】 本発明の実施形態の電極捲回型電池におい
て、正極側、負極側それぞれ２箇所の超音波接合を行っ
た後の電極体を示す斜視図

【図９】 本発明の実施形態の電極捲回型電池におい
て、望ましい電極合材未塗工部幅の範囲を示す図

【図１０】 本発明のもう一つの実施形態の電極捲回型
電池であって、板状の集電端子に接合して集電処理を行
った電極捲回型電池の電極体を示す斜視図

【図１１】 板状端子に集電処理を行った本発明のもう
一つの実施形態において、望ましい電極合材未塗工部幅
の範囲を示す図

【図１２】 本発明の実施形態の電極捲回型電池におい
て、巻芯および巻芯とは別体の集電端子を示す斜視図

【図１３】 実施例１、実施例２、比較例のそれぞれの
電極捲回型電池の集電処理の状態を模式的に表した図

【図１４】 従来の電極捲回型電池において、集電用リ
ードが切り欠きによって形成された正極シートおよび負
極シートを示す平面図

【図１５】 従来の電極捲回型電池において、正極シー
ト、負極シートおよびセパレータを捲回する様子を示す
斜視図

【図１６】 従来の電極捲回型電池において、正極シー
ト、負極シートおよびセパレータを捲回して形成された
電極体を示す斜視図

【図１７】 従来の電極捲回型電池において、レーザー
溶接によって集電処理された電極体を示す斜視図

【図１８】 従来の電極捲回型電池において、超音波接
合によって集電処理された電極体を示す斜視図

【図１９】 従来の電極捲回型電池において、集電用リ
ードが超音波接合によって形成された正極シートおよび
負極シートを示す平面図

【符号の説明】

１０：正極シート １１：正極集電体 １２：正極合材 １３：正極合材未塗工部 １４：正極集電用リード １５：リード接合部 ２０：負極シート ２１：負極集電体 ２２：負極合材 ２３：負極合材未塗工部 ２４：負極集電用リード ２５：リード接合部 ３０：セパレータ ４０：巻芯 ４１：正極側部材 ４２：負極側部材 ４３：絶縁部材 ４４：雄ネジ部 ４６：集電端子部品 ５０：電極体 ６０：超音波接合機 ６１：ホーン ６２：アンビル ６３：接合部 ６４：非接合部 ７０：塗布装置 ７１：バックアップロール ７２：塗布ロール ７３：コンマロール ７４：堰 ８０ ８１：集電端子部品 ８２：リング ８３：レーザ光線 ８４：溶接ビード ８５：超音波接合部 ９０：板状集電端子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渡辺 吾朗 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 正木 英之 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 日置 辰視 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 伊藤 勇一 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 中野 昭 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 野崎 耕 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 秋本 明人 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 Ｆターム(参考） 5H022 AA09 AA18 BB00 BB11 CC12 CC16

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 それぞれの帯状金属箔集電体とその表面
   に塗工されたそれぞれの電極合材とをもつ正極シートお
   よび負極シートと、該正極シートと負極シートとの間に
   挟装されたセパレータとを、巻芯の周囲に渦巻状に捲回
   して形成された電極体を有する電極捲回型電池であっ
   て、 前記正極シートと負極シートとの少なくとも一方は、幅
   方向において連続して一体に形成され、幅方向の一端部
   に所定幅で全長にわたる電極合材未塗工部を有し、かつ
   該電極合材未塗工部をセパレータおよび前記正極シート
   と負極シートとの他方から突出させるように捲回されて
   おり、 該電極合材未塗工部が重ね合わさるように集電端子に接
   合されていることを特徴とする電極捲回型電池。
2. 【請求項２】 前記巻芯の端部が前記集電端子となり、
   かつ、前記電極合材未塗工部は、該巻芯の端部に接合さ
   れた接合部と該巻芯の端部に接合されていない非接合部
   とを形成するように接合されている請求項１に記載の電
   極捲回型電池。
3. 【請求項３】 前記集電端子は、前記巻芯の端部に結合
   した或いは前記巻芯とは物理的に離隔した別体の部品で
   あって、かつ、前記電極合材未塗工部は、該集電端子に
   接合された接合部と該集電端子に接合されていない非接
   合部とを形成するように接合されている請求項１に記載
   の電極捲回型電池。
4. 【請求項４】 前記電極合材未塗工部の前記所定幅をＨ
   （ｍｍ）とし、前記電極体の正極シート、負極シートお
   よびセパレータとが捲回されて層状をなす部分の最内周
   と最外周とによって決定される半径方向の厚さをＴ（ｍ
   ｍ）とした場合に、ＨとＴが次式で表される関係を有す
   る請求項２または請求項３のいずれかにに記載の電極捲
   回型電池。 Ｔ≧５ かつ Ｈ≦４５かつ Ｔ＜Ｈ≦１．５Ｔ＋１５
5. 【請求項５】 幅方向において連続して一体に形成され
   た帯状金属箔集電体の表面に、電極合材を、該集電体の
   幅方向の一端部に所定幅で全長にわたる未塗工部を有す
   るように塗工して、正極シートと負極シートとの少なく
   とも一方に電極合材未塗工部を形成する工程と、 正極シート、負極シートおよび該正極シートと該負極シ
   ートとの間に挟装させるセパレータとを、正極シートと
   負極シートとの少なくとも一方の前記未塗工部が該セパ
   レータおよび該正極シートと負極シートとの他方から突
   出するように、巻芯の周囲に渦巻状に捲回させて電極体
   を形成する工程と、 前記未塗工部を重ね合わせるように集電端子に接合する
   工程とを含むことを特徴とする電極捲回型電池の製造方
   法。