JP2004071199A - 電池 - Google Patents

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Kunio Takeyama
竹山 邦夫
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Abstract

【課題】発電要素1の正極1aや負極1bの金属箔を挟持板4で挟んでかしめると共に、この挟持板4を集電接続体2の接続板部2bに溶接により接続することにより、薄い金属箔と厚い接続板部2bとを確実に接続することができる電池を提供する。
【解決手段】発電要素1の正極1aや負極1bの集電基材となる金属箔が端部で複数重なり合って金属板からなる挟持板4の板片4a,4a間に挟み込まれかしめられると共に、端子3に接続された集電接続体2の接続板部2bにこの挟持板4が溶接により接続固定された構成とする。
【選択図】    図1

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発電要素の電極の集電基材となる金属箔を集電接続体を介して端子に接続した電池に関する。
【0002】
【従来の技術】
図3に、大型の非水電解質二次電池における従来の発電要素1と集電接続体2との接続構造を示す。この非水電解質二次電池は、2個の長円筒形の発電要素1を並べ並列接続したものである。各発電要素1は、正極1aと負極1bをセパレータ1cを介して長円筒形に巻回したものであり、正極1aは帯状のアルミニウム箔の表面に正極活物質を担持させ、負極1bは帯状の銅箔の表面に負極活物質を担持させたものである。ただし、これらの正極1aと負極1bは、それぞれ帯状の片方の側端部に活物質を塗布しない未塗工部を設けておき、この未塗工部でアルミニウム箔と銅箔が露出するようにしている。そして、これらの正極1aと負極1bは、発電要素1の巻回の際に、巻回軸に沿って互いに反対方向にずらすことにより、長円筒形の一方(図示右下)の端面には正極1aの側端部のアルミニウム箔のみがはみ出し、他方(図示左上)の端面には負極1bの側端部の銅箔のみがはみ出すようにしている。
【0003】
上記2個の発電要素1,1は、長円筒形の平坦な側面同士が直立して重なり合うように横置きに並べられる。そして、これら2個の発電要素1,1の両端部にそれぞれ集電接続体2,2が配置されている。集電接続体2,2は、それぞれ大きな電流容量が得られるように十分な厚さの金属板が使用される。そして、発電要素1の正極1aのアルミニウム箔がはみ出す端面側には、アルミニウム合金板からなる集電接続体2が配置され、負極1bの銅箔がはみ出す端面側には、銅合金板からなる集電接続体2が配置される。各集電接続体2は、ほぼ台形状の水平に配置された本体2aと、この本体の台形状の底辺部から下方に向けて折れ曲がって櫛歯状に突設された4本の細長い接続板部2bとからなる。そして、これらの集電接続体2,2の本体2a,2aは、発電要素1,1の端部の上方に配置されて、それぞれ非水電解質二次電池の正負極の端子3,3の下端部に接続されるようになっている。正負極の端子3,3は、発電要素1の正極1aと負極1bを外部の回路に接続するための接続部材であり、図示しない蓋板を絶縁封止されて貫通することにより、非水電解質二次電池の外部に突出するようになっている。
【0004】
上記各発電要素1の正極1aのアルミニウム箔がはみ出す端面側では、図4に示すように、まずこのアルミニウム箔の直線部の重なりを図示上下に分けて、それぞれの側の接続板部2bに沿わせると共に、これらの接続板部2bと正極1aのアルミニウム箔とを挟持板4で挟持する。挟持板4は、集電接続体2よりは薄い短冊状のアルミニウム合金板を短辺に沿った横断面がU字形となるように折り曲げたものであり、この折り曲げた両板片4a,4aの間に、接続板部2bと正極1aのアルミニウム箔とを挟持させる。そして、この挟持板4の板片4a,4aの両側からスポット溶接を行うことにより、接続板部2bと正極1aのアルミニウム箔とを接続固定する。この際、接続板部2bには予めアルミニウム箔と接する側の面に多数の突起を設けておき、スポット溶接のエネルギーをこれらの突起に集中させることによりアルミニウム箔との溶着を確実なものにすることもできる。このようにして挟持板4に挟持された接続板部2bとアルミニウム箔とがスポット溶接により接続固定されると、発電要素1,1の正極1a,1aが集電接続体2を介して正極側の端子3に接続されることになる。また、各発電要素1の負極1bの銅箔がはみ出す端面側でも、正極側の場合と同様に、接続板部2bと負極1bの銅箔とが挟持板4に挟持されてスポット溶接により接続固定される。ただし、この負極側の挟持板4には、銅合金板が用いられる。そして、これにより、発電要素1,1の負極1b,1bも、集電接続体2を介して負極側の端子3に接続されることになる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、発電要素1の正極1aのアルミニウム箔や負極1bの銅箔は、極めて薄い金属箔であるため、これをスポット溶接により溶着させようとすると、あまり大きなエネルギーを加えたのでは金属箔が溶断し飛散するおそれがある。しかしながら、集電接続体2の接続板部2bは、十分な電流容量を得るため厚い金属板を用いるので、この接続板部2bをスポット溶接により溶着させるには、十分に大きなエネルギーが必要となる。このために従来は、上記のように接続板部2bと金属箔との中間の板厚の金属板からなる挟持板4で全体を挟持してからスポット溶接を行うようにしていたが、この場合にも、スポット溶接のエネルギーを大きくしすぎると金属箔が溶断飛散することになり、このエネルギーが小さい場合には接続板部2bとの溶着が十分でなくなるため、確実な溶接を行うことが困難になるという問題が発生していた。
【0006】
本発明は、かかる事情に対処するためになされたものであり、発電要素の極板の金属箔を挟持板で挟んでかしめると共に、この挟持板を集電接続体に溶接により接続することにより、薄い金属箔と厚い集電接続体とを確実に接続することができる電池を提供することを目的としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】
請求項1の電池は、発電要素の端部からはみ出した電極の集電基材となる金属箔が複数重なり合って金属板からなる挟持板の板片間に挟み込まれかしめられると共に、端子に接続された集電接続体にこの挟持板が溶接により接続固定されたことを特徴とする。
【0008】
請求項1の発明によれば、薄い金属箔は適度な板厚の金属板からなる挟持板の板片に挟まれて機械的にかしめられるので、容易に確実な接続固定を行うことができる。また、この挟持板は、金属箔よりも十分に厚い金属板からなるので、厚さのある集電接続体と溶接による確実な接続固定を容易に行うことができる。従って、発電要素の電極の集電基材となる薄い金属箔を厚い金属板等からなる集電接続体に容易かつ確実に接続固定することができるようになる。
【0009】
なお、各挟持板は、一枚の金属板を曲げ加工することにより両側に板片を形成し、これらの板片の間に金属箔を挟み込むようにしてもよいし、2枚の板片を向かい合わせに配置して、これら独立した板片の間に金属箔を挟み込むようにすることもできる。この挟持板は、金属箔を挟み込んでかしめた後に、集電接続体との溶接を行うようにすれば、取り扱いが厄介な金属箔の端部の束を挟持板によってまとめておくことができるので、溶接作業がさらに容易となる。しかしながら、挟持板と集電接続体との溶接を先に行い、この挟持板に金属箔を挟み込んでかしめるようにすることもでき、溶接とかしめを同時に行うことも可能である。
【0010】
上記挟持板は、一方の板片の一部を他方の板片側に突出変形させることにより、これら双方の板片間に挟み込んだ金属箔をかしめたものとすることができる。このようにすれば、挟持板の板片間に金属箔を挟み込んで両側から圧迫を行うだけでなく、一方の板片の一部を他方側に突出変形させて、これらの板片間に挟み込んだ金属箔をかしめるので、例えば両板片に予めかしめのための凹凸等を設けておくような必要がなくなるだけでなく、一方の板片の一部を塑性変形させながらより密接に金属箔に食い込ませることにより、このかしめによる接続固定をさらに確実なものにすることができる。
【0011】
請求項2の電池は、発電要素の端部からはみ出した電極の集電基材となる金属箔の複数重なり合ったものが、端子に接続された集電接続体の一部と共に、金属板からなり、少なくともこの金属箔に直接当接することになる側の板片の内側面に複数の突起を形成した挟持板の板片間に挟み込まれてかしめられ、挟持された集電接続体の一部にこの挟持板が溶接により接続固定されたことを特徴とする。
【0012】
請求項2の発明によれば、薄い金属箔は適度な板厚の金属板からなる挟持板の板片に挟まれて機械的にかしめられ、しかも、少なくとも一方の板片の内側面に形成された複数の突起が金属箔に食い込むので、容易に確実な接続固定を行うことができる。また、この挟持板は、金属箔よりも十分に厚い金属板からなるので、厚さのある集電接続体の一部と溶接による確実な接続固定を容易に行うことができる。さらに、この集電接続体の一部と金属箔は、共に挟持板の板片間に挟持されるので、かしめによって互いに密接し、挟持板の板片を介することなく直接接触し接続されることになる。従って、発電要素の電極の集電基材となる薄い金属箔を厚い金属板等からなる集電接続体に容易かつ確実に接続固定することができるようになる。
【0013】
なお、挟持板と集電接続体の一部との溶接は、この挟持板の板片間に金属箔を挟み込んでかしめる前に行うこともできるし、金属箔を挟み込んでかしめた状態で行うこともできる。先に金属箔をかしめた状態で溶接を行うと、従来のように金属箔が溶断して飛散するおそれも生じるが、この金属箔の挟持板や集電接続体の一部への接続固定はあくまでかしめによって行われるものであり、特に挟持板の板片の突起が金属箔と確実にかしめられることになるので、溶接箇所を限定することにより、この溶接箇所での金属箔は溶断飛散により接続が不安定になることはあっても、溶接箇所以外ではかしめにより確実に接続固定されるようにすることができる。特に、挟持板に突起を形成した部分以外で溶接を行えば、金属箔は突起により確実にかしめられると共に、集電接続体の一部は突起を形成していない部分で確実に溶接されるようにすることができる。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【0015】
図1〜図2は本発明の一実施形態を示すものであって、図1は長円筒形の発電要素の片側の直線部における一方の端面部にはみ出した正極のアルミニウム箔に挟持板を介して集電接続体の接続板部を接続固定する工程を示す部分横断面図、図2は長円筒形の発電要素の片側の直線部における一方の端面部にはみ出した正極のアルミニウム箔に挟持板を介して集電接続体の接続板部を接続固定する他の工程を示す部分横断面図である。なお、図3〜図4に示した従来例と同様の機能を有する構成部材には同じ番号を付記する。
【0016】
本実施形態は、従来例と同様に、大型の非水電解質二次電池における発電要素1と集電接続体2との接続構造を示す。本実施形態の非水電解質二次電池は、発電要素1や集電接続体2の構成は従来例と同じであるが、挟持板4の接続構造が従来例とは異なる。即ち、正極側の挟持板4は、図1に示すように、板片4a,4a間に発電要素1の端面からはみ出す正極1aのアルミニウム箔のみを挟み込み、負極側の挟持板4も、図示は省略しているが、板片4a,4a間に発電要素1の他方の端面からはみ出す負極1bの銅箔のみを挟み込むようになっている。なお、図1と図2では、1個の発電要素1の長円筒形の片側の直線部における正極側の端面部の部分横断面のみを示す。ここでは、正極1aと負極1bがセパレータ1cを介して重なり合い、負極1bはセパレータ1cに完全に覆われるが、正極1aはアルミニウム箔がセパレータ1cよりも外側(図示右側)にはみ出している。
【0017】
上記正極側の挟持板4は、短冊状のアルミニウム合金板を短辺に沿った横断面がコの字形状となるように折り曲げたものである。発電要素1の端面からはみ出した正極1aのアルミニウム箔の端部は、この挟持板4のコの字形状の両側の板片4a,4aの間に挟み込まれかしめられる。即ち、まず挟持板4は、図1(a)に示すように、両板片4a,4aをハの字形に少し開いた状態で作製し、正極1aのアルミニウム箔の端部を重ね合わせたものをこの両板片4a,4a間に挿入する。次に、図1(b)に示すように、挟持板4の両板片4a,4aを両側から押圧して、これらの間にアルミニウム箔の端部の束を挟み込みかしめる。この際、挟持板4は、図示下方からほぼ半球状の凸部を適宜間隔で複数設けた金型で押圧されると共に、図示上方からこの凸部に対応してほぼ半球状の凹部を複数設けた金型で押圧される。これにより、挟持板4の両板片4a,4aには変形部4b,4bが形成され、図示下方側の板片4aの変形部4bは、ほぼ半球状に上方に向けて突出変形すると共に、図示上方側の板片4aの変形部4bには、ほぼ半球状の上方への窪みが形成される。従って、この挟持板4に挟み込まれたアルミニウム箔は、両板片4a,4aの間で強く圧迫されるだけでなく、変形部4b,4bによって部分的に上方に湾曲させられるので、この湾曲部でアルミニウム箔同士が強く密接されると共に、両板片4a,4aの内側面にも強く密接されて、確実かつ強固に接続固定される。また、この挟持板4は、図示下方側の板片4aの凸状の変形部4bの方が図示上方側の板片4aの凹状の変形部4bよりも径や突出量が大きくなるようにかしめれば、アルミニウム箔への圧迫をより強いものにすることができる。さらに、この凸状の変形部4bが凹状の変形部4bにホック状に嵌まり込むようにすれば、接続固定をより一層強固なものにすることができる。
【0018】
上記のようにして正極1aのアルミニウム箔を挟み込んでかしめた挟持板4は、図1(c)に示すように、正極側の集電接続体2の接続板部2bの板面に沿うように配置されて超音波溶接により接続固定される。この際、挟持板4は十分に板厚の厚い金属板であるため、大きなエネルギーを印加して確実に接続板部2bに溶着させることができるようになる。しかも、正極1aのアルミニウム箔は、挟持板4に確実にかしめられているので、この超音波溶接の影響をほとんど受けることがない。このようにして挟持板4が接続板部2bに接続固定されると、発電要素1の正極1aがこの挟持板4を介して集電接続体2に確実に接続されることになり、これによって図3に示した正極側の端子3にも接続される。
【0019】
また、負極側の挟持板4は、短冊状の銅合金板を短辺に沿った横断面がコの字形状となるように折り曲げたものであり、正極側の場合と同様に、発電要素1の端面からはみ出した負極1bの銅箔の端部を挟み込んでかしめると共に、負極側の集電接続体2の接続板部2bに超音波溶接により接続固定される。そして、これにより発電要素1の負極1bもこの挟持板4を介して集電接続体2に接続固定され、負極側の端子3に接続されることになる。
【0020】
上記挟持板4は、従来例で示したものよりも板厚の厚い金属板を用いることが好ましい。図3及び図4に示した従来例の挟持板4は、薄い金属箔と厚い金属板からなる接続板部2bとをスポット溶接するために、これらの中間の比較的薄い金属板を用いる必要があったが、本実施形態の挟持板4の場合には、上記のように機械的に金属箔を挟み込んでかしめるので、ある程度厚い金属板を用いる方がかしめの塑性変形による接続固定をより確実に維持することができるようになる。しかも、従来例の場合と異なり、充放電電流が必ず一旦この挟持板4を通って流れるので、できるだけ厚い金属板を用いた方が電池内部抵抗の低減にも貢献することができる。
【0021】
本実施形態の挟持板4は、このように少し厚い金属板を用いるので、横断面コの字形状の折り曲げ部の内側には予め凹溝を形成して曲げ加工が容易となるようにしている。また、この挟持板4の両板片4a,4aの端縁部は、少し外側に広がるように曲げ加工されていて、金属箔の束をより挟み込み易くしている。ただし、金属箔を挟み込む組み立て作業やかしめ加工に支障がないならば、挟持板4を従来例のように横断面U字形に曲げ加工してもよく、凹溝の形成や板片4a,4aの端縁部を広げる曲げ加工を省略することもできる。
【0022】
上記構成によれば、発電要素1の端面からはみ出した正極1aのアルミニウム箔や負極1bの銅箔は、ある程度板厚の厚い金属板からなる挟持板4の板片4a,4aの間に挟み込まれてかしめられ、しかも、変形部4b,4bによって強固に密接されるので、容易に確実な接続固定を行うことができる。また、この挟持板4は、ある程度板厚の厚い金属板からなるので、厚い金属板からなる集電接続体2の接続板部2bにも、容易に溶接により確実な接続固定を行うことができる。従って、本実施形態によれば、発電要素1の正極1aと負極1bの集電基材となる薄いアルミニウム箔や銅箔を厚い金属板からなる集電接続体2に容易かつ確実に接続固定することができ、電池特性の向上を図ることができるようになる。
【0023】
なお、上記実施形態では、挟持板4に金属箔を挟み込んでかしめる際に、両板片4a,4aにほぼ半球状の変形部4bを形成する場合を示したが、図2(a)に示すように、二等辺三角形状の変形部4bを形成するようにしてもよい。この二等辺三角形状の変形部4bは、挟持板4の両板片4a,4aを両側から押圧しながら図示下方から二等辺三角形状の突起で押したものであり、この二等辺三角形状の底辺よりも頂点に近付くほどより図示上方側に押すことにより、板片4a,4aに二等辺三角形状の両斜辺の切り込みを入れて図示上方に突出させるようにしている。また、集電接続体2の接続板部2bは、図2(b)に示すように、この二等辺三角形状の変形部4bが窪む図示下側の板片4aに溶接する。従って、この挟持板4は、両板片4a,4aの変形部4bが二等辺三角形状の底辺で折れ曲がり、金属箔を一部切断しながら頂点側が上方に食い込むことにより、確実で強固な接続固定を行うことができる。しかも、このような変形部4bにより、金属箔が挟持板4から引き抜かれ難くなる。
【0024】
また、上記実施形態では、1枚の金属板を折り曲げて両板片4a,4aを対向させた挟持板4を使用する場合を示したが、両板片4a,4aの間に金属箔を挟み込んでかしめることができればよいので、これらの両板片4a,4aはそれぞれ独立した金属板であり、かしめによって一体化されるものであってもよい。さらに、上記実施形態では、発電要素1の各端面にはみ出す金属箔を二方に分けて重ね合わせることにより、2枚の挟持板4に挟み込む場合を示したが、使用する挟持板4の数は任意であり、これらの金属箔を一括して重ね合わせて1枚の挟持板4に挟み込んでもよいし、3枚以上の挟持板4に挟み込むようにすることもできる。
【0025】
また、上記実施形態では、挟持板4の両板片4a,4aにほぼ半球状や二等辺三角形状の変形部4bを設けてかしめる場合を示したが、この変形部4bの形状や切り込みの有無は任意であり、例えば板片4aの長手方向に筋状に長い凹凸を設けることもできる。さらに、このような変形部4bを設けることなく、挟持板4の両板片4a,4aを両側から強く押圧することにより金属箔をかしめることも可能である。ただし、この場合には、かしめを確実なものにするために、挟持板4の両板片4a,4aに予め凹凸を形成しておくことが好ましい。
【0026】
また、上記実施形態では、挟持板4に金属箔を挟み込んでかしめた後に接続板部2bとの溶接を行う場合を示したが、先に挟持板4と接続板部2bとを溶接しておき、この挟持板4に金属箔を挟み込んでかしめるようにすることもでき、この溶接とかしめを同時に行うことも可能である。さらに、上記実施形態では、挟持板4と接続板部2bとを超音波溶接により接続固定する場合を示したが、スポット溶接やレーザ溶接、TIG溶接等の他の溶接手段により接続固定を行うようにすることもできる。
【0027】
また、上記実施形態では、挟持板4の一方の板片4aの外面を集電接続体2の接続板部2bに沿わせて溶接を行う場合を示したが、他方の板片4aの内面に複数の突起を形成しておくと共に、この一方の板片4aの内面を集電接続体2の接続板部2bに沿わせて溶接を行うこともできる。即ち、金属箔を接続板部2bと共に挟持板4に挟み込んでかしめ、この接続板部2bを挟持板4に溶接により接続固定するようにしてもよい。このようにすれば、金属箔と挟持板4とが板片4aの突起により確実にかしめられると共に、この挟持板4と接続板部2bも確実に溶接されるだけでなく、金属箔と接続板部2bとが挟持板4のかしめにより密接して直接接続されるようになり、これらの接続部の電気抵抗を低減することができるようになる。
【0028】
上記の場合も、溶接とかしめはどちらを先に行ってもよいし、これらを同時に行うことも可能である。ただし、先に金属箔をかしめた状態で溶接を行うと、挟持板4と接続板部2bとの間だけでなく、この接続板部2bと金属箔との間にも溶接のエネルギーが加わり、従来のように金属箔が溶断して飛散するおそれも生じる。しかしながら、金属箔の挟持板4や接続板部2bへの接続固定はあくまでかしめによって行われるものであり、特に板片4aの突起が金属箔に食い込んで確実にかしめられることになるので、溶接箇所を例えば間隔を開けた複数箇所に限定することにより、この溶接箇所での金属箔は溶断飛散により接続が不安定になることはあっても、溶接箇所以外ではかしめにより金属箔が確実に接続固定されるようにすることができる。この際、挟持板4は、板片4aの突起が形成された部分を避けて溶接箇所を設定することが好ましい。このようにすれば、金属箔は突起を形成した部分で確実にかしめにより接続固定されると共に、接続板部2bは突起を形成していない溶接箇所で確実に溶接により接続固定されるようにすることができる。
【0029】
また、上記実施形態では、金属板からなる集電接続体2が本体2aから折れ曲がって櫛歯状に突出した接続板部2bに挟持板4を接続固定する場合を示したが、この集電接続体2の構成は任意であり、他の形状の金属板や単なる棒材又は金属材料を削り出したり鋳物により形成したもの等を用いることもできる。
【0030】
また、上記実施形態では、長円筒形巻回型の発電要素1について説明したが、この発電要素の構成は任意であり、円筒形巻回型の発電要素や積層型の発電要素にも同様に実施可能である。例えば円筒形巻回型の発電要素の場合には、比較的長さの短い挟持板を用いるか、円筒形にはみ出す金属箔に沿って湾曲した挟持板を用いるようにすればよい。さらに、上記実施形態では、非水電解質二次電池について説明したが、発電要素の電極の集電基材となる金属箔を集電接続体を介して端子に接続した電池であれば、この電池の種類は任意である。
【0031】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の電池によれば、発電要素の電極の集電基材となる薄い金属箔が適度な板厚の金属板からなる挟持板を介して厚い集電接続体に容易かつ確実に接続固定されるようになるので、電池の組み立て工程での作業性を向上させると共に品質を安定させ、電池性能の向上を図ることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態を示すものであって、長円筒形の発電要素の片側の直線部における一方の端面部にはみ出した正極のアルミニウム箔に挟持板を介して集電接続体の接続板部を接続固定する工程を示す部分横断面図である。
【図2】本発明の一実施形態を示すものであって、長円筒形の発電要素の片側の直線部における一方の端面部にはみ出した正極のアルミニウム箔に挟持板を介して集電接続体の接続板部を接続固定する他の工程を示す部分横断面図である。
【図3】従来例を示すものであって、長円筒形巻回型の発電要素の電極に集電接続体を介して端子を接続する構造を示す斜視図である。
【図4】従来例を示すものであって、長円筒形の発電要素における一方の端面部にはみ出した正極のアルミニウム箔に挟持板で挟持して集電接続体の接続板部を接続固定した構成を示す部分横断面図である。
【符号の説明】
1  発電要素
1a 正極
1b 負極
2  集電接続体
2b 接続板部
3  端子
4  挟持板
4a 板片
4b 変形部

Claims (2)

  1. 発電要素の端部からはみ出した電極の集電基材となる金属箔が複数重なり合って金属板からなる挟持板の板片間に挟み込まれかしめられると共に、端子に接続された集電接続体にこの挟持板が溶接により接続固定されたことを特徴とする電池。
  2. 発電要素の端部からはみ出した電極の集電基材となる金属箔の複数重なり合ったものが、端子に接続された集電接続体の一部と共に、金属板からなり、少なくともこの金属箔に直接当接することになる側の板片の内側面に複数の突起を形成した挟持板の板片間に挟み込まれてかしめられ、挟持された集電接続体の一部にこの挟持板が溶接により接続固定されたことを特徴とする電池。
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