JP2004241149A - 巻回式電池 - Google Patents
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Abstract
【課題】セパレータおよび金属箔の端部を無理なく折り曲げることができ、この折り曲げられた端部を一対の板状部材で狭持することにより、金属箔と集電板とを溶接する必要のない巻回式電池を提供する。
【解決手段】巻回式電池１は、その発電要素５１に円弧積層部６１の円弧中心６１ａを通過するとともに扁平方向に沿い、かつ、発電要素５１の軸線５１ａ方向に沿って所定位置まで延びる第１平面６３と、この第１平面６３に連続するとともに円弧積層部６の断面方向に沿う第２平面６４に沿って切開部を形成することにより、円弧積層部６１における露出部６０ｂの一部を削除した切欠部６２が設けられている。
【選択図】 図１
【解決手段】巻回式電池１は、その発電要素５１に円弧積層部６１の円弧中心６１ａを通過するとともに扁平方向に沿い、かつ、発電要素５１の軸線５１ａ方向に沿って所定位置まで延びる第１平面６３と、この第１平面６３に連続するとともに円弧積層部６の断面方向に沿う第２平面６４に沿って切開部を形成することにより、円弧積層部６１における露出部６０ｂの一部を削除した切欠部６２が設けられている。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はリチウムイオン電池、ニッケル水素電池等に好適な巻回式電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
負極および正極を構成する金属箔を扁平形状に巻回した発電要素を積層した巻回式電池がある。図２０は、一般的な巻回式電池１を示すが、電槽その他細部は省略して描いてある。この巻回式電池１は、積層された複数の発電要素１１と、各発電要素１１から発生する電流を集電するべく複数の発電要素１１の端部に接続された一対の箔集電板１２とを有している。これらの箔集電板１２には、正極端子１３および負極端子１４が設けられている。
【０００３】
発電要素１１は、図２１および図２２に示すように、帯状のセパレータ１５と負極および正極を構成する金属箔１６とが交互に積層されて、板状の軸１７に巻回された後、軸１７から引き抜かれて製造されている。なお、セパレータ１５の最外周の端部はテープ１８で止められている。
箔集電板１２は、図２３に示すように、発電要素１１の端部にレーザ光１９を照射することによって溶接されている。すなわち、図２４に示すように、レーザ光１９を箔集電板１２に照射すると、レーザ光１９による熱が箔集電板１２を介して発電要素１１の金属箔１６に伝達される。これによって、金属箔１６の一部が溶融されて箔集電板１２に溶着される。
【０００４】
ところで、巻回式電池１は、一般に、金属箔１６の厚さ寸法が１５μｍないし２０μｍであるものの、箔集電板１２の厚さ寸法が２ｍｍを超えていることが多い。
そして、これらのような金属箔１６および箔集電板１２を互いの面方向が直交するように配置し、次いで箔集電板１２の表面にレーザ光１９を照射するレーザ溶接により金属箔１６および箔集電板１２を相互接続する場合、レーザ光１９のエネルギーが熱となって箔集電板１２を表面から裏面まで厚さ方向に沿って短時間で伝播するような高い出力でレーザ溶接を行う傾向にある。
【０００５】
しかしながら、巻回式電池１は、金属箔１６の厚さ寸法と箔集電板１２の厚さ寸法とが大きく異なるため、箔集電板１２を厚さ方向に沿って伝播した熱は金属箔１６に対して過大となる。
このため、巻回式電池１は、金属箔１６と箔集電板１２とのレーザ溶接にあたって、金属箔１６の幅方向端縁が幅方向に沿ってスリット状に溶解し、融解痕跡がセパレータ１５を貫通して正極を構成する金属箔と負極を構成する金属箔とが短絡する虞れがある。
【０００６】
また、金属箔１６の幅方向端縁がスリット状に溶解しない場合であっても、金属箔１６に対する過大な熱により、金属箔が白熱化して生じた金属粒がセパレータ１５や活物質に飛散すれば、同様に正極を構成する金属箔と負極を構成する金属箔とを短絡させる虞れがある。
さらに、金属箔１６の幅方向端縁が活物質に達するまで溶解すると、金属箔に生じた突起がセパレータ１５を貫通して結果的に正極を構成する金属箔と負極を構成する金属箔とを短絡させる遠因となる虞れもある。
【０００７】
そのため、金属箔１６の端部を直交する箔集電板１２に溶接しないですむ巻回式電池が望まれていた。そこで、従来は、図２５に示すように、巻回されたセパレータ１５および金属箔１６の端部を一対の板状部材２０，２０によって狭持する電池が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００８】
【特許文献１】
特開２０００−３３１７１６号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の特許文献１に記載された電池のように、セパレータ１５および金属箔１６の端部を、一対の板状部材２０，２０によって挟む方法は、セパレータ１５および金属箔１６が平坦に延ばされている場合には実現が容易であるが、上記の巻回式電池１の場合には、巻回された発電要素１１は直線積層部のみならず、円弧積層部が形成されているため、円弧積層部が邪魔になって直線積層部の端部を一対の板状集電板２０，２０によって充分な接触面積を伴って挟むのが困難である。
なお、負極および正極を構成する金属箔をあらかじめ過大に伸ばしておけば、直線積層部の端部を一対の板状集電板２０，２０によって充分な接触面積を伴って挟むことも可能ではあるが、巻回式電池の体積効率が大きく損なわれるので現実的ではない。
このような事情から、巻回式電池１においても、金属箔１６の端部を無理なく折り曲げでき、これにより、金属箔１６の端部を一対の板状部材で充分な接触面積を伴って狭持できて、金属箔１６と箔集電板１２とを互いの面方向が直交するように配置した状態で溶接しないことが望まれていた。
【００１０】
本発明は、前述した問題点に鑑みてなされたものであり、その目的はセパレータおよび金属箔の端部を無理なく折り曲げて、一対の板状部材で充分な接触面積を伴って狭持でき、これによって、金属箔と集電板とを互いの面方向が直交するように配置した状態で溶接する必要のない巻回式電池を提供することを技術的課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、セパレータを介して負極および正極を構成する金属箔を断面略長円状の扁平形状に巻回することにより直線積層部および前記直線積層部に隣り合う一対の円弧積層部を備える発電要素と、前記発電要素における軸線方向端面に接続された集電板とを有し、前記金属箔が前記セパレータから前記発電要素の軸線方向に露出している露出部が複数枚積層された状態を維持したまま、前記発電要素の扁平方向に向けて前記直線積層部を主体として折り曲げられて前記集電板に接触されている巻回式電池であって、前記円弧積層部の円弧中心を通過するとともに前記扁平方向に沿い、かつ、前記発電要素の軸線方向に沿って所定位置まで延びる第１平面と、前記第１平面に連続するとともに前記円弧積層部の断面方向に沿う第２平面とに沿って切開部を形成することにより、前記円弧積層部における前記露出部の一部を削除した切欠部が設けられていることを特徴とする。
【００１２】
本発明によれば、発電要素の端部において円弧積層部における円弧部分が削除され、直線積層部のみが残される。この直線積層部は無理なく折り曲げることができるので、一対の板状部材によって狭持するのが容易である。
【００１３】
また、本発明は、セパレータを介して負極および正極となる金属箔を断面略長円状の扁平形状に巻回することにより直線積層部および前記直線積層部に隣り合う一対の円弧積層部を備える発電要素と、前記発電要素における軸線方向端面に接続された集電板とを有し、前記金属箔における前記セパレータから前記発電要素における軸線方向に露出する露出部が複数枚積層された状態を維持したまま、前記発電要素の扁平方向に向けて前記直線積層部を主体として折り曲げられて前記集電板に接触されている巻回式電池であって、前記円弧積層部の円弧中心を起点として、前記円弧積層部における前記露出部の一部を前記扁平方向に対して略直交する方向に向けて切開部が形成されていることを特徴とする。
【００１４】
本発明によれば、円弧積層部を切開部から左右に分けて無理なく折り曲げることができるので、一対の板状部材で端部を狭持できる。
ここで、前記切開線を前記セパレータに達しないようにできる。これによって、セパレータの両側に配置された金属箔同士を確実に絶縁できるので、金属箔同士が短絡するのを防止できる。
【００１５】
また、前記第１平面および前記第２平面間に円弧状の面取部を設けることができる。この場合には、第１平面および第２平面の境界部分に応力が集中するのを防止できる。
【００１６】
一方、本発明は、セパレータを介して負極および正極を構成する金属箔を断面略長円状の扁平形状に巻回することにより直線積層部および前記直線積層部に隣り合う一対の円弧積層部を備える発電要素と、前記発電要素における軸線方向端面に接続された集電板とを有し、前記金属箔が前記セパレータから前記発電要素の軸線方向に露出している露出部が複数枚積層された状態を維持したまま、前記発電要素の扁平方向に向けて前記直線積層部を主体として折り曲げられて前記集電板に接触されている巻回式電池の製造方法であって、あらかじめ前記セパレータおよび前記各金属箔の厚さや巻回巻数、巻回張力を考慮して、巻回前の帯状の前記金属箔における長手方向に沿った端縁から幅方向に沿った所定位置まで達する切開線を長手方向に沿って所定間隔で多数形成しておき、前記セパレータおよび前記金属箔を重ねて巻回することにより、前記各切開線を可能な限り一致させることを特徴とする。
本発明によれば、セパレータおよび金属箔を巻回した後、切開線を形成する必要がない。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１８】
（第１実施形態）
図１は、本発明に係る第１実施形態の巻回式電池を適用したリチウムイオン電池５を示す。このリチウムイオン電池５は、複数の発電要素５１と、これらの発電要素５１の両端部に接続された一対の集電板５２と、該一対の集電板５２に設けられた正極端子５３および負極端子５４とを有している。
【００１９】
上記の発電要素５１は、図２に示すように、セパレータ５５を介して負極および正極を構成する金属箔５６が、断面略長円状の扁平形状に巻回されている。セパレータ５５の外周側の端部は、テープ５８によって止められている。
また、負極および正極を構成する金属箔５６は、巻回軸線に沿って互いに離れる方向にずらして巻回されているため、発電要素５１の軸線方向両端部のうちの一方はセパレータ５５から負極を構成する金属箔５６がはみ出し、発電要素５１の軸線方向両端部のうちの他方は正極を構成する金属箔５６がはみ出している。
これによって、発電要素５１には、図３に示すように、直線積層部６０および、この直線積層部６０に隣り合う一対の円弧積層部６１が形成されている。また、この発電要素５１には、円弧積層部６１の両端に切欠部６２が形成されている。
【００２０】
この切欠部６２は、図４に示すように、上記の円弧積層部６１の円弧中心６１ａを通過するとともに発電要素５１の厚さ方向（図４中、上下方向）に沿い、かつ、発電要素５１の軸線方向５１ａに沿って所定位置まで延びる第１平面６３と、この第１平面６３に連続するとともに円弧積層部６１の断面方向に沿う第２平面６４に沿って切開部を形成することにより、円弧積層部６１におけるセパレータ５５（図示せず）からの露出部６０ｂの一部を削除することによって形成されている。
このようにして、発電要素５１に切欠部６２が形成された後、図５に示すように、直線積層部６０における露出部６０ｂを、その厚さ方向の略中心から上下に折り曲げる。
【００２１】
そして、上下に折り曲げられた一対の露出部６０ｂをそれぞれ一対の略コ字形の導電性を有する板状部材６５ａ，６５ｂによって図６に示すように挟む。次いで、板状部材６５ａ，６５ｂによって挟まれた露出部６０ｂの開放端部を切り落とす。次に、それぞれの板状部材を矢印に示す方向に９０゜回転させる。
これで、図７に示すように、両方の板状部材６５ａ，６５ｂが略密着し、その間に露出部６０ｂが狭持される。この状態で、板状部材６５ａ，６５ｂ同士が例えば溶接６６によって固定される。
【００２２】
図１の集電板５２は、図８〜図１０に示すように、発電要素５１の板状部材６５ｂのコの字内部に挿入され、板状部材６５ｂに溶接６７によって固定される。
すなわち、集電板５２は、図８に示すように、略逆Ｌ字状に形成されている。この集電板５２の縦辺部分５２ａが、積層された発電要素５１（一個のみ図示）の板状部材６５ｂのコの字内部に挿入される。ここで、集電板５２の縦辺部分５２ａの横幅は、板状部材６５ｂの内幅と同一または僅かに小さい寸法に形成されている。
【００２３】
次に、図９に示すように、集電板５２と内側の板状部材６５ｂ間の境界部分が溶接６７によって固定される。なお、この場合には、図１０に示すように、板状部材６５ａ，６５ｂも溶接６７によって固定される。
【００２４】
このように、本発明のリチウムイオン電池５によれば、発電要素５１の円弧積層部６１の端部側における露出部６０ｂに切欠部６２が形成されているので、露出部６０ｂは直線積層部６０のみが残される。この直線積層部６０は無理なく折り曲げることができるので、一対の板状部材６５ａ，６５ｂによって狭持するのが容易である。
【００２５】
また、これらの板状部材６５ａ，６５ｂを集電板５２に溶接で固定することにより、集電板５２と金属箔５６とを溶接する必要がないので、従来のように集電板５２と金属箔５６とを溶接する場合のように、溶接が原因となって各種の不具合が発生する虞れを無くすことができる。
【００２６】
なお、上記の切欠部６２は、図１１に示すように、発電要素５１の幅寸法Ｂおよび高さ寸法Ｈに応じて適宜設定できる。本例では、幅寸法Ｂが１２０〜２００ｍｍ、高さ寸法Ｈが１５〜１００ｍｍの場合、切欠部６２を構成する第１平面６３の長さＬ１が３５ｍｍ、第２平面６４の長さＬ２が高さ寸法Ｈの略半分、例えば１８ｍｍ程度に設定されている。
【００２７】
（第２実施形態）
図１２は、本発明の第２実施形態の発電要素７０を示す。この発電要素７０は、直線積層部７１および一対の円弧積層部７２を有している。また、円弧積層部７２の円弧中心７２ａを起点として、円弧積層部７２における露出部７２ｂの一部を扁平方向に対して略直交する方向に向けて切込部７３が形成されている。
なお、図１２中の符号７１ｂは露出部、７５はテープである。
【００２８】
この発電要素７０は、図１３に示すように、円弧積層部７２の露出部を直線積層部７１の露出部と一緒に、切込部７３から両側に分けて無理なく折り曲げることができるので、一対の板状部材６５ａ，６５ｂで端部を狭持できる。
従って、上記の発電要素５１と同様な作用効果を有する。
【００２９】
なお、切込部７３は、セパレータ５５（図３参照）に達しないようにする。これによってセパレータ５５の両側に配置された金属箔５６同士を確実に絶縁できるので、金属箔５６同士が短絡するのを防止できる。
【００３０】
また、上記の切込部７３は、あらかじめセパレータ５５および各金属箔５６の厚さや巻回巻数、巻回張力を考慮して、帯状の金属箔５６における長手方向に沿った端縁から幅方向に沿った所定位置まで達する切開線７３ａを長手方向に沿って所定間隔で多数形成しておき、セパレータ５５および金属箔５６を重ねて巻回することにより、各切開線７３ａを一致させることによって形成してもよい。
これにより、セパレータ５５および金属箔５６を巻回した後、切込部７３を形成する必要がないので、作業が容易になる。
【００３１】
（第３実施形態）
図１４は、本発明に係る第３実施形態の発電要素８０を示す。この発電要素８０は、図３に示した発電要素５１の切欠部６２と同様な切欠部８１を有している。
この切欠部８１は、円弧積層部８２の円弧中心８２ａを通過するとともに扁平方向に沿い、かつ、発電要素８０の軸線方向８０ａに沿って所定位置まで延びる第１平面８３と、この第１平面８３に連続するとともに円弧積層部８２の断面方向に沿う第２平面８５に沿って切開部を形成することにより、円弧積層部８２における露出部８０ｂの一部を削除することによって形成されている。
【００３２】
更に、この発電要素８０は、図１５にも示すように、第１平面８３および第２平面８５間に円弧状の面取部８６を設けることができる。この場合には、第１平面８３および第２平面８５の境界部分に応力が集中して破損するのを防止できる。
【００３３】
（第４実施形態）
上記第１実施形態の切欠部６２は、図１６に示すように、発電要素５１または８０の片側のみに設けることができる。上記第３実施形態の切欠部８１も同様である。
また、上記第２実施形態の切込部７３は、図１７に示すように、発電要素７０の片側のみに設けることもできる。
【００３４】
また、図１８に示すように、発電要素９０の片側に上記第１実施形態の切欠部６２を設け、他側に上記第２実施形態の切込部７３を設けることができる。なお、切欠部６２に代えて上記第３実施形態の切欠部８１を設けることもできる。
更に、図１９に示すように、上記第２実施形態の切込部７３は、発電要素７０の水平中心軸線７０ｃに対して傾斜していてもよい。
【００３５】
上述の各実施形態では、本発明をリチウムイオン電池に適用した場合について説明したが、本発明はこれに限らず、リツウムポリマー電池，ニッケル水素電池等にも適用できる。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、円弧積層部における円弧部分が削除され、直線積層部のみが残されるのでこの直線積層部を無理なく折り曲げて一対の板部材によって容易に狭持できる。従って、集電板と板部材とを溶接することにより、集電板と金属箔とを溶接する必要がなくなる（請求項１）。
【００３７】
また、本発明によれば、円弧積層部を切開部から両側に分けて無理なく折り曲げることができるので、一対の集電板で端部を狭持できる（請求項２）。
また、切開線をセパレータに達しないようにしたので、セパレータの両側に配置された金属箔同士を確実に絶縁でき、これにより、正極を構成する金属箔と負極を構成する金属箔とが短絡するのを防止できる（請求項３）。
【００３８】
また、第１平面および第２平面間に円弧状の面取部を設けることができ、これにより、第１平面および第２平面の境界部分に応力が集中するのを防止して、発電要素が破損するのを防止できる（請求項４）。
また、セパレータおよび金属箔を巻回した後、切開線を形成する必要がないので、作業が容易になる（請求項５）。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１実施形態を示す斜視図である。
【図２】発電要素の製造方法を示す図である。
【図３】発電要素の切欠部を示す図である。
【図４】切欠部の形成方法を示す図である。
【図５】発電要素の端部を折り曲げた状態を示す図である。
【図６】発電要素の折り曲げた端部を一対の板状部材で挟む方法を示す図である。
【図７】発電要素に一対の板状部材を取り付けた状態を示す図である。
【図８】集電板を板状部材に取り付ける方法を示す図である。
【図９】集電板を板状部材に取り付ける方法を示す図である。
【図１０】集電板を板状部材に取り付ける方法を示す図である。
【図１１】発電要素の切欠部を示す図である。
【図１２】本発明に係る第２実施形態の発電要素を示す図である。
【図１３】切開部から発電要素の端部を折り曲げた状態を示す図である。
【図１４】本発明に係る第３実施形態の発電要素を示す図である。
【図１５】発電要素の切欠部を示す図である。
【図１６】本発明に係る第４実施形態を示す図である。
【図１７】本発明に係る第４実施形態を示す図である。
【図１８】本発明に係る第４実施形態を示す図である。
【図１９】本発明に係る第４実施形態を示す図である。
【図２０】従来例を示す図である。
【図２１】従来例を示す図である。
【図２２】従来例を示す図である。
【図２３】従来例を示す図である。
【図２４】従来例を示す図である。
【図２５】従来例を示す図である。
【符号の説明】
１ 巻回式電池
５ リチウムイオン電池
８ 発電要素
１１ 発電要素
１２ 箔集電板
１３ 正極端子
１４ 負極端子
１５ セパレータ
１６ 金属箔
１７ 軸
１８ テープ
１９ レーザ光
２０ 板状集電板
５１ 発電要素
５１ａ 軸線方向
５２ 集電板
５２ａ 縦辺部分
５５ セパレータ
５６ 金属箔
５８ テープ
５３ 正極端子
５４ 負極端子
５７ 軸
６１ 円弧積層部
６０ 直線積層部
６０ａ 円弧中心
６０ｂ 露出部
６１ 円弧積層部
６２ 切欠部
６３ 第１平面
６４ 第２平面
６５ａ 板状部材
６５ｂ 板状部材
６６，６７ 溶接部
７０ 発電要素
７０ｃ 水平中心軸線
７１ 直線積層部
７１ｂ 露出部
７２ 円弧積層部
７２ａ 円弧中心
７２ｂ 露出部
７３ 切込部
７３ａ 切開線
８０ 発電要素
８０ａ 軸線方向
８０ｂ 露出部
８１ 切欠部
８２ 円弧積層部
８２ａ 円弧中心
８３ 第１平面
８４ 円弧積層部
８５ 第２平面
８６ 面取部
９０ 発電要素
【発明の属する技術分野】
本発明はリチウムイオン電池、ニッケル水素電池等に好適な巻回式電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
負極および正極を構成する金属箔を扁平形状に巻回した発電要素を積層した巻回式電池がある。図２０は、一般的な巻回式電池１を示すが、電槽その他細部は省略して描いてある。この巻回式電池１は、積層された複数の発電要素１１と、各発電要素１１から発生する電流を集電するべく複数の発電要素１１の端部に接続された一対の箔集電板１２とを有している。これらの箔集電板１２には、正極端子１３および負極端子１４が設けられている。
【０００３】
発電要素１１は、図２１および図２２に示すように、帯状のセパレータ１５と負極および正極を構成する金属箔１６とが交互に積層されて、板状の軸１７に巻回された後、軸１７から引き抜かれて製造されている。なお、セパレータ１５の最外周の端部はテープ１８で止められている。
箔集電板１２は、図２３に示すように、発電要素１１の端部にレーザ光１９を照射することによって溶接されている。すなわち、図２４に示すように、レーザ光１９を箔集電板１２に照射すると、レーザ光１９による熱が箔集電板１２を介して発電要素１１の金属箔１６に伝達される。これによって、金属箔１６の一部が溶融されて箔集電板１２に溶着される。
【０００４】
ところで、巻回式電池１は、一般に、金属箔１６の厚さ寸法が１５μｍないし２０μｍであるものの、箔集電板１２の厚さ寸法が２ｍｍを超えていることが多い。
そして、これらのような金属箔１６および箔集電板１２を互いの面方向が直交するように配置し、次いで箔集電板１２の表面にレーザ光１９を照射するレーザ溶接により金属箔１６および箔集電板１２を相互接続する場合、レーザ光１９のエネルギーが熱となって箔集電板１２を表面から裏面まで厚さ方向に沿って短時間で伝播するような高い出力でレーザ溶接を行う傾向にある。
【０００５】
しかしながら、巻回式電池１は、金属箔１６の厚さ寸法と箔集電板１２の厚さ寸法とが大きく異なるため、箔集電板１２を厚さ方向に沿って伝播した熱は金属箔１６に対して過大となる。
このため、巻回式電池１は、金属箔１６と箔集電板１２とのレーザ溶接にあたって、金属箔１６の幅方向端縁が幅方向に沿ってスリット状に溶解し、融解痕跡がセパレータ１５を貫通して正極を構成する金属箔と負極を構成する金属箔とが短絡する虞れがある。
【０００６】
また、金属箔１６の幅方向端縁がスリット状に溶解しない場合であっても、金属箔１６に対する過大な熱により、金属箔が白熱化して生じた金属粒がセパレータ１５や活物質に飛散すれば、同様に正極を構成する金属箔と負極を構成する金属箔とを短絡させる虞れがある。
さらに、金属箔１６の幅方向端縁が活物質に達するまで溶解すると、金属箔に生じた突起がセパレータ１５を貫通して結果的に正極を構成する金属箔と負極を構成する金属箔とを短絡させる遠因となる虞れもある。
【０００７】
そのため、金属箔１６の端部を直交する箔集電板１２に溶接しないですむ巻回式電池が望まれていた。そこで、従来は、図２５に示すように、巻回されたセパレータ１５および金属箔１６の端部を一対の板状部材２０，２０によって狭持する電池が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００８】
【特許文献１】
特開２０００−３３１７１６号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の特許文献１に記載された電池のように、セパレータ１５および金属箔１６の端部を、一対の板状部材２０，２０によって挟む方法は、セパレータ１５および金属箔１６が平坦に延ばされている場合には実現が容易であるが、上記の巻回式電池１の場合には、巻回された発電要素１１は直線積層部のみならず、円弧積層部が形成されているため、円弧積層部が邪魔になって直線積層部の端部を一対の板状集電板２０，２０によって充分な接触面積を伴って挟むのが困難である。
なお、負極および正極を構成する金属箔をあらかじめ過大に伸ばしておけば、直線積層部の端部を一対の板状集電板２０，２０によって充分な接触面積を伴って挟むことも可能ではあるが、巻回式電池の体積効率が大きく損なわれるので現実的ではない。
このような事情から、巻回式電池１においても、金属箔１６の端部を無理なく折り曲げでき、これにより、金属箔１６の端部を一対の板状部材で充分な接触面積を伴って狭持できて、金属箔１６と箔集電板１２とを互いの面方向が直交するように配置した状態で溶接しないことが望まれていた。
【００１０】
本発明は、前述した問題点に鑑みてなされたものであり、その目的はセパレータおよび金属箔の端部を無理なく折り曲げて、一対の板状部材で充分な接触面積を伴って狭持でき、これによって、金属箔と集電板とを互いの面方向が直交するように配置した状態で溶接する必要のない巻回式電池を提供することを技術的課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、セパレータを介して負極および正極を構成する金属箔を断面略長円状の扁平形状に巻回することにより直線積層部および前記直線積層部に隣り合う一対の円弧積層部を備える発電要素と、前記発電要素における軸線方向端面に接続された集電板とを有し、前記金属箔が前記セパレータから前記発電要素の軸線方向に露出している露出部が複数枚積層された状態を維持したまま、前記発電要素の扁平方向に向けて前記直線積層部を主体として折り曲げられて前記集電板に接触されている巻回式電池であって、前記円弧積層部の円弧中心を通過するとともに前記扁平方向に沿い、かつ、前記発電要素の軸線方向に沿って所定位置まで延びる第１平面と、前記第１平面に連続するとともに前記円弧積層部の断面方向に沿う第２平面とに沿って切開部を形成することにより、前記円弧積層部における前記露出部の一部を削除した切欠部が設けられていることを特徴とする。
【００１２】
本発明によれば、発電要素の端部において円弧積層部における円弧部分が削除され、直線積層部のみが残される。この直線積層部は無理なく折り曲げることができるので、一対の板状部材によって狭持するのが容易である。
【００１３】
また、本発明は、セパレータを介して負極および正極となる金属箔を断面略長円状の扁平形状に巻回することにより直線積層部および前記直線積層部に隣り合う一対の円弧積層部を備える発電要素と、前記発電要素における軸線方向端面に接続された集電板とを有し、前記金属箔における前記セパレータから前記発電要素における軸線方向に露出する露出部が複数枚積層された状態を維持したまま、前記発電要素の扁平方向に向けて前記直線積層部を主体として折り曲げられて前記集電板に接触されている巻回式電池であって、前記円弧積層部の円弧中心を起点として、前記円弧積層部における前記露出部の一部を前記扁平方向に対して略直交する方向に向けて切開部が形成されていることを特徴とする。
【００１４】
本発明によれば、円弧積層部を切開部から左右に分けて無理なく折り曲げることができるので、一対の板状部材で端部を狭持できる。
ここで、前記切開線を前記セパレータに達しないようにできる。これによって、セパレータの両側に配置された金属箔同士を確実に絶縁できるので、金属箔同士が短絡するのを防止できる。
【００１５】
また、前記第１平面および前記第２平面間に円弧状の面取部を設けることができる。この場合には、第１平面および第２平面の境界部分に応力が集中するのを防止できる。
【００１６】
一方、本発明は、セパレータを介して負極および正極を構成する金属箔を断面略長円状の扁平形状に巻回することにより直線積層部および前記直線積層部に隣り合う一対の円弧積層部を備える発電要素と、前記発電要素における軸線方向端面に接続された集電板とを有し、前記金属箔が前記セパレータから前記発電要素の軸線方向に露出している露出部が複数枚積層された状態を維持したまま、前記発電要素の扁平方向に向けて前記直線積層部を主体として折り曲げられて前記集電板に接触されている巻回式電池の製造方法であって、あらかじめ前記セパレータおよび前記各金属箔の厚さや巻回巻数、巻回張力を考慮して、巻回前の帯状の前記金属箔における長手方向に沿った端縁から幅方向に沿った所定位置まで達する切開線を長手方向に沿って所定間隔で多数形成しておき、前記セパレータおよび前記金属箔を重ねて巻回することにより、前記各切開線を可能な限り一致させることを特徴とする。
本発明によれば、セパレータおよび金属箔を巻回した後、切開線を形成する必要がない。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１８】
（第１実施形態）
図１は、本発明に係る第１実施形態の巻回式電池を適用したリチウムイオン電池５を示す。このリチウムイオン電池５は、複数の発電要素５１と、これらの発電要素５１の両端部に接続された一対の集電板５２と、該一対の集電板５２に設けられた正極端子５３および負極端子５４とを有している。
【００１９】
上記の発電要素５１は、図２に示すように、セパレータ５５を介して負極および正極を構成する金属箔５６が、断面略長円状の扁平形状に巻回されている。セパレータ５５の外周側の端部は、テープ５８によって止められている。
また、負極および正極を構成する金属箔５６は、巻回軸線に沿って互いに離れる方向にずらして巻回されているため、発電要素５１の軸線方向両端部のうちの一方はセパレータ５５から負極を構成する金属箔５６がはみ出し、発電要素５１の軸線方向両端部のうちの他方は正極を構成する金属箔５６がはみ出している。
これによって、発電要素５１には、図３に示すように、直線積層部６０および、この直線積層部６０に隣り合う一対の円弧積層部６１が形成されている。また、この発電要素５１には、円弧積層部６１の両端に切欠部６２が形成されている。
【００２０】
この切欠部６２は、図４に示すように、上記の円弧積層部６１の円弧中心６１ａを通過するとともに発電要素５１の厚さ方向（図４中、上下方向）に沿い、かつ、発電要素５１の軸線方向５１ａに沿って所定位置まで延びる第１平面６３と、この第１平面６３に連続するとともに円弧積層部６１の断面方向に沿う第２平面６４に沿って切開部を形成することにより、円弧積層部６１におけるセパレータ５５（図示せず）からの露出部６０ｂの一部を削除することによって形成されている。
このようにして、発電要素５１に切欠部６２が形成された後、図５に示すように、直線積層部６０における露出部６０ｂを、その厚さ方向の略中心から上下に折り曲げる。
【００２１】
そして、上下に折り曲げられた一対の露出部６０ｂをそれぞれ一対の略コ字形の導電性を有する板状部材６５ａ，６５ｂによって図６に示すように挟む。次いで、板状部材６５ａ，６５ｂによって挟まれた露出部６０ｂの開放端部を切り落とす。次に、それぞれの板状部材を矢印に示す方向に９０゜回転させる。
これで、図７に示すように、両方の板状部材６５ａ，６５ｂが略密着し、その間に露出部６０ｂが狭持される。この状態で、板状部材６５ａ，６５ｂ同士が例えば溶接６６によって固定される。
【００２２】
図１の集電板５２は、図８〜図１０に示すように、発電要素５１の板状部材６５ｂのコの字内部に挿入され、板状部材６５ｂに溶接６７によって固定される。
すなわち、集電板５２は、図８に示すように、略逆Ｌ字状に形成されている。この集電板５２の縦辺部分５２ａが、積層された発電要素５１（一個のみ図示）の板状部材６５ｂのコの字内部に挿入される。ここで、集電板５２の縦辺部分５２ａの横幅は、板状部材６５ｂの内幅と同一または僅かに小さい寸法に形成されている。
【００２３】
次に、図９に示すように、集電板５２と内側の板状部材６５ｂ間の境界部分が溶接６７によって固定される。なお、この場合には、図１０に示すように、板状部材６５ａ，６５ｂも溶接６７によって固定される。
【００２４】
このように、本発明のリチウムイオン電池５によれば、発電要素５１の円弧積層部６１の端部側における露出部６０ｂに切欠部６２が形成されているので、露出部６０ｂは直線積層部６０のみが残される。この直線積層部６０は無理なく折り曲げることができるので、一対の板状部材６５ａ，６５ｂによって狭持するのが容易である。
【００２５】
また、これらの板状部材６５ａ，６５ｂを集電板５２に溶接で固定することにより、集電板５２と金属箔５６とを溶接する必要がないので、従来のように集電板５２と金属箔５６とを溶接する場合のように、溶接が原因となって各種の不具合が発生する虞れを無くすことができる。
【００２６】
なお、上記の切欠部６２は、図１１に示すように、発電要素５１の幅寸法Ｂおよび高さ寸法Ｈに応じて適宜設定できる。本例では、幅寸法Ｂが１２０〜２００ｍｍ、高さ寸法Ｈが１５〜１００ｍｍの場合、切欠部６２を構成する第１平面６３の長さＬ１が３５ｍｍ、第２平面６４の長さＬ２が高さ寸法Ｈの略半分、例えば１８ｍｍ程度に設定されている。
【００２７】
（第２実施形態）
図１２は、本発明の第２実施形態の発電要素７０を示す。この発電要素７０は、直線積層部７１および一対の円弧積層部７２を有している。また、円弧積層部７２の円弧中心７２ａを起点として、円弧積層部７２における露出部７２ｂの一部を扁平方向に対して略直交する方向に向けて切込部７３が形成されている。
なお、図１２中の符号７１ｂは露出部、７５はテープである。
【００２８】
この発電要素７０は、図１３に示すように、円弧積層部７２の露出部を直線積層部７１の露出部と一緒に、切込部７３から両側に分けて無理なく折り曲げることができるので、一対の板状部材６５ａ，６５ｂで端部を狭持できる。
従って、上記の発電要素５１と同様な作用効果を有する。
【００２９】
なお、切込部７３は、セパレータ５５（図３参照）に達しないようにする。これによってセパレータ５５の両側に配置された金属箔５６同士を確実に絶縁できるので、金属箔５６同士が短絡するのを防止できる。
【００３０】
また、上記の切込部７３は、あらかじめセパレータ５５および各金属箔５６の厚さや巻回巻数、巻回張力を考慮して、帯状の金属箔５６における長手方向に沿った端縁から幅方向に沿った所定位置まで達する切開線７３ａを長手方向に沿って所定間隔で多数形成しておき、セパレータ５５および金属箔５６を重ねて巻回することにより、各切開線７３ａを一致させることによって形成してもよい。
これにより、セパレータ５５および金属箔５６を巻回した後、切込部７３を形成する必要がないので、作業が容易になる。
【００３１】
（第３実施形態）
図１４は、本発明に係る第３実施形態の発電要素８０を示す。この発電要素８０は、図３に示した発電要素５１の切欠部６２と同様な切欠部８１を有している。
この切欠部８１は、円弧積層部８２の円弧中心８２ａを通過するとともに扁平方向に沿い、かつ、発電要素８０の軸線方向８０ａに沿って所定位置まで延びる第１平面８３と、この第１平面８３に連続するとともに円弧積層部８２の断面方向に沿う第２平面８５に沿って切開部を形成することにより、円弧積層部８２における露出部８０ｂの一部を削除することによって形成されている。
【００３２】
更に、この発電要素８０は、図１５にも示すように、第１平面８３および第２平面８５間に円弧状の面取部８６を設けることができる。この場合には、第１平面８３および第２平面８５の境界部分に応力が集中して破損するのを防止できる。
【００３３】
（第４実施形態）
上記第１実施形態の切欠部６２は、図１６に示すように、発電要素５１または８０の片側のみに設けることができる。上記第３実施形態の切欠部８１も同様である。
また、上記第２実施形態の切込部７３は、図１７に示すように、発電要素７０の片側のみに設けることもできる。
【００３４】
また、図１８に示すように、発電要素９０の片側に上記第１実施形態の切欠部６２を設け、他側に上記第２実施形態の切込部７３を設けることができる。なお、切欠部６２に代えて上記第３実施形態の切欠部８１を設けることもできる。
更に、図１９に示すように、上記第２実施形態の切込部７３は、発電要素７０の水平中心軸線７０ｃに対して傾斜していてもよい。
【００３５】
上述の各実施形態では、本発明をリチウムイオン電池に適用した場合について説明したが、本発明はこれに限らず、リツウムポリマー電池，ニッケル水素電池等にも適用できる。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、円弧積層部における円弧部分が削除され、直線積層部のみが残されるのでこの直線積層部を無理なく折り曲げて一対の板部材によって容易に狭持できる。従って、集電板と板部材とを溶接することにより、集電板と金属箔とを溶接する必要がなくなる（請求項１）。
【００３７】
また、本発明によれば、円弧積層部を切開部から両側に分けて無理なく折り曲げることができるので、一対の集電板で端部を狭持できる（請求項２）。
また、切開線をセパレータに達しないようにしたので、セパレータの両側に配置された金属箔同士を確実に絶縁でき、これにより、正極を構成する金属箔と負極を構成する金属箔とが短絡するのを防止できる（請求項３）。
【００３８】
また、第１平面および第２平面間に円弧状の面取部を設けることができ、これにより、第１平面および第２平面の境界部分に応力が集中するのを防止して、発電要素が破損するのを防止できる（請求項４）。
また、セパレータおよび金属箔を巻回した後、切開線を形成する必要がないので、作業が容易になる（請求項５）。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１実施形態を示す斜視図である。
【図２】発電要素の製造方法を示す図である。
【図３】発電要素の切欠部を示す図である。
【図４】切欠部の形成方法を示す図である。
【図５】発電要素の端部を折り曲げた状態を示す図である。
【図６】発電要素の折り曲げた端部を一対の板状部材で挟む方法を示す図である。
【図７】発電要素に一対の板状部材を取り付けた状態を示す図である。
【図８】集電板を板状部材に取り付ける方法を示す図である。
【図９】集電板を板状部材に取り付ける方法を示す図である。
【図１０】集電板を板状部材に取り付ける方法を示す図である。
【図１１】発電要素の切欠部を示す図である。
【図１２】本発明に係る第２実施形態の発電要素を示す図である。
【図１３】切開部から発電要素の端部を折り曲げた状態を示す図である。
【図１４】本発明に係る第３実施形態の発電要素を示す図である。
【図１５】発電要素の切欠部を示す図である。
【図１６】本発明に係る第４実施形態を示す図である。
【図１７】本発明に係る第４実施形態を示す図である。
【図１８】本発明に係る第４実施形態を示す図である。
【図１９】本発明に係る第４実施形態を示す図である。
【図２０】従来例を示す図である。
【図２１】従来例を示す図である。
【図２２】従来例を示す図である。
【図２３】従来例を示す図である。
【図２４】従来例を示す図である。
【図２５】従来例を示す図である。
【符号の説明】
１ 巻回式電池
５ リチウムイオン電池
８ 発電要素
１１ 発電要素
１２ 箔集電板
１３ 正極端子
１４ 負極端子
１５ セパレータ
１６ 金属箔
１７ 軸
１８ テープ
１９ レーザ光
２０ 板状集電板
５１ 発電要素
５１ａ 軸線方向
５２ 集電板
５２ａ 縦辺部分
５５ セパレータ
５６ 金属箔
５８ テープ
５３ 正極端子
５４ 負極端子
５７ 軸
６１ 円弧積層部
６０ 直線積層部
６０ａ 円弧中心
６０ｂ 露出部
６１ 円弧積層部
６２ 切欠部
６３ 第１平面
６４ 第２平面
６５ａ 板状部材
６５ｂ 板状部材
６６，６７ 溶接部
７０ 発電要素
７０ｃ 水平中心軸線
７１ 直線積層部
７１ｂ 露出部
７２ 円弧積層部
７２ａ 円弧中心
７２ｂ 露出部
７３ 切込部
７３ａ 切開線
８０ 発電要素
８０ａ 軸線方向
８０ｂ 露出部
８１ 切欠部
８２ 円弧積層部
８２ａ 円弧中心
８３ 第１平面
８４ 円弧積層部
８５ 第２平面
８６ 面取部
９０ 発電要素
Claims (5)
- セパレータを介して負極および正極を構成する金属箔を断面略長円状の扁平形状に巻回することにより直線積層部および前記直線積層部に隣り合う一対の円弧積層部を備える発電要素と、前記発電要素における軸線方向端面に接続された集電板とを有し、
前記金属箔が前記セパレータから前記発電要素の軸線方向に露出している露出部が複数枚積層された状態を維持したまま、前記発電要素の扁平方向に向けて前記直線積層部を主体として折り曲げられて前記集電板に接触されている巻回式電池であって、
前記円弧積層部の円弧中心を通過するとともに前記扁平方向に沿い、かつ、前記発電要素の軸線方向に沿って所定位置まで延びる第１平面と、前記第１平面に連続するとともに前記円弧積層部の断面方向に沿う第２平面とに沿って切開部を形成することにより、前記円弧積層部における前記露出部の一部を削除した切欠部が設けられていることを特徴とする巻回式電池。 - セパレータを介して負極および正極となる金属箔を断面略長円状の扁平形状に巻回することにより直線積層部および前記直線積層部に隣り合う一対の円弧積層部を備える発電要素と、前記発電要素における軸線方向端面に接続された集電板とを有し、
前記金属箔における前記セパレータから前記発電要素における軸線方向に露出する露出部が複数枚積層された状態を維持したまま、前記発電要素の扁平方向に向けて前記直線積層部を主体として折り曲げられて前記集電板に接触されている巻回式電池であって、
前記円弧積層部の円弧中心を起点として、前記円弧積層部における前記露出部の一部を前記扁平方向に対して略直交する方向に向けて切開部が形成されていることを特徴とする巻回式電池。 - 前記切開線が前記セパレータに達していないことを特徴とする請求項１または請求項２に記載した巻回式電池。
- 前記第１平面および前記第２平面間に円弧状の面取部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載した巻回式電池。
- セパレータを介して負極および正極構成する金属箔を断面略長円状の扁平形状に巻回することにより直線積層部および前記直線積層部に隣り合う一対の円弧積層部を備える発電要素と、前記発電要素における軸線方向端面に溶接により接続された集電板とを有し、
前記金属箔が前記セパレータから前記発電要素の軸線方向に露出している露出部が複数枚積層された状態を維持したまま、前記発電要素の扁平方向に向けて前記直線積層部を主体として折り曲げられて前記集電板に接触されている巻回式電池の製造方法であって、
あらかじめ前記セパレータおよび前記各金属箔の厚さや巻回巻数、巻回張力を考慮して、巻回前の帯状の前記金属箔における長手方向に沿った端縁から幅方向に沿った所定位置まで達する切開線を長手方向に沿って所定間隔で多数形成しておき、前記セパレータおよび前記金属箔を重ねて巻回することにより、前記各切開線を一致させることを特徴とする巻回式電池の製造方法。
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