JP2009016188A - Battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、渦巻き状構造を有する捲回電極体を備える電池に関する。詳しくは、当該捲回電極体と集電部材との接合構造に関する。 The present invention relates to a battery including a wound electrode body having a spiral structure. In detail, it is related with the junction structure of the said winding electrode body and a current collection member.
種々の電池の中には、渦巻き状構造を有する電極体(捲回型電極体)を備えた電池(以下「捲回型電池」ともいう。)がある。電極体を渦巻き状構造とすることにより正負極の反応面積を大きくすることができ、これによってエネルギー密度を増大して高出力が可能となる。かかる捲回型電極体を備えた電池は、高出力が得られる電源として車両搭載用電源、或いはパソコンおよび携シート端末の電源として重要性が高まっている。 Among various types of batteries, there is a battery (hereinafter also referred to as “winding battery”) including an electrode body (winding electrode body) having a spiral structure. By making the electrode body have a spiral structure, the reaction area of the positive and negative electrodes can be increased, thereby increasing the energy density and enabling high output. A battery equipped with such a wound electrode body is becoming increasingly important as a power source for mounting on a vehicle as a power source for obtaining a high output, or a power source for a personal computer and a portable seat terminal.
この種の捲回型電極体を備えた電池の集電方法の一つとしてタブ式集電がある。タブ式集電では、図6に示すように長いシート状電極体200の側縁を、活物質を付着させず露出させ、この露出部分(活物質未塗布部201)に複数の集電タブ202を接合する。次いで、図7に示すようにシート状電極体200を捲回して捲回電極体203を形成し、集電タブ202を介して捲回電極体203を一つに束ねて集電部材と接続する。なお、その他の従来技術として特許文献2が挙げられる。
しかしながら、上述したタブ式集電による集電方法では、集電タブを介して捲回電極体を束ねる際に、捲回電極体(特に集電タブとの接合箇所部分)にシワや弛みが生じる虞がある。電極体にシワや弛みが生じると、電極体から活物質が剥がれ落ちて電池性能が低下したり、或いはシワによる隙間で電流密度が不均一となったりする(特に電流密度が高い箇所では高温化によってセパレータが溶解する虞がある)ため、好ましくない。 However, in the above-described current collecting method using the tab-type current collector, when the wound electrode body is bundled through the current collecting tab, wrinkles and slack are generated in the wound electrode body (particularly at the joint portion with the current collecting tab). There is a fear. If wrinkles or slack occurs in the electrode body, the active material peels off from the electrode body and the battery performance deteriorates, or the current density becomes uneven due to gaps caused by wrinkles (particularly in places where the current density is high, the temperature increases). The separator may dissolve), which is not preferable.
また、タブ式集電による集電方法では、集電タブと活物質未塗布部との接合部位が線接触となるので、その接触面積(電流の流路面積)が比較的小さく、集電時の電気抵抗が大きくなる。集電時の電気抵抗が大きくなると、発熱による熱損失が増大し、延いては電池性能が低下する虞があるため、好ましくない。 Moreover, in the current collection method using the tab type current collection, the joint area between the current collection tab and the active material uncoated portion is in line contact, so the contact area (current channel area) is relatively small, The electrical resistance increases. If the electrical resistance at the time of current collection is increased, heat loss due to heat generation is increased, and there is a concern that the battery performance may be lowered.
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、集電時の電流の流路面積を大きく確保しつつ、信頼性の高い捲回型電池を提供することである。 The present invention has been made in view of such a point, and a main object of the present invention is to provide a highly reliable wound battery while ensuring a large current passage area during current collection. .
本発明によって提供される電池は、箔状の集電体を備えるシート状電極体およびセパレータが捲回されて成る捲回電極体と、捲回電極体の捲回軸方向における端面に接合される集電部材とを備えている。上記捲回電極体の捲回軸方向における端部には、上記集電部材と接合される集電箔積層部分が形成されている。この集電箔積層部分は、上記集電部材に接合される面であって捲回軸方向に対して傾斜する傾斜面を有している。また、上記集電部材は、上記集電箔積層部分に接合される面であって前記傾斜面に対向して傾斜する集電面を有している。そして、上記集電箔積層部分と上記集電部材とは、上記傾斜面と上記集電面との間に導電性接合部材を介在させた状態で接合されていることを特徴とする。 A battery provided by the present invention is joined to a wound electrode body formed by winding a sheet-like electrode body including a foil-like current collector and a separator, and an end surface in the winding axis direction of the wound electrode body. A current collecting member. At the end in the winding axis direction of the wound electrode body, a current collector foil laminated portion joined to the current collector is formed. This current collector foil laminated portion has an inclined surface which is a surface bonded to the current collector and is inclined with respect to the winding axis direction. Moreover, the said current collection member has a current collection surface which is a surface joined to the said current collection foil lamination | stacking part, and inclines facing the said inclined surface. And the said current collection foil laminated | stacked part and the said current collection member are joined in the state which interposed the electroconductive joining member between the said inclined surface and the said current collection surface, It is characterized by the above-mentioned.
本発明の構成によれば、捲回電極体の集電箔積層部分と集電部材とは相互の面同士が接合されているので、捲回電極体の端部(集電箔積層部分)を一つに束ねる必要はなく、捲回電極体にシワや弛みが発生することを回避することができる。これにより、捲回電極体に生じたシワや弛みが電池性能に及ぼす悪影響(例えば活物質の剥離や電流密度の不均一化)を未然に防止するができる。したがって、本発明の構成によれば、信頼性の高い電池を提供することができる。 According to the configuration of the present invention, since the current collecting foil laminated portion of the wound electrode body and the current collecting member are joined to each other, the end portion (current collecting foil laminated portion) of the wound electrode body is There is no need to bundle them together, and it is possible to avoid wrinkles and slack in the wound electrode body. Thereby, the bad influence (for example, peeling of an active material or non-uniform | heterogenous current density) which the wrinkles and slack which arose in the winding electrode body have on battery performance can be prevented beforehand. Therefore, according to the configuration of the present invention, a highly reliable battery can be provided.
また、導電性接合部材を介在させることにより傾斜面と集電面とが面接触するので、捲回電極体の集電箔積層部分と集電部材との接触面積を大きくすることができる。しかも、捲回軸方向に対して傾斜した面同士(傾斜面と集電面)を接合しているので、両者の接触面積は益々大きくなる。これにより、捲回電極体の集電箔積層部分と集電部材との接合強度を向上させることができると共に、捲回電極体から集電部材に導出される電流の流路面積を大きくすることができる。その結果、集電抵抗が減少して熱損失が少なくなり、集電効率が向上する。 Further, since the inclined surface and the current collecting surface are brought into surface contact by interposing the conductive bonding member, the contact area between the current collector foil laminated portion of the wound electrode body and the current collecting member can be increased. In addition, since the surfaces inclined with respect to the winding axis direction (inclined surface and current collecting surface) are joined, the contact area between the two becomes larger. As a result, it is possible to improve the bonding strength between the current collector foil laminated portion of the wound electrode body and the current collecting member, and to increase the flow area of the current derived from the wound electrode body to the current collecting member. Can do. As a result, current collection resistance is reduced, heat loss is reduced, and current collection efficiency is improved.
なお、上記傾斜面は逆円錐状の凹面であることが好ましく、上記集電面は円錐状の凸面であることが好ましい。この構成によれば、捲回電極体の集電箔積層部分の凹面に集電部材の凸面を嵌入することができ、捲回電極体の強度を補強することができる。 The inclined surface is preferably an inverted conical concave surface, and the current collecting surface is preferably a conical convex surface. According to this configuration, the convex surface of the current collecting member can be fitted into the concave surface of the current collector foil laminated portion of the wound electrode body, and the strength of the wound electrode body can be reinforced.
ここで開示される電池の好ましい一態様では、上記シート状電極は、上記セパレータからはみ出して捲回されるシート状はみだし部分を有している。かかるシート状はみだし部分を含む上記シート状電極の展開された状態での平面形状は、台形状または三角形状である。また、上記集電箔積層部分は、上記シート状はみだし部分が捲回されて成る。このとき、上記集電箔積層部分の傾斜面は、捲回状態における上記シート状はみだし部分の側縁部分によって形成されていることを特徴とする。この構成によれば、集電箔積層部分の傾斜面を容易に作製することができる。 In a preferred embodiment of the battery disclosed herein, the sheet-like electrode has a sheet-like protruding portion that protrudes from the separator. The planar shape of the sheet-shaped electrode including the protruding portion in a developed state is a trapezoidal shape or a triangular shape. The current collector foil laminated portion is formed by winding the sheet-like protruding portion. At this time, the inclined surface of the current collector foil laminated portion is formed by a side edge portion of the sheet-like protruding portion in a wound state. According to this configuration, the inclined surface of the current collector foil laminated portion can be easily produced.
ここで開示される電池の好ましい一態様では、上記集電部材の集電面は、捲回状態における上記シート状はみだし部分の側縁部分に対応するように段状に形成されている。そして、上記傾斜面と上記集電面とは、上記導電性接合部材を介して面接触した状態で接合されていることを特徴とする。この構成によれば、傾斜面と集電面とを確実に面接触させることができ、その接合強度を更に大きくすることができる。 In a preferred aspect of the battery disclosed herein, the current collecting surface of the current collecting member is formed in a step shape so as to correspond to the side edge portion of the sheet-like protruding portion in the wound state. And the said inclined surface and the said current collection surface are joined in the surface contact state via the said electroconductive joining member, It is characterized by the above-mentioned. According to this configuration, the inclined surface and the current collecting surface can be reliably brought into surface contact, and the bonding strength can be further increased.
ここで開示される電池の好ましい一態様では、上記シート状はみだし部分の側縁部分には、上記導電性接合部材が付着していることを特徴とする。この構成では、傾斜面と集電面との間に導電性接合部材を簡易に供給することができる。 In a preferred aspect of the battery disclosed herein, the conductive bonding member is attached to a side edge portion of the sheet-like protruding portion. In this configuration, the conductive bonding member can be easily supplied between the inclined surface and the current collecting surface.
ここで開示される電池の好ましい一態様では、上記捲回電極体を収容する外装ケースを備えている。そして、上記外装ケースの開口部は、上記集電部材によって塞がれていることを特徴とする。これにより、集電部材と電池ケースの蓋体とを兼用することができ、電池の部品点数を低減することができる。 In a preferred aspect of the battery disclosed herein, an outer case that houses the wound electrode body is provided. The opening of the exterior case is blocked by the current collecting member. Thereby, the current collecting member and the lid of the battery case can be used together, and the number of parts of the battery can be reduced.
ここで開示される電池の好ましい一態様では、上記捲回電極体の径方向の中心(即ち捲回中心軸部)には、集電部材に係止された芯材が配置されていることを特徴とする。このように捲回電極体の捲回軸部に芯材を設けることにより、捲回電極体の強度を高めることができる。 In a preferred aspect of the battery disclosed herein, a core material locked to the current collecting member is disposed at the radial center of the wound electrode body (that is, the wound central shaft portion). Features. Thus, the strength of the wound electrode body can be increased by providing the core material on the wound shaft portion of the wound electrode body.
以下、図面を参照しながら、本発明による実施の形態を説明する。以下の図面においては、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付して説明している。なお、以下、リチウムイオン電池(二次電池)100を例にして本発明の電池の構造について詳細に説明するが、本発明をかかる実施形態に記載されたものに限定することを意図したものではない。また、各図における寸法関係(長さ、幅、厚さ、段差の程度、等)は本発明の特徴をクローズアップするためにデフォルメされており、実際の寸法関係を反映するものではない。 Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following drawings, members / parts having the same action are described with the same reference numerals. Hereinafter, the structure of the battery of the present invention will be described in detail using the lithium ion battery (secondary battery) 100 as an example. However, the present invention is not intended to be limited to the one described in the embodiment. Absent. In addition, the dimensional relationships (length, width, thickness, level of steps, etc.) in each figure are deformed to close up the features of the present invention, and do not reflect actual dimensional relationships.
図1を参照しながら本実施形態に係る円筒型単電池のリチウムイオン電池100(以下、単に「電池」とも称する)の構成について説明する。図1は、電池100の構成を模式的に示す分解斜視図である。ここで開示される電池100は、集電箔積層部分22a、22bを備える電極体20と、電極体20の集電箔積層部分22a、22bに接合される集電部材10a、10bとから構成されている。
A configuration of a cylindrical single cell lithium ion battery 100 (hereinafter also simply referred to as “battery”) according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 is an exploded perspective view schematically showing the configuration of the
電極体20は、後述するシート状電極体80(図2)が捲回されて成る捲回電極体20である。本実施形態の捲回電極体20は、典型的な電池と同様、所定の電池構成材料(正負極それぞれの活物質、正負極それぞれの集電体、セパレータ等)を備えている。
The
捲回電極体20の捲回軸方向における端部には、正極集電箔積層部分22aおよび負極集電箔積層部分22bが形成されている。正極集電箔積層部分22aおよび負極集電箔積層部分22bは、後述するシート状正極およびシート状負極の活物質未形成部分に該当し、それぞれ捲回電極体20の正極および負極を構成している。正極集電箔積層部分22aおよび負極集電箔積層部分22bの材料は、従来の電池で使用されるものと同じであればよく特に制限はない。例えばアルミニウム製の正極集電箔積層部分22a及び銅製の負極集電箔積層部分22bを好適に使用することができる。
A positive electrode current collector
正極集電箔積層部分22aおよび負極集電箔積層部分22bの捲回軸方向における端面には、捲回電極体20の捲回軸方向に対して傾斜する傾斜面24a、24bが形成されている。本実施形態では、集電箔積層部分22a、22bの端面に略逆円錐状(漏斗状、擂り鉢状ともいえる)の凹面を形成し、これを傾斜面24a、24bとしている。なお、このような傾斜面24a、24bは、後述するシート状電極体を台形状または三角形状とし、当該シート状電極体を捲回することによって容易に作製することができる。
On the end surfaces in the winding axis direction of the positive electrode current collector foil laminated
かかる傾斜面24a、24bには、集電部材10a、10bが接合される。本実施形態の集電部材10a、10bは、略円錐状の部材であり、捲回軸方向の内側から外側にかけて径(或いは断面積)が大きくなるように構成されている。図示した例では、正極側の傾斜面24aには正極集電部材10aが接合され、負極側の傾斜面24bには負極集電部材10bが接合される。正極集電部材10aは上述した正極集電箔積層部分22aと同じ材料(ここではアルミニウム)からなり、負極集電部材10bは上述した負極集電箔積層部分22bと同じ材料(ここでは銅)からなる。
The
また、集電部材10a、10bは、集電箔積層部分22a、22bの傾斜面24a、24bに接合される集電面14a、14bを有している。この集電面14a、14bは、上記傾斜面24a、24bに対向して(平行に)傾斜するように形成されている。本実施形態の集電面14a、14bは、集電部材10a、10bの円錐面に該当し、略円錐状の凸面となっている。
The
次に、捲回電極体の集電箔積層部分および集電部材の接合構造について説明する。集電箔積層部分22a、22bと集電部材10a、10bとの接合は、相互の面同士を接合して実行される。すなわち、正極側の傾斜面24aと正極側の集電面14aとの面同士が接合され、負極側の傾斜面24bと負極側の集電面14bとの面同士が接合されている。
Next, the junction structure of the current collector foil laminated portion of the wound electrode body and the current collector will be described. The current collector foil laminated
また、傾斜面24a、24bと集電面14a、14bとは、導電性接合部材40を介在させた状態で接合されている。導電性接合部材40は、例えば低融点合金導電材料(この例ではハンダ)である。すなわち、傾斜面24a、24bと集電面14a、14bとの間に(図1では集電箔積層部分側の傾斜面24a、24b上に)ハンダ40を供給し、当該ハンダ40を溶融・凝固させることにより傾斜面24a、24bと集電面14a、14bとを溶着している。この溶融・凝固によってハンダ40は面全体に満遍なく広がるので、傾斜面24a、24bと集電面14a、14bとが面接触する。なお、ハンダ40としては、Sn−Bi系、Sn−Pb系、Sn−Ag系等のハンダ合金が挙げられる。
In addition, the
また、導電性接合部材40は、導電性を有し、且つ、集電箔積層部分と集電部材とを接合し得る材料であればよく、このような導電性接合部材40として、上述したような低融点合金導電材料(この例ではハンダ)は特に好ましい。なお、導電性接合部材40は、本実施形態のように傾斜面24a、24bの側に供給されてもよく、集電面14a、14bの側に供給されていてもよい。或いは傾斜面24a、24bおよび集電面14a、14bの両方に導電性接合部材40を供給することができる。
Further, the
本実施形態の円筒型電池100によれば、捲回電極体20の集電箔積層部分22a、22bと集電部材10a、10bとは相互の面同士(傾斜面24a、24bおよび集電面14a、14b)を接合しているので、捲回電極体20の端部(集電箔積層部分22a、22b)を一つに束ねる必要はなく、捲回電極体20にシワや弛みが発生することを回避することができる。これにより、捲回電極体20に生じたシワや弛みが電池性能に及ぼす悪影響(例えば活物質の剥離や電流密度の不均一化)を未然に防止することができる。したがって、信頼性の高い電池を提供することができる。
According to the
また、導電性接合部材40を間に介在させることにより、傾斜面24a、24bと集電面14a、14bとが容易に面接触するので、集電箔積層部分22a、22bと集電部材10a、10bとの接触面積を大きくすることができる。しかも、捲回軸方向に対して傾斜した面同士(傾斜面24a、24bおよび集電面14a、14b)を接合しているので、両者の接触面積は益々大きくなる。これにより、集電箔積層部分22a、22bと集電部材10a、10bとの接合強度を向上させることができると共に、捲回電極体20から集電部材10a、10bに導出される電流の流路面積を大きくすることができる。その結果、集電抵抗が減少して熱損失が少なくなり、集電効率が向上する。
Moreover, since the
なお、本実施形態では、集電箔積層部分側の傾斜面24a、24bを逆円錐状(漏斗状、逆円錐状)の凹面とし、集電部材側の集電面14a、14bを円錐状の凸面としているが、その接合面が捲回軸方向に対して傾斜しているのであれば大きな接触面積を得ることができ、それゆえに凹凸が逆でもよい。すなわち集電箔積層部分側の傾斜面を円錐状の凸面とし、集電部材側の集電面を逆円錐状凹面としてもよい。ただし、傾斜面24a、24bを逆円錐状の凹面とし、集電面14a、14bを円錐状の凸面とすることにより、捲回電極体20に集電部材10a、10bの一部を嵌入することができ、捲回電極体の強度を補強することができる。また、本実施形態の接合面の形状は円錐状であるが、これに限らず、例えば先端部分が切り落とされた略円錐台状の接合面となるように、傾斜面および集電面を形成することができる。
In the present embodiment, the
次に、図2および図3を加えて、本実施形態の電池100の構成、特に捲回電極体20の構成について説明する。図2は、シート状電極体の構成について説明するための図であり、図3は、電池100の断面の要部を模式的に示す要部拡大図である。なお、図3では正極側を図示しているが、正極側と負極側のいずれにも適用可能な実施形態であるため、正極負極の区別をすることなく説明する。
Next, the configuration of the
本実施形態の捲回電極体20は、図2に示すようにシート状電極体80が捲回されて成る。シート状電極体80は、捲回電極体20を組み立てる前段階における長尺状(帯状)のシート構造を有している。本実施形態に係るシート状電極体80は、典型的な電池の捲回電極体と同様、シート状電極82a、82b(詳細には、シート状正極82a(以下「正極シート82a」という。)とシート状負極82b(以下「負極シート82b」という。))を計2枚のシート状セパレータ84(以下「セパレータシート84」という。)と共に積層して形成される。
The
正極シート82aは、箔状の正極集電体の両面に電池用正極活物質層88aが付着されて形成されている。ただし、正極活物質層88aは、正極シート82aの長手方向に沿った一方の側縁(図2では上側の側縁)には付着されず、正極集電箔を露出させた正極活物質層非形成部分86aが形成されている。また、負極シート82bも正極シート82aと同様の構成を有し、箔状の負極集電体の両面に負極活物質層88bが付着されて形成されている。そして負極シート82bの一方の側縁(図2では下側の側縁)には、負極集電箔が露出した負極活物質層非形成部分86bが形成されている。
The
捲回電極体20を組み立てる際には、まず、正極シート82aと負極シート82bとを2枚のセパレータシート84を介して積層したシート状電極体80を用意する。このとき、セパレータシート84は正極シート82aの正極活物質層非形成部分(正極集電箔が露出した部分)86aが外方にはみ出るように(即ち正極シート82aの正極活物質層形成部分88aとセパレータシート84とが対向するように)重ね合せられる。負極シート82bも正極シート82aと同様に、負極活物質層非形成部分(負極集電箔が露出した部分)86bがセパレータ84から外方にはみ出るように(即ち負極シート82bの負極活物質層形成部分88bとセパレータシート84とが対向するように)重ね合せられる。
When assembling the
このシート状はみだし部分86a、86b(詳細には、正極側はみだし部分(正極活物質層非形成部分)86aおよびシート状負極側はみだし部分(負極活物質層非形成部分)86b)は、両端部分の幅が異なる台形状を有している。すなわち、正極側シート状はみだし部分86aおよび負極側シート状はみだし部分86bの捲回軸方向に沿った幅がシート状電極体80の進行方向(捲回方向)の上流側から下流側にかけて(図では右側から左側にかけて)次第に狭くなるように構成されている。このように正極側シート状はみだし部分86aおよび負極側シート状はみだし部分86bを台形状とすることによって、シート状電極体80は、全体が台形状となるように構成されている。
The sheet-like protruding
かかる台形状のシート状電極体80を(ここでは凡そ30回程)捲回すると、図3に示す通りである。すなわち、捲回電極体20の捲回軸方向における中央部分には、捲回コア部分23(即ち正極シート82aの正極活物質層形成部分88aと負極シート82bの負極活物質層形成部分88bとセパレータシート84とが密に積層された部分)が形成される。また、捲回コア部分23の捲回軸方向の外側には、正極側シート状はみだし部分(正極活物質層非形成部分)86aが捲回されて積層し、これにより正極集電箔積層部分22aが形成される。
When such a trapezoidal sheet-shaped
そして、正極はみ出し部分86aを台形状としたシート状電極体80(図2)を捲回した結果として、正極側シート状はみだし部分86aの側縁部分89aは、捲回電極体20の捲回軸方向に少しずつずれながら螺旋状に積層されることとなる。すなわち、捲回電極体20の径方向外側に配置された側縁部分89aほど捲回軸方向の外側に突出し、この突出部分によって正極集電箔積層部分22aの円錐状の凹面(傾斜面24a)が形成される。負極側についても正極側と同様に、負極側シート状はみだし部分(負極活物質層非形成部分)86bの側縁部分89bは、捲回電極体20の捲回軸方向に少しずつずれながら螺旋状に積層され、これによって負極集電箔積層部分22bの円錐状の凹面(傾斜面24b)が形成される。
Then, as a result of winding the sheet-like electrode body 80 (FIG. 2) in which the positive
このように、正極側シート状はみだし部分(正極活物質層非形成部分)86aおよび負極側シート状はみだし部分(負極活物質層非形成部分)86bを台形状としたシート状電極体80を捲回することによって、正極集電箔積層部分22aの傾斜面24aおよび負極集電箔積層部分22bの傾斜面24bを容易に作製することができる。なお、シート状はみだし部分の形状は上述した台形状に限らず、例えば三角形状であっても同様の作用・効果を得ることができる。また、図2に示すように、シート状電極体80の最後の一巻き分の側縁部分85a、85bをセパレータ84と平行になるようにカットすることにより、捲回後の集電箔積層部分の端面を水平に揃えることができる。
Thus, the sheet-
また、好ましくは、図1および図3に示すように、集電部材10a、10bの集電面14a、14bは、捲回状態におけるシート状はみだし部分86a、86bの側縁部分89a、89bに対応して段状に形成されている。即ち微細な段差16a、16bが形成されている。本実施形態の段差16a、16bは、集電部材10a、10bの周方向に沿う螺旋状の段差であり、集電面14a、14bの上端から下端にかけて捲回軸方向に連続して設けられている。この段差16a、16bは、傾斜面24a、24bと集電面14a、14bとがハンダ40を介して接合された状態において、当該段差16a、16bの側面に側縁部分89a、89bが面接触し得るように構成されている。このように集電面14a、14bに段差を設けることにより、当該段差16a、16bの側面と側縁部分89a、89bとを面接触させることができ、集電面14a、14bと傾斜面24a、24bとの接合強度を一層向上することができる。
Preferably, as shown in FIGS. 1 and 3, the current collecting surfaces 14a and 14b of the
なお、集電面14a、14bと傾斜面24a、24b(特に段差16a、16bと側縁部分89a、89b)との間に介在させるハンダ40は、組み立ての前段階におけるシート状電極体80の側縁部分89a、89b(図2)に予め付着させておくことが好ましい。このような付着手段としては塗布や浸漬などが挙げられる。これにより、集電面14a、14bと傾斜面24a、24b(特に段差16a、16bと側縁部分89a、89b)との間にハンダ40を容易に供給することができる。
また、接合時のハンダ40の溶融は、集電面14a、14bを加熱した状態で傾斜面24a、24bに接触させて行うことが好ましい。すなわち、予め集電部材10a、10bをハンダ40が溶融する温度よりも高くなるように加熱しておき、その後集電面14a、14bを傾斜面24a、24bに接触させることにより、ハンダ40を容易に溶融することができる。この構成では、ハンダ40の溶融工程を別途設けなくてもよく、電池製造工程を簡略化することが可能となる。
The
Further, the melting of the
このようにして組み立てられた捲回電極体20および集電部材10a、10bを用いた電池100の構造の一例を図4に示す。本実施形態に係る電池100は、上述した方法により製造された捲回電極体20と、集電部材10a、10bと、捲回電極体20を収容する外装ケース30とを備える。なお、図4においては、図面を簡略化し本発明を説明し易くするために実際よりも捲回数が少ない捲回電極体20を例示している。また、捲回されているシートの厚みや段差もデフォルメされている。
An example of the structure of the
電池100は、集電部材10a、10bと接合された捲回電極体20を備えた電池100であればよく、電池100の構成は特に制限されない。ニッケル水素電池、電気二重層キャパシタ等が本発明の実施に好適な電池の構成として挙げられる。特に本発明の実施に好適な電池の構成はリチウムイオン二次電池である。リチウムイオン二次電池は高エネルギー密度で高出力を実現できる電池であるため、高性能な電減、特に車両搭載用電源を構築することができる。
The
外装ケース30は、捲回電極体20を収容し得る形状(本実施形態では円筒形状)を有する。また、その材質は、典型的な電池で使用されるものと同じであればよく特に制限はないが、比較的軽量な材質が挙げられる。例えば、好ましくは表面に絶縁用樹脂コーティングが施されているような金属製ケース、ポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂その他の合成樹脂製ケースが好適である。
The
外装ケース30は、開口部32a、32b(図1)を有し、当該開口部32a、32b(図1)を介して捲回電極体20はケース内部に収容される。かかる外装ケース30の開口部32a、32bは、集電部材10a、10bによって塞がれている。すなわち、本実施形態の正極集電部材10aは、捲回電極体20の正極集電箔積層部分22aに接合されるとともに外装ケース30の上側の開口部32aを塞いでいる。また、負極集電部材10bも正極集電部材10aと同様に、捲回電極体20の負極集電箔積層部分22bに接合されるとともに外装ケース30の下側の開口部32bを塞いでいる。上記構成では、集電部材10a、10bに外装ケース30の蓋体としての機能を付与することができる。したがって電池の構成部品点数を減らすことができる。なお、外装ケース30が金属製の場合には、当該外装ケース30と集電部材10a、10bとの間に絶縁性を確保する絶縁部材(例えばガスケット等)が配置され得る。
The
また、捲回電極体20の径方向の中心(即ち捲回中心軸部)には、集電部材10a、10bに係止された芯材50が配置されている。本実施形態の芯材50は、絶縁性を有する棒状の部材であり、正極集電部材10aと負極集電部材10bとを架橋している。このように捲回電極体20の中心に芯材50を設けることにより、捲回電極体20の強度を増大することができる。
In addition, a
なお、かかる電池100に収容される捲回電極体20を構成する材料および部材自体は、従来のリチウムイオン電池の電極体と同様でよく、特に制限はない。例えば、正極シート82aは長尺状の正極集電体の上にリチウムイオン電池用正極活物質層が付与されて形成され得る。正極集電体にはアルミニウム箔(本実施形態)その他の正極に適する金属箔が好適に使用される。例えば、長さ2〜10m、幅8〜30cm、厚さ5〜20μm(例えば15μm)程度のアルミニウム箔を集電体として使用し得る。正極活物質は従来からリチウムイオン電池に用いられる物質の一種または二種以上を特に限定することなく使用することができる。好適例として、LiMn2O4、LiCoO2、LiNiO2等が挙げられる。
In addition, the material and member itself which comprise the winding
一方、負極シート82bは長尺状の負極集電体の上にリチウムイオン電池用負極活物質層が付与されて形成され得る。負極集電体には銅箔(本実施形態)その他の負極に適する金属箔が好適に使用される。例えば、長さ2〜10m、幅8〜30cm、厚さ5〜20μm(例えば10μm)程度の銅箔を集電体として使用し得る。負極活物質は従来からリチウムイオン電池に用いられる物質の一種または二種以上を特に限定することなく使用することができる。好適例として、グラファイトカーボン、アモルファスカーボン等の炭素系材料、リチウム含有遷移金属酸化物や遷移金属窒化物等が挙げられる。
On the other hand, the
また、正負極シート82a、82b間に使用される好適なセパレータシート84としては多孔質ポリオレフィン系樹脂で構成されたものが挙げられる。例えば、長さ2〜10m、幅8〜30cm、厚さ5〜30μm(例えば25μm)程度の合成樹脂製(例えばポリエチレン等のポリオレフィン製)多孔質セパレータシートが好適に使用し得る。なお、電解質として固体電解質若しくはゲル状電解質を使用する場合には、セパレータが不要な場合(即ちこの場合には電解質自体がセパレータとして機能し得る。)があり得る。
Moreover, as a
外装ケース30内に捲回電極体20と共に収容される電解質として、例えばLiPF6等のリチウム塩を挙げることができる。適当量(例えば濃度1M)のLiPF6等のリチウム塩をジエチルカーボネートとエチレンカーボネートとの混合溶媒(例えば質量比1:1)のような非水電解液に溶解して電解液として使用することができる。
Examples of the electrolyte accommodated together with the
上述した外装ケース30に捲回電極体20を収容した後、集電部材10a、10bを捲回電極体20に接合して外装ケース30を塞ぐことによって本実施形態の電池100は構築される。
The
なお、本実施形態に係る電池100は、特に自動車等の車両に搭載されるモーター(電動機)用電源として好適に使用し得る。即ち、図5に示すように、本実施形態に係る電池100(ここでは円筒型で捲回型の電池)を単電池として所定の方向に配列し、当該単電池をその配列方向に拘束することによって組電池72を構築し、かかる組電池72を電源として備える車両70(典型的には自動車、特にハイブリッド自動車、電気自動車、燃料電池自動車のような電動機を備える自動車)を提供することができる。
The
以上、本発明を好適な実施形態により説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、勿論、種々の改変が可能である。 As mentioned above, although this invention was demonstrated by suitable embodiment, such description is not a limitation matter and of course various modifications are possible.
10a 正極集電部材
10b 負極集電部材
14a 正極集電面
14b 負極集電面
16a、16b 段差
20 捲回電極体
22a 正極集電箔積層部分
22b 負極集電箔積層部分
23 捲回コア部分
24a、24b 傾斜面
30 外装ケース
32a、32b 開口部
40 導電性接合部材
50 芯材
70 車両
72 組電池
80 シート状電極体
82a シート状正極(正極シート)
82b シート状負極(負極シート)
84 シート状セパレータ(セパレータシート)
86a 正極活物質層非形成部分
86b 負極活物質層非形成部分
88a 正極活物質層形成部分
88b 負極活物質層形成部分
89a、89b 側縁部分
100 電池
10a Positive electrode
82b Sheet-like negative electrode (negative electrode sheet)
84 Sheet separator (separator sheet)
86a Positive electrode active material layer
Claims (9)
前記捲回電極体の捲回軸方向における端面に接合される集電部材と
を備え、
前記捲回電極体の捲回軸方向における端部には、前記集電部材と接合される集電箔積層部分が形成されており、
前記集電箔積層部分は、前記集電部材に接合される面であって捲回軸方向に対して傾斜する傾斜面を有しており、
前記集電部材は、前記集電箔積層部分に接合される面であって前記傾斜面に対向して傾斜する集電面を有しており、
ここで、前記集電箔積層部分と前記集電部材とは、前記傾斜面と前記集電面との間に導電性接合部材を介在させた状態で接合されていることを特徴とする、電池。 A wound electrode body formed by winding a sheet-like electrode having a foil-like current collector and a separator;
A current collecting member joined to an end face in the winding axis direction of the wound electrode body,
At the end in the winding axis direction of the wound electrode body, a current collector foil laminated portion joined to the current collector is formed,
The current collector foil laminated portion is a surface bonded to the current collector and has an inclined surface that is inclined with respect to the winding axis direction;
The current collecting member has a current collecting surface that is a surface bonded to the current collecting foil laminated portion and is inclined to face the inclined surface.
Here, the current collecting foil laminated portion and the current collecting member are joined in a state where a conductive joining member is interposed between the inclined surface and the current collecting surface. .
前記シート状はみだし部分を含む前記シート状電極の展開された状態での平面形状は、台形状または三角形状であることを特徴とする、請求項1または2に記載の電池。 The sheet-like electrode has a sheet-like protruding portion that is rolled out from the separator,
3. The battery according to claim 1, wherein a planar shape of the sheet-shaped electrode including the sheet protruding portion in a developed state is a trapezoidal shape or a triangular shape.
前記集電箔積層部分の傾斜面は、前記捲回状態における前記シート状はみだし部分の側縁部分によって形成されていることを特徴とする、請求項3に記載の電池。 The current collector foil laminated portion is formed by winding the sheet-like protruding portion,
The battery according to claim 3, wherein the inclined surface of the current collector foil laminated portion is formed by a side edge portion of the sheet-like protruding portion in the wound state.
前記傾斜面と前記集電面とは、前記導電性接合部材を介して面接触した状態で接合されていることを特徴とする、請求項4に記載の電池。 The current collecting surface of the current collecting member is formed in a step shape so as to correspond to a side edge portion of the sheet-like protruding portion in the wound state,
The battery according to claim 4, wherein the inclined surface and the current collecting surface are joined in a surface contact state with the conductive joining member interposed therebetween.
前記外装ケースの開口部は、前記集電部材によって塞がれていることを特徴とする、請求項1〜6の何れか一つに記載の電池。 An exterior case that houses the wound electrode body;
The battery according to claim 1, wherein an opening of the outer case is closed by the current collecting member.
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