JP2013045636A - Square battery and manufacturing method therefor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、板状の軸芯に帯状の電極シートが捲回された扁平状の捲回体を備える角形電池に関する。 The present invention relates to a prismatic battery including a flat wound body in which a strip-shaped electrode sheet is wound around a plate-shaped shaft core.
従来から、円筒形電池に比してより高い体積密度が得られる電池として角形電池が知られている。角形電池は、角形の電池筐体内に、帯状の正極シートと負極シートを間にセパレータを介して渦巻状に捲回して構成された断面が長円形状となる扁平状の捲回体が収納されるとともに、電解液が注入される。 Conventionally, a prismatic battery is known as a battery capable of obtaining a higher volume density than a cylindrical battery. A prismatic battery has a rectangular battery housing in which a flat wound body having an elliptical cross section is formed by winding a belt-like positive electrode sheet and a negative electrode sheet in a spiral shape with a separator interposed therebetween. In addition, an electrolytic solution is injected.
角形電池は、捲回体の捲回軸方向の両端部に、それぞれ正極シートと負極シートの箔露出部を突出させ、箔露出部に接続端子を接続することによって、通電経路の最短化による接続抵抗を低減し、出力を高めている。また、このような構成は、コンパクト化にも効果がある。 The prismatic battery is connected to each end of the winding body in the winding axis direction by projecting the foil exposed portions of the positive electrode sheet and the negative electrode sheet, and connecting the connection terminals to the foil exposed portions, thereby shortening the energization path. Reduces resistance and increases output. Such a configuration is also effective for downsizing.
捲回体と接続端子との接続形態に関して、例えば特許文献1の蓄電素子が提案されている。特許文献1記載の蓄電素子では、電極シートを捲回して捲回体を形成した後、その捲回体の軸方向端部にて積み重ねられている箔露出部を変形させて、捲回中心部を境にして厚み方向に二つに分けて拡開させ、それぞれを厚み方向に寄せ集めて集合させた形状とし、その二つに分けて寄せ集められた互いに対向する一対の集合部の間に集電端子のシート接続部を挿入して、集合部と超音波接合している。 With regard to the connection form between the wound body and the connection terminal, for example, a power storage element of Patent Document 1 has been proposed. In the electric storage element described in Patent Document 1, after winding the electrode sheet to form a wound body, the foil exposed portion stacked at the axial end of the wound body is deformed, and the winding center part It is divided into two in the thickness direction with the boundary as the boundary, and each shape is gathered together in the thickness direction to form a shape. The sheet connecting portion of the current collecting terminal is inserted and ultrasonically joined to the collecting portion.
しかしながら、上記した従来の蓄電素子では、箔露出部の捲回中心部を拡開させる際に、金属箔からなる集電体を誤って意図しない形に折り曲げたり、変形させたり、広げる金属箔の捲回中心位置を間違えたり、シート接続部を挿入するときに一部を噛み込んだりするおそれがある。したがって、金属箔を傷つけないように、かかる作業を慎重に行う必要があり、作業性の改善が求められる。 However, in the conventional power storage device described above, when the winding center portion of the foil exposed portion is expanded, the current collector made of the metal foil is mistakenly bent into an unintended shape, deformed, or expanded. There is a possibility that the winding center position is wrong, or a part of the winding center position is bitten when the sheet connecting portion is inserted. Therefore, it is necessary to perform such work carefully so as not to damage the metal foil, and improvement in workability is required.
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、電極シートの金属箔を折り曲げたり、傷つけたりすることなく、箔露出部の捲回中心部を簡単に拡開することができる捲回体を有する角形電池を得ることである。 The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to easily expand the winding center portion of the foil exposed portion without bending or scratching the metal foil of the electrode sheet. It is to obtain a prismatic battery having a wound body that can be opened.
上記課題を解決する本発明の角形電池は、帯状の金属箔の両面に合剤層が塗工されて前記金属箔の幅方向一方側に金属箔が露出する金属箔露出部が形成された電極シートを板状の軸芯に捲回して構成された捲回体を有する角形電池であって、前記捲回体は、該捲回体の捲回軸方向端部で前記電極シートの金属箔露出部が捲回されて積層された金属箔積層部の捲回中心部を前記捲回体の厚さ方向に拡開させる拡開部材を有しており、前記拡開部材は、軸芯に基端が固定され、互いに重なり合う閉じ状態から先端側が開かれた開き状態に変形可能な一対の金属薄板からなり、前記一対の金属薄板の先端には、閉じ状態で前記捲回体の端面から突出して捲回軸方向外側に向かって開かれた開端部が設けられていることを特徴としている。 The prismatic battery of the present invention that solves the above problems is an electrode in which a mixture layer is coated on both sides of a strip-shaped metal foil and a metal foil exposed portion is formed on one side in the width direction of the metal foil. A prismatic battery having a wound body configured by winding a sheet on a plate-shaped shaft core, wherein the wound body is exposed at a metal foil of the electrode sheet at an end portion in a winding axis direction of the wound body. A winding member that expands the winding center portion of the metal foil laminated portion that is wound and laminated in the thickness direction of the wound body, and the expanding member is based on the shaft core. It consists of a pair of thin metal plates whose ends are fixed and which can be deformed from a closed state where they overlap each other to an open state where the front end side is opened, and the tips of the pair of thin metal plates protrude from the end surface of the winding body in the closed state. An open end portion opened toward the outside in the winding axis direction is provided.
本発明の角形電池とその製造方法によれば、電極シートの箔露出部を損傷させることなく、捲回体の箔露出部の捲回中心部を簡単かつ確実に拡開させることができ、捲回体と集電端子との接続を安定的に行うことが可能となる。なお、上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。 According to the prismatic battery and the manufacturing method thereof of the present invention, the wound central portion of the foil exposed portion of the wound body can be easily and reliably expanded without damaging the foil exposed portion of the electrode sheet. It is possible to stably connect the rotating body and the current collecting terminal. Problems, configurations, and effects other than those described above will be clarified by the following description of the embodiments.
以下、本発明の角形電池が適用されたリチウムイオン二次電池とその製造方法の一実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、本発明は以下に実施形態に限定されない。また、各図における寸法関係(長さ、幅、厚さ等)は実際の寸法関係を反映するものではない。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, an embodiment of a lithium ion secondary battery to which the prismatic battery of the present invention is applied and a method for producing the same will be described with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited to embodiment below. In addition, the dimensional relationships (length, width, thickness, etc.) in each drawing do not reflect actual dimensional relationships.
図1は、本発明の一実施形態の角形電池の全体構成図である。角形電池1は、角形のリチウムイオン二次電池であり、横断面形状が扁平な長方形、もしくは隅丸長方形ないし長円形の有底角筒状の電池缶(容器)2の一端開口に蓋3を密封接合して構成される。蓋3には、注液栓4、安全弁5が設けられている。注液栓4は、電解液注入後の注液口の封口に用いられている。安全弁5は、角形電池1内部の発熱による電池缶2内の過度の圧力上昇を未然に防ぐ為に設けられている。
FIG. 1 is an overall configuration diagram of a prismatic battery according to an embodiment of the present invention. The prismatic battery 1 is a prismatic lithium ion secondary battery, and has a
図2は、図1に示す角形電池の分解斜視図である。電池缶2内には、発電要素として捲回体6が、正極接続端子と負極接続端子に電気的に接続された状態で収容されている。正極接続端子と負極接続端子は、蓋3の長辺方向の両端部に設けられており、電池缶2の外側に配置される正極外部端子9及び負極外部端子10と電気的に接続され、また、電池缶2内に配置される正極集電端子7及び負極集電端子8を有している。本実施形態では、電池缶2及び蓋3はアルミ板にて構成されている。正極集電端子7、負極集電端子8、正極外部端子9、負極外部端子10と蓋3との間は、絶縁シール部材によって絶縁されている。
FIG. 2 is an exploded perspective view of the prismatic battery shown in FIG. In the battery can 2, a
正極集電端子7、負極集電端子8、正極外部端子9、負極外部端子10は、蓋3に固定されて蓋組立体とされる。そして、蓋組立体の正極集電端子7と負極集電端子8との間に、捲回体6がその一方の円弧部から挿入されて、接合等により一体化され、発電要素組立体とされる。
The positive electrode
正極集電端子7は、捲回体6の捲回軸方向の正極側端面に沿って電池缶2の底部方向に向かって延びる基部7aと、基部7aの下端両側面から二股に分岐しつつ、さらに底部方向に延びる一対の正極集電接続片7b、7bとを備える。一対の正極集電接続片7b、7bは、電池缶2の上方からみて略ハの字形状を有しており、蓋3の長辺方向中央側に近づくほど接続片同士の間隔が狭くなるように傾斜している。
The positive electrode
同様に、負極集電端子8は、捲回体6の捲回軸方向の負極側端面に沿って電池缶2の底部方向に向かって延びる基部8aと、基部8aの下端両側面から二股に分岐しつつ、さらに底部方向に延びる一対の負極集電接続片8b、8bとを備える。一対の負極集電接続片8b、8bは、電池缶2の上方からみて、蓋3の長辺方向中央側に近づくほど接続片同士の間隔が狭くなるように傾斜している。
Similarly, the negative electrode
一対の正極集電接続片7b、7bは、捲回体6の正極側の端部で捲回体6の厚み方向外側にそれぞれ対向して配置され、一対の正極集電接続片7b、7bの一対の内面が、後述する捲回体6の正極接続部11dの外表面と接合される。一対の負極集電接続片8b、8bは、捲回体6の負極側の端部で捲回体6の厚み方向外側にそれぞれ対向して配置され、一対の負極集電接続片8b、8bの一対の内面が、後述する捲回体6の負極接続部12dの外表面と接合される。
The pair of positive electrode current
図3は、捲回体の巻き終わり側を展開した状態の外観斜視図である。捲回体6は、セパレータ13を挟んで正極シート11と負極シート12とを、板状の軸芯14の周りに捲回して構成されており、扁平形状を有している。
FIG. 3 is an external perspective view in a state where the winding end side of the wound body is developed. The
捲回体6は、正極拡開操作板15及び負極拡開操作板16を装着した軸芯14に、セパレータ13のみを捲回したのち、負極シート12とセパレータ13と正極シート11とセパレータ13の順番で重ね合わされて捲回されており、最内周に1又は複数層のセパレータ13が捲回されている。最外周の電極は、負極シート12となっており、全ての正極シート11は、その内周側と外周側をセパレータ13を介して負極シート12に挟まれている。また、捲回体6の最外周も必要に応じて短絡防止の為にセパレータ13が1又は複数層捲回されている。
The
正極シート11は、アルミニウム箔もしくはアルミニウム合金箔からなる帯状の正極金属箔を有し、負極シート12は、銅箔もしくは銅合金箔からなる帯状の負極金属箔を有している。また、セパレータ13は、多孔質のポリエチレン樹脂である。
The
正極シート11の正極金属箔の両面には、正極活物質を含む正極合剤層(正極合剤塗工部)11bが塗工されている。そして、負極シート12の負極金属箔の両面には、負極活物質を含む負極合剤層(負極合剤塗工部)12bが塗工されている。正極シート11には、正極金属箔の一方の長辺に沿って正極活物質合剤層が塗工されておらず、正極金属箔が露出している未塗工の正極金属箔露出部(未塗工部とも呼ぶ)11aが設けられている。負極シート12には、負極金属箔の一方の長辺に沿って負極活物質合剤層が塗工されておらず、負極金属箔が露出している未塗工の負極金属箔露出部(未塗工部とも呼ぶ)12aが設けられている。
On both surfaces of the positive electrode metal foil of the
正極シート11と負極シート12は、負極合剤層12bの捲回軸方向長さが、正極合剤層11bの捲回軸方向長さよりも長くなるように形成されている。正極シート11は、正極合剤層11bの捲回軸方向両側端位置が、後述する軸芯14の捲回軸方向中央部14Aと捲回軸方向端部14Bとの境界位置よりも捲回軸方向中央寄り位置に配置されるように軸芯14に捲回される。また、負極シート12は、負極合剤層12bの捲回軸方向両側端位置が、正極合剤層11bの捲回方向両側端位置よりも捲回軸方向外側位置に配置されるように軸芯14に捲回される。
The
正極シート11及び負極シート12は、捲回軸方向一方側に正極金属箔露出部11aが配置され、捲回軸方向他方側に負極金属箔露出部12aが配置され、正極合剤層11bと負極合剤層12bとの間にセパレータ13が介在されるように重ねられて軸芯14に捲回される。捲回体6の捲回軸方向一方側の端部には、正極金属箔露出部11aが捲回されて積み重ねられた正極金属箔積層部11cが形成されており、捲回軸方向他方側の端部には、負極金属箔露出部12aが捲回されて積み重ねられた負極金属箔積層部12cが形成されている。
The
次に、軸芯14の構成について、図4(a)、(b)を参照して説明する。図4(a)は軸芯の外観斜視図、図4(b)は正極拡開操作板の外観斜視図である。なお、説明内容の理解を容易にするために、図4に示すように、軸芯の捲回軸方向をX方向、軸芯の平面に垂直な方向をZ方向、軸芯のX方向とZ方向に直交する方向をY方向として説明する。
Next, the configuration of the
軸芯14は、絶縁性の材料より形成され、特に、PP(ポリプロピレン)樹脂、PBT(ポリブチレンテレフタレート)樹脂、PPS(ポリフェニレンサルファイド)樹脂、PEEK(ポリエーテルエーテルケトン)樹脂の少なくとも一つの樹脂材料を用いて形成されている。
The
軸芯14は、捲回体6の平面形状に対応した矩形状の板状部材であり、X方向の中央位置に設けられて正極シート11の正極合剤層11bと負極シート12の負極合剤層12bが重なり合う部位に対応する中央部14Aと、中央部14AのX方向両側の位置に設けられて正極金属箔露出部11aと負極金属箔露出部12aにそれぞれ対応する端部14B、14Bとを備えている。
The
軸芯14は、中央部14Aよりも端部14Bの方が、Y方向の板幅が狭い形状を有しており、例えば、矩形状の板状部材の四隅にテーパー部14bを形成して板幅を狭くしている。軸芯14の中央部14Aは、X方向に沿って延在する一対の平行な外縁部14a,14aを有している。軸芯14の端部14Bは、外縁部14a,14aの板幅V1より狭い板幅V2の側端面を有している。
The
軸芯14は、中央部14Aに正極シート11の正極合剤層11bと負極シート12の負極合剤層12bが配置され、端部14B、14Bに正極金属箔露出部11aと負極金属箔露出部12aが配置される。そして、正極合剤層11bと負極合剤層12bとの間には、セパレータ13が介在されており、軸芯14のX方向一方側の端部14Bに正極金属箔露出部11aが配置され、他方側の端部14Bに負極金属箔露出部12aが配置された状態で捲回される。
The
軸芯14の端部14Bは、X方向に沿って中央部14Aから離れる方向に移行するにしたがってY方向の板幅が狭くなるように形成されている。すなわち、軸芯14は、矩形状の軸芯14の四隅にテーパー部14bが形成され、軸芯14の板幅が、中央部14Aの板幅よりも狭くなっている。また、軸芯14はテーパー部14bを四隅に形成することにより、中央部14AのX方向に沿う横幅(捲回軸方向長さ)が、正極合剤層11bの横幅(捲回軸方向長さ)より大きく設定されている。そして、中央部14Aの横幅と負極合剤層12bの横幅は一致するように設定されている。この構成により、正極シート11の正極金属箔と負極シート12の負極金属箔との間における充放電時のイオンの移動が効率よく行われる。
The
軸芯14のX方向の正極側端面には、正極拡開操作板(正極拡開部材)15が装着され、負極側端面には、負極拡開操作板(負極拡開部材)16が装着される(図3を参照)。図4に示すように、軸芯14の捲回軸方向の両端部には、正極拡開操作板15及び負極拡開操作板16がそれぞれ装着される凹部14c、14cが切り欠き形成されている。
A positive electrode expansion operation plate (positive electrode expansion member) 15 is mounted on the positive electrode side end surface of the
各凹部14cは、正極拡開操作板15及び負極拡開操作板16が収容される大きさの矩形状を有している。凹部14cのX方向の大きさは、端部14Bの大きさと略一致しており、凹部14cのY方向の大きさは、拡開操作板15、16よりも若干大きく設定されている。そして、凹部14cの軸芯端面には、スリット14d(図6(b)を参照)が設けられている。
Each
次に、負極拡開操作板16の構成について説明する。なお、正極拡開操作板15については、負極拡開操作板16とほぼ同一の形状を有していることから、図中の負極拡開操作板16の符号に括弧付で符号を付することでその詳細な説明は省略する。
Next, the configuration of the negative electrode expanding
負極拡開操作板16は、軸芯14の負極側のスリット14dに基端が挿入されて固定されており、互いに重なり合う閉じ状態から先端側が開かれた開き状態に変形可能な一対の金属薄板からなる。負極拡開操作板16を構成する一対の金属薄板の先端には、図4(b)に示すように、閉じ状態で捲回体6の端面から突出して捲回軸方向外側に向かって開かれた開端部16Aが設けられている。
The negative electrode expanding
負極拡開操作板16の開端部16Aは、一対の金属薄板の内の少なくとも一方の金属薄板の先端で対向する金属薄板から離反する方向に屈曲されて捲回軸方向外側に移行するにしたがって軸芯14のZ方向に間隔が大きくなる方向に傾斜した屈曲部16aを有している。
The
本実施の形態では、一対の金属薄板の両方に屈曲部16aが設けられて対をなしているが、開端部16Aは、捲回軸方向外側に向かって開かれた構成を有していればよく、例えば一方の金属薄板の先端にのみ屈曲部16aを設けて、他方の金属薄板の先端は屈曲させることなく、そのまま延出して屈曲部に対向させた構成としてもよい。また、本実施の形態では、一対の屈曲部16a、16aが金属薄板の先端全体に亘って設けられているが、互いに対向する位置に設けられていればよく、金属薄板の先端の少なくとも一部に設けた構成としてもよい。
In the present embodiment, both of the pair of thin metal plates are provided with a
負極拡開操作板16は、本実施の形態では、一枚の金属薄板を中心部から折り曲げることによって構成されており、折り曲げた箇所を基端とし、屈曲部16aが先端に形成されている。負極拡開操作板16は、2枚の金属薄板を重ね合わせて構成してもよい。
In the present embodiment, the negative electrode expanding
図14は、拡開操作板を操作する前の状態を説明する断面図、図15は、拡開操作板を操作して箔露出部と共に集電接続片に接合した状態を説明する断面図である。負極拡開操作板16は、図14に示す閉じ状態では、捲回体6から捲回軸方向外側に先端が突出し、図15に示す開き状態では、捲回体6からはみ出さず、捲回軸方向内側に先端が配置される寸法形状を有している。
FIG. 14 is a cross-sectional view illustrating a state before operating the expansion operation plate, and FIG. 15 is a cross-sectional view illustrating a state where the expansion operation plate is operated and joined to the current collector connection piece together with the exposed foil portion. is there. In the closed state shown in FIG. 14, the tip of the negative electrode
負極拡開操作板16は、閉じ状態で互いに重なり合う部分の厚みが、軸芯14の端部14Bの厚みよりも薄い。したがって、捲回時に、負極金属箔露出部12aとの干渉を防ぐことができ、負極シート12の破損を防ぐことが可能になる。
In the negative electrode
負極拡開操作板16は、開端部16Aの一対の屈曲部16a、16a間に、後述する箔開き治具22を挿入することによって、互いに重なり合う閉じ状態から先端側が開かれた開き状態に変形される。そして、負極金属箔積層部12cの捲回中心部を拡開させて厚み方向(Z方向)に二つに分け、それぞれを厚み方向に集合させて、捲回体6の負極側の端部に、一対の負極接続部12dを形成するように構成されている。
The negative electrode expanding
正極拡開操作板15と負極拡開操作板16は、捲回体6の正極接続部11dと負極接続部12dにそれぞれ接合されて電気的に接続される。したがって、正極拡開操作板15を構成する金属薄板は、正極シート11の正極金属箔と同一極性の材料で製作することが好ましく、負極拡開操作板16を構成する金属薄板は、負極シート12の負極金属箔と同一極性の材料で製作することが好ましい。具体的には、正極拡開操作板15をアルミニウム箔若しくはアルミニウム合金箔で形成し、負極拡開操作板16を銅箔もしくは銅合金箔で形成している。正極拡開操作板15と負極拡開操作板16は、材質が異なるものの、形状は同じであることが好ましい。
The positive electrode expanding
以下に、上記構成を有する角形電池1の具体的な製造方法について、図5の製造フローを用いて説明する。 Below, the specific manufacturing method of the square battery 1 which has the said structure is demonstrated using the manufacturing flow of FIG.
まず、工程1aと工程1bが平行して行われ、工程1aでは、捲回体6が製造され、工程1bでは、蓋組立体の組み立てが行われる。工程1bの蓋組立体の組み立ては、電池缶2の蓋3に、正極集電端子7と負極集電端子8が絶縁した状態で固定される。正極接続端子の正極集電端子7と正極外部端子9、及び、負極接続端子の負極集電端子8と負極外部端子10は、それぞれ、かしめ固定されて、導通される。
First, the process 1a and the process 1b are performed in parallel, the
工程2では、上記工程1aで形成された捲回体6が、工程1bで組み立てられた蓋組立体に装着され、工程3では、捲回体6が正極集電端子7と負極集電端子8との間に挟み込まれて固定される。
In Step 2, the
工程4では、箔開き治具22により拡開操作板15、16の拡開操作が行われて、捲回体6の正極金属箔積層部11cと負極金属箔積層部12cの捲回中心部が拡開される。工程5では、引き続き、箔開き治具22により拡開操作板15、16が操作されて、正極金属箔積層部11cと負極金属箔積層部12cに正極接続部11dと負極接続部12dが形成され、正極接続部11dと負極接続部12dをそれぞれ拡開操作板15、16と集電接続片7b、8bとにより挟持させる。工程6では、正極接続部11dと負極接続部12dをそれぞれ拡開操作板15、16と集電接続片7b、8bとにより挟持させた状態で超音波接合して一体化する。
In
上記した工程1a、工程2、工程3、工程4、工程5、工程6について、図6〜図10を用いてさらに詳しく説明する。
Step 1a, step 2,
図6と図7は、工程1aの内容を説明する図である。図6(a)は、軸芯に拡開操作板を装着する方法を説明する詳細斜視図、図6(b)は、図6(a)のA−A線断面を矢視した斜視図である。図7(a)は、捲回体の巻き始めの外観斜視図、図7(b)は、捲回体完成後の外観斜視図である。 6 and 7 are diagrams for explaining the contents of step 1a. 6A is a detailed perspective view for explaining a method of mounting the expansion operation plate on the shaft core, and FIG. 6B is a perspective view taken along the line AA in FIG. 6A. is there. FIG. 7A is an external perspective view of the winding body at the start of winding, and FIG. 7B is an external perspective view after the winding body is completed.
まず、図6(a)に示すように、軸芯14の両端部に設けた凹部14c、14cに正極拡開操作板15と負極拡開操作板16が装着される。本実施の形態では、図6(b)に示すように、凹部14cの軸芯両端面にスリット14d、14dを設け、各スリット14dに正極拡開操作板15の基端と負極拡開操作板16の基端を挿入することによって装着している。
First, as shown in FIG. 6A, the positive electrode
捲回体6は、図7(a)に示すように、正極拡開操作板15と負極拡開操作板16が軸芯14に装着された状態で、まずセパレータ13のみを所定数だけ捲回し、それから、正極シート11の正極合剤層11bと負極シート12の負極合剤層12bとの間にセパレータを介在させ、捲回軸方向一方側の端部に正極金属箔露出部11aが配置され、捲回軸方向他方側の端部に負極金属箔露出部12aが配置されるように、負極シート12とセパレータ13と正極シート11とセパレータ13を重ね合わせて巻回し、図7(b)に示される扁平形状の捲回体6を形成する。捲回体6の両端面には、正極拡開操作板15の開端部15Aと負極拡開操作板16の開端部16Aが突出している。
As shown in FIG. 7 (a), the winding
図8は、工程2の内容を説明する図である。工程2では、捲回体6の正極金属箔積層部11cと負極金属箔積層部12cを予め厚さ方向(Z方向)に押しつぶして変形させ、その厚さを圧縮して薄い形状に成形しておく。それから、正極集電端子7の一対の正極集電接続片7b、7bの間に捲回体6の正極金属箔積層部11cを挿入すると共に、負極集電端子8の一対の負極集電接続片8b、8bの間に捲回体6の負極金属箔積層部12cを挿入する。そして、捲回体6の正極金属箔積層部11cの外表面に、一対の正極集電接続片7b、7bの内表面を対向させ、負極金属箔積層部12cの外表面に一対の負極集電接続片8b、8bの内表面を対向させる。
FIG. 8 is a diagram for explaining the contents of step 2. In step 2, the positive electrode metal foil laminated
図9は、工程3の内容を説明する斜視図であり、 図9(a)は、捲回体を一対の固定ユニットの間に固定する方法を説明する斜視図、図9(b)は、図9(a)のB−B線断面矢視図である。
FIG. 9 is a perspective view for explaining the contents of
工程3では、捲回体6を一対の固定ユニット21の間に挟み込むことによって固定する。一対の固定ユニット21は、捲回体6の扁平面に対向する平板形状を有しており、捲回体6の厚み方向両側に配置されている。
In
そして、互いに相対接近することによって、捲回体6を挟み込み、固定する。各固定ユニット21には、接続片押さえ21aが設けられており、捲回体6を挟み込んで固定すると同時に、正極集電端子7の一対の正極集電接続片7b、7bを、捲回体6の厚み方向両側から押さえて固定し、負極集電端子8の一対の負極集電接続片8b、8bを、捲回体6の厚み方向両側から押さえて固定する。接続片押さえ21aは、正極集電接続片7bの基部7a側と先端部側の二箇所、及び、負極集電接続片8bの基部8a側と先端部側の二箇所を押さえるように、片側に2個ずつ設けられており、これら2個の接続片押さえ21aの間に、後述するアンビルとホーンを挿入して、正極集電接続片7b及び負極集電接続片8bの長手方向中央部を溶接接合できるようになっている。接続片押さえ21aの数及び位置は、上記構成に限定されるものではなく、例えば、正極集電接続片7bの長手方向両端部を溶接接合する場合には、各固定ユニット21の接続片押さえ21aを1個とし、長手方向中央部を押さえる構成としてもよい。
And the winding
図10と図11は、工程4の内容を説明する図である。図10(a)は、箔積層部に箔開き治具を挿入する前の状態を示す外観斜視図、図10(b)は、図10(a)のC−C線断面矢視図である。図11(a)は、箔積層部に箔開き治具を挿入した状態を示す外観斜視図、図11(b)は、図11(a)のD−D線断面矢視図である。
10 and 11 are diagrams for explaining the contents of
工程4では、捲回体6の正極金属箔積層部11cと負極金属箔積層部12cの捲回中心部をそれぞれ拡開するために、箔開き治具22による拡開操作板15、16の操作がなされる。
In
図10に示すように、固定ユニット21により固定された捲回体6の正極金属箔積層部11cに対して、その捲回軸方向外側に箔開き治具22が対向して配置される。そして、図11に示すように、箔開き治具22が捲回体6に接近する方向に移動されて、箔開き治具22の挿入部が正極金属箔積層部11cに挿入される。開き治具22の挿入部は、開端部15Aの一対の屈曲部15aの間に挿入し易いように、尖った形状をしており、さらに上下方向(捲回体の厚み方向)の2つに分割する機構となっている。
As shown in FIG. 10, the
工程2後の捲回体6の正極金属箔積層部11cと負極金属箔積層部12cの積層状態は、個体差が大きく、従来は、その捲回中心部が完全に閉じた状態になる場合があり、そのまま、正極金属箔積層部11c、負極金属箔積層部12cに対して箔開き治具22を挿入させても、これらの捲回中心部に安定して挿入することは困難であった。
The laminated state of the positive electrode metal foil laminated
これに対して、本実施の形態では、図14に示すように、本発明の特徴的な構成として、拡開操作板15、16を構成する一対の金属薄板の先端に、閉じ状態で捲回体6の端面から突出して捲回軸方向外側に向かって開かれた開端部15A、16Aが形成されている。
On the other hand, in the present embodiment, as shown in FIG. 14, as a characteristic configuration of the present invention, winding is performed in a closed state at the ends of a pair of thin metal plates constituting the
正極拡開操作板15の開端部15Aは、例えば図10(b)に示すように、捲回体6の端面から突出して、互いに離反する方向に屈曲されており、捲回軸方向外側に移行するにしたがって間隔が大きくなる方向に傾斜した一対の屈曲部15a、15aを有している。箔開き治具22は、この一対の屈曲部15aの間を目がけて移動される。
For example, as shown in FIG. 10B, the
したがって、箔開き治具22を正極金属箔積層部11cに挿入した場合に、正極拡開操作板15の開端部15Aによって案内されて、箔開き治具22の挿入部を正極金属箔積層部11cの捲回中心部である一対の金属薄板の間に挿入することができ、正極金属箔積層部11cの積層状態に左右されることなく、安定して拡開することが可能となる。
Therefore, when the
なお、屈曲部15a、15aは、図11(b)に示すように、箔開き治具22を挿入することによって屈曲が伸ばされて、箔開き治具22の挿入部に沿った形状となり、その屈曲形状は維持されないが、屈曲の折り目は残る。
As shown in FIG. 11B, the
箔開き治具22は、固定ユニット21の接続片押さえ21aに対向する位置に配置されている。箔開き治具22の材質は、耐摩耗性が高く且つ硬度が高い樹脂が好ましく、本実施の形態では、ポリプロピレン樹脂を使用しているが、これに限定されるものではなく、他の材質のものを用いてもよい。
The
図12は、工程5の内容を説明する図であり、図12(a)は、箔開き治具を上下に分割させて移動させた状態を示す外観斜視図、図12(b)は、図12(b)は、図12(a)のE−E線断面矢視図である。工程5では、例えば、箔開き治具22の挿入部が正極金属箔積層部11cの捲回中心部に挿入された状態で箔開き治具22が上下に分割されて移動される。したがって、正極金属箔積層部11cは、捲回中心部の両側でそれぞれ厚み方向に集合されて、一対の正極接続部11d(図15参照)が形成される。
FIG. 12 is a diagram for explaining the contents of
そして、正極集電接続片7bと、正極接続部11dと、正極拡開操作板15が、互いに重なり合った状態で箔開き治具22と接続片押さえ21aとの間に挟み込まれて、略V字形状に固定される。正極接続部11dは、図15に示すように、正極拡開操作板15と正極集電接続片7bとの間に挟持されており、拡開操作板15は、その先端が捲回体6から突出せず、正極接続部11dの端部よりも捲回軸方向内側の位置に配置される。
Then, the positive electrode current
図13は、工程6の内容を説明する外観斜視図であり、図13(a)は、正極接続部と正極集電接続片と正極拡開操作板を超音波接合している状態を示す図、図13(b)は、図13(a)のF−F線断面矢視図である。
FIG. 13 is an external perspective view for explaining the contents of
図13(b)で下方に移動した開き治具22と、下方の固定ユニット21の接続片押さえ21aとの間に、上から順番に、正極集電接続片7bと、正極接続部11dと、正極拡開操作板15とが重ね合わされて挟持された状態で、超音波接合が行われ、これら正極集電接続片7bと、正極接続部11dと、正極拡開操作板15は、一体化される。
Between the opening
超音波接合は、ホーン23とアンビル24で正極集電接続片7bの表面に対して垂直方向両側から挟み込み、加圧しながら、押さえ方向と直交するG方向に超音波振動させることによって行われる。そして、図13(b)で上側の正極接続部11d、及び、図示していない負極側についても同様に超音波接合される。
The ultrasonic bonding is performed by sandwiching the
上記した構成を有する角形電池1とその製造方法によれば、正極シート11及び負極シート12の箔露出部11a、12aを損傷させることなく、捲回体6の箔露出部11a、12aの捲回中心部を簡単かつ確実に拡開させることができ、捲回体6と集電端子7、8との接続を安定的に行うことが可能となる。
According to the prismatic battery 1 having the above-described configuration and the manufacturing method thereof, the foil exposed
また、正極拡開操作板15と負極拡開操作板16は、開き状態では、捲回体6からはみ出さず、捲回軸方向内側に先端が配置されているので、蓋組立体の正極集電端子7と負極集電端子8に接合された捲回体6を電池缶2内に挿入する際に、正極拡開操作板15と負極拡開操作板16が電池缶2の開口等に引っ掛かるのを防ぐことができ、組立作業を円滑に行わせることができる。
In addition, the positive electrode expanding
そして、正極拡開操作板15を、正極接続部11dの当て板として用いることができる。したがって、別途に当て板を用意する必要がなく、部品点数を少なくすることができ、また、超音波接合時に当て板を取り付ける工程を省略することができ、作業の簡素化を図ることができる。
And the positive electrode
以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。例えば、前記した実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。さらに、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。 Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various designs can be made without departing from the spirit of the present invention described in the claims. It can be changed. For example, the above-described embodiment has been described in detail for easy understanding of the present invention, and is not necessarily limited to one having all the configurations described. Further, a part of the configuration of an embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of an embodiment. Furthermore, it is possible to add, delete, and replace other configurations for a part of the configuration of each embodiment.
1 角形電池(リチウムイオン二次電池)
2 電池缶
3 蓋
6 捲回体
7 正極集電端子
7b 正極集電接続片
8 負極集電端子
8b 負極集電接続片
11 正極シート
11a 正極金属箔露出部
11b 正極合剤層
11c 正極金属箔積層部
11d 正極接続部
12 負極シート
12a 負極金属箔露出部
12b 負極合剤層
12c 負極金属箔積層部
12d 負極接続部
14 軸芯
15 正極拡開操作板
15A、16A 開端部
15a、16a 屈曲部
16 負極拡開操作板
21 固定ユニット
21a 接続片押さえ
22 箔開き治具
1 Square battery (lithium ion secondary battery)
2 Battery can 3
Claims (9)
前記捲回体は、該捲回体の捲回軸方向端部で前記電極シートの金属箔露出部が捲回されて積層された金属箔積層部の捲回中心部を前記捲回体の厚さ方向に拡開させる拡開部材を有しており、
前記拡開部材は、軸芯に基端が固定され、互いに重なり合う閉じ状態から先端側が開かれた開き状態に変形可能な一対の金属薄板からなり、前記一対の金属薄板の先端には、閉じ状態で前記捲回体の端面から突出して捲回軸方向外側に向かって開かれた開端部が設けられていることを特徴とする角形電池。 An electrode sheet in which a mixture layer is coated on both sides of a strip-shaped metal foil and a metal foil exposed portion where the metal foil is exposed on one side in the width direction of the metal foil is formed around a plate-shaped shaft core A prismatic battery having a wound body,
The wound body has a winding center portion of a metal foil laminated portion in which a metal foil exposed portion of the electrode sheet is wound and laminated at an end portion in the winding axis direction of the wound body. It has an expansion member that expands in the vertical direction,
The spreading member is composed of a pair of thin metal plates whose base ends are fixed to the shaft core and can be deformed from a closed state where they overlap each other to an open state where the distal end side is opened. The prismatic battery is provided with an open end portion that protrudes from the end surface of the winding body and opens outward in the winding axis direction.
前記捲回体は、前記拡開部材により前記捲回体の捲回中心部を境にして前記金属箔積層部を捲回体の厚み方向に二つに分けて拡開させ、それぞれを厚み方向に集合させた一対の集合部が前記一対の拡開部材と前記接続端子とによって各々挟持されて接合されていることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の角形電池。 A container that accommodates the wound body, a lid that seals the container, an external terminal provided on the lid, and a connection terminal that electrically connects the external terminal and the metal foil laminate portion And having
The wound body is expanded by dividing the metal foil laminated portion into two in the thickness direction of the wound body with the expanding member as a boundary from the winding center portion of the wound body. 4. The square according to claim 1, wherein the pair of gathering portions gathered together are sandwiched and joined by the pair of spreading members and the connection terminals, respectively. battery.
該軸芯に電極シートを捲回して捲回体を形成する工程と、
該捲回体を収納する電池缶を封口する蓋に、電極外部端子と電極集電端子を固定する工程と、
前記捲回体の捲回軸方向外側から前記拡開部材の開端部に箔開き治具を挿入して、前記捲回体の金属箔積層部の捲回中心部を拡開させる工程と、
該拡開された金属箔積層部をそれぞれ厚み方向に集合させて電極接続部を形成する工程と、
前記電極接続部を前記電極集電端子と前記拡開部材の間で挟持して接合する工程と、を含むことを特徴とする角形電池の製造方法。 Attaching a base end of an expanding member having an open end portion opened in a direction away from each other to a tip end made of a pair of thin metal plates to a winding axial end portion of a plate-shaped shaft core;
Winding an electrode sheet around the shaft core to form a wound body;
Fixing the electrode external terminal and the electrode current collector terminal to a lid that seals the battery can housing the wound body;
Inserting a foil opening jig into the open end portion of the spreading member from the winding axis direction outside of the winding body, and expanding the winding center portion of the metal foil laminated portion of the winding body;
A step of gathering the expanded metal foil laminate portions in the thickness direction to form electrode connection portions;
And a step of sandwiching and joining the electrode connecting portion between the electrode current collecting terminal and the expanding member.
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