JP2013054880A - 円筒形二次電池 - Google Patents

Abstract

【課題】電池缶の缶底に固定された集電部材が電極群の軸芯を保持する保持力が十分な円筒形二次電池を提供する。
【解決手段】軸芯１５における電池缶２の缶底２ｃ側に対向する先端側には、案内部３１と保持部３２を有する切欠き３０が形成されている。負極集電部材２０には、切欠き３０に対応する位置に複数の突起２３が形成されている。各突起２３の幅は、案内部３１の幅よりも大きく、保持部３２の幅以下とされている。突起２３を、案内部３１を押し拡げながら案内部３１に沿って押し込み、保持部３２に係合させると、案内部３１は、元の状態に復元し、突起３１は軸芯１５の切欠き３０に係合し、軸芯１５が確実に保持される。
【選択図】図３

Description

この発明は、円筒形二次電池に関し、より詳細には、電極群の軸芯が集電部材に取付けられた円筒形二次電池に関する。

リチウム二次電池等に代表される円筒形二次電池は、円筒形の電池容器内に、長尺状の正極電極と負極電極とがセパレータを介して軸芯の周囲に捲回された電極群が収容され、電解液が注入されて構成されている。正・負極の電極は、それぞれ、正・負極の金属箔の両面に塗工された正・負極の活物質を有する。正・負極の金属箔は、それぞれ、長手方向の片側縁に沿って所定のピッチで配列された多数の正・負極タブを有する。正・負極タブは、互いに、正・負極の金属箔の反対側の片側縁に沿って形成される。

円筒形二次電池の電池容器は、電池蓋によりガスケットと言われる絶縁材を介して電池缶を密封して構成されている。負極タブは、リング状の負極集電部材の外周側壁に溶接等により接合されており、負極集電部材は、負極導電リードを介して電池缶の缶底に固定されている。

負極集電部材の中央部には開口部が形成され、軸芯は負極集電部材の開口部に圧入されて取り付けられている。軸芯の外周面および負極集電部材の開口部の周側面のどちらも平坦面である（例えば、特許文献１参照）。

特開２００９−２８９６８３号公報

このように、従来においては、軸芯の保持は、軸芯と負極集電リングの圧入面がどちらも平坦面とされた圧接によるものである。車両などに搭載された円筒形二次電池には、あらゆる方向からの振動が作用する。軸芯には正・負極の電極が捲回されており、軸芯と負極集電リングとの取付部には、軸芯の軸方向の振動等により電極群の負荷が作用する。
このため、負極集電部材と軸芯との取付部が共に平坦面とされた圧接では電極群を保持するに十分でなく、負極集電部材に対して軸芯が軸方向に移動し、これに伴い、正・負極集電部材に接合された負極タブや負極金属箔が破断する恐れがあった。

本発明の円筒形二次電池は、円筒状の軸芯の周囲に正極電極と負極電極とをセパレータを介して捲回した電極群と、電極群が収容され、電解液が注入された電池缶と、電池缶の一端側に配置されて電池缶を封止する電池蓋と、正極電極および負極電極の一方が接続されると共に、電池缶の缶底に固定されたリング状の集電部材とを備え、集電部材は複数の突起を有し、軸芯は集電部材の各突起に係合する切欠きを有し、各切欠きは、軸芯の先端面に開口する案内部と、案内部に連通する保持部とを有し、保持部は案内部との境界面から係合方向に突き出す係合凹部を有し、集電部材の各突起は、境界面よりも保持部の係合凹部側に突き出し、かつ、係合方向の長さが係合凹部の長さ以下の係合用突出部を有することを特徴とする。

この発明の円筒形二次電池によれば、電部材の突起が保持部に係合された状態で保持部と案内部との境界面の幅は突起の幅より小さいので確実に集電部材により軸芯を確実に保持することができる。

本発明に係る円筒形二次電池の一実施の形態を示す断面図。 図１に示された円筒形二次電池の分解斜視図。 図１に図示された軸芯と負極集電部材との分解斜視図。 図１の領域ＩＶの拡大断面図。 図１に図示された軸芯が係合された負極集電部材の平面図。 図５の領域ＶＩの拡大図。 軸芯の切欠きの構造を示し、（ａ）は、切欠きの長さ方向に沿う平面図、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ’に沿う断面図。 本発明の実施形態２に係り、軸芯が係合された負極集電部材の平面図。 本発明の実施形態２に係る軸芯の切欠き形状を示す側面図。 本発明の実施形態２に係る軸芯の切欠きの構造を示し、（ａ）は、切欠きの長さ方向に沿う平面図、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ’に沿う断面図。 本発明の実施形態３に係り、軸芯が係合された負極集電部材の平面図。 本発明の実施形態３に係る軸芯の切欠き形状を示す側面図。 本発明の実施形態３に係る軸芯の切欠きの構造を示し、（ａ）は、切欠きの長さ方向に沿う平面図、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ’に沿う断面図。 本発明の実施形態４に係る軸芯の切欠き形状を示す側面図。 実施形態４に係る軸芯の切欠きの構造を示し、（ａ）は、切欠きの長さ方向に沿う平面図、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ’に沿う断面図。 本発明の実施形態５に係る軸芯の切欠きの構造を示し、（ａ）は、切欠きの長さ方向に沿う平面図、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ’に沿う断面図。 本発明の実施形態６に係る軸芯の切欠きの構造を示し、（ａ）は、切欠きの長さ方向に沿う平面図、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ’に沿う断面図。 本発明の実施形態７に係る軸芯の切欠きの構造を示し、（ａ）は、切欠きの長さ方向に沿う平面図、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ’に沿う断面図。

（実施形態１）
--円筒形二次電池の構造--
以下、この発明の円筒形二次電池の一実施の形態を図面と共に説明する。
図１は、この発明の円筒形二次電池の一実施の形態を示す拡大断面図である。
円筒形二次電池１は、例えば、リチウムイオン二次電池である。この円筒形二次電池１は、上部が開口された円筒形の電池缶２および電池缶２の上部を封口するハット型の電池蓋３で構成される電池容器の内部に、以下に説明する発電用の各構成部材が収容され、非水電解液５が注入されて構成されている。

円筒形の電池缶２は、例えば、鉄（ＳＰＣＣ）製であり、内外両面にはニッケルめっきが施されている。電池缶２には、上端側に設けられた開口部２ｂ側に電池缶２の内側に突き出した溝２ａが形成されている。
電池缶２の中央部には、電極群１０が配置されている。電極群１０は、軸方向に沿う中空部を有する細長い円筒形の軸芯１５と、軸芯１５の周囲にセパレータを介して捲回された正極電極および負極電極とを備える。

図２は、図１に示された円筒形二次電池の分解斜視図である。
図２に図示されるように、電極群１０は、軸芯１５の周囲に、正極電極１１、負極電極１２、およびセパレータ１３が順に捲回された構造を有する。
電極群１０の最外周側は負極電極１２およびその外周に捲回されたセパレータ１３となっている。最外周のセパレータ１３は、その終端部の側縁が接着テープ１９で止められる。

正極電極１１は、アルミニウム箔により形成された長尺な形状を有し、正極金属箔１１ａと、この正極金属箔１１ａの両面に正極合剤が塗布された正極合剤処理部１１ｂを有する。正極金属箔１１ａの長手方向に延在する上方側の側縁は、正極合剤が塗布されずアルミニウム箔が露出した正極合剤未処理部１１ｃとなっている。正極合剤未処理部１１ｃには、軸芯１５の軸に沿って上方に突き出す多数の正極タブ１６が等間隔に形成されている。正極タブ１６は、正極合剤未処理部１１ｃの上部を、例えば、ロールカッタにより裁断されて形成される。

正極合剤は正極活物質と、正極導電材と、正極バインダとからなる。正極活物質はリチウム酸化物が好ましい。一例として、コバルト酸リチウム、マンガン酸リチウム、ニッケル酸リチウム、リチウム複合酸化物（コバルト、ニッケル、マンガンから選ばれる２種類以上を含むリチウム酸化物）等が挙げられる。

正極バインダは、正極活物質と正極導電材を結着させ、また正極合剤と正極集電体を結着させることが可能であり、非水電解液５との接触により、大幅に劣化しなければ特に制限はない。正極バインダの例としてポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）やフッ素ゴムなどが挙げられる。

負極電極１２は、銅箔により形成された長尺な形状を有し、負極金属箔１２ａと、この負極金属箔１２ａの両面に負極合剤が塗布された負極合剤処理部１２ｂを有する。負極金属箔１２ａの長手方向に延在する下方側の側縁は、負極合剤が塗布されず銅箔が露出した負極合剤未処理部１２ｃとなっている。この負極合剤未処理部１２ｃには、軸芯１５の軸に沿って正極タブ１６とは反対方向に延出された多数の負極タブ１７が等間隔に形成されている。負極タブ１７は、負極合剤未処理部１２ｃの上部を、例えば、ロールカッタにより裁断されて形成される。

負極合剤は、負極活物質と、負極バインダと、増粘剤とからなる。負極合剤は、アセチレンブラックなどの負極導電材を有しても良い。負極活物質としては、黒鉛炭素を用いること、特に人造黒鉛を使用することが好ましい。

セパレータ１３は、例えば、厚さ４０μｍの絶縁材料からなる多孔膜で形成されている。
中空部１５ｂを有する円筒形状とされた軸芯１５の上端部には、正極集電部材２７が取り付けられている。正極集電部材２７は、例えば、アルミニウムにより形成され、中央部には円形の開口部２７ａ（図１参照）が設けられている。開口部２７ａの周縁部には、軸芯１５側に突き出す内周側壁２７ｂ（図１参照）が、また、外周側には内周側壁２７ｂと逆方向に突き出す外周側壁２７ｃが形成されている。正極集電部材２７の内周側壁２７ｂは、軸芯１５の上端部側における中空部１５ｂ側に設けられた溝１５ａに圧入されている。
正極金属箔１１ａの正極タブ１６は、すべて、正極集電部材２７の外周側壁２７ｃに、例えば、超音波溶接により接合される。

軸芯１５の下端部には、ほぼリング状の負極集電部材２０が取り付けられている。負極集電部材２０は、例えば、銅により形成されている。負極集電部材２０は、複数の開口２８（図２参照）が形成された平坦部と、この平坦部の外周に、鍔状に形成された外周側壁２１を有する。外周側壁２１の外周面には、負極金属箔１２ａの負極タブ１７が溶接されている。負極金属箔１２ａの負極タブ１７は、すべて、負極集電部材２０の外周側壁２１に、例えば、超音波溶接等により溶接される。平坦部に形成された開口２８は、非水電解液５の流動性の確保および過充電等の際に電池内部に発生するガスのガス抜きを図るためのものである。

負極集電部材２０には突起２３が形成され、軸芯１５の下端部に設けられた保持部３２（図３参照）に係合している。負極集電部材と２０と軸芯１５との係合構造の詳細は後述する。

負極集電部材２０と電池缶２の缶底２ｃとの間には、ニッケルからなる負極導電リード４７が介装されている。負極導電リード４７の周縁部は抵抗溶接またはレーザ溶接等により負極集電部材２０に接合されている。

正極集電部材２７の開口部２７ａには、負極集電部材２０を電池缶２の缶底２ｃに溶接するための電極棒（図示せず）が挿通される。電極棒を正極集電部材２７に形成された開口部２７ａから軸芯１５の中空部１５ｂに差し込み、その先端部で負極導電リード４７を電池缶２の缶底２ｃの内面に押し付けて抵抗溶接を行う。負極集電部材２０に接続されている電池缶２の缶底２ｃは一方の出力端子として用いられる。

正極集電部材２７には、複数のアルミニウム箔が積層されて構成されたフレキシブルな接続リード４１が、その一端部を溶接されて接合されている。
正極集電部材２７の外周側壁２７ｃ上には、接続板４４および電池蓋３が配置されている。接続板４４は、アルミニウムで形成され、円盤形状を有する。接続板４４の上面には、図示はしないが、中心部の周囲に円形形状の薄肉とされた開裂弁が形成されている。開裂弁は、過充電等により、電池容器内にガスが発生した場合に内部ガスを放出するためのものであり、そのガス圧で開裂するように形成されている。

電池蓋３は、鉄（ＳＰＣＣ）により形成されており、内外両面にニッケルめっきが施されている。電池蓋３は、その周縁部が接続板４４の周縁部によってかしめられ、図２に図示されるように接続板４４と一体化されている。接続リード４１を介して正極集電部材２７に接続された電池蓋３は、他方の出力端子として用いられる。

図１に図示されるように、電池蓋３が一体化された接続板４４の周縁部の上下両面はガスケット４５によって覆われている。ガスケット４５は、例えば、プルフルオロアルコキシフッ素樹脂（ＰＦＡ）等により形成されている。
ガスケット４５の周縁部は、図２に図示されるように、当初、ほぼ垂直に起立して形成されている。ガスケット４５の周縁部の内側に電池蓋３が一体化された接続板４４を配置し、プレス等により、電池缶２と共にガスケット４５の周縁部をかしめる。これにより、電池蓋３、接続板４４、ガスケット４５および電池缶２が一体化された密閉状の電池容器が構成される。

電池缶２の内部には、非水電解液５が所定量注入されている。非水電解液５の一例としては、リチウム塩がカーボネート系溶媒に溶解した溶液を用いることが好ましい。リチウム塩の例として、フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ_６）、フッ化ホウ酸リチウム（ＬｉＢＦ_６）、等が挙げられる。また、カーボネート系溶媒の例として、エチレンカーボネート（ＥＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、メチルエチルカーボネート（ＭＥＣ）、或いは上記溶媒の１種類以上から選ばれる溶媒を混合したものが挙げられる。

図３は、図１に図示された軸芯と負極集電部材との分解斜視図であり、図４は、図１に図示された領域ＩＶの拡大断面図であり、図５は、図１に図示された軸芯が係合された負極集電部材の平面図である。
負極集電部材２０は平面視で円形の平坦部を有し、平坦部の外周縁には外周側壁２１が形成されている。平坦部の中央部には、軸芯１５を挿通する円形の開口部２２が形成されており、開口部２２の周囲には、複数の開口２８が形成されている。
開口部２２の周側面には、開口部２２の中心を通る一直線上に配置された一対の半球円形状の突起２３が形成されている。

軸芯１５には、電池缶２の缶底２ｃに対向する先端部側に、切欠き３０が形成されている。切欠き３０は、突起２３に対応する位置に一対形成されており、図３では、軸芯１５の一面側の１個のみ図示されているが、軸芯１５の裏面側にも形成されている。
各切欠き３０は、軸芯１５の厚さの中間に底面を有する溝状に形成されており、案内部３１と保持部３２とを有する。案内部３１は、軸芯１５の軸方向に対して傾斜する方向に、軸芯１５の外周面に沿って直線的に延出して形成され、一端は軸芯１５の先端面１５ｃに開通している。保持部３２は、その直径が案内部３１の幅よりも大きい円形形状に形成されており、円形の外周部の一部が案内部３１の他端に連通している。

図６は、図５における領域ＶＩの拡大図であり、図７は、軸芯の切欠きの形状、構造を示し、図７（ａ）は切欠きの長さ方向に沿う平面図、図７（ｂ）は、図７（ａ）のＡ−Ａ’に沿う断面図である。図７（ａ）、（ｂ）において、負極集電部材２０の突起２３が二点鎖線で示されている。
図７（ｂ）に図示されるように、軸芯１５に形成された切欠き３０の案内部３１と保持部３２は、底面が平坦な溝状に形成されている。案内部３１と保持部３２の底面は、同一面、すなわち同一の深さに形成されている。
案内部３１と保持部３２とは、連通部である境界面を有しており、図７（ａ）に図示されるように、境界面の幅をＷ１、保持部３２の最大幅（直径）をＷ２とした場合、負極集電部材２０の突起２３の最大幅（直径）ｘは、Ｗ２≧ｘ＞Ｗ１とされている。
つまり、突起２３の幅ｘを、保持部３２の最大幅Ｗ２以下とし、かつ、境界面の幅Ｗ１よりも大きくする。このようにすると、突起２３と保持部３２とは係合し、突起２３が境界面から案内部３１に抜け出ることはない。
なお、図６においては、軸芯１５の外形と負極集電部材２０の開口部２２との間に、所定の空隙ｓが形成されている状態の断面図を示している。

軸芯１５と負極集電部材２０とを係合する方法を以下に示す。
負極集電部材２０の一対の突起２３を、軸芯１５の先端面１５ｃに開通されている一対の案内部３１に位置合わせする。負極集電部材２０は、例えば、開口２８に治具のピン部等（図示せず）を挿通し、回転止めをしておく。また、軸芯１５の中空部１５ｂには、スピンドル（図示せず）を挿通し、スピンドルと共に回転可能な状態にする。中空部１５ｂの断面形状は、円形形状を両側の側部で直線的に除去した平坦面を有する形状とされているため、断面が矩形形状のスピンドルを用いれば、軸芯１５を回転させることができる。軸芯１５の中空部１５ｂの断面が、円形形状のように、平坦面を有していない場合には、スピンドルに軸方向に平行なスリットを設け、スピンドルを円周方向に拓いて、軸芯１５の中空部１５ｂとの間の摩擦力により軸芯１５を回転させることができる。

スピンドルを回転しながら負極集電部材２０の各突起２３を、軸芯１５の案内部３１に沿って押し込んでいく。突起２３の幅ｘは、案内部３１の幅Ｗ１より大きいので、案内部３１を幅方向に押し拡げながら案内部３１に沿って押し込み、保持部３２まで圧入する。突起２３が保持部３２のほぼ中央まで達すると、保持部３２の直径である最大幅Ｗ２は、突起２３の最大幅（直径）ｘ以上であるので、案内部３１は幅Ｗ１に復元する。

この状態では、半球状の突起２３は、片側において、案内部３１と保持部３２の境界面の幅Ｗ１よりも、長さ（幅）Δｗ＝（ｘ−Ｗ１）/２だけ大きい。これにより、負極集電部材２０の突起２３と軸芯１５の保持部３２とが係合する。

負極集電部材２０の突起２３と、軸芯１５の切欠き３０とが係合する方向を係合方向とすれば、一実施の形態においては、係合方向は幅方向である。
そして、軸芯１５の保持部３２は、案内部３１との境界面における幅Ｗ１よりも係合方向に突き出す係合凹部を有している。片側における係合凹部の長さは、（Ｗ２−Ｗ１）/２である。また、負極集電部材２０の突起２３は、軸芯１５の保持部３２と案内部３１との境界面よりも係合方向に突き出す係合用突出部を有している。片側における係合用突出部の長さ（幅）Δｗ＝（ｘ−Ｗ１）/２である。Ｗ２≧ｘであるから、突起２３と保持部３２とが係合している状態では、保持部３２の幅は元の状態に復元しており、境界面においては幅Ｗ１となっている。この係合用突出部の長さが、負極集電部材２０の突起２３と軸芯１５の保持部３２とが係合する長さとなる。

本発明の一実施の形態によれば、負極集電部材２０の突起２３が保持部３２に係合された状態において、保持部３２と案内部３１との境界面の幅Ｗ１は、突起２３の係合方向における係合用突出部の幅より小さいので、負極集電部材２０により、確実に軸芯１５を保持することができる。従って、円筒形二次電池に軸方向の振動等の外力が作用しても、負極集電部材２０が軸芯１５の変位を制限し、負極タブ１７の破断等を防止することができる。

上記実施形態においては、負極集電部材２０の突起２３の係合用突出部の長さ（幅）は、軸芯１５の保持部３２が、案内部３１との境界面から係合方向に突き出した係合凹部の長さ以下であるので、案内部３１の幅Ｗ１は、常に、元の状態に復元する。従って、突起２３の係合用突出部の長さは、常に、係合部分の長さ（幅）として確保される。
なお、負極タブ１７として純銅を用いる場合、純銅の伸びを５％とすれば、負極タブ１７の長さが５ｍｍの場合には、負極集電部材２０の保持部３２の大きさは、軸芯１５の軸方向への変位許容量が０．２５ｍｍ以下となるように設計する。

（実施形態２）
図８は、本発明の実施形態２に係り、軸芯が係合された負極集電部材の平面図であり、図９は、実施形態２の軸芯の切欠き形状を示す側面図である。また、図１０は、本発明の実施形態２に係る軸芯の切欠きの構造を示し、図１０（ａ）は、切欠きの長さ方向に沿う平面図、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）のＡ−Ａ’に沿う断面図である。図１０（ａ）、（ｂ）において、負極集電部材２０の突起２３が二点鎖線で示されている。
図８に図示されるように、実施形態２として示す軸芯１５には、外周面の３箇所に切欠き３０Ａが形成され、負極集電部材２０には、各切欠き３０Ａに係合する３つの突起２３が形成されている。

各切欠き３０Ａは、一端が、軸芯１５における電池缶２の缶底２ｃ側の先端面１５ｃに開通する第１の案内部３１ａ、この第１の案内部３１ａに連通する第２の案内部３１ｂと、この第２の案内部３１ｂに連通する保持部３２ａとを有する。
第１の案内部３１ａは、軸芯１５の先端面１５ｃ側が幅広い傾斜部を有し、軸芯１５の軸方向と平行に形成されている。第２の案内部３１ｂは、実施形態１と同様に、軸芯１５の軸方向に対して傾斜する方向に、軸芯１５の外周面に沿って直線的に延出して形成されている。
また、保持部３２ａは、最大幅が、第２の案内部３１ｂと同じで、延出方向が長軸となる楕円形に形成されている。

図１０（ａ）、（ｂ）においては、第１の案内部３１ａは図示を省略されているが、第１の案内部３１ａと第２の案内部３１ｂとは同じ深さであり、また底面は平坦である。
図１０（ｂ）に図示されるように、保持部３２ａの深さは、第２の案内部３１ｂとの境界面よりも深く形成されている。境界面の深さをＤ１、保持部３２ａの最大深さをＤ２、とした場合、負極集電部材２０における突起２３の厚さｙは、Ｄ２≧ｙ＞Ｄ１とされている。
つまり、突起２３の厚さｙを、保持部３２ａの深さＤ２以下とし、かつ、境界面の深さＤ１よりも大きくする。
このようにすると、突起２３と保持部３２ａとは係合し、突起２３が境界面から案内部３１に抜け出ることはない。

負極集電部材２０の突起２３と、軸芯１５の切欠き３０Ａとが係合する方向を係合方向とすれば、実施形態２においては、係合方向は深さ方向である。
そして、軸芯１５の保持部３２ａは、第２の案内部３１ｂとの境界面における深さＤ１よりも係合方向に突き出す係合凹部を有している。係合凹部の長さ（深さ）は、（Ｄ２−Ｄ１）である。また、負極集電部材２０の突起２３は、軸芯１５の保持部３２ａと第２の案内部３１ｂとの境界面よりも係合方向に突き出す係合用突出部を有している。係合用突出部の長さΔＤ＝（ｙ−Ｄ１）である。この係合用突出部の長さΔＤが、負極集電部材２０の突起２３と軸芯１５の保持部３２ａとが係合する長さとなる。

本発明の実施形態２によれば、負極集電部材２０の突起２３が保持部３２ａに係合された状態において、保持部３２ａと第２の案内部３１ｂとの境界面の深さＤ１は、突起２３の係合方向における係合用突出部の深さより小さいので、負極集電部材２０により、確実に軸芯１５を保持することができる。従って、円筒形二次電池に軸方向の振動等が作用しても、負極集電部材２０が軸芯１５の変位を制限し、負極タブ１７の破断等を防止することができる。

上記実施形態２において、負極集電部材２０の突起２３の係合用突出部の長さ（深さ）は、軸芯１５の保持部３２ａと第２の案内部３１ｂとの境界面から係合方向に突き出した係合凹部の長さ（Ｄ２−Ｄ１）以下であるので、境界面の深さＤ１は、常に、元の状態に復元する。従って、突起２３の係合用突出部の長さは、常に、係合部分の長さとして確保され、実施形態１と同様な効果を奏する。

実施形態２においては、第１の案内部３１ａは、軸芯１５の先端面側が幅広の傾斜部を有しているので、負極集電部材２０の突起２３を、軸芯１５の切欠き２０に嵌入する際、第１の案内部３１ａの傾斜部が案内部となり、嵌入が容易となる。

また、実施形態２においては、軸芯１５と負極集電部材２０との係合部が３箇所となっているので、係合部が２か所である実施形態１の場合に比し、振動等の外力を分散する効果が大きく、負極集電部材２０による軸芯１５の保持力を大きくすることができる。
なお、実施形態２において、実施形態１と同様な構成には、対応する構成に同じ符号を付し説明を省略する。

（実施形態３）
図１１は、本発明の実施形態３に係り、軸芯が係合された負極集電部材の平面図であり、図１２は、実施形態３の軸芯の切欠き形状を示す側面図である。また、図１３は、本発明の実施形態３に係る軸芯の切欠きの構造を示し、図１３（ａ）は、切欠きの長さ方向に沿う平面図、図１３（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ’に沿う断面図である。図１３（ａ）、（ｂ）において、負極集電部材２０の突起２３ａが二点鎖線で示されている。
図１１に図示されるように、実施形態３として示す軸芯１５には、外周面の４箇所に切欠き３０Ｂが形成され、負極集電部材２０には、切欠き３０Ｂに係合する４つの突起２３ａが形成されている。
切欠き３０Ｂおよび突起２３ａは、それぞれ、断面が矩形形状に形成されている。
なお、実施形態３における軸芯１５の中空部１５ｂは、断面が矩形形状に形成されている。

各切欠き３０Ｂは、第１の案内部３１ｃ、第２の案内部３１ｄ、第３の案内部３１ｅと、保持部３２ｂを有する。第１の案内部３１ｃは、軸芯１５の先端面１５ｃ側が幅広い傾斜部を有し、軸芯１５の軸方向と平行に形成されている。第２の案内部３１ｄは、実施形態１と同様に、軸芯１５の軸方向に対して傾斜する方向に、軸芯１５の外周面に沿って直線的に延出して形成されている。第１、第２の案内部３１ｃ、３１ｄは、断面が矩形形状である点を除けば、実施形態２と同様な構造である。第３の案内部３１ｅは、第２の案内部３１ｄに連通し、軸芯１５の軸方向と垂直な方向に、軸芯１５の外周面に沿って延出されている。

保持部３２ｂは、第３の案内部３１ｅに連通し、第３の案内部３１ｅ側を長辺とする台形、換言すれば、くさび形状に形成されている。
図１３（ａ）、（ｂ）においては、第１、第２の案内部３１ｃ、３１ｄは図示を省略されているが、第１の案内部３１ｃ、第２の案内部３１ｄおよび第３の案内部３１ｅは同じ深さであり、また底面は平坦である。
図１３（ｂ）に図示されるように、第３の案内部３１ｅと保持部３２ｂとは同じ深さである。

実施形態３においては、実施形態１と同様に、係合方向は、軸芯１５の切欠き３０Ｂの幅方向である。
図１３（ａ）に図示されるように、第３の案内部３１ｅが保持部３２ｂに連通する面が境界面であり、その幅をＷ１とする。また、保持部３２ｂの台形の最大幅である長辺の長さをＷ２とした場合、負極集電部材２０の突起２３の幅ｘは、Ｗ２≧ｘ＞Ｗ１とされている。
このようにすると、実施形態３における軸芯１５の切欠き３０Ｂと負極集電部材２０の突起２３ａの係合関係は、実施形態１の軸芯１５の切欠き３０と負極集電部材２０の突起２３の場合と同様となる。
従って、実施形態３においても、実施形態１と同様の効果を奏する。

実施形態３においては、図１３（ａ）に図示されるように、第３の案内部３１ｅが保持部３２ｂに連通する境界面における両側部は角部となっている。また、負極集電部材２０の突起２３ａは、矩形形状である。このため、負極集電部材２０の突起２３ａと軸芯１５の切欠き３０Ｂとの係合は、実施形態１および２の場合よりも外れ難い。すなわち、軸芯１５の負極集電部材２０からの変位をより確実に制限することができる。

また、実施形態３においては、軸芯１５と負極集電部材２０との係合部が４箇所となっているので、これよりも係合部の数が少ない実施形態１および２の場合に比し、振動等の外力を分散する効果が大きく、負極集電部材２０による軸芯１５の保持力をより大きくすることができる。
なお、実施形態３において、実施形態１と同様な構成には、対応する構成に同じ符号を付し説明を省略する。

（実施形態４）
図１４は、本発明の実施形態４に係る軸芯の切欠き形状を示す側面図である。また、図１５は、実施形態４に係る軸芯の切欠きの構造を示し、図１５（ａ）は、切欠きの長さ方向に沿う平面図、図１５（ｂ）は、図１５（ａ）のＡ−Ａ’に沿う断面図である。
実施形態４においては、図１４に図示されるように、軸芯１５の切欠き３０Ｃは、軸芯１５の軸方向に平行な第１の案内部３１ｆ、これに垂直な第２の案内部３１ｇおよび保持部３２ｃを有する。
図１５（ａ）、（ｂ）には、第１の案内部３１ｆは図示を省略されているが、第１の案内部３１ｆと第２の案内部３１ｇは同じ深さであり、また底面は平坦である。

図１５（ａ）に図示されるように、第２の案内部３１ｇが保持部３２ｃに連通する面が境界面であり、その幅をＷ１とする。また、保持部３２ｃの最大幅（直径）をＷ２とした場合、負極集電部材２０の突起２３ｂの幅ｘは、Ｗ２≧ｘ＞Ｗ１とされている。
また、図１５（ｂ）に図示されるように、保持部３２ｃの深さは、第２の案内部３１ｇとの境界面よりも深く形成されている。境界面の深さをＤ１、保持部３２ｃの最大深さをＤ２、とした場合、負極集電部材２０における突起２３ｂの厚さ（ｙは、Ｄ２≧ｙ＞Ｄ１とされている。従って、係合用突出部の長さΔＤ＝（ｙ−Ｄ１）が、負極集電部材２０の突起２３と軸芯１５の保持部３２ａとが係合する長さとなる。負極集電部材２０の突起２３ｂは、図１５（ａ）、（ｂ）に二点鎖線で図示されているように、平面視では、円形形状を保持部３２ｃと第２の案内部３１ｇとの境界面で切断した形状とされている。

実施形態４においては、係合方向は、幅方向および深さ方向となっている。このように実施形態４では、軸芯１５の切欠き３０Ｃと負極集電部材２０の突起２３ｂは、幅方向および深さ方向の二方向において係合するので、両部材の係合を一層確実なものとすることができる。

（実施形態５）
図１６は、本発明の実施形態５に係る軸芯の切欠きの構造を示し、図１６（ａ）は、切欠きの長さ方向に沿う平面図、図１６（ｂ）は、図１６（ａ）のＡ−Ａ’に沿う断面図である。
実施形態５は、図１６（ｂ）に図示されるように、実施形態１として図示された図７（ｂ）と同様に、軸芯１５の切欠き３０Ｄにおける案内部３１ｈと保持部３２ｄの深さは同一である。
しかし、実施形態５では、図１６（ａ）に図示されるように、案内部３１ｈの幅が、保持部３２ｄの最大幅（直径）よりも大きい点で実施形態１と相違する。
実施形態５における、負極集電部材２０の突起２３は、実施形態１と同様に半球形状である。

すなわち、実施形態５における係合方向は幅方向であり、境界面の幅をＷ１、保持部３２ｄの最大幅（直径）をＷ２、案内部３１ｈの幅をＷ３とした場合、負極集電部材２０の突起２３の幅（直径）ｘは、Ｗ３＞Ｗ２≧ｘ＞Ｗ１とされている。
実施形態５では、Ｗ２≧ｘ＞Ｗ１とされているので、実施形態１と同様な効果を奏する。
また、案内部３１ｈの幅Ｗ３が、負極集電部材２０の突起２３の幅（直径）ｘよりも大きいので、負極集電部材２０の突起２３を、境界面の位置に容易に配置することができる。

（実施形態６）
図１７は、本発明の実施形態６に係る軸芯の切欠きの構造を示し、図１７（ａ）は、切欠きの長さ方向に沿う平面図、図１７（ｂ）は、図１７（ａ）のＡ−Ａ’に沿う断面図である。
実施形態６は、図１７（ａ）に図示されるように、実施形態２として図示された図１０（ａ）と同様に、軸芯１５の切欠き３０Ｅにおける案内部３１ｉと保持部３２ｅの幅は同一である。
しかし、実施形態６では、図１７（ｂ）に図示されるように、案内部３１ｉの深さＤ３が、保持部３２ｅの最大の深さＤ２よりも深い点で実施形態２と相違する。

軸芯１５の切欠き３０Ｅの保持部３２ｅは、底面が平坦ではなく、球面状とされており、案内部３１ｉの底面は、この球面状の底面よりも深く形成されている。
また、負極集電部材２０の突起２３ｃは、二点鎖線で図示されるように、半球状に形成されている。

実施形態６における係合方向は深さ方向であり、境界面の深さをＤ１、保持部３２ｅの最大深さをＤ２、案内部３１ｉの深さをＤ３とした場合、負極集電部材２０の突起２３ｃの厚さｙは、Ｄ３＞Ｄ２≧ｙ＞Ｄ１とされている。
実施形態６では、Ｄ２≧ｙ＞Ｄ１とされているので、実施形態２と同様な効果を奏する。
また、案内部３１ｉの深さＤ３が、負極集電部材２０の突起２３ｃの深さｙよりも深いので、負極集電部材２０の突起２３ｃを、境界面の位置に容易に配置することができる。

（実施形態７）
図１８は、本発明の実施形態７に係る軸芯の切欠きの構造を示し、図１８（ａ）は、切欠きの長さ方向に沿う平面図、図１８（ｂ）は、図１８（ａ）のＡ−Ａ’に沿う断面図である。
実施形態７は、実施形態５および実施形態６を組み合わせたものである。つまり、実施形態７においては、軸芯１５の切欠き３０Ｆと負極集電部材２０の突起２３ｃの係合方向は幅方向および深さ方向であり、案内部３１ｊの幅および深さは、保持部３２ｆの最大の幅および最大の深さよりも大きい。

軸芯１５の切欠き３０Ｆの保持部３２ｆは、底面が平坦ではなく、球面状とされており、案内部３１ｉは、この球面状の底面よりも深く、平坦な底面に形成されている。
また、負極集電部材２０の突起２３ｃは、実施形態６と同様に、半球形状に形成されている。

図１８（ａ）に図示されるように、境界面の幅をＷ１、保持部３２ｆの最大幅（直径）をＷ２、案内部３１ｊの幅をＷ３とした場合、負極集電部材２０の突起２３の幅（直径）ｘは、Ｗ３＞Ｗ２≧ｘ＞Ｗ１とされている。
また、図１８（ｂ）に図示されるように、境界面の深さをＤ１、保持部３２ｆの最大深さをＤ２、案内部３１ｊの深さをＤ３とした場合、負極集電部材２０の突起２３ｃの厚さｙは、Ｄ３＞Ｄ２≧ｙ＞Ｄ１とされている。

実施形態７では、Ｗ２≧ｘ＞Ｗ１とされ、かつ、Ｄ２≧ｙ＞Ｄ１とされているので、実施形態４と同様な効果を奏する。また、案内部３１ｊの幅Ｗ３が、負極集電部材２０の突起２３ｃの幅（直径）ｘよりも大きく、かつ、案内部３１ｊの深さＤ３が、負極集電部材２０の突起２３ｃの深さｙよりも深いので、負極集電部材２０の突起２３ｃを、境界面の位置に容易に配置することができる。

以上説明した通り、本発明の各実施形態では、軸芯１５における切欠き３０、３０Ａ〜３０Ｆの保持部３２、３２ａ〜３２ｆに、案内部３１、３１ｂ、３１ｅ、３１ｇ〜３１ｊとの境界面から係合方向に突き出す係合凹部を設けた。また、負極集電部材２０の突起２３、２３ａ〜２３ｃには、境界面よりも保持部の係合凹部側に突き出す係合用突出部を設けた。
このため、保持部３２、３２ａ〜３２ｆの係合凹部と突起２３、２３ａ〜２３ｃの係合用突出部とが係合し、軸芯１５が負極集電部材２０に対して変位するのを確実に抑えることができる。

しかも、係合方向における係合用突出部の長さが係合凹部の長さ以下とされているので、突起２３、２３ａ〜２３ｃが保持部３２、３２ａ〜３２ｆに係合している状態で、案内部３１、３１ｂ、３１ｅ、３１ｇ〜３１ｊは、元の状態に復元しており、拡大する方向に変形されていない。従って、突起２３、２３ａ〜２３ｃの係合用突出部の長さは、常に、実際に係合している長さとして確保することができる。

なお、上記各実施形態においては、軸芯１５に形成する切欠き３０、３０Ａ〜３０Ｆを軸芯１５の厚さの中間に底面が形成された溝として例示した。しかし、切欠き３０、３０Ａ〜３０Ｆを、軸芯１５を厚さ方向に貫通する開口またはスリットとしてもよい。この場合、溝幅の中央部分のみを開口またはスリットにすることもできる。

上記実施形態１〜７に示した構造を部分的に組み合わせることができる。その一例を具体的に例示すれば、軸芯１５の切欠き３０、３０Ａ〜３０Ｆおよび負極集電部材２０の突起２３、２３ａ〜２３ｃの数、軸芯１５の案内部３１、３１ａ〜３１ｊ、保持部３２、３２ａ〜３２ｆおよび突起２３、２３ａ〜２３ｃの形状、構造は、適宜、組み合わせることができる。また、案内部３１、３１ａ〜３１ｊの形状は、各実施形態に示す以外の形状と
したり、適宜、傾斜部を設けたり、角部を円弧状としたりすることができる。

負極集電部材２０の突起２３、２３ａ〜２３ｃの形状を、各実施形態に示した半球状または直方体状以外の形状としてもよい。

上記実施形態では、負極集電部材２０に負極導電リード４７を接合し、負極導電リード４７を電池缶２の缶底２ｃに接合した構造として例示した。しかし、負極集電部材２０を、例えば、銅にニッケルが拡散融合されたクラッド材としたり、銅にニッケルめっき層を設けたり、あるいは、銅合金としたりして、直接、電池缶２の缶底２ｃに接合するようにしてもよい。

上記実施形態では、電池缶２に負極集電部材２０を接合する構造として例示した。しかし、電池缶２に正極集電部材２７を接合する円筒形二次電池１に対して適用することが可能である。

上記各実施形態では、リチウムイオン円筒形二次電池の場合で説明した。しかし、本発明は、ニッケル水素電池またはニッケル・カドミウム電池、鉛蓄電池のように水溶性電解液を用いる円筒形二次電池にも適用が可能である。

本発明の円筒形二次電池は、上記各実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨の範囲内において、適宜、変形して適用することが可能である。要は、軸芯に設けた切欠きにおける保持部に、案内部との境界面から係合方向に突き出す係合凹部を設け、集電部材の突起に境界面よりも保持部の係合凹部側に突き出す係合用突出部を設け、かつ、係合方向における係合用突出部の長さを係合凹部の長さ以下としたものであればよい。

１ 円筒形二次電池
２ 電池缶
３ 電池蓋
１０ 電極群
１１ 正極電極
１２ 負極電極
１５ 軸芯
２０ 負極集電部材
２３、２３ａ〜２３ｃ 突起
３０、３０Ａ〜３０Ｆ 切欠き
３１、３１ａ〜３１ｊ 案内部
３２、３２ａ〜３２ｆ 保持部

Claims (12)

1. 円筒状の軸芯の周囲に正極電極と負極電極とをセパレータを介して捲回した電極群と、
   前記電極群が収容され、電解液が注入された電池缶と、
   前記電池缶の一端側に配置されて前記電池缶を封止する電池蓋と、
   前記正極電極および前記負極電極の一方が接続されると共に、前記電池缶の缶底に固定されたリング状の集電部材とを備え、
   前記集電部材は複数の突起を有し、
   前記軸芯は前記集電部材の前記各突起に係合する切欠きを有し、
   前記各切欠きは、前記軸芯の先端面に開口する案内部と、前記案内部に連通する保持部とを有し、
   前記保持部は前記案内部に連通する境界面から係合方向に突き出す係合凹部を有し、
   前記集電部材の前記各突起は、前記境界面よりも前記保持部の前記係合凹部側に突き出し、かつ、係合方向の長さが前記係合凹部の長さ以下の係合用突出部を有することを特徴とする円筒形二次電池。
2. 請求項１に記載の円筒形二次電池において、前記係合方向は前記突起および前記切欠きの幅方向であり、前記突起の最大幅は、前記境界面における幅よりも大きく、かつ、前記保持部の幅以下であることを特徴とする円筒形二次電池。
3. 請求項１または２に記載の円筒形二次電池において、前記係合方向は前記突起および前記切欠きの深さ方向であり、前記突起の係合用先端部は、前記境界面における前記案内部の底面より深く、かつ、前記保持部の底面以下の深さに位置していることを特徴とする円筒形二次電池。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項２に記載の円筒形二次電池において、前記切欠きの前記案内部は、前記軸芯の軸方向に対して傾斜する方向に形成された部分を有することを特徴とする円筒形二次電池。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の円筒形二次電池において、前記切欠きの前記案内部は、前記軸芯の先端面側に向かって幅広となるテーパー部を有することを特徴とする円筒形二次電池。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の円筒形二次電池において、前記切欠きの前記案内部は、軸芯の軸方向と垂直な部分を有することを特徴とする円筒形二次電池。
7. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の円筒形二次電池において、前記軸芯の前記案内部は、前記軸芯の先端面から前記保持部との境界面に達するまでの部分が、前記突起の最大幅よりも幅広であることを特徴とする円筒形二次電池。
8. 請求項１乃至７のいずれか１項に記載の円筒形二次電池において、前記軸芯の前記案内部は、前記軸芯の先端面から前記保持部との境界面に達するまでの部分が、前記保持部の最大深さよりも深く形成されていることを特徴とする円筒形二次電池。
9. 請求項１乃至８のいずれか１項に記載の円筒形二次電池において、前記案内部は平面形状が円形または楕円形であることを特徴とする円筒形二次電池。
10. 請求項１乃至８のいずれか１項に記載の円筒形二次電池において、前記保持部は平面形状が、前記案内部との境界面側が長辺となる台形状であることを特徴とする円筒形二次電池。
11. 請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の円筒形二次電池において、前記保持部は底面が球面状であることを特徴とする円筒形二次電池。
12. 請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の円筒形二次電池において、前記軸芯には前記切欠きが３箇所以上形成され、前記集電部材の前記突起は、前記切欠きに対応して同数形成されていることを特徴とする円筒形二次電池。
    

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