JP2013131468A - 集電部材、及び集電部材を備える電池 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、コストが高くなることを抑制しつつ、変形することを抑制できる集電部材を提供する。
【解決手段】正極用集電部材６０は、第１，２の電極部側接続部６１，６２と、本体部６３とを備える。本体部６３は、電極部３０の角部３８に対応して曲がる角部６５を備える。本体部６３は、角部６５を挟んで一方側に配置されるとともに一端に第１，２の電極部側接続部６１，６２が一列に並んで電気的に接続される第１の部分６６と、角部６５を挟んで他方側に配置されて正極端子４０が電気的に接続される第２の部分とを備える。第１の部分６６は、角部６５に向かって第１，２の電極部側接続部６１，６２が方向Ａに沿う幅が狭まる
【選択図】図１

Description

本発明は、電極と端子とに電気的に接続されて、電極から端子までの電気的経路を形成する集電部材に関する。他の発明は、前記集電部材を備える電池に関する。

シート状の正極と負極とセパレータとを積層したものを捲回することによって形成される電極と、外部に露出する正極端子と負極端子と、正極と正極端子とを電気的に接続する正極集電部材と、負極と負極端子とを電気的に接続する負極集電部材とを備える電池が知られている。

集電部材は、正極集電部材を例にして説明すると、正極に電気的に接続する棒形状の複数の電極部側接続部と、これら複数の電極部側接続部が接続されるとともに、正極端子に電気的に接続される本体部とを備えている。

電極部側接続部は、電極の軸方向に対して垂直な一方向に沿って並んでいる。本体部は、一列に並ぶ複数の電極部側接続部が接続可能な幅を有している。つまり、本体部は、複数の電極部側接続部が並ぶ方向に延びる面を有する形状になる。（例えば、特許文献１参照）。

特開２００５−３３９９２６号公報

一方、電池の電極は、上記したように、シート状の正極とシート状の負極とが捲回されることによって幾重にも積層される構造を有するので、外部からの荷重に対して十分な強度を有しており変形しにくい。

しかしながら、電池に対して、例えば角部状のものが衝突する場合など、大きな荷重が入力されると、この荷重は電極を変形するとともに、集電部材に伝達される。集電部材に伝達された荷重が、集電部材を変形するに十分な大きさを有していると、集電部材は、変形する。

上記したように、集電部材は、複数の電極部側接続部が並ぶ方向に延びる面を有している。集電部材が変形することによって、この面の縁およびその周辺が電極側にめりこむように変形する。

このため、集電部材が上記のように変形しないように、集電部材に十分な剛性を持たせたり、または、電極と集電部材とを収容するハウジングの強度を高める工夫を施す必要がある。しかしながら、この種の工夫を施すと、電池のコストが高くなる。

このため、本発明は、電池のコストが高くなることを抑制しつつ、変形することを抑制できる集電部材を提供することを目的とする。この発明は、コストが高くなることを抑制しつつ、集電部材が変形することを抑制できる電池を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明の集電部材は、少なくとも１つの電極束を備える電極部と、端子とを電気的に接続するとともに、前記電極部の角部を挟んで一方から他方にわたって延びる。前記集電部材は、前記一方側に配置されて前記電極部に電気的に接続される複数の電極部側接続部と、本体部とを備える。

前記本体部は、前記電極部の前記角部に対応して曲がる角部を有して前記電極部の前記一方から前記他方にわたって延びる。前記本体部は、前記角部を挟んで前記一方側に配置されるとともに一端に前記複数の電極部側接続部が一列に並んで電気的に接続される第１の部分と、前記角部を挟んで前記他方側に配置されて前記端子が電気的に接続される第２の部分とを有する。前記第１の部分は、前記角部に向かって前記電極部側接続部が並ぶ方向に沿う幅が狭まる。

請求項２に記載の発明の電池は、電極部と、端子と、前記電極部と前記端子とを電気的に接続するとともに、前記電極部の角部を挟んで一方から他方にわたって延びる集電部材とを備える。前記集電部材は、前記一方側に配置されて前記電極部に電気的に接続される複数の電極部側接続部と、本体部とを備える。

前記本体部は、前記電極部の前記角部に対応して曲がる角部を有して前記電極部の前記一方から前記他方にわたって延びる。前記本体部は、前記角部を挟んで前記一方側に配置されるとともに一端に前記複数の電極部側接続部が一列に並んで電気的に接続される第１の部分と、前記角部を挟んで前記他方側に配置されて前記端子が電気的に接続される第２の部分とを有する。前記第１の部分は、前記角部に向かって前記電極部側接続部が並ぶ方向に沿う幅が狭まる。

本発明によれば、電池のコストが高くなることを抑制しつつ、集電部材が変形することを抑制できる。

本発明の一実施形態に係る電池を示す斜視図。 同電池を分解して示す斜視図。 同電池の正極用集電部材と、第１，２の電極部側接続部の並ぶ方向の幅が一定である別の正極用集電部材とを比較する斜視図。 同電池部材の内部を示す斜視図。

本発明の一実施形態に係る電池を、図１〜４を用いて説明する。図１は、本実施形態の電池１０を示す斜視図である。電池１０は、一例として充電可能な二次電池であって、その一例としてリチウムイオン電池である。図２は、電池１０を分解して示す斜視図である。

図１〜３に示すように、電池１０は、ケース２０と、電極部３０と、正極端子４０と、負極端子５０と、正極用集電部材６０と、負極用集電部材７０とを備えている。

図１に示すように、ケース２０は、開口２１を有する有底箱型の本体部材２２と、開口２１を覆う蓋部材２３とを備えている。なお、図２では、蓋部材２３は、省略されている。

図２に示すように、電極部３０は、本実施形態では、一例として１つの電極束３１を有している。電極束３１は、シート状の正極３２と、シート状の負極３３と、シート状のセパレータ３４とを備えている。正極３２と負極３３とは、正極３２の一端部３２ａと負極３３の一端部３３ａとが重ならないように、互いにずれた状態でセパレータ３４を間に挟んだ状態で互いに重ねられている。

正極３２と負極３３とセパレータ３４とが重ねられたものは、扁平状に捲回されている。このため、図２に示すように、電極束３１の一端部では、正極３２が露出しており、他端部では負極３３が露出している。

また、電極束３１は、上記したように捲回されることによって形成されるために、外観形状は、略直方体形状となる。このため、電極束３１は、外観形状として、一端３５と、他端３６と、一端３５と他端３６とをつなぐ周面３７とを備える。

一端３５と周面３７との境となる部分は、角部３８となり、一端３５から周面３７に向かって折れ曲がる部分となる。同様に、他端３６と周面３７との境となる部分は、角部３９となり、他端３６から周面３７に向かって折れ曲がる部分となる。

電極部３０とは、電池１０において、積層された正極３２と負極３３とを有する部分である。このため、本実施形態では、電極部３０は、一例として、１つの電極束３１を備えている。他の例としては、例えば３つや４つなどの複数の電極束３１を備える構造であってもよい。

または、電極部３０の他の例としては、一枚のシート状の正極と、一枚のシート状の負極とが重ねられて扁平形状に捲回されるのではなく、複数のシート状の正極と、複数のシート状の負極とが積層される構造であってもよい。

図４は、電池１０の内部を示す斜視図である。図４では、ケース２０は、２点鎖線で示されている。図４に示すように、正極用集電部材６０は、電極束３１の正極３２と、後述される正極端子４０とに電気的に接続されており、つまり、正極３２と正極端子４０とを電気的に接続している。負極用集電部材７０は、電極束３１の負極３３と、後述される負極端子５０とに電気的に接続されており、つまり、負極３３と負極端子５０とを電気的に接続している。

正極用集電部材６０は、導電性を有する材料で形成されている。導電性を有する材料は、一例として金属である。図４に示すように、正極用集電部材６０は、２つの電極束３１において、角部３８を挟んで一端側から周面側にわたって延びている。

正極用集電部材６０は、第１の電極部側接続部６１と、第２の電極部側接続部６２と、本体部６３とを備えている。第１の電極部側接続部６１は、電極束３１において、開口２１の縁において正極３２と対向する部分の延びる方向Ａに沿って一端部の近傍に配置されている。また、第１の電極部側接続部６１は、方向Ａに対して垂直な方向のうち、正極３２に沿う方向Ｂに沿って延びている。

第１の電極部側接続部６１は、電極束３１の正極３２に電気的に接続されている。本実施形態では、一例として、例えばクリップ６４を介して電気的に接続されている。

第２の電極部側接続部６２は、電極束３１において方向Ａに沿って他端部の近傍に配置されており、方向Ｂに沿って延びている。第２の電極部側接続部６２は、電極束３１の正極３２に電気的に接続されている。本実施形態では一例として、クリップ６４と同様のクリップを用いて電気的に接続されている。

本体部６３は、電極束３１の一端側から角部３８を挟んで電極束３１の周面側まで延びており、角部３８に対応して曲がる角部６５を有している。本体部６３において、角部６５を挟んで電極束３１の一端側の部分を第１の部分６６とし、角部６５を挟んで電極束３１の周面側の部分を第２の部分６７とする。

第１の電極部側接続部６１は、第１の部分６６において方向Ａの一端に接続されている。第２の電極部側接続部６２は、第１の部分６６において方向Ａの他端に接続されている。なお、本実施形態では、正極用集電部材６０は、１つの板状部材から形成されており、第１，２の電極部側接続部６１，６２と本体部６３とは同一部材で形成されている。このため、言い換えると、第１，２の電極部側接続部６１，６２は、第１の部分６６の一端から突出している。なお、他の例としては、第１，２の電極部側接続部６１，６２は、本体部６３とは別部材であって、本体部６３に接続される構造であってもよい。

第１の部分６６は、角部６５に向かって、第１，２の電極部側接続部６１，６２が並ぶ方向、本実施形態では、方向Ａの幅が次第に狭まる形状である。第２の部分６７において第１，２の電極部側接続部６１，６２が並ぶ方向、本実施形態では方向Ａに沿う幅は、角部６５の方向Ａに沿う幅を維持している。

正極用集電部材６０は、蓋部材２３が本体部材２２の開口２１を覆っている状態では、蓋部材２３よりもケース２０の内側に位置している。正極端子４０は、正極用集電部材６０の第２の部分６７に電気的に接続されている。

図２に示すように、負極用集電部材７０は、導電性を有する材料で形成されている。導電性を有する材料は、一例として金属である。図４に示すように、負極用集電部材７０は、電極束３１において、角部３９を挟んで他端側から周面側にわたって延びている。なお、本実施形態では、負極用集電部材７０の形状は、正極用集電部材６０の形状と同じである。

負極用集電部材７０は、第１の電極部側接続部７１と、第２の電極部側接続部７２と、本体部７３とを備えている。第１の電極部側接続部７１は、開口２１の縁において負極３３と対向する部分の延びる方向Ｃに沿って一端部の近傍に配置されている。方向Ｃは、方向Ａと平行である。また、第１の電極部側接続部７１は、方向Ｄに沿って延びている。方向Ｄは、方向Ｃに対して垂直な方向のうち、正極３２に沿う方向である。方向Ｄは、方向Ｂに対して平行である。

第１の電極部側接続部７１は、電極束３１の負極３３に電気的に接続されている。本実施形態では、一例として、例えばクリップ６４と同様のクリップを介して電気的に接続されている。

第２の電極部側接続部７２は、電極束３１において、方向Ｃに沿って他端部の近傍に配置されており、方向Ｄに沿って帯びている。第２の電極部側接続部７２は、電極束３１の負極３３に電気的に接続されている。本実施形態では一例として、クリップ６４と同様のクリップを用いて電気的に接続されている。

本体部７３は、電極束３１の他端側から角部３９を挟んで電極束３１の周面側まで延びており、角部３９に対応して曲がる角部７５を有している。本体部７３において、角部７５を挟んで電極束３１の他端側の部分を第１の部分７６とし、角部７５を挟んで電極束３１の周面側の部分を第２の部分７７とする。

第１の電極部側接続部７１は、第１の部分７６において方向Ａの一端に接続されている。第２の電極部側接続部７２は、第１の部分７６において方向Ａの他端に接続されている。なお、本実施形態では、負極用集電部材７０は、１つの板状部材から形成されており、第１，２の電極部側接続部７１，７２と本体部７３とは同一部材で形成されている。このため、言い換えると、第１，２の電極部側接続部７１，７２は、第１の部分７６の一端から突出している。

なお、他の例としては、第１，２の電極部側接続部７１，７２は、本体部７３とは別部材であって、本体部７３に接続される構造であってもよい。

第１の部分７６は、角部７５に向かって、第１，２の電極部側接続部７１，７２が並ぶ方向、本実施形態では方向Ｃの幅が次第に狭まる形状である。第２の部分７７において第１，２の電極部側接続部７１，７２が並ぶ方向、本実施形態では、方向Ｃに沿う幅は、角部７５の方向Ｃに沿う幅を維持している。

負極用集電部材７０は、蓋部材２３が本体部材２２の開口２１を覆っている状態では、蓋部材２３よりもケース２０の内側に位置している。負極端子５０は、負極用集電部材７０の第２の部分７７に電気的に接続されている。

このように構成される電池１０では、正極用集電部材６０と負極用集電部材７０とは、第１の部分６６，７６において第１，２の電極部側接続部６１，６２，７１，７２の方向Ａ，Ｃに沿う幅は、角部６５，７５に向かって次第に狭まるので、正極用集電部材６０と負極用集電部材７０との、方向Ａ，Ｃに沿う幅を小さくすることができる。

このことについて、図３を用いて具体的に説明する。図３は、正極用集電部材６０と負極用集電部材７０との方向Ａ，Ｃに沿う幅が小さくなることを説明する図である。なお、正極用集電部材６０と負極用集電部材７０は、同じ形状である。このため、正極用集電部材６０を代表して説明する。

図３の右側は、本実施形態の正極用集電部材６０を示す斜視図が示されている。図３の左側には、正極用集電部材６０とは異なる集電部材１００を示している。集電部材１００は、正極用集電部材６０と略同様の形状を有しており、第１，２の電極部側接続部１０１，１０２と、本体部１０３とを有している。本体部１０３は、角部７５と同様の角部１０４を有しており、角部１０４で曲がっている。

集電部材１００において正極用集電部材６０に対して異なる点は、本体部１０３において、第１，２の電極部側接続部１０１，１０２の並ぶ方向の長さが一定である点である。つまり、本体部１０３において、第１，２の電極部側接続部１０１，１０２の並ぶ方向の長さは、角部１０４に向かうにつれて狭まることなく、一定である。

図３中左側の集電部材１００中において、本実施形態の正極用集電部材６０を点線で示している。このように、本実施形態の正極用集電部材６０は、全体的に、集電部材１００に対して、第１，２の電極部側接続部６１，６２の並ぶ方向に沿う幅を狭くすることができる。

正極用集電部材６０は、図３の左側に示すように、方向Ａに沿う幅が一定である板部材を、点線で示す箇所で切断するとともに、角部６５で折り曲げることによって作成することができる。このことは、負極用集電部材７０であっても同じである。なお、正極用集電部材６０と、負極用集電部材７０とは、集電部材１００を点線で切り欠くことによって形成されることに限定されるものではない。正極用集電部材６０と負極用集電部材７との本体部６３，７３の外形を有する板材を角部６５，７５で折り曲げることによって形成されてもよい。

正極用集電部材６０の方向Ａに沿う幅が狭まるとともに、負極用集電部材７０の方向Ｃに沿う幅が狭まることによって、電池１０が短絡することを抑制することができる。この点について、具体的に説明する。正極用集電部材６０と負極用集電部材７０とが、第１の部分６６，７６において方向Ａに沿う幅が角部６５，７５に向かって狭くならない形状の場合、方向Ａ，Ｃに沿う幅は、広い状態が維持される。

電池１０に外部から荷重が入力されると、この荷重は、電極部３０に伝達される。正極用集電部材６０と負極用集電部材７０が上記したように方向Ａ，Ｃに沿う幅が広い形状であると、正極用集電部材６０と負極用集電部材７０とに荷重が伝達されやすくなる。

正極用集電部材６０と負極用集電部材７０とに伝達された荷重が、正極用集電部材６０と負極用集電部材７０とを変形するに十分な大きさを有していると、正極用集電部材６０と負極用集電部材７０とは変形する。

正極用集電部材６０と負極用集電部材７０との変形例として、その縁部が電極束３１内めり込むような変形をすることが生じえる。このように変形すると、シート状の正極３２とシート状の負極３３とが破れることにより、電池１０が短絡することが考えられる。

しかしながら、本実施形態の電池１０は、正極用集電部材６０と負極用集電部材７０とは、第１の部分６６，７６の方向Ａに沿う幅は、角部６５，７５に向かって次第に狭まる。さらに、第２の部分６７，７７の方向Ａ，Ｃに沿う幅は、角部６５，７５の方向Ａに沿う幅が維持されている。つまり、第２の部分６７，７７において方向Ａ，Ｃに沿う幅は、狭まった状態が維持される。

このため、電池１０に外部から荷重が伝達されても、この荷重が正極用集電部材６０と負極用集電部材７０とに伝達されにくくなる。つまり、正極用集電部材６０と負極用集電部材７０とが変形しにくくなるので、正極用集電部材６０と負極用集電部材７０との変形に起因して電池１０が短絡することが抑制される。

このように、正極用集電部材６０と負極用集電部材７０との幅を狭めることにより正極用集電部材６０と負極用集電部材７０とが変形することを抑制できるので、正極用集電部材６０と負極用集電部材７０とが変形することを防止するべくケース２０の剛性や強度を向上するために補強構造が不要となり、または、補強構造を強固にする必要がないので、電池１０のコストが高くなることを抑制できる。

この発明は、上述した実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上述した実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を形成できる。例えば、上述した実施の形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除しても良い。

３１…電極束、３８…角部、３９…角部、６０…正極用集電部材（集電部材）、６１…第１の電極部側接続部（電極部側接続部）、６２…第２の電極部側接続部（電極部側接続部）、６３…本体部、６５…角部、６６…第１の部分、６７…第２の部分、７０…負極用集電部材（集電部材）、７１…第１の電極部側接続部（電極部側接続部）、７２…第２の電極部側接続部（電極部側接続部）、７３…本体部、７５…角部、７６…第１の部分、７７…第２の部分。

Claims (2)

1. 少なくとも１つの電極束を備える電極部と、端子とを電気的に接続するとともに、前記電極部の角部を挟んで一方から他方にわたって延びる集電部材であって、
   前記一方側に配置されて前記電極部に電気的に接続される複数の電極部側接続部と、
   前記電極部の前記角部に対応して曲がる角部を有して前記電極部の前記一方から前記他方にわたって延びる本体部であって、前記角部を挟んで前記一方側に配置されるとともに一端に前記複数の電極部側接続部が一列に並んで電気的に接続される第１の部分と、前記角部を挟んで前記他方側に配置されて前記端子が電気的に接続される第２の部分とを有する本体部と
   を具備し、
   前記第１の部分は、前記角部に向かって前記電極部側接続部が並ぶ方向に沿う幅が狭まる
   ことを特徴とする集電部材。
2. 電極部と、
   端子と、
   前記電極部と前記端子とを電気的に接続するとともに、前記電極部の角部を挟んで一方から他方にわたって延びる集電部材と
   を具備し、
   前記集電部材は、
   前記一方側に配置されて前記電極部に電気的に接続される複数の電極部側接続部と、
   前記電極部の前記角部に対応して曲がる角部を有して前記電極部の前記一方から前記他方にわたって延びる本体部であって、前記角部を挟んで前記一方側に配置されるとともに一端に前記複数の電極部側接続部が一列に並んで電気的に接続される第１の部分と、前記角部を挟んで前記他方側に配置されて前記端子が電気的に接続される第２の部分とを有する本体部と
   を具備し、
   前記第１の部分は、前記角部に向かって前記電極部側接続部が並ぶ方向に沿う幅が狭まる
   ことを特徴とする電池。

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