JP2014060045A - 二次電池の電極構造 - Google Patents
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Abstract
【課題】捲回された電極体と集電体との溶着部における溶接面積を均一化する。
【解決手段】帯状の正極板11と帯状の負極板12とこれらの間に挟まれるセパレータ13とが積層された積層体14が捲回軸を中心に捲回されてなる電極体と、電極体の捲回軸に沿う幅方向の両端部がそれぞれ押し潰されて溶接により接合される正極集電体及び負極集電体と、を備える二次電池の電極構造である。正極板11は、幅方向の一端側の長手方向に沿って積層体14の重なり部14cから露出して設けられ、正極集電体と接合される正極露出部11Bを有する。負極板12は、幅方向の他端側の長手方向に沿って重なり部14cから露出して設けられ、負極集電体と接合される負極露出部12Bを有する。電極体は、捲回の中心側になる方が外周側になる方に比べて幅方向の長さが短く形成される。
【選択図】図3
【解決手段】帯状の正極板11と帯状の負極板12とこれらの間に挟まれるセパレータ13とが積層された積層体14が捲回軸を中心に捲回されてなる電極体と、電極体の捲回軸に沿う幅方向の両端部がそれぞれ押し潰されて溶接により接合される正極集電体及び負極集電体と、を備える二次電池の電極構造である。正極板11は、幅方向の一端側の長手方向に沿って積層体14の重なり部14cから露出して設けられ、正極集電体と接合される正極露出部11Bを有する。負極板12は、幅方向の他端側の長手方向に沿って重なり部14cから露出して設けられ、負極集電体と接合される負極露出部12Bを有する。電極体は、捲回の中心側になる方が外周側になる方に比べて幅方向の長さが短く形成される。
【選択図】図3
Description
本発明は、二次電池の正極板及び負極板の電極構造に関する。
一般的に、携帯電話や電気自動車の電力源として利用される二次電池は、活物質が塗布された正極板及び負極板と、正極板及び負極板を絶縁するセパレータと、電解液とから構成される。二次電池は、正極板及び負極板がセパレータを介して積層されて電極体を構成し、この電極体を電解液が充填された電池ケース内に収容されて構成される。このような二次電池の中には、例えば特許文献1のように、正極板と負極板とセパレータとの積層体を捲回して電極体を構成したものがある。
捲回型の電極体は、帯状の正極板及び帯状の負極板がセパレータを介して積層される際に、正極板と負極板とが幅方向にややずらされて積層される。この状態で積層体が長手方向にぐるぐると捲回され、両電極板の重なり部分からはみ出した正極板,負極板にそれぞれ集電体が溶接される。電極体と集電体との溶接方法としては、例えば超音波溶接や抵抗溶接、電気溶接があり、電極体に溶接された集電体の一部は、電池ケースの外部へ露出して設けられ、二次電池の外部において他部材と接続される。
このような捲回型の電極体は、電極体に集電体を溶接する際に、電極板の一部が剥離して異物となって飛散し、電極体の隙間や両電極板の重なり部分に入り込むことがある。異物が入り込んでしまった電極体をそのまま電池ケース内に収容すると、短絡等の不具合を生じてしまう場合がある。そのため、特許文献1に記載の電池の製造方法では、両電極板の重なり部分に圧縮力を加え、溶接時に発生する金属粉のような異物が重なり部分に入り込むことがないようにしている。
しかしながら、上記の特許文献1の製造方法では、両電極板の重なり部分への異物の進入は阻止できたとしても、両電極板の重なり部分からはみ出した集電端子接続部に入り込んだ異物を含んだまま電解液とともに電池ケースに収容されてしまうおそれがある。つまり、この製造方法では、異物の発生自体を抑制することはできない。
ところで、捲回型の電極体と集電体とを溶接する際に電極板の一部が異物となってしまう大きな要因として、電極体と集電体との溶接箇所における電極体の先端部の長さのバラツキがある。捲回型の電極体は、捲回軸に沿う幅方向の一端側には正極板のみが露出し、他端側には負極板のみが露出した状態とされる。そして、これら露出した部分に正極集電体,負極集電体がそれぞれ溶接される。このとき、捲回された電極体の両端部は押し潰された状態で各集電体と溶接される。そのため、電極体の両先端部は、電極体の中心側(捲回軸に近い側)の方が電極体の外周側(捲回軸から遠い側)よりも外方へ突出し、電極体の外周側の先端部の方が中心側に比べて短くなる。
このように、電極体の先端部の長さにバラツキがある状態で、例えば超音波溶接を行った場合、一定の周波数で振動を付与しているにもかかわらず、電極体の溶接部面積に対する溶接エネルギにバラツキが生じる。そして、過剰にエネルギが付加された部分の電極板は剥離しやすくなり、金属片等の異物となるおそれがある。また、例えば電気溶接を行った場合でも、同様に溶接エネルギのバラツキが生じてしまうため、過剰にエネルギが付加された部分の電極板はスパッタ等の異物を発生させるおそれがある。
また、異物が発生しないように溶接を行った場合は、出力(振動の強さや電気出力)を弱めることになるため溶接が不十分になるおそれがある。なお、電極体の先端部の長さのバラツキを解消するために、捲回された電極体の両端部を押し潰した後、先端部を切断して溶接面積を均一化するという方法も考えられるが、溶接前の工数が増加してしまい、コスト増となるおそれがある。
本件はこのような課題に鑑み案出されたもので、捲回された電極体と集電体とを溶接して溶着させる部分における溶接面積を均一化することができるようにした、二次電池の電極構造を提供することを目的とする。なお、この目的に限らず、後述する発明を実施するための形態に示す各構成により導かれる作用効果であって、従来の技術によっては得られない作用効果を奏することも本件の他の目的として位置づけることができる。
(1)ここで開示する二次電池の電極構造は、帯状の正極板と帯状の負極板と前記正極板及び前記負極板の間に挟まれるセパレータとが積層された積層体が捲回軸を中心に捲回されてなる電極体と、該電極体の前記捲回軸に沿う幅方向の両端部がそれぞれ押し潰されて溶接により接合される正極集電体及び負極集電体と、を備える二次電池の電極構造である。前記正極板は、前記幅方向の一端側の長手方向に沿って前記積層体の重なり部から露出して設けられ、前記正極集電体と接合される正極露出部を有し、前記負極板は、前記幅方向の他端側の長手方向に沿って前記重なり部から露出して設けられ、前記負極集電体と接合される負極露出部を有する。前記電極体は、捲回の中心側になる方が外周側になる方に比べて前記幅方向の長さが短く形成されることを特徴としている。
(2)前記電極体は、捲回の中心側に行くほど前記幅方向の長さが連続的に短くなるように切断して形成されることが好ましい。
(3)このとき、前記電極体は、捲回の外周側になる方から中心側になる方に向かって斜めに直線状に切断されることが好ましい。
(4)あるいは、前記電極体は、捲回の外周側になる方から中心側になる方に向かって曲線状に切断されることが好ましい。
(3)このとき、前記電極体は、捲回の外周側になる方から中心側になる方に向かって斜めに直線状に切断されることが好ましい。
(4)あるいは、前記電極体は、捲回の外周側になる方から中心側になる方に向かって曲線状に切断されることが好ましい。
(5)また、前記正極露出部及び前記負極露出部は、前記正極集電体及び前記負極集電体とのそれぞれの溶着部に応じた部分に前記幅方向の外側に向かって突出して形成された複数の突起部を有し、前記複数の突起部は、前記電極体の捲回の中心側になる方が外周側になる方に比べて突出量が小さく形成されることが好ましい。なお、ここでいう「溶着部」とは、各露出部と各集電体とを溶接により溶着させる部分を意味する。
(6)このとき、前記複数の突起部は、前記正極露出部及び前記負極露出部の長手方向に沿う端部を切り欠いて形成されることが好ましい。
(7)また、前記複数の突起部は、前記電極体の捲回数に応じて設けられるとともに、同じ突出量の突起部が二つずつ並んで設けられることが好ましい。
(7)また、前記複数の突起部は、前記電極体の捲回数に応じて設けられるとともに、同じ突出量の突起部が二つずつ並んで設けられることが好ましい。
開示の二次電池の電極構造によれば、電極体は、捲回の中心側になる方が外周側になる方に比べて幅方向の長さが小さく形成されているため、捲回後押し潰されたときの先端部の長さのバラツキを解消することができる。これにより、溶接面積を均一化させることができ、正極集電体及び負極集電体を溶接により接合する際の異物の発生を抑制することができる。
つまり、本電極構造によれば、正極露出部及び負極露出部の先端部が、捲回された後で押し潰される際に長さが不均一になるという性質を逆算して、捲回する前の状態で正極板及び負極板の端部の突出量を調整することで、溶接面積を均一化することができる。さらに、捲回される前の状態の電極体(すなわち、積層体)の幅方向の長さを小さく形成するだけなので、加工も容易に行うことができる。
以下、図面により実施の形態について説明する。なお、以下に示す実施形態はあくまでも例示に過ぎず、以下の実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。以下の実施形態の各構成は、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができるとともに、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせることが可能である。
[1.第一実施形態]
[1−1.全体構成]
図1〜図4を用いて、本実施形態にかかる二次電池の電極構造を説明する。まず、本電極構造が適用される二次電池1の全体構造を説明する。本実施形態では、二次電池1としてリチウムイオン二次電池を例示する。
[1−1.全体構成]
図1〜図4を用いて、本実施形態にかかる二次電池の電極構造を説明する。まず、本電極構造が適用される二次電池1の全体構造を説明する。本実施形態では、二次電池1としてリチウムイオン二次電池を例示する。
図1は、電池ケース2のみを縦方向に切断して示した二次電池1の正面図であり、図2は、電極体10の一端部周辺を示す斜視図である。図3は捲回される前の状態の電極体10(すなわち、積層体14)を長手方向中間部を省略して示した平面図であり、図4は図2のA−A矢視断面図である。なお、以下の説明では、他部材と接続するための接続端子21T,22Tが突出した電池ケース2の面を上面2aとし、上面2aに対向する面を下面2bとして上下方向を定める。
図1に示すように、二次電池1は、密閉された箱型の電池ケース2内に電解液3が充填され、さらに電極体10と正極集電体21及び負極集電体22とが内蔵されて構成される。電解液3は、リチウムイオンを運ぶ(電流を流す)という役割を有し、例えば無水有機溶媒に電解質としてリチウム塩を溶かした有機溶媒が用いられる。
電極体10は、図2及び図3に示すように、何れも帯状の正極板11,負極板12及びセパレータ13,15が積層された積層体14を捲回された扁平状の捲回型の電極体である。正極板11は、例えばアルミニウム箔からなる基板の両面にコバルト酸リチウム等の正極活物質が塗布された正極活物質層部11Aを有する。この正極活物質層部11Aは、正極板11の長手方向に直交する方向(以下、幅方向という)の片方の端部を除いて設けられる。言い換えると、正極板11の幅方向の片方の端側(電極体10の一端側)の長手方向に沿う部分には、正極活物質層部11Aは設けられない。以下、この電極体10の一端側の長手方向に沿う部分は正極として露出するので正極露出部11Bと呼ぶ。
負極板12は、例えば銅箔からなる基板の両面に黒鉛等の負極活物質を塗布した負極活物質層部12Aを有する。この負極活物質層部12Aは、負極板12の長手方向に直交する方向(以下、幅方向という)の片方の端部を除いて設けられる。言い換えると、負極板12の幅方向の片方の端側(電極体10の他端側)の長手方向に沿う部分には、負極活物質層部12Aは設けられない。以下、この電極体10の他端側の長手方向に沿う部分は負極として露出するので負極露出部12Bと呼ぶ。
セパレータ13,15は、正極板11と負極板12とを電気的に絶縁する役割と、電解液3を保持する役割と、イオンを通過させる役割と、両電極板11,12を所定の間隔で保持する役割とを有するものであり、正極板11の正極活物質層部11Aと負極板12の負極活物質層部12Aとの間に介装される。セパレータ13,15としては、例えばポリエチレンやポリプロピレン製のフィルムに微小な孔が多数形成されたものが用いられる。なお、セパレータ13とセパレータ15とは同一のものが用いられる。
積層体14は、このように構成された正極板11と負極板12とがセパレータ13,15を介して、図3に示すように幅方向にずれた状態で重ねられたものである。言い換えると、積層体14は、正極板11,セパレータ13,負極板12及びセパレータ15がこの順に重ねられた部分(以下、重なり部14cと呼ぶ)と、重なり部14cから積層体14の幅方向両側にはみ出て設けられたはみ出し部14a,14bとを有する。
積層体14の幅方向の一端側のはみ出し部14aは正極板11の正極露出部11Bであり、他端側のはみ出し部14bは負極板12の負極露出部12Bである。つまり、正極板11及び負極板12は、正極露出部11Bと負極露出部12Bとが積層体14の幅方向の一端側と他端側とに位置するように積層され、正極露出部11B及び負極露出部12Bが積層体14の重なり部14cからそれぞれ露出して設けられる。
なお、図3では正極板11と負極板12と二枚のセパレータ13,15とが重なっている状態がわかるように、長手方向(図中上下方向)にもずらして表現しているが、これら正極板11,負極板12及びセパレータ13,15の長手方向長さは同一である。なお、積層体14は後述するように捲回されるため、捲回されることによる長手方向のずれを考慮して、長手方向長さを異なるものとしてもよい。
このように構成された積層体14は、図1及び図2に示すように幅方向に沿う軸C(以下、この軸を捲回軸Cと呼ぶ)を中心に、長手方向に沿って扁平状に捲回されることで、電極体10を構成する。つまり、電極体10の捲回軸Cに沿う幅方向の一端側は正極露出部11Bのみが捲回された状態となり、他端側は負極露出部12Bのみが捲回された状態となる。捲回された正極露出部11B及び負極露出部12Bは、図示しない治具により厚み方向を押圧された状態で後述の正極集電体21及び負極集電体22に溶接される。なお、ここでいう厚み方向とは、図2に示すように扁平状の電極体10を捲回軸Cに沿う方向から見たときの短手方向を意味する。
正極集電体21は、電極体10の一端側の正極露出部11Bと溶接される正極溶接部21Wと、電池ケース2の外部において他部材と接続される正極端子部21Tとを有する。正極集電体21は正極板11と同様の材質(ここではアルミニウム)の板状部材がクランク状に屈曲形成されたものである。
具体的には、正極溶接部21Wは、側面視で逆U字状に形成されており、正極露出部11Bの外周面に接する対向する二面の間隔が、治具で押圧されたときの正極露出部12Bの厚み方向の長さと同等に形成される。つまり、正極溶接部21Wは、正極露出部11Bの外周面に圧接しながら挟み込める形状に形成されている。正極端子部21Tは、正極溶接部21Wの上端部から幅方向内側へ延設された延設部21Lから上方に向かって突設されている。なお、正極端子部21Tは絶縁部材4,4を介して電池ケース2に固定される。
同様に、負極集電体22は、電極体10の他端側の負極露出部12Bと溶接される負極溶接部22Wと、電池ケース2の外部において他部材と接続される負極端子部22Tとを有する。負極集電体22は負極板12と同様の材質(ここでは銅)の板状部材がクランク状に屈曲形成されたものであり、具体的な構造は上記した正極集電体21と同様であるため省略する。
[1−2.電極構造]
ここで、本実施形態にかかる電極構造について詳述する。図3に示すように帯状の積層体14は、長手方向の一端側から他端側に向かって捲回されて電極体10を構成するため、長手方向の一端側が電極体10の捲回の中心側に位置し、他端側が電極体10の捲回の外周側に位置する。言い換えると、積層体14の一端側から他端側に行くに従って、捲回された状態では電極体10の捲回の中心側から遠くなり外周側に位置する。
ここで、本実施形態にかかる電極構造について詳述する。図3に示すように帯状の積層体14は、長手方向の一端側から他端側に向かって捲回されて電極体10を構成するため、長手方向の一端側が電極体10の捲回の中心側に位置し、他端側が電極体10の捲回の外周側に位置する。言い換えると、積層体14の一端側から他端側に行くに従って、捲回された状態では電極体10の捲回の中心側から遠くなり外周側に位置する。
本実施形態の正極露出部11B及び負極露出部12Bは、正極集電体21及び負極集電体22とのそれぞれの溶着部RWEにおいて、電極体10の捲回の中心側になる方(すなわち、長手方向の一端側)が、電極体10の捲回の外周側になる方(すなわち、長手方向の他端側)に比べて幅方向の長さが短く形成されている。ここでいう溶着部RWEとは、正極露出部11B及び負極露出部12Bと正極集電体21及び負極集電体22とを溶接により溶着させる部分を意味する。
特に本実施形態では、正極露出部11B及び負極露出部12Bが、電極体10の捲回の中心側に行くほど幅方向の長さが連続的に短くなるように、電極体10の捲回の外周側になる方から中心側になる方に向かって斜めに直線状に切断して形成されている。なお、図3中の網掛け部分は正極露出部11B及び負極露出部12Bから切り取られる部分である。
このように構成された正極板11及び負極板12は、図3に示すようにセパレータ13,15を介して積層体14を構成し、長手方向の一端側から他端側に向かって捲回される。これにより、重なり部14cは正極板11と負極板12とセパレータ13,15とが重ねられたまま捲回され、はみ出し部14a,14bである正極露出部11B及び負極露出部12Bは、これら単体で捲回される。
図2に示すように、捲回された正極露出部11Bは、治具により押し潰されて逆U字状の正極溶接部21Wの内側に配置される。そして、正極露出部11Bと正極溶接部21Wとが接する二面にそれぞれ溶接入力部WEが設けられる。言い換えると、捲回されて押し潰された正極露出部11Bを挟み込む正極溶接部21Wをさらに外側から二箇所で挟み込む。この挟み込む部分が溶接入力部WEであり、二つの溶接入力部WEにおいて圧力を加えながら振動を与えることで原子拡散を誘起させて原子結合により溶着させる。なお、図2中に二点鎖線で示す符号RWEは、二つの溶接入力部WEを含んだ溶着部(接合部分)である。
また、捲回された負極露出部12B及び負極集電体22は、上記した正極露出部11B及び正極集電体21と同様に溶着されるため、その説明は省略する。なお、正極露出部11B及び負極露出部12Bと正極集電体21及び負極集電体22との溶接手法は、上記した超音波溶接に限られず、抵抗溶接や電気溶接等、種々の手法を採用可能である。
[1−3.作用・効果]
正極露出部11Bと正極集電体21との溶着部RWEとなる部分を通り捲回軸Cと平行な面で切断した断面図(すなわち、図1のA−A矢視断面図)を図4に示す。また、図5に比較例として、従来の電極構造で構成された電極体50の図4と同様の断面図を示す。なお、ここでいう従来の電極構造とは、図3に示すように正極露出部11B及び負極露出部12Bが斜めに切断されていないもの(すなわち、単なる帯状の正極板11及び負極板12)を指す。
正極露出部11Bと正極集電体21との溶着部RWEとなる部分を通り捲回軸Cと平行な面で切断した断面図(すなわち、図1のA−A矢視断面図)を図4に示す。また、図5に比較例として、従来の電極構造で構成された電極体50の図4と同様の断面図を示す。なお、ここでいう従来の電極構造とは、図3に示すように正極露出部11B及び負極露出部12Bが斜めに切断されていないもの(すなわち、単なる帯状の正極板11及び負極板12)を指す。
図5に示すように、従来の電極構造で構成された電極体50は、幅方向一端側に露出された正極板51の正極露出部51Bが捲回された状態で押し潰されると、先端部の長さが異なる。具体的には、電極体50の中心側に位置する正極露出部51Bの先端部は外方へ大きく突出するのに対し、電極体50の外周側に位置する正極露出部51B先端部は中心側に位置するものに比べて外方への突出量が小さくなる。これにより、正極露出部51Bは、電極体50の中心側になる方が外周側になる方に比べて先端部の長さが長くなり、先端部の長さにバラツキが生じる。
このように正極露出部51Bの先端部の長さにバラツキがある状態で、例えば超音波溶接を行うと、一定の周波数で正極露出部51Bに振動を付与しているにもかかわらず、電極体50の溶接部面積に対する溶接エネルギにバラツキが生じる。つまり、電極体50の中心側(すなわち外方に突出している部分)には過剰にエネルギが付加されてしまい、電極体50の中心側になる方の電極板(図5では正極板51)は剥離しやすくなる。溶接時に剥離した電極板は、瞬時に冷えて固まり金属片等の異物となって電池内部に混入してしまうおそれがある。一方、電極体50の中心側になる方の電極板が剥離しないように溶接を行うと、出力(振動の強さ)を弱めることになるため溶接が不完全になるおそれがある。
これに対して、本電極構造は、正極露出部11B及び負極露出部12Bが捲回された状態で押し潰されると、図5に示すように先端部の長さが不均一になるという性質を逆算して、捲回型の電極体10を構成する前に(すなわち、捲回される前の状態で)、予め正極板11及び負極板12の端部の突出量が調整される。つまり、正極露出部11B及び負極露出部12Bが、正極集電体21及び負極集電体22とのそれぞれの溶着部RWEにおいて、捲回されたときに中心側になる方が外周側になる方に比べて小さくなるように形成される。そのため、捲回された状態で押し潰されても、図4に示すように先端部の長さのバラツキが解消され、先端部の長さが略等しくなる。
したがって、本電極構造によれば、正極露出部11B及び負極露出部12Bが、正極集電体21及び負極集電体22とのそれぞれの溶着部RWEにおいて、電極体10の捲回の中心側になる方が外周側になる方に比べて幅方向の長さが小さく形成されるという簡素な構成で、捲回後押し潰されたときの先端部の長さのバラツキが解消される。そのため、先端部の長さを略等しい状態にすることができ、溶接面積を均一化することができる。これにより、電極板11,12に対する溶接の出力を均等にすることができ(電極体10に対する出力のバラツキを解消でき)、正極集電体21及び負極集電体22を接合する際の異物の発生を抑制することができる。また、溶接が不完全になるようなこともない。
また、正極露出部11B及び負極露出部12Bは、電極体10の捲回の中心側に行くほど幅方向の長さが連続的に短くなるように切断して形成されるため、例えば捲回された電極体10の両端部を押し潰した後、先端部を切断して溶接面積を均一にするというような手法に比べて、容易に加工することができ、コストを抑制することができる。
さらにここでは、正極露出部11B及び負極露出部12Bは、電極体10の捲回の外周側になる方から中心側になる方に向かって斜めに直線状に切断されるため、加工が容易であるとともに、溶着部RWEの位相ずれや多少の誤差を吸収することができる。つまり、溶着部RWEでのみ正極板11及び負極板12の端部の突出量が調整されるのではなく、長さ方向全体で幅方向長さが直線状に斜めに切断されるので、溶着部RWE以外の部分でも端部長さが揃えられ、当然溶着部RWEでも端部長さが均一化される。
[1−4.変形例]
上記した第一実施形態では、正極露出部11B及び負極露出部12Bが、電極体10の捲回の中心側に行くほど幅方向の長さが連続的に短くなるように、電極体10の捲回の外周側になる方から中心側になる方に向かって斜めに直線状に切断して形成されているが、直線状ではなく曲線状に切断されていてもよい。これは、捲回された正極露出部11B及び負極露出部12Bが押し潰されると、図5のように中心側から外周側に向かって直線状に端部の長さが短くなるとは限らないからである。つまり、捲回状態で押し潰したときの端部長さのバラツキの仕方(直線状なのか、あるいは曲線状なのか)に応じて、正極露出部11B及び負極露出部12Bの端部を捲回する前に加工しておくことで、より厳密に端部長さを揃えることができ、溶接面積を均一化することができる。
上記した第一実施形態では、正極露出部11B及び負極露出部12Bが、電極体10の捲回の中心側に行くほど幅方向の長さが連続的に短くなるように、電極体10の捲回の外周側になる方から中心側になる方に向かって斜めに直線状に切断して形成されているが、直線状ではなく曲線状に切断されていてもよい。これは、捲回された正極露出部11B及び負極露出部12Bが押し潰されると、図5のように中心側から外周側に向かって直線状に端部の長さが短くなるとは限らないからである。つまり、捲回状態で押し潰したときの端部長さのバラツキの仕方(直線状なのか、あるいは曲線状なのか)に応じて、正極露出部11B及び負極露出部12Bの端部を捲回する前に加工しておくことで、より厳密に端部長さを揃えることができ、溶接面積を均一化することができる。
[2.第二実施形態]
[2−1.構造]
次に、第二実施形態に係る電極構造について、図6を用いて説明する。図6は本実施形態に係る正極板11′及び負極板12′がセパレータ13を介して積層された積層体14′を示すものである。本電極構造は、正極露出部11B及び負極露出部12Bの先端部の形状が異なる点を除いて、第一実施形態の構造と同様である。以下、第一実施形態と同様の部品や構造については、第一実施形態と同様の符号を付し、重複する説明は省略する。
[2−1.構造]
次に、第二実施形態に係る電極構造について、図6を用いて説明する。図6は本実施形態に係る正極板11′及び負極板12′がセパレータ13を介して積層された積層体14′を示すものである。本電極構造は、正極露出部11B及び負極露出部12Bの先端部の形状が異なる点を除いて、第一実施形態の構造と同様である。以下、第一実施形態と同様の部品や構造については、第一実施形態と同様の符号を付し、重複する説明は省略する。
図6に示すように、本電極構造は、正極露出部11B′及び負極露出部12B′が、正極集電体21及び負極集電体22との溶着部RWEに応じた部分に、幅方向の外側に向かって突出するように形成された複数の突起部11p,12pを有する。つまり、これら複数の突起部11p,12pは、溶接をするためのスペースとして機能する。なお、図6中の網掛け部は正極板11′及び負極板12′から切り取られる部分である。
複数の突起部11p,12pは、正極露出部11B′及び負極露出部12B′の長手方向に沿う端部をそれぞれ切り欠いて形成され、ここでは電極体10の捲回数に応じて設けられる。例えば電極体10が図4,図5のように四回捲回されて構成されていれば、突起部11p,12pはそれぞれ八個ずつ、溶着部RWEに応じた部分に設けられる。また、ここでは複数の突起部11p,12pは電極体10の捲回の中心側になる方が外周側になる方に比べて突出量が小さく形成されるとともに、同じ突出量の突起部11p,12pがそれぞれ二つずつ並んで設けられる。
これは、正極露出部11B及び負極露出部12Bは、捲回された状態で押し潰されたときに、図4,図5に示す断面図で捲回軸Cを中心とした線対称の形状になるからである。つまり、捲回されたときに最も中心側になる部分の二つの先端部が最も外方へ突出し、外周側へ向かうに従って突出量が小さいなり、最も外周側になる部分の二つの先端部が最も短くなるからである。
例えば、捲回数が四回の場合、正極露出部11B′に設けられる突起部11pの符号を、捲回されたとき電極体10の捲回の中心周側になる方から順に11p1,11p2,・・・,11p7,11p8とすると、突起部11p1及び11p2,突起部11p3及び11p4,突起部11p5及び11p6,突起部11p7及び11p8の突出量がそれぞれ同じ大きさに形成される。
これら突起部11p1〜11p8は、図5に矢印Xで示すように先端部の長さを増やして溶接面積を均一化させるためのものである。さらにここでは、二つの突起部11p1,11p2の突出量が最も大きく形成され、捲回されたときに中心側になる方ほど突出量が小さくされる。つまり、最も内側に位置する二つの突起部11pn-1,11pnの突出量が最も小さく形成される。なお、最も中心側になる部分の端部長さに他の端部長さを合わせるように突起部11pを設ければ、最も中心側になる突起部11p7及び11p8は形成されていなくてもよい。
[2−2.作用・効果]
このように構成された正極板11′及び負極板12′は、セパレータ13,15を介して積層体14′を構成し、捲回されて押し潰されると、溶着部RWEでは上記した実施形態と同様、図4に示すように先端部の長さのバラツキが解消され、先端部の長さが略等しくなる。つまり、本実施形態に係る電極構造では、図5に示すように先端部の長さが不均一になるという性質を逆算し、且つ、図5中矢印Xで示すように先端部の長さを均等にしたい部分にのみ外方へ突出した突起部11p,12pを設ける。
このように構成された正極板11′及び負極板12′は、セパレータ13,15を介して積層体14′を構成し、捲回されて押し潰されると、溶着部RWEでは上記した実施形態と同様、図4に示すように先端部の長さのバラツキが解消され、先端部の長さが略等しくなる。つまり、本実施形態に係る電極構造では、図5に示すように先端部の長さが不均一になるという性質を逆算し、且つ、図5中矢印Xで示すように先端部の長さを均等にしたい部分にのみ外方へ突出した突起部11p,12pを設ける。
さらにこれら複数の突起部11p,12pは、電極体10の捲回の中心側になる方が外周側になる方に比べて突出量が小さく形成されている。これにより、溶着部RWEにおいて溶接面積を均一化させることができ、電極板11′,12′に対する溶接の出力を均等にすることができ(電極体10に対する出力のバラツキを解消でき)、正極集電体21及び負極集電体22を接合する際の異物の発生を抑制することができる。
また、複数の突起部11p,12pは、図6中に網掛け部分で示すように、正極露出部11B′及び負極露出部12B′の長手方向に沿う端部をそれぞれ切り欠くことで形成されるため、容易に加工することができる。
さらに、本実施形態では、複数の突起部11p,12pが電極体10の捲回数に応じて設けられるとともに、同じ突出量の突起部11p,12pが二つずつ並んで設けられるため、溶着部RWEにおける溶接面積をより均一化させることができ、正極集電体21及び負極集電体22を溶接により接合する際の異物の発生をさらに抑制することができる。
さらに、本実施形態では、複数の突起部11p,12pが電極体10の捲回数に応じて設けられるとともに、同じ突出量の突起部11p,12pが二つずつ並んで設けられるため、溶着部RWEにおける溶接面積をより均一化させることができ、正極集電体21及び負極集電体22を溶接により接合する際の異物の発生をさらに抑制することができる。
[3.その他]
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。
上記第二実施形態では、正極露出部11B′及び負極露出部12B′が、正極集電体21及び負極集電体22との溶着部RWEに応じた部分に複数の突起部11p,12pを有し、図5中の矢印Xのように電極体10の端部長さを増やして溶接面積を均一化する構成を説明した。これに対して、図5中に矢印Yで示すように、電極体10の端部長さを最も短い部分(すなわち、電極体10の捲回の外周側の端部)に合わせてもよい。
つまり、図7に示すように、正極露出部11B″及び負極露出部12B″には、正極集電体21及び負極集電体22との溶着部RWEに応じた部分に複数のくぼみ11d,12dが形成される。なお、図7中の網掛け部は正極板11″及び負極板12″から切り取られる部分である。
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。
上記第二実施形態では、正極露出部11B′及び負極露出部12B′が、正極集電体21及び負極集電体22との溶着部RWEに応じた部分に複数の突起部11p,12pを有し、図5中の矢印Xのように電極体10の端部長さを増やして溶接面積を均一化する構成を説明した。これに対して、図5中に矢印Yで示すように、電極体10の端部長さを最も短い部分(すなわち、電極体10の捲回の外周側の端部)に合わせてもよい。
つまり、図7に示すように、正極露出部11B″及び負極露出部12B″には、正極集電体21及び負極集電体22との溶着部RWEに応じた部分に複数のくぼみ11d,12dが形成される。なお、図7中の網掛け部は正極板11″及び負極板12″から切り取られる部分である。
複数のくぼみ部11d,12dは、正極露出部11B″及び負極露出部12B″の長手方向に沿う端部をそれぞれ切り欠いて形成される。また、これら複数のくぼみ部11d,12dは電極体10の捲回の中心側になる方が外周側になる方に比べてくぼみの大きさ(切り欠かれる量)が大きく形成されるとともに、同じくぼみの大きさのくぼみ部11d,12dがそれぞれ二つずつ並んで設けられる。
例えば、捲回数が四回の場合、正極露出部11B″に設けられるくぼみ部11dの符号を、捲回されたとき電極体10の捲回の中心周側になる方から順に11d1,11d2,・・・,11d5,11d6とすると、くぼみ部11p1及び11p2,くぼみ部11p3及び11p4,くぼみ部11p5及び11p6がそれぞれ同じ大きさに形成される。なお、ここでは電極体10の端部長さを最も短い部分に合わせているため、電極体10の最も外周側になる部分にはくぼみ部は形成されていないが、捲回数に応じてくぼみ部が形成されていてもよい。
このような構成であっても、溶着部RWEにおいて溶接面積を均一化させることができ、電極板11″,12″に対する溶接の出力を均等にすることができ(電極体10に対する出力のバラツキを解消でき)、正極集電体21及び負極集電体22を接合する際の異物の発生を抑制することができる。また、複数のくぼみ部11d,12dは、図7中に網掛け部分で示すように、正極露出部11B″及び負極露出部12B″の長手方向に沿う端部をそれぞれ切り欠くことで形成されるため、容易に加工することができる。さらに、溶着部RWEに応じた部分のみを切り欠いてくぼみ部を形成すればよいため、切り欠く量が少なくて済む。
なお、上記各実施形態や変形例では、正極露出部11B及び負極露出部12Bの溶着部RWEにおける幅方向の長さが、捲回の中心側と外周側とで異なる電極体10について説明したが、正極露出部11B及び負極露出部12Bの幅方向長さがそれぞれ一定で、電極体10自体の幅方向長さが捲回の中心側と外周側とで異なるものであってもよい。
また、上記実施形態では正極露出部11B及び負極露出部12Bが治具により厚み方向を押圧される場合を説明したが、押圧手段は治具に限られず、治具を用いずに押し潰してもよい。また、正極溶接部21Wに溶接される正極集電体21によって押し潰す構成としてもよい。
また、正極露出部11B,11B′,11″及び負極露出部12B,12B′,12B″と正極集電体21及び負極集電体22との溶接入力部WEは二つに限らず、一つであってもよく、三つ以上であってもよい。
また、正極露出部11B,11B′,11″及び負極露出部12B,12B′,12B″と正極集電体21及び負極集電体22との溶接入力部WEは二つに限らず、一つであってもよく、三つ以上であってもよい。
また、正極板11及び正極集電体21,負極板12及び負極集電体22,正極活物質,負極活物質及びセパレータの上記した材質は一例に過ぎず、上記したものに限定されるものではない。また、正極集電体21及び負極集電体22の形状は上記したものに限られず、電極体10と溶接される部分と電池ケース2の外部で他部材と接続される部分とを有するものであればよい。
1 二次電池
10 電極体
11,11′,11″ 正極板(電極板)
11B,11B′,11B″ 正極露出部
11p 突起部
11d くぼみ部
12,12′,12″ 負極板(電極板)
12B,12B′,12B″ 負極露出部
14,14′,14″ 積層体
21 正極集電体
22 負極集電体
C 捲回軸
WE 溶接入力部
RWE 溶着部
10 電極体
11,11′,11″ 正極板(電極板)
11B,11B′,11B″ 正極露出部
11p 突起部
11d くぼみ部
12,12′,12″ 負極板(電極板)
12B,12B′,12B″ 負極露出部
14,14′,14″ 積層体
21 正極集電体
22 負極集電体
C 捲回軸
WE 溶接入力部
RWE 溶着部
Claims (7)
- 帯状の正極板と帯状の負極板と前記正極板及び前記負極板の間に挟まれるセパレータとが積層された積層体が捲回軸を中心に捲回されてなる電極体と、該電極体の前記捲回軸に沿う幅方向の両端部がそれぞれ押し潰されて溶接により接合される正極集電体及び負極集電体と、を備える二次電池の電極構造であって、
前記正極板は、前記幅方向の一端側の長手方向に沿って前記積層体の重なり部から露出して設けられ、前記正極集電体と接合される正極露出部を有し、
前記負極板は、前記幅方向の他端側の長手方向に沿って前記重なり部から露出して設けられ、前記負極集電体と接合される負極露出部を有し、
前記電極体は、捲回の中心側になる方が外周側になる方に比べて前記幅方向の長さが短く形成される
ことを特徴とする、二次電池の電極構造。 - 前記電極体は、捲回の中心側に行くほど前記幅方向の長さが連続的に短くなるように切断して形成される
ことを特徴とする、請求項1記載の二次電池の電極構造。 - 前記電極体は、捲回の外周側になる方から中心側になる方に向かって斜めに直線状に切断される
ことを特徴とする、請求項2記載の二次電池の電極構造。 - 前記電極体は、捲回の外周側になる方から中心側になる方に向かって曲線状に切断される
ことを特徴とする、請求項2記載の二次電池の電極構造。 - 前記正極露出部及び前記負極露出部は、前記正極集電体及び前記負極集電体とのそれぞれの溶着部に応じた部分に前記幅方向の外側に向かって突出して形成された複数の突起部を有し、
前記複数の突起部は、前記電極体の捲回の中心側になる方が外周側になる方に比べて突出量が小さく形成される
ことを特徴とする、請求項1記載の二次電池の電極構造。 - 前記複数の突起部は、前記正極露出部及び前記負極露出部の長手方向に沿う端部を切り欠いて形成される
ことを特徴とする、請求項5記載の二次電池の電極構造。 - 前記複数の突起部は、前記電極体の捲回数に応じて設けられるとともに、同じ突出量の突起部が二つずつ並んで設けられる
ことを特徴とする、請求項5又は6記載の二次電池の電極構造。
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JP2012204333A JP2014060045A (ja) | 2012-09-18 | 2012-09-18 | 二次電池の電極構造 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US10141560B2 (en) | 2015-03-20 | 2018-11-27 | Gs Yuasa International Ltd. | Energy storage device including a pressing member pressing a separator toward an electrode assembly |
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-
2012
- 2012-09-18 JP JP2012204333A patent/JP2014060045A/ja active Pending
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