JP2019096592A - 電極部材、電極ユニット及び充電電池 - Google Patents

Abstract

【課題】導電能力を向上させた、絶縁基体を有する電極部材の提供。【解決手段】電極部材であって、電極本体１を備え、前記電極本体１は、絶縁基体１０と、前記絶縁基体１０の表面に設けられる導電層１１とを備え、前記導電層１１は、第１部と、前記第１部から延在する第２部を有し、前記第１部に活物質１２が塗布され、前記第２部に活物質１２が塗布されず、前記絶縁基体１０の第２部に対応する部分に厚さ方向を貫通する第１スルーホール１３ａが設けられていることを特徴とする、電極部材。【選択図】図３

Description

本発明は、充電電池技術分野に関し、特に電極部材、電極ユニット及び充電電池に関する。

リチウムイオン電池は、充電電池の一種として、大きなエネルギー密度及びパワー密度、多い循環使用回数および長い記憶時間等のメリットを持つもので、携帯電話やノートパソコン等の携帯型電子機器と、電動自動車や電動自転車等の電動交通手段とに広く応用されてきている。

リチウムイオン電池の電極部材は、一般的に金属材質を採用する。例えば、正電極部材が一般的にアルミニウム箔を採用する一方で、負電極部材が一般的に銅箔を採用する。しかし、釘刺し実験において、アルミニウム箔（銅箔）が釘の突き刺し中にバリを生じ、そのバリが直接負電極部材（正電極部材）に搭載されているので、正電極部材及び負電極部材の内部短絡を引き起こし、リチウムイオン電池の発火や爆発にも繋がる。

釘刺し実験の課題を解決するために、アルミニウム箔または銅箔を採用しない新型の電極部材が開発されてきた。図１〜２に示すように、このような新型の電極部材１’は、絶縁基体１０’と、絶縁基体１０’の表面に設けられる導電層１１’とを備える。導電層１１’は、活物質１２’が塗布された第１部と、活物質１２’が塗布されていない第２部とを有する。第２部は、第１部から延在する。記述の便宜上、第１部と絶縁基体１０’の第１部に対応する部分は、電気生成部１４’と呼称され、第２部と絶縁基体１０’の第２部に対応する部分は、電気案内部１３’と呼称される。使用時には、電気生成部１４’における活物質１２’が電解液等と電化反応を行って充放電過程を発生させる一方、電気案内部１３’が電流収集部材に接続されており、発生した電流を外部へ導き出す。導電層１１’は、絶縁基体１０’の表面に設けられるものであり、その厚さが従来使用されている銅箔、アルミニウム箔よりも遥かに小さいため、針刺し使用中にバリを生じないので、釘刺し実験を安全に通すことが可能である。

しかし、このような新型の電極部材は、巻き付けや堆積により電極ユニットを形成する際に複数の電気案内部１３’を生成する。複数の電気案内部１３’が電流収集部材に接続されているが、絶縁基体１０’の存在により、複数の電気案内部１３’の間の導電層１１’は、直接接触することができない。これにより、導電性能が悪くなり（ひいては互いに絶縁となる）、電気案内部１３’と電流収集部材との接続箇所での電気抵抗が大きすぎで、充放電中に温度上昇が急に増えてくる。また、電極部材と電流収集部材とが一般的に溶接（例えば、超音波溶接）方式により接続されるが、このような新型の電極部材が絶縁基体を有し、溶接エネルギーが絶縁基体を通り抜けることが困難であるため、それと電流収集部材との溶接の難易度が大きくて、引いては溶接が不可能になる恐れもある。

上記事情を鑑みて、本発明が解決しようとする技術課題の１つは、絶縁基体を有する電極部材の導電能力を向上させることにある。

上記技術課題を解決すべく、本発明の一態様は、電極部材を提供する。当該電極部材は、電極本体を備える。電極本体は、絶縁基体と、絶縁基体の表面に設けられる導電層とを備える。導電層は、第１部と、第１部から延在する第２部とを有し、第１部に活物質が塗布され、第２部に活物質が塗布されていない。絶縁基体における第２部に対応する部分に厚さ方向を貫通する第１スルーホールが設けられている。

好ましくは、第１スルーホール内には、導電媒体が充填されている。

好ましくは、第１スルーホールは、少なくとも２つあり、当該少なくとも２つの第１スルーホールは、行に配列され、及び／又は列に配列される。

好ましくは、第２部の厚さ範囲は、１ｎｍ〜２μｍであり、より好ましくは、５００ｎｍ〜１０００ｎｍである。

好ましくは、第１スルーホールの直径範囲は、１０ｎｍ〜１０００μｍであり、より好ましくは、２５ｎｍ〜８００ｎｍである。

好ましくは、第２部には、厚さ方向を貫通する第２スルーホールが設けられ、第２スルーホールは、第１スルーホールに対応して設けられ、且つ第１スルーホールに連通する。

好ましくは、電極部材は、第２部に接続される導電構造をさらに備える。

好ましくは、導電構造は、第１スルーホールを被覆する。

好ましくは、導電構造は、第２部に溶接される。

好ましくは、導電層は、絶縁基体の対向する両側の表面に設けられ、導電構造は、第１導電部品を備え、第１導電部品は、絶縁基体の一方側の表面に位置する第２部に接続されている。

好ましくは、導電構造は、第２導電部品をさらに備え、第２導電部品は、絶縁基体の他方側の表面に位置する第２部に接続されている。

好ましくは、導電構造の厚さ範囲は、５μｍ〜２０μｍであり、より好ましくは、６μｍ〜１０μｍである。

本発明の別の態様は、電極ユニットをさらに提供する。当該電極ユニットは、本発明の電極部材を備える。

本発明のさらに別の態様は、充電電池を提供する。当該充電電池は、電流収集部材を備え、本発明の電極ユニットをさらに備える。電極ユニットの電極部材の第２部が電流収集部材に電気的に接続されている。

好ましくは、第２部は、電流収集部材に溶接される。

本発明において、厚さ方向に沿って導電層における活物質が塗布されていない第２部に対応する絶縁基体上の第１スルーホールにより、絶縁基体が第１スルーホールで電流通路を便利に形成可能であるため、導電部品の導電能力の向上に有利である。

以下では、本発明の例示的な実施例について図面を参照しながら詳細に説明する。本発明の他の特徴およびそのメリットは、説明とともに明瞭になる。

本発明の実施例または従来技術における技術案をより明瞭に説明するために、実施例または従来技術の記述に必要な図面を以下で簡単に説明する。明らかに、後述する図面は、本発明の幾つかの実施例に係る。当業者であれば、進歩性に値する労働をしなくてもこれらの図面から他の図面を得ることができる。

従来技術における絶縁基体を含む電極部材の構造を示す模式図である。 図１の側面図である。 本発明の第１実施例の電極部材の構造を示す模式図である。 図３の側面図である。 図３に示す電極部材に基づく電極ユニットの局所分解模式図である。 図５に示す電極ユニットと電流収集部材との溶接を示す模式図である。 図６に基づく電池の立体構造を示す模式図である。 本発明の第２実施例の電極部材の構造を示す模式図である。 図８の側面図である。 図８に示す電極部材の電極ユニットと電流収集部材との溶接を示す模式図である。

以下では、本発明の実施例における図面を参照し、本発明の実施例における技術案を明瞭で完全に記述する。明らかに、記述された実施例は、単に本発明の一部の実施例に過ぎず、全部の実施例ではない。以下では、少なくとも１つの例示的な実施例の記述が実際に説明的なものであり、本発明およびその応用や使用に対するなんの制限にもならない。本発明における実施例に基づくと、当業者が進歩性に値する労力をしないで取得されたあらゆる他の実施例も、本発明の保護範囲に含まれる。

当業者に周知されている既知の技術、方法及び機器は、詳細に議論しない。適切な場合に、前記技術、方法及び機器は、特許査定される明細書の一部として見なされるべきである。

本発明の記述において、理解すべきことは、方位用語、例えば、「前、後、上、下、左、右」、「横方向、縦方向、垂直、水平」及び「頂、底」等で指示された方位または位置関係が一般的に図面に示す方位または位置関係に基づくものであり、単に本発明の記述及び記述の簡素化を便利にさせるためである。反対に説明しない場合に、これらの方位用語は、必ずしもかかる装置または素子が特定の方位を有するかそれとも特定の方位で構成及び操作されるかを指示や示唆するとは限らない。これによって、本発明の保護範囲に対する制限とは理解され得ない。方位用語「内、外」は、各部品自身の輪郭に対する内外を指す。

本発明の記述において、理解すべきことは、「第１」、「第２」等の用語を使用して部品を限定することが単にかかる部品を区別しやすくするためである。別途声明しない限り、上記用語は、特別な意義を有さない。これにより、上記用語は、本発明の保護範囲に対する制限とは理解され得ない。

理解しやすくなるように、まず、図５及び図７を参照して充電電池の基本的な構造を説明する。図７を参照すると、充電電池は、主にケース（図示せず）、電極ユニット１００、電流収集部材２００、トップカバー３００及び電極端子４００を備える。ケースは、電極ユニット１００を収容して電極ユニット１００に対して保護するための、先端が開口されたキャビティを有する。電極ユニット１００は、ケースに収容され、充電電池が充放電機能を実現するコア部品である。トップカバー３００は、ケースの開口をカバーしている。電極端子４００は、トップカバー３００に設けられてトップカバー３００の外に露出する。電流収集部材２００は、電極ユニット１００と電極端子４００の間に接続されて、電極ユニット１００と電極端子４００との間の電気接続を実施する。

図５を参照すると、電極ユニット１００は、正電極部材１０３と、負電極部材１０１と、正電極部材１０３及び負電極部材１０１の間に設けられるセパレータ１０２とを巻き付けや堆積することで構成される。正電極部材１０３及び負電極部材１０１は、通常、シート状の構造とするため、両者が通常正電極シート及び負電極シートとも呼ばれる。図４に示すように、正電極部材１０３及び負電極部材１０１が何れも電気生成部１４及び電気案内部１３を備え、電気生成部１４が活物質１２を有するが、電気案内部１３が活物質１２を有さない。巻き付けや堆積により電極ユニットが形成された後、同極性である複数の電気案内部１３を積層してタブを形成する。電極ユニットは、タブを介して電流収集部材２００に接続されている。正電極部材１０３は、正タブに対応する。負電極部材１０１は、負タブに対応する。電流収集部材２００を介して正タブに接続する電極端子４００は、正極端子と呼ばれる。電流収集部材２００を介して負タブに接続する電機端子４００は、負極端子と呼ばれる。

図１〜２に示す電極部材を正電極部材１０３及び／又は負電極部材１０１として巻き付けや堆積することで電極ユニット１００を形成する際、電極ユニット１００のタブの任意の２つの隣り合う電気案内部１３の間が絶縁基体１０’によって隔てられるため、隣り合う２つの電気案内部１３の間での電流伝達が困難、引いては不可能になる。電流は、殆どタブの最外側の電気案内部１３の、電流収集部材２００に直接接続される導電層１１’を介して外部へ伝達するしかない。これにより、導電能力が悪くなり、充放電効率が低くなり、局所過熱を引き起こしやすく、各部品の使用寿命が短縮される。

上記技術課題を解決するために、本発明は、図１〜２に示す絶縁基体を有する電極部材を改良することで、新型の電極部材を提供する。

図３〜図１０は、本発明の２つの実施例を示す。図３〜１０を参照すると、本発明に係る電極部材は、電極本体１を備える。電極本体１は、絶縁基体１０及び絶縁基体１０の厚さ方向の対向する両側の表面に設けられる導電層１１を備える。導電層１１は、第１部及び第１部から延在する第２部を有する。第１部に活物質１２が塗布されており、第２部に活物質１２が塗布されていない。そして、絶縁基体１０の第２部に対応する部分には、厚さ方向を貫通する第１スルーホール１３ａが設けられている。

説明の便宜上、本発明では、相変わらず第１部及び絶縁基体１０の第１部に対応する部分が電気生成部１４と呼ばれ、第２部及び絶縁基体１０の第２部に対応する部分が電気案内部１３と呼ばれる。換言すれば、本発明では、電極本体１は、電気生成部１４及び電気案内部１３を備える。電気生成部１４及び電気案内部１３は、何れも絶縁基体１０、及び絶縁基体１０の表面に設けられる導電層１１を備える。その区別は、電気生成部１４の導電層１１に活物質１２が塗布されており、電気案内部１３の導電層１１に活物質１２が塗布されていないことにある。電気生成部１４は、活物質１２にて電解液と電化反応を行うにより充放電過程を実施する。電気案内部１３は、充電電池の電流収集部材２００に接続されて、電気生成部１４で発生された電流を外部へ導出する。

本発明では、導電層１１に活物質が塗布されていない第２部に対応する絶縁基体１０に厚さ方向を貫通する第１スルーホール１３ａが設けられていることにより、第１スルーホール１３ａに導電媒体を設けるかそれとも絶縁基体１０の対向する両側の表面上の第２部に対して溶接・溶融等を行って、絶縁基体１０に電流通路を形成する。これにより、厚さ方向における電流の伝達が実現され、電極部材の導電能力に対する絶縁基体１０の制約が減少され、電極部材の巻き付けや堆積によって電極ユニット１００が形成された後で隣り合う電気案内部１３の間での電気導通が便利になる。したがって、導電能力の向上に有利である。

また、第１スルーホール１３ａにより、溶接のエネルギーが絶縁基体１０をより容易に通り抜けるため、本発明は、電極部材と電流収集部材２００との溶接の難易度の低減にも有利である。また、溶接時に第２部が熱を受けて第１スルーホール１３ａ内に流動可能であるため、本発明は、電極部材の電気案内部１３が溶接時に熱を受けて皺になることを防止することができる。

第１スルーホール１３ａの数が１つ、２つまたは複数であってもよい。第１スルーホール１３ａの数が少なくとも２つであるとき、これらの少なくとも２つの第１スルーホール１３ａは、行に配列され、及び／又は列に配列されてもよい。好ましくは、絶縁基体１０の第２部に対応する部分には、複数の第１スルーホール１３ａが設けられ、且つこれらの複数の第１スルーホール１３ａは、絶縁基体１０の第２部に対応する部分全体に間隔を隔てて分布してもよい。これにより、第１スルーホール１３ａで形成された電流通路の数がより多く、分布が広いため、導電効率がより有効的に向上することができる。

本発明では、更に、第２部に厚さ方向を貫通する第２スルーホール１３ｃが設けられてもよい。第２スルーホール１３ｃは、第１スルーホール１３ａに対応して設けられ、且つ第１スルーホール１３ａに連通する。これにより、電気案内部１３の厚さ方向全体が第２スルーホール１３ｃと第１スルーホール１３ａとに貫通され、溶接エネルギーが電気案内部１３を貫通することがより容易になり、電気案内部１３と電流収集部材２００等の他の構造部件との溶接をより便利で効果的に実現する。

また、本発明において、電極部材は、第２部に接続される導電構造２を更に備えてもよい。絶縁基体１０を有する電気案内部１３に導電構造２を増設することで、電極部材の巻き付けや堆積によって電極ユニット１００が形成された後で、隣り合う電気案内部１３の間は、第１スルーホール１３ａで形成された電流通路によって電気導通を実現可能であるとともに、導電構造２を介して電気導通を実現可能である。これにより、電極部材の導電能力をより効果的に向上することができる。

本発明では、導電層１１は、絶縁基体１０の一方側の表面に設けられてもよく、絶縁基体１０の対向する両側の表面に設けられてもよい。導電層１１が絶縁基体１０の対向する両側の表面に設けられているとき、導電構造２は、第１導電部品２１ａを備えてもよい。当該第１導電部品２１ａは、絶縁基体１０の一方側の表面に位置する第２部に接続されている。または、さらに、導電構造２は、第２導電部品２１ｂも備えてもよい。当該第２導電部品２１ｂは、絶縁基体１０の他方側の表面に位置する第２部に接続されている。第１導電部品２１ａ及び第２導電部品２１ｂの構造及び材料は、同じまたは異なってもよい。

導電構造２が第１導電部品２１ａ及び第２導電部品２１ｂを含むとき、第１導電部品２１ａと第２導電部品２１ｂとは、直接接続され、または、導電構造２は、導電接続部２２を更に備えてもよい。導電接続部２２が第１導電部品２１ａと第２導電部品２１ｂの間に接続されることにより、第１導電部品２１ａと第２導電部品２１ｂとは、導電接続部２２を介して接続される。

また、導電構造２は、第１スルーホール１３ａを被覆するように設けられることが好ましい。こうして、溶接時に、電気案内部１３の両側に位置する導電部品が第１スルーホール１３ａを介して互いに接続可能であり、導電能力を更に向上させ、構造の強固性を向上させる。電気案内部１３の両側に位置する導電部品は、同一の電気案内部１３の両側に接続される第１導電部品２１ａと第２導電部品２１ｂ（その際、電気案内部１３における導電構造２が電気案内部１３の両側に位置する第１導電部品２１ａと第２導電部品２１ｂを含む）であってもよく、電極ユニット１００が形成された後で１つの電気案内部１３の一方側の第１導電部品２１ａと隣り合う電気案内部１３の同じ側の第１導電部品２１ａ（その際、各電気案内部１３における導電構造２が電気案内部１３の一方側に位置する第１導電部品２１ａのみを含む）であってもよい。

以下では、図３〜１０に示す２つの実施例を結合して本発明をさらに説明する。これらの２つの実施例では、何れも電極部材の巻き付けにより電極ユニット１００を形成することを例として説明する。

まず、図３〜７を参照して本発明の第１実施例を説明する。図３及び図４は、本発明の第１実施例の電極部材を示す。図５〜６及び図７は、それぞれ当該第１実施例に基づく電極部材の電極ユニット及び充電電池を示す。

図３及び図４に示すように、当該第１実施例では、電極部材が電極本体１を備え、電極本体１が絶縁基体１０及び導電層１１を備える。導電層１１は、絶縁基体１０の対向する両側の表面に設けられる。即ち、絶縁基体１０の対向する両側の表面の何れにも、導電層１１が設けられている。絶縁基体１０は、２つの導電層１１の間に位置する。また、導電層１１は、活物質１２が塗布された第１部（図３では、下部）と、活物質１２が塗布されていない第２部（図３では、上部）とを有する。第２部は、第１部から延在する（図３では、上方へ延在）。

絶縁基体１０は、ＰＰ、ＰＥ、ＰＥＴまたはＰＩ等の、電解液の腐食に耐える高分子ポリマー材料を採用可能である。導電層１１は、アルミニウムまたは銅等の金属基材を採用可能である。好ましくは、電極部材が正電極部材として用いられるときに、導電層１１にアルミニウム基材が採用され、電極部材が負電極部材として用いられるときに、導電層１１に銅基材が採用される。導電層１１は、メッキ、電気泳動、塗装またはディップコーティング等の方式にて絶縁基体１０の表面に加工されてもよい。

記述の便宜上、図３に示すＴ方向は、厚さ方向と呼ばれる。当該厚さ方向Ｔは、絶縁基体１０における、導電層１１が設置される対向する両側の表面の所在する方向である。即ち、当該実施例の２つの導電層１１は、絶縁基体１０の厚さ方向における２つの対向する表面に設けられている。図３に示すＨ方向は、高さ方向と呼ばれる。当該高さ方向Ｈは、第１部及び第２部の対向配置される方向であり、即ち、第１部及び第２部が対向に延在する方向である。同時に、図４に示すＷ方向は、幅方向と呼ばれる。当該幅方向Ｗは、厚さ方向Ｔ及び高さ方向Ｈに垂直な方向である。

図３と図４に示すように、当該実施例において、絶縁基体１０の第２部に対応する部分に、厚さ方向を貫通する複数の第１スルーホール１３ａが設けられ、両側の第２部のいずれにも厚さ方向を貫通する複数の第２スルーホール１３ｃが設けられ、且つ各第２部での複数の第２スルーホール１３ｃが何れも複数の第１スルーホール１３ａに一対一で設けられ、且つ、対応する第１スルーホール１３ａに連通する。第１スルーホール１３ａと第２スルーホール１３ｃが第２部及び絶縁基体１０の対応する部分に設けられて互いに連通するため、第１スルーホール１３ａと２つの第２スルーホール１３ｃにより、電気案内部１３の厚さ全体が貫通される。電気案内部１３に複数グループの第１スルーホール１３ａと第２スルーホール１３ｃが設けられているため、電気案内部１３全体は、何れも厚さ方向においてこれらの複数グループの第１スルーホール１３ａと第２スルーホール１３ｃとによって貫通される。

第１スルーホール１３ａと第２スルーホール１３ｃを形成する際、導電層１１が塗布される前に絶縁基体１０の第２部に対応する部分に第１スルーホール１３ａを開けて、そして、絶縁基体１０に導電層１１を塗布して両側の導電層１１に第２スルーホール１３ｃをそれぞれ開ける。または、絶縁基体１０の両側に導電層１１を塗布した後で直接厚さ方向に沿ってスルーホールを開けて、第１スルーホール１３ａと第２スルーホール１３ｃとを一度で形成してもよい。このように、従来の電極部材の電気案内部１３に直接スルーホールを開けることで当該実施例の電極部材を取得することが可能であり、プロセスがより簡単になり、コストがより低くなる。

当該実施例に基づく電極部材で形成された電極ユニット１００は、溶接方式により、電流収集部材２００と組み立てられる。図６に示すように、電極ユニット１００は、電極部材の第２部によって電流収集部材２００と溶接し、第２部と電流収集部材２００の間に溶接部（溶接印）１ａが形成される。

第１スルーホール１３ａが設けられているため、溶接中において、絶縁基体１０の両側の導電層１１が溶融して第１スルーホール１３ａ内に進入する。これにより、第１スルーホール１３ａにも導電材料があり、電流通路を形成し、絶縁基体１０の両側の導電層１１を連通する。これにより、電流が一方側の導電層１１から第１スルーホール１３ａを経由して他方側の導電層１１へ流れ込み、両側の導電層１１に対する絶縁基体１０による遮断を減少し、両側の導電層１１の導電性を強くさせ、電気案内部１３の厚さ方向に沿う電流伝達を実施し、導電効率を向上させる。これから分かるように、当該実施例では、導電層１１における、活物質が塗布されていない第２部に対応する絶縁基体１０に厚さ方向を貫通する第１スルーホール１３ａが設けられることにより、絶縁基体１０の厚さ方向における対向する両側の表面上での第２部が溶接時に第１スルーホール１３ａによって互いに溶融し、電流通路を形成可能であるため、導電部品の導電能力の向上に有利である。

第２部の対応位置に設けられる第２スルーホール１３ｃが第１スルーホール１３ａと共同で電気案内部１３の厚さ全体を貫通するため、両側の導電層１１の間でのより効果的な電流伝達が実現可能であり、電極部材の導電能力が更に向上する。

また、電気案内部１３の溶接時、溶接で発生した熱が第２部に対応する絶縁基体１０に伝達される。第１スルーホール１３ａが設置されないと、絶縁基体１０の第２部に対応する部分は、熱を受けて皺になる。当該実施例で設置された第１スルーホール１３ａは、絶縁基体１０が溶接中に受けた応力を解放する作用を果たすことができ、絶縁基体１０が溶接中に熱を受けて皺になることを有効的に防止することができる。

そして、第１スルーホール１３ａと第１スルーホール１３ａに連通する第２スルーホール１３ｃとを設置することにより、電極部材を電流収集部材２００に溶接する際に、溶接エネルギーが電気案内部１３を通り抜けることがより容易になり、溶接の利便性が改善され、溶接の難易度が低減され、溶接効率が向上し、省エネになる。別の側面から言うと、それは、略同じな溶接エネルギーに基づいて、より大きな厚さの溶接を実現可能である。特に電極部材と電流収集部材２００とが超音波溶接方式によって接続される際、超音波エネルギーは、第１スルーホール１３ａとそれに対応する第２スルーホール１３ｃとを経由して電気案内部１３を効果的に貫通することができ、電極部材と電流収集部材２００との超音波溶接を完成させる。

当該実施例の電極部材を正電極部材１０３として使用し、当該電極部材をセバレータ１０２及び負電極部材１０１と巻き付けることで、図５に示す電極ユニット１００を形成可能である。図５から分かるように、当該電極ユニット１００は、複数の電気案内部１３を有し、これらの複数の電気案内部１３は、積層して設けられている。積層された複数の電気案内部１３は、電極ユニット１００のタブを形成する。厚さＴ方向に沿って、タブの２つずつの隣り合う電気案内部１３の間が、絶縁基体１０の一方側の導電層１１に位置する第２スルーホール１３ｃと、第１スルーホール１３ａと、絶縁基体１０の他方側の導電層１１に位置する第２スルーホール１３ｃとで形成された電流通路によって電気連通可能であるため、タブの隣り合う電気案内部１３の間での電流伝達が絶縁基体１０に遮断されない。電気生成部１４で発生された電流を導出する際、タブの電流収集部材２００に直接接続される最外側の電気案内部１３が自身の導電層１１を介して外部へ電流を伝達可能であるとともに、タブの最外側の電気案内部１３の間に積層された各電気案内部１３も形成された電流通路によって電気導通を実施して外部へ電流を伝達可能である。これにより、導電能力が有効的に向上し、より効果的な充放電過程が実現可能である。

図５に示す電極ユニット１００は、正電極部材１０３に当該実施例の電極部材が採用され、負電極部材１０１に当該実施例の電極部材が採用されていない。理解すべきことは、代替方式として、当該実施例の電極部材が負電極部材１０１に採用され、正電極部材１０３に採用されていないことであってもよい。または、正電極部材１０３及び負電極部材１０１の何れにも当該実施例の電極部材が採用されてもよい。実際に、本発明の電極部材は、正電極部材１０３として用いられてもよく、負電極部材１０１として用いられてもよい。即ち、電極ユニット１００の正電極部材１０３及び／又は負電極部材１０１は、本発明の電極部材を採用可能である。

図５に示す電極ユニット１００を充電電池の電流収集部材２００、ケース、トップカバー３００及電極端子４００等に組み立てると、図７に示す充電電池を形成可能である。当該実施例において、電極ユニット１００と電流収集部材２００の間は、溶接（例えば、超音波溶接または抵抗溶接）接続を使用して、電極ユニット１００と電流収集部材２００の間の電気接続を実現する。

以下では、図８〜１０を参照して第２実施例を説明する。記述の簡素化のために、以下では、当該第２実施例と第１実施例との相違点のみを主に紹介し、記述されていない部分は、第１実施例を参照して理解すればよい。
図８に示すように、当該第２実施例において、電気案内部１３に配置されたスルーホール（第１スルーホール１３ａと第２スルーホール１３ｃ）をもとに、第２部に導電構造２をさらに設ける。導電構造２は、第２部に接続されている。換言すれば、導電構造２は、電気案内部１３の導電層１１に接続されている。これにより、電極部材は、導電層１１を介して直接電流収集部材２００に接続することなく、導電構造２を介して電流収集部材２００に接続することで、電流の導出を実施することができる。作動中に、電流が活物質１２から導電層１１の第１部を経由して導電層１１の第２部へ流れ込み、絶縁基体１０の両側の第２部が第１スルーホール１３ａで形成された電流通路を介して電流を伝達可能であり、また、電流が導電層１１の第２部から当該第２部に接続される導電構造２へ流れ込み可能である。これにより、導電構造２は、電流を当該導電構造２に接続される充電電池の電流収集部材２００へ導出し、さらに電流収集部材２００から導出し、例えば、充電電池の電極端子４００まで導出する。これからわかるように、導電構造２の増設により、電極部材の導電性能が更に向上可能であり、電極部材の電流通過能力が向上する。

導電構造２は、銅またはアルミニウム等の金属材料から製造されてもよい。好ましくは、電極部材が正電極部材として用いられるときに、導電構造２にアルミニウム材料が採用され、電極部材が負電極部材として用いられるときに、導電構造２に銅材料が採用される。

当該実施例において、導電構造２は、第１スルーホール１３ａを被覆可能に設けられる。具体的に、図８から分かるように、導電構造２は、第１スルーホール１３ａと絶縁基体１０の両側の導電層１１における第２スルーホール１３ｃとを被覆する。このように設置するメリットとしては、導電構造２が導電層１１（具体的に、第２部）を介して第１スルーホール１３ａで形成された電流通路に接触可能であり、第１スルーホール１３ａで形成された電流通路を介して伝達された電流が効果的に導電構造２に伝達されて導電構造２から導出可能である。したがって、導電効率がより高くなる。また、図８に示すように、当該実施例において、導電構造２は、第１導電部品２１ａ及び第２導電部品２１ｂを備える。第１導電部品２１ａ及び第２導電部品２１ｂは、それぞれ電気案内部１３の厚さ方向の両側に設けられ、電気案内部１３の絶縁基体１０の両側の表面における導電層１１にそれぞれ接続されている。即ち、第１導電部品２１ａは、絶縁基体１０の一方側の表面に位置する第２部に接続され、第２導電部品２１ｂは、絶縁基体１０の他方側の表面に位置する第２部に接続されている。

電気案内部１３の厚さ方向の両側に第１導電部品２１ａ及び第２導電部品２１ｂがそれぞれ設けられているため、当該電極部材を備える電極ユニット１００は、タブの任意の２つの隣り合う電気案内部１３の間にも電気案内構造２があり、且つ任意の２つの隣り合う電気案内部１３の間がスルーホールで形成された電流通路を介して電気連通可能であるだけではなく、１つの電気案内部１３での第１導電部品２１ａを介してもう１つの電気案内部１３での第２導電部品２１ｂに電気連通可能である。これにより、電流は、スムーズで十分にタブの積層された各電気案内部１３の間で伝達可能である。最終的に電極ユニット１００で発生された電流は、比較的に十分で効率的に電流収集部材２００に伝達される。導電構造２により、タブの隣り合う電気案内部１３の間に対する絶縁基体１０による遮断が更に回避可能であり、電流通過面積が増大するため、充電電池の充放電効率がより有効的に向上可能であり、充放電過程における充電電池の過熱のリスクが低減され、充電電池の使用寿命の延長にも有利である。

そして、当該実施例の第１導電部品２１ａと第２導電部品２１ｂが何れも電気案内部１３の厚さ全体を貫通する第２スルーホール１３ｃと第１スルーホール１３ａとに被覆されるため、電気案内部１３に溶接される際、第１導電部品２１ａと第２導電部品２１ｂは、各自に対応する導電層１１（具体的には、第２部）にそれぞれ接続可能であるとともに、第２スルーホール１３ｃと第１スルーホール１３ａを通り抜けて互いな接続を実現可能である。これにより、絶縁基体１０の対向する両側に設けられる第１導電部品２１ａと第２導電部品２１ｂも電流通路を介して厚さ方向の電流伝達を実現可能であり、第１導電部品２１ａと第２導電部品２１ｂの電流伝達経路を増加し、電極部材の導電能力を更に向上させる。一方で、第１導電部品２１ａと第２導電部品２１ｂが電気案内部１３におけるスルーホールの設けられる位置に互いに直接溶接可能であり、第１導電部品２１ａと第２導電部品２１ｂがそれぞれ薄い第２部のみと溶接する場合に比べ、第１導電部品２１ａと第２導電部品２１ｂとの溶接強度が更に向上可能であり、電極部材の構造信頼性が向上する。

当該実施例の第１導電部品２１ａ及び第２導電部品２１ｂがそれぞれ電気案内部１３の厚さ方向における対向する両側に設けられていることにより、図８に示すように、第１導電部品２１ａ及び第２導電部品２１ｂの間に隙間Ｇがある。また、図８から分かるように、当該実施例において、第１導電部品２１ａ及び第２導電部品２１ｂの上端が何れも電気案内部１３の上端よりも高い。即ち、高さ方向Ｈに沿って、導電構造２の第１部から離間する縁は、第２部の第１部から離間する縁からはみ出すまで延在する。これにより、電極本体１（具体的には、電気案内部１３）は、第１導電部品２１ａと第２導電部品２１ｂの間の隙間Ｇの部分のみを充填する。

電極本体１が第１導電部品２１ａと第２導電部品２１ｂの間の隙間Ｇの部分のみを充填するため、第１電極部材２１ａと第２電極部材２１ｂとの高さ方向Ｈに沿う少なくとも一部の間が絶縁基体１０に隔てられていない。これにより、絶縁基体１０の厚さＴ方向における両側の表面上の導電層１１が第１電極部材２１ａ及び第２電極部材２１ｂを介して電気導通を実施することに有利であり、電流導出がさらに便利になり、導電性能が向上する。一方で、電極部材で形成される電極ユニット１００を充電電池の電流収集部材２００に接続する際、さらに、第１導電部品２１ａ及び第２導電部品２１ｂを便利に押圧することで隙間Ｇを減少可能である。こうして、第１導電部品２１ａ及び第２導電部品２１ｂを密着させる。これにより、タブが積層された各電気案内部１３の電流を電流収集部材２００へ伝達することが便利になり、導電能力が更に向上するとともに、タブの占める組立空間の減少にも有利であり、電極ユニット１００の空間利用率が向上し、電極ユニット１００と電流収集部材２００との組立が便利になる。

また、図８に示すように、当該実施例の導電構造２は、導電接続部２２を更に備える。当該導電接続部２２は、第１導電部品２１ａと第２導電部品２１ｂの間に接続されている。具体的に、図３では、第１導電部品２１ａと第２導電部品２１ｂとの下端がそれぞれ絶縁基体１０の厚さ方向における対向する両側の表面に位置する第２部に接続され、第１導電部品２１ａと第２導電部品２１ｂとの上端が導電接続部２２を介して接続されているため、導電構造２は、略逆Ｕ型のように電気案内部１３に接続されている。

導電接続部２２の設置により、第１導電部品２１ａ及び第２導電部品２１ｂを一体として接続可能である。こうして、第１導電部品２１ａ及び第２導電部品２１ｂを緊密に押圧しなくても、第１導電部品２１ａ及び第２導電部品２１ｂの間で電流の伝達も可能である。これにより、電極ユニット１００の形成後で積層された隣り合う電気案内部１３の間が絶縁基体１０の影響を受けずに互いに電気導通が容易になり、タブの導電性能の更なる改善に有利である。

説明すべきことは、導電接続部２２の設置により、第１導電部品２１ａ及び第２導電部品２１ｂを一体として接続可能である他に、第１導電部品２１ａ及び第２導電部品２１ｂを直接接続して二者を一体として接続可能である。即ち、第１導電部品２１ａの第１部から離間する一端（図８では、上端）及び第２導電部品２１ｂの第１部から離間する一端（図８では、上端）は、直接接続可能である。例えば、１枚の銅箔またはアルミニウム箔を導電構造２として採用し、銅箔またはアルミニウム箔を中部から折り曲げた後で電気案内部１３の対向する両側の導電層１１に接続してもよい。このような場合に、銅箔またはアルミニウム箔の対向して折り曲げた両部分は、それぞれ第１導電部品２１ａ及び第２導電部品２１ｂである。その際、第１導電部品２１ａと第２導電部品２１ｂとが直接逆Ｖ字型のように接続されることにより、導電構造２は、略逆Ｖ型になるように電気案内部１３に接続されている。

図５を参照し、当該実施例の電極部材によって形成された電極ユニット１００は、複数の電気案内部１３及び複数の導電構造２を備える。複数の電気案内部１３は、積層して設けられ、また２つずつの隣り合う電気案内部１３の間に導電構造２がある。これにより、タブの隣り合う電気案内部１３の間は、更に導電構造２によって電気導通可能である。これにより、電気生成部１４で発生された電流の導出時に、タブの電流収集部材２００に直接接続される最外側の電気案内部１３が自身に対応する導電構造２を介して外部へ電流を伝達可能であるとともに、タブの最外側電気案内部１３の間に積層された各電気案内部１３も導電構造２を介して電気導通を実施して外部へ電流を伝達可能である。これにより、導電能力が有効的に向上し、より効果的な充放電過程が実現可能である。

当該実施例に基づく電極部材によって形成された電極ユニット１００は、溶接方式により電流収集部材２００と接続可能であり、両者間の電気的接続を実現する。ここで、電極ユニット１００は、電極部材の導電構造２によって電流収集部材２００に溶接可能である。溶接時に、まず、導電構造２を第２部に溶接してから、電流収集部材２００を導電構造２に溶接する。つまり、二次溶接方式を使用して電極ユニット１００と電流収集部材２００との接続を実現可能である。しかし、第１実施例に言及されたように、電気案内部１３にスルーホールを設けることで、溶接エネルギーが電気案内部１３を通り抜けることが便利になり、ほぼ同じ溶接エネルギーにてより大きな厚さの溶接を実現可能である。したがって、当該実施例は、二次溶接方式を採用せず、直接一次溶接方式を採用してもよい。つまり、電流収集部材２００と導電構造２の溶接、及び、導電構造２と第２部の溶接を一度で完成することができる。これから分かるように、電気案内部１３に設けられるスルーホールにより、電流収集部材２００と導電構造２、及び、導電構造２と第２部の接続は、一度の溶接で完成可能である。二次溶接方式に比べ、一次溶接のステップが少なく、手順が簡単で、効率が高い。さらに、タブが折り曲げ可能であるため、タブが折り曲げた後で電流収集部材２００に接続されることが便利になり、タブの折り曲げ空間が節約可能であり、エネルギー密度が向上する。

説明すべきことは、導電構造２が図８に示す構造に限定されず、ここで、その中の何種かの変形例を説明する。

図８に示す導電構造２の１つの変形例として、導電構造２は、導電気接続部２２を直接省略してもよい。即ち、第１導電部品２１ａの上端及び第２導電部品２１ｂの上端が導電接続部２２を介して接続されず、互いに独立であり、何れもフリーエンドになる。このように設置するメリットとしては、導電接続部２２が省略されたため、導電接続部２２が第１導電部品２１ａ及び第２導電部品２１ｂを支持しなくなる。したがって、第１導電部品２１ａ及び第２導電部品２１ｂは、外力作用の下で近寄って来て、電極ユニット１００と電流収集部材２００の接続時に、各導電構造２の第１導電部品２１ａ及び第２導電部品２１ｂをより緊密に押し付ける。これにより、第１導電部品２１ａと第２導電部品２１ｂの間の隙間Ｇをより有効的に解消し、導電効率を更に向上させ、組立空間が節約され、電極ユニット１００と電流収集部材２００とのより有効的な組立を実現する。

図８に示す導電構造２の別の変形例として、高さ方向Ｈに沿って、電極本体１（具体的には、電気案内部１３）が第１導電部品２１ａ及び第２導電部品２１ｂの間の隙間Ｇの部分のみを充填するだけではなく、隙間Ｇの全部を充填する。このように、電極本体１が高さ方向Ｈにおいて第１導電部品２１ａ及び第２導電部品２１ｂの全部を支持可能であり、第１導電部品２１ａ及び第２導電部品２１ｂの折り曲げをより有効的に防止可能である。それは、電極部材の強度を向上しつつ、使用中に第１導電部品２１ａ及び第２導電部品２１ｂが折り曲げて電極ユニット１００に突き込むことによって短絡を引き起こすことを防止可能であるため、使用安全性が更に向上する。

図８に示す導電構造２の更に別の変形例として、導電構造２は、第１導電部品２１ａ、第２導電部品２１ｂ及び導電接続部２２を同時に備えることなく、第２導電部品２１ｂ及び導電接続部２２を省略して、第１導電部品２１ａのみを備えてもよい。つまり、導電構造２は、絶縁基体１０の厚さ方向の対向する両側の表面の第２部において導電部品をそれぞれ設けず、絶縁基体１０の厚さ方向の一方側の表面の第２部のみに導電部品を設ける。また、当該導電構造を有する電極部材の巻き付けにより電極ユニット１００を形成する際、採用される複数の電極部材の第１導電部品２１ａは、何れも各自の絶縁基体１０の厚さ方向の同一側の表面の第２部に設けられる。このように、図５から分かるように、積層された各電気案内部１３のうち、２つずつの隣り合う電気案内部１３の間にも導電構造２（具体的には、第１導電部品２１ａ）があり、且つ１つの電気案内部１３の第１導電部品２１ａが設けられていない側の導電層１１がそれに隣接するもう１つの電気案内部１３の第１導電部品２１ａに接触可能である。これにより、タブの任意の隣り合う２つの電気案内部１３の間の電気導通を実現可能であり、有効な導電ができる。

また、この場合に、各電気案内部１３が何れも厚さ方向の両側に第１導電部品２１ａ（一方側は、自身に対応する第１導電部品２１ａであり、他方側は、隣り合う電気案内部１３に対応する第１導電部品２１ａである）を備える。そのため、タブを溶接する際、各電気案内部１３の厚さ方向の両側に位置する第１導電部品２１ａは、電気案内部１３でのスルーホールを介して互いに接続可能である。これにより、電極ユニットの導電能力を向上可能であるとともに、電極ユニットの構造信頼性を向上可能である。そして、第２導電部品２１ｂ及び導電接続部２２が省略されたため、十分な電流通過を供給可能であるとともに、導電構造２の厚さ方向Ｔにおけるサイズを有効的に減少可能である。それは、タブの組立に占められる空間を更に減少し、電極ユニット１００の空間利用率を向上させるとともに、電極ユニット１００と充電電池の他の構造部品との組立難易度を低減可能である。

また、上記各実施例では、電気案内部１３と電流収集部材２００及び導電構造２等とを溶接してスルーホール中に電流通路を形成する他に、他の方式を採用してスルーホール中に電流通路を形成してもよい。例えば、第１スルーホール１３ａ中に導電媒体を直接設け、第１スルーホール１３ａ中に充填された導電媒体を利用して、電流の厚さＴ方向に沿う伝達を実現する。または、スルーホールに合わせるネジ接続部品等の金属部品によって、電気案内部１３と電流収集部材２００および導電構造２等との接続を実施可能であり、スルーホール中に挿入された金属部品を利用しても、電流を厚さ方向に沿って伝達可能である。

また、電極部材の総合性能を向上させるために、上記各実施例では、第２部の厚さ、第１スルーホール１３ａの直径及び導電構造２の厚さを設計してもよい。ただし、第２部の厚さ範囲は、１ｎｍ〜２μｍであってもよい。好ましくは、第２部の厚さ範囲は、５００ｎｍ〜１０００ｎｍであってもよい。当該厚さ範囲にあるとき、第２部は、釘刺し実験にバリを生じることが一層困難になり、電気抵抗が小さく、導電能力が強くなる。第１スルーホール１３ａの直径範囲は、１０ｎｍ〜１０００μｍであってもよい。好ましくは、第１スルーホール２ａの直径範囲は、２５ｎｍ〜８００ｎｍであってもよい。当該直径範囲内にあると、溶接エネルギーが良好に通ることが可能であるとともに、絶縁基体１０が依然として高い強度を有する。導電構造２の厚さ範囲は、５μｍ〜２０μｍであってもよい。好ましくは、導電構造２の厚さ範囲は、６μｍ〜１０μｍであってもよい。当該厚さ範囲内にあると、導電構造２は、良好な導電能力を有し、電気案内部１３の厚さを過剰に増加することなく、電極ユニット１００のエネルギー密度の確保にも有利である。

上述したのは、本発明の例示的な実施例に過ぎず、本発明を制限するためのものではない。本発明の精神及び原則内でなされた如何なる変更、等価置換、改良も本発明の保護範囲内に含まれる。

１’ 電極部材
１０’ 絶縁基体
１１’ 導電層
１２’ 活物質
１３’ 電気案内部
１４’ 電気生成部
１ 電極本体
１０ 絶縁基体
１１ 導電層
１２ 活物質
１３ 電気案内部
１４ 電気生成部
２ 導電構造
２１ａ 第１導電部品
２１ｂ 第２導電部品
２２ 導電接続部
１ａ 溶接部
１３ａ 第１スルーホール
１３ｃ 第２スルーホール
Ｇ 隙間
１００ 電極ユニット
１０１ 負電極部材
１０２ セパレータ
２００ 電流収集部材
３００ トップカバー
４００ 電極端子

Claims (15)

1. 電極部材であって、
   電極本体（１）を備え、
   前記電極本体（１）は、絶縁基体（１０）と、前記絶縁基体（１０）の表面に設けられる導電層（１１）とを備え、前記導電層（１１）は、第１部と、前記第１部から延在する第２部とを有し、前記第１部に活物質（１２）が塗布され、前記第２部に前記活物質（１２）が塗布されず、前記絶縁基体（１０）における前記第２部に対応する部分に厚さ方向を貫通する第１スルーホール（１３ａ）が設けられていることを特徴とする電極部材。
2. 前記第１スルーホール（１３ａ）内には、導電媒体が充填されていることを特徴とする請求項１に記載の電極部材。
3. 前記第１スルーホール（１３ａ）は、少なくとも２つあり、前記少なくとも２つの第１スルーホール（１３ａ）は、行に配列され、及び／又は列に配列されることを特徴とする請求項１に記載の電極部材。
4. 前記第２部の厚さ範囲は、１ｎｍ〜２μｍであり、好ましくは、５００ｎｍ〜１０００ｎｍであることを特徴とする請求項１に記載の電極部材。
5. 前記第１スルーホール（１３ａ）の直径範囲は、１０ｎｍ〜１０００μｍであり、好ましくは、２５ｎｍ〜８００ｎｍであることを特徴とする請求項１に記載の電極部材。
6. 前記第２部には、厚さ方向を貫通する第２スルーホール（１３ｃ）が設けられ、前記第２スルーホール（１３ｃ）は、前記第１スルーホール（１３ａ）に対応して設けられ、且つ前記第１スルーホール（１３ａ）に連通することを特徴とする請求項１に記載の電極部材。
7. 前記電極部材は、前記第２部に接続される導電構造（２）をさらに備えることを特徴とする請求項１から６の何れか一項に記載の電極部材。
8. 前記導電構造（２）は、前記第１スルーホール（１３ａ）を被覆することを特徴とする請求項７に記載の電極部材。
9. 前記導電構造（２）は、前記第２部に溶接されることを特徴とする請求項７に記載の電極部材。
10. 前記導電層（１１）は、前記絶縁基体（１０）の対向する両側の表面に設けられ、前記導電構造（２）は、第１導電部品（２１ａ）を備え、前記第１導電部品（２１ａ）は、前記絶縁基体（１０）の一方側の表面に位置する前記第２部に接続されていることを特徴とする請求項７に記載の電極部材。
11. 前記導電構造（２）は、第２導電部品（２１ｂ）をさらに備え、
    前記第２導電部品（２１ｂ）は、前記絶縁基体（１０）の他方側の表面に位置する前記第２部に接続されていることを特徴とする請求項１０に記載の電極部材。
12. 前記導電構造（２）の厚さ範囲は、５μｍ〜２０μｍであり、好ましくは、６μｍ〜１０μｍであることを特徴とする請求項７に記載の電極部材。
13. 請求項１から１２の何れか一項に記載の電極部材を備えることを特徴とする電極ユニット（１００）。
14. 電流収集部材（２００）を備える充電電池であって、
    請求項１３に記載の電極ユニット（１００）をさらに備え、前記電極部材の第２部が前記電流収集部材（２００）に電気的に接続されていることを特徴とする充電電池。
15. 前記第２部は、前記電流収集部材（２００）に溶接されることを特徴とする請求項１４に記載の充電電池。