JP3168282U - Ｌｉイオンパワーセル - Google Patents

Abstract

【課題】積層行程によって作成される大容量セルの生産効率を高めることができるＬｉ（リチウム）イオンパワーセルを提供する。【解決手段】Ｌｉイオンパワーセルは、巻き行程によって作製され、円柱形状又は菱形状の少なくとも２つの巻きコア１０を備える。各巻きコア１０は、並列に接続されるアノードタブ１１とカソードタブ１２とを有する。Ｌｉイオンパワーセルは、更に、ハウジング１５と、ハウジング１５上に設けられたアノード極１６とカソード極１７とを備え、アノードタブ１１はアノード極１６に、カソードタブ１２はカソードタブ１２に電気的に接続される。【選択図】図３

Description

本考案は、電池、特にＬｉイオン（リチウムイオン）パワーセルに関する。

Ｌｉイオンセルは２０世紀に発達したセルの新しい種類である。近年では、Ｌｉイオンセルは、従来のセルの代わりに、高エネルギー、安定した放電電圧、メモリー効果が無く、環境保護の利点のために携帯電話、ポータブルコンピュータ、ビデオカメラやカメラのような小型の軍事用及び民間用の電子機器に広く採用されている。現在は、高容量のＬｉイオンパワーセル（１０Ａｈ以上の容量を持つ）は試験的に電気自動車に用いられており、２１世紀における電気自動車の主要な電源供給装置となるであろう。更に、大容量のＬｉイオンパワーセルは、衛星、航空機産業や航空宇宙産業、そしてエネルギー貯蔵において広く期待されている。

電気自動車においてＬｉイオンパワーセルの使用を促進するには、セル容量を増大することが一般に産業に関わる問題となっている。通常、多数の電極板を積層する方法は、パワーセル分野においてセル容量を必要とされるレベルまで増大するために用いられる。この方法では、アノードの電極板、絶縁フィルム、カソードの電極板が１つのセル（コア）を形成するために順に積層される。図１に示すように、第１に、多数の平板状のアノードの電極板１、カソードの電極板２、一定の幅を有する絶縁フィルム３が作られる。第２に、アノードの電極板１、絶縁フィルム３、カソードの電極板２が順に繰り返し積層される。積層が終わると、全てのアノード（カソード）タブ４が互いに溶接され、そしてハウジング５上に設けられた電極６に結合される。

このように平板状の積層セルには、生産効率が低いという欠点がある。通常、アノードの電極板、絶縁フィルム、カソードの電極板から成る積層ユニットを１つ作成するのに５〜１０秒かかる。したがって、何十の積層ユニットを積層するには１０〜２０分かかる。そのうえ、層間が緩いことから、アノードの電極板とカソードの電極板との間に間隔を設けるよう制御することが難しいので、層間の間隔が大きく変動する。したがって、セルの均一性に乏しい。一般に、積層工程を原因とするセルの容量の誤差は、約±２％である。

本考案は、積層行程によって作成される大容量セルの生産効率が低いという問題を避けることのできるＬｉイオンパワーセルを提供することを目的とする。

上述の問題を解決するために、本考案は巻き工程によって作成された少なくとも２つの巻きコアを有するＬｉイオンパワーセルを提供する。各巻きコアは、アノードタブとカソードタブとを有する。各巻きコアのアノードタブとカソードタブとは、それぞれ並列に接続されている。

巻きコアは、円柱形状又は菱形状である。

巻き工程で用いられる円柱形状の巻きコアの巻きピンは円形状の断面を有し、又は、巻き工程で用いられる菱形状の巻きコアの巻きピンは、菱形状の断面を有する。

Ｌｉイオンパワーセルは、更にハウジングと、ハウジング上に設けられアノード極とカソード極とを備える。各巻きコアのアノードタブは並列に接続されるとともにアノード極と電気的に接続され、各巻きコアのカソードタブは並列に接続されるとともにカソード極と接続される。

アノード極とカソード極とは、ハウジングの対向する両端にそれぞれ固定される。各巻きコアの並列に接続されたカソードタブ又はアノードタブは、カソード極又はアノード極にしっかりと且つ直線的に接続される。

アノード極とカソード極とは、ハウジングの同じ一端側に固定され、各巻きコアの並列に接続されたカソードタブ又はアノードタブは、ハウジングの他端側にしっかりと接続され、且つハウジングを介してカソード極又はアノード極に電気的に接続される。

各巻きコアのアノードタブ及びカソードタブのそれぞれの並列接続は、各巻きコアのアノードタブを板金にしっかりと接続すること、及び各巻きコアのカソードタブを他方の板金にしっかりと接続することにより達成される。

強固な接続は、レーザー溶接工程によって達成される。

アノードタブ及びカソードタブは、それぞれ各巻きコアの対向する両端部から外部に突出する。

従来技術と比較して、上述の技術的な解決手段には次に示す利点がある。上述のＬｉイオンパワーセルは、並列に接続され且つ巻き工程によって作成された多数の巻きコアによってセル容量の増大を達成する。現在は、１つの巻きコアは自動捲回機により毎回５〜１０秒で作成され、多数の巻きコアを並列に接続するのに３０〜６０秒しかかからない。一方、従来の積層工程では、先ず初めに、アノードの電極板とカソードの電極板とが、複数の平板状の副電極板にそれぞれ切り分けられる。それから、これらの副電極板と絶縁フィルムとが、順番に繰り返し積層される。そして、積層の後に全てのアノードタブ又はカソードタブが１つのセルを形成するために互いに溶接される。１回の積層には、通常５〜１０秒かかる。例えば、１回の積層に５秒かかるとして、４０層のアノードの副電極板と、４１層のカソードの副電極板と、８３層の絶縁フィルムを有する１つのセルを得るには、全ての積層を終えるのに１３．７分かかるが、一方、３つの並列接続された巻きコアを有し且つ同容量の１つのセルを生産するのには、長くとも１．５分しかかからない。生産効率が著しく改善されるのは明らかである。

更に、本考案によるＬｉイオンパワーセルでは、巻きコアの巻き工程は自動捲回機により構成される。したがって、アノードの電極板、カソードの電極板、絶縁フィルムに加わる張力が制御され、このため巻きコアにおけるアノードの電極板とカソードの電極板との間の間隔が一定となる。これに反して、積層工程では各電極板の張力の制御をし難く、このため層間の間隔がそれぞれ異なる。したがって、本実施形態のＬｉイオンパワーセルは生産工程における巻き工程の均一性を確保することができ、このためにセルの容量の誤差は±０．５％以下である。

本考案の上述の、そして更なる目的、特徴、利点は、図面と関連した以下の記述からより明らかになるであろう。図面では、同じ参照番号は同じ構成要素を示す。図面は、実際の寸法と同じスケールではなく、本考案の趣旨を説明するために強調していることに留意する必要がある。
従来技術のパワーセルの概略構造図である。 本考案の実施形態によるＬｉイオンパワーセルの内部構造を示す概略図である。 本考案の実施形態によるＬｉイオンパワーセルの組立構造を示す概略図である。 図２に示すＬｉイオンパワーセルの巻きコアの概略分解図である。 図２，３に示すＬｉイオンパワーセルの製造方法のフローチャートである。 本考案の実施形態によるＬｉイオンパワーセルの巻きピンを示す概略図である。

（関連出願の説明）
本出願は、２００９年４月３０日に中国知的財産局に出願されたＮｏ．２０００９２０１５３８３９．３、題名「Ｌｉイオンパワーセル」の中国出願の優先権の利益を主張する。その全体の開示は参照によって本明細書に組み込まれる。

（実施形態）
本考案の上述の目的、特徴及び利点をより理解するために、本考案の具体的な実施形態を図面を参照して詳細に説明する。

以下の記述では、本考案を十分に理解するために多くの具体的な詳細が説明される。しかしながら、本考案は、以下に記述される実施形態とは異なる他の実施形態でも実施することができる。したがって、本考案は以下で明らかにされる具体例によって限定されるものではない。

本考案は、概略図を参照して詳細に記述される。本考案の具体例を詳細に記述する際に、装置の構造を表す断面図は、説明のために通常のスケールではなく部分的に拡大される。更に、概略図は単に説明的なものであって本考案の保護の範囲を限定することを意図するものではない。加えて、長さ、幅、奥行きを含む３次元空間の寸法は実際の製品に考慮される。

通常は、従来のパワーセルは多層積層工程によって作成される。その顕著に不利な点は、低い生産効率にある。一般的に、１つのセルの生産には１０〜２０分を必要とする。更に、積層構造が比較的緩いことから、層間の間隔を制御することが難しく、それ故にセルの容量の均一性に乏しい。

この点から見て、本考案のＬｉイオンパワーセルは、セルの内部で並列に接続されたＮ（Ｎは正の整数）個の巻きコアを用いることでセルの容量を増大することができる。巻きコアは巻き工程により作成される。したがって、本考案のＬｉイオンパワーセルは、セルの基本的な性能を確保することができるのみならず、生産効率及びセルの容量の均一性を著しく改善することができる。その上、本考案のＬｉイオンパワーセルは、電池の区域を保護するために従来の直方体状の硬質のハウジングに内蔵することができる。

特に、Ｌｉイオンパワーセルは巻き工程により作成された少なくとも２つの巻きコアを備える。各巻きコアはそれぞれアノードタブとカソードタブとを有する。各巻きコアのアノードタブとカソードタブとは、それぞれ並列に接続される。巻きコアは、円柱形状又は菱形状である。

巻き工程で用いられる円柱形状の巻きコアの巻きピンは円形状の断面を有し、又は、巻き工程で用いられる菱形状の巻きコアの巻きピンは、菱形状の断面を有する。

好ましくは、Ｌｉイオンパワーセルは、ハウジングと、ハウジング上に設けられたアノード極とカソード極とを更に備え、各巻きコアのアノードタブは並列に接続されるとともにアノード極と電気的に接続され、各巻きコアのカソードタブは並列に接続されるとともにカソード極と接続される。

必要に応じて、アノード極とカソード極とは、ハウジングの対向する両端にそれぞれ固定され、各巻きコアの並列に接続されたカソードタブ又はアノードタブは、カソード極又はアノード極にしっかりと且つ直線的に接続される。

必要に応じて、アノード極とカソード極とは、ハウジングの同じ一端側に固定され、各巻きコアの並列に接続されたカソードタブ又はアノードタブは、ハウジングの他端側にしっかりと接続され、且つハウジングを介してカソード極又はアノード極に電気的に接続される。

各巻きコアのアノードタブ及びカソードタブのそれぞれの並列接続は、各巻きコアのアノードタブを板金にしっかりと接続すること、及び各巻きコアのカソードタブを他方の板金にしっかりと接続することにより達成される。強固な接続は、レーザー溶接工程によって達成される。

アノードタブ及びカソードタブは、それぞれ各巻きコアの対向する両端部から外部に突出する。

以下に、Ｌｉイオンパワーセルの具体的な実施形態を図面を参照して詳細に説明する。

図２は本考案の実施形態によるＬｉイオンパワーセルの内部構造を示す概略図で、図３は本考案の実施形態によるＬｉイオンパワーセルの組立構造を示す概略図で、そして図４はＬｉイオンパワーセルの巻きコアの概略分解図である。

図２に示すように、Ｌｉイオンパワーセルは巻き工程により作成された少なくとも２つの円柱状の巻きコア１０（図２では３つの巻きコアが示される）を備える。巻きコア１０はアノードタブ１１とカソードタブ１２とを有する。各巻きコア１０のアノードタブ１１とカソードタブ１２とは、それぞれ並列に接続される。

並列接続は、各巻きコア１０のアノードタブ１１を板金１３にしっかりと接続し、且つ各巻きコア１０のカソードタブ１２を他方の板金１４にしっかりと接続することによって達成される。この強固な接続は、例えば、レーザー溶接工程によって達成される。

図４に示すように、巻きコア１０はアノードの電極板１０１、絶縁フィルム１０３、カソードの電極板１０２を順に積層し、そして積層体を円柱状の巻きピンの周りに巻くことで形成される。アノードタブ１１はアノードの電極板１０１に接続され、カソードタブ１２はカソードの電極板１０２に接続される。アノードタブ１１とカソードタブ１２とは、それぞれ円柱状の巻きコアの両端から外部に突出する。これらの巻き回された電極板は、粘着テープ１０６により互いに密着される。

図３に示すように、Ｌｉイオンパワーセルは、ハウジング１５と、ハウジング１５上に設けられたアノード極１６とカソード極１７とを更に備える。ハウジング１５は直方体状の硬質のハウジングである。ハウジング１５は、図１に示される従来のＬｉイオンパワーセルの直方体状のハウジングでもよい。

並列に接続された巻きコア１０はハウジング１５内に配置される。各巻きコア１０のアノードタブ１１は板金１３によって並列に接続され、更にアノード極１６と電気的に接続される。各巻きコア１０のカソードタブ１２は板金１４によって並列に接続され、更にカソード極１７に電気的に接続される。

図３に示すように、アノード極１６とカソード極１７とはハウジング１５の同じ一端側に固定される。アノード極１６はゴム板（図示せず）によってハウジング１５に対して絶縁され、一方、カソード極１７はハウジング１５に電気的に接続される。各巻きコア１０のアノードタブ１１が先ず並列に接続され、それからアノード極１６に接続されるように板金１３とアノード極１６とがしっかりと接続される。各巻きコア１０のカソードタブ１２が先ず並列に接続され、それからハウジング１５に接続されるように板金１４がハウジング１５の他端の内側にしっかりと固定される。ハウジングは金属のような導電性材料から成る。したがって、並列に接続されたカソードタブ１２はハウジング１５を介して外部のカソード極１７に電気的に接続される。アノード極１６とカソード極１７とはハウジングの表面にリベット１８を用いて固定される。同様に、アノード極とカソード極とは交換することができる。即ち、アノード極がハウジングに電気的に接続される一方、カソード極がハウジングに対して絶縁される。このように、並列に接続されたアノードタブがハウジングに電気的に接続される一方、並列に接続されたカソードタブがカソード極に電気的に接続される。具体的な構造は本明細書では省略される。

加えて、防爆孔１９もハウジング１５に設けられる。

図５はＬｉイオンパワーセルの製造方法のフローチャートである。製造方法は以下のステップを備える：
ステップＳ１：アノードの電極板、カソードの電極板、絶縁フィルムを作成する；
ステップＳ２：円柱状の巻きコアを形成するために、アノードの電極板、絶縁フィルム、カソードの電極板を積層し、それから円柱状の巻きピンの周りに積層体を巻く。このステップは自動捲回機により実行される；
ステップＳ３：セルを形成するために、設計される容量に依存してＮ（Ｎは正の整数）個の巻きコアを並べて配置し、各巻きコアのアノードタブとカソードタブとをそれぞれ並列に接続する；
ステップＳ４：ハウジングの内部にセルを固定し、セルをハウジング上のアノード極とカソード極とに電気的に接続する。

上述のＬｉイオンパワーセルは、並列に接続され且つ巻き工程によって作成された多数の巻きコアによってセル容量の増大を達成する。現在は、１つの巻きコアは自動捲回機により毎回５〜１０秒で作成され、多数の巻きコアを並列に接続するのに３０〜６０秒しかかからない。一方、従来の積層工程では、先ず初めに、アノードの電極板とカソードの電極板とが、複数の平板状の副電極板にそれぞれ切り分けられる。それから、これらの副電極板と絶縁フィルムとが、順番に繰り返し積層される。そして、積層の後に全てのアノードタブ又はカソードタブが１つのセルを形成するために互いに溶接される。１回の積層には、通常５〜１０秒かかる。例えば、１回の積層に５秒かかるとして、４０層のアノードの副電極板と、４１層のカソードの副電極板と、８３層の絶縁フィルムを有する１つのセルを得るには、全ての積層を終えるのに１３．７分かかるが、一方、３つの並列接続された巻きコアを有し且つ同容量の１つのセルを生産するのには、長くとも１．５分しかかからない。生産効率が著しく改善されるのは明らかである。

更に、巻きコアの巻き工程は自動捲回機により構成される。したがって、アノードの電極板、カソードの電極板、絶縁フィルムに加わる張力が制御され、このため巻きコアにおけるアノードの電極板とカソードの電極板との間の間隔が一定となる。これに反して、積層工程では各電極板の張力の制御をし難く、このため層間の間隔がそれぞれ異なる。したがって、本実施形態のＬｉイオンパワーセルは生産工程における巻き工程の均一性を確保することができ、このためにセルの容量の誤差は±０．５％以下である。

本考案のもう一つの実施形態では、アノード極とカソード極とがハウジングの対向する両端にそれぞれ固定される。更に、アノード極とカソード極とがゴム板を用いてハウジングに対して絶縁される。アノードタブとカソードタブとは、各円柱状の巻きコアの２つの端面にそれぞれ対応して配置される。したがって、各巻きコアのカソードタブは並列に接続され、それから板金を介してカソード極にしっかりと接続される。各巻きコアのアノードタブは並列に接続され、それから他の板金を介してアノード極にしっかりと接続される。具体的な構造は上述の実施形態の構造と同様であり、故に本明細書では詳細な説明を省略する。

上述の各実施形態では、パワーセルの巻きコアは円柱形状であって、アノードの電極板、絶縁フィルム、カソードの電極板を積層した後に円柱形状の巻きピンの周りに積層体を巻くことで形成される。その他に、巻きコアは、菱形状又は矩形状といった他の形状の断面を有してもよい。

巻きピンは、図６に示すように菱形状の断面を有する。巻き工程では、菱形状の巻きコアを形成するために、アノードの電極板、絶縁フィルム、カソードの電極板が積層され、それから菱形状の巻きピンの周りに巻かれる。このように形成された複数の巻きコアのアノードタブとカソードタブとは、それぞれ並列に接続される。

従来の矩形状の断面を有する平坦な巻きピンと比較して、菱形状の巻きピンはより大きな厚みを持つ。したがって、一定の大きさを有するハウジングにおいて巻き回されたアノード及びカソードの電極板の長さを長くすることができる。セルの容量は主にアノードの電極板の適用量に依存するので、アノードの電極板の長さが長くなることはセルの容量の増大を意味する。

上述の記載は本考案の好ましい実施形態の一例であって、決して本考案を限定することを意図するものではない。

本考案は、好ましい実施形態として上述のように表されているが、本考案を限定することを意図するものではない。当技術分野の当業者にとって、本考案の技術的解決手段の範囲から離れることなく上述の方法や技術要素を用いることで多くの変形例や変更例、又は同等のものが本考案の技術的解決手段と為され得る。したがって、本考案の技術的解決手段の要素から離れることなく技術的要素による上述の実施形態に為される単なる変形や変更、又は同等のものの何れもが、本考案の技術的解決手段の保護範囲に収まる。

Claims (9)

1. 巻き工程によって作成される少なくとも２つの巻きコアを備え、各巻きコアはアノードタブとカソードタブとを有し、各巻きコアのアノードタブとカソードタブとはそれぞれ並列に接続されることを特徴とするＬｉイオンパワーセル。
2. 巻きコアは円柱形状又は菱形状であることを特徴とする請求項１記載のＬｉイオンパワーセル。
3. 巻き工程で用いられる円柱形状の巻きコアの巻きピンは円形状の断面を有し、又は、巻き工程で用いられる菱形状の巻きコアの巻きピンは、菱形状の断面を有することを特徴とする請求項２記載のＬｉイオンパワーセル。
4. ハウジングと、ハウジング上に設けられたアノード極とカソード極とを更に備え、各巻きコアのアノードタブは並列に接続されるとともにアノード極と電気的に接続され、各巻きコアのカソードタブは並列に接続されるとともにカソード極と接続されることを特徴とする請求項１記載のＬｉイオンパワーセル。
5. アノード極とカソード極とはハウジングの対向する両端にそれぞれ固定され、各巻きコアの並列に接続されたカソードタブ又はアノードタブは、それぞれカソード極又はアノード極にしっかりと且つ直線的に接続されることを特徴とする請求項４記載のＬｉイオンパワーセル。
6. アノード極とカソード極とはハウジングの同じ一端側に固定され、各巻きコアの並列に接続されたカソードタブ又はアノードタブは、ハウジングの他端側にしっかりと接続され、且つハウジングを介してカソード極又はアノード極に電気的に接続されることを特徴とする請求項４記載のＬｉイオンパワーセル。
7. 各巻きコアのアノードタブ及びカソードタブのそれぞれの並列接続は、各巻きコアのアノードタブを板金にしっかりと接続すること、及び各巻きコアのカソードタブを他方の板金にしっかりと接続することにより達成されることを特徴とする請求項１記載のＬｉイオンパワーセル。
8. 強固な接続はレーザー溶接工程によって達成されることを特徴とする請求項５，６又は７記載のＬｉイオンパワーセル。
9. アノードタブ及びカソードタブは、それぞれ各巻きコアの対向する両端部から外部に突出することを特徴とする請求項１記載のＬｉイオンパワーセル。

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