JP3531552B2 - 積層型電池・キャパシタ用電極構造体 - Google Patents

積層型電池・キャパシタ用電極構造体

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JP3531552B2
JP3531552B2 JP27832199A JP27832199A JP3531552B2 JP 3531552 B2 JP3531552 B2 JP 3531552B2 JP 27832199 A JP27832199 A JP 27832199A JP 27832199 A JP27832199 A JP 27832199A JP 3531552 B2 JP3531552 B2 JP 3531552B2
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capacitor
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、積層型電池・キャ
パシタ用電極構造体、特にセパレータに対する正極板及
び負極板の位置決め部が改良された電極構造体に関す
る。
【0002】
【従来の技術】積層型電池・キャパシタのうち、従来の
プレート型のニッケル−カドミウム蓄電池の内部構造が
図6に示されている。このニッケル−カドミウム蓄電池
は、電極構造体60と、蓋上の突部から成る正極端子6
8と、ケースから成る負極端子70とを有する。
【0003】電極構造体60は、正極板62及び負極板
64と、両極板の間に介在された電気絶縁性のセパレー
タ66と、から成る。ここで、正極板62及び負極板6
4はセパレータ66に対して所定の関係で位置決めされ
ている必要がある。正極板62及び/又は負極板64の
セパレータ66に対する相対位置がずれて一方又は両方
の極板がセパレータ66からはみ出ると、正極板62と
負極板64とが直接対向して短絡するおそれがある。ま
た、正極板62と負極板64との相対位置がずれて両極
板の対向面積が減少すると、蓄電池の性能が低下するお
それがある。
【0004】これを考慮して、上記電極構造体60は、
正極板62、負極板64及びセパレータ66a,66b
を図に示すように位置決め及び積層していた。即ち、
セパレータ66aの周縁の複数の小孔71に4本のピン
67を厚さ方向に立設しておき、セパレータ66a上に
正極板62をその周縁がピン67に接触するように重ね
る。これにより、正極板62がセパレータ66aに対し
て上下方向及び左右方向において位置決めされる。次
に、上記セパレータ66aと同形状のセパレータ66b
を正極板62の上に重ねてその小孔71内にピン67を
挿通する。これにより、セパレータ66aとセパレータ
66bとが上下方向及び左右方向において相互に位置決
めされる。次に、負極板64をその周縁がピン67に接
触するようにセパレータ66bの上に重ねる。これによ
り、負極板64がセパレータ66bに対して上下方向及
び左右方向において位置決めされる。
【0005】この電極構造体60では、正極板62、負
極板64及びセパレータ66a,66bを上述したよう
に積層、位置決めした後、電極構造体60をニッケル−
カドミウム蓄電池に組み込む時にセパレータ66a,6
6bからピン67が抜かれる。
【0006】
【発明が解決すべき課題】しかし、上記電極構造体60
は、ニッケル−カドミウム蓄電池に組み込まれた後は、
ピン67が抜かれ、正極板62、負極板64及びセパレ
ータ66a,66b相互間の位置決め部材を有さない。
そのため、正極板62及び/又は負極板64のセパレー
タ66a,66bに対する相対位置がずれたり、一方の
セパレータ66a又は66bの他方のセパレータ66b
又は66aに対する相対位置がずれることがある。その
結果、正極板62及び/又は負極板64がセパレータ6
6a,66bからはみ出して短絡するおそれがあるのみ
ならず、正極板62と負極板64との対向面積が減少し
てニッケル−カドミウム蓄電池の性能が低下するおそれ
がある。また、セパレータ66a,66b上の小孔71
から正極板60及び負極板64の活物質が脱落するおそ
れがある。
【0007】本発明は上記事情を背景にしてなされたも
ので、正極板及び負極板をセパレータに対して一旦位置
決めして電極構造体を電池又はキャパシタに組み込んだ
後は、正極板及び/又は負極板がセパレータに対して位
置ずれを生ずることがない、積層型電池・キャパシタ用
電極構造体を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本願の発明者は、電極構造体を構成する正極板、負
極板及びセパレータ間に位置決め部材を設けることを考
え、セパレータに位置決め部を設けることにより、正極
板、負極板及びセパレータの組付け時の作業性が良く、
しかも組付け後も正極板、負極板及びセパレータ間で位
置ずれが生じないことを確認し、本発明を完成したもの
である。
【0009】即ち、第1発明にかかる積層型電池・キャ
パシタ用電極構造体は、複数枚の正極板と負極板とが交
互に積み重ねられ、隣り合う正極板と負極板との間にそ
れぞれ電気絶縁性のセパレータが介在されて成る積層型
電池・キャパシタの電極を構成する積層型電池・キャパ
シタ用電極構造体であって、各セパレータは、正極板又
は負極板が接触する接触部以外の部分に、部分の一部を
厚さ方向に変形させた突部から成る位置決め部を有し、
各セパレータの突部が隣接するセパレータの突部の背後
のくぼみに嵌入され、位置決め部は各セパレータ上にお
いて正極板又は負極板を位置決めするとともに、隣接す
るセパレータ同士を位置決めしている。この電極構造体
は、電極構造体を積層型電池・キャパシタに組み込まれ
た後も、セパレータに形成した突部から成る位置決め部
が、正極板及び負極板を各セパレータ上の所定位置に保
持する。また、突部が隣接する突部のくぼみに嵌入する
ことにより、位置決め部が隣接するセパレータ同士を相
互に位置決めする
【0010】第2発明にかかる積層型電池・キャパシタ
用電極構造体は、複数枚の正極板と負極板とが交互に積
み重ねられ、隣り合う該正極板と該負極板との間にそれ
ぞれ電気絶縁性のセパレータが介在されて成る積層型電
池・キャパシタの電極を構成する積層型電池・キャパシ
タ用電極構造体であって、各セパレータは、正極板又は
負極板が接触する接触部以外の部分に形成され、各セパ
レータの対角線方向において対向する一対の角部を折り
曲げて形成された折曲げ部から成る位置決め部を有し、
位置決め部は正極板又は負極板に形成された切欠きに係
合し、各セパレータ上において正極板又は極板を位置決
めしている。この電極構造体は、電極構造体を積層型電
池・キャパシタに組み込まれた後も、セパレータに形成
した折曲げ部から成る位置決め部が、正極板及び負極板
を各セパレータ上の所定位置に保持する。
【0011】
【発明の実施の形態】本発明は、積層型電池及び積層型
キャパシタ(電気二重層キャパシタ)に適用できる。
【0012】このうち、積層型電池は、ニッケル−カド
ミウム蓄電池、ニッケル−水素蓄電池及びリチウムイオ
ン蓄電池等の二次電池を含む。ニッケル−カドミウム蓄
電池用電極構造体は、一般にその正極板としてはNiO
OH(オキシ水酸化ニッケル)が用いられ、負極板とし
てはCd(カドミウム)が用いられる。また、セパレー
タはポリアミド製で、イオン透過性、電気的絶縁性、か
つ多孔性の不織布から成る。ニッケル−水素蓄電池用電
極構造体は、一般にその正極板としてはNiOOH(オ
キシ水酸化ニッケル)が用いられ、負極板としては水素
吸蔵合金が用いられる。更に、リチウムイオン蓄電池用
電極構造体は、一般にその正極板としてはLiCoO2
が用いられ、負極板としては炭素材料(ピッチコーク
ス)が用いられる。尚、ニッケル−水素蓄電池用電極構
造体及びリチウムイオン蓄電池用電極構造体のセパレー
タは、ニッケル−カドミウム蓄電池用電極構造体のセパ
レータと同じ材質から成る。
【0013】また、積層型キャパシタ(電気二重層キャ
パシタ)用電極構造体は、図8に示すように、一般にA
l(アルミニウム)等から成る集電体81及びその上に
結着された活性炭等の正極活物質82等で構成された正
極板83と、Al等から成る集電体84及びその上に結
着された活性炭等の負極活物質85で構成された負極板
86と、ポリプロピレン等から成り正極板83と負極板
86との間に介在されたセパレータ88とから成る。
尚、積層型キャパシタの電極構造体には図9に示すよう
に、集電体90の両側に正極板92が積み重ねられ、そ
の外側にはセパレータ94を間に挟んで負極板96が積
み重ねられたものもあり、本発明はこのタイプの電極構
造体にも適用可能である。
【0014】積層型電池及び積層型キャパシタ用電極構
造体のセパレータに形成する位置決め部の個数は2以上
の任意の数とできる。例えば、セパレータに2つで対を
成す位置決め部を2組(合計4つ)形成し、一方の対の
位置決め部は、セパレータの板面内で一方向(例えば、
矩形状のセパレータの長手方向)に離れて形成し、他方
の対の位置決め部は一方向と交差する他方向(例えば、
矩形状のセパレータの短手方向)において離れて形成す
ることができる。また、セパレータに一対の位置決め部
(合計2つ)をセパレータの板面内で一方向(例えば、
矩形状のセパレータの長手方向)において離れて形成す
ることもできる。
【0015】セパレータに4つの位置決め部を形成する
場合、各位置決め部はセパレータの周縁の一部を厚さ方
向に変形させて形成した突部とすることができる。この
4つの位置決め部のそれぞれが矩形状の正極板又は負極
板の各辺を支持する。尚、突部の形状は矩形状、三角形
又は半円形状とすることができる。一方、セパレータに
2つの位置決め部を形成する場合、各位置決め部はセパ
レータの周縁の一部を厚さ方向に変形させて形成した矩
形状の突部とし、この矩形状の突部を正極板又は負極板
に形成された矩形状の切欠きに係合させることができ
る。
【0016】セパレータを厚さ方向に変形させて位置決
め部を形成する場合、隣り合うセパレータ同士の位置決
め部を互いに係合させることもできる。このようにすれ
ば、セパレータの位置決め部により隣り合うセパレータ
同士も位置決めされ、セパレータ、正極板及び負極板間
の位置決めがより確実になる。
【0017】また、2つの位置決め部はセパレータの一
部(例えば対角線方向で対向する一対の角部)を折り曲
げた折曲げ部で形成し、この折曲げ部を正極板又は負極
板の角部を切り欠いて形成した斜辺部に係合させること
もできる。この場合は、隣り合うセパレータの位置決め
部同士は係合しない。
【0018】尚、積層型電池又はキャパシタの構造によ
っては、正極板及び負極板とセパレータとの間に電解質
が存在して、正極板又は負極板がセパレータに直接接触
せず、電解質を介して接触する場合もある。但し、本発
明において接触とは、そのような間接的な接触状態も含
む広い意味である。
【0019】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ説
明する。これらの実施例は何れも、本発明がキャパシタ
用の電極構造体に適用された例である。 <第1実施例>この実施例による電極構造体を分解して
示す図1において、電極構造体はセパレータ22a、正
極板10、セパレータ22b及び負極板16からなる。
正極板10は図1において上縁にタブ12を有し、全体
として矩形状で、アルミ箔から成り、厚さは10〜5000
μmである。負極板16は図1において下縁にタブ18
を有し、正極板と同じ矩形状で、アルミ箔から成り、厚
さは10〜5000μmである。また、セパレータ22a,
22bは正極板10及び負極板16よりも大きい矩形状
を有し、セルロース系繊維等から成り、厚さは10〜1
00μmである。
【0020】セパレータ22aの両側縁の中間部及び上
下縁の中間部にはそれぞれ対を成す矩形状の突部24
a、26aが2組(合計4つ)形成されている。これら
の突部24a,26aは、セパレータ22aの周縁の一
部を断面コ字形状に突出変形させて形成したものであ
る。セパレータ22aの突部24a、26aは正極板1
0の外周縁に対応する位置に形成されており、図2に示
すように突部24a,26aの高さは正極板10の厚さ
とセパレータ22bの厚さの合計程度である。
【0021】セパレータ22bの両側縁の中間部及び上
下縁の中間部にもそれぞれ対を成す矩形状の突部24
b、26bが2組(合計4つ)形成されている。これら
の突部24b,26bも、セパレータ22bの周縁の一
部を断面コ字形状に突出変形させて形成したもので、負
極板16の外周縁に対応する位置に形成されており、高
さは負極板16の厚さとセパレータ22c(図2参照)
の厚さの合計程度である。
【0022】セパレータ22a、正極板10、セパレー
タ22b及び負極板16の積層時には、図1及び図2に
示すように、正極板10をその周縁がセパレータ22a
の4つの突部24a,26aの内側に位置するようにセ
パレータ22aに重ねる(図1において二点鎖線で図
示)。その際、両突部24aの内側縁と正極板10の両
側縁との接触により正極板10が左右方向において位置
決めされ、両突部26aの内側縁と正極板10の上縁及
び下縁との接触により正極板10が上下方向において位
置決めされる。次に、正極板10の上にセパレータ22
bを重ね、その突部24b,26bの背後のくぼみ内に
セパレータ22aの突部24a、26aを嵌入させる。
その際、突部24aと24bとの係合によりセパレータ
22aと22bとが上下方向において位置決めされ、突
部26aと26bとの係合によりセパレータ22aと2
2bとが左右方向において位置決めされる。次に、負極
板16をセパレータ22bの突部24b、26bの内側
に位置するようにセパレータ22bに重ねる。その際、
両突部24bの内側縁と負極板16の両側縁との接触に
より負極板16が左右方向において位置決めされ、両突
部26bの内側縁と負極板16の上縁及び下縁との接触
により負極板16が上下方向において位置決めされる。
【0023】こうして完成した電極構造体の正極板10
と負極板16とは突部24a、24b及び突部26a、
26bによりセパレータ22bの両面上の所定位置に位
置決めされて対向している。この電極構造体は、積層状
態のままキャパシタ内に組み込まれる。
【0024】この電極構造体において、セパレータ22
a,22b上の突部24a、24b及び26a、26b
は、電極構造体をキャパシタに組み込み後も存在し、キ
ャパシタ内において正極板10及び負極板16をセパレ
ータ22bに対して所定位置に保持する。従って、正極
板10及び/又は負極板16がセパレータ22bに対し
て位置ずれする心配がなく、両極板はセパレータ22b
により良好な縁状態に保たれる。
【0025】また、正極板10及び負極板16の周縁部
にはこれらを位置決めするための小孔71(図7参照)
や切欠き等は形成しないので、そのための加工が不要に
なるとともに、活物質の脱落の心配もなく、両電極板が
広い面積が対向してキャパシタ下の性能が向上する。 <第2実施例>この実施例の電極構造体は、セパレータ
に形成する位置決め部の構成が第1実施例の電極構造体
とは異なる。即ち、図3に示すように、セパレータ38
a、正極板30、セパレータ38b及び負極板34から
成る電極構造体において、セパレータ38aの両側部に
一対の矩形状の突部40aが形成され、正極板30の両
側部の突部40aに対向する部分に矩形状の切欠き32
が形成されている。また、セパレータ38bの側部に一
対の矩形状の突部40bが形成され、負極板34の両側
部の突部40bに対向する部分に矩形状の切欠き36が
形成されている。
【0026】セパレータ38a、正極板30、セパレー
タ38b及び負極板34の積み重ね時には、セパレータ
38aの上に正極板30を重ね、切欠き32内に突部4
0aを係合させる。その際、突部40aの上縁及び下縁
と切欠32きの上縁及び下縁との係合により正極板30
がセパレータ38aに対して上下方向において位置決め
される。また、突部40aの内側縁と切欠き32の内側
縁との係合により正極板30がセパレータ38aに対し
て左右方向において位置決めされる。
【0027】正極板30の上にセパレータ38bを重ね
る際、突部40bの背後のくぼみにセパレータ38aの
突部40aを嵌入させる。これにより、セパレータ38
bがセパレータ38aに対して上下方向及び左右方向に
おいて位置決めされる。
【0028】更に、セパレータ38bの上に負極板34
を重ね、切欠き内36に突部40bを係合させる。その
際、突部40bの上縁及び下縁と切欠き36の上縁及び
下縁との係合により負極板34がセパレータ38bに対
して上下方向において位置決めされる。また、突部40
bの内側縁と切欠き36の内側縁との係合により負極板
34がセパレータ38bに対して左右方向において位置
決めされる。
【0029】この電極構造体は、セパレータ38a,3
8bに形成する突部40a、40bが2つですむので、
上記第1の実施例の電極構造体に比べて、突部40a、
40bの個数が半減し、構成が簡単になる。その反面、
正極板30及び負極板34に切欠き32,36を形成す
るので、切欠きを形成しない場合に比べてこれらの強度
が低下する。そこで、正極板30及び負極板34を厚さ
40μm以上のアルミ箔等、剛性が高い材料で形成する
ことが望ましい。 <第3の実施例>この実施例の電極構造体は、上記第2
の実施例の電極構造体の変形例である。即ち、図5
(a),(b)に示すように、セパレータ52a、正極
板44、セパレータ52b及び負極板48から成る電極
構造体において、セパレータ52aの対角線方向で対向
する角部にはその板面に対してほぼ180度折り返した
三角形の折曲げ部54aが2つ形成され、正極板44の
対応する角部を切り欠かれて形成した斜辺状の係合部4
6に係合している。また、セパレータ52bにもセパレ
ータ52aと同様の折曲げ部54bが形成され、負極板
48の対応する角部に正極板44と同様に形成された斜
辺状の係合部50に係合している。
【0030】この電極構造体は、図4に示すように、セ
パレータ52aの角部を正極板44の係合部46に一致
させて、セパレータ52aの表面が谷側となるように角
部を180度折り返すことにより、係合部46に重なる
曲げ部54aを形成する。これにより、正極板44をセ
パレータ52aに対して上下方向及び左右方向に位置決
めする。また、セパレータ52bの角部を負極板48の
係合部50に一致させて、セパレータ52bの表面が谷
側となるように角部を180度折り返すことにより、係
合部50に重なる曲げ部54bを形成する。これによ
り、負極板48をセパレータ52bに対して上下方向及
び左右方向に位置決めする。
【0031】この電極構造体によれば、セパレータ52
a,52b上の位置決め部である折曲げ部54a,54
bは、単にセパレータの角部を折り曲げるのみで簡単に
形成できる。尚、この実施例の電極構造体は、セパレー
タ52a,52b同士間の位置決め部を有さないが、セ
パレータ52a、正極板44、セパレータ52b及び負
極板48をキャパシタ内に収納すると、セパレータ52
a,52bはキャパシタのケース等により位置決めされ
るので、セパレータ52a,52b同士がずれることは
殆どない。
【0032】
【発明の効果】以上述べてきたように、第1発明にかか
る積層型電池・キャパシタ用の電極構造体によれば、セ
パレータの一部を変形させて形成した突部から成り隣接
するセパレータの突部のくぼみに嵌入した位置決め部に
より、正極板及び負極板がセパレータ上の所定の位置に
位置決めされる。従って、この電極構造体を電池又はキ
ャパシタ内に組み込んだ後も、正極板と負極板とはセパ
レータを間にして対向した所定の位置関係に保持され
る。その結果、正極板と負極板との絶縁性が向上して短
絡が防止できるとともに、両極板間の対向面積が変化せ
ず積層型電池・キャパシタの性能が維持される。また、
突部から成る位置決め部の突部から成る位置決め部のく
ぼみへの嵌入により隣接するセパレータ同士が位置決め
される。一方、第2発明にかかる積層型電池・キャパシ
タ用の電極構造体によれば、セパレータの一部を折り曲
げて形成された折り曲げ部から成る位置決め部が、正極
板又は負極板に形成された切欠きに係合することによ
り、正極板及び負極板がセパレータ上の所定の位置に位
置決めされる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例(電極構造体)を示す分
解斜視図である。
【図2】上記第1実施例の断面図である。
【図3】本発明の第2の実施例(電極構造体)を示す分
解斜視図である。
【図4】本発明の第3の実施例(電極構造体)を示す分
解斜視図である。
【図5】(a)は上記第3実施例の平面図、(b)は図
5(a)における5−5断面図である。
【図6】積層型電池の一つであるニッケル−カドミウム
蓄電池の分解斜視図である。
【図7】上記蓄電池の電極構造体を示す分解斜視図であ
る。
【図8】キャパシタ用電極構造体の一例を示す断面図で
ある。
【図9】キャパシタ用電極構造体の別の例を示す断面図
である。
【符号の説明】
10、30、44:正極板 14、34,4
8:負極板 22a,22b;38a,38b;52a,52b:セ
パレータ 24a、24b、26a、26b;40a、40b;5
4a、54b:位置決め部 32、36:切欠き 46,50:斜辺部
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H01M 10/40 H01G 9/00 301J (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01M 2/18 H01G 9/02 H01G 9/155 H01M 4/02 H01M 10/04 H01M 10/28 H01M 10/40

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】複数枚の正極板と負極板とが交互に積み重
    ねられ、隣り合う該正極板と該負極板との間にそれぞれ
    電気絶縁性のセパレータが介在されて成る積層型電池・
    キャパシタの電極を構成する積層型電池・キャパシタ用
    電極構造体であって、 前記各セパレータは、前記正極板又は前記負極板が接触
    する接触部以外の部分に、該部分の一部を厚さ方向に変
    形させた突部から成る位置決め部を有し、該各セパレー
    タの該突部が隣接する該セパレータの該突部の背後のく
    ぼみに嵌入され、 該位置決め部は各該セパレータ上において該正極板又は
    負極板を位置決めするとともに、隣接する該セパレータ
    同士を位置決めしている、 ことを特徴とする積層型電池・キャパシタ用電極構造
    体。
  2. 【請求項2】前記各セパレータの位置決め部は、該各セ
    パレータを厚さ方向に変形させて二対形成され、該各対
    の位置決め部は、該セパレータの属する平面内で一方向
    及び該一方向と交差する他方向において離れて、前記正
    極板又は負極板の周縁部を支持している請求項に記載
    の積層型電池・キャパシタ用電極構造体。
  3. 【請求項3】前記各セパレータの位置決め部は 該各セ
    パレータを厚さ方向に変形させて一対形成され、該両位
    置決め部は、該セパレータの属する平面内で一方向にお
    いて離れて、前記正極板又は負極板に形成された切欠き
    に係合している請求項に記載の積層型電池・キャパシ
    タ用電極構造体。
  4. 【請求項4】複数枚の正極板と負極板とが交互に積み重
    ねられ、隣り合う該正極板と該負極板との間にそれぞれ
    電気絶縁性のセパレータが介在されて成る積層型電池・
    キャパシタの電極を構成する積層型電池・キャパシタ用
    電極構造体であって、 前記各セパレータは、前記正極板又は前記負極板が接触
    する接触部以外の部分に形成され、該各セパレータの対
    角線方向において対向する一対の角部を折り曲げて形成
    された折曲げ部から成る位置決め部を有し、該位置決め
    部は前記正極板又は負極板に形成された切欠きに係合
    し、各該パレータ上において該正極板又は負極板を位置
    決めしている、 ことを特徴とする積層型電池・キャパシタ用電極構造
    体。
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