JP3905942B2 - スパイラル形電池 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スパイラル形電池、特にそのスパイラル状電極群の上部に配設される群押さえの改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、筒形リチウム電池に代表されるスパイラル形電池は、シート状正極、セパレータ、シート状負極を順次重ね合わせ、これをスパイラル状に巻回して発電要素たるスパイラル状電極群を構成し、これを底板を介して円筒容器たる缶に収容し、スパイラル状電極群の上部に図７に示すようなリング状の群押さえ２０を載置した後、スパイラル状電極群の中心孔に電極棒を差し込んで、スパイラル状電極群の下部に突出する負極リード板を、缶の内底面にスポット溶接する。そして、図８に示すように、群押さえ２０の上方部位にて缶１にビーディング部１ａを形成してスパイラル状電極群５を固定せしめ、注液ノズルをスパイラル電極群の中心部に差し込んで電解液を注入した後、ビーディング部１ａの上部に端子部を装填しカール封口して電池を作製するようにしている。
【０００３】
上記において、負極リード板を負極缶にスポット溶接する工程においては、缶に対して芯出しされた電極棒をスパイラル状電極群の中心孔に缶の底部まで完全に挿入しなければならず、また、電解液を注入する工程においても缶に対して芯出しされた注液ノズルをスパイラル状電極群の中心孔に挿入しなければならない。もし、中心孔に電極棒や注液ノズルを円滑に入れることができないときは、セパレータに例えば図９の如く電極棒１０や注液ノズルが接触して当該セパレータを傷つけたり破ったりし、こうした場合には電極棒がセパレータに妨害されて缶１の内底面まで達せずにスポット溶接ができなかったり、溶接されても接続不良を生ずる場合等があり、製品歩留まりや電池性能の低下要因となる。
【０００４】
ここで、スパイラル状電極群の具体的な製造方法は、シート状のセパレータの中心を挾んで片側の上面に例えばシート状正極を配設し、また他側の下面に例えばシート状負極を配設し、次いでセパレータの中心部を二股状の心棒で挾むようにして保持し、この心棒を一方向に回転して心棒の周りにセパレータを挾んでシート状正極とシート状負極が積層捲回されるようにする。そして、最後にこの心棒をセパレータの中心部から引き抜くわけであるが、この時に、このセパレータの中心部が捲回型電極群の中心孔を横切るように残るので、巻き終わって芯棒を抜いたときに、セパレータの中心部が巻回方向と逆に戻るようにするなどして丸穴の中心孔を得るようにしている。
【０００５】
しかし、中心孔が丸穴であっても、このスパイラル状電極群それ自体が真円になっていない。これは正極と負極では厚さも長さも違う等の関係で生ずるものである。このためスパイラル状電極群の中心孔の位置は、その中心孔自体が缶のセンターから多少ずれてしまうのが普通である。
【０００６】
そこで、従来は、溶接の電極棒の直径２ｍｍに対して、中心孔をかなり大きな穴径である直径６．５ｍｍに設定し、群押さえとして図７のリング状の群押さえ２０を使用することにより、スパイラル状電極群の中心孔の位置がどのようにずれても、必ずその中心孔の直径以内に電極棒の直径２ｍｍがその挿入長さにわたって位置するようにして、電極棒や注液ノズルを差し込んだ際にセパレータを傷つけたり溶接不良を起こすことがないようにしていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、スパイラル状電極群の中心孔をこのような大きな直径６．５ｍｍに設定して予め空けておくことは、それだけ活物質の充填量が少なく、電池容量が低下してしまうことを意味する。従って、スパイラル状電極群の巻芯の中心孔は、できるだけ小さいことが望まれる。
【０００８】
他方、上記したように、スパイラル状電極群それ自体が真円でないことに起因する中心孔の位置的誤差に対し、缶に対して芯出しされたスポット溶接の電極棒や注液ノズルを、セパレータを傷つけないように円滑に通すことも要請される。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、スパイラル状電極群の中心孔を従来よりも小径にする一方で、その中心孔内に溶接用の電極棒をスムーズに挿入することができ、セパレータを損傷することなく、活物質充填量の増量を図ることのできるスパイラル形電池を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、シート状正極２、セパレータ３、シート状負極４を順次重ね合わせて巻回してなるスパイラル状電極群５を底板７を介して有底円筒缶１に収容し、スパイラル状電極群５上部に群押さえ８を載置した後、スパイラル状電極群５の中心孔６に電極棒１０を差し込んで、スパイラル状電極群５の下部に突出する負極リード板９を有底円筒缶１の内底面にスポット溶接するスパイラル形電池において、前記有底円筒缶１の開口部に位置する端子部１４と前記電極群５の間に配置された前記群押さえ８の中央部に、前記スパイラル状電極群５の中心孔６に挿入されて、前記電極棒１０を前記スパイラル状電極群５の中心孔６に案内する中空突起８ｂを電極群５側に設けたものである。
【００１１】
従来のスパイラル形電池においては、予め不都合が生じるであろう範囲を予測して、最初から巻心にある程度大きな中心孔（φ６．５ｍｍ）を使用し、より小径の電極棒（φ２ｍｍ）を缶のセンター位置にて差し込んだときに、中心孔（φ６．５ｍｍ）のエリア内に電極棒（φ２ｍｍ）がいつも最後までスムーズに入る形を確保するものであるのに対し、本発明においては、群押さえの中央部に設けた中空突起をスパイラル状電極群の中心孔に挿入することにより、スパイラル状電極群の中心孔を従来よりも小径にするにもかかわらず電極棒の挿入に必要な中心孔の孔径を確保するものである。
【００１２】
即ち、中空突起をスパイラル状電極群の中心孔に挿入することにより、中空突起は、電極棒及び注液ノズルをセパレータから離してセパレータを保護するスペーサとして機能する。電極棒はこのスペーサとして機能する中空突起に案内されてスパイラル状電極群の中心孔に入るため、電極棒の挿入がスムーズに行われる。
【００１３】
このため、最初に形成された巻芯の中心孔の径が従来より小さくても、溶接不良や注液不良を起こす割合が少なくなり、活物質充填量を従来より増大させ、かつ溶接不良や注液不良の生ずる割合を従来以下に抑えることができる。
【００１４】
そして好ましくは、前記群押さえの中空突起が前記電極棒によりセパレータを傷つけるのを防ぐ為の先細状のテーパを有する構成、例えば円錐形の中空突起とすることである。これによりスパイラル状電極群の中心孔の孔径を従来よりも小さくしても群押さえの中空突起を前記中心孔に挿入しやすくなり、また、電極棒を中空突起内に挿入する際に、このテーパ面に案内されてスパイラル状電極群の中心孔の中心に近づくように導かれるため、電極棒がセパレータに接触してこれを傷つける危険がより少なくなる。
【００１５】
また、さらに好ましくは、前記群押さえの中空突起が軸方向に沿ったスリットを有する構成とすることである。このスリットにより分割された中空突起の分割片は、電極棒を挿入した場合、これに接触して径方向外側に拡径でき、電極棒の挿入をよりスムーズに案内することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１７】
図５は、本発明の対象とするスパイラル形リチウム電池を示したものであり、次のようにして作成されている。
【００１８】
まず、シート状正極２、セパレータ３、シート状負極４を順次重ね合わせこれをスパイラル状に巻回して筒形の発電要素たるスパイラル状電極群５を構成する。シート状正極２は、０．８５ｍｍ（厚さ）×２４０ｍｍ（長さ）×４０ｍｍ（幅）に形成されたＭｎＯ2 よりなる正極シート、正確にはステンレスの集電体に二酸化マンガンを圧着したシートである。セパレータ３は、０．１５ｍｍ（厚さ）×６５０ｍｍ（長さ）×４５ｍｍ（幅）のＰＰ（ポリプロピレン）製不織布のセパレータで、そしてシート状負極４は、金属リチウムのシートに、部分的に棒状のニッケルの集電体を圧着したものである。
【００１９】
ここで、スパイラル状電極群の具体的な捲回方法は、従来と同様に、シート状のセパレータ３の中心を挾んで片側の上面に例えばシート状正極２を配設し、また他側の下面に例えばシート状負極４を配設し、セパレータの中心部を二股状の心棒で挾むようにして保持し、この心棒を一方向に回転して心棒の周りにセパレータを挾んでシート状正極とシート状負極とを積層捲回する。そして、この心棒をセパレータの中心部から引き抜き、捲回型電極群の中心孔を横切るように残っているセパレータの中心部を、巻回方向と逆に戻るようにすることにより、丸穴（ほぼ直径４ｍｍ）の中心孔６を得る。そして、得られたスパイラル状電極群５の底部に底板７を配置する。
【００２０】
次に、上記のように底板７を配置した状態でこれを有底円筒形の缶１内に収容する。そして、図１〜図４に示す形態の群押さえ８のうちの１つ、ここでは図４に示す群押さえを、電極群５の上部に載置した後、前記金属リチウムに接触した集電体の下部に突出する負極リ―ド板９を折曲げた状態で、前記有底円筒缶１の負極端子部を構成する内底面に後述するスポット溶接方法によって電気的に接続する。
【００２１】
群押さえ８は、図１〜図４に示すように、円板部８ａと中空突起８ｂとを有し、円板部８ａは外輪８ｃと中央ボス部８ｄを連結する放射状のリブ８ｅとからなり、中空突起８ｂは上記の中央ボス部８ｄから直角に下方に突出している。群押さえ８の材質は、ここではポリプロピレンであるが、ポリエチレンでもよく、ポリオレフィン系の合成樹脂ならば問題なく使用できる。
【００２２】
図１に示す群押さえ８は、中央ボス部８ｄから突出させる中空突起８ｂをストレート状の中空円筒として形成したものである。なお、中空突起８ｂの群押さえ８の中央ボス部８ｄから突出する境界縁部は、図示を省略したが、内面が丸く削られて角のない曲面に形成されており、これにより電極棒や注液ノズルが中空突起８ｂの内径の縁に当接した場合にも、中空突起８ｂ内つまり中心孔６内に案内することができる。
【００２３】
図２に示す群押さえ８は、中央ボス部８ｄから突出させる中空突起８ｂを円錐状の中空筒体、つまり先細状のテーパを付けた形状としたものである。
【００２４】
図３に示す群押さえ８は、中央ボス部８ｄから突出させる中空突起８ｂを円錐状の中空筒体にするとともに直径方向２箇所に軸方向に沿ったスリット８ｆを形成したものである。
【００２５】
図４に示す群押さえ８は、中央ボス部８ｄから突出させる中空突起８ｂを円錐状の中空筒体にするとともに直径方向４箇所に軸方向に沿ったスリット８ｆを形成し、４つのセグメント（分割片）に分けたものである。
【００２６】
図５の例では図４に示す群押さえを用い、その円錐状の中空突起８ｂをスパイラル状電極群５の中心孔６に挿入して、スパイラル状電極群５の上部に載置する。このとき、もし図６（ａ）の如くスパイラル状電極群５の中心孔６の入り口付近がつぶれているときは中空突起８ｂにより押し拡げられて真円に修正される。
【００２７】
次に、群押さえ８の上方部位にて有底円筒缶１にビーディング加工を施すことによりビーディング部（溝部）１ａを設けてスパイラル状電極群５を固定せしめ、底部負極リード板９と有底円筒缶（負極缶）１をスポット溶接（抵抗溶接）する。
【００２８】
スポット溶接方法は、電極棒１０を上記群押さえ８の上方から円錐状の中空突起８ｂ内に差し込んで、スパイラル状電極群５の中央に形成された中心孔６に挿通し（図６（ｂ）参照）、この先端を上記底板７の中央開口７ａを通じて負極リ―ド板９及び缶１の内底部に押し当て、缶底部側に配置された他方の電極との間で両者を狭持した状態でスポット溶接する。
【００２９】
このスポット溶接の電極棒１０の挿通に関し、群押さえ８の円錐状中空突起８ｂは電極棒１０をセパレータ３に接触させないためのスペーサとして機能する。また、その中空突起８ｂの円錐状の傾斜は、電極棒１０（図６（ｂ）参照）をより中心孔６の中心側に案内するガイドとして機能する。更に、中空突起８ｂの４つに分割された分割片は、図６（ｂ）に示すように電極棒１０の径が中心孔６を押し拡げる形で通過する形態を許容する。
【００３０】
次に、ビーディング部１ａの上部にガスケット１１を装着して、正極リード板１２と正極端子部１３を溶接し、注液ノズル（図示せず）を中心孔６に差し込んで有機電解液を注入する。この電解液の注入工程も、上記円錐状の中空突起８ｂ内に注液ノズルを差し込んで行う。このとき、群押さえ８の中空突起８ｂは、電極棒の場合と同様に、注液ノズルをセパレータ３に接触させないためのスペーサとして機能する。また、その中空突起８ｂの円錐状の傾斜は、注液ノズルをより中心孔６の中心側に案内するガイドとして機能する。更に、中空突起８ｂの４つに分割された分割片は、注液ノズルの径が中心孔６を押し拡げる形で通過する形態を許容する。
【００３１】
電解液は、溶媒がＰＣ，ＥＣ，ＤＯ，ＤＭＥの４成分であり、溶質には、トリフロロメタンスルホン酸リチウムＬｉＳＯ3 ＣＦ3 を使用した。溶媒と溶質の比率は、低沸点溶媒分と高沸点溶媒分が２：１の割合であり、具体的にはＰＣ＋ＥＣの合計分対ＤＯ＋ＤＭＥの合計分が１：２であり、溶質は０．７モル／リットルである。
【００３２】
最後に正極端子部全体１４を装着し、缶１の開口部をカール封口し、直径φ２４．５ｍｍ、総高５０ｍｍのリチウム電池を作製した。
【００３３】
【実施例】
以下に、本発明の効果を確認するために、図１〜図４に係る群押さえを使用したスパイラル形電池を作成し、これを従来例及び比較例のものと対比した。
【００３４】
実施例１のものは、次のようにして作成した。
【００３５】
即ち、厚さ（ｔ）×長さ（Ｌ）×幅（ｗ）が、０．８５ｍｍ（ｔ）×２４０ｍｍ（Ｌ）×４０ｍｍ（ｗ）に形成されたＭｎＯ2 よりなる正極シート２と、０．１５ｍｍ（ｔ）×６５０ｍｍ（Ｌ）×４５ｍｍ（ｗ）のＰＰ製不織布のセパレータ３と、０．３５ｍｍ（ｔ）×２６０ｍｍ（Ｌ）×３６ｍｍ（ｗ）のＬｉシート４とを巻芯径φ４ｍｍの巻芯で巻回してスパイラル状電極群５を作製した。
【００３６】
これを鉄−Ｎｉメッキ缶１に底板７を介して挿入し、図１の群押さえ８を装着した。缶１の外壁にビーディング部１ａを設け、電極棒１０をスパイラル状電極群８の中心孔６に差し込んで、底部負極リード板９と負極缶１を抵抗溶接した。
【００３７】
ビーディング部１ａ上方にガスケット１１を装着して、正極リード板１２と正極端子部１３を溶接し、注液ノズルを中心孔６に差し込んで有機電解液を注入した。
【００３８】
最後に正極端子部全体１４を装着し缶１の開口部をカール封口し、直径２４．５ｍｍ、総高５０ｍｍのスパイラル形リチウム電池を作製した。
【００３９】
実施例２〜４のものは、図２〜４の群押さえを用いて実施例１の場合と同様にしてスパイラル形リチウム電池を作製した。
【００４０】
従来例は、スパイラル状電極群８の巻き芯径つまり中心孔６の径が直径６．５ｍｍ、群押さえは従来のリング状の群押さえ２０（図７）とし、他は実施例１と同様とした。
【００４１】
比較例は、スパイラル状電極群８の巻き中心孔６の径が直径４ｍｍ、群押さえは従来のリング状の群押さえ２０（図７）とし、他は実施例１と同様とした。
【００４２】
下記表に、本発明の実施例１〜４を従来例及び比較例と対比して、溶接不良及び注液不良の発生率と放電性能を調べた結果を示す。
【００４３】
【表１】
表１において、従来例が溶接不良や注液不良を生じていないのは、中心孔６の径をそのような不良を生じない大きな直径６．５ｍｍとしていることからであり、この場合の放電性能を１００として、放電性能を各実施例と比較した。
【００４４】
比較例は、群押さえを従来のリング状の群押さえ２０（図７）のままとし、スパイラル状電極群８の中心孔６の直径だけを、従来の６．５ｍｍから４ｍｍに小さくしたものであり、無視し得ない溶接不良及び注液不良を起こしていることが分かる。
【００４５】
これに対し、実施例１〜４のケースでは、スパイラル状電極群８の中心孔６の直径を、従来の６．５ｍｍから４ｍｍに小さくすると共に、図２〜４の群押さえ８を用い、その中空突起８ｂを中心孔６内に挿入して、電極棒及び注液ノズルからセパレータ３を保護するスペーサ機能を発揮させていることから、表に示す如く、放電性能が向上していると共に、溶接不良及び注液不良が共に少なくなった。特に、中空突起８ｂを円錐状の中空円筒とし且つスリット８ｆを入れた実施例３及び実施例４においては、溶接不良及び注液不良が、ともに全く生じなかった。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、次のような優れた効果が得られる。
【００４７】
請求項１に記載の発明によれば、群押さえの中央部に設けた中空突起をスパイラル状電極群の中心孔に挿入して、溶接の電極棒を案内するようにしたので、中空突起が、電極棒をセパレータから離してセパレータを保護するスペーサとして機能する。このため、例えば電極棒は、群押さえに当たっても、その後中空突起の内面を滑って下まで届くことになる。よって、溶接不良を抑えつつ、スパイラル状電極群の中心孔の径を従来より小さくして、活物質充填量を従来より増大させることができる。
【００４８】
請求項２に記載の発明によれば、群押さえの中空突起が先細状のテーパを有するため、電極棒が中空突起の内径の縁に来た場合でも、中空突起のテーパ面に案内されてスパイラル状電極群の中心孔の中心に近づくように導かれる。このため、電極棒がセパレータから離れ、セパレータを傷つける危険がより少なくなる。
【００４９】
請求項３に記載の発明によれば、群押さえの中空突起が先細状のテーパを有すると同時に、軸方向に沿ったスリットを有する構成としたので、挿入した電極棒及び注液ノズルが接触した場合、中空突起の分割片が直径方向外側に撓むことになる。このため、例えば電極棒は、群押さえに当たっても、その後中空突起の内面を滑って下まで届くことになる。よって、溶接不良の発生を抑えつつ、スパイラル状電極群の中心孔の径を従来より小さくして、活物質充填量を従来より増大させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例に係る群押さえを示す斜視図である。
【図２】本発明の第２実施例に係る群押さえを示す斜視図である。
【図３】本発明の第３実施例に係る群押さえを示す斜視図である。
【図４】本発明の第４実施例に係る群押さえを示す斜視図である。
【図５】本発明に係るスパイラル形電池の構造を示す断面図である。
【図６】本発明のスパイラル形電池における群押さえの作用を示す図である。
【図７】従来の群押さえを示す斜視図である。
【図８】従来の群押さえの取付状態を示す斜視図である。
【図９】従来の群押さえの口径とスパイラル状電極群の中心孔の形状と電極棒との関係を示す斜視図である。
【符号の説明】
１ 缶（円筒容器）
１ａ ビーディング部
２ シート状正極
３ セパレータ
４ シート状負極
５ スパイラル状電極群
６ 中心孔
７ 底板
７ａ 中央開口
８ 群押さえ
８ａ 円板部
８ｂ 中空突起
８ｃ 円板部
８ｄ 中央ボス部
８ｅ リブ
８ｆ スリット
９ 負極リ―ド板
１０ 電極棒
１１ ガスケット
１２ 正極リード板
１３ 正極端子部
１４ 正極端子部全体
２０ 群押さえ
【発明の属する技術分野】
本発明は、スパイラル形電池、特にそのスパイラル状電極群の上部に配設される群押さえの改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、筒形リチウム電池に代表されるスパイラル形電池は、シート状正極、セパレータ、シート状負極を順次重ね合わせ、これをスパイラル状に巻回して発電要素たるスパイラル状電極群を構成し、これを底板を介して円筒容器たる缶に収容し、スパイラル状電極群の上部に図７に示すようなリング状の群押さえ２０を載置した後、スパイラル状電極群の中心孔に電極棒を差し込んで、スパイラル状電極群の下部に突出する負極リード板を、缶の内底面にスポット溶接する。そして、図８に示すように、群押さえ２０の上方部位にて缶１にビーディング部１ａを形成してスパイラル状電極群５を固定せしめ、注液ノズルをスパイラル電極群の中心部に差し込んで電解液を注入した後、ビーディング部１ａの上部に端子部を装填しカール封口して電池を作製するようにしている。
【０００３】
上記において、負極リード板を負極缶にスポット溶接する工程においては、缶に対して芯出しされた電極棒をスパイラル状電極群の中心孔に缶の底部まで完全に挿入しなければならず、また、電解液を注入する工程においても缶に対して芯出しされた注液ノズルをスパイラル状電極群の中心孔に挿入しなければならない。もし、中心孔に電極棒や注液ノズルを円滑に入れることができないときは、セパレータに例えば図９の如く電極棒１０や注液ノズルが接触して当該セパレータを傷つけたり破ったりし、こうした場合には電極棒がセパレータに妨害されて缶１の内底面まで達せずにスポット溶接ができなかったり、溶接されても接続不良を生ずる場合等があり、製品歩留まりや電池性能の低下要因となる。
【０００４】
ここで、スパイラル状電極群の具体的な製造方法は、シート状のセパレータの中心を挾んで片側の上面に例えばシート状正極を配設し、また他側の下面に例えばシート状負極を配設し、次いでセパレータの中心部を二股状の心棒で挾むようにして保持し、この心棒を一方向に回転して心棒の周りにセパレータを挾んでシート状正極とシート状負極が積層捲回されるようにする。そして、最後にこの心棒をセパレータの中心部から引き抜くわけであるが、この時に、このセパレータの中心部が捲回型電極群の中心孔を横切るように残るので、巻き終わって芯棒を抜いたときに、セパレータの中心部が巻回方向と逆に戻るようにするなどして丸穴の中心孔を得るようにしている。
【０００５】
しかし、中心孔が丸穴であっても、このスパイラル状電極群それ自体が真円になっていない。これは正極と負極では厚さも長さも違う等の関係で生ずるものである。このためスパイラル状電極群の中心孔の位置は、その中心孔自体が缶のセンターから多少ずれてしまうのが普通である。
【０００６】
そこで、従来は、溶接の電極棒の直径２ｍｍに対して、中心孔をかなり大きな穴径である直径６．５ｍｍに設定し、群押さえとして図７のリング状の群押さえ２０を使用することにより、スパイラル状電極群の中心孔の位置がどのようにずれても、必ずその中心孔の直径以内に電極棒の直径２ｍｍがその挿入長さにわたって位置するようにして、電極棒や注液ノズルを差し込んだ際にセパレータを傷つけたり溶接不良を起こすことがないようにしていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、スパイラル状電極群の中心孔をこのような大きな直径６．５ｍｍに設定して予め空けておくことは、それだけ活物質の充填量が少なく、電池容量が低下してしまうことを意味する。従って、スパイラル状電極群の巻芯の中心孔は、できるだけ小さいことが望まれる。
【０００８】
他方、上記したように、スパイラル状電極群それ自体が真円でないことに起因する中心孔の位置的誤差に対し、缶に対して芯出しされたスポット溶接の電極棒や注液ノズルを、セパレータを傷つけないように円滑に通すことも要請される。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、スパイラル状電極群の中心孔を従来よりも小径にする一方で、その中心孔内に溶接用の電極棒をスムーズに挿入することができ、セパレータを損傷することなく、活物質充填量の増量を図ることのできるスパイラル形電池を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、シート状正極２、セパレータ３、シート状負極４を順次重ね合わせて巻回してなるスパイラル状電極群５を底板７を介して有底円筒缶１に収容し、スパイラル状電極群５上部に群押さえ８を載置した後、スパイラル状電極群５の中心孔６に電極棒１０を差し込んで、スパイラル状電極群５の下部に突出する負極リード板９を有底円筒缶１の内底面にスポット溶接するスパイラル形電池において、前記有底円筒缶１の開口部に位置する端子部１４と前記電極群５の間に配置された前記群押さえ８の中央部に、前記スパイラル状電極群５の中心孔６に挿入されて、前記電極棒１０を前記スパイラル状電極群５の中心孔６に案内する中空突起８ｂを電極群５側に設けたものである。
【００１１】
従来のスパイラル形電池においては、予め不都合が生じるであろう範囲を予測して、最初から巻心にある程度大きな中心孔（φ６．５ｍｍ）を使用し、より小径の電極棒（φ２ｍｍ）を缶のセンター位置にて差し込んだときに、中心孔（φ６．５ｍｍ）のエリア内に電極棒（φ２ｍｍ）がいつも最後までスムーズに入る形を確保するものであるのに対し、本発明においては、群押さえの中央部に設けた中空突起をスパイラル状電極群の中心孔に挿入することにより、スパイラル状電極群の中心孔を従来よりも小径にするにもかかわらず電極棒の挿入に必要な中心孔の孔径を確保するものである。
【００１２】
即ち、中空突起をスパイラル状電極群の中心孔に挿入することにより、中空突起は、電極棒及び注液ノズルをセパレータから離してセパレータを保護するスペーサとして機能する。電極棒はこのスペーサとして機能する中空突起に案内されてスパイラル状電極群の中心孔に入るため、電極棒の挿入がスムーズに行われる。
【００１３】
このため、最初に形成された巻芯の中心孔の径が従来より小さくても、溶接不良や注液不良を起こす割合が少なくなり、活物質充填量を従来より増大させ、かつ溶接不良や注液不良の生ずる割合を従来以下に抑えることができる。
【００１４】
そして好ましくは、前記群押さえの中空突起が前記電極棒によりセパレータを傷つけるのを防ぐ為の先細状のテーパを有する構成、例えば円錐形の中空突起とすることである。これによりスパイラル状電極群の中心孔の孔径を従来よりも小さくしても群押さえの中空突起を前記中心孔に挿入しやすくなり、また、電極棒を中空突起内に挿入する際に、このテーパ面に案内されてスパイラル状電極群の中心孔の中心に近づくように導かれるため、電極棒がセパレータに接触してこれを傷つける危険がより少なくなる。
【００１５】
また、さらに好ましくは、前記群押さえの中空突起が軸方向に沿ったスリットを有する構成とすることである。このスリットにより分割された中空突起の分割片は、電極棒を挿入した場合、これに接触して径方向外側に拡径でき、電極棒の挿入をよりスムーズに案内することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１７】
図５は、本発明の対象とするスパイラル形リチウム電池を示したものであり、次のようにして作成されている。
【００１８】
まず、シート状正極２、セパレータ３、シート状負極４を順次重ね合わせこれをスパイラル状に巻回して筒形の発電要素たるスパイラル状電極群５を構成する。シート状正極２は、０．８５ｍｍ（厚さ）×２４０ｍｍ（長さ）×４０ｍｍ（幅）に形成されたＭｎＯ2 よりなる正極シート、正確にはステンレスの集電体に二酸化マンガンを圧着したシートである。セパレータ３は、０．１５ｍｍ（厚さ）×６５０ｍｍ（長さ）×４５ｍｍ（幅）のＰＰ（ポリプロピレン）製不織布のセパレータで、そしてシート状負極４は、金属リチウムのシートに、部分的に棒状のニッケルの集電体を圧着したものである。
【００１９】
ここで、スパイラル状電極群の具体的な捲回方法は、従来と同様に、シート状のセパレータ３の中心を挾んで片側の上面に例えばシート状正極２を配設し、また他側の下面に例えばシート状負極４を配設し、セパレータの中心部を二股状の心棒で挾むようにして保持し、この心棒を一方向に回転して心棒の周りにセパレータを挾んでシート状正極とシート状負極とを積層捲回する。そして、この心棒をセパレータの中心部から引き抜き、捲回型電極群の中心孔を横切るように残っているセパレータの中心部を、巻回方向と逆に戻るようにすることにより、丸穴（ほぼ直径４ｍｍ）の中心孔６を得る。そして、得られたスパイラル状電極群５の底部に底板７を配置する。
【００２０】
次に、上記のように底板７を配置した状態でこれを有底円筒形の缶１内に収容する。そして、図１〜図４に示す形態の群押さえ８のうちの１つ、ここでは図４に示す群押さえを、電極群５の上部に載置した後、前記金属リチウムに接触した集電体の下部に突出する負極リ―ド板９を折曲げた状態で、前記有底円筒缶１の負極端子部を構成する内底面に後述するスポット溶接方法によって電気的に接続する。
【００２１】
群押さえ８は、図１〜図４に示すように、円板部８ａと中空突起８ｂとを有し、円板部８ａは外輪８ｃと中央ボス部８ｄを連結する放射状のリブ８ｅとからなり、中空突起８ｂは上記の中央ボス部８ｄから直角に下方に突出している。群押さえ８の材質は、ここではポリプロピレンであるが、ポリエチレンでもよく、ポリオレフィン系の合成樹脂ならば問題なく使用できる。
【００２２】
図１に示す群押さえ８は、中央ボス部８ｄから突出させる中空突起８ｂをストレート状の中空円筒として形成したものである。なお、中空突起８ｂの群押さえ８の中央ボス部８ｄから突出する境界縁部は、図示を省略したが、内面が丸く削られて角のない曲面に形成されており、これにより電極棒や注液ノズルが中空突起８ｂの内径の縁に当接した場合にも、中空突起８ｂ内つまり中心孔６内に案内することができる。
【００２３】
図２に示す群押さえ８は、中央ボス部８ｄから突出させる中空突起８ｂを円錐状の中空筒体、つまり先細状のテーパを付けた形状としたものである。
【００２４】
図３に示す群押さえ８は、中央ボス部８ｄから突出させる中空突起８ｂを円錐状の中空筒体にするとともに直径方向２箇所に軸方向に沿ったスリット８ｆを形成したものである。
【００２５】
図４に示す群押さえ８は、中央ボス部８ｄから突出させる中空突起８ｂを円錐状の中空筒体にするとともに直径方向４箇所に軸方向に沿ったスリット８ｆを形成し、４つのセグメント（分割片）に分けたものである。
【００２６】
図５の例では図４に示す群押さえを用い、その円錐状の中空突起８ｂをスパイラル状電極群５の中心孔６に挿入して、スパイラル状電極群５の上部に載置する。このとき、もし図６（ａ）の如くスパイラル状電極群５の中心孔６の入り口付近がつぶれているときは中空突起８ｂにより押し拡げられて真円に修正される。
【００２７】
次に、群押さえ８の上方部位にて有底円筒缶１にビーディング加工を施すことによりビーディング部（溝部）１ａを設けてスパイラル状電極群５を固定せしめ、底部負極リード板９と有底円筒缶（負極缶）１をスポット溶接（抵抗溶接）する。
【００２８】
スポット溶接方法は、電極棒１０を上記群押さえ８の上方から円錐状の中空突起８ｂ内に差し込んで、スパイラル状電極群５の中央に形成された中心孔６に挿通し（図６（ｂ）参照）、この先端を上記底板７の中央開口７ａを通じて負極リ―ド板９及び缶１の内底部に押し当て、缶底部側に配置された他方の電極との間で両者を狭持した状態でスポット溶接する。
【００２９】
このスポット溶接の電極棒１０の挿通に関し、群押さえ８の円錐状中空突起８ｂは電極棒１０をセパレータ３に接触させないためのスペーサとして機能する。また、その中空突起８ｂの円錐状の傾斜は、電極棒１０（図６（ｂ）参照）をより中心孔６の中心側に案内するガイドとして機能する。更に、中空突起８ｂの４つに分割された分割片は、図６（ｂ）に示すように電極棒１０の径が中心孔６を押し拡げる形で通過する形態を許容する。
【００３０】
次に、ビーディング部１ａの上部にガスケット１１を装着して、正極リード板１２と正極端子部１３を溶接し、注液ノズル（図示せず）を中心孔６に差し込んで有機電解液を注入する。この電解液の注入工程も、上記円錐状の中空突起８ｂ内に注液ノズルを差し込んで行う。このとき、群押さえ８の中空突起８ｂは、電極棒の場合と同様に、注液ノズルをセパレータ３に接触させないためのスペーサとして機能する。また、その中空突起８ｂの円錐状の傾斜は、注液ノズルをより中心孔６の中心側に案内するガイドとして機能する。更に、中空突起８ｂの４つに分割された分割片は、注液ノズルの径が中心孔６を押し拡げる形で通過する形態を許容する。
【００３１】
電解液は、溶媒がＰＣ，ＥＣ，ＤＯ，ＤＭＥの４成分であり、溶質には、トリフロロメタンスルホン酸リチウムＬｉＳＯ3 ＣＦ3 を使用した。溶媒と溶質の比率は、低沸点溶媒分と高沸点溶媒分が２：１の割合であり、具体的にはＰＣ＋ＥＣの合計分対ＤＯ＋ＤＭＥの合計分が１：２であり、溶質は０．７モル／リットルである。
【００３２】
最後に正極端子部全体１４を装着し、缶１の開口部をカール封口し、直径φ２４．５ｍｍ、総高５０ｍｍのリチウム電池を作製した。
【００３３】
【実施例】
以下に、本発明の効果を確認するために、図１〜図４に係る群押さえを使用したスパイラル形電池を作成し、これを従来例及び比較例のものと対比した。
【００３４】
実施例１のものは、次のようにして作成した。
【００３５】
即ち、厚さ（ｔ）×長さ（Ｌ）×幅（ｗ）が、０．８５ｍｍ（ｔ）×２４０ｍｍ（Ｌ）×４０ｍｍ（ｗ）に形成されたＭｎＯ2 よりなる正極シート２と、０．１５ｍｍ（ｔ）×６５０ｍｍ（Ｌ）×４５ｍｍ（ｗ）のＰＰ製不織布のセパレータ３と、０．３５ｍｍ（ｔ）×２６０ｍｍ（Ｌ）×３６ｍｍ（ｗ）のＬｉシート４とを巻芯径φ４ｍｍの巻芯で巻回してスパイラル状電極群５を作製した。
【００３６】
これを鉄−Ｎｉメッキ缶１に底板７を介して挿入し、図１の群押さえ８を装着した。缶１の外壁にビーディング部１ａを設け、電極棒１０をスパイラル状電極群８の中心孔６に差し込んで、底部負極リード板９と負極缶１を抵抗溶接した。
【００３７】
ビーディング部１ａ上方にガスケット１１を装着して、正極リード板１２と正極端子部１３を溶接し、注液ノズルを中心孔６に差し込んで有機電解液を注入した。
【００３８】
最後に正極端子部全体１４を装着し缶１の開口部をカール封口し、直径２４．５ｍｍ、総高５０ｍｍのスパイラル形リチウム電池を作製した。
【００３９】
実施例２〜４のものは、図２〜４の群押さえを用いて実施例１の場合と同様にしてスパイラル形リチウム電池を作製した。
【００４０】
従来例は、スパイラル状電極群８の巻き芯径つまり中心孔６の径が直径６．５ｍｍ、群押さえは従来のリング状の群押さえ２０（図７）とし、他は実施例１と同様とした。
【００４１】
比較例は、スパイラル状電極群８の巻き中心孔６の径が直径４ｍｍ、群押さえは従来のリング状の群押さえ２０（図７）とし、他は実施例１と同様とした。
【００４２】
下記表に、本発明の実施例１〜４を従来例及び比較例と対比して、溶接不良及び注液不良の発生率と放電性能を調べた結果を示す。
【００４３】
【表１】
【００４４】
比較例は、群押さえを従来のリング状の群押さえ２０（図７）のままとし、スパイラル状電極群８の中心孔６の直径だけを、従来の６．５ｍｍから４ｍｍに小さくしたものであり、無視し得ない溶接不良及び注液不良を起こしていることが分かる。
【００４５】
これに対し、実施例１〜４のケースでは、スパイラル状電極群８の中心孔６の直径を、従来の６．５ｍｍから４ｍｍに小さくすると共に、図２〜４の群押さえ８を用い、その中空突起８ｂを中心孔６内に挿入して、電極棒及び注液ノズルからセパレータ３を保護するスペーサ機能を発揮させていることから、表に示す如く、放電性能が向上していると共に、溶接不良及び注液不良が共に少なくなった。特に、中空突起８ｂを円錐状の中空円筒とし且つスリット８ｆを入れた実施例３及び実施例４においては、溶接不良及び注液不良が、ともに全く生じなかった。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、次のような優れた効果が得られる。
【００４７】
請求項１に記載の発明によれば、群押さえの中央部に設けた中空突起をスパイラル状電極群の中心孔に挿入して、溶接の電極棒を案内するようにしたので、中空突起が、電極棒をセパレータから離してセパレータを保護するスペーサとして機能する。このため、例えば電極棒は、群押さえに当たっても、その後中空突起の内面を滑って下まで届くことになる。よって、溶接不良を抑えつつ、スパイラル状電極群の中心孔の径を従来より小さくして、活物質充填量を従来より増大させることができる。
【００４８】
請求項２に記載の発明によれば、群押さえの中空突起が先細状のテーパを有するため、電極棒が中空突起の内径の縁に来た場合でも、中空突起のテーパ面に案内されてスパイラル状電極群の中心孔の中心に近づくように導かれる。このため、電極棒がセパレータから離れ、セパレータを傷つける危険がより少なくなる。
【００４９】
請求項３に記載の発明によれば、群押さえの中空突起が先細状のテーパを有すると同時に、軸方向に沿ったスリットを有する構成としたので、挿入した電極棒及び注液ノズルが接触した場合、中空突起の分割片が直径方向外側に撓むことになる。このため、例えば電極棒は、群押さえに当たっても、その後中空突起の内面を滑って下まで届くことになる。よって、溶接不良の発生を抑えつつ、スパイラル状電極群の中心孔の径を従来より小さくして、活物質充填量を従来より増大させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例に係る群押さえを示す斜視図である。
【図２】本発明の第２実施例に係る群押さえを示す斜視図である。
【図３】本発明の第３実施例に係る群押さえを示す斜視図である。
【図４】本発明の第４実施例に係る群押さえを示す斜視図である。
【図５】本発明に係るスパイラル形電池の構造を示す断面図である。
【図６】本発明のスパイラル形電池における群押さえの作用を示す図である。
【図７】従来の群押さえを示す斜視図である。
【図８】従来の群押さえの取付状態を示す斜視図である。
【図９】従来の群押さえの口径とスパイラル状電極群の中心孔の形状と電極棒との関係を示す斜視図である。
【符号の説明】
１ 缶（円筒容器）
１ａ ビーディング部
２ シート状正極
３ セパレータ
４ シート状負極
５ スパイラル状電極群
６ 中心孔
７ 底板
７ａ 中央開口
８ 群押さえ
８ａ 円板部
８ｂ 中空突起
８ｃ 円板部
８ｄ 中央ボス部
８ｅ リブ
８ｆ スリット
９ 負極リ―ド板
１０ 電極棒
１１ ガスケット
１２ 正極リード板
１３ 正極端子部
１４ 正極端子部全体
２０ 群押さえ
Claims (3)
- シート状正極２、セパレータ３、シート状負極４を順次重ね合わせて巻回してなるスパイラル状電極群５を底板７を介して有底円筒缶１に収容し、スパイラル状電極群５上部に群押さえ８を載置した後、スパイラル状電極群５の中心孔６に電極棒１０を差し込んで、スパイラル状電極群５の下部に突出する負極リード板９を有底円筒缶１の内底面にスポット溶接するスパイラル形電池において、前記有底円筒缶１の開口部に位置する端子部１４と前記電極群５の間に配置された前記群押さえ８の中央部に、前記スパイラル状電極群５の中心孔６に挿入されて、前記電極棒１０を前記スパイラル状電極群５の中心孔６に案内する中空突起８ｂを電極群５側に設けたことを特徴とするスパイラル形電池。
- 前記群押さえ８の中空突起８ｂが前記電極棒１０によりセパレータを傷つけるのを防ぐ為の先細状のテーパを有することを特徴とする請求項１記載のスパイラル形電池。
- 前記群押さえ８の中空突起８ｂが軸方向に沿ったスリット８ｆを有することを特徴とする請求項２記載のスパイラル形電池。
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