JP3906872B2 - 電池装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【目次】
以下の順序で本発明を説明する。
発明の属する技術分野
従来の技術（図５〜図７）
発明が解決しようとする課題（図５〜図７）
課題を解決するための手段（図１〜図４）
発明の実施の形態（図１〜図４）
発明の効果
【０００２】
【発明の属する技術分野】
本発明は電池装置に関し、特に筒型形状を有する大型の電池装置に適用して好適なものである。
【０００３】
【従来の技術】
従来、この種の電池装置として、図５に示すように構成されたものがある。
すなわちこの電池装置１においては、例えばスチール管にニツケルメツキを施すことにより形成された外管２内に、帯状の電極部３が巻き付けられたアルミニウム製の内管４が嵌挿されると共に、外管２の長手方向の各端部でなる各ビート加工部２Ａがそれぞれ内管４の端部にリング状の封口板５を介して嵌め込まれた対応するリング状のガスケツト６にかしめられることにより形成されている。
【０００４】
この場合電極部３は、図６及び図７に示すように、例えば微多孔性ポリプロピレンフイルムからなる第１のセパレータ１０と、帯状の金属箔（例えばアルミニウム箔）でなる第１の集電体１１の両面に長手方向の両端部を避けて正極活物質１２を塗布することにより形成された正極１３と、例えば微多孔性ポリプロピレンフイルムからなる第２のセパレータ１４と、帯状の金属箔（例えば銅箔）でなる第２の集電体１５の両面に長手方向の両端部を避けて負極活物質１６を塗布することにより形成された負極１７とを順次積層することにより形成されており、第１のセパレータ１０を内側にして内管４に巻き付けられている。
【０００５】
また特に図６において明らかなように、正極１３の長手方向の各端部でなる正極活物質１２の各未塗布部分１３Ａ（図６において正極１３に斜線が引かれた部分）と、負極１７の長手方向の各端部でなる負極活物質１６の各未塗布部分１７Ａ（図６において負極１７に斜線が引かれた部分）とにはそれぞれ正極リード１８Ａ、１８Ｂ又は負極リード１９Ａ、１９Ｂが抵抗溶接等により接合されると共に、各正極リード１８Ａ、１８Ｂはそれぞれ端部が内管４に電気的に接続され、かつ各負極リード１９Ａ、１９Ｂはそれぞれ端部が外管２に抵抗溶接等により導通接続されている。さらに外管２内には所定の非水電解液が充填されている。
【０００６】
かくしてこの電池装置１においては、放電時、正極１３及び負極１７において放電反応が生じることにより発生した電流を、正極１３と正極リード１８Ａ、１８Ｂを介して導電接続された外管２と、負極１７と負極リード１９Ａ、１９Ｂを介して導通接続された内管４とをそれぞれ正極端子又は負極端子として外部に出力し得るようになされている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところでかかる構成の電池装置１においては、正極１３及び負極１７の面積によつて、発生する電流量が決定する。
この場合正極１３及び負極１７をその長手方向と垂直な方向（幅方向）に広げることは電池装置１を大型化させる問題があり、このためこの種の電池装置１では、従来、正極１３及び負極１７をその長手方向に延ばして面積を広げることにより、放電電流を増加させていた。
【０００８】
ところが上述のような構成を有する電池装置１において、正極１３及び負極１７をその長手方向に延ばして面積を広げた場合、これに伴つて正極１３及び負極１７を流れる電流の電気経路も長くなるために正極１３及び負極１７の内部抵抗が増加し、この結果正極１３及び負極１７をそれぞれ流れる電流に大きな電圧降下が発生するなど、電極部３における集電効率が悪化する問題があつた。
【０００９】
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、放電電流値の高い、かつ電極における集電効率の良い電池装置を提案しようとするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するため本発明は、電池装置であつて、金属箔でなる帯状の第１の集電体に、当該第１の集電体の幅方向の一端部及び又は他端部を避けて所定の第１の活物質が塗布されることにより形成された正極と、金属箔でなる帯状の第２の集電体に、当該第２の集電体の幅方向の一端部及び又は他端部を避けて所定の第２の活物質が塗布されることにより形成された負極と、正極及び負極間を絶縁する帯状のセパレータと、導電材からなる外径の等しい第１及び第２の円筒部材を絶縁部材を介して同軸に連結することにより形成され、正極及び負極がセパレータを介して重ね合わされた状態で巻き付けられた内管とを設け、正極の第１の活物質の未塗布部分が内管の第１の円筒部材に電気的かつ物理的に接続されると共に、負極の第２の活物質の未塗布部分が内管の第２の円筒部材に電気的かつ物理的に接続されるようにした。
【００１１】
この電池装置では、正極及び負極を流れる電流の電気経路の最長距離が正極の幅又は負極の幅程度と短いため、正極及び負極を流れる電流にほぼ電圧降下を生じさせることなく電極において発生した電流を取り出すことができる。この場合、正極及び負極を流れる電流に対する電気抵抗の大きさは正極又は負極の幅にのみ依存し、正極及び負極の長さに依存しないため、電極における集電効率を低下させることなく放電電流値を増加させることができる。
また、この電池装置の製造にあつては、絶縁部材により第１及び第２の円筒部材を同軸に保持した状態に容易に組み立てることが可能となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下図面について、本発明の一実施例を詳述する。
【００１３】
図５との対応部分に同一符号を付して示す図１及び図２において、２０は全体として実施例による電池装置を示し、導電材（例えばアルミニウム）からなる第１の円筒部材２１と、当該第１の円筒部材２１と外径の等しい導電材（例えば銅）からなる第２の円筒部材２３とをポリプロピレン等からなる絶縁部材２２を介して同軸に連結することにより内管２４が形成されている。
この内管２４には、微多孔性ポリプロピレンフイルムからなる第１のセパレータ２５と、帯状の正極２６と、微多孔性ポリプロピレンフイルムからなる第２のセパレータ２７と、帯状の負極２８とを順次積層することにより形成された電極部２９が第１のセパレータ２５を内側にして長手方向に巻くように巻き付けられている。
【００１４】
この場合電極部２９の正極２６は、図４に示すように、金属箔（例えばアルミニウム箔）でなる帯状の第１の集電体３０の両面に、当該第１の集電体３０の幅方向の一端部を所定幅だけ避けて正極合剤スラリー３１を塗布し乾燥することにより形成されており、負極２８は、金属箔（例えば銅箔）でなる帯状の第２の集電体３２の両面に、第１の集電体３０の幅方向の他端部と対応する第２の集電体３２の幅方向の他端部を所定幅だけ避けて負極合剤スラリー３３を塗布し乾燥することにより形成されている。
【００１５】
また正極２６及び負極２８は、正極２６の正極合剤スラリー３１の未塗布部分２６Ａ（図３において正極２６に斜線が引かれている部分）と、負極２８の負極合剤スラリー３３の未塗布部分２８Ａ（図３において負極２８に斜線が引かれている部分）とがそれぞれ負極２８の幅方向の一端部又は正極２６の幅方向の他端部と重なり合わないように幅方向にずらした状態で第２のセパレータ２７を介して重ね合わされている。
【００１６】
さらに正極２６の正極合剤スラリー３１の未塗布部分２６Ａは、直接的又は内周側の未塗布部分２６Ａを介して間接的に超音波溶接又は抵抗溶接等の手法により内管２４の第１の円筒部材２１に電気的及び物理的に接続されると共に、負極２８の負極合剤スラリー３３の未塗布部分２８Ａは、直接的又は内周側の未塗布部分２８Ａを介して間接的に超音波溶接又は抵抗溶接等の手法により内管２４の第２の円筒部材２３に、電気的及び物理的に接続されている。さらに外管２内には所定の非水電解液が注入されている。
【００１７】
かくしてこの電池装置２０においては、放電時、正極２６及び負極２８において放電反応が生じることにより電極部２９に生じた電流を、正極２６の第１の集電体３０と導電接続された内管２４の第１の円筒部材２１と、負極２８の第２の集電体３２と導通接続された内管２４の第２の円筒部材２３とをそれぞれ正極端子又は負極端子として外部に出力し得るようになされている。
【００１８】
このため第１及び第２のセパレータ２５、２７においては、幅及び長さが正極２６及び負極２８の重なり合う部分よりも僅かに大きい程度に選定されており、かくして電極部２９が内管２４に巻き付けられた状態において、正極２６の正極合剤スラリー３１の未塗布部分２８Ａ同士間、当該未塗布部分２８Ａ及び内管２４の第１の円筒部材２１間、負極２８の負極合剤スラリー３３の未塗布部分２８Ａ同士間、及び当該未塗布部分２８Ａ及び内管２４の第２の円筒部材２３間の接合をそれぞれ邪魔することなく正極２６及び負極２８間を確実に絶縁し得るようになされている。
【００１９】
この実施例の場合、絶縁部材２２は、特に図２からも明らかなように、第１及び第２の円筒部材２１、２３と外径が等しい円板部２２Ａの一面及び他面側に、それぞれ第１又は第２の円筒部材２１、２３の内径と外径の等しい円柱部２２Ｂ、２２Ｃが同軸に突出形成されることにより形成されている。
これによりこの電池装置２０においては、製造時、絶縁部材２２の各円柱部２２Ｂ、２２Ｃに第１又は第２の円筒部材２１、２３をそれぞれ嵌め込むことによつて、絶縁部材２２により第１及び第２の円筒部材２１、２３を同軸に保持した状態に容易に組み立て得るようになされている。
【００２０】
またこの実施例の場合、正極２６の正極合剤スラリー３１としては、正極活物質としてのＬi Ｃo Ｏ2 ９１重量部に導電剤としてのグラフアイト６重量部と、結着剤としてのポリフツ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）３重量部とをそれぞれ混合し、これをＮ−メチルピロリドンに分散させてスラリー（ペースト状）にしたものが用いられており、また負極２８の負極合剤スラリー３３としては、負極活物質としてのピツチコークス９０重量部に結着剤としてのポリフツ化ビニリデン１０重量部を混合し、これをＮ−メチルピロリドンに分散させてスラリーにしたものが用いられている。また非水電解液としては、プロプレンカーボネートと、１，２−ジメトキシエタンとの等容量混合溶媒中にＬi ＰＦ6 を１モル／リツトルの割合で溶解したものが用いられている。
【００２１】
以上の構成において、この電池装置２０では、放電時、正極２６及び負極２８において放電反応が生じることにより電極部２９に生じた電流を、正極２６の第１の集電体３０と導電接続された内管２４の第１の円筒部材２１と、負極２８の第２の集電体３２と導通接続された内管２４の第２の円筒部材２３とをそれぞれ正極端子又は負極端子として外部に出力する。
【００２２】
従つてこの電池装置２０では、正極２６及び負極２８を流れる電流の電気経路が短く（最大で正極２６又は負極２８の幅程度）、その分例えば従来の電池装置１（図５）のように正極１３（図５）の正極活物質１２の未塗布部分１３及び負極１７の負極活物質１６の未塗布部分１７Ａをそれぞれ正極１３及び負極１７の長手方向の端部に設ける場合に比べて正極２６及び負極２８の各電気経路における内部抵抗が小さい。従つてこの電池装置２０では、正極２６及び負極２８を流れる電流にほとんど電圧降下が生じることがなく、この結果電極部２９において高い集電効率を得ることができる。
【００２３】
実際上、例えば正極２６の長さＬ1 を300 〔cm〕とし、幅Ｌ2 を50〔cm〕とし、かつ正極２６の各放電反応点から正極合剤スラリー３１の未塗布部分２８Ａまでの電気経路が１本の直線上にあるものとすると、この実施例のように正極合剤スラリー３１の未塗布部分２６Ａが正極２６の幅方向の端部に設けられた場合の正極２６の各放電反応点から正極合剤スラリー３１の未塗布部分２６Ａまでの電気抵抗の最大値Ｒ１は、第１の集電体３０の幅方向の一端部から他端部までの電気抵抗値ＲA に等しく、これは正極２６の第１の集電体３０の材質による抵抗係数をρ、電気経路の断面積をＳとして次式
【数１】
に、Ｌ2 ＝50〔cm〕を代入した次式
【数２】
により求めることができる。
【００２４】
これに対して従来の電池装置１（図５）のように、正極１３の正極活物質１２の未塗布部分１３Ａが正極１３の長手方向の端部に設けられている場合には、正極１３の各放電反応点から正極活物質１２の未塗布部分１３Ａまでの電気抵抗の最大値ＲB は、第１の集電体１３の長手方向の中央部から端部までの電気抵抗値Ｒ２に等しく、これは上述の場合と同じ条件で次式
【数３】
にＬ1 ＝300 〔cm〕を代入した次式
【数４】
により求めることができる。
【００２５】
従つて（２）式及び（４）式からも明らかなように、本発明のように正極２６の正極合剤スラリー３１の未塗布部分２６Ａ及び負極２８の負極合剤スラリー３３の未塗布部分２８Ａをそれぞれ正極２６又は負極２８の幅方向の端部に設けるようにすることによつて、正極２６及び負極２８における電気抵抗の最大値を従来に比べて1/3 にすることができ、その分正極２６及び負極２８における集電効率を向上させ得ることができることが分かる。
【００２６】
以上の構成によれば、正極２６の幅方向の一端部に所定幅の正極合剤スラリー３１の未塗布部分２６Ａを設けると共に、負極２８の幅方向の一端部に所定幅の負極合剤スラリー３３の未塗布部分２８Ａを設け、電極部２９に発生した電流をこれら正極２６の正極合剤スラリー３１の未塗布部分２６Ａ及び負極２８の負極合剤スラリー３３の未塗布部分２８Ａを介して電極部２９の外部に出力するようにしたことにより、正極２６及び負極２８の長さに関わりなく正極２６及び負極２８を流れる電流の電圧降下をほぼ確実に防止することができる。かくするにつき電極部２９における集電効率を低下させることなく正極２６及び負極２８の長さを長くすることができ、かくして放電電流値の高い、かつ電極部２９における集電効率の良い電池装置を実現できる。
【００２７】
なお上述の実施例においては、電極部２９において発生した熱を外部に効率良く放出し得るようにすることを目的として電極部２９を内管２４に巻回するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えば電極部２９における発熱量が小さい場合には内管２４を用いることなく、正極２６及び負極２８を絶縁フイルムでなるセパレータを介して絶縁し、かつ重ね合わた状態で長手方向に巻回するようにして電極部を形成するようにしても良い。
【００２８】
また上述の実施例においては、本発明を大型の電池装置２０に適用するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、小型の電池装置に適用することもできる。
【００２９】
さらに上述の実施例においては、本発明をリチウム電池装置に適用するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、この他種々の電池装置に適用することができる。
【００３０】
さらに上述の実施例においては、正極２６及び負極２８を第２のセパレータ２７を介して積層する際、正極２６の正極合剤スラリー３１の未塗布部分２６Ａと、負極２８の負極合剤スラリー３３の未塗布部分２８Ａとがそれぞれ負極２８の幅方向の一端部又は正極２６の幅方向の他端部とそれぞれ対向しないように幅方向にずらした状態で重ね合わせるようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、正極２６及び負極２８を幅方向にずらさない状態で第２のセパレータ２７を介して重ね合わせるようにしても良い。
【００３１】
この場合、第１及び第２のセパレータ２５、２７の幅を正極２６及び負極２８よりも僅かに大きくするなどして正極２６及び負極２８間を確実に絶縁すると共に、正極２６の正極合剤スラリー３１の未塗布部分２６Ａ及び内管２４の第１の円筒部材２１間の導通と、負極２８の負極合剤スラリー３３の未塗布部分２８Ａ及び内管２４の第２の円筒部材２３間の導通とをそれぞれリード線等を用いてとるようにすれば良い。
【００３２】
さらに上述の実施例においては、正極２６の第１の集電体３０をアルミニウム箔で形成し、負極２８の第２の集電体３２を銅箔で形成するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、この他種々の材料を適用することができる。
【００３３】
さらに上述の実施例においては、正極２６の正極合剤スラリー３１の未塗布部分２６Ａを第１の集電体３０の幅方向の一端部にのみ設けると共に、負極２８の負極合剤スラリー３３の未塗布部分２８Ａを第２の集電体３２の幅方向の他端部にのみ設けるようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、正極２６及び負極２８間を確実に絶縁し得るようにするのであれば、例えば正極２６の正極合剤スラリー３１の未塗布部分２６Ａを第１の集電体３０の幅方向の両端部に設け、及び又は負極２８の負極合剤スラリー３３の未塗布部分２８Ａを第２の集電体３２の幅方向の両端部に設けるようにしても良い。
【００３４】
さらに上述の実施例においては、帯状の金属箔でなる第１の集電体３０の両面に正極合剤スラリー３１を塗布することにより正極２６を形成するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、要は、第１の集電体３０に正極活物質を塗布することにより正極を形成するのであれば、第１の集電体３０に塗布する活物質の状態としてはスラリー状でなくても良い。同様に上述の実施例においては、帯状の金属箔でなる第２の集電体３２の両面に負極合剤スラリーを塗布することにより負極２８を形成するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、要は、第２の集電体３２に負極活物質を塗布することにより負極を形成するのであれば、第２の集電体３２に塗布する活物質の状態としてはスラリー状でなくても良い。
【００３５】
さらに上述の実施例においては、第１及び第２のセパレータ２５、２７を微多孔性ポリプロピレンフイルムから形成するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、第１及び第２のセパレータ２５、２７の素材としては、この他種々の素材を適用できる。
【００３６】
【発明の効果】
上述のように本発明によれば、金属箔でなる帯状の第１の集電体に、当該第１の集電体の幅方向の一端部及び又は他端部を避けて所定の第１の活物質が塗布されることにより形成された正極と、金属箔でなる帯状の第２の集電体に、当該第２の集電体の幅方向の一端部及び又は他端部を避けて所定の第２の活物質が塗布されることにより形成された負極と、正極及び負極間を絶縁する帯状のセパレータと、導電材からなる外径の等しい第１及び第２の円筒部材を絶縁部材を介して同軸に連結することにより形成され、正極及び負極がセパレータを介して重ね合わされた状態で巻き付けられた内管とを設け、正極の第１の活物質の未塗布部分が内管の第１の円筒部材に電気的かつ物理的に接続されると共に、負極の第２の活物質の未塗布部分が内管の第２の円筒部材に電気的かつ物理的に接続されるようにしたことによつて、放電電流値の高い、かつ電極における集電効率の良い電池装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例による電池装置の構成を断面をとつて示す斜視図である。
【図２】実施例による電池装置の構成を示す断面図である。
【図３】実施例による電池装置の電極部の構成を示す略線図である。
【図４】実施例による電池装置の電極部の構成を示す断面図である。
【図５】従来の電池装置の構成を断面をとつて示す斜視図である。
【図６】従来の電池装置の電極部の構成を示す略線図である。
【図７】従来の電池装置の電極部の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
２０……電池装置、２１、２３……円筒部材、２２……絶縁部材、２４……内管、２５、２７……セパレータ、２６……正極、２６Ａ、２８Ａ……未塗布部分、２８……負極、２９……電極部、３０、３２……集電体、３１……正極合剤スラリー、３３……負極合剤スラリー。
【目次】
以下の順序で本発明を説明する。
発明の属する技術分野
従来の技術（図５〜図７）
発明が解決しようとする課題（図５〜図７）
課題を解決するための手段（図１〜図４）
発明の実施の形態（図１〜図４）
発明の効果
【０００２】
【発明の属する技術分野】
本発明は電池装置に関し、特に筒型形状を有する大型の電池装置に適用して好適なものである。
【０００３】
【従来の技術】
従来、この種の電池装置として、図５に示すように構成されたものがある。
すなわちこの電池装置１においては、例えばスチール管にニツケルメツキを施すことにより形成された外管２内に、帯状の電極部３が巻き付けられたアルミニウム製の内管４が嵌挿されると共に、外管２の長手方向の各端部でなる各ビート加工部２Ａがそれぞれ内管４の端部にリング状の封口板５を介して嵌め込まれた対応するリング状のガスケツト６にかしめられることにより形成されている。
【０００４】
この場合電極部３は、図６及び図７に示すように、例えば微多孔性ポリプロピレンフイルムからなる第１のセパレータ１０と、帯状の金属箔（例えばアルミニウム箔）でなる第１の集電体１１の両面に長手方向の両端部を避けて正極活物質１２を塗布することにより形成された正極１３と、例えば微多孔性ポリプロピレンフイルムからなる第２のセパレータ１４と、帯状の金属箔（例えば銅箔）でなる第２の集電体１５の両面に長手方向の両端部を避けて負極活物質１６を塗布することにより形成された負極１７とを順次積層することにより形成されており、第１のセパレータ１０を内側にして内管４に巻き付けられている。
【０００５】
また特に図６において明らかなように、正極１３の長手方向の各端部でなる正極活物質１２の各未塗布部分１３Ａ（図６において正極１３に斜線が引かれた部分）と、負極１７の長手方向の各端部でなる負極活物質１６の各未塗布部分１７Ａ（図６において負極１７に斜線が引かれた部分）とにはそれぞれ正極リード１８Ａ、１８Ｂ又は負極リード１９Ａ、１９Ｂが抵抗溶接等により接合されると共に、各正極リード１８Ａ、１８Ｂはそれぞれ端部が内管４に電気的に接続され、かつ各負極リード１９Ａ、１９Ｂはそれぞれ端部が外管２に抵抗溶接等により導通接続されている。さらに外管２内には所定の非水電解液が充填されている。
【０００６】
かくしてこの電池装置１においては、放電時、正極１３及び負極１７において放電反応が生じることにより発生した電流を、正極１３と正極リード１８Ａ、１８Ｂを介して導電接続された外管２と、負極１７と負極リード１９Ａ、１９Ｂを介して導通接続された内管４とをそれぞれ正極端子又は負極端子として外部に出力し得るようになされている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところでかかる構成の電池装置１においては、正極１３及び負極１７の面積によつて、発生する電流量が決定する。
この場合正極１３及び負極１７をその長手方向と垂直な方向（幅方向）に広げることは電池装置１を大型化させる問題があり、このためこの種の電池装置１では、従来、正極１３及び負極１７をその長手方向に延ばして面積を広げることにより、放電電流を増加させていた。
【０００８】
ところが上述のような構成を有する電池装置１において、正極１３及び負極１７をその長手方向に延ばして面積を広げた場合、これに伴つて正極１３及び負極１７を流れる電流の電気経路も長くなるために正極１３及び負極１７の内部抵抗が増加し、この結果正極１３及び負極１７をそれぞれ流れる電流に大きな電圧降下が発生するなど、電極部３における集電効率が悪化する問題があつた。
【０００９】
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、放電電流値の高い、かつ電極における集電効率の良い電池装置を提案しようとするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するため本発明は、電池装置であつて、金属箔でなる帯状の第１の集電体に、当該第１の集電体の幅方向の一端部及び又は他端部を避けて所定の第１の活物質が塗布されることにより形成された正極と、金属箔でなる帯状の第２の集電体に、当該第２の集電体の幅方向の一端部及び又は他端部を避けて所定の第２の活物質が塗布されることにより形成された負極と、正極及び負極間を絶縁する帯状のセパレータと、導電材からなる外径の等しい第１及び第２の円筒部材を絶縁部材を介して同軸に連結することにより形成され、正極及び負極がセパレータを介して重ね合わされた状態で巻き付けられた内管とを設け、正極の第１の活物質の未塗布部分が内管の第１の円筒部材に電気的かつ物理的に接続されると共に、負極の第２の活物質の未塗布部分が内管の第２の円筒部材に電気的かつ物理的に接続されるようにした。
【００１１】
この電池装置では、正極及び負極を流れる電流の電気経路の最長距離が正極の幅又は負極の幅程度と短いため、正極及び負極を流れる電流にほぼ電圧降下を生じさせることなく電極において発生した電流を取り出すことができる。この場合、正極及び負極を流れる電流に対する電気抵抗の大きさは正極又は負極の幅にのみ依存し、正極及び負極の長さに依存しないため、電極における集電効率を低下させることなく放電電流値を増加させることができる。
また、この電池装置の製造にあつては、絶縁部材により第１及び第２の円筒部材を同軸に保持した状態に容易に組み立てることが可能となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下図面について、本発明の一実施例を詳述する。
【００１３】
図５との対応部分に同一符号を付して示す図１及び図２において、２０は全体として実施例による電池装置を示し、導電材（例えばアルミニウム）からなる第１の円筒部材２１と、当該第１の円筒部材２１と外径の等しい導電材（例えば銅）からなる第２の円筒部材２３とをポリプロピレン等からなる絶縁部材２２を介して同軸に連結することにより内管２４が形成されている。
この内管２４には、微多孔性ポリプロピレンフイルムからなる第１のセパレータ２５と、帯状の正極２６と、微多孔性ポリプロピレンフイルムからなる第２のセパレータ２７と、帯状の負極２８とを順次積層することにより形成された電極部２９が第１のセパレータ２５を内側にして長手方向に巻くように巻き付けられている。
【００１４】
この場合電極部２９の正極２６は、図４に示すように、金属箔（例えばアルミニウム箔）でなる帯状の第１の集電体３０の両面に、当該第１の集電体３０の幅方向の一端部を所定幅だけ避けて正極合剤スラリー３１を塗布し乾燥することにより形成されており、負極２８は、金属箔（例えば銅箔）でなる帯状の第２の集電体３２の両面に、第１の集電体３０の幅方向の他端部と対応する第２の集電体３２の幅方向の他端部を所定幅だけ避けて負極合剤スラリー３３を塗布し乾燥することにより形成されている。
【００１５】
また正極２６及び負極２８は、正極２６の正極合剤スラリー３１の未塗布部分２６Ａ（図３において正極２６に斜線が引かれている部分）と、負極２８の負極合剤スラリー３３の未塗布部分２８Ａ（図３において負極２８に斜線が引かれている部分）とがそれぞれ負極２８の幅方向の一端部又は正極２６の幅方向の他端部と重なり合わないように幅方向にずらした状態で第２のセパレータ２７を介して重ね合わされている。
【００１６】
さらに正極２６の正極合剤スラリー３１の未塗布部分２６Ａは、直接的又は内周側の未塗布部分２６Ａを介して間接的に超音波溶接又は抵抗溶接等の手法により内管２４の第１の円筒部材２１に電気的及び物理的に接続されると共に、負極２８の負極合剤スラリー３３の未塗布部分２８Ａは、直接的又は内周側の未塗布部分２８Ａを介して間接的に超音波溶接又は抵抗溶接等の手法により内管２４の第２の円筒部材２３に、電気的及び物理的に接続されている。さらに外管２内には所定の非水電解液が注入されている。
【００１７】
かくしてこの電池装置２０においては、放電時、正極２６及び負極２８において放電反応が生じることにより電極部２９に生じた電流を、正極２６の第１の集電体３０と導電接続された内管２４の第１の円筒部材２１と、負極２８の第２の集電体３２と導通接続された内管２４の第２の円筒部材２３とをそれぞれ正極端子又は負極端子として外部に出力し得るようになされている。
【００１８】
このため第１及び第２のセパレータ２５、２７においては、幅及び長さが正極２６及び負極２８の重なり合う部分よりも僅かに大きい程度に選定されており、かくして電極部２９が内管２４に巻き付けられた状態において、正極２６の正極合剤スラリー３１の未塗布部分２８Ａ同士間、当該未塗布部分２８Ａ及び内管２４の第１の円筒部材２１間、負極２８の負極合剤スラリー３３の未塗布部分２８Ａ同士間、及び当該未塗布部分２８Ａ及び内管２４の第２の円筒部材２３間の接合をそれぞれ邪魔することなく正極２６及び負極２８間を確実に絶縁し得るようになされている。
【００１９】
この実施例の場合、絶縁部材２２は、特に図２からも明らかなように、第１及び第２の円筒部材２１、２３と外径が等しい円板部２２Ａの一面及び他面側に、それぞれ第１又は第２の円筒部材２１、２３の内径と外径の等しい円柱部２２Ｂ、２２Ｃが同軸に突出形成されることにより形成されている。
これによりこの電池装置２０においては、製造時、絶縁部材２２の各円柱部２２Ｂ、２２Ｃに第１又は第２の円筒部材２１、２３をそれぞれ嵌め込むことによつて、絶縁部材２２により第１及び第２の円筒部材２１、２３を同軸に保持した状態に容易に組み立て得るようになされている。
【００２０】
またこの実施例の場合、正極２６の正極合剤スラリー３１としては、正極活物質としてのＬi Ｃo Ｏ2 ９１重量部に導電剤としてのグラフアイト６重量部と、結着剤としてのポリフツ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）３重量部とをそれぞれ混合し、これをＮ−メチルピロリドンに分散させてスラリー（ペースト状）にしたものが用いられており、また負極２８の負極合剤スラリー３３としては、負極活物質としてのピツチコークス９０重量部に結着剤としてのポリフツ化ビニリデン１０重量部を混合し、これをＮ−メチルピロリドンに分散させてスラリーにしたものが用いられている。また非水電解液としては、プロプレンカーボネートと、１，２−ジメトキシエタンとの等容量混合溶媒中にＬi ＰＦ6 を１モル／リツトルの割合で溶解したものが用いられている。
【００２１】
以上の構成において、この電池装置２０では、放電時、正極２６及び負極２８において放電反応が生じることにより電極部２９に生じた電流を、正極２６の第１の集電体３０と導電接続された内管２４の第１の円筒部材２１と、負極２８の第２の集電体３２と導通接続された内管２４の第２の円筒部材２３とをそれぞれ正極端子又は負極端子として外部に出力する。
【００２２】
従つてこの電池装置２０では、正極２６及び負極２８を流れる電流の電気経路が短く（最大で正極２６又は負極２８の幅程度）、その分例えば従来の電池装置１（図５）のように正極１３（図５）の正極活物質１２の未塗布部分１３及び負極１７の負極活物質１６の未塗布部分１７Ａをそれぞれ正極１３及び負極１７の長手方向の端部に設ける場合に比べて正極２６及び負極２８の各電気経路における内部抵抗が小さい。従つてこの電池装置２０では、正極２６及び負極２８を流れる電流にほとんど電圧降下が生じることがなく、この結果電極部２９において高い集電効率を得ることができる。
【００２３】
実際上、例えば正極２６の長さＬ1 を300 〔cm〕とし、幅Ｌ2 を50〔cm〕とし、かつ正極２６の各放電反応点から正極合剤スラリー３１の未塗布部分２８Ａまでの電気経路が１本の直線上にあるものとすると、この実施例のように正極合剤スラリー３１の未塗布部分２６Ａが正極２６の幅方向の端部に設けられた場合の正極２６の各放電反応点から正極合剤スラリー３１の未塗布部分２６Ａまでの電気抵抗の最大値Ｒ１は、第１の集電体３０の幅方向の一端部から他端部までの電気抵抗値ＲA に等しく、これは正極２６の第１の集電体３０の材質による抵抗係数をρ、電気経路の断面積をＳとして次式
【数１】
【数２】
【００２４】
これに対して従来の電池装置１（図５）のように、正極１３の正極活物質１２の未塗布部分１３Ａが正極１３の長手方向の端部に設けられている場合には、正極１３の各放電反応点から正極活物質１２の未塗布部分１３Ａまでの電気抵抗の最大値ＲB は、第１の集電体１３の長手方向の中央部から端部までの電気抵抗値Ｒ２に等しく、これは上述の場合と同じ条件で次式
【数３】
【数４】
【００２５】
従つて（２）式及び（４）式からも明らかなように、本発明のように正極２６の正極合剤スラリー３１の未塗布部分２６Ａ及び負極２８の負極合剤スラリー３３の未塗布部分２８Ａをそれぞれ正極２６又は負極２８の幅方向の端部に設けるようにすることによつて、正極２６及び負極２８における電気抵抗の最大値を従来に比べて1/3 にすることができ、その分正極２６及び負極２８における集電効率を向上させ得ることができることが分かる。
【００２６】
以上の構成によれば、正極２６の幅方向の一端部に所定幅の正極合剤スラリー３１の未塗布部分２６Ａを設けると共に、負極２８の幅方向の一端部に所定幅の負極合剤スラリー３３の未塗布部分２８Ａを設け、電極部２９に発生した電流をこれら正極２６の正極合剤スラリー３１の未塗布部分２６Ａ及び負極２８の負極合剤スラリー３３の未塗布部分２８Ａを介して電極部２９の外部に出力するようにしたことにより、正極２６及び負極２８の長さに関わりなく正極２６及び負極２８を流れる電流の電圧降下をほぼ確実に防止することができる。かくするにつき電極部２９における集電効率を低下させることなく正極２６及び負極２８の長さを長くすることができ、かくして放電電流値の高い、かつ電極部２９における集電効率の良い電池装置を実現できる。
【００２７】
なお上述の実施例においては、電極部２９において発生した熱を外部に効率良く放出し得るようにすることを目的として電極部２９を内管２４に巻回するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えば電極部２９における発熱量が小さい場合には内管２４を用いることなく、正極２６及び負極２８を絶縁フイルムでなるセパレータを介して絶縁し、かつ重ね合わた状態で長手方向に巻回するようにして電極部を形成するようにしても良い。
【００２８】
また上述の実施例においては、本発明を大型の電池装置２０に適用するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、小型の電池装置に適用することもできる。
【００２９】
さらに上述の実施例においては、本発明をリチウム電池装置に適用するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、この他種々の電池装置に適用することができる。
【００３０】
さらに上述の実施例においては、正極２６及び負極２８を第２のセパレータ２７を介して積層する際、正極２６の正極合剤スラリー３１の未塗布部分２６Ａと、負極２８の負極合剤スラリー３３の未塗布部分２８Ａとがそれぞれ負極２８の幅方向の一端部又は正極２６の幅方向の他端部とそれぞれ対向しないように幅方向にずらした状態で重ね合わせるようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、正極２６及び負極２８を幅方向にずらさない状態で第２のセパレータ２７を介して重ね合わせるようにしても良い。
【００３１】
この場合、第１及び第２のセパレータ２５、２７の幅を正極２６及び負極２８よりも僅かに大きくするなどして正極２６及び負極２８間を確実に絶縁すると共に、正極２６の正極合剤スラリー３１の未塗布部分２６Ａ及び内管２４の第１の円筒部材２１間の導通と、負極２８の負極合剤スラリー３３の未塗布部分２８Ａ及び内管２４の第２の円筒部材２３間の導通とをそれぞれリード線等を用いてとるようにすれば良い。
【００３２】
さらに上述の実施例においては、正極２６の第１の集電体３０をアルミニウム箔で形成し、負極２８の第２の集電体３２を銅箔で形成するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、この他種々の材料を適用することができる。
【００３３】
さらに上述の実施例においては、正極２６の正極合剤スラリー３１の未塗布部分２６Ａを第１の集電体３０の幅方向の一端部にのみ設けると共に、負極２８の負極合剤スラリー３３の未塗布部分２８Ａを第２の集電体３２の幅方向の他端部にのみ設けるようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、正極２６及び負極２８間を確実に絶縁し得るようにするのであれば、例えば正極２６の正極合剤スラリー３１の未塗布部分２６Ａを第１の集電体３０の幅方向の両端部に設け、及び又は負極２８の負極合剤スラリー３３の未塗布部分２８Ａを第２の集電体３２の幅方向の両端部に設けるようにしても良い。
【００３４】
さらに上述の実施例においては、帯状の金属箔でなる第１の集電体３０の両面に正極合剤スラリー３１を塗布することにより正極２６を形成するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、要は、第１の集電体３０に正極活物質を塗布することにより正極を形成するのであれば、第１の集電体３０に塗布する活物質の状態としてはスラリー状でなくても良い。同様に上述の実施例においては、帯状の金属箔でなる第２の集電体３２の両面に負極合剤スラリーを塗布することにより負極２８を形成するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、要は、第２の集電体３２に負極活物質を塗布することにより負極を形成するのであれば、第２の集電体３２に塗布する活物質の状態としてはスラリー状でなくても良い。
【００３５】
さらに上述の実施例においては、第１及び第２のセパレータ２５、２７を微多孔性ポリプロピレンフイルムから形成するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、第１及び第２のセパレータ２５、２７の素材としては、この他種々の素材を適用できる。
【００３６】
【発明の効果】
上述のように本発明によれば、金属箔でなる帯状の第１の集電体に、当該第１の集電体の幅方向の一端部及び又は他端部を避けて所定の第１の活物質が塗布されることにより形成された正極と、金属箔でなる帯状の第２の集電体に、当該第２の集電体の幅方向の一端部及び又は他端部を避けて所定の第２の活物質が塗布されることにより形成された負極と、正極及び負極間を絶縁する帯状のセパレータと、導電材からなる外径の等しい第１及び第２の円筒部材を絶縁部材を介して同軸に連結することにより形成され、正極及び負極がセパレータを介して重ね合わされた状態で巻き付けられた内管とを設け、正極の第１の活物質の未塗布部分が内管の第１の円筒部材に電気的かつ物理的に接続されると共に、負極の第２の活物質の未塗布部分が内管の第２の円筒部材に電気的かつ物理的に接続されるようにしたことによつて、放電電流値の高い、かつ電極における集電効率の良い電池装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例による電池装置の構成を断面をとつて示す斜視図である。
【図２】実施例による電池装置の構成を示す断面図である。
【図３】実施例による電池装置の電極部の構成を示す略線図である。
【図４】実施例による電池装置の電極部の構成を示す断面図である。
【図５】従来の電池装置の構成を断面をとつて示す斜視図である。
【図６】従来の電池装置の電極部の構成を示す略線図である。
【図７】従来の電池装置の電極部の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
２０……電池装置、２１、２３……円筒部材、２２……絶縁部材、２４……内管、２５、２７……セパレータ、２６……正極、２６Ａ、２８Ａ……未塗布部分、２８……負極、２９……電極部、３０、３２……集電体、３１……正極合剤スラリー、３３……負極合剤スラリー。
Claims (2)
- 金属箔でなる帯状の第１の集電体に、当該第１の集電体の幅方向の一端部及び又は他端部を避けて所定の第１の活物質が塗布されることにより形成された正極と、
金属箔でなる帯状の第２の集電体に、当該第２の集電体の幅方向の一端部及び又は他端部を避けて所定の第２の活物質が塗布されることにより形成された負極と、
上記正極及び上記負極間を絶縁する帯状のセパレータと、
導電材からなる外径の等しい第１及び第２の円筒部材を絶縁部材を介して同軸に連結することにより形成され、上記正極及び上記負極が上記セパレータを介して重ね合わされた状態で巻き付けられた内管と
を具え、
上記正極の上記第１の活物質の未塗布部分が上記内管の上記第１の円筒部材に電気的かつ物理的に接続されると共に、上記負極の上記第２の活物質の未塗布部分が上記内管の上記第２の円筒部材に電気的かつ物理的に接続された
ことを特徴とする電池装置。 - 上記正極の上記第１の活物質の未塗布部分は、上記第１の集電体の上記幅方向の一端部に設けられると共に、上記負極の上記第２の活物質の未塗布部分は、上記第１の集電体の幅方向の他端部と対応する上記第２の集電体の幅方向の他端部に設けられており、上記正極の上記第１の活物質の未塗布部分と、上記負極の上記第２の活物質の未塗布部分とがそれぞれ上記負極の幅方向の一端部又は上記正極の幅方向の他端部と対向しないように幅方向にずらした状態で上記正極及び上記負極が上記セパレータを介して重ね合わされた
ことを特徴とする請求項１に記載の電池装置。
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