JP4099609B2 - battery - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、帯状の正負の電極を帯状のセパレータを介して巻回した巻回型の発電要素を備えた電池に関する。
【0002】
【従来の技術】
長円筒形の巻回型の発電要素1を備えた非水電解質二次電池の構成例を図5に示す。この発電要素1は、帯状の負極1aと正極1bを帯状のセパレータ1cを介して長円筒形に巻回して構成したものであり、負極1aと正極1bをそれぞれ上下に少しずつずらして巻回することにより、発電要素1の上端側には負極1aの上方端縁部のみを突出させ、下端側には正極1bの下方端縁部のみを突出させている。この際、負極1aは上方端縁部に活物質を塗布せず、正極1bは下方端縁部に活物質を塗布しないようにして、それぞれ発電要素1の上下端にはこれら負極1aと正極1bの金属箔を露出させるようにする。また、セパレータ1cは、これら負極1aと正極1bが重なり合う部分は確実に覆うが、上下の端縁部は覆わないような幅で巻回する。
【0003】
上記非水電解質二次電池は、従来図6に示すような負極集電体2を発電要素1の上端部に配置して負極1aの集電を行っていた。負極集電体2は、銅板からなり、発電要素1の上端部の中央片側の上方に集電部2aが形成されると共に、この集電部2aから平板状の端子接続部2bを引き出して発電要素1の上端部の片方の半円部の上方に配置したものである。集電部2aは、銅板を蛇腹状に繰り返し屈曲させて、上方に突出する挟持部2cと下方に突出する押込部2eとを形成したものである。挟持部2cは、頂部で折り返した垂直な2枚の銅板がわずかな間隔を開けて向かい合わせに配置されるようにしたものであり、押込部2eは、底部で折り返した傾斜した2枚の銅板が徐々に間隔を広げて断面V字形状となった部分である。
【0004】
上記負極集電体2は、図7に示すように、発電要素1の上端に突出する負極1aの端縁部を集電部2aの各挟持部2cの隙間に複数枚ずつまとめて挟み込んでかしめると共に超音波溶接によって接続固定する。この際、集電部2aは、上方から発電要素1の上端部に押し下げることにより、押込部2eの下方に突出する先端を負極1aの上端縁部の間に押し込み、断面V字形状の両側の傾斜面でこれら負極1aの上端縁部を振り分けてそれぞれ挟持部2cの隙間に導き入れることになる。
【0005】
また、この発電要素1の下端部には、図8に示すような正極集電体3を配置して正極1bの集電を行っていた。正極集電体3は、負極集電体2と同様の構造の集電部3aを有するものであるが、銅板に代えてアルミニウム板が用いられる。この正極集電体3は、発電要素1の下端に突出する正極1bの端縁部を集電部3aの挟持部3cの隙間に挟み込んでかしめと超音波溶接によって接続固定するようになっている。この際、集電部3aの押込部3eが正極1bの端縁部を振り分けて挟持部3cの隙間に導き入れるのは同じである。しかし、ここでは、端子接続部3bが発電要素1の上端部の上方にまで引き出される場合の例を示す。もっとも、正極端子5を発電要素1の下方から突出させる場合には、この端子接続部3bも発電要素1の下端部の下方に配置されることになる。
【0006】
なお、図面では簡単のため、発電要素1の負極1aや正極1b等を少ない巻き数で粗く巻回して示しているが、実際は極めて密に多くの巻き数で巻回するので、集電部2a,3aの各挟持部2c,3cの隙間には負極1aや正極1bの端縁部がそれぞれ多数枚ずつ挟み込まれて接続固定される。また、これら負極集電体2や正極集電体3の集電部2a,3aは、発電要素1の中央片側のみならず、中央の両側の上方や下方に配置して集電効率を向上させるようにする場合もある。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記発電要素1の負極1aや正極1bは、上下の端縁部に銅やアルミニウム等の極めて薄い金属箔が露出するので、実際に集電部2a,3aの押込部2e,3eの先端をこれら負極1aや正極1bの端縁部の間に押し込まれると、断面V字形状の両側の傾斜面で引っ掛かって、シワが寄ったり破断したりするため、挟持部2c,3cの隙間にスムーズに導き入れることができないという問題があった。
【0008】
また、このように集電部2a,3aに押込部2e,3eが設けられていると、この押込部2e,3eの先端が発電要素1の内部に突入されるので、集電を行わない側の正極1b又は負極1aと接触して短絡を起こしたり、活物質の塗工面積が狭くなって電池容量が減少するという問題があった。例えば、図9に示すように、負極1aを集電部2aの挟持部2cに接続固定する場合、下方にずらして配置した正極1bの上端が押込部2eの先端に接近するので、これらが接触して短絡を起こすおそれが生じる。そして、これを防止するために負極1aと正極1bのずれの量を大きくすると、活物質の未塗工部を広くしなければならないので、その分だけ塗工面積が狭くなって電池容量が減少することになる。
【0009】
なお、負極1aや正極1bの端縁部がスムーズに挟持部2c,3cの隙間に挿入できないという問題については、摩擦係数が小さく滑りの良い素材を用いた、押込部2e,3eよりも先端の角度が小さくて長いV字形状の歯を有する櫛状の治具を発電要素1の上端部と下端部に押し込んで、事前に負極1aや正極1bの上下の端縁部を挟持部2c,3cの隙間に対応する位置に振り分けておき、ここに負極集電体2や正極集電体3の集電部2a,3aを挿入するようにすれば解消することができる。しかし、この場合にも、押込部2e,3eの先端が短絡を起こしたり、活物質の塗工面積が狭くなるという問題は解消できなかった。
【0010】
本発明は、かかる事情に対処するためになされたものであり、平板状の金属板に直接挟持部を設けることにより、電極との短絡が生じるおそれがなく、活物質の塗工面積も広げることができる電池を提供することを目的としている。
【0011】
【課題を解決するための手段】
請求項1の電池は、一枚の金属板を曲げ加工することによって、複数の箇所に挟持部を形成するとともに、これらの挟持部の間にそれぞれ平板部が設けられた集電部と、集電部の一端から挟持部の上端部以上の高さまで持ち上げられた、水平な板状の端子接続部とを有する集電体を備え、集電部が、帯状の正負の電極をそれぞれ上下の巻回軸方向にずらして帯状のセパレータを介し巻回した巻回型の発電要素の上端部に配置されると共に、この発電要素の上端部に突出する正負いずれかの電極の端縁部が集電部の最寄りの挟持部に挟み込まれて接続固定されたことを特徴とする。
【0012】
請求項1の発明によれば、電極の端縁部を接続固定する複数の挟持部が平板状の平板部を介して繋がるので、この部分が発電要素の内部に突入するようなことがなくなる。このため、挟持部に接続固定されない側の電極が集電部に接触して短絡を起こすようなおそれがなくなる。また、このため、正負の電極を巻回する際のずれの量を少なくすることができるので、活物質を塗工する面積を広げて電池容量を増大させることもできる。
【0013】
請求項2の電池は、前記電極の端縁部が、集電部の挟持部に挟み込まれてかしめられると共に、超音波溶接によりこの挟持部に接続固定されたことを特徴とする。
【0014】
請求項2の発明によれば、電極の端縁部を集電部の挟持部にかしめと超音波溶接により確実に接続固定することができる。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【0016】
図1〜図4は本発明の一実施形態を示すものであって、図1は発電要素に接続固定した負極集電体を示す斜視図、図2は発電要素に接続固定する負極集電体と正極集電体の構成を示す斜視図、図3は発電要素の上端に突出する負極の端縁部を振り分けるための治具を示す斜視図、図4は集電部の挟持部に負極の端縁部が挟み込まれた状態を示す部分拡大図である。なお、図5〜図9に示した従来例と同様の機能を有する構成部材には同じ番号を付記する。
【0017】
本実施形態は、電気自動車等に用いられる長円筒形に巻回した発電要素1を備えた非水電解質二次電池について説明する。この非水電解質二次電池の発電要素1は、図5に示したように、負極1aと正極1bをそれぞれ上下方向(巻回軸方向)に少しずつずらして巻回することにより、この発電要素1の上端側には負極1aの上方端縁部のみを突出させ、下端側には正極1bの下方端縁部のみを突出させたものである。負極1aは、帯状の銅箔の表面にグラファイト等の負極活物質を塗布したものであり、正極1bは、帯状のアルミニウム箔の表面にリチウムコバルト複合酸化物等の正極活物質を塗布したものである。ただし、負極1aは、上方端縁部を除いた部分にのみ負極活物質を塗布し、正極1bは、下方端縁部を除いた部分にのみ正極活物質を塗布しておくことにより、それぞれ発電要素1の上下端には銅箔とアルミニウム箔を露出させて突出させるようにする。セパレータ1cは、帯状の微多孔性樹脂フィルムを用い、これら負極1aと正極1bが重なり合う部分は確実に覆うが、上下の端縁部は覆わないような幅で巻回する。
【0018】
上記発電要素1には、図2に示すような負極集電体2と正極集電体3が接続される。負極集電体2は、銅板をプレス加工したものであり、発電要素1の上端部の中央片側の上方に集電部2aが配置される。集電部2aは、この負極集電体2の銅板を曲げ加工することにより、3箇所に挟持部2cを形成すると共に、これらの挟持部2cの間にそれぞれ平板部2dを設けたものである。挟持部2cは、水平の平板状の銅板を上方に屈曲させて頂部で折り返すことにより、2枚の銅板を向かい合わせに立設させた部分である。そして、この向かい合わせに立設された2枚の銅板の間には、下方に開口する隙間が設けられる。平板部2dは、これら挟持部2cの隣接するもの同士をそれぞれ下端部で繋ぐ水平な平板状の部分であり、各挟持部2cの間にある程度間隔が開くようにするために設けられる。
【0019】
上記負極集電体2における集電部2aの一端は、挟持部2cの上端部以上の高さまで持ち上げられて、発電要素1の上端部の片方の半円部の上方まで引き出され、水平な平板状の端子接続部2bに繋がっている。この端子接続部2bには、負極端子4の下端部がかしめによって接続固定されている。また、上記正極集電体3は、アルミニウム板をプレス加工したものであり、負極集電体2と同様の構成であり上下が逆になった集電部3aが形成されている。そして、この集電部3aの一端は、発電要素1の側面に沿って上端部の他方の半円部の上方まで引き出され、水平な平板状の端子接続部3bに繋がっている。そして、この端子接続部3bには、正極端子5の下端部がかしめによって接続固定されている。
【0020】
上記発電要素1は、まず図3に示すように、下向きのV字形状の歯が形成された櫛状の治具6を上端部の中央片側に挿入することにより、この発電要素1の上端に突出する負極1aの端縁部を3箇所に振り分けて集める。治具6は、高密度ポリエチレンのように硬度の高い素材を用いると共に、歯の先端の角度を小さくしてV字形状を長くすることにより、負極1aの端縁部に露出した薄い銅箔にシワを寄せたり破断させることなく、これらをスムーズに振り分けることができる。
【0021】
次に、図1に示すように、発電要素1の上端部に負極集電体2を載置して、治具6によって振り分けられた複数枚ずつの負極1aの端縁部を集電部2aの各挟持部2cの隙間にそれぞれ挟み込む。負極1aの端縁部が各挟持部2cに挟み込まれると、治具6は外される。そして、各挟持部2cの2枚の銅板をかしめると共に超音波溶接を行うことにより、これらの挟持部2cに挟み込まれた負極1aの端縁部の銅箔が露出した部分を集電部2aに接続固定する。かしめ作業は、各挟持部2cの両側にかしめ工具のアタッチメントを上方から挿入し、2枚の銅板を押し潰すように力を加えることにより行われる。また、超音波溶接は、各挟持部2cの両側に超音波溶接器のアタッチメントを上方から挿入し、2枚の銅板に超音波振動を加えることにより行われる。平板部2dは、隣接する挟持部2cの間にこれらのアタッチメントを挿入する空間を提供するために、上記のようにある程度の間隔が開くように設けられる。なお、図面では簡単のため、発電要素1の負極1aや正極1b等を少ない巻き数で粗く巻回して示しているが、実際は極めて密に多くの巻き数で巻回するので、集電部2aの各挟持部2cの隙間には負極1aの端縁部がそれぞれ多数枚ずつ挟み込まれて接続固定される。
【0022】
また、正極集電体3も、負極集電体2と同様に、発電要素1の下端に突出する正極1bの端縁部のアルミニウム箔が露出した部分を集電部3aの挟持部3cの隙間に複数枚ずつまとめて挟み込んでかしめると共に超音波溶接によって接続固定する。なお、この集電部3aから上端部に引き出された正極集電体3の端子接続部3bは、負極集電体2の集電部2aの上方に重ねて配置されることになるが、これらの間には絶縁材が挿入されて短絡を防止するようになっている。
【0023】
上記負極集電体2と正極集電体3を接続固定した発電要素1は、図示しない長円筒形の電池ケースに収納されて非水電解液を注入され密閉されることにより非水電解質二次電池となる。また、負極端子4と正極端子5は、それぞれ絶縁封止されて電池の上部から突設される。
【0024】
上記構成によれば、負極1aや正極1bの端縁部を接続固定する複数の挟持部2c,3cがそれぞれ平板状の平板部2d,3dを介して繋がり、この平板部2d,3dが発電要素1の内部に突入するようなことがないので、短絡のおそれがなくなると共に、電池容量を増大させることができるようになる。例えば、図4に示すように、負極1aを集電部2aの挟持部2cに接続固定する場合、下方にずらして配置した正極1bの上端と平板状の平板部2dの裏面との間には十分な距離が保たれるので、これらが接触して短絡を起こすようなおそれが生じない。また、このように正極1bの上端と平板状の平板部2dの裏面との間が十分に離れていれば、負極1aと正極1bのずれの量を少なくしても短絡のおそれがなくなるので、活物質の未塗工部を狭くしてその分だけ塗工面積を広げ電池容量を増大させることができるようになる。そして、これは正極1bを集電部3aの挟持部3cに接続固定する場合も同様である。
【0025】
なお、上記実施形態では、長円筒形に巻回した発電要素1について説明したが、本発明はその他の巻回型の発電要素にも同様に実施可能である。ただし、例えば円筒形の発電要素の場合には、集電部2a,3aの挟持部2c,3cは、負極1aや正極1bの巻きに沿って湾曲して形成する必要がある。
【0026】
また、上記実施形態では、非水電解質二次電池について説明したが、本発明は、その他の電池一般に実施可能である。さらに、上記実施形態では、負極集電体2と正極集電体3に銅板とアルミニウム板を使う場合について説明したが、電池の種類に応じて他の金属板を用いることも可能である。
【0027】
さらに、上記実施形態では、負極集電体2と正極集電体3の挟持部2c,3cをかしめて超音波溶接する場合について説明したが、負極1aや正極1bの端縁部を挟み込んで接続固定するものであれば、必ずしもこのような方法には限定されない。
【0028】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の電池によれば、集電体の集電部における複数の挟持部の間に平板状の平板部が形成されるので、この部分が発電要素の内部に突入して他方の電極に接触し短絡を起こすようなおそれがなくなる。また、このため、正負の電極を巻回する際のずれの量を少なくすることができるので、活物質を塗工する面積を広げて電池容量を増大させることもできるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施形態を示すものであって、発電要素に接続固定した負極集電体を示す斜視図である。
【図2】 本発明の一実施形態を示すものであって、発電要素に接続固定する負極集電体と正極集電体の構成を示す斜視図である。
【図3】 本発明の一実施形態を示すものであって、発電要素の上端に突出する負極の端縁部を振り分けるための治具を示す斜視図である。
【図4】 本発明の一実施形態を示すものであって、集電部の挟持部に負極の端縁部が挟み込まれた状態を示す部分拡大図である。
【図5】 非水電解質二次電池の発電要素の構成を示す斜視図である。
【図6】 従来例を示すものであって、発電要素に接続固定する負極集電体の構成を示す斜視図である。
【図7】 従来例を示すものであって、発電要素に接続固定した負極集電体を示す斜視図である。
【図8】 従来例を示すものであって、発電要素に接続固定する負極集電体と正極集電体の構成を示す斜視図である。
【図9】 従来例を示すものであって、集電部の挟持部に負極の端縁部が挟み込まれた状態を示す部分拡大図である。
【符号の説明】
1 発電要素
1a 負極
1b 正極
1c セパレータ
2 負極集電体
2a 集電部
2c 挟持部
2d 平板部
3 正極集電体
3a 集電部
3c 挟持部
3d 平板部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a battery including a wound power generation element in which strip-shaped positive and negative electrodes are wound via a strip-shaped separator.
[0002]
[Prior art]
FIG. 5 shows a configuration example of a nonaqueous electrolyte secondary battery including a long cylindrical wound
[0003]
In the non-aqueous electrolyte secondary battery, the negative electrode
[0004]
As shown in FIG. 7, the negative electrode
[0005]
Further, a positive electrode
[0006]
For the sake of simplicity, the
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the
[0008]
Further, when the pushing
[0009]
In addition, about the problem that the edge part of the
[0010]
The present invention has been made in order to cope with such a situation, and by providing a clamping portion directly on a flat metal plate, there is no possibility of short-circuiting with the electrode, and the coating area of the active material is increased. It aims at providing the battery which can do.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The battery according to
[0012]
According to the first aspect of the present invention, since the plurality of sandwiching portions for connecting and fixing the edge portions of the electrodes are connected via the flat plate portion, this portion does not enter into the power generating element. For this reason, there is no possibility that the electrode on the side that is not connected and fixed to the clamping part contacts the current collecting part to cause a short circuit. For this reason, since the amount of deviation when winding the positive and negative electrodes can be reduced, the area on which the active material is applied can be expanded to increase the battery capacity.
[0013]
The battery according to
[0014]
According to the second aspect of the present invention, the edge portion of the electrode can be securely connected and fixed to the clamping portion of the current collecting portion by caulking and ultrasonic welding.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0016]
1 to 4 show an embodiment of the present invention. FIG. 1 is a perspective view showing a negative electrode current collector connected and fixed to a power generation element. FIG. 2 is a negative electrode current collector connected and fixed to the power generation element. 3 is a perspective view showing the configuration of the positive electrode current collector, FIG. 3 is a perspective view showing a jig for distributing the end edge of the negative electrode protruding from the upper end of the power generation element, and FIG. It is the elements on larger scale which show the state where the edge part was inserted | pinched. In addition, the same number is attached | subjected to the structural member which has the function similar to the prior art example shown in FIGS.
[0017]
This embodiment demonstrates the nonaqueous electrolyte secondary battery provided with the electric
[0018]
A negative electrode
[0019]
One end of the
[0020]
As shown in FIG. 3, the
[0021]
Next, as shown in FIG. 1, the negative electrode
[0022]
Similarly to the negative electrode
[0023]
The
[0024]
According to the above configuration, the plurality of sandwiching
[0025]
In addition, in the said embodiment, although the electric
[0026]
Moreover, although the said embodiment demonstrated the nonaqueous electrolyte secondary battery, this invention can be implemented in another battery generally. Furthermore, although the said embodiment demonstrated the case where a copper plate and an aluminum plate were used for the
[0027]
Furthermore, in the above-described embodiment, the case where the sandwiching
[0028]
【The invention's effect】
As is clear from the above description, according to the battery of the present invention, the flat plate portion is formed between the plurality of sandwiching portions in the current collector portion of the current collector, and this portion is the interior of the power generation element. There is no risk of rushing into contact with the other electrode and causing a short circuit. For this reason, since the amount of deviation when winding the positive and negative electrodes can be reduced, it is possible to increase the battery capacity by expanding the area where the active material is applied.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing a negative electrode current collector connected to a power generation element according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view illustrating a configuration of a negative electrode current collector and a positive electrode current collector that are connected and fixed to a power generation element according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a perspective view showing a jig for distributing an end edge portion of a negative electrode protruding from an upper end of a power generation element according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a partially enlarged view showing an embodiment of the present invention and showing a state in which an end edge of a negative electrode is sandwiched between clamping parts of a current collector.
FIG. 5 is a perspective view showing a configuration of a power generation element of a nonaqueous electrolyte secondary battery.
FIG. 6 is a perspective view illustrating a configuration of a negative electrode current collector that is connected and fixed to a power generation element according to a conventional example.
FIG. 7 is a perspective view showing a negative electrode current collector connected and fixed to a power generation element, showing a conventional example.
FIG. 8 is a perspective view illustrating a configuration of a negative electrode current collector and a positive electrode current collector that are connected and fixed to a power generation element according to a conventional example.
FIG. 9 is a partial enlarged view showing a conventional example and showing a state in which an end edge portion of a negative electrode is sandwiched between clamping portions of a current collecting unit.
[Explanation of symbols]
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