JP4099610B2

JP4099610B2 - 電池

Info

Publication number: JP4099610B2
Application number: JP25339198A
Authority: JP
Inventors: 剛文井上
Original assignee: GS Yuasa Corp
Current assignee: GS Yuasa Corp
Priority date: 1998-09-08
Filing date: 1998-09-08
Publication date: 2008-06-11
Anticipated expiration: 2018-09-08
Also published as: JP2000082487A

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３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４に示すような負極集電体２と正極集電体３を発電要素１の上下端部に配置して集電を行っていた。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、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り、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る。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る。
【０００４】
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る。
【０００５】
上記負極集電体２は、図５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、発電要素１の上端に突出する負極１ａの端縁部は、予め治具などによって複数枚ずつに振り分けておき、これを負極集電体２の集電部２ａの各挟持部２ｃに挿入させるようにする。なお、平板部２ｄが下方に突出する断面Ｖ字形状となっている場合には、このような治具を用いることなく、集電部２ａを発電要素１の上端部に押し付けるだけで、負極１ａの端縁部を複数枚ずつに振り分け各挟持部２ｃに挿入させることができる。しかし、発電要素１の上端部に集電部２ａを直接押し付けると、負極１ａの端縁部の薄い金属箔にシワが寄ったり破断してスムーズに振り分けることができない場合があり、断面Ｖ字形状の先端が発電要素１内の正極１ｂの上端に接触して正負極の短絡を起こすおそれが生じる。そこで、各挟持部２ｃの間には、このように平板状の平板部２ｄを形成することが提案されている。
【０００６】
また、図５では図示しない正極集電体３も、この負極集電体２と同様に、発電要素１の下端に突出する正極１ｂの端縁部を集電部３ａの各挟持部３ｃに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。
【０００７】
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。
【０００８】
【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の端縁部は、極めて薄い金属箔が露出しているのに対して、負極集電体２や正極集電体３における集電部２ａ，３ａの挟持部２ｃ，３ｃの金属板は、十分な充放電電流を通すためや発電要素１を電池ケース内で保持するために、板厚がある程度厚くなっている。従って、この挟持部２ｃ，３ｃの板厚の厚い２枚の金属板を介して超音波溶接を行うと、これらの間に挟み込んだ負極１ａや正極１ｂの端縁部の多数枚の金属箔に超音波振動が確実に伝わらずに、特に重ねた真ん中付近の金属箔の溶融接合が十分でなくなり、電池の充放電サイクル数が多くなるに伴って電池特性が低下する場合があるという問題が生じていた。また、この問題を解消するために超音波溶接のパワーを高くすると、薄い金属箔からなる負極１ａや正極１ｂの端縁部が強い超音波振動によって破断されるおそれがあるという新たな問題を生じる。
【０００９】
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、挟持部の一方の金属板の一部に窓部を設けることにより、この窓部を介して多数の金属箔の溶接を確実に行うことができる電池を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、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、集電部から引き出された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巻回軸両端部にそれぞれ配置されると共に、この発電要素の巻回軸両端部に突出する正負の電極の端縁部がそれぞれ集電部の最寄りの挟持部に挟み込まれて溶接により接続固定された電池において、集電部における各挟持部の一部に、電極の端縁部を挟み込んだ隙間に通じる窓部が形成されたことを特徴とする。
【００１１】
請求項１の発明によれば、挟持部の一部に窓部が形成されるので、この窓部を通じて挟持部に挟み込まれた複数枚の電極の端縁部を溶接により確実に溶着させて接続固定することができるようになる。また、電極の端縁部は、窓部を通じて一方に露出するので、超音波溶接のような振動による溶接に限らず、レーザ溶接等により直接熱を加えて溶接することも可能となる。
【００１２】
請求項２の発明は、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、窓部、及び、窓部以外の部分を超音波溶接することにより接続固定されたことを特徴とする。
【００１３】
請求項２の発明によれば、挟持部に挟み込まれた複数枚の電極の端縁部が窓部以外の部分で、かしめと超音波溶接によって従来と同様に確実に保持される。そして、窓部でも、複数枚の電極の端縁部が直接超音波溶接されるので、確実に溶着されてしっかりと接続固定される。
【００１４】
【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。
【００１５】
図１〜図２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は負極集電体の集電部を拡大して示す部分拡大斜視図である。なお、図３〜図５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。
【００１６】
本実施形態は、長円筒形に巻回した巻回形の発電要素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３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。
【００１７】
上記発電要素１の負極１ａには、図１に示すような負極集電体２が接続される。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、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り、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。また、これら２枚の銅板のいずれか一方の一部には窓部２ｅが形成されている。本実施形態では、図２に示すように、一方の銅板の両端と中央部を残して２箇所に窓部２ｅを形成している。この窓部２ｅの数や開口位置は任意であるが、一方の銅板の全面積の１０〜８０％の範囲内を窓部２ｅとすることが好ましい。また、ここでは、後に説明する超音波溶接の状態が見易いように、窓部２ｅが一方の銅板からこれらの銅板の頂部全体にかけて開口している場合を示すが、この頂部については必ずしも開口する必要はない。
【００１８】
平板部２ｄは、上記挟持部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。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る。
【００１９】
上記発電要素１は、まず下向きのＶ字形状の歯が形成された櫛状の治具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。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。そして、各挟持部２ｃの一方の銅板の窓部２ｅ以外の部分と他方の銅板との間をかしめる。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、図２の矢印Ａに示すように、各挟持部２ｃの一方の銅板の窓部２ｅ以外の部分と他方の銅板との間を超音波溶接すると共に、同じ図２の矢印Ｂに示すように、各挟持部２ｃの一方の銅板の窓部２ｅと他方の銅板との間も超音波溶接する。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う。ただし、矢印Ａに示す一方の銅板の窓部２ｅ以外の部分では、板厚の厚い２枚の銅板をかしめると共にこれらの間の負極１ａの端縁部を溶着させるので、パワーの強い超音波溶接を行い、矢印Ｂに示す一方の銅板の窓部２ｅでは、負極１ａの端縁部の薄い銅箔を直接溶着させるので、パワーを制限した超音波溶接を行う。
【００２０】
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。
【００２１】
また、図１では図示しない正極集電体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、一方のアルミニウム板の窓部以外の部分をかしめて超音波溶接すると共に、一方のアルミニウム板の窓部を超音波溶接することによって接続固定する。
【００２２】
上記構成によれば、負極集電体２や正極集電体３の集電部２ａ，３ａにおける挟持部２ｃ，３ｃの一方の金属板の一部に窓部２ｅが形成されるので、この窓部を通じて挟持部に挟み込まれた負極１ａや正極１ｂの複数枚の端縁部を直接超音波溶接することにより確実に溶着させて接続固定することができるようになり、使用に伴い電池特性が低下するようなおそれもなくなる。また、挟持部２ｃ，３ｃの一方の金属板の窓部２ｅ以外の部分も、かしめと超音波溶接により負極１ａや正極１ｂの複数枚の端縁部をしっかりと保持することができる。
【００２３】
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される。
【００２４】
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。
【００２５】
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、少なくとも窓部２ｅを通して負極１ａや正極１ｂの端縁部を溶接により溶着させて接続固定するものであれば、レーザ溶接等を用いることもできる。
【００２６】
【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、挟持部の一方の金属板に窓部が形成されるので、この窓部を通じて挟持部に挟み込まれた複数枚の電極の端縁部を溶接により確実に溶着させて接続固定することができ、電気的な接続が不十分なために使用に伴い電池特性が低下するようなことがなくなる。
【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、負極集電体の集電部を拡大して示す部分拡大斜視図である。
【図３】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４】従来例を示すものであって、負極集電体と正極集電体の構成を示す斜視図である。
【図５】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。
【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
２ｂ端子接続部
２ｃ挟持部
２ｄ平板部
２ｅ窓部

Claims

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、集電部から引き出された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巻回軸両端部にそれぞれ配置されると共に、この発電要素の巻回軸両端部に突出する正負の電極の端縁部がそれぞれ集電部の最寄りの挟持部に挟み込まれて溶接により接続固定された電池において、
集電部における各挟持部の一部に、電極の端縁部を挟み込んだ隙間に通じる窓部が形成されたことを特徴とする電池。
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、窓部、及び、窓部以外の部分を超音波溶接することにより接続固定されたことを特徴とする請求項１に記載の電池。