JP4479013B2

JP4479013B2 - 円筒形電池

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Publication number: JP4479013B2
Application number: JP30449698A
Authority: JP
Inventors: 浩一西山; 武司下園; 田中　　義則
Original assignee: GS Yuasa Corp
Current assignee: GS Yuasa Corp
Priority date: 1998-02-13
Filing date: 1998-10-26
Publication date: 2010-06-09
Anticipated expiration: 2018-10-26
Also published as: JPH11297301A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、集電体の構造を改良した円筒形電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、円筒形電池として特開平４−１６２３５０号公報記載のものが知られている。図８に示すように、この円筒形電池ａは、有底円筒形の外装缶ｂに、セパレータｄを挟んだ正極板ｅと負極板ｆを巻回して形成された電極体ｃが収容され、電極体ｃの端面には集電体ｇが溶接され、この集電体ｇは外装缶ｂの開口端面を塞ぐ封口板ｊに溶接されて形成されている。図９に示すように、集電体ｇはニッケル板を略円板状に切り出して形成されており、円の中心付近から所定幅にわたって一対のリード片部ｈが切り込まれて立ち上がるようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、円筒形電池では電極板を巻回して円筒形に形成した電極体を用いているため、電極面積は電極体の外周ほど広くなり、電池容量の大部分は電極体の外周寄りに偏在するという事情がある。従って、本来、集電体ｇは外周部においてより密に電極体ｃに接触することが望ましい。
しかるに、従来では集電体ｇのリード片部ｈを円の中心付近から切り起こすようにしているから、集電体ｇの外周寄りには比較的大きな開口ｉが形成されてしまう。すなわち、リード片部ｈの抵抗を小さくするためにその幅を広くすればするほど開口部分も大きくなり、外周部において集電体ｇと電極体ｃとの接触率を大きくできないという問題があった。電池を効率よく利用するためには電極面積をできるだけ効率的に利用することが肝要であるから、電極体ｃの外周側における集電効率に優れた円筒形電池の開発が切望されていた。
【０００４】
本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、外周側における集電効率の良い円筒形電池を提供することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するための手段として、請求項１の発明は、正極板と負極板とが両極板間にセパレータが挟まれた状態で巻回された電極体と、この電極体を収容可能なケースと、前記電極体の一方の極板と接続される集電体とを備えてなる円筒形電池において、前記集電体をなす集電本体部は、前記電極体の端面に宛がわれるとともに、放射方向に延びる外周スリットが外周縁において開口して複数箇所に設けられており、この外周スリットの放射方向に延びる縁部から前記電極体に宛がわれる側に向けて外周接続片が突出して設けられ、この外周接続片は、前記電極体の一方の極板と接続されているとともに、この極板の最外周部分に達する長さに形成されており、前記集電本体部の外周縁のうち隣り合う前記外周スリットの間の複数箇所には、それぞれリード片部が延出して設けられているのに加え、前記集電本体部の内周側には、放射方向に延びる内周スリットが複数本の前記外周スリット間に位置するように設けられ、この内周スリットの放射方向に延びる縁部から前記電極体の端面に宛がわれる側に突出して内周接続片が設けられており、この内周接続片が前記電極体の一方の極板と接続されている構成としたところに特徴を有する。
【０００７】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記外周接続片は、この外周接続片が接続されている前記電極体の一方の極板の最外周部分よりも外側に突出可能な長さに形成されている構成としたところに特徴を有する。
【０００９】
【発明の作用及び効果】
＜請求項１の発明＞
電極体は極板を巻回して形成されているから、電極面積は外周へ行くほど大きくなっている。これに対し本発明では、集電本体部に放射方向へ延びる外周スリットが外周縁において開口して設けられるとともに、この外周スリットの放射方向に延びる縁部からは外周接続片が電極体側に突出して設けられ、この外周接続片が電極体の一方の極板の最外周部分に接続されるようにしたから、電極体の最外周部分を含む外周側から直接に集電することができ、もって集電効率の良い円筒形電池を提供することができる。
外周接続片により電極体の外周側から集電された電流は、集電本体部の外周縁から延出して設けられたリード片部に集電される。このときの電流は集電本体部の内周側を殆ど通らないから、電流集中が起き難くなり、通電路で発生する抵抗損失を極力抑えることができる。
電極体から集電する電流をより多くするために、電極体の内周側から集電可能な内周スリット及び内周接続片を複数本の外周スリット及び外周接続片の間に設けるようにしたから、外周スリットを内周側まで延長した場合と比べて、集電される電流の通電路を広く取ることができる。すなわち、集電可能な電流を電極体の内周側から集電できる分多くすることができるとともに、通電路で発生する抵抗損失を極力抑えることで集電効率をさらに良くすることができる。
【００１１】
＜請求項２の発明＞
集電体を電極体に接続するには、外周接続片が極板の最外周部分に接するように電極体に対して集電本体部の位置合わせをする必要があるが、この外周接続片は余裕のある長さに形成されているから、厳密に位置合わせをしなくても、簡単に外周接続片を極板の最外周部分に接続することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図１ないし図６を用いて説明する。この実施形態では、本発明を電気自動車に使用される円筒形ニッケル・水素二次電池に適用した場合を示す。
この円筒形電池１０は、図１に示すように、上下端面にそれぞれ正極集電体３０と負極集電体２０とが接続された電極体１３がケース１１内に収容されているとともに、ケース１１の上面の開放部分に封口板１７が取り付けられて構成されている。なお、この円筒形電池１０は直径４５ｍｍで長さ２００ｍｍの大きさで、放電容量は６０Ａｈである。
【００１５】
ケース１１は、ニッケルめっきを施した鉄を素材として有底円筒形に形成され、上端付近には外周側から絞ることにより、内側に突出する環状溝部１２が設けられており、上面は開放されている。
【００１６】
電極体１３は、正極板１４と負極板１５の間に例えばポリオレフィン製の不織布からなるセパレータ１６が挟まれた状態で巻回して形成されているとともに、所定の電解液が浸透されている。詳しくは、正極板１４及び負極板１５は共に、帯状の集電シート１４ａ，１５ａに正極活物質及び負極活物質を付着させて構成されており、各集電シート１４ａ，１５ａが電極体１３の上下へ突出している。（図６参照。なお、図１及び図５では、図面の見易さを考慮して、集電シート１４ａ，１５ａは電極体１３から突出する部分のみを記載した。）
【００１７】
次に、負極集電体２０について説明する。負極集電体２０は、図２に示すように、例えば厚さ０．３ｍｍの純ニッケル板をプレス加工によって所定形状に切り出したものにアニール処理が施されており、円板状の集電本体部２１の外周縁の１８０度間隔の２箇所からリード片部２７が放射状に突出して形成されている。これらのリード片部２７の根本部分には両側に位置して比較的短い切り込みスリット２８が形成され、リード片部２７を集電本体部２１の中心寄りに折り返すことを容易にしている。リード片部２７の長さは、折り返された状態で集電本体部２１の中心に設けられた中心孔２２を覆うことが十分可能な長さとされ、図１に示すように、この中心孔２２を覆う接触部２９がケース１１の底面に溶接されている。
【００１８】
また、図２に示すように、中心孔２２の中心とリード片部２７の幅方向の中央とを結ぶ直線上には、長方形の内周スリット２３が４箇所に放射方向に延びて設けられているとともに、各リード片部２７間には集電本体部２１の外周縁に放射状に開口した外周スリット２５が４箇所に設けられている。これら内周スリット２３及び外周スリット２５の放射方向に沿った辺がそれぞれ裏面に折られることで内周接続片２４及び外周接続片２６が形成されている。これら内周接続片２４及び外周接続片２６は、図１に示すように、電極体１３側に突出しており、負極板１５の集電シート１５ａに溶接されている。なお、集電本体部２１の直径は、負極板１５の集電シート１５ａの最外周部分がなす直径よりも大きく形成されており、外周接続片２６はこの集電本体部２１の外周縁に達する長さに形成されているから、この外周接続片２６は負極板１５の集電シート１５ａの最外周部分よりも外側に突出可能な長さに形成されている。
【００１９】
続いて、正極集電体３０について説明する。正極集電体３０は、図３に示すように、集電本体部３１が負極集電体２０の集電本体部２１とほぼ同じ形状とされている。すなわち、集電本体部３１の中心には中心孔３２が設けられ、この中心孔３２の周りに放射状の内周スリット３３と、外周縁に開口した外周スリット３５が４箇所ずつ互い違いの位置に設けられており、これらの内周スリット３３と外周スリット３５の放射方向の辺からは、それぞれ内周接続片３４と外周接続片３６が、図１に示すように、電極体１３側に突出して設けられている。これら内周接続片３４及び外周接続片３６は、正極板１４の集電シート１４ａに溶接されている。なお、集電本体部３１の直径は、正極板１４の集電シート１４ａの最外周部分がなす直径よりも大きく形成されており、外周接続片３６はこの集電本体部３１の外周縁に達する長さに形成されているから、この外周接続片３６は正極板１４の集電シート１４ａの最外周部分よりも外側に突出可能な長さに形成されている。
【００２０】
また、図３に示すように、集電本体部３１の外周縁の略等角度間隔の４箇所からは、リード片部３７が放射状に突出して形成されており、これらの根元部分には切り込みスリット３８が設けられることでリード片部３７を集電本体部３１の中心寄りに折り返すことを容易にしている。
【００２１】
一方、図１に示すように、封口板１７は例えば鉄・ニッケル合金板からプレス加工によって円板状に切り出されており、外周縁側にはナイロンからなる絶縁パッキン１８が嵌合されて、ケース１１と絶縁されるようになっている。
【００２２】
封口板１７の裏面には、接続体４０が溶接されている。この接続体４０は、例えば厚さ０．３ｍｍの純ニッケル板をプレス加工によって所定形状に切り出して形成されており、図４に示すように、円形状の接続本体部４１の中心には円形穴４３が形成されているとともに、外周縁の略等角度間隔の４箇所に接続タブ４２が直角に折り曲げた状態で設けられている。これら接続タブ４２は、図１に示すように、電極体１３側に突出しており、それぞれ正極集電体３０の各リード片部３７に溶接により接続されている。
【００２３】
本実施形態は以上のような構造であり、続いてその組立手順及び作用について説明する。
まず、図５に示すように、電極体１３の上端面に一旦リード片部３７を上方に立ち上げた正極集電体３０を載置する。このとき、対向する外周接続片３６の開口縁部間の距離は、上方から見て渦巻き状に配された正極板１４の集電シート１４ａの最外周部分がなす径よりも大きく設定されているから、厳密な位置合わせをしなくても、簡単に外周接続片３６を集電シート１４ａの最外周部分に接触させることができる。また、内周接続片３４は集電シート１４ａの内周側に接触される。このように、内周接続片３４と外周接続片３６は、正極板１４の集電シート１４ａの内周側と外周側において、集電シート１４ａを放射方向に横切るようにして配された後、溶接により接続される。溶接した後、正極集電体３０のリード片部３７をやや内側に倒した状態とする。
【００２４】
一方、負極集電体２０も正極集電体３０と同様に、電極体１３の下端面の負極板１５の集電シート１５ａに内周接続片２４及び外周接続片２６を溶接することで、負極板１５との電気的な接続が取られる。このとき、リード片部２７は、根元部分から下側に折り曲げられつつ中心側へ折り返されており、接触部２９が中心孔２２を覆うように配されている。
【００２５】
上記のようにして両集電体２０，３０を溶接により接続した電極体１３をケース１１の上面の開放部分から挿入して収容する。その後、電極体１３の空芯部１９に上方から図示しないスポット溶接用電極棒を挿入して、負極集電体２０のリード片部２７の接触部２９をケース１１の底面と接触させつつスポット溶接を行い、接触部２９をケース１１に接続する。次に、ケース１１に環状溝部１２を形成して、電極体１３を固定させる。続いて、ケース１１内に電解液を注入した後、封口板１７に設けられた接続体４０を正極集電体３０に接続する作業が行われる。
【００２６】
封口板１７の裏面に溶接された接続体４０からは接続タブ４２が下方に垂直に突出しており、この接続タブ４２は、正極集電体３０のリード片部３７に対応した位置に４箇所設けられている。これにより、封口板１７と正極集電体３０とを溶接するとき、正極集電体３０のリード片部３７の上端部分に接続タブ４２を上方からそれぞれ接触させつつ、リード片部３７と接続タブ４２を溶接することができる。このとき、封口板１７の位置決めをしつつ、側方から溶接できるので容易に溶接作業を行うことができる。接続タブ４２とリード片部３７とを溶接した後、封口板１７を下方へ押し込んで、封口板１７の絶縁パッキン１８の部分が環状溝部１２に当接したところで、ケース１１の上端部分を内側に折り曲げて封口板１７をかしめにより固定する。これにより、この円筒形電池１０は密閉される（図１参照）。
【００２７】
以上のようにして完成した円筒形電池１０によれば、次の効果を得ることができる。なお以下では、集電時における本発明の効果を正極側についてのみ、正極側部分の拡大図である図６を用いて説明するが、負極側についても同様の効果を得ることができる。
【００２８】
まず、リード片部３７が集電本体部３１の外周縁から立ち上げられているから、内周接続片３４や外周接続片３６の有無に関わらず、集電本体部３１は電極体１３の外周縁付近において接触を持つことができる。つまり、集電本体部３１は、電極面積の多くが偏在している電極体１３の端面の外周縁付近との接触率を高く保つことができるから、電極体１３の電極面積を無駄にすることなく、効率よく集電することができる。しかも、リード片部３７を外周縁において均等な間隔になるような４箇所から立ち上げたから、電極体１３の端面から均一に集電することができ、これにより電流集中や抵抗損の発生を極力抑えることができ、集電効率をさらに良くすることができる。
【００２９】
また、電極体１３の正極板１４は、その最外周部分が正極集電体３０の外周接続片３６と接続されているから、電極体１３の外周側から直接に集電でき、円筒形電池１０の集電効率を良好にすることができる。さらに、外周接続片３６から集電された電流は、集電本体部３１の外周縁から延出して設けられたリード片部３７を通って接続体４０へと流されるから、電流が集電本体部３１の内周側を殆ど通らなくなり、これにより電流集中が起き難くなり、通電路で発生する抵抗損失を極力抑えることができる。
【００３０】
また、電極体１３から集電する電流をより多くするために、電極体１３の内周側からも直接に集電することができる内周接続片３４を設けるとともに、これら内周接続片３４を略等角度間隔に設けられた外周接続片３６の間に位置して設けるようにしたから、外周接続片３６を内周側まで延長した場合と比べて、集電本体部３１の内周側を通る電流の通電路を広く確保することができる。すなわち、集電可能な電流を電極体１３の内周側から集電できる分多くすることができるとともに、通電路で発生する抵抗損失を極力抑えることで集電効率をさらに良くすることができる。
【００３１】
以上説明したように本実施形態によれば、正極集電体３０及び負極集電体２０ともに、集電本体部２１，３１の外周縁近くからリード片部２７，３７を立ち上げるようにしたから、電極面積を有効に利用でき、電極体１３の外周側における集電効率に優れた円筒形電池１０を提供することができる。さらに、集電本体部２１，３１の外周縁においてそれぞれ略等角度間隔となるような４箇所の位置からリード片部２７，３７を立ち上げるようにしたから、電極体１３からの均一な集電を可能とし、電流集中や抵抗損の発生を極力抑えることができ、さらに円筒形電池１０の集電効率を良くすることができる。また、正極側については、封口板１７から接続タブ４２を設けて下方に突出するようにしたから、接続タブ４２をリード片部３７に接触させて封口板１７の位置決めをしつつ、溶接作業を行うことができ、もって、電極体１３に対する封口板１７の位置ずれを防止することができる。さらに、封口板１７とリード片部３７とを側方から溶接できるから、溶接すべき箇所を目視により確認でき、溶接作業を容易に行うことができる。
【００３２】
また、参考例として正極集電体３０の形状を変更したものを図７に示す。この正極集電体３０は、集電本体部３１において外周縁に向けて開口されていた外周スリット３５を開口しない形状としたものであり、図７には符号３５Ａで示されている。また、その他の構造、作用及び効果は上記した実施形態と同一であるため省略する。
【００３３】
＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
（１）この実施形態では、円筒形のニッケル・水素二次電池について適用した場合を示したが、例えば、アルカリ電池、リチウムイオン電池等のように、電池の種類は問わず適用できる。
（２）接続タブの数は４つに限定する必要はなく、正極集電体に設けられたリード片部の数に対応して、例えば、２つ、３つ、５つであってもよい。
【００３４】
（３）また、上記した実施形態では、集電本体部の直径が極板の最外周部分がなす直径よりも大きく形成されることで、外周接続片は極板の最外周部分よりも外側に突出可能とされているが、仮に集電本体部の直径が極板の最外周部分がなす直径よりも小さい場合は、外周接続片を集電本体部の外周縁から外側に延出して形成することで、外周接続片を極板の最外周部分よりも外側に突出可能な長さとしても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る円筒形電池の断面図
【図２】負極集電体の平面図
【図３】正極集電体の平面図
【図４】接続体の斜視図
【図５】接続タブとリード片部を溶接する前の状態を示す断面図
【図６】正極集電体の接続部分の拡大断面図
【図７】参考例を示す平面図
【図８】従来例の円筒形電池の断面図
【図９】集電体の斜視図
【符号の説明】
１０…円筒形電池
１１…ケース
１３…電極体
１４…正極板
１５…負極板
１６…セパレータ
１７…封口板
２０…正極集電体
３０…負極集電体
２１，３１…集電本体部
２３，３３…内周スリット
２４，３４…内周接続片
２５，３５…外周スリット
２６，３６…外周接続片
２７，３７…リード片部
４２…接続タブ

Claims

正極板と負極板とが両極板間にセパレータが挟まれた状態で巻回された電極体と、この電極体を収容可能なケースと、前記電極体の一方の極板と接続される集電体とを備えてなる円筒形電池において、
前記集電体をなす集電本体部は、前記電極体の端面に宛がわれるとともに、放射方向に延びる外周スリットが外周縁において開口して複数箇所に設けられており、この外周スリットの放射方向に延びる縁部から前記電極体に宛がわれる側に向けて外周接続片が突出して設けられ、この外周接続片は、前記電極体の一方の極板と接続されているとともに、この極板の最外周部分に達する長さに形成されており、
前記集電本体部の外周縁のうち隣り合う前記外周スリットの間の複数箇所には、それぞれリード片部が延出して設けられているのに加え、
前記集電本体部の内周側には、放射方向に延びる内周スリットが複数本の前記外周スリット間に位置するように設けられ、この内周スリットの放射方向に延びる縁部から前記電極体の端面に宛がわれる側に突出して内周接続片が設けられており、この内周接続片が前記電極体の一方の極板と接続されていることを特徴とする円筒形電池。
前記外周接続片は、この外周接続片が接続されている前記電極体の一方の極板の最外周部分よりも外側に突出可能な長さに形成されていることを特徴とする請求項１記載の円筒形電池。