JP4483031B2 - 筒型二次電池 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リチウム電池等の筒型二次電池に関し、更に詳しくは、筒型二次電池の効果的な集電構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図８は従来公知の筒型二次電池３０の内部構造を示す断面図である。
【０００３】
図８中、符号３１は導電性の正電極シート（例えば、アルミニウム箔）に正極合剤を塗布して成る正極電極、符号３２は導電性の負極シート（例えば、銅箔）に負極合剤を塗布して成る負極電極で、これら正極電極３１と負極電極３２が間にセパレータ３３を介在して巻回されて渦巻き状の電極群４２とされ、図示しない電解液と共に有底円筒型の金属製外装ケース３４内に収納されている。そして、この外装ケース３４の開口部はガスケット３５を介し、正極端子３６と連結板３７にて封口されている。尚、ケース内の電極群４２は溝入れ加工４１により群押さえ４０で固定される。
【０００４】
従来では、図７に示すように、予め正極電極３１のシート巻始め側の未塗工部３１ａに１本の正極リード板３８を溶接すると共に、負極電極３２のシート巻終わり側の未塗工部３２ａに１本の負極リード板３９を溶接しておいて、セパレータ３３を介して巻回した電極群４２を外装ケース３４に収納した後、正極リード板３８を正極端子３６に連結された連結板３７に溶接し、また、負極リード板３９を外装ケース３４の底部に溶接することで集電を行っていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このように各電極シートの末端部に設けた僅か１本のリード板を集電部とする従来の集電構造では集電時（充放電時）の電流経路が長くなり、電池の内部抵抗が増大することから、集電により消費される電気量は無視できるものではなく、この内部抵抗による電力損失が電池性能の低下をもたらす大きな要因となっていた。
【０００６】
本発明は、上記従来の問題点を解消するために成されたもので、内部抵抗を低減し、良好な集電効果が得られるようにした集電構造を備えた筒型二次電池を提供することを目的としている。
【０００７】
すなわち、請求項１に記載の筒型二次電池は、正極電極（２）と負極電極（３）を間にセパレータ（４）を介して渦巻き状に卷回した電極群（２２）を筒状の外装ケース（５）に収納すると共に、当該電極群（２２）の各電極（２，３）に各々集電板（６，７）を接続して成る筒型二次電池（１）において、前記集電板（６，７）は、前記電極群（２２）の上下端全周に亘って配置されており、各電極（２，３）の露出端部（８，９）が部分的に幾つかの束に纏められて各々対応する集電板（６，７）に接触しているとともに、前記負極集電板（７）と前記外装ケース（５）との間に当該外装ケース（５）の内側面に当接する複数の突起（１３）が形成された前記電極群の包囲部材エンベロープ（１２）が介在されて成ることを特徴としている。上記構成では、巻回された各電極の露出端部（セパレータにより被覆されない正極合剤あるいは負極合剤の未塗工部分）の全周が前記集電板に一様に接触するため、電池の内部抵抗は低減し、且つ、集電時の電流は各電極中を一様に流れるようになり、損失の少ない効率的な集電が行えるようになる。さらに、負極集電板と外装ケースとの間に外装ケースの内側面に当接する包囲部材エンベロープを介在したので、外装ケースとの接触面積が増加し、前記した集電板との相乗効果で集電効果の更なる向上が図られるようになる。
【０００８】
また、請求項２に記載の筒型二次電池は、前記集電板（６，７）は、前記電極の露出端部（８，９）と交又する櫛歯状の接触片（１０，１１）を備えて成ることを特徴としている。上記集電板の形状では、各電極の露出端部が数重に束ねられた状態となって接触片の各凹部に押し当てられるから、電極と集電板との接触面積を多くすることができ、その分内部抵抗が減少してより確実な集電効果が得られる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図６に基づいて本発明に係る筒型二次電池を説明する。
【００１１】
図１はスパイラル構造の筒型リチウム二次電池の一実施例を示す内部構造図、図２は該二次電池の組立を示す工程図、図３は集電板の形状を示す図、図４は集電板と電極との接触を示す部分拡大図、図５はエンベロープを示す図、図６は該エンベロープを組み立てた図である。
【００１２】
図１に示すように、本発明の筒型二次電池１は、外装ケース５、正極端子１４等の封口構造や電極群２２（すなわち、充放電部分）の構造は、既述した図８の従来型と同様であるが、従来型とは前記電極群２２の集電構造が相違している。すなわち、本発明では、電極群２２（正極電極２と負極電極３）と各電極端子（正極端子１４と外装ケース５）との接続に際し、集電板（正極集電板６と負極集電板７）およびエンベロープ１２が介在されている点を特徴としている。
【００１３】
ここで、上記集電構造について説明すれば、図３に示すように、前記正極集電板６は、外装ケース５に収まる円板状を成し、その片面に正極電極２の未塗工部８を束ねるための櫛歯状の接触片１０が形成されている。この櫛歯状の接触片１０は、円板に入れた縦横十文字の切り込みを各々直角に折り曲げ、その折曲辺に複数の櫛歯を形成したもので、櫛歯は縦横径方向において、電極群２２の内周側２箇所と外周側２箇所に設けられている。尚、前記負極集電板７の形状も、この正極集電板６と全く同形状であるから説明は省略する。
【００１４】
また、前記エンベロープ１２は、図５に示すように、十文字の足部１２ａを備えた前記電極群２２の金属製包囲部材で、外装ケース５に収まる中央の円形部１２ｂに負極リード板２０を外装ケース５の底部に溶接するための溶接孔２１が設けてあり、各々の４本の足部１２ａには、長手方向にそれぞれ３個の突起１３が一列に、且つほぼ等間隔に形成されている。これらの足部１２ａを、突起１３を外側に基端部より直角に折り曲げて図６に示すような筒状体に組み立てて外装ケース５に収納すると、その内側面に突起１３が接触し、外装ケース５との好適な導通が得られる。
【００１５】
次に、図２、図４に基づいて上記集電構造を備えた筒型リチウム二次電池１の組立工程を説明する。
【００１６】
尚、組立に際し、予め正極集電板６に正極リード板１８を、また負極集電板７に負極リード板２０を溶接しておく。これら正／負極リード板１８，２０は細長の金属製薄板である。
【００１７】
組立は、まず、図２（ａ）に示すように、長手縁部の片側にそれぞれ電極の未塗工部８，９（電極シートの露出部）を設けた帯状の正極電極シートおよび負極電極シートの間にセパレータ４を介在してそれぞれの未塗工部８，９が相反する方向に出るように巻回して渦巻き状の電極群２２を形成する。この時、各電極２，３の未塗工部８，９がセパレータ４の両側に幾分はみ出すようにしておく。
【００１８】
次に、図２（ｂ）に示すように、この電極群２２の左端（正極電極２の未塗工部８）に正極集電板６を、また右端（負極電極３の未塗工部９）に負極集電板７を各々押し当て、両側より所定の圧力で押圧する。この時、各集電板６，７に形成された櫛歯状の接触片１０、１１が渦巻き状の未塗工部８，９の端部と周方向の４箇所で径方向に列状に交又し、押圧の際、図４に示すように未塗工部８（９）の端部が数本（本図では３本）の束となって、その先端部を押し潰すような状態にして接触片１０（１１）の各凹部１０ａ（１１ａ）の内面に圧触する。
【００１９】
次に、図２（ｃ）に示すように、電極群２２の正極側に絶縁テープ１９を巻き付け、筒状に曲成されたエンベロープ１２と共に外装ケース５内（図示せず）に挿入する。負極集電板７には予め負極リード板２０が溶接されており、エンベロープ１２を挟んで負極リード板２０を外装ケース５の底部に溶接することにより負極側の集電構造とする。
【００２０】
この時、溶接は外装ケース５の開口側よりエンベロープ１２の溶接孔２１を介して行うことができ、且つ、エンベロープ１２の突起１３を外装ケース５の内側全周に接触させることで外装ケース５との接触面積を増加させ、前記集電板による集電効果との相乗効果で負極側の集電効果を向上させている。
【００２１】
この状態で、正極集電板６の上部に、ベークライト、またはポリプロピレン材料とエチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）材料で加工された２枚構成の群押さえ１７を乗せる。このように、２枚構成の群押さえ１７の片方をＥＰＤＭのような弾性材とすることにより、電極群２２の体積膨張を吸収することができる。
【００２２】
次に、図１に示すように、外装ケース５の封口部付近に正極端子１４固定用の溝入れ加工２３を行う。ケース内の電極群２２は、この溝入れ加工によって群押さえ１７により固定される。封口ガスケット１５を外装ケース５に挿入して連結板１６と予め正極集電板６に溶接された正極リード板１８を溶接することにより正極側の集電構造を構成する。
【００２３】
最後に、この連結板１６と共に正極端子１４を外装ケース５に挿入し、開口部を加締めて封口する。これで、図１に示す本発明の筒型リチウム二次電池１の組立てが完成する。
【００２４】
以上、本実施形態では、正／負極集電板の構造として、図３のように、櫛歯状の接触片１０を円板の縦横十文字に形成した例を示したが、本発明がこれに限定されるものではないことは勿論であり、接触片１０の列を放射状に増やして行く程集電効果は向上されるものである。また、エンベロープ１２についても同様であって、足部１２ａや突起１３の数を多くするほどより確実な集電効果が得られるものである。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に記載の筒型二次電池では、電極群の上下端に全周を覆う集電板を配置し、この集電板に各電極の露出端部を部分的に束ねた状態で接触させるように構成したので、電池の内部抵抗は低減し、損失の少ない効率的な集電が行えるようになる。さらに、負極集電板と外装ケースとの間に外装ケースの内側面に当接する包囲部材エンベロープを介在したので、外装ケースとの接触面積が増加し、前記した集電板との相乗効果で集電効果の更なる向上が図られるようになる。
【００２６】
また、請求項２に記載の筒型二次電池では、前記集電板に各電極の露出端部と交又する櫛歯状の接触片を形成したので、櫛歯状の接触片の各凹部に各電極の露出端部が数本に束ねられ、それぞれ先端部を押し潰すような状態で凹部内面に圧触するから、電極と集電板の接触面積は多くなり、より確実な集電効果を得ることができるようになる。
【００２８】
因みに、上記請求項１または２の発明に係わる集電構造を採用することにより、電池の内部抵抗を従来の３０ｍΩから１０ｍΩと１／３に減少することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用された筒型二次電池の内部構造図である。
【図２】図１に示す筒型二次電池の組立を示す工程図である。
【図３】本発明に係る集電板の形状を示す図で、（ａ）は上面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図である。
【図４】図３の集電板と電極との接触を示す部分拡大図である。
【図５】エンベロープを示す図で、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図である。
【図６】図５に示すエンベロープを組み立てた状態を示す図である。
【図７】従来の筒型二次電池の電極構造を示す図である。
【図８】従来の筒型二次電池の内部構造図である。
【符号の説明】
１ 筒型二次電池（リチウム二次電池）
２ 正極電極
３ 負極電極
４ セパレータ
５ 外装ケース
６ 正極集電板
７ 負極集電板
８，９ 電極の露出端部（未塗工部）
１０，１１ 櫛歯状の接触片
１２ エンベロープ
１３ 突起

Claims (2)

1. 正極電極（２）と負極電極（３）を間にセパレータ（４）を介して渦巻き状に卷回した電極群（２２）を筒状の外装ケース（５）に収納すると共に、当該電極群（２２）の各電極（２，３）に各々集電板（６，７）を接続して成る筒型二次電池（１）において、
   前記集電板（６，７）は、前記電極群（２２）の上下端全周に亘って配置されており、各電極（２，３）の露出端部（８，９）が部分的に幾つかの束に纏められて各々対応する集電板（６，７）に接触しているとともに、前記負極集電板（７）と前記外装ケース（５）との間に当該外装ケース（５）の内側面に当接する複数の突起（１３）が形成された前記電極群の包囲部材エンベロープ（１２）が介在されて成ることを特徴とする筒型二次電池。
2. 前記集電板（６，７）は、前記電極の露出端部（８，９）と交又する櫛歯状の接触片（１０，１１）を備えて成ることを特徴とする請求項１に記載の筒型二次電池。

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