JP5083244B2 - 電池 - Google Patents

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本発明は、巻回型の発電要素の電極を集電接続体を介して端子に接続する電池に関する。
図3に、大型の非水電解質二次電池における従来の発電要素1と集電接続板2と端子3との接続構造を示す。この非水電解質二次電池は、2個の長円筒形の発電要素1を並べ並列接続したものである。各発電要素1は、正極1aと負極1bをセパレータを介して長円筒形に巻回したものであり、正極1aは帯状のアルミニウム箔の表面に正極活物質を担持させ、負極1bは帯状の銅箔の表面に負極活物質を担持させたものである。ただし、これらの正極1aと負極1bは、それぞれ帯状の片方の側端部に活物質を塗布しない未塗工部を設けておき、この未塗工部でアルミニウム箔と銅箔が露出するようにしている。そして、これらの正極1aと負極1bは、発電要素1の巻回の際に、巻回軸に沿って互いに反対方向にずらすことにより、長円筒形の一方(図示右下)の端面には正極1aの側端部のアルミニウム箔のみがはみ出し、他方(図示左上)の端面には負極1bの側端部の銅箔のみがはみ出すようにしている。
上記2個の発電要素1,1は、長円筒形の平坦な側面同士が直立して重なり合うように横置きに並べられる。そして、これらの発電要素1,1の双方の端面で、それぞれ波板状の集電接続板2,2に、各発電要素1の端面からはみ出した正極1aのアルミニウム箔や負極1bの銅箔を接続するようになっている。各集電接続板2は、2枚の金属板を波板状の凹凸に成形し、これらの端部同士を重ね合わせると共に、この合わせ部の上端に端子3を接続固定したものである。そして、正極側となる端子3を接続固定した集電接続板2は、波板状の各凹部に発電要素1,1の一方の端面からはみ出した正極1aのアルミニウム箔を挟み込んで超音波溶接により接続固定し、負極側となる端子3を接続固定した集電接続板2は、波板状の各凹部に発電要素1,1の他方の端面からはみ出した負極1bの銅箔を挿入して超音波溶接により接続固定している。
上記2個の発電要素1は、図示しない筐体状の電池容器に収納され、この電池容器の上端開口部が蓋板によって塞がれる。この際、端子3,3の上端部は、絶縁封止材を介してこの蓋板を貫通し外部に突出するようになっている。そして、この電池容器と蓋板からなる電池外装体の内部に電解液が充填され封止されることにより非水電解質二次電池となる。
従って、上記非水電解質二次電池は、2個の発電要素1,1を長円筒形の平坦な側面が直立するように横置きに並べて収納し、しかも、端子3,3が電池外装体の上面の両端部から上方に突設されるので、設置のスペース効率が良いものとなる。
ところが、上記非水電解質二次電池は、上方に突出する端子3に接続された集電接続板2を横置きの発電要素1の正極1aや負極1bにおける直線部の垂直になって重なり合った部分に沿わせて接続するために、波板状の複雑な形状の板材を組み合わせたり、端子3にも接続し難い形状にならざるを得ないため、作製が困難になるという問題があった。
しかも、集電接続板2は、電流容量を高めるために、波板状の部分の板厚もある程度厚くする必要があり、薄いアルミニウム箔や銅箔を挟み込んで超音波溶接を行なっても十分に溶着させることができないという問題も生じていた。また、この集電接続板2は、2個の発電要素1ごとに幾重にも重なり合ったアルミニウム箔や銅箔を波板状の各凹部に同時に挿入して挟み込む必要があり、この組み立て時の作業性が悪くなるという問題もあった。
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、集電接続体の接続板部に長円筒形の発電要素の電極の直線部を沿わせ挟持板の間に挟み込んで接続する際に、この挟持板が電極の湾曲部まで挟み込んで、この電極を無理に引っ張り破損させるようなことがなくなる電池を提供することを目的としている。
請求項1の電池は、端子に接続された集電接続体の接続板部に、長円筒形の発電要素の端面から突出した電極の直線部を沿わせ、これら接続板部と電極の直線部とを挟持板の間に挟み込んで溶着又は圧着により接続した電池において、挟持板の長さが電極の直線部の長さよりも短いことを特徴とする。
請求項1の発明によれば、挟持板が長円筒形に突出した電極の直線部だけを接続板部と共に挟み込むようにすることができる。従って、この挟持板が電極の湾曲部まで挟み込んで、この電極を無理に引っ張り破損させるようなことがなくなる。
本発明の一実施形態を示すものであって、非水電解質二次電池の発電要素と端子との接続構造を示す組み立て斜視図である。 本発明の一実施形態を示すものであって、非水電解質二次電池の構造を示す組み立て斜視図である。 従来例を示すものであって、非水電解質二次電池の発電要素と端子との接続構造を示す組み立て斜視図である。
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。
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は非水電解質二次電池の発電要素と端子との接続構造を示す組み立て斜視図、図2は非水電解質二次電池の構造を示す組み立て斜視図である。なお、図3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。
本実施形態は、従来例と同様に大型の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は、図1に示すように、2個の長円筒形の発電要素1,1を並べて並列接続したものである。各発電要素1は、従来例と同じ構成であり、長円筒形の一方の端面からは正極1aの側端部のアルミニウム箔がはみ出すと共に、他方の端面からは負極1bの側端部の銅箔がはみ出すようになっている。
上記2個の発電要素1,1は、長円筒形の平坦な側面同士が直立して重なり合うように横置きに並べられる。そして、これら2個の発電要素1,1の両端部にそれぞれ集電接続板2,2が配置されている。集電接続板2,2は、それぞれ大きな電流容量が得られるように十分な厚さの金属板が使用され、発電要素1の一方の端部に配置する正極1a側のものはアルミニウム合金板からなり、他方の端部に配置する負極1b側のものは銅合金板からなる。各集電接続板2は、ほぼ台形状の水平に配置された本体2aと、この本体の台形状の底辺部から下方に向けて突設された4本の細長い接続板部2bとからなる。また、各接続板部2bには、板面から突出する凸部が適宜間隔で複数箇所ずつ形成されている。即ち、各集電接続板2は、アルミニウム合金板や銅合金板を、台形状の本体2aとこの台形状の底辺部から櫛歯状に真っ直ぐ伸びた細長い4本の接続板部2bとをプレス加工により打ち抜くと共に各接続板部2bに凸部を形成し、これらの接続板部2bを基部で本体2aに対して直角に折り曲げ、折り曲げた各接続板部2bを基部でそれぞれ90度ねじることにより形成される。また、これら4本の接続板部2bは、左右の2本ずつが対となり、各対の2本の接続板部2bの向かい合う側辺が本体2a側とは反対方向に回転するようにねじっている。そして、各接続板部2bの凸部は、このねじりによって、対となるもの同士が向かい合う方向に突出するように突設されている。
上記各接続板部2bのねじれ部の突出方向における長さLは、この接続板部2bの板厚Tよりも長くなるようにしている。これは、長さLが板厚Tよりも短い場合には、この接続板部2bに急峻なねじり加工が加えられねじれ部に応力が集中して導電性が低下するからである。
上記各集電接続板2は、2個の発電要素1,1の双方の端部の上方に本体2aを配置すると共に、接続板部2bがこれらの発電要素1,1の端面に沿って配置されるようにする。即ち、各発電要素1の正極1aのアルミニウム箔がはみ出す端面側には、アルミニウム合金板からなる集電接続板2が配置され、負極1bの銅箔がはみ出す端面側には、銅合金板からなる集電接続板2が配置される。また、対となる2本の接続板部2bは、各発電要素1の端面から突出する正極1aや負極1bの金属箔の両脇に配置される。ここで、各発電要素1の双方の端面には、正極1aや負極1bの金属箔が巻回された状態で長円筒形にはみ出して突出しているので、これらの金属箔が長円筒形の湾曲部の間の直線部で垂直になり重なり合った部分は、巻回軸を中心にして左右に二等分することができる。そして、各発電要素1の端面ごとに配置された対となる2本の接続板部2bは、これら左右に分かれた金属箔の重なりの外側にそれぞれ配置される。この際、対となる2本の接続板部2bは、元々向かい合っていた内側の側辺が発電要素1から逃げるような方向にねじられているので、各発電要素1の端面から突出する金属箔の特に上側の湾曲部が各対の2本の接続板部2bの間に自然に嵌まり込むようになる。
このようにして集電接続板2が配置されると、発電要素1の正極1aと負極1bの金属箔が挟持板4によって各接続板部2bに接続固定される。即ち、各発電要素1の各端面では、まず金属箔の直線部の重なりを左右に分けて、それぞれの側の接続板部2bに沿わせ、これらの接続板部2bと金属箔とを挟持板4の間に挟んで挟持させる。すると、これにより対となる2本の接続板部2bの内側の面には、それぞれ左右半分ずつの金属箔の重なりが密着することになる。そして、このようにして接続板部2bと金属箔を挟持した各挟持板4の両側から超音波溶接を行うことにより、これら接続板部2bと正極1aや負極1bの金属箔とが接合される。各挟持板4は、短冊状の比較的薄い金属板を長手方向に沿って中央で二つ折りにしたものであり、正極1a側にはアルミニウム合金板の挟持板4が用いられ、負極1b側には銅合金板の挟持板4が用いられる。これらの挟持板4は、接続板部2bと金属箔とを溶着して確実に接続固定するためだけに用いられるので、電流容量を特に大きくする必要はなく、最適な超音波溶接が可能となるような適度な厚さの金属板を用いることができる。また、各接続板部2bには、金属箔と重なり合う内側の面に凸部が形成されているので、これらの金属箔が各凸部で集中的に超音波のエネルギーを受けるようになり、溶着を確実にすることができる。
上記挟持板4は、発電要素1の端面から突出する正極1aや負極1bの金属箔の円筒形における直線部の長さよりも短いものが用いられる。このようにすれば、挟持板4が金属箔の直線部だけを接続板部2bと共に挟み込むようにすることができる。これは、挟持板4が金属箔の直線部の長さよりも長い場合には、この挟持板4が円筒形に突出した金属箔の上下の湾曲部まで挟み込むことになり、この金属箔を無理に挟持板4側に引っ張り破損させるおそれがあるからである。
本実施形態の非水電解質二次電池の正負極の端子3,3は、それぞれリベット端子3aと端子接続杆3bと端子ボルト3cとで構成されている。リベット端子3aは、四隅が面取りされた正方形状のフランジ部の上下の面から円筒状のカシメ部を突出させたものであり、正極端子として用いられる端子3の場合にはアルミニウムやアルミニウム合金で作製され、負極端子として用いられる端子3の場合には銅や銅合金で作製される。このリベット端子3aは、下方のカシメ部が電解液に接触するので、非水電解質二次電池の場合、正極端子側では、正極電位で非水電解液に溶解しないアルミニウムやアルミニウム合金等を用いる必要があり、負極端子側では、負極活物質と合金化しない銅や銅合金等を用いる必要がある。端子接続杆3bは、銅合金製の矩形の金属板であり、両端部に貫通孔が形成されている。また、端子ボルト3cは、六角形状の頭部の上面から上方に向けてボルト部を突設したステンレス鋼製の六角ボルトである。これらの端子接続杆3bと端子ボルト3cは、電解液と接触することがないので、端子接続杆3bの場合は、特に導電性が高く十分な機械強度を有する銅合金を用い、外部回路との接続を行う端子ボルト3cの場合には、特に機械強度が強く十分な導電性を有するステンレス鋼が用いられる。
上記集電接続板2,2の本体2a,2aは、実際には発電要素1,1への取り付けよりも先に、それぞれ図2に示す下部絶縁封止材5,5を介して蓋板6の下面の両端部に配置される。また、この蓋板6の上面の両端部には、それぞれ上部絶縁封止材7,7を介して端子3,3のリベット端子3a,3aと端子接続杆3b,3bと端子ボルト3c,3cとが配置される。ただし、各リベット端子3aは、下部絶縁封止材5と蓋板6と上部絶縁封止材7に形成された貫通孔を通して下方のカシメ部の先端部を集電接続板2の本体2aに形成された貫通孔に嵌入させてカシメにより接続固定される。この際、リベット端子3aは、絶縁封止材5,7によって蓋板6とは絶縁される。また、リベット端子3aの下方のカシメ部と集電接続板2の本体2aとがカシメられることにより、絶縁封止材5,7が蓋板6を挟持圧迫することになるので、この蓋板6の貫通孔が封口される。この蓋板6の上面の両端部にそれぞれ上部絶縁封止材7,7を介して配置された各端子接続杆3bは、一方の貫通孔にリベット端子3aの上方のカシメ部を下方から嵌入させてカシメにより接続固定すると共に、他方の貫通孔に端子ボルト3cのボルト部を下方から嵌入させる。この際、端子ボルト3cは、六角形状の頭部を上部絶縁封止材7の六角形状の凹部に嵌め込むことにより回り止めされる。この端子ボルト3cは、ボルト部が端子接続杆3bの貫通孔に隙間嵌めされ係止されたままにすることにより、このボルト部に外部回路の接続部材を通してナットで締め付けた場合にのみ端子接続杆3bに接続固定されるようにしてもよいし、予め溶接等によって頭部等を端子接続杆3bに接続固定しておくようにしてもよい。このように予め端子ボルト3cを端子接続杆3bに接続固定しておいた場合には、外部回路の接続部材のナットによる締め付けが十分でない場合にも、端子接続杆3bがこの接続部材と直接接触する部分に電流が流れる他に、この端子接続杆3bから端子ボルト3cを介しナットが接続部材に接触する部分にも確実に電流が流れるようになり、端子3と接続部材との接触抵抗を低減させることができるようになる。
上記のようにして蓋板6の上面の両端部に端子3,3が配置されると共に、この蓋板6の下面の両端部に集電接続板2,2が取り付けられると、これらの集電接続板2,2に上記のようにして発電要素1,1が接続される。そして、これら2個の発電要素1は、ステンレス鋼板製の筐体状の電池容器8の内部に収納され、この電池容器8の上端開口部が蓋板6によって塞がれる。そして、この蓋板6の周囲を溶接によって封止し、電池容器8の内部に電解液を充填して、この内部を密閉することにより非水電解質二次電池となる。この非水電解質二次電池は、2個の発電要素1を長円筒形の平坦な側面が直立するように横置きに並べて収納すると共に、端子3の端子ボルト3cが蓋板6の上面の両端部から上方に突出するので、設置のスペース効率が良いものとなる。
上記構成の非水電解質二次電池によれば、各発電要素1の正極1aや負極1bと端子3との間が、大きな電流容量を有する集電接続板2の本体2aと接続板部2bを介して接続されるので、十分に大きな充放電電流を流すことができるようになる。しかも、各発電要素1の正極1aや負極1bの金属箔は、ある程度薄い金属板からなる挟持板4を介して接続板部2bに超音波溶接されるので、溶着が確実に行なわれ金属箔が剥がれ易くなるようなこともなくなる。
また、2個の発電要素1,1の上方に集電接続板2の本体2aを水平に配置して、蓋板を貫通する端子3との接続を容易にすると共に、この本体2aから接続板部2bを下方に向けて折り曲げねじって突出させることにより、各発電要素1の端面から突出する正極1aや負極1bの垂直な金属箔にこの接続板部2bの板面を沿わせることができるので、これら金属箔との接続が容易になる。即ち、各接続板部2bがねじれてなければ、金属箔とが直交することになり、接続が容易ではなくなる。また、集電接続板2の接続板部2bが本体2aにおける発電要素1,1の並び方向に沿って両側に突出した板片を下方に折り曲げて形成されたものである場合には、発電要素1の端面から突出する金属箔をこの接続板部2bの板面を沿わせることができるが、各発電要素1に1本ずつの接続板部2bしか割り当てることができず、3個以上の発電要素1が並べて配置された電池の場合には、真ん中の1個以上の発電要素1の集電を行うことができないようになる。しかも、本実施形態の集電接続板2は、1枚の金属板に打ち抜き・曲げ・ねじり加工による簡単な加工を施すだけで作製することができる。
また、各発電要素1の各端面ごとに対となる2本の接続板部2bが配置されるので、この接続板部2bの幅を狭くしても十分な電流容量を得ることができ、この端面からの金属箔の突出量を少なくて済むようにすることができる。しかも、各発電要素1の各端面から突出する金属箔は、これら対となる2本の接続板部2bのねじり方向に従って間に挿入されるので、組み立て作業も容易となる。
なお、上記実施形態では、超音波溶接によって挟持板4の間に接続板部2bと正極1aや負極1bの金属箔の接続を行う場合について示したが、スポット溶接等の他の溶接により溶着を行なうこともできる。また、このような溶接に代えて、挟持板4の外側から強い力で圧迫することにより、接続板部2bと金属箔とを圧着することもできる。さらに、接続板部2bには、凸部が形成されていなくても、金属箔を確実に溶着又は圧着することは可能である。
また、上記実施形態では、2個の発電要素1,1を並べて配置した非水電解質二次電池について示したが、この発電要素1の個数は限定されず、1個以上であれば何個の発電要素1を用いる非水電解質二次電池であってもよい。さらに、上記実施形態では、集電接続板2が各発電要素1の正負極ごとにそれぞれ対となる2本の接続板部2bを配置する場合を示したが、各発電要素1の正負極にそれぞれ少なくとも1本以上の接続板部2bが配置されていればよい。
また、上記実施形態では、端子3がリベット端子3aと端子接続杆3bと端子ボルト3cによって構成される場合を示したが、この端子3の構成は特に限定されず、図3に示したような単一部品からなるようなものであってもよい。
また、上記実施形態では、電池容器8と蓋板6で構成される電池外装体を例示したが、この電池外装体の構成は特に限定されない。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、この電池の種類も特に限定されない。
1 発電要素
1a 正極
1b 負極
2 集電接続板
2a 本体
2b 接続板部
3 端子
3a リベット端子
3b 端子接続杆
3c 端子ボルト
4 挟持板

Claims (1)

  1. 端子に接続された集電接続体の接続板部に、長円筒形の発電要素の端面から突出した電極の直線部を沿わせ、これら接続板部と電極の直線部とを挟持板の間に挟み込んで溶着又は圧着により接続した電池において、挟持板の長さが電極の直線部の長さよりも短いことを特徴とする電池。
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