JP5115591B2 - 電池の電極積層体 - Google Patents

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Description

本発明は、電池の電極積層体に関する。
従来、電池の電極積層体として、例えば特許文献1に開示されている密閉型角形電池の電極集積体がある。この電極集積体は、矩形状の電極板と、テープ状のセパレータ材とを備えている。電極板は、セパレータ材の上に、長手方向に複数配置される。電極板の上には、別のセパレータ材が配置される。そして、セパレータ材同士が熱圧着され、電極体が形成される。その後、この電極体をつづら折り状に屈曲成形して、電極板が積層された電極集積体が形成される。
特開平7−335244号公報
ところで、前述した電極集積体では、独立した電極板を、セパレータ材の上に、長手方向に複数配置しなければならない。そのため、配置作業に時間を要することとなり生産性が悪い。また、独立した電極板が長手方向に複数配置されるため、配置時及び屈曲成形時に電極板の位置ずれが発生しやすく、形状不良となる可能性が高い。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、作業時間を短縮して生産性を向上させるとともに、電極板の位置ずれを抑えることができる電池の電極積層体を提供することを目的とする。
そこで、本発明者らは、この課題を解決すべく鋭意研究し試行錯誤を重ねた結果、帯状及び櫛歯状の電極板を積層し、屈曲成形することにより電極積層体を構成することで、作業時間を短縮して生産性を向上させるとともに、電極板の位置ずれを抑えられることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、請求項1に記載の電池の電極積層体は、帯状の第1電極板と、板厚方向に背向する第1電極板の一面及び他面のうち、第1電極板の一面側に積層される帯状の第1セパレータと、第1電極板の他面側に積層される帯状の第2セパレータと、複数の歯部と、複数の歯部を連結する連結部とを有し、第1セパレータの反第1電極板側に積層される櫛歯状の第2電極板と、複数の歯部と、複数の歯部を連結する連結部とを有し、第2セパレータの反第1電極板側に積層される櫛歯状の第3電極板と、からなり、積層された第1電極板、第1セパレータ、第2セパレータ、第2電極板及び第3電極板をつづら折り状に屈曲成形することにより構成されることを特徴とする。
この構成によれば、従来、長手方向に複数配置されていた電極板が、第1電極板〜第3電極板としてそれぞれ一体化された構成となっている。そのため、従来のように、独立した電極板を長手方向に複数配置する必要がない。従って、作業時間を短縮することができる。また、一体化された構成で電極位置が拘束されるため、電極板の位置ずれも発生しにくい。従って、作業時間を短縮して生産性を向上させるとともに、電極板の位置ずれを抑えることができる。
請求項2に記載の電池の電極積層体は、第2電極板の歯部と第3電極板の歯部が、それぞれ第1電極板によって挟み込まれるように、つづら折り状に屈曲成形することにより構成されることを特徴とする。この構成によれば、第1電極板と、第2電極板又は第3電極板のいずれかが交互に積層された電極積層体を構成することができる。
請求項3に記載の電池の電極積層体は、第2電極板の歯部が、第3電極板の歯部に積層方向に対向して積層された状態でつづら折り状に屈曲成形されることにより構成されることを特徴とする。この構成によれば、第1電極板と、第2電極板又は第3電極板のいずれかが交互に積層された電極積層体を確実に構成することができる。
請求項4に記載の電池の電極積層体は、第2電極板の歯部が、第3電極板の歯部と歯部の間に配置され積層された状態でつづら折り状に屈曲成形されることにより構成されることを特徴とする。この構成によれば、第1電極板と、第2電極板又は第3電極板のいずれかが交互に積層された電極積層体を確実に構成することができる。
請求項5に記載の電池の電極積層体は、第2電極板と第3電極板は、歯部と連結部とによって形成される角部がR状であることを特徴とする。この構成によれば、第2電極板と第3電極板の角部を補強することができる。そのため、搬送時及び積層時における第2電極板や第3電極板の角部の破損を防止することができる。
請求項6に記載の電池の電極積層体は、第2電極板は、第1セパレータに固定された状態で第1電極板の一面側に積層され、第3電極板は、第2セパレータに固定された状態で第1電極板の他面側に積層されることを特徴とする。この構成によれば、第1セパレータによって第2電極板を補強することができる。また、第2セパレータによって第3電極板を補強することができる。そのため、積層時における第2電極板や第3電極板の破損を防止することができる。さらに、積層時及び屈曲成形時における第2電極板や第3電極板の位置ずれを抑えることができる。
請求項7に記載の電池の電極積層体は、第2電極板と第3電極板は、帯状の電極板を櫛歯状に切断することによって同時に構成されることを特徴とする。この構成によれば、第2電極板と第3電極板を効率よく構成することができる。
請求項8に記載の電池の電極積層体は、第1電極板が、負極であり、第2電極板及び第3電極板が正極であることを特徴とする。この構成によれば、正極の表面積に比べ、負極の表面積を大きくすることができる。通常、電池は、正極の表面積に比べ、負極の表面積が大きい方が性能を確保する上で好ましい。従って、充分な性能を確保することができる。
請求項9に記載の電池の電極積層体は、車両に搭載され、電子装置に電力を供給することを特徴とする。この構成によれば、車両に搭載され、電子装置に電力を供給する電池の電極積層体において、作業時間を短縮して生産性を向上させるとともに、電極板の位置ずれを効率よく抑えることができる
本実施形態における電極積層体の正面図である。 負電極板、セパレータ及び正電極板の積層状態を説明するための説明図である。 負電極板、セパレータ及び正電極板の積層状態を説明するための別の説明図である。 正電極板の加工工程を説明するための説明図である。 正電極板の加工工程を説明するための別の説明図である。 加工後における正電極板の平面図である。 積層された負電極板、セパレータ及び正電極板の屈曲成形工程を説明するための説明図である。 別の形態における加工後における正電極板の平面図である。 別の形態における負電極板、セパレータ及び正電極板の積層状態を説明するための説明図である。 別の形態における負電極板、セパレータ及び正電極板の積層状態を説明するための別の説明図である。 別の形態における積層された負電極板、セパレータ及び正電極板の屈曲成形工程を説明するための説明図である。
次に実施形態を挙げ、本発明をより詳しく説明する。本実施形態では、本発明に係る電池の電極積層体を、車両に搭載され、電子装置に電力を供給する電池の電極積層体に適用した例を示す。
まず、図1〜図7を参照して電極積層体の構成について説明する。ここで、図1は、本実施形態における電極積層体の正面図である。図2は、負電極板、セパレータ及び正電極板の積層状態を説明するための説明図である。図3は、負電極板、セパレータ及び正電極板の積層状態を説明するための別の説明図である。図4は、正電極板の加工工程を説明するための説明図である。図5は、正電極板の加工工程を説明するための別の説明図である。図6は、加工後における正電極板の平面図である。図7は、積層された負電極板、セパレータ及び正電極板の屈曲成形工程を説明するための説明図である。なお、図中における前後方向、上下方向及び左右方向は、方向を区別するために便宜的に導入したものである。
図1に示す電極積層体1は、車両に搭載され、電子装置等に電力を供給する電池を構成するものである。図2及び図3に示すように、電極積層体1は、負電極板10(第1電極板)と、第1セパレータ11と、第2セパレータ12と、正電極板13(第2電極板)、14(第3電極板)とを備えている。
負電極板10は、負極を構成する銅からなる帯状かつ箔状の部材である。板厚方向に背向する負電極板10の上面(一面)及び下面(他面)には、グラファイト及びバインダを含む負極活物質層100(斜線部分)が形成されている。また、左端部には、負極活物質層100が形成されていない帯状の縁部101が設けられている。ここで、縁部101は、屈曲成形されて負極端子部102を構成する部位である。
第1セパレータ11は、ポリエチレンからなる微多孔性の帯状かつ薄板状の部材である。第1セパレータ11は、負電極板10の上面側(一面側)に負極活物質層100を覆うように積層されている。
第2セパレータ12は、ポリエチレンからなる微多孔性の帯状かつ薄板状の部材である。第2セパレータ12は、負電極板10の下面側(他面側)に負極活物質層100を覆うように積層されている。
正電極板13は、正極を構成するアルミニウムからなる櫛歯状かつ箔状の部材である。正電極板13は、歯部130、131と、連結部132とを備えている。歯部130、131は、正極を構成する矩形状の部位である。歯部130、131の上面及び下面には、リチウムニッケル酸化物、バインダ及び導電材を含む正極活物質層133(斜線部分)が形成されている。連結部132は、歯部130、131の右方において、歯部130、131を、所定間隔を隔てて連結する帯状の部位である。また、屈曲成形されて正極端子部134を構成する部位でもある。正電極板13は、第1セパレータ11の上面側(反第1電極板側)に、第1セパレータ11によって正極活物質層133が覆われるように積層されている。
正電極板14は、正電極板13と同様に、正極を構成するアルミニウムからなる櫛歯状かつ箔状の部材である。正電極板14は、歯部140〜142と、連結部143とを備えている。歯部140〜142は、正極を構成する矩形状の部位である。歯部140〜142の上面及び下面には、リチウムニッケル酸化物、バインダ及び導電材を含む正極活物質層144が形成されている。連結部143は、歯部140〜142の右方において、歯部140〜142を、所定間隔を隔てて等間隔に連結する帯状の部材である。また、屈曲成形されて正極端子部145を構成する部位でもある。
正電極板14は、第2セパレータ12の下面側(反第1電極板側)に、歯部140、141が、正電極板13の歯部130、131と上下方向(積層方向)に対向するとともに、第2セパレータ12によって正極活物質層144が覆われるように積層されている。つまり、正電極板13の歯部130、131が、正電極板14の歯部140、141と上下方向に対向して積層される。
ここで、正電極板13、14は、帯状の電極板を櫛歯状に切断することにより同時に構成される。図4に示すように、電極板15は、アルミニウムから帯状かつ箔状の部材である。電極板15の表面及び裏面には、リチウムニッケル酸化物、バインダ及び導電材を含む正極活物質層150(斜線部分)が形成されている。また、幅方向の両端部には、正極活物質層150が形成されていない帯状の縁部151、152が形成されている。この電極板15を、ダイカットロールを用いて正極活物質層150が形成された部位を、破線で示すように櫛歯状に切断する。これにより、図5に示すように、櫛歯状の電極板が2つ同時に構成される。その後、図6に示すように、長手方向の適切な箇所で切断することで、縁部151、152が連結部132、143として、正極活物質層150が形成された矩形状の部位が歯部130、131、140〜142として、正電極板13、14が構成される。
図7に示すように、積層された負電極板10、第1セパレータ11、第2セパレータ12、正電極板13、14は、つづら折り状に屈曲成形される。具体的には、図7(b)に示すように、正電極板13の歯部130、131と正電極板14の歯部140〜142が、それぞれ負電極板10によって挟込まれるようにつづら折り状に屈曲成形される。これにより、図7(c)に示すように、正電極板13、14と負電極板10が前後方向に交互に積層された電極積層体1が構成される。具体的には、正電極板13、14の歯部130、131、140〜142と負電極板10が前後方向に交互に積層された電極板積層体1が構成される。
次に、効果について説明する。本実施形態によれば、従来、長手方向に複数配置されていた電極板が、負電極板10、正電極板13、14としてそれぞれ一体化された構成となっている。そのため、従来のように、独立した電極板を長手方向に複数配置する必要がない。従って、作業時間を短縮することができる。また、一体化された構成で電極位置が拘束されるため、電極板の位置ずれも発生しにくい。従って、車両に搭載され、電子装置に電力を供給する電池の電極積層体において、作業時間を短縮して生産性を向上させるとともに、電極板の位置ずれを抑えることができる。
また、本実施形態によれば、図7に示すように、正電極板13の歯部130、131が、正電極板14の歯部140、141と上下方向に対向して積層されている。そのため、正電極板13の歯部130、131と正電極板14の歯部140〜142がそれぞれ負電極板10によって挟込まれるようにつづら折り状に屈曲成形することができる。従って、負電極10と正電極板13、14が交互に積層された電極積層体1を構成することができる。
さらに、本実施形態によれば、正電極板13、14は、帯状の電極板15を櫛歯状に切断することにより同時に構成される。そのため、正電極板13、14を効率よく構成することができる。
加えて、本実施形態によれば、帯状の負電極板10が負極、櫛歯状の正電極板13、14が正極として構成される。そのため、正極の表面積に比べ、負極の表面積を大きくすることができる。通常、電池は、正極の表面積に比べ、負極の表面積が大きい方が、性能を確保する上で好ましい。従って、充分な性能を確保することができる。
なお、本実施形態では、図6に示すように、正電極板13の歯部130、131と連結部132とによって構成される角部、正電極板14の歯部140〜142と連結部143とによって構成される角部が直角である例を挙げているが、これに限られるものではない。
図8に示すように、歯部130、131と連結部132とによって形成される角部135、歯部140〜142と連結部143とによって形成される角部146がR状であってもよい。これにより、正電極板13、14の角部135、146を補強することができる。そのため、搬送時及び積層時における、正電極板13、14の角部135、146の破損を防止することができる。
また、本実施形態では、図2及び図3に示すように、負電極板10、第1セパレータ11、第2セパレータ12、正電極板13、14がそれぞれ独立して積層される例を挙げているが、これに限られるものではない。図9及び図10に示すように、正電極板13が、第1セパレータ11に固定された状態で負電極板10の上面側に積層され、正電極板14が、第2セパレータ12に固定された状態で負電極板10の下面側に積層されるようにしてもよい。これにより、第1セパレータ11によって正電極板13を補強することができる。また、第2セパレータ12によって正電極板14を補強することができる。そのため、積層時における正電極板13、14の破損を防止することができる。さらに、積層時及び屈曲成形時における正電極板13、14の位置ずれを抑えることができる。
さらに、本実施形態では、図7に示すように、正電極板13の歯部130、131が、正電極板14の歯部140、141と上下方向に対向して積層された状態でつづら折り状に屈曲成形される例を挙げているが、これに限られるものではない。図11に示すように、正電極板13の歯部130、131が、正電極板14の歯部140、141の間、歯部141、142の間に配置され積層された状態でつづら折り状に屈曲成形してもよい。この場合においても、正電極板13の歯部130、131と正電極板14の歯部140〜142が、それぞれ負電極板10によって挟込まれるように屈曲成形することができる。
1・・・電極積層体、10・・・負電極板(第1電極板)、100・・・負極活物質層、101・・・縁部、102・・・負極端子部、11・・・第1セパレータ、12・・・第2セパレータ、13・・・正電極板(第2電極板)、130、131・・・歯部、132・・・連結部、133・・・正極活物質層、134・・・正極端子部、135・・・角部、14・・・正電極板(第3電極板)、140〜142・・・歯部、143・・・連結部、144・・・正極活物質層、145・・・正極端子部、146・・・角部、15・・・電極板、150・・・正極活物質層、151、152・・・縁部

Claims (9)

  1. 帯状の第1電極板と、
    板厚方向に背向する前記第1電極板の一面及び他面のうち、前記第1電極板の一面側に積層される帯状の第1セパレータと、
    前記第1電極板の他面側に積層される帯状の第2セパレータと、
    複数の歯部と、複数の前記歯部を連結する連結部とを有し、前記第1セパレータの反第1電極板側に積層される櫛歯状の第2電極板と、
    複数の歯部と、複数の前記歯部を連結する連結部とを有し、前記第2セパレータの反第1電極板側に積層される櫛歯状の第3電極板と、
    からなり、
    積層された前記第1電極板、前記第1セパレータ、前記第2セパレータ、前記第2電極板及び前記第3電極板をつづら折り状に屈曲成形することにより構成されることを特徴とする電池の電極積層体。
  2. 前記第2電極板の前記歯部と前記第3電極板の前記歯部が、それぞれ前記第1電極板によって挟み込まれるように、つづら折り状に屈曲成形することにより構成されることを特徴とする請求項1に記載の電池の電極積層体。
  3. 前記第2電極板の前記歯部が、前記第3電極板の前記歯部に積層方向に対向して積層された状態でつづら折り状に屈曲成形されることにより構成されることを特徴とする請求項1又は2に記載の電池の電極積層体。
  4. 前記第2電極板の前記歯部が、前記第3電極板の前記歯部と前記歯部の間に配置され積層された状態でつづら折り状に屈曲成形されることにより構成されることを特徴とする
    請求項1又は2に記載の電池の電極積層体。
  5. 前記第2電極板と前記第3電極板は、前記歯部と前記連結部とによって形成される角部がR状であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の電池の電極積層体。
  6. 前記第2電極板は、前記第1セパレータに固定された状態で前記第1電極板の一面側に積層され、
    前記第3電極板は、前記第2セパレータに固定された状態で前記第1電極板の他面側に積層されることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の電池の電極積層体。
  7. 前記第2電極板と前記第3電極板は、帯状の電極板を櫛歯状に切断することによって同時に構成されることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の電池の電極積層体。
  8. 前記第1電極板が、負極であり、
    前記第2電極板及び前記第3電極板が正極であることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の電池の電極積層体。
  9. 車両に搭載され、電子装置に電力を供給することを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の電池の電極積層体。
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