JP5201664B2 - 電池の巻芯体 - Google Patents

Description

本発明は、２次電池において、正負の電極シートおよびセパレータが巻き付けられる平板状の巻芯体に関する。

この種の巻芯体は例えば特許文献１に公知である。そこでは、幅方向両端が丸められたプラスチック板材で巻芯体を構成し、その周囲に正負の電極シートおよびセパレータを巻き付けて素電池を構成している。得られた素電池の複数個を電池容器に収めて、電解液を電池容器に封入することにより２次電池を構成している。

この種の２次電池は、比較的大形で大容量の電池として構成されるが、電池容量を向上し、あるいは電池を小形化するために、巻芯体を薄型化する試みがなされている。例えば、１ｍｍ未満のプラスチックシート材で巻芯体を形成し、あるいは押し出し成形された筒状シートを巻芯体を形成するなどの提案がある。

特開２００３−３４６８７６号公報（段落番号０００７、図１参照）

プラスチックシート材で構成した巻芯体は自己保形力がないため、電極シートおよびセパレータを巻付装置で自動的に巻き付けるのに適さない。この点、押し出し成形した筒状シートを巻芯体とする場合には、筒壁の内部に差し込んだ一対の棒または板で筒状シートを緊張保持できるので、電極シートおよびセパレータを巻付装置で自動的に巻き付けることができる。しかし、正極側あるいは負極側の電極タブを、筒状シートに対して固定するのが難しく、電極タブを巻芯体に固定するのに多くの手間が掛かっていた。

本発明者は、上記のような不具合を一掃するために、巻芯体を射出成形法で形成し、巻芯体の成形時に電極タブをインサート固定することを考えた。また、電極タブのインサート部の板面全体が肉壁内に埋設される巻芯体を試作した。しかし、試作で得られた巻芯体は、インサート部が裏側へ階段状に折り曲げられて、巻芯体の肉壁の中央にインサート部を埋設できないことが判った。これは、要求される巻芯体の肉壁の厚みが０．４５ｍｍと薄く、さらに電極タブの厚みが０．２ｍｍと薄く変形しやすいことが主因である。また、インサート部が成形空間の内部に片持ち梁状に支持されていて、外力を受けて変形しやすい状況にあること、さらに、インサート部の表側と裏側に流入する溶融樹脂の流入タイミングにずれがあり、先行流入した側の溶融樹脂の注入圧によってインサート部が表裏いずれかへ階段状に折り曲げられるのが原因であることを究明した。

本発明の目的は、電極シートおよびセパレータを巻付装置で自動的に巻き付けるのに好適であるうえ、電極タブを一体に備えている電池の巻芯体を提供することにある。本発明の目的は、射出成形時に電極タブを薄い肉壁に的確にインサート固定することができる電池の巻芯体を提供することにある。

本発明の電池の巻芯体は、正負の電極シート２２・２３およびセパレータ２４を巻装するために使用する。巻芯体１は、矩形状の一対の主面壁２・２と、両主面壁２・２の隣接縁どうしを繋ぐヒンジ部３とを一体に備え、両主面壁２・２が隣接する展開状態で射出成形してある。主面壁２の外縁を構成する対向辺部７・７の少なくとも一方に、集電用の電極タブ８・９をインサート固定して主面壁２と一体化する。以て、電極タブ８・９のインサート部１１・１２の表裏を抱持する被覆壁１５が、インサート部１１・１２の周縁に沿って断続的に形成してあることを特徴とする。

被覆壁１５の間に成形金型で挟持される型保持面１６を露出させる。型保持面１６は、インサート部１１・１２のタブ端縁１１ｂ・１２ｂに達する状態で形成する。

電極タブ８・９のインサート部１１・１２に橋絡穴１９を形成し、表裏の被覆壁１５の一部を橋絡穴１９に充填された樹脂片２０を介して繋ぐようにする。

主面壁２は平坦な中央壁２ａと、中央壁２ａの両側に連続して上向きに湾曲する一対の湾曲壁２ｂ・２ｂとで形成する。左右に隣接する両主面壁２・２の湾曲壁２ｂ・２ｂの上突端どうしが薄肉のヒンジ部３を介して繋がっている。両主面壁２・２のヒンジ部３と平行な辺部４に、互いに嵌係合して巻芯体１を筒形状に保持する複数個の係合構造５・６を設ける。

本発明においては、一対の主面壁２・２と、両主面壁２・２を繋ぐヒンジ部３を一体に備えた射出成形品で巻芯体１を構成し、主面壁２の対向辺部７・７の少なくとも一方に集電用の電極タブ８・９をインサート固定して主面壁２と一体化した。その際に、電極タブ８・９のインサート部１１・１２の表裏に形成される被覆壁１５を、インサート部１１・１２の周縁に沿って断続的に形成するようにした。このように、被覆壁１５をインサート部１１・１２の周縁に沿って断続的に形成すると、インサート部１１・１２の板面の大半部分を成形金型で表裏から確りと挟持固定した状態で成形を行うことができ、電極タブ８・９を主面壁２に対して確実にインサート固定できる。

したがって、本発明の巻芯体１によれば、展開状態で射出成形した巻芯体１を筒形状に組んだのち、その周面に電極シートおよびセパレータを巻付装置で自動的に巻き付けることができる。さらに、巻芯体１を成形する際に電極タブ８・９をインサート固定するので、従来不可欠であった電極タブを巻芯体に固定するための作業を省くことができ、その分だけ電池の製造に要する手間とコストを削減できる。

被覆壁１５を断続的に形成し、隣接する被覆壁１５の間に成形金型で挟持される型保持面１６を露出させると、インサート部１１・１２の板面の大半部分と、被覆壁１５の間の型保持面１６のそれぞれを、成形金型で表裏から確りと挟持した状態で成形を行うことができる。したがって、電極タブ８・９を主面壁２に対して的確にインサート固定でき、たとえ主面壁２の厚み寸法が小さい場合であっても、主面壁２の肉壁の中央部分に電極タブ８・９をインサート固定できる。

型保持面１６がインサート部１１・１２のタブ端縁１１ｂ・１２ｂに達する状態で形成してあると、キャビティ内に突出するインサート部１１・１２を成形金型でタブ端縁１１ｂ・１２ｂに至るまで保持固定した状態で成形できるので、インサート部１１・１２の表側と裏側に流入する溶融樹脂の流入タイミングにずれがある場合でも、インサート部１１・１２の一部が溶融樹脂の注入圧によって変形されるのを防止して、電極タブ８・９を主面壁２に対して確実にインサート固定できる。

インサート部１１・１２に橋絡穴１９を形成し、表裏の被覆壁１５の一部を橋絡穴１９に充填された樹脂片２０を介して繋ぐようにすると、表裏の被覆壁１５がインサート部１１・１２の表面から剥離しようとするのを樹脂片２０で規制できる。したがって、電極タブ８・９の主面壁２に対する取付強度をさらに向上できる。

平坦な中央壁２ａと上向きに湾曲する一対の湾曲壁２ｂ・２ｂとで主面壁２を形成し、両主面壁２・２の辺部４に、互いに嵌係合して巻芯体１を筒形状に保持する複数個の係合構造５・６を設ける巻芯体１によれば、ヒンジ部３を折り曲げ中心にして主面壁２・２を二つ折りにし、さらに左右の主面壁２・２に設けた係合凹部５と係合突起６を互いに嵌係合することにより、扁平筒形状の巻芯体１を得ることができる。

（実施例） 図１ないし図５は本発明に係る巻芯体の実施例を示す。図１および図２において巻芯体１は、矩形状の一対の主面壁２・２と、両主面壁２・２の隣接縁どうしを繋ぐヒンジ部３とを一体に備えた射出成形品からなり、両主面壁２・２が左右に隣接する展開状態で成形される。主面壁２は、平坦な中央壁２ａと、中央壁２ａの左右両側に連続して上向きに湾曲する一対の湾曲壁２ｂとで形成してある。左右に隣接する両主面壁２・２は、それぞれの湾曲壁２ｂ・２ｂの上突端どうしを繋ぐ薄肉のヒンジ部３を介して繋がっている。各主面壁２の左右寸法は７２ｍｍであり、前後寸法は１５２ｍｍである。また、主面壁２の各部の厚み寸法が０．４５ｍｍであるのに対し、ヒンジ部３の厚み寸法は０．１５ｍｍに設定してある。

両主面壁２・２のヒンジ部３と平行な辺部４には、互いに嵌係合して巻芯体１を筒形状に保持する複数個の係合構造を設ける。詳しくは、図１に向かって左側の主面壁２の辺部４の前後両端および中央部分の３箇所に、係合凹部５を一体に形成し、図１に向かって右側の主面壁２の辺部４の前後両端および中央部分の３箇所に、先の係合凹部５と係合する係合突起６が形成してある。巻芯体１を成形するときのゲート位置は、左右の主面壁２・２の辺部４の前後中央、あるいは左右の主面壁２の表面（上面）の前後２個所に設定することができる。

図１に向かって左側の主面壁２の外縁を構成する前後の対向辺部７・７のそれぞれに、集電用の電極タブ８・９がインサート固定されて先の主面壁２・２と一体化してある。符号８で示す電極タブは、厚みが０．２ｍｍの銅板を短冊状に打ち抜いたのちＬ字状に折り曲げて形成してある。また、符号９で示す電極タブは、厚みが０．２ｍｍのアルミニウム板を短冊状に打ち抜いたのちＬ字状に折り曲げて形成してある。

電極タブ８・９は、主面壁２に対して以下のようにしてインサート固定する。インサート部１１・１２の表裏に形成される被覆壁１５をインサート部１１・１２の周縁に沿って断続的に形成して、インサート部１１・１２の板面の大半部分を成形金型１３・１４（図３参照）で表裏から挟持できるようにする。また、隣接する被覆壁１５の間に成形金型１３・１４で挟持される型保持面１６を露出させる。型保持面１６はインサート部１１・１２のタブ端縁１１ｂ・１２ｂに達しており、したがって、キャビティ内に突出するインサート部１１・１２の左右と中央の３箇所を、成形金型１３・１４でタブ端縁１１ｂ・１２ｂに至るまで保持固定できる。型保持面１６を挟持する金型部分を符号１３ａ・１４ａで示す。

なお、本発明におけるインサート部１１・１２とは、図１に示すように電極タブ８・９の板面のうち、対向辺部７・７より主面壁２側へ入り込む領域を意味し、その周縁形状は対向辺部７・７より主面壁２側へ入り込む左右一対のタブ側縁１１ａ・１２ａと、両タブ側縁１１ａ・１２ａを繋ぐタブ端縁１１ｂ・１２ｂとでコ字状に形成してある。

以上のようにしてインサート成形を行うことにより、左右一対のタブ側縁１１ａ・１２ａと、タブ端縁１１ｂ・１２ｂの左右２個所を表裏から抱持する合計４個の被覆壁１５が形成され、各電極タブ８・９を主面壁２に対して確実にインサート固定できる。この実施例では、タブ端縁１１ｂ・１２ｂ側に形成される左右の被覆壁１５の構造をさらに強化するために、インサート部１１・１２のタブ端縁１１ｂ・１２ｂ寄りの左右２個所に橋絡穴１９を形成し、表裏の被覆壁１５が橋絡穴１９に充填された樹脂片２０を介して繋がるようにした。

以上のように構成した巻芯体１によれば、電極タブ８・９を主面壁２に対して強固に固定でき、しかも主面壁２の肉厚の中央部分に位置させることができる。得られた巻芯体１は、図４に示すようにヒンジ部３を折り曲げ中心にして二つ折りにし、さらに左右の主面壁２・２に設けた係合凹部５と係合突起６を互いに嵌係合することにより、扁平筒形状に保持される。必要に応じて主面壁２・２の接合縁の外面に粘着テープ２７を貼り付けて、主面壁２・２の接合縁が分離するのを阻止することができる。

扁平筒形状の巻芯体１は、その内部に差し込んだ左右一対の保持棒２１で保持され、この状態で保持棒２１を回転駆動しながら、正負の電極シート２２・２３およびセパレータ２４を巻芯体１の周囲に巻き付けることにより、図５に示す扁平な素電池２５が得られる。保持棒２１は、正負の電極シート２２・２３およびセパレータ２４の巻装作業が終了した時点で、巻芯体１から抜き外される。こののち、正負の電極シート２２・２３と電極タブ８・９とが図示していない接続リードを介して電気的に接続される。得られた素電池２５の複数個を電池缶２６に収容し、電解液を電池缶２６に封入することにより２次電池が得られる。素電池２５を電池缶２６に収容する代わりに、アルミニウムがラミネートされたフィルムで素電池２５を密封し、その内部に電解液を封入して２次電池としてもよい。

上記の実施例では、型保持面１６の端縁がインサート部１１・１２のタブ端縁１１ｂ・１２ｂに達するようにしたが、その必要はなく、型保持面１６の端縁がタブ端縁１１ｂ・１２ｂの近傍に位置するように型保持面１６を形成することができる。その場合には、タブ端縁１１ｂ・１２ｂの全体が、被覆壁１５に連続する樹脂層で覆われることになる。巻芯体１は、電極タブ８・９のいずれか一方のみが主面壁２に固定してあってもよい。インサート部１１・１２の形状は四角形である必要はなく、半円形や逆台形など任意形状に形成することができる。主面壁２の断面形状は、湾曲壁２ｂに相当する壁部分を傾斜壁で形成して扁平な逆台形状に形成することができる。巻芯体１の断面形状は扁平角箱状に形成することができる。

巻芯体の平面図である。 図１におけるＡ−Ａ線断面図である。 図１におけるＢ−Ｂ線断面図である。 巻芯体を扁平筒状に組んだ状態の断面図である。 巻芯体の使用例を示す素電池の斜視図である。

符号の説明

１ 巻芯体
２ 主面壁
２ａ 主面壁の中央壁
２ｂ 主面壁の湾曲壁
３ ヒンジ部
５・６ 係合構造
７ 対向辺部
８・９ 電極タブ
１１・１２ インサート部
１１ｂ・１２ｂ インサート部のタブ端縁
１５ 被覆壁
１６ 型保持面
１９ 橋絡穴
２０ 樹脂片
２２ 正の電極シート
２３ 負の電極シート
２４ セパレータ

Claims (5)

1. 正負の電極シートおよびセパレータを巻装するための電池の巻芯体であって、
   前記巻芯体は、矩形状の一対の主面壁と、前記両主面壁の隣接縁どうしを繋ぐヒンジ部とを一体に備え、前記両主面壁が隣接する展開状態で射出成形されており、
   前記主面壁の外縁を構成する対向辺部の少なくとも一方に、集電用の電極タブがインサート固定されて前記主面壁と一体化されており、
   前記電極タブのインサート部の表裏を抱持する被覆壁が、前記インサート部の周縁に沿って断続的に形成してあることを特徴とする電池の巻芯体。
2. 前記被覆壁の間に成形金型で挟持される型保持面が露出させてある請求項１記載の電池の巻芯体。
3. 前記型保持面が、インサート部のタブ端縁に達する状態で形成してある請求項２記載の電池の巻芯体。
4. 前記電極タブのインサート部に橋絡穴が形成されており、
   前記表裏の被覆壁の一部が、前記橋絡穴に充填された樹脂片を介して繋がっている請求項１から３のいずれかに記載の電池の巻芯体。
5. 前記主面壁が平坦な中央壁と、前記中央壁の両側に連続して上向きに湾曲する一対の湾曲壁とで形成されており、
   左右に隣接する前記両主面壁の湾曲壁の上突端どうしが、薄肉のヒンジ部を介して繋がっており、
   前記両主面壁の前記ヒンジ部と平行な辺部に、互いに嵌係合して巻芯体を筒形状に保持する複数個の係合構造が設けてある請求項１から４のいずれかに記載の電池の巻芯体。

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