JP5500463B2

JP5500463B2 - 電池及び電池の製造方法

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Publication number: JP5500463B2
Application number: JP2011519806A
Authority: JP
Inventors: 胸永　　訓良; 拓中村
Original assignee: GS Yuasa International Ltd
Current assignee: GS Yuasa International Ltd
Priority date: 2009-06-17
Filing date: 2010-06-16
Publication date: 2014-05-21
Anticipated expiration: 2030-06-16
Also published as: JPWO2010147136A1; KR101907935B1; EP2445034A4; KR20120037402A; US8932740B2; EP2445034A1; TW201101559A; JP5796794B2; JP2014132590A; US20120088138A1; CN102804454B; WO2010147136A1; EP2445034B1; CN102804454A

Description

本発明は、正負の電極シートがセパレータを介して巻回されて形成される発電要素と、該発電要素と電気的に導通接続される集電体とを備えた電池及び電池の製造方法に関する。

従来、この種の電池としては、例えば、電極活物質層を両面に有する正負の電極シートがセパレータを介して巻回されて形成される発電要素と、外部に導出される電極端子が導通接続される本体、及び、積層電極部の最外周面に沿うように本体から延出される接続片を有する集電体と、積層電極部の最外周面に集電体の接続片を当接させた状態で、該接続片を積層電極部の最外周面に圧接させる挟持体とを備えているものが公知になっている（特許文献１参照）。

発電要素は、円筒状に巻回された後、両側から押圧して長楕円状に、即ち扁平形状に形成されており、上下に位置する湾曲部と、該両湾曲部の間に位置する直線状の平坦部とを備えている。そして、発電要素の両端部に、正負の積層電極部が形成されている。また、集電体の本体は、平面視三角形状を呈し、幅小部（頂部）が対向するように、幅広部（底辺部）が、発電要素の積層電極部の上方に位置するように、発電要素の湾曲部の上面に軸方向に沿って配置されている。そして、本体の幅小部に、外部に導出される電極端子が導通接続されている。また、集電体の接続片は、発電要素の平坦部に沿うように本体の幅広部から櫛歯状に延出されている。そして、一対の接続片は、逆Ｕ字形状を呈しており、各接続片に形成される空間に、積層電極部が挿入されるようになっている。

日本国特開２００３−３４６７７０号公報

しかしながら、従来の上記電池の場合、断面が長楕円状の積層電極部を、集電体の一対の接続片間に挿入し、積層電極部の最外周面に、集電体の一対の接続片の内面を当接させる際、積層電極部が外側に広がって、接続片が積層電極部を傷つけたり、折り曲げたりしてしまう問題があった。また、積層電極部と接続片とを一枚の挟持体で一度に挟持していたので、三者の位置合わせが難しく、接続不良を生じたり、生産性が悪いという問題があった。

本発明は、前記問題を鑑み、発電要素の積層電極部を傷つけたり、折り曲げたりすることなく、集電体の接続片を積層電極部の最外周面に当接させることができる電池及び電池の製造方法を提供するものである。

上記の課題を解決するために、本発明に係る電池は、正負の電極シートがセパレータを介して巻回されて形成され、巻回軸方向の少なくとも一端側に正極または負極の積層電極部を有する発電要素と、前記積層電極部の最外周面に沿うように配置される接続片を有すると共に、外部端子に導通接続される集電体とを備えた電池において、前記積層電極部を挟持する第一挟持部と、該第一挟持部により挟持された状態の積層電極部、及び、前記集電体の接続片を挟持する第二挟持部とを有する挟持体を備えることを特徴とする。

この場合、挟持体の第一挟持部により、積層電極部を挟持することで、積層電極部が外側に広がらず、厚みが小さくなり、積層電極部の最外周面に集電体の接続片の内面が当接しやすくなるため、集電体の接続片によって、積層電極部が傷つけられたり、折り曲げられたりすることがない。

しかも、第一挟持部により挟持された状態の積層電極部の最外周面に、集電体の接続片の内面を当接させた上で、第二挟持部により接続片の両側を挟持するようにしたので、積層電極部と集電体の接続片との位置合わせが容易になり、積層電極部と集電体との導通接続が確実に行われるようになる。

ここで、本発明に係る電池においては、積層電極部の一側を挟持する挟持体と、積層電極部の他側を挟持する挟持体とを別々に備える構成や、挟持体が積層電極部の一側及び他側の両側をまとめて挟持する構成を採用することができる。そして、発電要素を扁平形状に形成することにより、積層電極部が一対の湾曲部と該一対の湾曲部間における平坦部とを備えるものである場合は、平坦部を挟持するようにするのが好ましい。

また、本発明に係る電池においては、第一挟持部を一対備え、該一対の第一挟持部間に第二挟持部を備えるように、挟持体を構成するのが好ましい。上述した、積層電極部の一側を挟持する挟持体と、積層電極部の他側を挟持する挟持体とを別々に備える構成である場合、一方の挟持片と、他方の挟持片とからなり、該他方の挟持片が、上下の挟持部と、中央の挟持部とからなるように、挟持体を構成することにより、一方の挟持片と他方の挟持片の上下の挟持部とを第一挟持部として用いることができ、また、一方の挟持片と他方の挟持片の中央の挟持部とを第二挟持部として用いることができる。一方、上述した、挟持体が積層電極部の一側及び他側の両側をまとめて挟持する構成である場合、一方の挟持片と、他方の挟持片とからなり、該一方及び他方の挟持片が、それぞれ、上下の挟持部と、中央の挟持部とからなるように、挟持体を構成することにより、一方の挟持片の上下の挟持部と他方の挟持片の上下の挟持部とを第一挟持部として用いることができ、また、一方の挟持片の中央の挟持部と他方の挟持片の中央の挟持部とを第二挟持部として用いることができる。

この場合、第二挟持部の両サイドにある第一挟持部で積層電極部を押圧することで第二挟持部付近の積層電極部の積層厚みが小さくなるため、第二挟持部付近の積層電極部の最外周面に集電体の接続片を当接しやすくできる。

また、本発明に係る電池は、正負の電極シートがセパレータを介して巻回されて形成され、巻回軸方向の少なくとも一端側に正極または負極の積層電極部を有する発電要素と、前記積層電極部の最外周面に沿うように配置される接続片を有すると共に、外部端子に導通接続される集電体とを備えた電池において、前記積層電極部を挟持する第一挟持体と、該第一挟持体により挟持された状態の積層電極部、及び、前記集電体の接続片を挟持する第二挟持体とを備えることを特徴とする。

この場合、第一挟持体により、積層電極部を挟持するようにしたので、積層電極部が外側に広がることがなくなり、積層電極部の最外周面に集電体の接続片を当接しやすくなる。一方、第二挟持体により、積層電極部及び接続片を挟持するようにしたので、積層電極部と集電体との位置合わせが容易になり、導通接続が確実に行われるようになる。

ここで、本発明に係る電池は、第一挟持体が第二挟持体よりも上部に位置するようにするのが好ましい。

この場合、第一挟持体によって積層電極部の上部の積層厚みが小さくなるため、積層電極部の最外周面に集電体の接続片を沿わせて配置しやすくなる。

また、本発明に係る電池の製造方法は、前記第一挟持部で前記積層電極部を挟持した後、前記積層電極部の最外周面に前記集電体の接続片を沿うように配置し、前記第二挟持部で前記積層電極部と前記接続片とを挟持することを特徴とする。

また、本発明に係る電池の製造方法は、前記第一挟持体で前記積層電極部を挟持した後、前記積層電極部の最外周面に前記集電体の接続片を沿うように配置し、前記第二挟持体で前記積層電極部と前記接続片とを挟持することを特徴とする。

この場合、積層電極部を挟持することによって、積層電極部の積層厚み、または、積層電極部全体の厚みを小さくできるので、集電体の間に積層電極部を挿入して製造するのに特に効果的である。

以上説明したように、本発明によれば、正負の電極シートがセパレータを介して巻回されて形成された発電要素の端部の積層電極部を挟持した後、挟持された状態の積層電極部の最外周面に、集電体の接続片を当接させた上で、接続片及び積層電極部を挟持するようにしたので、積層電極部を集電体の接続片によって傷つけることなく、積層電極部と集電体とを電気的に確実に接続することができる。

本発明の実施形態１に係る電池を示す斜視図。図１の断面図。図１の電池に使用される挟持体の斜視図。（ａ）〜（ｃ）は図１の電池の組立順序を示す斜視図。本発明の実施形態２に係る電池を示す斜視図。図５の断面図。図５の電池に使用される挟持体の斜視図。（ａ）、（ｂ）は図５の電池の組立順序を示す斜視図。本発明の実施形態３に係る電池を示す斜視図。図９の断面図。図９の電池に使用される挟持体の斜視図。（ａ）〜（ｃ）は図９の電池の組立順序を示す斜視図。

以下、本発明の実施形態に係る電池について図１〜図１２を参照して説明する。

（実施形態１）
まず、本発明の実施形態１に係る電池は、図１及び図２に示すように、発電要素１と、該発電要素１に電気的に接続される集電体５と、後述する発電要素１の積層電極部３及び集電体５の接続片７を挟持する一対の挟持体１０とを備えている。

発電要素１は、便宜上、単体とし、電極活物質層を両面に有する正負の電極シート２がセパレータ（図示せず）を介して巻回されて形成され、その両端部に正負の積層電極部３を有している。そして、発電要素１は、断面が長楕円状（扁平形状）に形成されて、上下に位置する湾曲部１ａ，１ａと、該両湾曲部１ａ，１ａの間に位置する平坦部１ｂ，１ｂとを備えている。

集電体５は、外部端子（図示せず）が導通接続される本体６と、積層電極部３の平坦部１ｂ，１ｂの最外周面に沿うように該本体６から延出される接続片７，７とを有している。そして、本実施形態１では、発電要素１が単体であることに合わせて、集電体５の本体６は平面視矩形状とし、積層電極部３の最外周面の両側に沿うように、該本体６から一対の接続片７，７が延出されているものとする。

挟持体１０は、図３に示すように、矩形状の平板が二つ折されており、積層電極部３の最内周面に当接する一方の挟持片１１と、積層電極部３の最外周面及び集電体５の接続片７の外面に当接する他方の挟持片１２とを有している。一方の挟持片１１は、単なる平板で、積層電極部３の平坦部１ｂ，１ｂにおいて、最内周面の中央部を押圧できる面積を有している。他方の挟持片１２は、上下に一対の切り込み１３，１３が平行して形成され、上下に小挟持部１２ａ，１２ａが形成されると共に、中央に大挟持部１２ｂが形成されている。そして、一方の挟持片１１と、他方の挟持片１２の各小挟持部１２ａ，１２ａとで、積層電極部３を挟持する第一挟持部が構成され、一方の挟持片１１と、他方の挟持片１２の大挟持部１２ｂとで、集電体５の接続片７と積層電極部３とを挟持する第二挟持部が構成されている（図２参照）。

つぎに本実施形態１に係る電池の組立順序について図４（ａ）〜（ｃ）を参照して説明する。まず、図４（ａ）に示すように、挟持体１０の一対の挟持片１１，１２を、互いに近接する方向に折り曲げて、略Ｕ字形状に折り曲げる一方、他方の挟持片１２の大挟持部１２ｂを折り曲げずに、即ち、小挟持部１２ａ，１２ａに対して直交する状態にしておく。そして、積層電極部３の一側の平坦部１ｂ，１ｂに跨るように、該平坦部１ｂの最内周面に一方の挟持片１１を当接させると共に、平坦部１ｂの最外周面に他方の挟持片１２の各小挟持部１２ａ，１２ａを当接させる。つぎに、一方の挟持片１１及び各小挟持部１２ａ，１２ａの外面を押圧して、積層電極部３の平坦部１ｂの内面と外面とを挟持し、積層電極部３の一側の平坦部１ｂの厚みを小さくする。その後、他側の積層電極部３の平坦部１ｂに、前記と同様に、該平坦部１ｂの最内周面に一方の挟持片１１を当接させると共に、平坦部１ｂの最外周面に他方の挟持片１２の各小挟持部１２ａ，１２ａを当接させた後、一方の挟持片１１及び各小挟持部１２ａ，１２ａの外面を押圧して、他側の積層電極部３の平坦部１ｂを挟持して、該平坦部１ｂの厚みを小さくする。即ち、積層電極部３全体の厚みを小さくする（図４（ｂ）参照）。

この状態で、図４（ｃ）に示すように、集電体５の接続片７，７の内面が、挟持体１０の小挟持部１２ａ，１２ａの外面、及び、積層電極部３の最外周面に沿うように、積層電極部３の上方から集電体５の接続片７，７を挿入した後、大挟持部１２ｂを、各小挟持部１２ａ，１２ａに平行するように折り曲げて、集電体５の接続片７，７の外面を押圧して、集電体５の接続片７，７の内面を積層電極部３の最外周面に圧接させ、超音波溶接によって、集電体５と発電要素１とを電気的に接続する（図１参照）。

この場合、一方の挟持片１１と、他方の挟持片１２の各小挟持部１２ａ，１２ａとにより、積層電極部３の最内周面及び最外周面を押圧して、積層電極部３の積層厚みを小さくするようにしたので、積層電極部３の最外周面に集電体５の接続片７，７を当接しやすくなる一方、一方の挟持片１１と、他方の挟持片１２の大挟持部１２ｂとにより、積層電極部３の最内周面、及び、接続片７，７の外面を押圧して挟持するようにしたので、積層電極部３と集電体５との導通接続が確実に行われるようになる。しかも、一つの挟持体１０で積層電極部３の一側を挟持し、もう一つの挟持体１０で積層電極部３の他側を挟持するようにしているので、隣り合う挟持体１０，１０の両挟持片１１，１１が離間し、両挟持片１１，１１間に隙間が形成され、よって、発電要素１の中心部に熱がこもらないようになっている。

（実施形態２）
つぎに実施形態２に係る電池について図５〜図８を参照して説明する。これらの図において、図１及び図２と同一符号は同一もしくは相当するものを示し、異なる点は、挟持体１４の構成であり、切り込み１６，１６よって形成された上下の小挟持部１５ａ，１５ａと、両小挟持部１５ａ，１５ａの間の大挟持部１５ｂとを、両方の挟持片１５，１５に備えている。そして、両方の挟持片１５，１５の各小挟持部１５ａ，１５ａによって、積層電極部３の最外周面が押圧され、積層電極部３の平坦部１ｂ，１ｂが押し潰されて、積層電極部３全体の厚みが小さくなるように挟持されている点である。

つぎに本実施形態２に係る電池の組立順序について図８（ａ）、（ｂ）を参照して説明する。まず、図８（ａ）に示すように、両方の挟持片１５，１５の小挟持部１５ａ，１５ａを、互いに近接する方向に折り曲げて、Ｕ字形状に折り曲げる一方、大挟持部１５ｂを折り曲げずに、即ち、各小挟持部１５ａ，１５ａに対して直交する状態にしておく。そして、積層電極部３の両側の平坦部１ｂ，１ｂに跨るように、両方の挟持片１５，１５の小挟持部１５ａ，１５ａを、積層電極部３の平坦部１ｂ，１ｂの最外周面に当接し、各小挟持部１５ａ，１５ａの外面を押圧して、積層電極部３の平坦部１ｂ，１ｂの両側の外面を挟持し、積層電極部３の平坦部１ｂ，１ｂを押し潰して、積層電極部３全体の厚みを小さくする。

この状態で、図８（ｂ）に示すように、集電体５の接続片７，７を、各小挟持部１５ａ，１５ａの外面、及び、積層電極部３の最外周面に沿うように、積層電極部３の上方から挿入した後、一対の大挟持部１５ｂ，１５ｂを、各小挟持部１５ａ，１５ａに平行するように折り曲げて、集電体５の接続片７，７の外面を押圧して、集電体５と発電要素１とを電気的に接続する（図５及び図６参照）。

（実施形態３）
つぎに実施形態３に係る電池について図９〜図１２を参照して説明する。これらの図において、図１及び図２と同一符号は同一もしくは相当するものを示し、異なる点は、積層電極部３の最内周面及び最外周面を押圧して積層電極部３を挟持する一対の挟持片２１，２１を有する第一挟持体２０と、積層電極部３が第一挟持体２０によって挟持されると共に、挟持された積層電極部３の最外周面に集電体５の接続片７，７が沿うように配置された状態において、積層電極部３の最内周面、及び、該接続片７，７の外面を押圧して挟持する第二挟持体２２とを備えている（図１１参照）。なお、本実施形態３の場合、第一及び第二挟持体２０，２２の大きさは同一形状であり、平面視矩形状の平板を単に二つ折りにしたものである。

この場合、第一挟持体２０の一対の挟持片２１，２１により、積層電極部３の平坦部１ｂ，１ｂにおいて、その上部の最内周面及び最外周面を挟持することで、該上部の積層厚みが小さくなるようにしたので、積層電極部３の最外周面に集電体５の接続片７，７を沿わせて配置しやすくなる

つぎに電池の組立順序について図１２（ａ）〜（ｃ）を参照して説明する。まず、二つの第一挟持体２０の各挟持片２１，２１を、互いに近接する方向に折り曲げて、Ｕ字形状に折り曲げる一方、二つの第二挟持体２２，２２の各挟持片２３，２３も同様に折り曲げておく。そして、図１２（ａ）に示すように、積層電極部３の両側の平坦部１ｂ，１ｂにおいて、その上部に跨るように、第一挟持体２０の一方の挟持片２１を、積層電極部３の最内周面に当接すると共に、第一挟持体２０の他方の挟持片２１を、積層電極部３の最外周面に当接し、各挟持片２１，２１の外面を押圧して、両側の平坦部１ｂ，１ｂの上部の最内周面と最外周面とを挟持し、積層電極部３の両平坦部１ｂ，１ｂの上部の厚みを小さくする。

この状態で、図１２（ｂ）に示すように、集電体５の接続片７，７を、第一挟持体２０の各挟持片２１，２１の外面、及び、積層電極部３の最外周面に沿うように、積層電極部３の上方から挿入した後、図１２（ｃ）に示すように、積層電極部３の両側の平坦部１ｂ，１ｂの下部に跨るように、第二挟持体２２の一方の挟持片２３を積層電極部３の最内周面に当接すると共に、第二挟持体２２の他方の挟持片２３を集電体５の接続片７，７の外面に当接して、第二挟持体２２の各挟持片２３，２３の外面を押圧して、集電体５と発電要素１とを電気的に接続する（図９及び図１０参照）。

なお、前記実施形態の場合、発電要素１を断面が長楕円状としたが、円形又は角形であってもよく、これに応じて、集電体５の接続片７，７を円形又は角形に形成するようにしてもよい。

１…発電要素、１ａ…湾曲部、１ｂ…平坦部、２…電極シート、３…積層電極部、５…集電体、６…本体、７…接続片、１０、１４…挟持体、１１，１２…挟持片、１２ａ…小挟持部、１２ｂ…大挟持部、１１，１２ａ…第一挟持部、１１，１２ｂ…第二挟持部、１４…挟持体、１５…挟持片、１５ａ…小挟持部、１５ｂ…大挟持部、２０…第一挟持体、２１…挟持片、２２…第二挟持体、２１…挟持片

Claims

正負の電極シートがセパレータを介して巻回されて形成され、巻回軸方向の少なくとも一端側に正極または負極の積層電極部を有する発電要素と、
前記積層電極部の最外周面に沿うように配置される接続片を有すると共に、外部端子に導通接続される集電体とを備えた電池において、
前記積層電極部を挟持する第一挟持部と、該第一挟持部により挟持された状態の積層電極部、及び、前記集電体の接続片を挟持する第二挟持部とを有する挟持体を備えることを特徴とする電池。
前記積層電極部の一側を挟持する挟持体と、前記積層電極部の他側を挟持する挟持体とを別々に備えることを特徴とする請求項１に記載の電池。
前記発電要素が扁平形状に形成されることにより、前記積層電極部は、一対の湾曲部と、該一対の湾曲部間における平坦部とを備え、前記積層電極部の一側の平坦部を挟持する挟持体と、前記積層電極部の他側の平坦部を挟持する挟持体とを別々に備えることを特徴とする請求項１に記載の電池。
前記挟持体は、前記第一挟持部を一対備え、該一対の第一挟持部間に前記第二挟持部を備えることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の電池。
前記挟持体は、一方の挟持片と、他方の挟持片とからなり、該他方の挟持片は、上下の挟持部と、中央の挟持部とからなり、前記一方の挟持片と前記他方の挟持片の上下の挟持部とで前記第一挟持部を構成すると共に、前記一方の挟持片と前記他方の挟持片の中央の挟持部とで前記第二挟持部を構成することを特徴とする請求項４に記載の電池。
前記挟持体は、前記積層電極部の一側及び他側の両側をまとめて挟持することを特徴とする請求項１に記載の電池。
前記発電要素が扁平形状に形成されることにより、前記積層電極部は、一対の湾曲部と、該一対の湾曲部間における平坦部とを備え、前記挟持体は、前記積層電極部の一側及び他側の両側の平坦部をまとめて挟持することを特徴とする請求項１に記載の電池。
前記挟持体は、前記第一挟持部を一対備え、該一対の第一挟持部間に前記第二挟持部を備えることを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の電池。
前記挟持体は、一方の挟持片と、他方の挟持片とからなり、該一方及び他方の挟持片は、それぞれ、上下の挟持部と、中央の挟持部とからなり、前記一方の挟持片の上下の挟持部と前記他方の挟持片の上下の挟持部とで前記第一挟持部を構成すると共に、前記一方の挟持片の中央の挟持部と前記他方の挟持片の中央の挟持部とで前記第二挟持部を構成することを特徴とする請求項８に記載の電池。
正負の電極シートがセパレータを介して巻回されて形成され、巻回軸方向の少なくとも一端側に正極または負極の積層電極部を有する発電要素と、
前記積層電極部の最外周面に沿うように配置される接続片を有すると共に、外部端子に導通接続される集電体とを備えた電池において、
前記積層電極部を挟持する第一挟持体と、該第一挟持体により挟持された状態の積層電極部、及び、前記集電体の接続片を挟持する第二挟持体とを備えることを特徴とする電池。
前記第一挟持体は、前記第二挟持体よりも上部に位置することを特徴とする請求項１０に記載の電池。
請求項１〜請求項９の何れか１項に記載の電池の製造方法において、
前記第一挟持部で前記積層電極部を挟持した後、前記積層電極部の最外周面に前記集電体の接続片を沿うように配置し、前記第二挟持部で前記積層電極部と前記接続片とを挟持することを特徴とする電池の製造方法。
請求項１０又は請求項１１に記載の電池の製造方法において、
前記第一挟持体で前記積層電極部を挟持した後、前記積層電極部の最外周面に前記集電体の接続片を沿うように配置し、前記第二挟持体で前記積層電極部と前記接続片とを挟持することを特徴とする電池の製造方法。