JP5574254B2 - 電池 - Google Patents

Description

本発明は、帯状の正負の電極を帯状のセパレータを介して巻回した巻回型の発電要素をケースに備えた電池に関する。

従来、この種の電池としては、巻回型の発電要素がケースに収容できるように構成され、その収容される発電要素の正極と負極とにリード体を介して電気的に連結する２つの端子を発電要素の上方に突出させ、発電要素の巻軸方向両端部をリード体とともに囲みながら覆うことにより発電要素とケースとの間を絶縁するための一対の構造体を備えた構成が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、発電要素の巻軸方向両端の表面に、発電要素の巻回方向に沿うように絶縁性のテープを貼着することによって、発電要素とケースとの間を絶縁する構成も提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００６−４０９０１号公報 特開２００６−１９６２７６号公報

上記特許文献１の構成によれば、発電要素がアルミニウム箔や銅箔などの薄くて柔らかい帯状のものを巻いた構成であるため、特に発電要素の巻軸方向両端部の保形強度が低い。このため、構造体がリード体を囲みながら発電要素の巻軸方向両端部を覆っているものの、この構造体は振動等によって発電要素から外れたり、ケースとの摩擦によって上方へずれて発電要素から外れてしまうことがあり、十分な絶縁を行うことができないことがあった。

また、上記特許文献２の構成によれば、ケースに発電要素を挿入する際に、発電要素の巻軸方向両端の表面に貼着したテープがケースの端などに引っ掛かり、破れてしまうことがあり、改善の余地があった。

そこで、本発明はかかる状況に鑑みてなされたものであって、その解決しようとするところは、発電要素とケースとの間の絶縁を確実に行うことができる電池を提供することにある。

即ち、本発明の電池は、前述の課題解決のために、巻回型の発電要素がケース内に収容された電池において、前記発電要素は、巻軸方向の一端に正極活物質未塗工部を備えるとともに、他端に負極活物質未塗工部を備え、前記正極活物質未塗工部の外表面には、正極集電体の接続部が接続され、前記負極活物質未塗工部の外表面には、負極集電体の接続部が接続され、前記発電要素の前記一端側には、前記正極集電体の接続部及び前記正極活物質未塗工部を覆う一対の板部と、該一対の板部のそれぞれを連結するとともに前記正極活物質未塗工部の端部と対向する連結板部とを有する正極側の絶縁部材、及び前記正極側の絶縁部材の連結板部から前記発電要素の巻回中心部に形成される巻軸空間に向けて突出する巻軸部材が配置され、前記発電要素の前記他端側には、前記負極集電体の接続部及び前記負極活物質未塗工部を覆う一対の板部と、該一対の板部のそれぞれを連結するとともに前記負極活物質未塗工部の端部と対向する連結板部とを有する負極側の絶縁部材、及び前記負極側の絶縁部材の連結板部から前記発電要素の巻回中心部に形成される巻軸空間に向けて突出する巻軸部材が配置され、前記発電要素は、前記巻軸方向が前記ケースの開口面と平行になるように前記ケース内に挿入されたことを特徴としている。

上記構成によれば、巻軸部材を巻軸空間内に挿入することによって、巻軸空間内での巻軸部材の移動が阻止され、この結果、発電要素の一端から絶縁部材がずれたり外れてしまうことを確実に阻止することができる。なお、巻軸部材は、絶縁部材と一体形成されていてもよいし、巻軸部材と絶縁部材とを別々に作製し、それらを一体化したものでもよい。

本発明における電池にあっては、巻軸部材を巻軸空間内に挿入することによって、発電要素の一端から絶縁部材がずれたり外れたりすることを確実に阻止することができ、発電要素とケースとの間の絶縁を確実に行うことができる電池を提供することができる。

本発明に係る電池の縦断正面図である。 発電要素にクリップを挿入する直前の状態を示す斜視図である。 発電要素にクリップで挟み込んだ状態を示す斜視図である。 クリップで挟み込んだ発電要素に集電体を装着する直前の状態を示す側面図である。 集電体を装着した発電要素に巻軸部材を備えた絶縁部材を装着する直前の状態を示す側面図である。 集電体を装着した発電要素に巻軸部材を備えた絶縁部材を装着する直前の状態を示す正面図である。 集電体を装着した発電要素に巻軸部材を備えた絶縁部材を装着した状態を示す平面図である。 （ａ），（ｂ），（ｃ）は巻軸部材を備えた第２の絶縁部材を示し、（ａ）はその側面図、（ｂ）はその平面図、（ｃ）はその縦断正面図、（ｄ）は巻軸部材を備えた第３の絶縁部材の平面図である。

以下、本発明に係る電池の一実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。

図１に、本実施形態における非水電解質電池（以下、単に電池という）１の縦断正面図を示している。この電池１は、ケース２内に巻軸方向が水平方向となる横置きに収容された２個の長円筒形の発電要素３，３と、各発電要素３とケース２との間に配置された巻軸部材４Ａ，５Ａを有する絶縁部材４Ｂ，５Ｂとを備えている。ここでは、２個の発電要素３，３を備えた電池１を示しているが、１個の発電要素３を備えた電池であってもよいし、３個以上の発電要素３，３…を備えた電池であってもよい。

ケース２は、上端が開放された上方開放型に構成され、このケース２の上端開口が長方形の蓋体６で閉じられている。その蓋体６の長手方向両側に、正極端子７と負極端子８とが上方に突出する状態で備えている。

発電要素３は、正極と負極とをセパレータを介して長円筒形に巻回したものである。正極は、帯状のアルミニウム箔の表面に正極活物質を担持させたものであり、負極は、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。尚、これらの正極及び負極は、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り、この未塗工部でアルミニウム箔と銅箔とが露出している。

そして、各発電要素３の巻軸方向両端のそれぞれには、集電体９が接続され、それら集電体９の一方が正極端子７に接続され、他方が負極端子８に接続されている。

集電体９を発電要素３に接続するには、図２に示すように、まず発電要素３の巻軸方向の一端に２個のクリップ１０，１０を該クリップの一対の折曲部１０Ａ，１０Ｂが発電要素３の端に当接するまで挿入する。尚、各クリップ１０は、一枚の長方形で金属製の板から作製されている。つまり、板の長辺方向両端から設定距離の位置にそれぞれ、短辺方向一端から切れ込みを入れ、それら切れ込みから板の長辺方向両端までの部分をそれぞれ、９０度折り曲げることにより一対の折曲部１０Ａ，１０Ｂを備えたクリップ１０を構成している。次に挿入した各クリップ１０の一対の折曲部１０Ａ，１０Ｂを、図３に示すように、９０度発電要素３の外側に折り曲げることによって、発電要素３をクリップ１０で挟み込む。

クリップ１０，１０で発電要素３を挟み込んだ状態で、図４に示すように集電体９を発電要素３にクリップ１０，１０を介して接続する。集電体９は、２組のクリップ１０，１０、１０，１０に当接して溶接される４本の縦向きの接続部９Ａ，９Ａ，９Ａ，９Ａと、これら４本の接続部９Ａ，９Ａ，９Ａ，９Ａの上端から水平方向に延びて発電要素３の上方に位置するとともに正極端子７及び負極端子８にそれぞれ接続される本体部９Ｂとを備えている。

図５に示すように、集電体９を２組のクリップ１０に対して上方から下方へ移動させることにより、各接続部９Ａをクリップ１０の一対の折曲部１０Ａ，１０Ｂに当接させてから、クリップ１０の中央の板部１０Ｃを外側に折り曲げて、接続部９Ａを挟持する。この挟持状態において、板部１０Ｃに超音波溶接を施すことによって、接続部９Ａとクリップ１０と発電要素３とが接合される。

続いて、巻軸部材４Ａ，５Ａを備えた２個の絶縁部材４Ｂ，５Ｂを図６に示すように、発電要素３に向けて挿入する。各絶縁部材４Ｂ及び５Ｂは、合成樹脂からなり、発電要素３の幅方向両側から挟み込んで固定されるコの字状の部材から構成されている。すなわち、互いに平行となる一対の板部とこれら板部を同一端で連結する連結板部とからなっている。そして、各絶縁部材４Ｂ及び５Ｂの連結板部の幅方向ほぼ中央部に、発電要素３の巻回中心部に形成される巻軸空間３Ｋ内に挿入される板状の巻軸部材４Ａ及び５Ａを備えている。前記巻軸部材４Ａ及び５Ａは、合成樹脂からなり、絶縁部材４Ｂ及び５Ｂに一体形成されている。また、前記巻軸部材４Ａ及び５Ａは挿入側先端４Ｔ及び５Ｔが丸くなった円弧形状になっており、巻軸部材４Ａ及び５Ａの巻軸空間３Ｋ内への挿入をスムーズに行えるようになっている。尚、巻軸部材４Ａ及び５Ａの厚みは、巻軸空間３Ｋの左右幅に応じて変更することができる。

図５の２点鎖線で示すように、巻軸部材４Ａ及び５Ａの高さが、巻軸空間３Ｋの高さ方向でほぼ埋める寸法に構成されており、絶縁部材４Ｂ及び５Ｂが発電要素３に対して上下方向に位置ずれすることを確実に回避することができるようにしている。

図７は、巻軸部材４Ａ及び５Ａを巻軸空間３Ｋ内に挿入した状態を示している。このように絶縁部材４Ｂ及び５Ｂに備えた巻軸部材４Ａ及び５Ａを発電要素３の巻軸方向の寸法の半分以下に構成することによって、発電要素３の巻軸方向の寸法の半分を越える長さに設定した場合に、巻軸部材４Ａ及び５Ａの挿入時に、両者が当接しないように一方の巻軸部材４Ａに対して他方の巻軸部材５Ａを巻軸部材挿入方向と直交する方向で位置をずらすなどの細工が不要になる。

そして、図７に示すように、巻軸部材４Ａ，５Ａを備えた絶縁部材４Ｂ，５Ｂが取り付けられた発電要素３を、ケース２内に収容して蓋体６により閉じることにより電池１を構成することができる。

尚、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

前記実施形態では、絶縁部材４Ｂを底の無いコの字状の部材から構成することによって、発電要素３とケース２の底板部２Ａとの間の絶縁を、図１に示す別の絶縁板１１により行うようにしたが、図８（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、絶縁部材４Ｂの下端に底板部４Ｃを備えさせてもよい。この場合、図１で示した絶縁板１１を省略できる。

また、前記実施形態では、絶縁部材を発電要素毎に設けた構成を示したが、図８（ｄ）に示すように、２個の発電要素に対して１個の絶縁部材を設けた構成であってもよい。この場合、２個の巻軸部材４Ａ，４Ａを１個の絶縁部材４Ｂに備えさせて実施することになる。

また、前記実施形態では、１個の発電要素３の巻軸方向の両端に巻軸部材４Ａ，５Ａを有する絶縁部材４Ｂ，５Ｂを備えたものを示したが、１個の発電要素の巻軸方向の一端側のみに巻軸部材を有する絶縁部材を備えたものから構成することもできる。

また、前記実施形態では、長円筒形巻回型の発電要素を用いる場合を示したが、円筒形巻回型やその他の任意の形状の巻回型の発電要素に用いて実施することもできる。更に、非水電解質二次電池について示したが、他の各種の二次電池や一次電池にも同様に実施可能である。

また、前記実施形態では、絶縁部材４Ｂに巻軸部材４Ａが一体形成されているタイプを示したが、絶縁部材と巻軸部材とを別々に作製し、それらを一体化して実施することもできる。

また、前記実施形態では、巻軸部材４Ａ及び５Ａの挿入側先端４Ｔ及び５Ｔを円弧形状にしたが、楕円形状、先端だけ丸くなった三角形状や多角形状の他、場合によっては四角形など、どのような形状であってもよいが、先端側ほど先細りとなる形状にした方が巻軸空間内への挿入をよりスムーズに行うことができる利点がある。

また、前記実施形態では、クリップ１０で発電要素３を挟持してから、集電体９を接続して超音波溶接する後付タイプの構成を示したが、集電体を先に接続した後、集電体の４個の接続部に４個の挟持板をそれぞれ挟んで超音波溶接する先付タイプの構成であってもよい。

また、前記実施形態では、発電要素３に巻芯を備えていないタイプを示したが、巻芯を備えさせた発電要素にも本発明は適用できる。この場合、巻芯の内部に本発明の巻軸部材を挿入することになる。

１…電池、２…ケース、２Ａ…底板部、３…発電要素、３Ｋ…巻軸空間、４Ａ，５Ａ…巻軸部材、４Ｂ，５Ｂ…絶縁部材、４Ｃ，５Ｃ…底板部、４Ｔ，５Ｔ…挿入側先端、６…蓋体、７…正極端子、８…負極端子、９…集電体、９Ａ…接続部、９Ｂ…本体部、１０…クリップ、１０Ａ，１０Ｂ…折曲部、１０Ｃ…板部、１１…絶縁板

Claims (4)

1. 巻回型の発電要素がケース内に収容された電池において、
   前記発電要素は、巻軸方向の一端に正極活物質未塗工部を備えるとともに、他端に負極活物質未塗工部を備え、
   前記正極活物質未塗工部の外表面には、正極集電体の接続部が接続され、
   前記負極活物質未塗工部の外表面には、負極集電体の接続部が接続され、
   前記発電要素の前記一端側には、前記正極集電体の接続部及び前記正極活物質未塗工部を覆う一対の板部と、該一対の板部のそれぞれを連結するとともに前記正極活物質未塗工部の端部と対向する連結板部とを有する正極側の絶縁部材、及び前記正極側の絶縁部材の連結板部から前記発電要素の巻回中心部に形成される巻軸空間に向けて突出する巻軸部材が配置され、
   前記発電要素の前記他端側には、前記負極集電体の接続部及び前記負極活物質未塗工部を覆う一対の板部と、該一対の板部のそれぞれを連結するとともに前記負極活物質未塗工部の端部と対向する連結板部とを有する負極側の絶縁部材、及び前記負極側の絶縁部材の連結板部から前記発電要素の巻回中心部に形成される巻軸空間に向けて突出する巻軸部材が配置され、
   前記発電要素は、前記巻軸方向が前記ケースの開口面と平行になるように前記ケース内に挿入されたことを特徴とする電池。
2. 前記発電要素が前記絶縁部材と前記巻軸部材との間に固定されることを特徴とする請求項１に記載の電池。
3. 前記絶縁部材は、ケース底部と前記発電要素との間に配置される底板部を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の電池。
4. 前記巻軸部材は前記発電要素中央部に向かうほど先細り形状となることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電池。

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