JP5761055B2 - 電池 - Google Patents

Description

この発明は、電池に関し、特に、発電要素に接合される集電体を備えた電池に関する。

上記特許文献１には、発電要素と、発電要素に接合される集電接続体（集電体）とを備えた電池が開示されている。この集電接続体は、発電要素に接合される複数の棒状の接続部（棒状部）を有しており、複数の棒状の接続部は、櫛歯状に形成されている。

特開２００２−２３１２１４号公報

しかしながら、上記特許文献１の電池では、集電接続体（集電体）の接続部（棒状部）を発電要素に接合する際に、櫛歯状の接続部が変形して折れ曲がりやすいという不都合がある。このため、接続部と発電要素との位置決めがしづらくなるので、接続部と発電要素との接合時の作業性が悪いという問題点がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、集電体と発電要素との接合時の作業性を向上させることである。

この発明による電池は、発電要素と、発電要素に接合される集電体とを備え、集電体は、発電要素に接合される複数の棒状部と、複数の棒状部の一方端部を互いに接続する第１接続部と、複数の棒状部の他方端部を互いに接続する第２接続部とを有している。

この発明による電池では、上記のように、複数の棒状部の一方端部を互いに接続する第１接続部と、複数の棒状部の他方端部を互いに接続する第２接続部とを集電体に設けることによって、第１接続部および第２接続部により、各棒状部の両端部を固定することができるので、棒状部の変形を抑制することができる。これにより、集電体を発電要素に接合する際に、集電体の棒状部と発電要素との位置決めがしやすくなるので、集電体と発電要素との接合時の作業性を向上させることができる。また、集電体の棒状部の変形が抑制されるので、棒状部と発電要素とが接合された状態で、棒状部により発電要素を強固に保持することができる。これにより、電池の耐振動性を向上させることができる。

上記電池において、好ましくは、集電体の第１接続部側には第１外部端子が接続され、集電体の第２接続部側には第２外部端子が接続されている。このような構成にすれば、第１外部端子を介する経路と第２外部端子を介する経路とに電流が分散されるので、電池に大電流を流すことができる。また、１つの経路の場合に比べて各経路の電流量を減少させることができるので、集電体および外部端子での発熱を抑制することができる。

上記電池において、好ましくは、発電要素は長円形状の断面を有しており、複数の棒状部は、長円形状の断面の長手方向に沿って形成されている。このような構成にすれば、複数の棒状部により、発電要素が長円形状の断面の短手方向に広がる（膨らむ）のを効果的に抑制することができる。また、棒状部を長円形状の断面の長手方向に沿って形成することによって、棒状部と発電要素との接合領域を大きくすることができるので、棒状部と発電要素とをより強固に接合することができる。

上記電池において、好ましくは、複数の棒状部は、発電要素の端部に挿入される挿入部を有しており、挿入部が発電要素の端部に接合されている。このような構成にすれば、挿入部を発電要素の端部に挿入して挿入部と発電要素の端部とを容易に接合することができる。また、挿入部が発電要素の端部に挿入された状態で接合されるので、棒状部により発電要素をより効果的に保持することができ、その結果、電池の耐衝撃性をより向上させることができる。

本発明によれば、集電体と発電要素との接合時の作業性を向上させることができる。

本発明の一実施形態による電池の全体構成を示した分解斜視図である。 本発明の一実施形態による電池の正極集電体および負極集電体を示した斜視図である。 本発明の一実施形態による電池の正極集電体および負極集電体を示した平面図である。 本発明の一実施形態による電池の組み立て手順を説明するための斜視図である。 本発明の一実施形態による電池の完成状態を示した斜視図である。

以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。

まず、図１〜図３を参照して、本発明の一実施形態による電池１００の構成について説明する。

本発明の一実施形態による電池１００は、図１に示すように、非水系電解質電池の一種であるリチウムイオン電池である。電池１００は、角形筒状の電池ケース１と、電池ケース１の内部に収納された巻回型の２つの発電要素２とを備えている。また、電池１００は、電池ケース１の開口部１１および１２をそれぞれ覆う２つの蓋部３を備えており、一方の蓋部３に２つの正極外部端子４を、他方の蓋部３に２つの負極外部端子５を備えている。電池１００は、２つの正極外部端子４を発電要素２に電気的に接続する正極集電体６と、２つの負極外部端子５を発電要素２に電気的に接続する負極集電体７とをさらに備えている。なお、２つの正極外部端子４は、それぞれ、本発明の「第１外部端子」および「第２外部端子」の一例であり、２つの負極外部端子５も、それぞれ、本発明の「第１外部端子」および「第２外部端子」の一例である。また、正極集電体６および負極集電体７は、本発明の「集電体」の一例である。

電池ケース１は、ステンレス鋼板からなる。また、電池ケース１のＹ方向の両端部には、それぞれ、略矩形形状の開口部１１および１２が形成されている。すなわち、電池ケース１は、Ｙ方向の両端部が開放された筒形状を有しているとともに、Ｙ方向に直交する方向において、略矩形形状の断面を有している。

発電要素２は、帯状の正極板と帯状の負極板とがセパレータを介して長円筒形状に巻回されることにより形成されている。また、正極板と負極板とは、巻回軸が延びる方向（Ｙ方向）に互いにずれた状態で巻回されている。そして、発電要素２は、一方（Ｙ２方向）の端部から正極板のアルミニウム箔が突出し、他方（Ｙ１方向）の端部から負極板の銅箔が突出するように構成されている。すなわち、正極の合剤が塗布されていない未塗工部が、発電要素２の一方端部（Ｙ２方向側の端部）に配置され、負極の合剤が塗布されていない未塗工部が、発電要素２の他方端部（Ｙ１方向側の端部）に配置されている。２つの発電要素２は、長円筒形状の平坦な側面が互いに当接するようにＸ方向に隣接して配置されている。２つの発電要素２は、共に、電池ケース１の開口部１１側に正極の未塗工部が配置され、電池ケース１の開口部１２側に負極の未塗工部が配置されるように設けられている。

２つの蓋部３は、それぞれ、電池ケース１と同じステンレス鋼板からなり、組み立て前の状態で３つに分割されている。具体的には、蓋部３は、電池ケース１の開口部１１（１２）の長手方向（Ｚ方向）の両端部を覆う２つの端部閉塞部３１と、２つの端部閉塞部３１の間に配置されて開口部１１（１２）の中央部を覆う１つの中央閉塞部３２とに分割されている。２つの端部閉塞部３１と中央閉塞部３２とは、電池１００の組み立て時において、溶接により互いに結合される。正極側（負極側）の蓋部３の２つの端部閉塞部３１には、それぞれ、１つずつ正極外部端子４（負極外部端子５）が取り付けられている。正極外部端子４および負極外部端子５は、それぞれアルミニウムおよび銅を主材料として構成されている。

図１に示すように、正極集電体６は、電池ケース１の開口部１１側に設けられ、負極集電体７は、電池ケース１の開口部１２側に設けられている。また、正極集電体６および負極集電体７は、互いに同形状を有している。具体的には、正極集電体６（負極集電体７）は、図２および図３に示すように、アルミニウム板（銅板）からなり、２つの端子取付部６１（７１）と、４つの棒状部６２（７２）とを有している。また、正極集電体６（負極集電体７）は、４つの棒状部６２（７２）の一方端部を互いに接続する第１接続部６３（７３）と、４つの棒状部６２（７２）の他方端部を互いに接続する第２接続部６４（７４）とを有している。２つの端子取付部６１（７１）と、４つの棒状部６２（７２）と、第１接続部６３（７３）と、第２接続部６４（７４）とは、アルミニウム板（銅板）が折り曲げられることにより一体的に形成されている。以下、正極集電体６の構成について詳細に説明し、負極集電体７の詳細な説明は省略する。

２つの端子取付部６１は、それぞれ、正極外部端子４に接続されるように構成されている。具体的には、正極外部端子４の突起部が開口部６１１に挿入された状態でかしめられることによって、端子取付部６１と正極外部端子４とが接続される。この際、端子取付部６１と正極外部端子４との間には、蓋部３の端部閉塞部３１が端子取付部６１および正極外部端子４から電気的に絶縁された状態で設けられている。すなわち、開口部６１１に挿入される正極外部端子４の突起部がかしめられることによって、正極外部端子４と端部閉塞部３１とが正極集電体６の端子取付部６１に取り付けられる。

４つの棒状部６２、第１接続部６３および第２接続部６４は、２つの端子取付部６１よりも電池ケース１の内側方向に設けられている。また、４つの棒状部６２は、図１に示すように、それぞれ、電池ケース１の開口部１１の長手方向（Ｚ方向）に沿って延びるように設けられている。換言すれば、４つの棒状部６２は、それぞれ、発電要素２の長円筒形状の断面における長手方向（Ｚ方向）に沿って延びるように設けられている。

４つの棒状部６２には、それぞれ、発電要素２の一方端部（Ｙ２方向側の端部）に挿入される挿入部６２１が設けられている。挿入部６２１は、棒状部６２が電池ケース１の内側方向に突出するように折り曲げられることにより形成されている。また、挿入部６２１は、発電要素２の一方端部（Ｙ２方向側の端部）に挿入されて正極の未塗工部に接合される。すなわち、挿入部６２１は、巻回されることにより積層された正極板のアルミニウム箔（正極の未塗工部）の間に挿入されて正極板のアルミニウム箔に接合される。これにより、発電要素２の正極板と正極集電体６とが電気的に接続される。

４つの棒状部６２は、それぞれ、図３に示すように、互いに隣接する方向（Ｘ方向）において、隣接する棒状部６２との間の離間距離Ｄよりも小さい幅Ｗを有している。これにより、互いに隣接する棒状部６２の間により多くの未塗工部を挿入することができるので、棒状部６２と未塗工部とを効率よく接合することが可能である。また、離間距離Ｄを広くすることで、挿入部６２１の、正極板のアルミニウム箔の間への挿入量（挿入深さ）を大きくすることができるので、正極板のアルミニウム箔と正極集電体６との接合面積を大きくすることができ、接合強度を高くすることができる。

次に、図１、図４および図５を参照して、本実施形態の電池１００の組み立て手順について説明する。

まず、図１に示すように、２つの正極外部端子４（負極外部端子５）をそれぞれ端部閉塞部３１を介して正極集電体６（負極集電体７）の両端部の端子取付部６１（７１）に取り付ける。そして、棒状部６２（７２）の挿入部６２１（７２１）を発電要素２の一方端部（他方端部）に挿入しながら、図４に示すように、２つの端部閉塞部３１を電池ケース１の開口部１１（１２）の両端部に嵌め込む。この際、第１接続部６３（７３）および第２接続部６４（７４）により、発電要素２の一方端部（他方端部）に対する挿入部６２１（７２１）の挿入量が規制されて挿入部６２１（７２１）と発電要素２との位置決めが適切に行われる。

その後、開口部１１（１２）に嵌め込まれた２つの端部閉塞部３１の間の発電要素２が露出された部分において、４つの挿入部６２１（７２１）と発電要素２の正極の未塗工部（負極の未塗工部）とを超音波溶接により接合する。そして、図５に示すように、２つの端部閉塞部３１の間に中央閉塞部３２を嵌め込んで、溶接により２つの端部閉塞部３１と中央閉塞部３２とを接合して蓋部３を一体化する。また、溶接により、一体化された蓋部３の周縁部と電池ケース１の開口部１１（１２）の周縁部とを接合する。なお、電池ケース１に注入する電解液については、蓋部３を接合した後に、図示しない注入口から注入する。これにより、本実施形態の電池１００の組み立てが完了する。

本実施形態では、上記のように、４つの棒状部６２の一方端部を互いに接続する第１接続部６３と、４つの棒状部６２の他方端部を互いに接続する第２接続部６４とを正極集電体６に設けることによって、各棒状部６２の両端部を固定することができるので、棒状部６２の変形を抑制することができる。つまり、棒状部の一方端部のみに接続部を設けた構成では、他方端部で棒状部が広がる変形が生じる虞があるが、両端部に接続部を設けることで棒状部の広がり等の変形を抑制することができる。これにより、正極集電体６を発電要素２に接合する際に、棒状部６２と発電要素２との位置決めがしやすくなるので、正極集電体６と発電要素２との接合時の作業性を向上させることができる。また、正極集電体６の棒状部６２の変形が抑制されるので、棒状部６２と発電要素２とが接合された状態で、棒状部６２により発電要素２を強固に保持することができる。これにより、電池１００の耐振動性を向上させることができる。

また、本実施形態では、上記のように、正極集電体６の第１接続部６３側および第２接続部６４側のそれぞれに正極外部端子４を接続する。これにより、電流が２つの経路に分散されるので、大電流を流すことができる。また、１つの経路の場合に比べて各経路の電流量を減少させることができるので、正極集電体６および正極外部端子４での発熱を抑制することができる。

また、本実施形態では、上記のように、発電要素２を長円形状の断面を有するように形成するとともに、４つの棒状部６２を長円形状の断面の長手方向（Ｚ方向）に沿って形成する。これにより、４つの棒状部６２により、発電要素２が長円形状の断面の短手方向（Ｘ方向）に広がる（膨らむ）のを効果的に抑制することができる。また、棒状部６２を長円形状の断面の長手方向に沿って形成することによって、棒状部６２と発電要素２との接合領域を大きくすることができるので、棒状部６２と発電要素２とをより強固に接合することができる。

また、本実施形態では、上記のように、４つの棒状部６２に発電要素２の端部に挿入される挿入部６２１を設けるとともに、挿入部６２１を発電要素２の端部に接合する。これにより、挿入部６２１を発電要素２の端部に挿入して挿入部６２１と発電要素２の端部とを容易に接合することができる。また、挿入部６２１が発電要素２の端部に挿入された状態で接合されるので、棒状部６２により発電要素２をより効果的に保持することができ、その結果、電池１００の耐衝撃性をより向上させることができる。

なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

上記実施形態では、正極集電体および負極集電体に、それぞれ、２つの正極外部端子（第１および第２外部端子）および２つの負極外部端子（第１および第２外部端子）を取り付ける例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、本発明では、電池に正極外部端子（負極外部端子）が１つしか設けられておらず、正極集電体（負極集電体）の両端のどちらか一方に、前記１つの正極外部端子（負極外部端子）を接続する構成であってもよい。また、１つの集電体に３つ以上の外部端子を取り付ける構成であってもよい。

上記実施形態では、本発明の発電要素の一例として、正極、負極およびセパレータを巻回して形成した巻回型の発電要素を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、正極、負極およびセパレータを積層して形成した積層型の発電要素であってもよい。この場合、集電体の複数の棒状部を、発電要素の端部において積層方向に直交する方向に沿って設けることが好ましい。

上記実施形態では、正極集電体および負極集電体のそれぞれに４つの棒状部を設ける例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、複数の棒状部であれば、４つ以外の個数の棒状部を集電体に設けてもよい。

上記実施形態では、本発明の集電体を、正極集電体および負極集電体の両方に適用する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明の集電体を、正極集電体および負極集電体のいずれか一方のみに適用してもよい。

上記実施形態では、金属板（アルミニウム板および銅板）を折り曲げることにより、棒状部と、第１接続部と、第２接続部とを一体的に形成する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、棒状部と、第１接続部と、第２接続部とを互いに別個の部材により形成して、それらを接続することにより一体化してもよい。

上記実施形態では、本発明の電池を、非水系電解質電池の一種であるリチウムイオン電池に適用する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明の電池を、たとえば、水系電解質電池の一種であるニッケル水素電池やリチウムイオン電池以外の非水系電解質電池に適用してもよい。

２ 発電要素
４ 正極外部端子（第１外部端子、第２外部端子）
５ 負極外部端子（第１外部端子、第２外部端子）
６ 正極集電体（集電体）
７ 負極集電体（集電体）
６２、７２ 棒状部
６３、７３ 第１接続部
６４、７４ 第２接続部
１００ 電池
６２１、７２１ 挿入部

Claims (4)

1. 発電要素と、
   前記発電要素に接合される集電体とを備え、
   前記集電体は、前記発電要素に接合される複数の棒状部と、前記複数の棒状部の一方端部を互いに接続する第１接続部と、前記複数の棒状部の他方端部を互いに接続する第２接続部とを有しており、
   前記複数の棒状部の幅は、前記複数の棒状部の間の離間距離よりも小さい、電池。
2. 発電要素と、
   前記発電要素に接合される集電体とを備え、
   前記集電体は、前記発電要素に接合される複数の棒状部と、前記複数の棒状部の一方端部を互いに接続する第１接続部と、前記複数の棒状部の他方端部を互いに接続する第２接続部とを有しており、
   前記集電体の前記第１接続部側には第１外部端子が接続され、
   前記集電体の前記第２接続部側には第２外部端子が接続されている、電池。
3. 前記発電要素は長円形状の断面を有しており、
   前記複数の棒状部は、前記長円形状の断面の長手方向に沿って形成されている、請求項１または２に記載の電池。
4. 前記複数の棒状部は、前記発電要素の端部に挿入される挿入部を有しており、前記挿入部が前記発電要素の端部に接合されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電池。

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