JP6070797B2 - 電池 - Google Patents
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Description
このように、巻芯に箔状正極板等を巻回する構成の発電要素としては、円筒形状の巻芯に箔状正極板等を巻回して、全体として円柱形状の発電要素をそのままの形状で電池筐体に収納し、電池筐体の形状も発電要素の形状に合わせて円柱形状とする場合も多い。
これに対して、下記特許文献1にも記載のように、発電要素を扁平形状に形成して、それを収納する電池筐体も薄型に形成することも広く行われている。
このように電池筐体を薄型に形成することで、狭いスペースに効率良く電池を配置できることになる。
このような扁平形状の発電要素の製作工程としては、筒状の巻芯に上記の箔状正極板等を巻回した後、その巻回物を押しつぶすことで扁平形状とする場合が多い。
前記箔状正極板の前記未塗工部と前記箔状負極板の前記未塗工部とは、前記軸芯方向で互いに逆側に突出した状態で前記巻芯に巻回され、前記箔状正極板の前記未塗工部と前記箔状負極板の前記未塗工部とは、それぞれ、前記集電体と前記薄板状部材とで前記未塗工部を挟む状態で、前記集電体及び前記薄板状部材と固定されている。
本実施の形態では、非水電解液二次電池(より具体的にはリチウムイオン電池)を例示して説明するが、本発明は、非水電解液二次電池以外の二次電池や一次電池にも適用可能である。
図1及び図2の斜視図並びに図3の正面図に示すように、本実施の形態の非水電解液二次電池RBは、有底筒状(より具体的には有底矩形筒状)の缶体1の開放面に略平板状の蓋部2を被せて溶接して構成した筐体BCを有している。蓋部2は短冊状の長方形に形成されており、筐体BCは全体として扁平な直方体形状を有している。尚、図2は、完成した二次電池RB(図1に示すもの)から缶体1を除いて筐体BC内部の構成を図示している。又、図3は、缶体1及び後述の発電要素3を2点鎖線で示して、筐体BCの内部を透視した形態で示している。
発電要素3は、箔状正極板の活物質未塗工部分が側方に延出して集電体4に溶接され、箔状負極板の活物質未塗工部分がそれと反対側の側方に延出して集電体6に溶接されている。
負極側についても同様の構造であり、蓋部2を挟む状態で配置される一対のパッキン11,12を端子ボルト7の頭部と集電体6とで挟んで、端子ボルト7の頭部に形成されているリベット7aをかしめることで、端子ボルト7を蓋部に固定する(図3参照)。
端子ボルト5,7や集電体4,6を含む負極側の電極構造と正極側の電極構造とは同一構造のものが対称に配置されている関係にあり、金属部材の材料のみが異なる。
正極側の金属部材はアルミニウムにて構成し、負極側の金属部材は銅にて構成している。
次に、二次電池RBの製造工程について概略的に説明する。
先ず、発電要素3の組み立てについて説明する。
発電要素3は、長尺帯状のアルミ箔及び銅箔の表裏両面に正極活物質及び負極活物質を夫々塗布して活物質層を形成した箔状正極板及び箔状負極板を、セパレータを挟んで、図5に示す巻芯21に巻回することによって製作する。巻回の向きは、箔状正極板等の長手側の辺を巻芯21周りに巻く向きとしている。
巻芯21は、電気的な絶縁材料であり且つ電解液に耐えられる材料にて構成され、具体的にはPPS(ポリフェニレンスルファイド),PP(ポリプロピレン),PET,PE(ポリエチレン)及びPVDF(ポリフッ化ビリニデン)等の樹脂を用いれば良いが、耐熱性の観点からはPPSが好適である。
巻芯21の形状は円筒形状であり、上記の材料にて可撓性を有する長方形のシート状部材を作成し、それを円筒形状に巻いて端縁同士を熱溶着あるいはテープ止め等により固定することで形成する。この円筒形状の軸芯が箔状正極板24a等を巻回する際の巻回軸芯となる。
軸芯方向両端部に取り付ける集電リング22,23は同一形状であり、図4に示すように、軸芯方向での幅の狭い円筒形状を有している。薄板状部材TPをリング状に形成することで、薄板状部材TPが、筒状の巻芯21の軸芯方向端部の全周に亘る状態で取り付けられることになる。
集電リング22,23の外形寸法は、円筒形状の巻芯の内径寸法とほぼ等しくしてあり、集電リング22,23と巻芯21との取り付け態様は、取り付け前後を示す図4及び図5に示すように、集電リング22,23の軸芯方向端部を巻芯21内へ若干量だけ嵌入させ、巻芯21と集電リング22,23とが重なり合っている部分を固定する。この固定は熱溶着によって行うが、テープ接着剤を用いて固定しても良いし、圧着により固定しても良い。
これによって、集電リング22,23を取り付けることによる段差が巻芯21の外周面側に直接には現れず、集電リング22,23の存在が、巻芯21の外周面への箔状正極板24a等を巻回位置を不安定にしてしまうのを抑制できる。
一対の集電リング22,23の材料は、一方はアルミニウムで他方は銅であり、箔状正極板や箔状負極板等の構成材料と対応させている。
上記形状の巻芯21への箔状正極板24a,箔状負極板24b及びセパレータ25の巻き付け工程は、図7に概略的に示すようにして行う。
図7では、巻芯21の中空部に巻回用ローラ26を通すと共に、巻回用ローラ26と、その巻回用ローラ26の外周面に圧着される圧着ローラ27との間に箔状正極板24a,箔状負極板24b及びセパレータ25を送り込んで巻回して行く様子を概略的に示している。巻芯21への巻回は、内周側から、箔状負極板24b,セパレータ25,箔状正極板24a及びセパレータ25の順に重ね合わせて巻いて行く。このうち、2つのセパレータ25は、それらの長手方向端部(巻き始め側の端部)を巻芯21の外周にテープ止めあるいは熱溶着等によって固定している。
図7で示す巻き始め位置では、箔状負極板24bは、巻芯21とセパレータ25との間に挟み込むように、又、箔状正極板24aは、2つのセパレータ25間に挟み込むようにして巻き始める。
箔状負極板24bは、幅方向(短幅方向)端部の一方に活物質を塗布していない未塗工部3aが形成されており、その未塗工部3aは、集電リング23の存在位置と重なるように設定されている。
箔状正極板24aも同様に、幅方向(短幅側の幅方向)端部の一方に活物質を塗布していない未塗工部3aが形成されており、その未塗工部3aは、集電リング22の存在位置と重なるように設定されている。すなわち、箔状正極板24aと箔状負極板24bとでは、未塗工部3aの形成位置が、上記幅方向で反対側に設定されている。
従って、箔状正極板24a及び箔状負極板24bの未塗工部3aは、何れも、巻芯21の軸芯方向(すなわち、巻回軸芯方向)にセパレータ25よりも突出した状態で巻回され、箔状正極板24aの未塗工部3aと箔状負極板24bの未塗工部3aとで、セパレータ25よりも突出する方向が、巻回軸芯方向で互いに逆側となっている。
これによって、正極側及び負極側の夫々において、後述のように未塗工部3aが束ねられて固定された際に、相互に電気的に接続されることになる。
図7に示す形態で所定の長さの箔状正極板24a等を巻回した後に、巻回用ローラ26から取り外し、更に、外周面の法線方向(巻回軸芯方向と直交する方向)で押圧して扁平形状に成形して、扁平形状の発電要素3とする。
図8は、扁平形状とした状態で、巻芯21に箔状正極板24a等を巻回した様子を、巻芯21の軸芯方向視で模式的に示している。
図8に模式的に示すように、巻芯21に箔状正極板24a等を巻回したものを扁平形状に押しつぶすのに伴って、集電リング22,23も薄く押しつぶされた形状となる。
従って、巻芯21や箔状正極板24a等が屈曲姿勢となっている部分において集電リング22,23の一部が存在し、その部分が巻芯21と共に屈曲した姿勢となっている。
従って、集電リング22,23は、図8に示すような形状へと押しつぶされると、外力が作用しても、その押しつぶされた形状を保持しようとする力が強い。
従って、巻芯21や箔状正極板24a等が押しつぶされた状態から元の形状に戻ろうとして、その力が集電リング22,23に作用したとき、集電リング22,23はその膨らみ側への動きを抑制して、押しつぶされた形状を維持しようとする。
集電リング22,23にこのような機能を付与するために、集電リング22,23は、0.2mm〜0.5mm程度の厚さの金属板にて形成している。
次に、蓋部2の組み立てについて説明する。
蓋部2は、端子ボルト5,7を取り付ける電極取付孔等を形成したアルミニウム製の板材に、集電体4,6と端子ボルト5,7とを、パッキン9,10,11,12を挟んだ状態でリベット5a,7aをかしめて固定する。
集電体4,6は、図3に示すように、全体として略L字状に形成されており、発電要素3との接続部4a,6aは、各部を組み立てた状態において、筐体BCや発電要素3の扁平面と略並行姿勢となるように屈曲している。
又、負極側においても同様に、発電要素3において集電リング23を中心として未塗工部3aを束ね、それに対して外側から未塗工部3aに集電体6の接続部6aを押し当てる状態で各部材を位置させて超音波溶接にて溶接する。
この接続固定によって、箔状正極板24aの未塗工部3a,集電リング22及び集電体4が電気的に接続され、更に、箔状負極板24bの未塗工部3a,集電リング23及び集電体6が電気的に接続される。
これによって、二次電池RBの筐体BCの組み立てが完了する。
筐体BCの組み立てが完了すると、次に、図示を省略する注液口から電解液を筐体BC内に注入し、電解液の注入が完了すると所定の充電条件で二次電池RBの初期充電(予備充電)を行い、更にエージング等を行うことで二次電池RBとして完成する。
以下、本発明の別実施形態を列記する。
(1)上記実施の形態では、筒状の巻芯21の軸芯方向両端部に集電リング22,23を備える構成とするために、筒状(円筒形状)の巻芯21に集電リング22,23を嵌入させて組み付ける構成としているが、いわゆるインサート成形にて円筒形状の巻芯21と集電リング22,23とを一体形成することで両者を取り付けるように構成しても良い。
(2)上記実施の形態では、集電リング22,23を巻芯21の軸芯方向端部に嵌入することで、巻芯21の軸芯方向端部の全周に亘る状態で薄板状部材TPが取り付けられる構成としているが、巻芯21の軸芯方向端部の一部に薄板状部材TPを取り付け、上記押圧工程において、その薄板状部材TPの取り付け箇所が屈曲姿勢となるように押圧して扁平形状としても良い。
(3)上記実施の形態では、集電リング22,23を、巻芯21の軸芯方向両端部に取り付ける構成としているが、何れか一方の端部にのみ集電リングを取り付けるようにしても良い。
これに伴って、上記未塗工部3aを備えるのが、箔状正極板24aあるいは箔状負極板24bの一方であっても良い。
(4)上記実施の形態では、箔状正極板24aの未塗工部3aと固定される集電リング22はアルミニウムにて構成し、箔状負極板24bの未塗工部3aと固定される集電リング23は銅にて構成する場合を例示しているが、箔状正極板24aの未塗工部3aと固定される集電リング22をアルミニウム合金にて構成し、箔状負極板24bの未塗工部3aと固定される集電リング23を銅合金にて構成するようにしても良い。
この薄板状部材は、広がり方法へ作用する外力を巻芯側から受けても、取り付けられた姿勢を維持しようとする力が強いので、結果として、巻芯の膨らみが抑制される。
この薄板状部材は、広がり方向へ作用する外力を巻芯側から受けても、屈曲姿勢を維持しようとする力が強いので、結果として、より巻芯の膨らみが抑制される。
このように未塗工部を束ねる際において、その中心に位置する上記薄板状部材に未塗工部を固定することで、発電要素を一層確実に扁平形状に保持できる。
従って、発電要素を更に確実に扁平形状に維持できる。
このような厚みのある部材が、巻芯の外周面上に段差とした場合は、箔状正極板等を巻芯に巻回したときに、各周回で微妙に巻回位置が位置ずれして巻きずれが発生してしまう可能性があるが、上記のように、薄板状部材の段差が直接に巻芯の外周面上に現れないようにすることで、箔状正極板等の巻回姿勢を安定させる。
上記の薄板状部材を備えない場合における集電体と発電要素との接続作業としては、発電要素の未塗工部を傷つけないように集電体を慎重に未塗工部の隙間に挿入し、未塗工部と集電体とを一緒に束ねて例えば溶接等により固定するという作業を行うため、集電体と発電要素との接続作業が手間のかかるものとなる。
これに対して、薄板状部材と集電体とで上記未塗工部を挟む配置での固定作業では、集電体を未塗工部の並びの外側に配置するので、固定作業を簡単化することができる。
これに対して、上記未塗工部を束ねて薄板状部材に固定することで、集電体と未塗工部との接続はいずれか1箇所で接続しておくだけで良いことになる。
もって、発電要素を可及的に扁平形状に維持でき、製造工程における作業性を改善できるに至った。
3a 未塗工部
4,6 集電体
21 巻芯
24a 箔状正極板
24b 箔状負極板
25 セパレータ
BC 容器
TP 薄板状部材
Claims (3)
- 箔状正極板と箔状負極板とを巻芯に巻回して構成される発電要素と、
前記発電要素に接続される集電体と、
前記発電要素と前記集電体とを収納する容器と、を備え、
前記巻芯は、巻回して構成される前記発電要素の巻回軸方向における両端部に金属製の薄板状部材を有し、
前記箔状正極板及び前記箔状負極板は、前記巻回軸方向における端部の一方に活物質を塗布しない未塗工部が形成され、
前記箔状正極板の前記未塗工部と前記箔状負極板の前記未塗工部とは、前記巻回軸方向で互いに逆側に突出した状態で前記巻芯に巻回され、
前記箔状正極板の前記未塗工部と前記箔状負極板の前記未塗工部とは、それぞれ、前記集電体と前記薄板状部材とで前記未塗工部を挟む状態で、前記集電体及び前記薄板状部材と固定されている、電池。 - 前記薄板状部材は、前記巻回軸方向の端部において前記巻芯内へ嵌入される、請求項1に記載の電池。
- 前記薄板状部材は、前記巻芯の外周面に取り付けられる、請求項1又は2に記載の電池。
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