JPH0677157U - スパイラル形電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 正極又は負極合剤あるいは析出したデンドラ
イトが電極体から外部へ脱出するのを防止できるセパレ
ータを備えたスパイラル形電池を提供する。 【構成】 セパレータ１０の長手方向の両側縁部に沿っ
て、深さｓの切込み１２が適宜の間隔ｐ毎に複数設けら
れている。単３形電池の場合、通常セパレータ１０の上
下端面が電極板１４からそれぞれ２mm程突出するので、
切込み１２の深さｓとしては１mm程度が適当である。切
込み１２の配設ピッチｐは、セパレータ１０の上端部１
０ａに適当な折り曲げ易さが与えられるとともに、あま
り加工が煩雑にならないように、試作等を通じて適宜決
定することができる。また、切込み１２の代わりに矩形
や三角形などの切欠き部を設けてもよい。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

この考案は薄板状の正極、負極、及びセパレータを重ね合わせて巻回形成した スパイラル状電極体を有するスパイラル形電池に係わり、特に前記正極及び負極 の合剤が前記電極体の外部に脱出するのを防止するのに好適なスパイラル形電池 に関する。

【０００２】

【従来の技術】

円筒形電池に用いられる電極体として、電極面積を広くとることができて、高 いエネルギー密度が得られるスパイラル状のものがある。図３はスパイラル状電 極体を有する円筒形電池（スパイラル形電池）の部分側面図である。スパイラル 状電極体１は、図３に示すように、薄い板状に形成された正極板２と負極板４と を正極板２及び負極板４よりも幅広に形成されたフィルム状のセパレータ３を介 して対峙するように配置してスパイラル状に巻回してなるものである。

【０００３】 このように形成されたスパイラル状電極体１は、その上下端部が開口している ために、激しい振動が加えられたり、長期間にわたって充電あるいは放電が連続 して行われ、正極又は負極合剤に劣化を生じた場合に、その正極あるいは負極合 剤の一部が電極体１から脱落して容量の損失を招くことがある。このような不都 合を防ぐために、電極体１の上下端面には前記の開口を塞ぐように円環状の押え 板５が設けられるのが普通である。しかし、この押え板５を設けた場合でも、電 極体１端面のセパレータ３には巻回時に最大０．５mm程度の凹凸が生じることは 避けられないので、セパレータ３の上及び下側端部と押え板５との間に生じた空 隙から、脱落した正極あるいは負極合剤の一部が反対極へ移動するのを完全に防 ぐことはできない。

【０００４】 また、充放電時に正極と負極との間を移動する活物質イオンが樹脂状に析出し ていわゆるデンドライト（リチウム電池の場合には金属リチウムの樹脂状析出） を生じると、前記のような振動によって電極体１の外部へ脱落することがあると ともに、脱落に至らなくとも前記のセパレータ３と押え板５との間の空隙を介し てデンドライトが反対極に達し、正負両極間を短絡させて極端な容量の減少や発 熱を招いたり、有機電解液を用いたスパイラル形リチウム二次電池の場合には、 破裂や発火に至るおそれがあるという一層深刻な問題を生じる可能性がある。

【０００５】 このような不都合を防止するため、正極板と負極板とをそれぞれ予めセパレー タで包んでから巻回してスパイラル状電極体を形成する技術が知られている。ま た、特開平１−１２２５７４号公報に開示されているように、スパイラル状の電 極体を形成した後に、その電極体の上下面に突出しているセパレータを熱風で加 熱しながら電極体の中心方向に折り曲げて、セパレータ間の開口部を閉塞する技 術が知られている。

【０００６】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、前述のように予め正極板及び負極板をセパレータで包んでから 巻回する方法にあっては、巻回していくときにセパレータの上下端部にしわがよ って、電極体の外径がそのしわのために生じる巻太りによって大きくなり、電池 缶への挿入が困難になるので、予め正極及び負極電極板の厚さを薄く形成してお くか、または正極及び負極電極板の長さを短くして巻回数を減らし、電極体とし て完成したときの外径寸法が規定値以上に大きくならないように管理することに なるが、電極板を薄くしたり短くしたりすることは直ちに電池としての容量減少 につながり好ましくない。

【０００７】 また巻回形成された電極体のセパレータを中心方向に折り曲げる方法にあって は、次のような問題点がある。すなわち、リチウム電池の場合、特にポリプロピ レン又はポリエチレンで形成されたマイクロポーラスフィルムが好適に用いられ るが、加熱温度、加熱時間などの条件を厳密に管理しないとマイクロポーラスフ ィルムに形成されている微小孔の孔径が収縮し、電解液イオンの通過を阻害して 内部抵抗が増加したり、セパレータ自体の特性劣化が生じてしまう。したがって 、この方法を有効に活用するためには、なるべく低温で長時間にわたって穏やか に加熱するのが望ましいが、それでは生産性が著しく低下してしまい実用的でな い。

【０００８】 この考案は前記の事情に基づいてなされたもので、その目的は、振動の印加や 長期間の連続充放電に対しても電池特性の劣化を防げるとともに、生産性を低下 させることがないスパイラル形電池を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】

前記目的を達成するためにこの考案は、薄板状に形成された正極と、同じく薄 板状に形成された負極と、これら正極及び負極よりも幅広に形成されたセパレー タとを重ね合わせた後に巻回して得られるスパイラル状の電極体を備えたスパイ ラル形電池において、前記セパレータの幅方向上縁部及び下縁部に沿って切込み 又は切欠き部が設けられ、該セパレータの上下端部は該切込み又は切欠き部によ って内側に折り曲げられて隣接する前記セパレータ相互間の開口部の上下端部を 塞いでなるものである。

【００１０】

【作用】

以上の構成によれば、前記スパイラル状電極体のセパレータの幅方向上縁部及 び下縁部に沿って切込み又は切欠き部を設けたので、電極体を巻回形成した後に 、その電極体を下側の押え板を介して電池缶内に挿入すると、セパレータの下端 縁側突出部は前記切込みにしたがって折り曲げられて下端縁側のセパレータ同士 の間の開口部を塞ぐ。また、電極体が挿入された電池缶に上側押え板を挿入する と、セパレータの上端縁側突出部は切込みにしたがって折り曲げられて上端側の セパレータ同士の間の開口部を塞ぐ。

【００１１】

【実施例】

以下、この考案の好適実施例につき添付図面を参照して詳細に説明する。図１ （ａ）及び図１（ｂ）は、この考案の一実施例によるセパレータとそのセパレー タを電池缶内に収装した状態を示す説明図である。図１（ａ）に示すように、セ パレータ１０の長手方向の両側縁部に沿って、深さｓの切込み１２が適宜の間隔 ｐ毎に複数設けられている。セパレータ１０の寸法は、単３形電池の場合、長さ Ｌが２００mm程度、幅Ｗが４０mm程度、厚さが２５〜５０μｍ程度である。また 、通常セパレータ１０の上下端面が破線で示す電極板１４からそれぞれ２mm程突 出するので、切込み１２の深さｓとしては１mm程度が適当である。これは、セパ レータ１０同士の間に挾持される電極板１４の厚さは高々０．３mm程度であり、 切込み１２の深さｓが１mm程度あれば、セパレータ１０同士の開口部を閉塞する のに十分だからである。切込み１２の配設ピッチｐはセパレータ１０の上端部１ ０ａに適当な折り曲げ易さが与えられるとともに、あまり加工が煩雑にならない ように、試作等を通じて適宜決定することができる。また、曲率の小さい電極対 の内周側近傍ではピッチを小さくし、曲率の大きい外周側近傍ではピッチを大き くするといった手法も当然適用することができる。因みに本実施例にあっては、 １〜３mmとしている。

【００１２】 次に、上記実施例の作用について、図１（ｂ）に基づいて説明する。図１（ｂ ）は前記のセパレータ１０を用いて巻回形成したスパイラル状電極体１６を円筒 形電池缶内に収装したときのセパレータ１０上端部の状態を示す説明図である。 セパレータ１０の上端部１０ａは、押え板１８によりそれぞれ電極体１６の中心 方向（図中の右手方向）に折り曲げられて互いに重なり合い、セパレータ１０同 士の上部開口部１６ｃを塞いでいる。したがって、セパレータ１０同士に挾持さ れる正極板１６ａあるいは負極板１６ｂの一部の合剤が脱落したとしても、前記 のように上部開口部１６ｃがセパレータ１０の上端部１０ａによって塞がれてい るので、脱落した合剤が電極体１６の外へ脱出することはなく、容量損失や極板 間短絡による発熱及び発火が起こることがない。同様に、合剤から析出したデン ドライトが電極体１６の外に脱出することも未然に防ぐことができる。

【００１３】 以上述べた本実施例の作用は、図示を省略する電極体１６の下端縁側について も同様である。

【００１４】 図２（ａ）及び図２（ｂ）はそれぞれ本考案の他の実施例によるセパレータの 説明図である。図２（ａ）は前記第１実施例のセパレータ１０の両側縁部に矩形 の切欠き部２０を設けたものである。切欠き部２０の深さｓは、単３形電池の場 合、前記第１実施例と同様に約１mmである。切欠き部２０の幅ｗは１〜３mm程度 、配設ピッチｐは２〜６mm程度であるが、前記第１実施例と同様に、加工の煩雑 さ等を考慮して適宜に選定してよい。

【００１５】 また、図２（ｂ）は、前記第１実施例でセパレータ１０の両側縁部に三角形の 切欠き部２２を設けたものである。切欠き部２２の深さｓは、単３形電池の場合 、前記第１及び第２実施例と同様に約１mmである。切欠き部２２の配設ピッチｐ は２〜６mm程度であるが、前記第１及び第２実施例と同様に、加工の煩雑さやセ パレータ１０の上端部１０ａによる開口部閉塞の効果を考慮して適宜に選定して よい。

【００１６】 なお、これら本考案の他の実施例の作用は、前記本考案の第１実施例に関して 説明したのと同様である。

【００１７】

【考案の効果】

以上各実施例によって詳細に説明したように、この考案に係るスパイラル形電 池によれば、スパイラル状電極体のセパレータの幅方向上縁部及び下縁部に沿っ て切込み又は切欠き部を設けたので、電極体を巻回形成した後に、その電極体を 下側押え板を介して電池缶内に挿入すると、セパレータの下端縁側突出部は前記 切込みにしたがって折り曲げられて下端縁側のセパレータ同士の間の開口部を塞 ぎ、電極体が挿入された電池缶に上側押え板を挿入すると、セパレータの上端縁 側突出部は切込みにしたがって折り曲げられて上端側のセパレータ同士の間の開 口部を塞ぐ。したがって、セパレータ同士の間に挾持されている合剤や析出した デンドライトの一部が脱落しても電極体の外へ出ることがなく、容量損失や極板 間短絡による発熱及び発火を未然に防ぐことができるとともに、加工が容易で生 産性を低下させることがない等の優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）はこの考案の一実施例に係るセパレータ
の説明図、（ｂ）はそのセパレータを用いて巻回形成し
たスパイラル状電極体を電池缶に収装した状態を示す説
明図である。

【図２】（ａ）、（ｂ）はこの考案の他の実施例に係る
セパレータの説明図である。

【図３】従来のスパイラル状電極体を有する円筒形電池
の説明図である。

【符号の説明】

１０ セパレータ １０ａ 上端部（セパレータ１０の） １２ 切込み １６ スパイラル状電極体 １６ａ 正極板 １６ｂ 負極板 １６ｃ 開口部（セパレータ１０相互間の） ２０，２２ 切欠き部

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 薄板状に形成された正極と、同じく薄板
   状に形成された負極と、これら正極及び負極よりも幅広
   に形成されたセパレータとを重ね合わせた後に巻回して
   得られるスパイラル状の電極体を備えたスパイラル形電
   池において、前記セパレータの幅方向上縁部及び下縁部
   に沿って切込み又は切欠き部が設けられ、該セパレータ
   の上下端部は該切込み又は切欠き部によって内側に折り
   曲げられて隣接する前記セパレータ相互間の開口部の上
   下端部を塞いでなることを特徴とするスパイラル形電
   池。