JPH0917441A - 折曲した電極板を内蔵する角形電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 集電性、耐振性を向上させた電極体を内蔵
し、優れた充放電特性を有する電池を提供する。 【構成】 角形電池は、細長い帯状に成形された正極板
１Ａと負極板１Ｂを、極板の端縁で折曲して複数層に積
層してなる電極体を内蔵する。正極板１Ａと負極板１Ｂ
を端縁で折曲して１層の極板を方形状とし、さらに、正
極板１Ａと負極板１Ｂの折曲縁を、方形状をしている極
板の直交する辺に位置させる。電極体は、負極板１Ｂを
極板の左右の両側縁で折曲し、正極板１Ａは極板の上下
縁で折曲して積層している。 【効果】 正極板と負極板の両方を折曲して製造でき、
正極板と負極板のそれぞれ両面で他の極板に対向できる
ので、極板を多数枚積層する電極体を内蔵した電池を、
簡単かつ安価に多量生産できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、細長い正極板と負極板
をアコーディオン状に折曲して積層している角形電池に
関する。

【０００２】

【従来の技術】角形電池に内蔵される電極体は、極板の
表面積を大きくするために、正極板と負極板を重ねる枚
数を多くしている。極板の表面積が大きくなると、電池
の内部抵抗は小さくなり、大電流で充放電できる等、電
池性能を改善できる特長がある。とくに、リチウムイオ
ン二次電池は、大電流の充放電特性を改善するために、
極板の積層枚数を多くしている。

【０００３】従来の角形二次電池の電極体を、図１２と
図１３に示す。この図の電極体は、短冊状に切断した極
板１を積層して、極板１のタブ６に集電板７を連結して
いる。さらに、図示しないが、正極板と負極板とをセパ
レータを介在させて円筒型に巻き取った後、押し潰して
楕円筒型にした電極体もある。しかしながら、図１２と
図１３に示す電極体は、製造方法が煩雑で、高精度化が
要求されるようになるため、極板の薄型化や枚数の増加
に対応し難い欠点がある。また、この構造の電極体は、
短冊状をしている極板のエッジ部で活物質の剥離が起き
やすく、これが原因で内部ショート等を起こす可能性が
あった。

【０００４】正極板と負極板を渦巻状に巻きとって楕円
筒型に押し潰した電極体は、製造は簡単であるが、ケー
スの四隅部にデットスペースができて、ケース全体を有
効に利用できない。このことは、電池の実質容量を減少
させる。さらに、渦巻き状の電極体は、押し潰すとき
に、極板のストレスが均一ではない等の問題点があっ
た。円筒状に巻き取った極板を押し潰して楕円形にする
と、極板の中央部分から強く押し潰されて薄くなる。と
くに、巻数が多くなるほどこの傾向は顕著になる。

【０００５】このような弊害を防止するために、極板を
アコーディオン状に折り畳んで積層する電極体が開発さ
れている。この構造の電極体は、特開平３−１４５５号
公報と特開平３−１１６６６３号公報に記載される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】これ等の公報に記載さ
れる電極体は、図１５ないし図１７に示すように、一方
の極板を折曲し、あるいは正極板と負極板を折曲して積
層している。図１５に示す電極体は、負極板の両面を正
極板に対向できない。図において負極板１Ｂの上面は正
極板１Ａに対向するが、下面は正極板１Ａに対向しな
い。また、この図の電極体は、負極板１Ｂを折曲して製
造できるが、正極板１Ａを折曲して製作できず、正極板
１Ａの枚数が多数必要になる。

【０００７】図１６に示す電極体は、正極板１Ａと負極
板１Ｂの両方を折曲して製造できるが、正極板１Ａと負
極板１Ｂの片面のみが他の極板に対向する。図において
負極板１Ｂの上面と、正極板１Ａの下面は互いに対向面
となるが、負極板１Ｂの下面と、正極板１Ａの上面は他
の極板に対向しない。このため、芯体の片面にのみ活物
質を塗布する必要がある。芯体の片面に活物質を塗布し
た正極板を、セパレータを介して折り畳んで積層する構
造は、芯体にパンチング芯体等を使用できない。この構
造の電極体は、製造されるときに、あるいは振動、衝撃
を受けたときに、剥離しやすくて、結着力の弱い活物質
は使用できない。

【０００８】図１７に示す構造の電極体は、正極板１Ａ
と負極板１Ｂの両面を対向面にできる。しかしながら、
この構造の電極体は、正極板１Ａを１枚で構成できない
欠点がある。

【０００９】さらに、これ等の公報に記載される電極体
は、タブによって極板の一点のみで集電、支持している
ため、集電性や耐振性に劣り、例えば、電動車両、航空
機、人工衛星などのように、耐振性と高出力とが要求さ
れる用途に好ましい特性のものが実現できない欠点があ
る。

【００１０】本発明は、この欠点を解決することを目的
に開発されたものである。本発明の重要な目的は、正極
板と負極板の両方を折曲して製造できると共に、正極板
と負極板の両面を他の極板に対向できる折曲した電極板
を内蔵する角形電池を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の角形電池は、前
述の目的を達成するために下記の構成を備える。角形電
池は、細長い帯状に成形された正極板１Ａと負極板１Ｂ
を、極板の端縁で折曲して複数層に積層してなる電極体
を内蔵する。正極板１Ａと負極板１Ｂとの間にはセパレ
ータ５を配設している。さらに、本発明の角形電池は、
図１に示すように、正極板１Ａと負極板１Ｂを端縁で折
曲して１層の極板を方形状とし、さらに、正極板１Ａと
負極板１Ｂの折曲縁を、方形状をしている極板の直交す
る辺に位置させることを特徴とする。この図に示す電極
体は、負極板１Ｂを極板の左右の両側縁で折曲し、正極
板１Ａは極板の上下縁で折曲して積層している。

【００１２】さらに、本発明の請求項２に記載される折
曲した電極板を内蔵する角形電池は、正極板１Ａの折曲
部分に正極の集電体３を接続し、負極板１Ｂの折曲部分
に負極の集電体３を接続している。

【００１３】さらにまた、本発明の請求項３に記載され
る折曲した電極板を内蔵する角形電池は、正極板１Ａと
負極板１Ｂの折曲部分を、電極体の縦横方向に位置させ
ており、集電体３を、正極板１Ａと負極板１Ｂの縦横方
向に位置する折曲部分に接続して集電している。

【００１４】また、請求項４に記載される折曲した電極
板を内蔵する角形電池は、正極板１Ａと負極板１Ｂの折
曲部分に設けられた活物質未塗布部分に集電体３を接続
している。

【００１５】

【作用】本発明の角形電池は、図１に示すように、正極
板１Ａと負極板１Ｂとを、互いに直交する辺で折曲す
る。この状態で折曲される極板は、正極板１Ａの両面に
負極板１Ｂが対向し、負極板１Ｂの両面に正極板１Ａが
対向する。いいかえると、折曲された正極板１Ａの間に
１層の負極板１Ｂが位置し、折曲された負極板１Ｂの間
に１層の正極板１Ａが位置する。したがって、図１に示
すように極板を折曲して製造される本発明の角形電池の
電極体は、１枚の正極板１Ａと負極板１Ｂを使用し、し
かも芯体の両面に活物質２を塗布した極板を使用して能
率よく多量生産できる。とくに、極板の両面が他の極板
に対向するので、電極の対向面積を大きくして電池性能
を改善できる特長がある。また、正極板１Ａと負極板１
Ｂの両方を折曲して電極体を製作できるので、折曲部か
ら集電して、集電性と耐振性とを改善できる。

【００１６】１枚の正極板１Ａと負極板１Ｂを折曲して
製造できる電極体は、多数枚の極板を帯状に切断して積
層する従来の電極体のように、多数の極板をズレないよ
うに精度よく１枚１枚重ねていくような手間を必要とし
ない。製造途中で、極板のズレが発生しない。折り曲げ
部分によって、お互いの極板をはさみこんで、お互いに
側面を保持し合うことで正確に位置決めできるからであ
る。

【００１７】このようにして組み上げられた電極体は、
図１に示すように、縦横の二方向に延長される集電体３
を折曲部に接続できる。縦横に延長される集電体３は、
縦方向と横方向の、双方の振動や衝撃から極板のズレや
タブのちぎれを防止できる。リチウムイオン二次電池
は、リチウム金属の析出を防止するために、正極板１Ａ
を負極板１Ｂと対向するように正確に配設し、かつ、正
極板１Ａを負極板１Ｂより一回り小さくしている。さら
に、リチウムイオン二次電池は、極板やセパレータを非
常に薄く設計するので、ちぎれたり破れたりしやすい性
質がある。また、リチウムイオン二次電池は、極板自体
が非常に薄いので、本発明のように正極板１Ａおよび負
極板１Ｂを容易に折曲することができる。

【００１８】本発明の角形電池は、電極体を折曲部に挿
入して連結できるので、耐振的に有利である。さらに、
極板の両面が他の極板に対向するので、例えばパンチン
グ芯体を使用して、その両面に活物質２を塗布して、剥
離しにくい構造にできる。パンチング芯体は、両面に塗
布される活物質２が互いに接着されて剥離しにくい構造
にできる。さらにこのことに加えて、極板の折り曲げ部
分に位置する芯体の全体を、集電体３に接続して集電部
に使用できるので、集電性に優れ、電池の高率放電性を
実現する。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想
を具体化するための角形電池を例示するものであって、
本発明は角形電池を下記のものに特定しない。

【００２０】さらに、この明細書は、特許請求の範囲を
理解し易いように、実施例に示される部材に対応する番
号を、「特許請求の範囲の欄」、「作用の欄」、および
「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付
記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、
実施例の部材に特定するものでは決してない。

【００２１】以下、角形電池をリチウムイオン二次電池
とする実施例を詳述する。ただ、本発明は角形電池をリ
チウムイオン二次電池に特定しない。本発明の角形電池
は、電極体を積層する構造を独得の構造としているから
である。本発明の角形電池には、ニッケル−カドミウム
電池やニッケル−水素電池も使用できる。

【００２２】リチウムイオン二次電池は下記のようにし
て製作する。 ［正極板を作成する工程］ 正極活物質２Ａとして、ＬｉＣｏＯ₂を８５重量
部、人造黒鉛粉末５重量部、カーボンブラック５重量部
とを混合したものを使用する。 これ等の混合物を充分に攪拌した後、Ｎ−メチル−
２−ピロリドンに溶かしたポリフッ化ビニリデン（ＰＶ
ｄＦ）を、固形分として５重量部となるように加えて、
インク状の正極スラリーとする。 得られたスラリーを、パンチング芯体であるアルミ
箔の上に、 ３８ｍｍのスラリー塗布部分 １０ｍｍのスラリー未塗布部分 ３８ｍｍのスラリー塗布部分 ２ｍｍのスラリー未塗布部分 として、これを以下繰り返しとなるように間欠に活物質
２Ａを両面に塗布する。 スラリーを乾燥させた後、ローラープレス機で圧延
する。 極板を、幅３８ｍｍの帯状に切断して図２に示す形
状の正極板１Ａとする。切断された１枚の帯状の正極板
は、縦×横の寸法を３８×３８ｍｍとする部分に活物質
２Ａが塗布されている。１枚の正極板は、活物質２Ａの
塗布部分が７カ所である。 この極板を、１１０℃で３時間、真空乾燥処理して
正極板とする。

【００２３】［負極板を作成する工程］ 負極活物質２Ｂとして、天然黒鉛粉末９５重量部、
Ｎ−メチル−２−ピロリドンに溶かしたＰＶｄＦを固形
分として５重量部となるように加えインク状の負極スラ
リーとする。 このスラリーを、パンチング芯体である銅箔上に、 ４０ｍｍのスラリー塗布部分 １０ｍｍのスラリー未塗布部分 ４０ｍｍのスラリー塗布部分 ２ｍｍのスラリー未塗布部分 として、以下繰り返しとなるように間欠に活物質２Ｂを
両面に塗布する。 スラリーを乾燥させた後、ローラープレス機で圧延
する。 極板を、幅を４０ｍｍとする帯状に切断して図３に
示す負極板１Ｂとする。切断された１枚の帯状の負極板
１Ｂは、縦×横の寸法を４０×４０ｍｍとする部分に活
物質２Ｂが塗布されている。１枚の負極板１Ｂは、活物
質２Ｂの塗布部分が８カ所である。 この極板を１１０℃で３時間真空乾燥処理して、負
極板を作製した。

【００２４】［正極板と負極板を使用して電池を組み立
てる工程］ 以上のようにして製作した帯状の正極板１Ａを、図
２に示すように、円筒状のセパレータ５に挿入する。セ
パレータ５には、多孔性ポリプロピレンセパレータを使
用する。ただ、セパレータには、正極板と負極板とを絶
縁してイオン透過性のある全てのものが使用できる。 セパレータ５に入れた正極板１Ａと、負極板１Ｂ
を、図１に示すように、負極板１Ｂから順に、活物質２
の未塗布部分を折り目としてアコーディオン状に折り畳
む。図１の電極体は、負極板１Ｂを左右の両側縁で折曲
し、正極板１Ａを上下縁で折曲している。負極板１Ｂと
正極板１Ａを交互に折曲して、正極板１Ａと負極板１Ｂ
を交互に積層する。このようにして折曲された正極板１
Ａと負極板１Ｂとによって、８層の負極と、７層の正極
を積層した電極体を製作する。図１に示す電極体は、こ
の実施例で試作した電極体よりも、正極と負極の積層枚
数を多くしている。この図は、この実施例で試作した電
極体を示すものではなく、正極板と負極板の折曲状態を
示す図である。

【００２５】 折曲して積層された正極板１Ａは、折
曲部分であって、活物質未塗布部分の幅を１０ｍｍとす
る部分に集電体３を接続する。集電体３を接続するため
に、集電体３を接続する部分を被覆しているセパレータ
５を、熱で溶かして除去し、正極板１Ａのスラリー未塗
布部分を表出させる。セパレータ５から表出している正
極板１Ａの折曲部に、アルミニウム製の櫛状集電板を挿
入し、集電体３と正極板１Ａの芯体４とを溶接して接続
する。正極板１Ａに集電体３を溶着する部分の拡大断面
図を図１０に示す。 負極板１Ｂも同様にして、１０ｍｍ幅の活物質未塗
布部の内面に集電体３を溶着する。集電体３には、ニッ
ケル製の櫛状集電板を使用する。負極板１Ｂに集電体３
を溶着する部分の断面図を図１１に示す。

【００２６】以上のようにして、図４の斜視図に示す電
極体が製作される。図４に示す電極体の正面図と、側面
図と、底面図と、平面図を図５ないし図９に示す。これ
等の図に示す電極体は、細長い帯状に成形された正極板
１Ａと負極板１Ｂとが極板の端縁で折曲されて複数層に
積層されており、正極板１Ａと負極板１Ｂとの間にセパ
レータ５を配設したものである。正極板１Ａと負極板１
Ｂは端縁で折曲されて方形状の極板を形成している。正
極板１Ａは上下縁で折曲され、負極板１Ｂは両側縁で折
曲され、正極板１Ａと負極板１Ｂの折曲縁は、方形状を
している極板の直交する辺に位置している。

【００２７】正極板１Ａと負極板１Ｂは、折曲部に集電
体３を溶着して接続している。正極板１Ａに集電体３を
接続する部分の拡大断面図を図１０に示し、負極板１Ｂ
に集電体３を接続する部分の断面図を図１１に示す。

【００２８】 図４に示す構造に製作された極板群を
ポリエチレン製の袋に入れて、角形のステンレスケース
に挿入する。その後、ケースに電解液を注液し、ケース
の開口部を封口板で密閉して、本発明の実施例の角形電
池を製作した。

【００２９】本発明の角形電池がいかに優れた特性を示
すかをテストするために、下記のようにして比較例のリ
チウムイオン二次電池を製作した。比較電池は、図１２
と図１３に示すように、複数枚の正極板１Ａと負極板１
Ｂを積層して電極体を製作した。正極板１Ａと負極板１
Ｂは、折曲して積層するのに代わって、１層に切り離し
て積層し、それ以外は実施例と同じようにして製作し
た。セパレータには実施例と同じものを使用した。正極
板１Ａは、３８×３８ｍｍのサイズに切断した極板にア
ルミニウムタブを溶着し、これを多孔性ポリプロピレン
製セパレータに挿入して製作した。負極板１Ｂは、４０
×４０ｍｍサイズに切断した極板に銅製タブを溶着して
製作した。正極板１Ａを７枚、負極板１Ｂを８枚、ズレ
のないように積層して電極体とした。この電極体のタブ
６を集電板７に溶接し、電極体をポリエチレン製の袋に
入れて角形のステンレスケースに挿入し、ケースに電解
液を注液して、開口部を封口板で密閉して比較電池を製
作した。

【００３０】以上のようにして製作された本発明の実施
例の電池と、比較電池の放電特性を下記のようにして比
較した。放電試験は下記の条件とした。 最初に、１Ｃ（６００ｍＡ）の充電電流に設定して
定電流充電し、電池電圧が４．１Ｖに達すると、４．１
Ｖで定電圧充電して満充電する。 満充電した電池を、２Ｃ（１２００ｍＡ）の定電流
で放電し、電池電圧が、２．７５Ｖになるまで放電して
放電容量を測定した。

【００３１】本発明の実施例の電池と、比較電池の放電
容量を図１４に示す。この図において、曲線Ａは本発明
の電池の放電容量を示し、曲線Ｂは比較電池の放電容量
を示す。この図の曲線Ａは、本発明の実施例の電池が、
比較電池に比較して大電流放電における放電容量の低下
が極限することを明示する。たとえば、放電電圧が３Ｖ
に低下するまで放電させると、本発明の実施例の電池で
は、定格容量（６００ｍＡｈ）の約７５％の出力が得ら
れるが、比較電池は定格容量の約４５％の出力しか取り
出しできない。電池電圧が２．７Ｖに低下するまで放電
させると、本発明の実施例の電池は、定格容量の約８５
％の出力が得られるが、比較電池では６０％と著しく低
下する。

【００３２】さらに、放電電流を１Ｃに設定して放電容
量を測定した曲線をａとｂに示す。曲線ａは本発明の実
施例の電池、曲線ｂは比較電池の放電容量を示す。この
曲線からも明らかなように、本発明の実施例の電池は、
高率での放電容量の低下が少なくなることを明示する。

【００３３】

【発明の効果】本発明の角形電池は、正極板と負極板の
両方を折曲して製造するにもかかわらず、正極板と負極
板の両面を他の極板に対向できる。このため、極板を多
数枚に積層する電極体を内蔵する電池を、簡単かつ容易
に、しかも能率よく安価に多量生産できる特長がある。
正極板と負極板の両面が対向する電極体は、極板の対向
面積を大きくして、電池特性を良くできる。

【００３４】さらに、本発明の請求項２に記載される角
形電池は、正極板と負極板の折曲縁を、方形状極板の互
いに直交する辺に位置させるとともに、正極板の折曲部
分に正極の集電体を接続し、負極板の折曲部分に負極の
集電体を接続している。この部分に集電体を連結する角
形電池は、集電性と耐振性とを改善できる。極板の折曲
部に集電体を接続する電極体は、理想的な状態で集電で
きる。それは、従来の極板のように、方形状をしている
芯体の隅部のみから集電するのではなくて、折曲部分に
沿って広い面積で集電できるからである。さらに、この
構造の極板は、折曲部分に集電体を挿入して集電するこ
とができるので、図１３に示す電極体の薄い集電タブに
比較すると、極めて強靱な構造とすることが可能であ
る。金属ロッドを櫛のように配列して極板に接続できる
からである。このため、集電部分の強度を著しく増強し
て、耐振性を相当に改善できる特長がある。

【００３５】さらに、請求項３に記載される角形電池
は、正極板と負極板の折曲部分を縦横方向に位置させる
と共に、縦横方向に位置する折曲部分に集電体を連結す
るので、縦横両方向の強度が強靱にできると共に、正極
板と負極板とを確実に絶縁して集電できる特長がある。

【００３６】さらにまた、本発明の請求項４に記載され
る角形電池は、正極板と負極板の折曲部分に設けられた
活物質未塗布部分に集電体を接続するので、集電体を広
い面積で確実に正極板と負極板とに接続して、電池の内
部抵抗を小さくできる特長を実現する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の角形電池に内蔵する電極板を折曲する
構造を示す分解斜視図

【図２】図１に示す正極板の平面図および断面図

【図３】図１に示す負極板の平面図および断面図

【図４】本発明の角形電池に内蔵する電極板の斜視図

【図５】図５に示す電極体の正面図

【図６】図５に示す電極体の左側面図

【図７】図５に示す電極体の右側面図

【図８】図５に示す電極体の底面図

【図９】図５に示す電極体の平面図

【図１０】正極板に集電体を接続する部分の拡大断面図

【図１１】負極板に集電体を接続する部分の拡大断面図

【図１２】従来の角形電池の電極体を示す斜視図

【図１３】図１２に示す電極体の分解斜視図

【図１４】本発明の実施例と比較例の電池の放電容量と
放電電圧の関係を示すグラフ

【図１５】従来の他の角形電池の電極体を示す概略断面
図

【図１６】従来の他の角形電池の電極体を示す概略断面
図

【図１７】従来の他の角形電池の電極体を示す概略断面
図

【符号の説明】

１…極板 １Ａ…正極板 １Ｂ…
負極板 ２…活物質 ２Ａ…活物質 ２Ｂ…
活物質 ３…集電体 ４…芯体 ５…セパレータ ６…タブ ７…集電板

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 細長い帯状に成形された正極板(1A)と負
   極板(1B)とが極板の端縁で折曲されて複数層に積層され
   ており、正極板(1A)と負極板(1B)との間にセパレータ
   (5)を配設している電極体を内蔵する角形電池におい
   て、 正極板(1A)と負極板(1B)は端縁で折曲されて１層の極板
   が方形状に形成されており、正極板(1A)と負極板(1B)の
   折曲縁が、方形状をしている極板の直交する辺に位置す
   ることを特徴とする折曲した電極板を内蔵する角形電
   池。
2. 【請求項２】 正極板(1A)の折曲部分に正極の集電体
   (3)が接続され、負極板(1B)の折曲部分に負極の集電体
   (3)が接続されている請求項１に記載の折曲した電極板
   を内蔵する角形電池。
3. 【請求項３】 正極板(1A)と負極板(1B)の折曲部分が、
   電極体の縦横方向に位置しており、集電体(3)が正極板
   (1A)と負極板(1B)の縦横方向に位置する折曲部分に接続
   されて集電している請求項１に記載の折曲した電極板を
   内蔵する角形電池。
4. 【請求項４】 正極板(1A)と負極板(1B)の折曲部分に設
   けられた活物質未塗布部分に集電体(3)が接続されてい
   る請求項１に記載の折曲した電極板を内蔵する角形電
   池。