JPH1083833A

JPH1083833A - 二次電池

Info

Publication number: JPH1083833A
Application number: JP8236510A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Yoshida; 吉田　　浩明
Original assignee: Japan Storage Battery Co Ltd
Current assignee: Japan Storage Battery Co Ltd
Priority date: 1996-09-06
Filing date: 1996-09-06
Publication date: 1998-03-31

Abstract

(57)【要約】【課題】上端の電池蓋９に正極３と負極４を併設する
ことができ、正極３を下部集電板７を介して下端から上
端に引き出すリード材が電池内スペースを占有すること
がなく集電効率も低下しない二次電池を提供する。【解決手段】発電素子２の負極４は、上端側の上部集
電板６で集電して負極端子１２に接続し、発電素子２の
正極３は、下端側の下部集電板７で集電して、中空の軸
芯１内に通したリード線８を介し、又は、導電性の軸芯
１を介して上端部に引き出し正極端子１０に接続する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、正極と負極をセパ
レータを介して巻回した巻回型の発電素子を備えた二次
電池に関する。

【０００２】

【従来の技術】巻回型の二次電池は、図５に示すよう
に、正極３と負極４をセパレータ５を介して巻回するこ
とにより発電素子２を形成する。これらの正極３とセパ
レータ５と負極４は、それぞれ少しずつ上下にずらして
巻回することにより、例えば発電素子２の上端側には巻
回された正極３の帯状の上辺のみを突出させ、下端側に
は巻回された負極４の帯状の下辺のみを突出させるよう
にする。そして、図６に示すように、この発電素子２の
上端面に上部集電板６を配置して、この上部集電板６を
上端側に突出した正極３の上辺の複数箇所にスポット溶
接すると共に、発電素子２の下端面に下部集電板７を配
置して、この下部集電板７を下端側に突出した負極４の
下辺の複数箇所にスポット溶接する。なお、発電素子２
は、棒状の軸芯を中心部に配置して、これに正極３とセ
パレータ５と負極４を巻回する場合もある。

【０００３】従来の一般的な二次電池は、図７に示すよ
うに、上記集電板６，７を溶着した発電素子２を電池ケ
ース１３内に収納し、下部集電板７のリード片１４をこ
の電池ケース１３の底面内側にスポット溶接すると共
に、上部集電板６をリード片１１を介して電池蓋９に裏
面に接続する。なお、下部集電板７のリード片１４をス
ポット溶接する際には、発電素子２の中央の開口部を通
して溶接電極を挿入すればよい。そして、電池ケース１
３内に電解液や非水電解質を充填し、絶縁体を介して電
池蓋９をこの電池ケース１３に装着することにより電池
を完成する。従って、この二次電池は、電池蓋９に突設
された突起が正極端子１０となり、通常は電池ケース１
３の底面が負極端子１２となる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、電気自動車
等に用いられる大型大容量の二次電池では、この電池の
上端側の電池蓋９に正極端子１０と負極端子１２が共に
並んで併設されている方が、配線の接続等の作業に便利
でありメンテナンス性が向上する。ここで、小出力用の
二次電池の場合には、上記下部集電板７から細いリード
線を引き出して発電素子２の外側を通し、電池蓋９に別
個併設した負極端子１２に接続することは可能である。
しかし、電気自動車等に用いる１００〜４００Ｗｈ級の
大出力の二次電池の場合には、負極端子１２に接続する
リード線に断面積が２０〜１００ｍｍ²程度の太いもの
を用いる必要がある。

【０００５】このため、従来の二次電池では、このよう
な太いリード線を電池ケース１３内の下端から上端に至
るまでの長い距離にわたって引き出すために、電池内ス
ペースが占有されるという問題があった。

【０００６】また、図８に示すように、発電素子２の中
心部に導電性の軸芯１を配置し、この軸芯１を上記リー
ド線の代わりに用いて、リード片１４を介し電池蓋９に
併設した負極端子１２に接続する発明も従来から開示さ
れている（特開昭５７−６９６６３号、特開平２−２２
０３６０号、特開平６−２０３８７０号）。しかし、こ
れらの発明では、いずれも下部集電板７を使用せず、帯
状の負極４の巻き始めの端を直接軸芯１に接続固着させ
ることにより集電を行うので、この負極４の巻き終わり
の部分では長い距離を経由して軸芯１に電流を供給しな
ければならず、集電効率が低下するという問題が生じ
る。

【０００７】本発明は、かかる事情に鑑みてなされたも
のであり、発電素子から集電を行う下部集電板を、中空
の軸芯内に通したリード材を介し、又は、導電性の軸芯
を介して上端部の端子に接続することにより、この上端
部に正負両極の端子を突設してもリード材が電池内スペ
ースを占有することがなく集電効率も低下しない二次電
池を提供することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明の二次電池
は、上記課題を解決するために、中空状の絶縁体から
なる軸芯を中心に、正負両極の帯状の電極が帯状のセパ
レータを介して巻回された発電素子を単電池槽内に収納
し、この発電素子の上端面でいずれか一方の電極に溶着
された上部集電板を直接又はリード材を介して単電池槽
の上端面に突設した一方の極端子に接続し、この発電素
子の下端面で他方の電極に溶着された下部集電板を、軸
芯の中空部に通したリード材を介して、単電池槽の上端
面に突設した他方の極端子に接続したことを特徴とす
る。

【０００９】の手段によれば、他方の電極を発電素子
の下端面の下部集電板から軸芯内を通したリード材を介
して単電池槽の上端面の他方の極端子に接続するので、
この単電池槽の上端面に正負両極の端子を突設すること
ができる。しかも、このリード材は、中空の軸芯内を通
るので、大きな電流を流すために太いリード材を用いて
も、電池内スペースが占有されるようなことがなくな
る。

【００１０】また、本発明の二次電池は、導電性の軸
芯を中心に、正負両極の帯状の電極が帯状のセパレータ
を介して巻回された発電素子を単電池槽内に収納し、こ
の発電素子の上端面でいずれか一方の電極に溶着された
上部集電板を直接又はリード材を介して単電池槽の上端
面に突設した一方の極端子に接続し、この発電素子の下
端面で他方の電極に溶着された下部集電板を軸芯の下端
部に接続すると共に、この軸芯の上端部を直接又はリー
ド材を介して単電池槽の上端面に突設した他方の極端子
に接続したことを特徴とする。

【００１１】の手段によれば、他方の電極を発電素子
の下端面の下部集電板から導電性の軸芯を介して単電池
槽の上端面の他方の極端子に接続するので、この単電池
槽の上端面に正負両極の端子を突設することができる。
しかも、単電池槽の下端から上端に至る長い距離のリー
ド材として十分な太さを有する導電性の軸芯を用いるの
で、電池内スペースを占有することなく大きな電流を流
すことができるようになる。

【００１２】さらに、前記の他方の電極を正極と
し、この正極に下部集電板を介して接続される導電性の
軸芯をアルミニウム又はアルミニウムを主体とする合金
によって構成するとともに、有機電解液を用いたことを
特徴とする。

【００１３】の手段によれば、アルミニウム又はアル
ミニウム合金を軸芯とするので、銅やニッケルを用いる
場合に比べて電池を軽量化することができる。一般に、
非水電解質二次電池は、耐食性を考慮して、正極の導電
材料にアルミニウムを用い、負極の導電材料に銅やニッ
ケルを用いるので、この場合には、軸芯に接続される他
方の電極を正極とする。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を参照して説明する。

【００１５】図１〜図２は本発明の第１実施形態を示す
ものであって、図１は二次電池の構造を示す縦断面図、
図２は発電素子の構成を示す斜視図である。なお、図５
〜図８に示した従来例と同様の機能を有する構成部材に
は同じ番号を付記する。

【００１６】本実施形態の二次電池は、図２に示すよう
に、中空状の絶縁体からなる軸芯１を用いる非水電解質
に適用した場合について説明する。この二次電池の発電
素子２は、軸芯１を中心にして正極３と負極４をセパレ
ータ５を介して巻回することにより構成される。軸芯１
は、細長い円筒状（パイプ状）の合成樹脂やセラミック
ス等からなる絶縁体である。なお、この軸芯１は、中空
状であれば円筒状に限らず任意の形状とすることができ
る。正極３と負極４は、それぞれ帯状の芯材に正極活物
質と負極活物質を担持させたものであり、セパレータ５
は、同様の帯状の絶縁体からなる。これら正極３とセパ
レータ５と負極４は、それぞれ少しずつ上下にずらして
巻回することにより、発電素子２の上端側には巻回され
た負極４の帯状の上辺のみを突出させ、下端側には巻回
された正極３の帯状の下辺のみを突出させるようにして
いる。そして、この発電素子２の上端面に上部集電板６
を配置して、この上部集電板６を上端側に突出した負極
４の上辺の複数箇所にレ−ザ−溶接すると共に、発電素
子２の下端面に下部集電板７を配置して、この下部集電
板７を下端側に突出した正極３の下辺の複数箇所にレ−
ザ−溶接する。

【００１７】上記発電素子２は、図１に示すように、リ
ード線８を軸芯１の下方から中空部に通して上方に引き
出しておき、このリード線８の下端部を下部集電板７に
接続する。このリード線８は、大きな電流を流すことが
できるように、断面積が２０〜１００ｍｍ²程度の十分
に太いものを用いる。このように太いリード線８を用い
ると重量も重くなるが、下部集電板７を介して正極３に
接続されるので、後に説明するように、アルミニウム又
はアルミニウム合金を用いることにより軽量化を図るこ
とができる。ただし、このように下部集電板７にアルミ
ニウム等を用いると、超音波溶接又はレーザ溶接により
これらを接続する必要がある。なお、このリード線８
は、断面積が十分に大きい導電体であればよいので、こ
のようなアルミニウム等の導電線に限らず、また、長尺
な金属板等の任意の形状のリード材を用いることができ
る。

【００１８】上記軸芯１の上方に引き出されたリード線
８の上端部は、電池蓋９の正極端子１０に接続される。
また、上部集電板６は、リード片１１を介して電池蓋９
の負極端子１２に接続される。そして、この発電素子２
を非水電解質等の電解質が充填された電池ケース１３内
に収納し、絶縁体を介して電池蓋９を装着する。する
と、これらの電池ケース１３と電池蓋９が発電素子２を
密封して単電池槽を構成し、これによって二次電池が完
成する。

【００１９】上記構成の二次電池は、単電池槽の上端の
電池蓋９から正極端子１０と負極端子１２が突設される
ので、電気自動車等に用いた場合に、メンテナンス性を
向上させることができる。また、発電素子２と電池ケー
ス１３を底部で接続する必要がなくなるので、組み立て
が容易となり、生産性も向上する。しかも、この二次電
池は、発電素子２の下端側に突出する正極３から下部集
電板７によって集電を行うので、集電効率が低下するよ
うなことがなくなる。さらに、この下部集電板７から電
池蓋９の正極端子１０に至る長い距離を引き出すために
用いるリード線８が中空の軸芯１内を通るので、このリ
ード線８を十分に太くしても、電池内スペースが占有さ
れるようなことがなくなる。また、このリード線８は、
絶縁性の軸芯１内を通るので、発電素子２の負極４との
間の絶縁も確実となる。

【００２０】図３〜図４は本発明の第２実施形態を示す
ものであって、図３は発電素子の構成を示す斜視図、図
４は二次電池の構造を示す縦断面図である。なお、図１
〜図２に示した第１実施形態と同様の機能を有する構成
部材には同じ番号を付記する。

【００２１】本実施形態の二次電池は、図３に示すよう
に、中実の導電体からなる軸芯１を用いる非水電解質二
次電池に適用した場合について説明する。この二次電池
の発電素子２も、図２に示した第１実施例とほぼ同様の
構成であるが、軸芯１は、細長い円柱状のアルミニウム
又はアルミニウム合金による導電体を用いる。なお、発
電素子２の正極３と負極４は、予め先にある程度巻き付
けておいたセパレータ５によって軸芯１との間を絶縁し
てから巻回を行うようにしてもよいし、正極３を内側に
して巻回することによりこの正極３と軸芯１とが接触す
るようにしてもよい。この軸芯１は、断面積が十分に大
きい導電体であれば材質や形状は任意であり円筒状でも
よい。この発電素子２の上端面には、第１実施形態の場
合と同様に、上部集電板６を配置して、この上部集電板
６を上端側に突出した負極４の上辺の複数箇所にレ−ザ
−溶接する。ただし、この上部集電板６は、中央の貫通
孔に絶縁材１５を介して発電素子２の上端面から突出す
る軸芯１の上端部を通すことにより、この導電性の軸芯
１との間を絶縁するようにしている。また、発電素子２
の下端面には、下部集電板７を配置して、この下部集電
板７を下端側に突出した正極３の下辺の複数箇所にレ−
ザ−溶接する。そして、この下部集電板７は、さらに軸
芯１の下端にも超音波溶接又はレーザ溶接により接続す
る。

【００２２】集電板６，７を溶着した発電素子２は、図
４に示すように、上記軸芯１の上端をリード片１４を介
して電池蓋９の正極端子１０に接続すると共に、上部集
電板６をリード片１１を介して電池蓋９の負極端子１２
に接続する。そして、この発電素子２を非水電解質等の
電解質が充填された電池ケース１３内に収納し、絶縁体
を介して電池蓋９を装着することにより二次電池を完成
する。

【００２３】上記構成の二次電池も、単電池槽の上端の
電池蓋９から正極端子１０と負極端子１２が突設される
ので、電気自動車等に用いた場合に、メンテナンス性を
向上させることができる。また、発電素子２と電池ケー
ス１３を底部で接続する必要がなくなるので、組み立て
が容易となり、生産性も向上する。しかも、この二次電
池は、発電素子２の下端面に突出する正極３から下部集
電板７によって集電を行うので、集電効率が低下するよ
うなことがなくなる。さらに、この下部集電板７から電
池蓋９の正極端子１０に至る長い距離を十分に太い導電
性の軸芯１を用いて引き出すので、電池内スペースを占
有することなく大きな電流を流すことができるようにな
る。

【００２４】また、一般に、非水電解質二次電池は、耐
食性を考慮して、正極３の導電材料にアルミニウムを用
い、負極４の導電材料に銅やニッケルを用いるので、正
極３を発電素子２の下端側で集電するようにすれば、本
実施形態に示すように軸芯１に銅やニッケルよりも比重
が約３分の１と小さいアルミニウム又はアルミニウム合
金を用いることができ、これによって二次電池の軽量化
を図ることができる。

【００２５】なお、上記実施形態では、いずれも発電素
子２の正負極３，４やセパレータ５を円形状に巻回した
例を示したが、例えば中空板状の軸芯１を用いて長円形
状に巻回したり、楕円形やほぼ矩形等のその他の任意の
形状に巻回することができる。

【００２６】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、請求項
１に記載の発明によれば、発電素子の下端側の下部集電
板から上部までの長い距離を引き出すために用いるリー
ド材が中空の軸芯内を通るので、大きな電流を流すため
に太いリード材を用いても、電池内スペースを占有する
ようなことがなくなる。しかも、このリード材は、絶縁
性の軸芯に覆われるので、発電素子との間の絶縁も確実
となる。

【００２７】さらに、請求項２に記載の発明によれば、
発電素子の下端側の下部集電板から上部までの長い距離
を引き出すために導電性の軸芯を用いるので、この軸芯
が十分な太さのリード材となり、電池内スペースを占有
することなく大きな電流を流すことができるようにな
る。しかも、発電素子の下端部では、他方の電極からの
電流が一旦下部集電板に集電されるので、大きな電流を
効率良く取り出すことができるようになる。

【００２８】さらに、請求項３に記載の発明によれば、
正極からの電流を流す導電性の軸芯にアルミニウム又は
アルミニウム合金を用いるので、非水電解質二次電池を
軽量化することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態を示すものであって、二
次電池の構造を示す縦断面図である。

【図２】本発明の第１実施形態を示すものであって、発
電素子の構成を示す斜視図である。

【図３】本発明の第２実施形態を示すものであって、発
電素子の構成を示す斜視図である。

【図４】本発明の第２実施形態を示すものであって、二
次電池の構造を示す縦断面図である。

【図５】二次電池の発電素子の製造過程を示す斜視図で
ある。

【図６】従来例を示すものであって、発電素子の構成を
示す斜視図である。

【図７】従来例を示すものであって、二次電池の構造を
示す縦断面図である。

【図８】従来例を示すものであって、二次電池の他の構
造を示す縦断面図である。

【符号の説明】

１軸芯２発電素子３正極４負極５セパレータ６上部集電板７下部集電板８リード線９電池蓋１０正極端子１１リード片１２負極端子１３電池ケース１４リード片１５絶縁スペ−サ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】中空状の絶縁体からなる軸芯を中心に、
正負両極の帯状の電極が帯状のセパレータを介して巻回
された発電素子を単電池槽内に収納し、この発電素子の上端面でいずれか一方の電極に溶着され
た上部集電板を直接又はリード材を介して単電池槽の上
端面に突設した一方の極端子に接続し、この発電素子の下端面で他方の電極に溶着された下部集
電板を、軸芯の中空部に通したリード材を介して、単電
池槽の上端面に突設した他方の極端子に接続したことを
特徴とする二次電池。
【請求項２】導電性の軸芯を中心に、正負両極の帯状
の電極が帯状のセパレータを介して巻回された発電素子
を単電池槽内に収納し、この発電素子の上端面でいずれか一方の電極に溶着され
た上部集電板を直接又はリード材を介して単電池槽の上
端面に突設した一方の極端子に接続し、この発電素子の下端面で他方の電極に溶着された下部集
電板を軸芯の下端部に接続すると共に、この軸芯の上端
部を直接又はリード材を介して単電池槽の上端面に突設
した他方の極端子に接続したことを特徴とする二次電
池。
【請求項３】前記他方の電極を正極とし、この正極に
下部集電板を介して接続される導電性の軸芯をアルミニ
ウム又はアルミニウムを主体とする合金によって構成す
るとともに、有機電解液を用いたことを特徴とする請求
項２に記載の二次電池。