JPH11135100A - 巻回電極電池およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 強放電に耐える巻回電極電池を提供するこ
と。 【解決手段】 本発明の巻回電極電池は、正極２１およ
び負極２２と二枚のセパレータ２３とが円筒状に巻かれ
た巻回電極をもつ電池である。その正極２１および負極
２２は、互いに軸長方向の反対側に両セパレータ２３の
軸長方向端より突出したそれぞれの突出端部２１３，２
２３を有する。そして、巻回されて径方向に隣り合う各
突出端部２１３，２２３の間には、両突出端部２１３，
２２３とそれぞれ当接して電気的に接続する集電スペー
サ２４，２５が介在し、各突出端部２１３，２２３と共
に巻回されている。正極２１および負極２２の各突出端
部２１３，２２３の両側にそれぞれ集電スペーサ２４，
２５が当接して導通しているので、その接触面積が大き
いだけではなく、正極２１および負極２２では電流が主
に軸長方向に流れて電池の内部抵抗が少なくなり、強放
電に耐えうる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、方形の正極と方形
の負極とそれらの間にそれぞれ介在する２枚の方形のセ
パレータとが円筒状に巻かれた巻回電極をもつ電池の技
術分野に属し、特に強放電特性に優れた集電構造をもつ
巻回電極電池の技術分野に属する。

【０００２】

【従来の技術】近年、携帯電話や形態ビデオカメラ等へ
の電源としてリチウムイオン二次電池の搭載が主流とな
りつつあるが、一方では自動車用バッテリーとしても注
目を集めている。これはリチウムイオン二次電池がニッ
ケル水素電池以上に高い重量エネルギー密度を持つため
で、自動車用バッテリーに最適とされている。

【０００３】しかし、自動車用としてのリチウムイオン
二次電池には、大出力、高エネルギー密度化への対応が
不可欠である。電流の取り出し方式も従来の携帯機器用
小型電池にみられるタブ１本で電極から電流を取り出す
方式では、内部抵抗が高く、発熱、エネルギー低下等の
問題が発生し、実用化が困難である。例えばタブによる
巻電極の集電は、巻電極（正極、負極共に）上端部等に
活物質を塗布しない部分を設け、そこに薄い箔＝タブ
（１００〜２００μｍ）を溶着し、電池外部と導通する
構成を採る。この場合高出力化に対応しようとすれば、
タブ数を増やすことで電池の内部抵抗を低減する必要が
ある。しかし、タブ増加に伴い電池本体の容積と重量が
増加し、高エネルギー密度化の実現が困難となってしま
う。更に生産性の面からみても、タブを溶着しつつ順次
巻取っていくため溶着時間に合わせた巻取り速度に設定
せざるを得ないので、量産に適しているとはいえない。

【０００４】特開昭５５−８０２６９号公報に、渦巻電
極体を備え、強放電特性を良好にした集電構造をもつ電
池が開示されている。この電池は、帯状の正極と負極と
を互いに上下方向にずらし、セパレータを間に介在させ
て渦巻状に巻回した電極体と、この上下に露出する正負
極の少なくとも一方の電極端面に溶接された集電体とか
らなる集電構造をもつ。

【０００５】また、特開昭６２−１３５７５６号公報
に、長方形状の正極の一方の長辺端縁部にそって、突出
した端子部をもつ集電体を溶接し、セパレータを間に介
して負極と組み合わせ渦巻き状に巻回した電極構造をも
つ電池が開示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開昭
５５−８０２６９号公報の上下に突出した電極の電極端
面に集電体を溶接する構造のものは、電極端面が狭いこ
ともあり、端面での溶接が難しい。特にリチウムイオン
電池では電極を構成する集電体が数１０μｍ以下と薄い
ため、溶着時に必要となる端面方向からの加圧力が得ら
れない。また、リチウムイオン電池では、正極の集電体
はアルミで、負極の集電体は銅という難溶接材が一般的
であるため接合が極めて困難であるという問題がある。

【０００７】また、特開平６２−１３５７５６号公報の
突出した端子部をもつ集電体を予め電極の端縁部に溶接
する方法は、作業性が悪いという問題がある。殊に、セ
パレータおよび相手極と組み合わせて巻回する場合、集
電体を溶接した一部の狭い部分のみが厚くなる。狭い部
分のみが厚く他の大部分が広い厚さの異なるものを均一
に巻回することは困難である。

【０００８】本発明は、前記した従来の集電構造の問題
点を克服し、強放電に耐える集電構造を持つ電池および
その製造方法を提供することを課題とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本願発明者らは、集電特
性を向上させるためには、集電体と電極の接触面積を大
きくする必要があると考え、集電体の両面に電極を当接
させることに思い至り、本発明を完成したものである。
すなわち、本発明の巻回電極電池は、方形の正極と方形
の負極と該正極および該負極の間にそれぞれ介在する２
枚の方形のセパレータとが円筒状に巻かれた巻回電極を
もつ電池であって、該正極および該負極は互いに軸線方
向の反対側に２枚の該セパレータの軸線方向端より突出
した突出端部を有し、巻回されて径方向に隣合う該突出
端部間には両該突出端部と当接して電気的に接続する集
電スペーサが介在し該突出端部とともに巻回されている
ことを特徴とする。

【００１０】また、本発明の巻回電極電池の製造方法
は、正極および負極を互いに軸線方向の反対側にセパレ
ータの軸線方向端より突出した突出端部とした状態で正
極、セパレータ、負極およびセパレータを互いに重ね合
わせるとともに軸線方向両端の各該突出端部に長尺状の
集電スペーサをそれぞれ重ねた状態で巻回し、巻回され
て径方向に隣合う突出端部間に集電スペーサが介在した
巻回電極を得ることを特徴とする。

【００１１】本発明の集電構造は正負極が互いにずらさ
れて巻回することにより、得られる円筒状の一端には正
極の突出端部のみが突出し、他端には負極の突出端部の
みが突出する。また、正負極の間にはセパレータが介在
することもあり、径方向に隣合う突出端部間には、少な
くとも相手極の電極の厚さとセパレータの厚さとを合わ
せた厚さに相当する間隔が存在することになる。この間
隔に集電スペーサが介装され、１個の集電スペーサがそ
の両側にある電極の集電作用を行えることになる。

【００１２】本発明の巻回電極電池は、その集電スペー
サが介在できる間隔が存在する部分に装着されるため、
集電スペーサにより巻回が困難となることはない。ま
た、集電スペーサの両側より集電するため集電効率が高
くなる。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の巻回電極電池は、正極お
よび負極は互いに軸線方向の反対側に２枚のセパレータ
の軸線方向端より突出した突出端部を有し、巻回されて
径方向に隣合う突出端部間には両該突出端部と当接して
電気的に接続する集電スペーサが介在し突出端部ととも
に巻回されている。円筒状に巻かれた巻回電極の一端に
は一方の突出端部のみがセパレータの端面より突出す
る。その一端側では他方の電極はセパレータの内側にあ
り、他方の電極は一方の電極よりセパレータで確実に分
離されることになる。

【００１４】集電スペーサの厚さは、隣合う突出端部の
間隔に等しくした場合、巻回が容易となり、巻回された
状態で集電スペーサと電極の突出端部とが当接すること
にもなり好ましい。しかし、集電スペーサの厚さはかな
らずしも隣合う突出端部の間隔と等しくする必要はな
い。集電スペーサの厚さが少々厚い場合には巻回に多少
困難が発生するが、それだけ集電スベーサと突出端部と
の当接がより確実になる。

【００１５】集電スペーサの厚さが薄い場合には、巻回
して得られた円筒状の巻回電極の突出端部の部分を径方
向に圧縮することにより集電スペーサとその両側の両突
出端部とを確実に当接させることができる。また、集電
スペーサは軸線方向に貫通する孔または溝をもつものと
することができる。この孔または溝は電解液をもつ電池
にあっては電解液の流通路となる。

【００１６】軸線方向に延びる溝として、集電スペーサ
自体を長手方向に屈曲して延びるものを使用することに
より形成してもよい。なお、集電スペーサは所定厚さと
幅とをもつ帯状のものとするのが好ましいが必ずしも帯
状のものに限られるものではない。電解液の流通路を形
成するという観点から電極の突出端部の集電スペーサと
当接している部分より他端側の部分に貫通孔を形成する
のが好ましい。この部分は相手電極およびセパレータが
存在しないため電解液の流れが妨げられない利点があ
る。

【００１７】電極の突出端部と集電スペーサとは、径方
向に互いに溶接されているのが好ましい。これにより、
突出端部と集電スペーサとの当接がより確実となり、通
電抵抗も小さくなる。また、互いに巻回された突出端部
と集電スペーサとの軸線方向端面に、集電端面板を当接
させるのが好ましい。この集電端面板により一層通電抵
抗が小さくなる。特に、電流を径方向に導く場合にこの
集電端面板は効果的である。

【００１８】なお、電極は集電体とこの集電体の両側に
形成された電極活物質とから構成し、突出端部は電極活
物質が形成されていない集電体のみとするのが好まし
い。抵抗の大きい電極活物質が介在しないことにより電
極の突出端部と集電スペーサとの間の電気抵抗を小さく
できる。さらに、互いに巻回された正極、負極およびセ
パレータの巻回中心には正極および負極の一方と通電し
て電流路を形成する芯棒をもつものとすることができ
る。芯棒は電流路となるとともに正極、負極およびセパ
レータの巻回中心となり、巻回作業を容易にする利点が
ある。

【００１９】心棒は、正極の突出端部あるいはそれに巻
回された集電スペーサと当接する正極通電部と、負極の
突出端部あるいはそれに巻回された集電スペーサと当接
する負極通電部と、正極通電部および負極通電部の間に
介在する絶縁中心部とから構成されている。すなわち、
心棒の両端部が、それぞれ通電路を構成するものであ
る。芯棒は、電池の中央に位置することもあり、外部に
電流を取り出すのに都合が良い。

【００２０】本発明の巻回電極電池の巻回電極は、正極
および負極を互いに軸線方向の反対側にセパレータの軸
線方向端より突出した突出端部とした状態でこれら正
極、セパレータ、負極およびもう一つのセパレータを互
いに重ね合わせるとともに軸線方向両端の各該突出端部
に長尺状の集電スペーサをそれぞれ重ねた状態で巻回す
ることにより形成できる。

【００２１】巻回電極の突出端部と集電スペーサとで構
成される部分を径方向に押圧し、突出端部と集電スペー
サとが確実に当接するようにするのが好ましい。特に、
集電スペーサの厚さが径方向に隣合う突出端部間の間隙
より小さい場合、突出端部と集電スペーサとを径方向に
圧縮して両者を当接させる必要がある。これにより突出
端部と集電スペーサ間の電気抵抗を小さくできる。

【００２２】また、巻回の工程の初期に、集電スペーサ
と心棒の端子部とを互いに溶接し、突出端部と集電スペ
ーサとは巻回の工程中にあるいは巻回の後で径方向に互
いに溶接するのが好ましい。これにより、巻き始めに集
電スペーサを心棒に固定できるばかりではなく、集電ス
ペーサと心棒の端子部との導通が良くなるとともに、突
出端部と集電スペーサ間の電気抵抗をより一層小さくで
きる。

【００２３】

【作用効果】本発明の巻回電極電池は、集電スペーサの
両側に電極の突出端部が当接している。電極を中心に見
ると電極の突出端部の両側に集電スペーサが当接してい
ることになる。このため集電スペーサと当接する電極の
面積を大きくとれることになる。このため電極と集電ス
ペーサとの間の電気抵抗を小さくできる。それゆえ、エ
ンジンスタータを駆動する場合のような大電流が流れる
強放電の場合でも、電池の内部抵抗による損失や発熱を
それだけ小さくできる。

【００２４】また、本発明の巻回電極電池の製造方法
は、正負極が互いにずらされて巻回することにより、得
られる円筒状の一端には正極の突出端部のみが突出し、
他端には負極の突出端部のみが突出する。また、正負極
の間にはセパレータが介在することもあり、径方向に隣
合う突出端部間には、少なくとも相手極の電極の厚さと
セパレータの厚さとを合わせた厚さに相当する間隔が存
在することになる。この間隔に集電スペーサが介装され
る。したがって、集電スペーサの介装による巻回の不都
合がなく、スムースな巻回作業が可能となる。

【００２５】

【実施例】

［実施例１］ （実施例１の構成）本発明の実施例１としての巻回電極
電池を図１に示す。この巻回電極電池は、芯棒１と、巻
回電極２と、ケース３と、ケース３内に保持された非水
電解液（図示せず。）とからなる。

【００２６】芯棒１は、一端部にフランジ１１とこのフ
ランジ１１より突出し外周にねじ山が形成された突部１
２とを有する筒状の正極端子部１３と、この正極端子部
１３の軸長より軸長が短くほぼ同一の形状を持つ負極端
子部１４と、これら正極端子部１３および負極端子部１
４をそれらの他端部の軸孔に装着されて一体的に連結す
る中央部にリング状突部１５をもつ連結ピン１６とから
なる。正極端子部１３および負極端子部１４は端子とし
て機能するために導電体で形成され、連結ピン１６は両
者を絶縁するため電気絶縁体で形成されている。

【００２７】巻回電極２は、正極２１と負極２２と２枚
のセパレータ２３と正極側の集電スペーサ２４と負極側
の集電スペーサ２５とから構成されている。正極２１
は、アルミニウム箔で形成された集電体２１１と、この
集電体２１１の上端縁部を除く両面上に形成されたリチ
ウムマンガン酸化物等からなる正極活物質層２１２とか
らなる。活物質が形成されていない上端縁部が、本発明
でいう突出端部２１３となる。

【００２８】負極２２は、銅箔で形成された集電体２２
１と、この集電体２２１の下端縁部を除く両面上に形成
されたカーボン等からなる負極活物質層２２２とからな
る。活物質が形成されていない下端縁部が、本発明でい
うもう一方の突出端部２２３となる。正極側の集電スペ
ーサ２４は、正極側の集電体２１１と同じ材質のアルミ
ニウムで形成された帯状部材である。一方、負極側の集
電スペーサ２５は、負極側の集電体２２１と同じ材質の
銅で形成された帯状部材である。

【００２９】２枚のセパレータ２３はポリエチレンまた
はポリプロピレンで形成されたシートから構成されてい
る。巻回電極２は、図１から明らかなように、正極２１
に一方のセパレータ２３が積層され、さらにその上に負
極２２、さらにその上に他方のセパレータ２３が積層さ
れた４層構造となっている。そして正極２１は上側に、
負極２２は下側にずれ、それらの突出端部２１３、２２
３が、それぞれ負極２２の上端および正極２１の下端よ
り突出した相対位置を取る。すなわち、本実施例の巻回
電極では、正極活物質層２１２と負極活物質層２２２と
が互いにずれることが無く重なるように配置されてい
る。そして２枚のセパレータ２３は、これら正極活物質
層２１２、負極活物質層２２２の間に配置され、両者を
物理的に分離させるものである。本実施例では、各セパ
レータ２３は、正極活物質層２１２および負極活物質層
２２２より僅かに大きく、各活物質層の４辺より僅かに
突出した状態にある。

【００３０】正極側の集電スペーサ２４は、正極側の集
電体２１１の上端縁部に当たる突出端部２１３の外周面
上に積層される。同様に、負極側の集電スペーサ２５
は、負極側の集電体２２１の下端縁部に当たる突出端部
２２３の外周面上に積層される。これらの集電スペーサ
２４、２５は、この状態で、正極２１、負極２２および
２枚のセパレータ２３とともに巻回される。

【００３１】本実施例では、これらの集電スペーサ２
４、２５の厚さが、１枚のセパレータ２３の厚さと、そ
れぞれ１層の正極活物質層２１２または負極活物質層２
２２の厚さとを合わせた厚さよりも、わずかに厚くされ
ている。このため、集電スペーサ２４、２５はそれぞれ
の突出端部２１３、２２３で両側から挟持された状態と
なり、集電スペーサ２４、２５の相背向する両面はそれ
ぞれの突出端部２１３、２２３に確実に当接することに
なる。

【００３２】本実施例の巻回電極２は前記した構造とな
る。なお、この巻回電極２は、後で説明するように、芯
棒１に巻回されて形成され、芯棒１の正極端子部１３の
外周面に正極２１の突出端部２１３が当接し、さらに遠
心方向に集電スペーサ２４、突出端部２１３……と積層
されることになる。負極端子部１４も同様に、その外周
面に負極２２の突出端部２２３が当接し、さらに遠心方
向に集電スペーサ２５、突出端部２２３……と積層され
ることになる。

【００３３】ケース３は、金属製の筒部３１と蓋部３
２、３２とで構成されている。筒部３１の内周面および
蓋部３２、３２の内側面には絶縁皮膜が形成されてお
り、電気絶縁が図られている。蓋部３２は外周縁部が筒
状に成形されかつ中心部に貫通孔を持つ。これらの蓋部
３２は、筒部３１の両端の開口に挿入固定される。な
お、両蓋部３２、３２には、それぞれの中心部の貫通孔
に絶縁パッキング３３を介して芯棒１の正極端子部１３
および負極端子部１４の突部１２が装着され、その後各
突部１２にワッシャーを挟持して雌ねじ３４が螺合され
ており、両蓋部３２は、気密および液密に固定されてい
る。

【００３４】この実施例の巻回電極電池は、以上の構成
を持つ。 （実施例１の製造方法）次に、本実施例の巻回電極電池
の製造方法を説明する。芯棒１およびケース３について
は通常の機械加工および塑性加工等で容易に作ることが
できる。それゆえ、ここでは主に巻回電極２の製造方法
について説明する。

【００３５】正極２１、負極２２は、通常の方法で集電
体２１１、２２１の突出端部２１３、２２３を除く両面
に、正極活物質、負極活物質を塗布しそれぞれ正極活物
質層２１２、負極活物質層２２２を形成して予め製造し
ておく。また、通常の方法で、セパレータ２３、集電ス
ペーサ２４、２５も調製しておく。巻回方法としては、
図２に模式的に示す方法を使用する。この方法に使用す
る装置は、芯棒１を保持回転駆動する芯棒回転部（図示
せず）と、２個の押さえローラ２８、２９と、正極２
１、負極２２、セパレータ２３および集電スペーサ２
４、２５をそれぞれ送り出す送り部（図示せず）とから
なる。なお、各送り部は、正極２１、負極２２、セパレ
ータ２３および集電スペーサ２４、２５の軸線方向の相
対位置を調節され、正極２１の正極活物質層２１２と負
極２２の負極活物質層２２２および２個のセパレータ２
３が互いに重なる状態になり、かつ集電スペーサ２４が
正極２１の突出端部２１３、集電スペーサ２５が負極２
２の突出端部２２３に重なる状態になるように配置され
ている。

【００３６】この状態で芯棒回転部に保持された芯棒１
の外周に、正極２１、負極２２、セパレータ２３および
集電スペーサ２４、２５の一端を押さえローラ２８、２
９によって挟持させる。この状態で芯棒回転部を駆動し
て芯棒１を回転し、芯棒１の外周面に、正極２１、負極
２２、セパレータ２３および集電スペーサ２４、２５を
巻き付ける。これにより巻回電極２が製造できる。

【００３７】この芯棒１に巻回された巻回電極２は通常
の方法によりケース３に非水電解液とともに密閉状態で
収納され、本実施例の巻回電極電池が製造される。 （実施例１の作用効果）本実施例の巻回電極電池は充電
あるいは放電する際、正極２１および負極２２の活物質
の化学エネルギーが電気エネルギーに変換され、それぞ
れ集電体２１１、２２１を軸線方向に流れ、それぞれの
突出端部２１３、２２３の方向あるいは突出端部から流
れ出る。突出端部の両側に当接している集電スペーサ２
４、２５を介して径方向に流れ、芯棒１の正極端子部１
３、負極端子部１４を介し、電池に接続された外部負荷
に流れる。

【００３８】この巻回電極電池では、電極を構成する集
電体には電流は軸線方向のみに流れ、集電体上において
電流の集中は起こらない。従って、電流集中による集電
体の異常発熱等が回避できる。また、集電体の突出端部
の両側に集電スペーサが当接している。このため集電ス
ペーサとの当接面積が大きく、強放電のような大電流が
流れる場合でも、集電体の突出端部と集電スペーサとの
接触界面における発熱は少ない。

【００３９】このように、本実施例の巻回電極電池は、
電極での電流集中が起こりにくく、かつ、広い面積で接
触して集電スペーサに伝導されるため、単位面積当たり
に流れる電流は少なく、それだけ抵抗も小さい。すなわ
ち、本実施例の巻回電極電池は内部抵抗が小さいという
優れた特性を持ち、強放電に適した電池となる。 （実施例１の各種変形例）前記した図１に示す実施例１
の巻回電極電池の芯棒１を別の形成の部材に変えた変形
例の巻回電極電池について、その右側部分を断面とした
一部断面図を図３に示す。

【００４０】この変形例の芯棒１の正極端子部１３およ
び負極端子部１４は、それぞれ軸線方向に間隔を隔てて
２個の側壁を貫通する通孔１３１、１３２および１４
１、１４２を持つ。また、負極端子部１４の下端側の開
口が栓１４３で閉じられていることである。正極端子部
１３の通孔１３１は、ケース３内に収納された巻回電極
２の上端の上方にある空間３５に連通し、通孔１３２
は、巻回電極２の負極電極２２の上端と正極側集電スペ
ーサ２４の下端との間に形成される空間２６に連通して
いる。また、負極端子部１４の通孔１４１は、ケース３
内に収納された巻回電極２の下端の下方にある空間３６
に連通し、通孔１４２は、巻回電極２の正極電極２１の
下端と負極側集電スペーサ２５の上端との間に形成され
る空間２７に連通している。

【００４１】この変形例の芯棒１は、巻回電極２をケー
ス３内に収納した後、芯棒１の軸孔から非水電解液をケ
ース３内に導入するためのものである。非水電解液は芯
棒１の軸孔の上側開口から注入され、軸孔内の非水電解
液は通孔１３１、１３２および通孔１４１、１４２を通
って空間３５、２６および空間２６、２７に導入され
る。

【００４２】空間３５、３６に入った非水電解質は、空
間３５、３６がリング形状となっているのでそのまま中
心側から遠心側に流れて空間３５、３６を満たす。空間
２６および２７は渦巻き状に中心から遠心側に延びてい
るので、非水電解液は渦巻き状に流れてこれら空間２
６、２７を満たす。これによりケース３内に非水電解液
を注入することができる。

【００４３】正極２１および負極２２の正極活物質層２
１２、負極活物質層２２２へは空間２６、２７を満たす
非水電解液が径方向に浸入して入り込む。なお、非水電
解液の注入後、正極端子部１３の軸孔は栓（図示せず）
で閉じられ密閉される。図３の空間２６、２７では、正
極２１および負極２２によって中心側から遠心側への非
水電解液の流れが阻止されている。この流れを可能にす
るには、例えば図４に示すように、正極２１の突出端部
２１３の内側に通孔２１４を作り、同様に負極２２の突
出端部２２３の内側に通孔２２４を形成することにより
可能となる。非水電解液は、これら通孔２１４、２２４
を通って、正極２１および負極２２の反対側に容易に流
入できる。

【００４４】図３の空間３５と２６および空間３６と２
７はそれぞれ正極側集電スペーサ２４および負極側集電
スペーサ２５で隔離され、空間３５と空間２６との間、
および空間３６と空間２７との間の非水電解液の流通は
困難である。この流通を可能にするには、例えば、図５
に示すように、集電スペーサ２４を長手方向に波状に延
びるものとか、ジグザク状に延びるものを使用すること
により可能となる。すなわち、軸線方向に伸びる通孔２
４１により２つの空間が連結され、非水電解液の流通が
容易となる。

【００４５】実施例の巻回電極電池の集電スペーサの厚
さを変え、薄い集電スペーサ２４を用いて巻回した状態
を図６に示す。集電スペーサ２４が薄いため、突出端部
２１３の両側に集電スペーサ２４が当接することができ
ず、間隔が開く。かかる場合には、積層方向（径方向）
に圧縮し、突出端部２１３を変形させることにより突出
端部の両側に集電スペーサ２４を当接させることが可能
となる。

【００４６】また、電極２を巻回する際に、図７に示す
ように突出端部２１３と集電スペーサ２４とが重なって
いる部分に重なり方向にレーザービームを照射すること
により突出端部２１３と集電スペーサ２４とを溶接する
ことができる。これを所定間隔毎に溶接することにより
突出端部２１３と集電スペーサ２４とが確実に一体化さ
れた巻回電極を得ることができる。

【００４７】なお、溶接はレーザービーム溶接に限られ
るものではなく、シーム溶接、超音波溶接、通電溶接等
従来公知の溶接方法で溶接することができる。また、溶
接は単に重なり合う突出端部２１３と集電スペーサ２４
とを溶接するだけではなく、より深く重なり合う数層を
貫いて溶接することも好ましい。巻回された電極の両端
部分を強化すると同時により一体化して径方向の電気抵
抗を小さくするため、例えば図８に示すように、芯棒１
の端子部と集電スペーサ２４および突出端部２１３で形
成される端面上よりレーザービーム等の適当な溶接方法
で径方向に連続する溶接部を形成することが好ましい。

【００４８】また、図９に示すように、芯棒１の端子部
と集電スペーサ２４および突出端部２１３とで形成され
る端面上に、ＴＩＧ溶接等で溶着金属層を形成するのも
好ましい。さらには、図１０に示すように、端面に集電
端面板Ａ１を溶接するのも好ましい。これによりさらに
電気抵抗を小さくすることができる。なお、溶接の場
合、負極側の集電スペーサの材質としては、Ｎｉ又はそ
の合金、成分としてＮｉを含むメッキを施したＣｕ材
料、成分としてＳｎを含むメッキを施したＣｕ材料等が
好ましい。これは、レーザ（ＹＡＧレーザ・Ｃｏ₂ レー
ザ等）溶接の場合、レーザはＣｕ表面で反射され易く、
溶融が実現されにくいが、Ｎｉ・Ｓｎ等では十分な吸収
により溶融がなされ、かつ、Ｃｕとの溶融・混合後も溶
接欠陥等を生じないためである。また抵抗溶接の場合、
Ｃｕ材は電気伝導性がよく抵抗発熱が生じがたいが、Ｎ
ｉ・Ｓｎでは発熱し易く溶接も容易であり、電極寿命も
長いと考えられる為である。

【００４９】［実施例２］ （実施例２の構成および製造方法）本発明の実施例２と
しての巻回電極電池は、図１１に示すように、正極側の
集電スペーサ２４の軸線方向端面には、集電体２１１と
同じ材質からなる溶着金属Ｄが接合し、正極２１の突出
端部２１３と集電スペーサ２４とを強固に接合してい
る。すなわち、図１２に示すように、正極２１の突出端
部２１３は、集電スペーサ２４からさらに突出する突出
先端部２１５をもち、突出先端部２１５は、集電スペー
サ２４の端面に折り重ねられて、レーザ光線Ｌによるレ
ーザ溶接により集電スペーサ２４の軸線方向端面に固着
している。

【００５０】一方、負極側も、正極側と同様の製造方法
により、同様に構成されている。 （実施例２の作用効果）本実施例の巻回電極電池では、
正負の集電スペーサ２４，２５の軸線方向端面に、それ
ぞれ正極２１および負極２２の突出端部２１３，２２３
の突出先端部２１５，２２５がレーザ溶接によって溶着
している。それゆえ、正負の集電スペーサ２４，２５の
軸線方向端面には、溶着金属Ｄが一様に溶着し、半径方
向および周方向に集電スペーサ２４，２５と正極２１お
よび負極２２の突出端部２１３，２２３とが強固に溶接
される。その結果、正負の突出端部２１３，２２３から
それぞれ集電スペーサ２４，２５を介して端子部１３，
１４に至るまでの導電路が確保され、内部抵抗が小さく
なるので大電流にも良く耐え、電池性能がさらに向上す
るという効果がある。

【００５１】なお、集電スペーサ２４，２５の軸線方向
端面に直接レーザ光線を当てると、集電スペーサ２４，
２５が銅材からなる場合には特に、反射率が高く表面の
みの溶け込み深さしか得られないので、十分な断面積の
電流路の確保が困難である。それに対して、本実施例で
は正極２１および負極２２の突出端部２１３，２２３の
突出先端部２１５，２２５が折り重ねられているので、
この突出先端部２１５，２２５がレーザ光線を良く吸収
する。その結果、突出先端部２１５，２２５が良好な溶
け込みを生じ、集電スペーサ２４，２５の軸線方向端面
と良く溶け込んで溶接されるので、十分な断面積の電流
路が形成され、巻回電極電池の内部抵抗が低減されて大
電流にも耐え得るようになる。

【００５２】（実施例２の変形態様）本実施例の変形態
様として、レーザ溶接に代えて超音波溶接を使用して、
突出先端部２１５，２２５がそれぞれ集電スペーサ２
４，２５の軸線方向端面と溶接されている巻回電極電池
の実施も可能である。本変形態様によっても、前述の本
実施例とほぼ同様の作用効果が得られる。

【００５３】［実施例３］ （実施例３の構成および製造方法）本発明の実施例３と
しての巻回電極電池は、図１３にカシメ工程を示すよう
に、集電スペーサ２４’の軸線方向端面部で、集電スペ
ーサ２４のスペーサ辺縁部２９と突出先端部２１５とが
一体にかしめられている点が、前述の実施例２と異なっ
ている。

【００５４】すなわち、（負極端部も同様であるから）
正極端部を例に取ると、図１４に巻回後の状態を示すよ
うに、集電スペーサ２４’は、スペーサ本体部２８と、
スペーサ本体部２８の軸線方向に突出するスペーサ本体
部２８よりも薄いスペーサ辺縁部２９とをもっている。
また、前述の実施例２と同様に、正極２１の突出端部２
１３は、集電スペーサ２４’からさらに突出する突出先
端部２１５をもっている。

【００５５】そこで、再び図１３に示すように、外周側
から求心方向へとカシメ工具Ｔをもってスペーサ辺縁部
２９をかしめていくと、スペーサ辺縁部２９と突出先端
部２１５とが、互いに折り重ねられて一体にかしめられ
るに至る。その結果、互いにかしめられて強固に接合さ
れたスペーサ辺縁部２９と突出先端部２１５とは、電気
伝導性に優れた一枚のプレート状の導電路（カシメ部
Ｃ）を形成して、正極２１から正極端子部１３まで電流
を導く。

【００５６】（実施例３の作用効果）本実施例では、互
いにかしめられて強固に接合されたスペーサ辺縁部２９
と突出先端部２１５とは、電気伝導性に優れた導電路を
形成して、正極２１から正極端子部１３まで電流を導
く。負極側においても同様である。それゆえ、本実施例
の巻回電極電池の内部抵抗が減り、巻回電極電池の過熱
が防止されると共に大電流にも耐え得るようになる。

【００５７】［実施例４］ （実施例４の構成）本発明の実施例４としての巻回電極
電池は、図１５に示すように、互いに巻回された突出端
部２１３，２２３および集電スペーサ２４，２５の軸線
方向端部に融接している集電端子板Ａ１，Ａ２をもつ。
突出端部２１３，２２３および集電スペーサ２４，２５
の軸線方向端部と集電端子板Ａ１，Ａ２とは、突出端部
２１３，２２３の突出先端部２１５，２２５が溶融した
溶着金属Ｆにより、互いに溶接されている。なお、集電
端子板Ａ１，Ａ２は、集電スペーサ２４，２５と同一の
材料（銅または銅合金）から形成されている。

【００５８】（実施例４の製造方法）本実施例の巻回電
極電池では、（負極端部も同様であるから）正極端部を
例に取ると、図１６に示すように、巻回後、互いに巻回
された突出端部２１３および集電スペーサ２４の軸線方
向端部に、集電端子板Ａ１が熱圧着されて融接される。

【００５９】熱圧着の方法としては、集電端子板Ａ１を
高速回転させながら徐々に突出端部２１３および集電ス
ペーサ２４の軸線方向端部に近づけ、集電スペーサ２４
の間から突出している突出先端部２１５を摩擦熱で溶か
しながら融着させることができる。この際、集電端子板
Ａ１を予熱しておくとなおよい。あるいは、集電端子板
Ａ１を突出先端部２１５の融点以上の温度にまで加熱昇
温して、突出端部２１３および集電スペーサ２４の軸線
方向端部に被せても良い。

【００６０】いずれの熱圧着方法によっても、突出先端
部２１５が溶融して溶着金属となり、突出端部２１３お
よび集電スペーサ２４の軸線方向端部と集電端子板Ａ１
との間に融接部Ｆを形成して正極２１の集電体２１１と
集電端子板Ａ１との間で良好な導通が得られる。 （実施例４の作用効果）本実施例の巻回電極電池では、
再び図１５に示すように、正負それぞれの融接部Ｆによ
り、集電体２１１，２２１と集電端子板Ａ１，Ａ２との
間で良好な導通が得られる。それゆえ、集電端子板Ａ
１，Ａ２により、正極端子部１３および負荷端子部１４
と各集電体２１１，２２１との間で良好な導通が得られ
るので、巻回電極電池の内部抵抗は極めて小さくなる。
その結果、内部抵抗による発熱および損失が低減される
ので、本実施例の巻回電極電池は、前述の各実施例にも
増して、大電流にも良く耐えうるようになるという効果
がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施例１としての巻回電極電池の断面を示す
部分分解断面図である。

【図２】 実施例１としての巻回電極電池の製造方法に
おいて、シート状電極を巻回して巻回電極を製造する巻
回方法を示す模式図である。

【図３】 実施例１の一変形例の巻回電極電池の一部断
面図である。

【図４】 実施例１の電極の他の例を示す巻回電極の斜
視図である。

【図５】 実施例１の集電スペーサの他の例を示す部分
拡大図である。

【図６】 実施例１において薄い集電スペーサを用いて
巻回した状態を示す部分拡大図である。

【図７】 実施例１としての製造方法において、巻回し
た部分をスポット溶接する状態を示す模式図である。

【図８】 実施例１の他の製造方法で巻回した電極の端
面を溶接する状態を示す模式図である。

【図９】 実施例１のさらに他の方法で巻回した電極の
端面を溶接する状態を示す模式図である。

【図１０】 実施例１の変形態様において巻回下端面に
集電端面板を溶接する状態を示す模式図である。

【図１１】 実施例２としての巻回電極電池の構成を示
す断面図である。

【図１２】 実施例２の巻回電極電池の製造方法を示す
断面図である。

【図１３】 実施例３の巻回電極電池の製造方法のカシ
メ工程を示す断面図である。

【図１４】 実施例３の巻回電極電池のカシメ工程前の
状態を示す断面図である。

【図１５】 実施例４としての巻回電極電池の構成を示
す半断面図である。

【図１６】 実施例４の巻回電極電池の製造方法を示す
断面図である。

【符号の説明】

１：芯棒 １１：フランジ １２：突部 １３：正極端子部 １３１，１３２：通孔 １４：負極端子部 １４１，１４２：通孔 １６：連結ピン ２：巻回電極 ２１：正極 ２１１：集電体 ２１２：正極活物質層 ２１３：突出端部 ２１４：通孔 ２１５：突出先
端部 ２２：負極 ２２１：集電体 ２２２：負極活物質層 ２２３：突出端部 ２２４：通孔 ２２５：突出先
端部 ２３：セパレータ（二枚） ２４，２４’：集電スペーサ（正極側） ２４１：通
孔 ２５：集電スペーサ（負極側） ２６，２７：空間 ２８：スペーサ本体部 ２９：スペーサ辺縁部 ３：ケース ３１：筒部 ３２：蓋部 ３３：絶縁パッキング
３４：雌ねじ ３５，３６：空間 Ｄ：溶着金属 Ｌ：レーザ光線 Ｃ：カシメ部
Ｔ：カシメ工具 Ａ１：集電端子板（正極側） Ａ２：集電端子板（負
極側） Ｆ：融接部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮田 芳生 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 (72)発明者 藤木 康二 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 (72)発明者 田村 智明 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内

Claims (20)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 方形の正極と、方形の負極と、該正極お
   よび該負極の間にそれぞれ介在する２枚の方形のセパレ
   ータとが、円筒状に巻かれた巻回電極をもつ電池であっ
   て、 該正極および該負極のうち少なくとも一方は、該セパレ
   ータの軸線方向端より突出した突出端部を有し、 巻回されて径方向に隣合う該突出端部間には両該突出端
   部と当接して電気的に接続する集電スペーサが介在し、
   該突出端部とともに巻回されていることを特徴とする巻
   回電極電池。
2. 【請求項２】 前記集電スペーサの厚さは径方向に隣合
   う前記突出端部間の間隙より小さく、該突出端部と該集
   電スペーサとは径方向に圧縮されて該集電スペーサと両
   該突出端部とが当接している請求項１記載の巻回電極電
   池。
3. 【請求項３】 前記集電スペーサは軸線方向に貫通する
   孔または溝をもつ請求項１記載の巻回電極電池。
4. 【請求項４】 前記集電スペーサは波形状あるいはジグ
   ザグ形状に延びる帯状である請求項１記載の巻回電極電
   池。
5. 【請求項５】 前記突出端部はその前記集電スペーサと
   当接している部分より他端側の部分に貫通孔をもつ請求
   項１記載の巻回電極電池。
6. 【請求項６】 前記突出端部と前記集電スペーサとは径
   方向に互いに溶接されている請求項１記載の巻回電極電
   池。
7. 【請求項７】 前記突出端部は、前記集電スペーサから
   さらに突出する突出先端部をもち、 該突出先端部は、前記集電スペーサの端面に折り重ねら
   れて固着している請求項１記載の巻回電極電池。
8. 【請求項８】 前記集電スペーサは、スペーサ本体部
   と、該スペーサ本体部の軸線方向に突出する該スペーサ
   本体部よりも薄いスペーサ辺縁部とをもち、 該スペーサ辺縁部と前記突出端部の前記突出先端部と
   が、互いに折り重ねられて一体にかしめられている請求
   項７記載の巻回電極電池。
9. 【請求項９】 互いに巻回された前記突出端部およびま
   たは前記集電スペーサの軸線方向端部に当接している集
   電端子板をもつ請求項１記載の巻回電極電池。
10. 【請求項１０】 互いに巻回された前記突出端部および
    または前記集電スペーサの軸線方向端部に融接している
    集電端子板をもつ請求項１記載の巻回電極電池。
11. 【請求項１１】 前記正極および前記負極は、方形の集
    電体と、該集電体の両面に形成された電極活物質とから
    構成され、 前記突出端部には該電極活物質が形成されておらず、前
    記集電スペーサは該集電体と直接当接している請求項１
    記載の巻回電極電池。
12. 【請求項１２】 互いに巻回された前記正極、前記負極
    および前記セパレータの巻回中心には、前記正極および
    前記負極のうち一方と通電して電流路を形成する芯棒を
    もつ請求項１記載の巻回電極電池。
13. 【請求項１３】 前記心棒は、前記正極の前記突出端部
    あるいはそれに巻回された前記集電スペーサと当接する
    正極通電部と、前記負極の前記突出端部あるいはそれに
    巻回された前記集電スペーサと当接する負極通電部と、
    該正極通電部および該負極通電部の間に介在する絶縁中
    心部とから構成されている請求項１２記載の巻回電極電
    池。
14. 【請求項１４】 方形の正極と方形の負極と該正極およ
    び該負極の間に介在する２枚の方形のセパレータとが円
    筒状に巻かれた巻回電極をもつ巻回電極電池の製造方法
    であって、 該正極および該負極を互いに軸線方向の反対側に該セパ
    レータの軸線方向端より突出した突出端部とした状態で
    該正極、該セパレータ、該負極および該セパレータを互
    いに重ね合わせるとともに軸線方向両端の各該突出端部
    に長尺状の集電スペーサをそれぞれ重ねた状態で巻回
    し、巻回されて径方向に隣合う該突出端部間に該集電ス
    ペーサが介在した巻回電極を得ることを特徴とする巻回
    電極電池の製造方法。
15. 【請求項１５】 前記集電スペーサの厚さは径方向に隣
    合う前記突出端部間の間隙より小さく、前記巻回した
    後、該突出端部と該集電スペーサとを径方向に圧縮して
    該集電スペーサと両該突出端部とを当接させる請求項１
    ４記載の巻回電極電池の製造方法。
16. 【請求項１６】 前記巻回の工程の初期に、前記集電ス
    ペーサと心棒の端子部とを互いに溶接し、 該巻回の工程中にあるいは前記巻回の後に、前記突出端
    部と前記集電スペーサとを径方向に互いに溶接する請求
    項１４記載の巻回電極電池の製造方法。
17. 【請求項１７】 互いに巻回された前記突出端部および
    または前記集電スペーサの軸線方向端面に、集電端面板
    を当接する請求項１４記載の巻回電極電池の製造方法。
18. 【請求項１８】 前記突出端部は、前記集電スペーサか
    らさらに突出する突出先端部をもち、 該突出先端部は、巻回後に前記集電スペーサの端面に折
    り重ねられて固着させられる請求項１４記載の巻回電極
    電池の製造方法。
19. 【請求項１９】 前記集電スペーサは、スペーサ本体部
    と該スペーサ本体部の軸線方向に突出する該スペーサ本
    体部よりも薄いスペーサ辺縁部とをもち、 該スペーサ辺縁部と前記突出端部の前記突出先端部は、
    巻回後に互いに折り重ねられて一体にかしめられる請求
    項１８記載の巻回電極電池の製造方法。
20. 【請求項２０】 巻回後、互いに巻回された前記突出端
    部およびまたは前記集電スペーサの軸線方向端部に、集
    電端子板が熱圧着されて融接される請求項１４記載の巻
    回電極電池の製造方法。