JPH11329398A - 巻回電極電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 リチウムイオン二次電池に対しても好適であ
りながら、より大きな放電出力を発揮することができる
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、芯棒１と巻回
電極２とケース３とからなるリチウムイオン二次電池で
ある。巻回電極２は、略帯状の正極２１および負極２２
と、両極２１，２２と共に巻かれている二枚の帯状のセ
パレータ２３とからなる。両極２１，２２は、巻回軸長
方向の互いに背向する方向に突出し内周側から外周側へ
向かって徐々に突出長さが変化している各突出部２１
３，２２３をそれぞれ有し、各突出部２１３，２２３の
直径方向全体に渡る先端部には、集電板２１４，２２４
が溶接されている。各集電板２１４，２２４が集電して
電流を外部電極端子１３，１４にそれぞれ流すので、電
池内の内部抵抗が小さくなり、大電流の出力時の発熱も
減って大出力を発揮できるようになる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、巻回電極電池の技
術分野に属する。

【０００２】

【従来の技術】近年、携帯電話や携帯ビデオカメラ、携
帯情報端末などの電源として、容積当たりのエネルギー
密度および重量当たりのエネルギー密度が高いリチウム
イオン二次電池が主流となりつつあり、自動車用のバッ
テリーとしても注目を集めている。

【０００３】しかし、リチウムイオン二次電池を自動車
用として使用する場合には、大電力を提供することが要
求されるので、通常に行われているタブによる電流の取
り出し方式では、電池の内部抵抗が大きくなるので発熱
の問題や出力不足の問題を生じる。すなわち、単一のタ
ブによる巻回電極からの集電によっては、高出力化への
対応は困難であり、逆に多数のタブを巻回電極に溶着し
ようとすると、多数のタブを巻回電極に溶着しつつ巻回
していくので、生産性が低いという不都合を生じる。ま
た、従来のタブレス方式の電流取りだし方式でも、大出
力化に十分には対応することができず、大電流を取り出
す場合には内部抵抗による発熱が大きい等の問題を生じ
て不都合である。

【０００４】このような不都合を解消する目的で、特開
昭５５−８０２６９号公報には、ニッケル・カドミウム
電池に好適な従来技術としての巻回電極電池が開示され
ている。この巻回電極電池においては、巻回電極の金属
箔と活物質層とが共存しており突出長さが一定である突
出部の端面に対し、電極端面全体を覆う円盤状の集電体
が溶接されて外部電極端子との接続が行われている。同
公報の従来技術によれば、通常のタブ方式やタブレス方
式に比較して、巻回電極をもつニッケル・カドミウム電
池の放電特性がいくらか改善される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前述の従来技術におい
ては、ニッケル・カドミウム電池を前提としているの
で、巻回電極の金属箔と活物質層とが共存しており突出
長さが一定である突出部の端面に対し、電極端面全体を
覆う円盤状の集電体を溶接することが可能である。しか
しながら、リチウムイオン二次電池においては、正極お
よび負極を形成する金属箔が数十μｍ程度の厚さしかな
く大変薄いので、溶接に必要な端面方向からの加圧力が
不足し、従来技術を適用することは困難である。また、
リチウムイオン二次電池においては、通常、正極は難溶
接材料であるアルミ箔によって形成されており、負極も
また難溶接材料である銅箔によって形成されている。そ
れゆえ従来技術のように、突出長さが一定である突出部
の端面に対して電極端面全体を覆う円盤状の集電体を溶
接することは困難である。

【０００６】そこで本発明は、リチウムイオン二次電池
に対しても好適でありながら、より大きな放電出力を発
揮することができる巻回電極電池を提供することを解決
すべき課題とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、発明者らは以下の手段を発明した。 （第１手段）本発明の第１手段は、請求項１記載の巻回
電極電池である。本手段では、巻回電極の正極および負
極のうち少なくとも一方は、巻回軸長方向に突出し内周
側から外周側へ向かって徐々に突出長さが変化している
突出部を有している。さらに本手段の巻回電極電池は、
正極や負極の上記突出部に複数箇所で接続され電極端子
に接続された集電板を有する。

【０００８】それゆえ、本手段においては、上記集電板
が、正極や負極の突出部に対して垂直にではなく角度を
もって斜めに当接するので、集電板に適正な押圧力をか
けて突出部に当接させれば、集電板に対して突出部の先
端がほぼ平行に当接する。その結果、集電板に対して突
出部がある程度大きな当接面積をもって当接するので、
突出部と集電板とを溶接等で互いに接続する際に、接続
部の電気抵抗が小さく抑制される。そのうえ集電板は、
突出部に複数箇所で接続されているので、突出部が薄い
金属箔で形成されていても、集電板と突出部との間の電
気抵抗はより小さく抑制される。また、集電板は適正な
幅および厚さ（すなわち断面積）をもつ良導体で形成さ
れるのが普通であるから、集電板自体の電気抵抗も小さ
いだけではなく、集電板と電極端子との間の接続抵抗
も、溶接等の接続方法によれば小さく抑制される。その
結果、電池内で巻回電極から集電するための構成がもつ
電気抵抗が小さく抑制され、巻回電極電池全体の内部抵
抗が低減されて、大電力を充電および放電する際にも内
部抵抗による発熱が抑制される。

【０００９】したがって本手段の巻回電極電池によれ
ば、より大きな充電回生および放電出力を発揮すること
ができるという効果がある。なお、本手段は、集電板と
薄い金属箔との接続を容易にするので、正極および負極
に薄い金属箔をもつリチウムイオン二次電池に対しても
好適である。 （第２手段）本発明の第２手段は、請求項２記載の巻回
電極電池である。

【００１０】本手段では、突出部のうち少なくとも先端
部は、活物質を塗布されていない金属箔であるので、集
電板との接続が容易であるばかりではなく、接続抵抗も
小さく抑制される。集電板と突出部との接続が、溶接に
よる場合でも、押圧付勢して当接させる場合でも、ある
いはハンダ付けを含む鑞付けによる場合や、導電性接着
剤で接合する場合でも、活物質が突出部の先端部にまで
塗布されている構成よりも、接続が容易で接続抵抗が小
さくなる。

【００１１】したがって本手段によれば、前述の第１手
段の効果に加えて、集電板と突出部との接続がより容易
であるばかりではなく、接続抵抗もより小さく抑制され
るという効果がある。 （第３手段）本発明の第３手段は、請求項３記載の巻回
電極電池である。

【００１２】本手段では、集電板は、突出部および電極
端子に溶接されているので、接続部での電気抵抗が小さ
いだけはなく、最も強固に接合され振動等によって接続
部が剥離する故障が防止される。したがって本手段によ
れば、前述の第１手段の効果に加えて、巻回電極電池の
内部抵抗がより低減されるばかりではなく、巻回電極電
池の信頼性も向上するという効果がある。

【００１３】（第４手段）本発明の第４手段は、請求項
４記載の巻回電極電池である。本手段では、集電板は、
突出部と同系の材料からなるので、集電板と突出部との
溶接がより容易になる。リチウムイオン二次電池では、
通常、正極は難溶接材料であるアルミ箔によって形成さ
れており、負極もまた難溶接材料である銅箔によって形
成されているので、集電板と突出部との溶接が容易にな
ることは特に大切なことである。

【００１４】したがって本手段によれば、前述の第３手
段の効果に加えて、突出部が難溶接材の薄い箔からなる
リチウムイオン二次電池の場合でも、集電板と突出部と
の溶接がより容易になるという効果がある。 （第５手段）本発明の第５手段は、請求項５記載の巻回
電極電池である。

【００１５】本手段は、巻回電極の巻回軸芯である芯棒
を有するので、本手段では、巻回電極をこの芯棒の周り
に巻回して形成すればよく、巻回電極の製造が容易にな
る。また、この芯棒は、巻回軸長方向のうち少なくとも
一方に電極端子をもつので、正極や負極の突出部と電極
端子との接続が、集電板を介して容易に行うことがで
き、その際、集電板を反転するほど折り返す必要もな
い。

【００１６】したがって本手段によれば、前述の第１手
段の効果に加えて、巻回電極電池の製造がより容易にな
るという効果がある。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明の巻回電極電池の実施の形
態については、当業者に実施可能な理解が得られるよ
う、以下の実施例で明確かつ十分に説明する。 ［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
電池は、図１に示すように、大きく分けて両端に正電極
端子１３および負電極端子１４をもつ芯棒１と、正極２
１、負極２２および二枚のセパレータ２３からなる巻回
電極２と、ケース３とから構成されている。

【００１８】芯棒１は、巻回電極２の巻回軸芯であり、
巻回軸長方向の両端に互いに背向してケース３から突出
して外部に電力を供給する正負一対の正電極端子１３お
よび負電極端子１４を有する。すなわち芯棒１は、正電
極端子１３と、負電極端子１４と、両電極端子１３，１
４の間に介在し両電極端子１３，１４を絶縁して連結す
る絶縁性の連結ピン１５とから構成されている。

【００１９】正電極端子１３は、有底略中空円筒状の金
属部材であり、中間部に形成されケース３の内側に位置
するフランジ１１と、外周面に雄ねじが形成された有底
の先端部とを有する。負電極端子１４は、正電極端子１
３と同様の構成の部材である。連結ピン１５は、合成樹
脂製の略円筒状部材であり、中間部に正電極端子１３と
負電極端子１４とを分離する大径部を有し、両電極端子
１３，１４に嵌合して両者１３，１４を連結する。

【００２０】巻回電極２は、略帯状の正極２１および負
極２２と、両極２１，２２の間にそれぞれ介在し両極２
１，２２とともに巻かれている二枚の帯状のセパレータ
２３とからなる。すなわち巻回電極２は、正極２１およ
び負極２２と二枚のセパレータ２３とが、芯棒１を軸と
してその周りに巻回されて構成されている。図２に示す
ように、正極２１は、突出部２１３を形成する一辺がテ
ーパーした略帯状のアルミニウム箔からなる集電体２１
１と、集電体２１１の両面の矩形の領域に塗布されたリ
チウムマンガン酸化物等の正極活物質層２１２とからな
る。同様に負極２２は、突出部２２３を形成する一辺が
テーパーした略帯状の銅箔からなる集電体２２１と、集
電体２１１の両面の矩形の領域に塗布されたカーボン等
の負極活物質層２２２とからなる。二枚のセパレータ２
３は、平面形が帯状に形成されたポリエチレン（ポリプ
ロピレン等でも良い）製の薄い樹脂シートである。

【００２１】正極２１の突出部２１３と負極２２の突出
部２２３とは、巻回軸長方向（図２中の上下方向）に対
して互いに反対側に形成されており、巻回中心側（図中
左側）から巻回外周側（図中右側）に向かって斜めに短
くなっている。ここで、両突出部２１３，２２３は、活
物質２１２，２２２を塗布されていない裸の金属箔であ
り、活物質２１２，２２２は、正極２１および負極２２
の集電体２１１，２２１のうち、それぞれセパレータ２
３によって分離される矩形の領域にしか塗布されていな
い。

【００２２】すなわち、再び図１に示すように、正極２
１は、巻回軸長方向の一方に突出し内周側から外周側へ
向かって徐々に突出長さが短く変化している突出部２１
３を有している。一方、負極２２は、巻回軸長方向の他
方に突出し内周側から外周側へ向かって徐々に突出長さ
が短く変化している突出部２２３を有している。正極２
１の突出部２１３は、一方（図中上側）に突出してお
り、求心方向から遠心方向に向かって突出高さが減少し
ている。一方、負極２２の突出部２２３は、他方（図中
下側）に突出しており、求心方向から遠心方向に向かっ
て突出高さが減少している。そして二枚のセパレータ２
３は、正極２１および負極２２のうちそれぞれ活物質２
１２，２２２が塗布された領域を互いに分離している。

【００２３】本実施例の巻回電極電池は、巻回電極２の
正極２１の突出部２１３に半径方向の全ての箇所で接続
されているとともに正電極端子１３に接続された二枚の
集電板２１４（図１には一枚のみを表示）を有する。正
極２１用の集電板２１４は、正極２１の突出部２１３を
形成するアルミニウム箔と同系の材料であるアルミニウ
ム板からなり、厚さ１ｍｍ程度の矩形のテープ状の導電
部材である。集電板２１４は、ほぼ全体に渡って正極２
１の突出部２１３の先端部に半径方向の全ての箇所で抵
抗溶接されているとともに、求心方向の端部で正電極端
子１３にも抵抗溶接されている。

【００２４】なお、突出部２１３の各先端部と集電板２
１４とを抵抗溶接する際には、扇状の電極を集電板２１
４の先端部に広く当接させて通電するか、もしくは幅の
ある櫛の歯状の電極集合体を突出部２１３の各部の間に
挿入して通電する。この溶接方法は、後述のように負極
２２の突出部２２３と集電板２２４との抵抗溶接をする
際にも、同様に行われる。

【００２５】ここで、図３に模式的に示すように、巻回
された正極２１の突出部２１３は、螺旋状に巻回されて
いるだけではなく求心方向から遠心方向に向かって突出
長さが短くなっており、突出部２１３の先端は円錐面状
に配設されている。それゆえ集電板２１４は、突出部２
１３に対して垂直にではなく角度をもって斜めに当接す
るので、集電板２１４に適正な押圧力をかけて突出部２
１３に当接させれば、図４に示すように、集電板２１４
に対して突出部２１３の先端部がほぼ平行に当接する。
その結果、突出部２１３が集電板２１４に対してある程
度大きな当接面積をもって当接するので、突出部２１３
の各先端部と集電板２１４との抵抗溶接にあたって、必
要な接合面積が確保されている。

【００２６】本実施例の巻回電極電池はまた、再び図１
に示すように、巻回電極２の負極２２の突出部２２３に
半径方向の全ての箇所で接続されているとともに負電極
端子１４に接続された二枚の集電板２２４（図１には一
枚のみを表示）を有する。負極２２用の集電板２２４
は、負極２２の突出部２２３を形成する銅箔と同系の材
料である銅板からなり、厚さ１ｍｍ程度の矩形のテープ
状の導電部材である。集電板２２４は、ほぼ全体に渡っ
て負極２２の突出部２２３の先端部に半径方向の全ての
箇所で抵抗溶接されているとともに、求心方向の端部で
負電極端子１４にも抵抗溶接されている。

【００２７】ここで、再び図３に模式的に示すように、
巻回された負極２２の突出部２２３は、螺旋状に巻回さ
れているだけではなく求心方向から遠心方向に向かって
突出長さが短くなっており、突出部２２３の先端は円錐
面状に配設されている。それゆえ集電板２２４は、突出
部２２３に対して垂直にではなく角度をもって斜めに当
接するので、集電板２２４に適正な押圧力をかけて突出
部２２３に当接させれば、図４と同様に、集電板２２４
に対して突出部２２３の先端部がほぼ平行に当接する。
その結果、突出部２２３が集電板２２４に対してある程
度大きな当接面積をもって当接するので、突出部２２３
の各先端部と集電板２２４との抵抗溶接にあたって、必
要な接合面積が確保されている。

【００２８】ケース３は、再び図１に示すように、金属
製の筒部３１と、筒部３１の両端の開口部を封止する二
枚の円盤状の蓋部３２とから構成されている。両蓋部３
２には中央部に貫通孔が形成されており、同貫通孔から
正電極端子１３および負電極端子１４の突部１２がそれ
ぞれ突出していて、両突部１２にそれぞれ平ワッシャ状
のナット３４が螺合して各電極端子１３，１４をそれぞ
れ各蓋部３２に固定している。なお、各電極端子１３，
１４およびナット３４とケース３の各蓋部３２との間に
は、それぞれ絶縁パッキング３３が配設されてケース３
を気密にシールしているとともに、各電極端子１３，１
４とケース３とを絶縁している。

【００２９】（実施例１の作用効果）本実施例の巻回電
極電池は、以上のように構成されているので、以下のよ
うな作用効果を発揮する。すなわち本実施例の巻回電極
電池では放電する際に、再び図４に示すように、正極２
１の突出部２１３の各先端部から集電板２１４に電流が
流れて集電され、二枚の集電板２１４を介して正電極端
子１３に正電荷が集電されて外部に出力される。

【００３０】その際、二枚の集電板２１４が、巻回電極
２の直径に沿って突出部２１３の全体に渡って溶接され
て接続されているので、正極２１の中を巻回周方向に長
距離に渡って電流が流れることがなく、短距離で電流が
集電板２１４に達する。それゆえ、正極２１を形成する
集電体２１１の中で電流が長距離に渡って流れず、正極
２１の内部抵抗が低減されるので、正極２１の集電体２
１１での発熱が抑制される。

【００３１】そのうえ、ある程度の面積をもって突出部
２１３の各先端部が集電板２１４に溶接されており、各
溶接部での接続抵抗も小さい。そのうえ、突出部２１３
には正極活物質層２１２が塗布されておらず、突出部２
１３と集電体２１１とが同じアルミニウム材料からなる
ので、溶接部の導電性が良く、各溶接部での接続抵抗が
さらに小さく抑制されている。また、各集電体２１１が
必要な断面積をもって形成されているので、各集電体２
１１の内部抵抗も小さい。さらに、二枚の集電体２１１
の一端が正電極端子１３に溶接されているので、集電体
２１１と正電極端子１３との間での接続抵抗も小さい。

【００３２】したがって、正極２１から集電体２１１を
介して正電極端子１３に至るまで、より小さな電気抵抗
をもって接続されている。この事情は、同様の構成を取
っている負極２２の側でも同様であり、負極２２から集
電体２２１を介して負電極端子１４に至るまで、より小
さな電気抵抗をもって接続されている。その結果、本実
施例の巻回電極電池によれば、内部抵抗が従来技術より
も小さく抑制されているので大電流の放電時および充電
時にも発熱が少なく、より大出力での運用が可能なリチ
ウムイオン二次電池を提供することができるという効果
がある。

【００３３】（実施例１の変形態様１）本実施例の変形
態様１として、図５に示すように、正極２１の突出部２
１３の長さが、実施例１とは逆に求心方向から遠心方向
に向かって徐々に長くなっている構成の巻回電極電池の
実施が可能である。本変形態様では、正極２１の突出部
２１３に対して集電板２１４が遠心方向へ向かって斜め
に押圧されて当接した状態で抵抗溶接されている。この
ような構成は、負極２２の側でも全く同様であり変わる
ところがない。

【００３４】本変形態様の巻回電極電池によっても、前
述の実施例１とほぼ同様の作用効果が得られる。 （実施例１の変形態様２）本実施例の変形態様２とし
て、図６に示すように、正極２１の突出部２１３の長さ
が、上記変形態様１と同様に求心方向から遠心方向に向
かって徐々に長くなっている構成の巻回電極電池の実施
が可能である。しかし、上記変形態様１とは逆に、本変
形態様では、正極２１の突出部２１３に対して集電板２
１４が求心方向へ向かって斜めに押圧されて当接した状
態で溶接されている。それゆえ、突出部２１３がより大
きく屈曲し、より広い接合面積をもって集電板２１４に
溶接されているとともに、集電板２１４の長さも少し短
くなっており、内部抵抗がより低減されている。このよ
うな構成は、負極２２の側でも全く同様であり変わると
ころがない。

【００３５】したがって、本変形態様の巻回電極電池に
よっても、前述の実施例１と同様の作用効果が得られ
る。 （実施例２のその他の変形態様）前述の実施例１および
その変形態様１，２において、突出部２１３，２２３の
各先端部と集電板２１４，２２４とをそれぞれ超音波溶
接で接合する変形態様の実施も可能である。また、各集
電板２１４，２２４の端部と正負の電極端子１３，１４
との溶接までも、超音波溶接によることも可能である。

【００３６】超音波溶接によれば、難溶接材の溶接も容
易になるので、実施例１のリチウムイオン二次電池の正
極２１および負極２２の難溶接材からなる突出部２１
３，２２３の各先端部と集電板２１４，２２４とをそれ
ぞれ溶接するのが容易になる。そればかりではなく、超
音波溶接では発熱が少ないので、正極２１および負極２
２への熱ダメージを防止できるという効果もある。

【００３７】あるいは、前述の実施例１およびその変形
態様１，２において、突出部２１３，２２３の各先端部
と集電板２１４，２２４とをそれぞれレーザー溶接で接
合する変形態様の実施も可能である。また、各集電板２
１４，２２４の端部と正負の電極端子１３，１４との溶
接までも、レーザー溶接によることも可能である。

【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全体構成を
示す断面斜視図

【図２】 実施例１の巻回電極の構成を示す分解展開図

【図３】 実施例１の巻回電極と集電板等とを模式的に
示す側面図

【図４】 実施例１としての巻回電極電池の要部構成を
示す断面図

【図５】 実施例１の変形態様１の巻回電極電池の要部
構成を示す断面図

【図６】 実施例１の変形態様２の巻回電極電池の要部
構成を示す断面図

【符号の説明】

１：芯棒 １３：正電極端子 １１：フランジ １２：突部 １４：負電極端子 １５：連結ピン ２：巻回電極 ２１：正極 ２１１：集電体（アルミニウム箔） ２１２：正極活
物質層 ２１３：突出部 ２２：負極 ２２１：集電体（銅箔） ２２２：負極活物質層 ２２３：突出部 ２３：セパレータ（二枚の樹脂シート） ２１４：集電板（アルミニウム製） ２２４：集電板
（銅製） ３：ケース ３１：筒部 ３２：蓋部 ３３：絶縁パッキング
３４：ナット

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｍ 10/04 Ｈ０１Ｍ 10/04 Ｗ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】略帯状の正極および負極と、該正極および
   該負極の間にそれぞれ介在し該正極および該負極ととも
   に巻かれている帯状のセパレータとからなる巻回電極
   と、 外部に電力を供給する正負一対の電極端子とを有する巻
   回電極電池において、 前記正極および前記負極のうち少なくとも一方は、巻回
   軸長方向に突出し内周側から外周側へ向かって徐々に突
   出長さが変化している突出部を有し、 該突出部に複数箇所で接続され前記電極端子に接続され
   た集電板を有することを特徴とする巻回電極電池。
2. 【請求項２】前記突出部のうち少なくとも先端部は、活
   物質を塗布されていない金属箔である、 請求項１記載の巻回電極電池。
3. 【請求項３】前記集電板は、前記突出部および前記電極
   端子に溶接されている、 請求項１記載の巻回電極電池。
4. 【請求項４】前記集電板は、前記突出部と同系の材料か
   らなる、 請求項３記載の巻回電極電池。
5. 【請求項５】前記巻回電極の巻回軸芯であり前記巻回軸
   長方向のうち少なくとも一方に前記電極端子をもつ芯棒
   を有する、 請求項１記載の巻回電極電池。