【手続補正書】
【提出日】平成17年5月12日(2005.5.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】              明細書
【発明の名称】          電池
【特許請求の範囲】
【請求項１】  長円筒形に巻回された発電要素の双方の端面からはみ出した電極にそれぞれ集電接続体を接続することにより集電を行う電池において、
発電要素の端面からはみ出した電極の少なくとも一つの湾曲部を内周側に屈曲させたことを特徴とする電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、長円筒形に巻回された発電要素の双方の端面からはみ出した電極から集電を行う電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図２に、大型の非水電解質二次電池における従来の発電要素１と集電接続体２の接続構造を示す。この非水電解質二次電池は、２個の長円筒形の発電要素１，１を並べ並列接続したものである。各発電要素１は、正極１ａと負極１ｂをセパレータを介して長円筒形に巻回したものであり、正極１ａは帯状のアルミニウム箔の表面に正極活物質を担持させ、負極１ｂは帯状の銅箔の表面に負極活物質を担持させたものである。ただし、これらの正極１ａと負極１ｂは、それぞれ帯状の片方の側端部に活物質を塗布しない未塗工部を設けておき、この未塗工部でアルミニウム箔と銅箔が露出するようにしている。そして、これらの正極１ａと負極１ｂは、発電要素１の巻回の際に、巻回軸に沿って互いに反対方向にずらすことにより、長円筒形の一方（図示右下）の端面には正極１ａの側端部のアルミニウム箔のみがはみ出し、他方（図示左上）の端面には負極１ｂの側端部の銅箔のみがはみ出すようにしている。従って、これらの電極１ａ，１ｂの金属箔は、上下端部でそれぞれ湾曲して重なり合った湾曲部と、これらの湾曲部の間で垂直方向の平坦な箔として重なり合った直線部とからなる長円筒形として各発電要素１の両端面からはみ出すことになる。
【０００３】
上記２個の発電要素１，１は、長円筒形の平坦な側面同士が直立して重なり合うように横置きに並べられる。そして、これら２個の発電要素１，１の両端部にそれぞれ集電接続体２，２が配置されている。集電接続体２，２は、発電要素１の一方の端部に配置する正極１ａ側のものはアルミニウム合金板からなり、他方の端部に配置する負極１ｂ側のものは銅合金板からなる。各集電接続体２は、ほぼ台形状の水平に配置された本体２ａと、この本体の台形状の底辺部から下方に向けて突設された４本の細長い電極接続部２ｂとからなる。また、各電極接続部２ｂには、板面から突出する凸部が適宜間隔で複数箇所ずつ形成されている。即ち、各集電接続体２は、アルミニウム合金板や銅合金板を、台形状の本体２ａとこの台形状の底辺部から櫛歯状に真っ直ぐ伸びた細長い４本の電極接続部２ｂとをプレス加工により打ち抜くと共に各電極接続部２ｂに凸部を形成し、これらの電極接続部２ｂを基部で本体２ａに対して直角に折り曲げ、折り曲げた各電極接続部２ｂを基部でそれぞれ９０度ねじることにより形成される。また、これら４本の電極接続部２ｂは、左右の２本ずつが対となり、各対の２本の電極接続部２ｂの向かい合う側辺が本体２ａ側とは反対方向に回転するようにねじっている。そして、各電極接続部２ｂの凸部は、このねじりによって、対となるもの同士が向かい合う方向に突出するように突設されている。
【０００４】
上記各集電接続体２は、２個の発電要素１，１の双方の端部の上方に本体２ａを配置すると共に、各電極接続部２ｂがこれらの発電要素１，１の端面に沿って配置されるようにする。即ち、各発電要素１の正極１ａのアルミニウム箔がはみ出す端面側には、アルミニウム合金板からなる集電接続体２が配置され、負極１ｂの銅箔がはみ出す端面側には、銅合金板からなる集電接続体２が配置される。また、各発電要素１の端面からはみ出す電極１ａ，１ｂの金属箔は、対となる２本の電極接続部２ｂの間に長円筒形の直線部を挟み込まれる。
【０００５】
このようにして集電接続体２が配置されると、発電要素１の正極１ａと負極１ｂの金属箔が挟持板３によって各電極接続部２ｂに接続固定される。即ち、各発電要素１の双方の端面では、まず金属箔の直線部の重なりを巻回軸を中心に左右に振り分けて、それぞれの側の電極接続部２ｂに沿わせ、これらの電極接続部２ｂと電極１ａ，１ｂの金属箔とを挟持板３で挟んで挟持させる。すると、対となる２本の電極接続部２ｂの内側の面には、それぞれ金属箔の長円筒形の直線部の左右半分ずつの重なりが密着することになる。そして、このようにして電極接続部２ｂと金属箔を挟持した各挟持板３の両側から超音波溶接を行うことにより、これら電極接続部２ｂと電極１ａ，１ｂの金属箔とが接合される。この際、各電極接続部２ｂには、金属箔と重なり合う内側の面に凸部が形成されているので、これらの金属箔が各凸部で集中的に超音波のエネルギーを受けるようになり、溶着による接合を確実なものにすることができる。各挟持板３は、短冊状の比較的薄い金属板を長手方向に沿って中央で二つ折りにしたものであり、正極１ａ側にはアルミニウム合金板の挟持板３が用いられ、負極１ｂ側には銅合金板の挟持板３が用いられる。
【０００６】
上記集電接続体２，２は、実際には図３に示すように、正負極の端子４，４と共にステンレス鋼板製の蓋板５の両端部に取り付けられる。端子４，４は、蓋板５を上方から貫通してそれぞれ蓋板５の下方に配置した集電接続体２，２の本体２ａ，２ａにカシメによって接続固定される。また、この際、集電接続体２，２と端子４，４との間に絶縁封止材を介在させることにより、端子４，４が蓋板５を貫通する孔を封止すると共に、集電接続体２，２や端子４，４とこの蓋板５との間を絶縁するようになっている。このようにして蓋板５の両端部に集電接続体２，２と端子４，４が取り付けられると、これらの集電接続体２，２の各対の電極接続部２ｂに上記のようにして発電要素１，１が接続される。そして、これら２個の発電要素１は、ステンレス鋼板製の筐体状の電池容器６の内部に上方から挿入して収納され、この電池容器６の上端開口部が蓋板５によって塞がれる。また、この蓋板５の周囲を溶接によって封止し、電池容器６の内部に電解液を注入して、この内部を密閉することにより非水電解質二次電池となる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記非水電解質二次電池は、各発電要素１の双方の端面から突出する電極１ａ，１ｂの金属箔が挟持板３によって挟持された直線部では密着しているのに対して、上下の湾曲部ではセパレータや他方の電極１ｂ，１ａが抜けた隙間があいたままとなるので、電流が直線部に集中し湾曲部との間で電流分布が不均一になる。このため、電極１ａ，１ｂの電流密度が湾曲部で低くなる分だけ直線部で高くなるので、この電流密度の高い部分での活物質等の劣化が早まり、電池寿命が短縮されるという問題があった。つまり、図４に示すように、各発電要素１の双方の端面からはみ出す電極１ａ，１ｂの金属箔が湾曲部でも真っ直ぐ半円筒形に突出したままとなるため、この部分の金属箔への電流分布が粗になり、挟持板３に挟持された直線部での電流分布が密になる。
【０００８】
本発明は、かかる事情に対処するためになされたものであり、発電要素の端面からはみ出した電極を内周側に屈曲させて、これらの電極を密着させ電流分布を密にすることにより電池寿命の短縮を防ぐことができる電池を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１の電池は、長円筒形に巻回された発電要素の双方の端面からはみ出した電極にそれぞれ集電接続体を接続することにより集電を行う電池において、発電要素の端面からはみ出した電極の少なくとも一つの湾曲部を内周側に屈曲させたことを特徴とする。
【００１０】
請求項１の発明によれば、発電要素の端面からはみ出した電極が内周側に屈曲するので、外周側の電極が内周側の電極に密着し電流が流れ易くなることにより、発電要素全体の電流分布を均一にすることができる。
【００１１】
上記電極の屈曲の角度は５°以上であることが好ましい。内外周で隙間をあけて重なり合う電極を確実に密着させるには、少なくとも５°以上の屈曲が必要となるからである。
【００１２】
【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。
【００１３】
図１は本発明の一実施形態を示すものであって、非水電解質二次電池の発電要素の端面からはみ出した電極の金属箔が湾曲部で屈曲した形状を示す縦断面正面図である。なお、図２〜図４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。
【００１４】
本実施形態は、従来例と同様の構成の大型の非水電解質二次電池について説明する。この非水電解質二次電池は、図２及び図３に示した従来例と同様に、２個の長円筒形の発電要素１，１を横置きに並べて並列接続したものであり、各発電要素１は、長円筒形の一方の端面からは正極１ａの側端部のアルミニウム箔がはみ出すと共に、他方の端面からは負極１ｂの側端部の銅箔がはみ出すようになっている。
【００１５】
上記各発電要素１は、一方の端面からはみ出した長円筒形の正極１ａのアルミニウム箔の直線部が一方の集電接続体２の対となる２本の電極接続部２ｂの間に挟み込まれる。また、各発電要素１の他方の端面からはみ出した長円筒形の負極１ｂの銅箔の直線部も、他方の集電接続体２の対となる２本の電極接続部２ｂの間に挟み込まれる。そして、従来例と同様に、これらの金属箔が挟持板３によってそれぞれ各電極接続部２ｂに接続固定される。
【００１６】
上記各発電要素１の双方の端面からは、電極１ａ，１ｂの金属箔が長円筒形にはみ出すことになる。即ち、各発電要素１のそれぞれの端面の上下端部からは、湾曲部の金属箔が同心状の半円筒形にそれぞれ突出し、これらの間の直線部では、垂直方向の平坦な金属箔が重なり合って突出する。ここで、本実施形態では、図１に示すように、上下端部の湾曲部の電極１ａ，１ｂの金属箔を内周側に屈曲させている。つまり、挟持板３に挟持されて集電接続体２の電極接続部２ｂに接続される直線部の金属箔を除外して、それ以外の直接集電接続体２への接続が行われない湾曲部の金属箔が全て屈曲される。従って、この湾曲部の金属箔は、皺が寄った状態で先端がすぼみ、内周側に重なる金属箔と密着することになる。そして、これにより、各発電要素１の端面からはみ出す電極１ａ，１ｂの金属箔は、湾曲部は屈曲により密着し、直線部は挟持板３による挟持と溶接により密着するので、これらはみ出した金属箔がいずれの位置でも電流が流れ易くなって、発電要素１の両端部での電流分布が均一になる。
【００１７】
上記各発電要素１の端面からはみ出す電極１ａ，１ｂの金属箔は、５°以上の角度で屈曲することが好ましい。また、この屈曲は、傾斜角度が一定である必要はなく、図１に示したように、先端側ほど徐々に傾斜角度が大きくなるように屈曲させることもでき、この場合には最大の傾斜角度が５°以上となるようにすればよい。この屈曲の角度が小さい場合には、湾曲部で重なる金属箔の内外周の間隙が小さくなるだけとなるため、これらの金属箔を確実に密着させるには、少なくとも５°以上の屈曲が必要となる。このように電極１ａ，１ｂの金属箔を屈曲させる加工は、発電要素１の巻回工程が終了後に直ちに行ってもよいし、集電接続体２への取り付け工程後に行ってもよい。
【００１８】
上記２個の発電要素１，１は、従来例と同様に、電池容器６の内部に上方から挿入される。この際、各発電要素１の端面の下端部の湾曲部からはみ出す電極１ａ，１ｂの金属箔が先端ほど上向きに屈曲されているので、電池容器６の上端開口部の縁にこの金属箔が引っ掛かるようなことがなくなり、挿入作業を円滑に行うことができるようになる。このようにして電池容器６の内部に発電要素１，１が収納されると、これらの発電要素１，１に接続された集電接続体２，２に端子４，４と共に予め取り付けていた蓋板５でこの電池容器６の上端開口部が塞がれ、電解液が注入されることにより非水電解質二次電池となる。
【００１９】
上記構成の非水電解質二次電池によれば、各発電要素１の双方の端面からはみ出した電極１ａ，１ｂの金属箔が湾曲部で屈曲されて密着するので、電流分布が均一になり、電流密度が集電部である直線部の金属箔に集中して不均一になり電池寿命が短縮されるのを防止することができるようになる。
【００２０】
なお、上記実施形態では、発電要素１の端面からはみ出した電極１ａ，１ｂの金属箔を集電接続体２，２の対となる電極接続部２ｂの間に挟み込んで接続する場合を示したが、集電接続体の形状や電極１ａ，１ｂとこの集電接続体との接続構造は任意であり、上記実施形態の構成に限定されるものではない。また、金属箔等の電極基体に活物質が塗布されたままでも集電可能であれば、これら活物質が塗布されたままの電極１ａ，１ｂに集電接続体をそのまま接続することもできる。また、上記実施形態では、２個の発電要素１，１を有する非水電解質二次電池について示したが、１個以上の任意個の発電要素１を有する非水電解質二次電池にも同様に実施可能である。
【００２１】
また、上記実施形態では、発電要素の双方の端面からはみ出す電極を屈曲させる場合を示したが、使用する金属材料によって特に電流分布の不均一が起こり易い極側の端面からはみ出すいずれかの電極のみを屈曲させることもできる。さらに、上記実施形態では、発電要素の端面から長円筒形にはみ出す電極を、全ての湾曲部で屈曲させる場合を説明したが、上記実施形態のような横置きの発電要素１の場合には、下端部の湾曲部の電極を屈曲させるだけでも、電池容器６への挿入が容易になるという効果を奏する。
【００２２】
また、上記実施形態では、非水電解質二次電池について示したが、他の二次電池や一次電池についても同様に実施可能であり、電池の種類は問わない。
【００２３】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の電池によれば、電極の屈曲部分での電流を流れ易くすることにより、電流分布を均一にすることができるので、集電部分の電流密度が高くなりすぎることにより電池寿命が短縮するのを防止することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の一実施形態を示すものであって、非水電解質二次電池の発電要素の端面からはみ出した電極の金属箔が湾曲部で屈曲した形状を示す縦断面正面図である。
【図２】
非水電解質二次電池の構造を説明するための発電要素と集電接続体の組み立て斜視図である。
【図３】
非水電解質二次電池の構造を示す組み立て斜視図である。
【図４】
従来例を示すものであって、非水電解質二次電池の発電要素の端面からはみ出した電極の金属箔の湾曲部における形状を示す縦断面正面図である。
【符号の説明】
１    発電要素
１ａ  正極
１ｂ  負極
２    集電接続体
２ｂ  電極接続部