(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
正または負の活物質を表面に被着した帯状の電極板をセパレータを介して円筒状をなすように巻回したスパイラル状電極を備え、そのスパイラル状電極の多点から集電するようにしたものであって、
前記帯状の電極板に、その長手方向に延びる端縁部から前記スパイラル状電極の軸方向に突出する複数本の集電リード部を間欠的に設けると共に、
前記スパイラル状電極の中心に配置された絶縁性を有する心棒に、前記複数本の集電リード部を係止状態に固定し、その心棒部分にて外部接続用の導電部材に接続するようにしたことを特徴とする電池。
【請求項２】
スパイラル状電極の端面部分には、集電リード部が挿通されるスリットを有する絶縁プレートが、心棒の貫通状態に設けられていることを特徴とする請求項１記載の電池。
【請求項３】
絶縁プレートのスリットは、円弧状をなすと共に複数個が形成されていることを特徴とする請求項２記載の電池。
【請求項４】
絶縁プレートのスリットは、スパイラル状に形成されていることを特徴とする請求項２記載の電池。
【請求項５】
集電リード部は電極板に一体に形成されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の電池。
【請求項６】
電極板から集電リード部に連なる部分が、曲線状をなすように構成されていることを特徴とする請求項５記載の電池。
【請求項７】
集電リード部の突出長さ寸法は、スパイラル状電極の巻回中心側に位置するほど小さく、巻回外周側に位置するほど大きく構成されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、帯状の電極板をセパレータを介して円筒状をなすように巻回したスパイラル状電極を備える電池に関する。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
近年、携帯電話や、携帯ビデオカメラ、ノートパソコンなどの携帯用電気機器の普及に伴い、その電源となる電池の大容量化、高エネルギー密度化のニーズが急速に高まってきている。電池における高エネルギー密度化の成否は、限られた体積の中で極板面積を広くとることができる形状や構造をいかにして得るかにかかっており、その代表例として、スパイラル状電極を有したいわゆる巻取り型構造が多くの電池に採用されている。
【０００３】
この種の巻取り型の電池のスパイラル状電極は、集電体と称される銅やアルミニウム等の導電率の高い帯状の金属薄板（または箔）の表面に、電池反応によって電流を発生する正及び負の活物質を塗布して正及び負の電極板をそれぞれ製作し、それらをセパレータを介して重ね合わせてスパイラル状に巻回することにより製作される。その一方、この種の巻取り型の電池において、大容量化を図るため、高負荷，大電流に耐えられるように電流路の大容量化と低抵抗化を目的として、リードを各電極板の長手方向の多点から導出するようにした多数本リード構造が考えられている。この場合、各リードは、電池内部で一つにまとめられ、導電部材を介して容器外部の電極端子に接続される。
【０００４】
しかしながら、上記した多数本リード構造では、電池内部の限られた狭い空間で複数本のリードをまとめ、導電部材に接続しなければならず、その作業はかなりの困難性を伴うものであり、また、リードのたるみ等により、反対極と接触して内部短絡が発生する虞もあった。
【０００５】
そこで、その問題点を解決する方法として、実公昭５７−１４０２号公報には、スパイラル状電極の端面に絶縁板を介してニッケル製の中継板を設け、絶縁板及び中継板に形成された円弧状スリットを通して導出される複数本のリードを、その中継板の上面に溶接する技術が示されている。これによれば、各リードを容易に中継板に溶接することができ、また絶縁板によって内部短絡が発生する虞もなくなる。ところが、この技術では、スパイラル状電極の端面近傍で溶接を行うため、その際の熱により絶縁板が溶けたり、その熱がリードを伝わってセパレータを損傷させたりする不具合があった。
【０００６】
なお、前記リードは、一般に溶接により電極板（集電体）に設けられるが、その溶接部分において、厚みが不均一になるため、セパレータを損傷させたり、一部に電流が集中して活物質の異常析出が起こったりして、短絡に至る虞もあった。特に、リチウム金属を負極に用いたものでは、電流集中によってデンドライトという針状の析出物が生じ、これがサイクル劣化や内部短絡の原因となる事情もあった。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、いわゆる多数本リード構造を備えるものにあって、溶接を用いずに複数本の集電リード部を外部接続用の導電部材に容易に接続することを可能とする電池を提供するにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１の電池は、正または負の活物質を表面に被着した帯状の電極板をセパレータを介して円筒状をなすように巻回したスパイラル状電極を備え、そのスパイラル状電極の多点から集電するようにしたものにあって、前記帯状の電極板に、その長手方向に延びる端縁部から前記スパイラル状電極の軸方向に突出する複数本の集電リード部を間欠的に設けると共に、前記スパイラル状電極の中心に配置された絶縁性を有する心棒に、前記複数本の集電リード部を係止状態に固定し、その心棒部分にて外部接続用の導電部材に接続するようにした構成に特徴を有するものである。
【０００９】
この場合、スパイラル状電極の端面部分に、集電リード部が挿通されるスリットを有する絶縁プレートを、心棒の貫通状態に設けるようにすれば効果的である（請求項２の発明）。このとき、絶縁プレートのスリットを、円弧状に複数個を形成しても良く（請求項３の発明）、あるいは、スパイラル状に形成するようにしても良い（請求項４の発明）。
【００１０】
そして、集電リード部を、電極板に一体に形成することができ（請求項５の発明）、このとき、電極板から集電リード部に連なる部分を、曲線状をなすように構成すれば、より効果的である（請求項６の発明）。
さらには、集電リード部の突出長さ寸法を、スパイラル状電極の巻回中心側に位置するほど小さく、巻回外周側に位置するほど大きく構成することもできる（請求項７の発明）。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例について、図１ないし図４を参照しながら説明する。図１は、本実施例に係る電池１の内部構成を示している。ここで、この電池１は、例えば円筒状をなす図示しないケース内に、図２にも示すように、心棒２の周囲に円筒状に巻回されたスパイラル状電極（巻取り電極）３を有して構成されている。また、これも図示はしないが、前記ケースには、正及び負の電極端子が設けられている。
【００１２】
前記心棒２は、例えばポリプロピレン等のプラスチックやセラミックス等の絶縁材料から、中空の丸棒状に構成され、前記スパイラル状電極３から上下両端部が突出するような長さに形成されている。また、この心棒２の上下両端部は、夫々スパイラル状電極３を巻回する部分よりもやや径小に形成されていると共に、雄ねじが形成された雄ねじ部２ａ，２ｂとされている。
【００１３】
前記スパイラル状電極３は、正極電極板４（図３参照）、セパレータ、負極電極板、セパレータ（後三者は図示せず）を、重ね合わせ、前記心棒２の周囲にスパイラル状に巻回して構成されている。このうち正極電極板４は、図３に示すように、帯状をなす金属薄板（集電体）の表面に、正極活物質５（図３では便宜上斜線を付して示す）を塗布や圧着等で被着して構成されている。
【００１４】
この場合、金属薄板（集電体）としては、例えばアルミニウムや銅などの導電性の高い材質のものが用いられ、また、前記正極活物質５としては、例えばリチウムマンガン酸化物やリチウムコバルト酸化物が用いられる。さらに、この場合、前記金属薄板の厚み寸法は数μｍ〜数十μｍ程度、幅寸法は数ｃｍ〜数十ｃｍ程度、長さ寸法は１〜１０ｍ程度とされている。
【００１５】
そして、この正極電極板４には、図２にも示すように、複数本の集電リード部６が、この場合金属薄板に一体に設けられている。これら集電リード部６は、正極電極板４の図で上縁部から上方に突出するようにして、正極電極板４の長さ方向に間欠的（例えば等間隔）に形成されており、その先端部分には、前記心棒２の雄ねじ部２ａの外径よりやや大きい径の円形孔６ａが形成されている。
【００１６】
また、これら集電リード部６は、その突出長さ寸法が、スパイラル状電極２の巻回中心側（図３で左側）に位置するほど短く、巻回外周側（図３で右側）に行くに従って長くなるように形成されている。さらに、本実施例では、正極電極板５から集電リード部６に連なる付根の内角部分６ｂが、直角ではなく曲線状（Ｒ状）に連続するように形成されている。尚、この集電リード部６のピッチや本数等は、電極板４の全長や目標とする電池性能等に基づいて設定される。
【００１７】
一方、前記負極電極板は、やはりアルミニウムや銅などの帯状をなす金属薄板（集電体）の表面に、負極活物質を被着して構成されている。この場合、負極活物質としては、金属リチウム又はその合金、あるいはリチウムイオンを吸蔵し得る物質（カーボンやグラファイト）から構成される。また、金属薄板の寸法は、上記正極電極板５と同等とされている。
【００１８】
そして、この負極電極板にも、複数本の集電リード部７（図１にのみ図示）が一体に設けられている。これら集電リード部７は、負極電極板の図で下縁部から下方に突出するように間欠的に設けられており、詳しく図示はしないが、上記正極電極板５と同様に、先端部分に、前記心棒２の雄ねじ部２ｂの外径よりやや大きい径の円形孔が形成されている。また、これら集電リード部７の突出長さ寸法は、スパイラル状電極２の巻回中心側に位置するほど短く巻回外周側に行くに従って長くなるように形成され、さらに、負極電極板から集電リード部７に連なる付根の内角部分が曲線状とされている。
【００１９】
なお、前記２枚のセパレータは、共にＰＰや不織布等の、電解液を含みイオンの通過が可能な微細孔を有する材質からなり、厚さ寸法が数十μｍとされていると共に、幅寸法は前記正極電極板５（金属薄板）の幅寸法よりも数ｍｍ長く、長さ寸法は前記正極電極板５の長さ寸法よりも数ｃｍ〜数十ｃｍ長く形成されている。
【００２０】
これにて、正極電極板４，セパレータ，負極電極板，セパレータを重ね合わせて巻回したスパイラル状電極３にあっては、図２（ａ）に示すように、その上端面部から複数本の集電リード部６が突出した形態とされ、また、下端面部からは複数本の集電リード部７が突出するようになる。
【００２１】
さて、このように構成されたスパイラル状電極３の上下両端面部には、夫々絶縁プレート８，９が設けられるようになっている。図４には、このうち絶縁プレート８を代表させて示しており、これら絶縁プレート８，９は、ポリプロピレン等のプラスチックやセラミックス等の絶縁材料から、スパイラル状電極３とほぼ同等の径の薄円板状に構成されている。また、その板面には、中心に位置して前記心棒２が貫通する中心孔８ａ，９ａが形成されていると共に、その周囲にほぼ同心円状に複数個の円弧状スリット８ｂ，９ｂが形成されている。
【００２２】
絶縁プレート８は、図２（ａ）に示すように、スパイラル状電極３の上端面部に被せられるように設けられる。このとき、心棒２の上端部（雄ねじ部２ａ）が絶縁プレート８の中心孔８ａを貫通して絶縁プレート８の上面部に位置され、また、複数本の集電リード部６が、円弧状スリット８ｂを挿通されて絶縁プレート８の上面部に位置される。
【００２３】
そして、絶縁プレート８の上面部に位置された複数本の集電リード部６は、図２（ｂ）に示すように、その先端の円形孔６ａを心棒２の雄ねじ部２ａに嵌挿させることにより、心棒２に係止された状態とされて一箇所に重なった状態にまとめられる。尚、この場合、例えば内周側に位置する集電リード部６から順に雄ねじ部２ａに嵌挿される。
【００２４】
さらに、この状態から、前記心棒２の雄ねじ部２ａに外部接続用の導電部材１０の端子部１０ａが嵌挿された上で、雄ねじ部２ａにナット部材１１が締付けられる。これにて、心棒２の上端部がいわばターミナルとしての機能を果たし、複数本の集電リード部６及び導電部材１０が電気的接続状態にて心棒２の上端部に固定されるのである。尚、導電部材１０の他端側は、電池１の正の電極端子に接続される。
【００２５】
一方、図１に示すように、スパイラル状電極３の下端面側においても、同様にして、絶縁プレート９が、心棒２の下端部が中心孔９ａを貫通し複数本の集電リード部７がスリット９ｂに挿通されるように設けられ、複数本の集電リード部７が心棒２の雄ねじ部２ｂに嵌挿されて係止状態とされ、さらに、導電部材１２が重ねられた状態でナット１３の締付けにより固定されるようになっている。前記導電部材１２は、電池１の負の電極端子に接続される。
【００２６】
上記のように構成された電池１においては、スパイラル状電極３を有することにより、限られた体積の中で電極板の面積を極めて大きくすることができ、大容量化、高エネルギー密度化を図ることができ、またこのとき、集電リード部６，７を多点から導出したことにより、電流路の大容量化と低抵抗化を図ることができる。
【００２７】
そして、本実施例では、スパイラル状電極３の中心に絶縁性を有する心棒２を設け、その心棒２の端部に集電リード部６，７を係止状態に固定するようにしたので、心棒２がいわばターミナルとしての役割を果たし、複数本の集電リード部６，７を容易に導電部材１０，１２に接続することができる。この場合、従来のような、金属製の中継板に複数本のリードを溶接するものと異なり、溶接そのものが不要となるので、その際の熱により絶縁材（絶縁プレート８，９やセパレータ）に悪影響を及ぼすことを未然に防止することができるのである。
【００２８】
また、スパイラル状電極３の端面部に、絶縁プレート８，９を設け、集電リード部６，７の接続をその外面側で行うように構成したので、スパイラル状電極３の端面と集電リード部６，７とが絶縁プレート８，９により隔離され、集電リード部６，７が端面にて反対極と接触して内部短絡が発生することを未然に防止することができるものである。
【００２９】
この場合、絶縁プレート８，９に、多数の円弧状スリット８ｂ，９ｂを形成するようにしたので、集電リード部６，７をその位置に対応した任意のスリット８ｂ，９ｂを通して外側に導出させることができ、その作業を容易に行うことができるものである。さらには、絶縁プレート８，９が集電リード部６，７のたわみを規制しているので、集電リード部６，７の付根部分における折曲がりひいては損傷などを防止することができるものである。
【００３０】
さらに、特に本実施例では、集電リード部６，７を、電極板（集電体）に一体に設けるようにしたので、別体のリードを電極板に溶接により設ける場合のように電極板の厚みに不均一が生ずることがなくなり、厚みの不均一に起因するセパレータの損傷や活物質の異常析出を未然に防止することができる。このとき、電極板５から集電リード部６に連なる付根の内角部分６ｂを曲線状に形成したので、例えば直角な角部を有している場合のようにその部分で亀裂が発生するといった虞がなくなるものである。
【００３１】
しかも、本実施例では、集電リード部６，７の突出長さ寸法を、スパイラル状電極３の巻回中心側に位置するほど小さく、巻回外周側に位置するほど大きく構成したので、各集電リード部６，７の突出長さを心棒２までの距離に対応したものとすることができ、各集電リード部６，７の心棒２までのたるみ状態が均一化され、心棒２への固定作業をより一層容易に行うことができるようになるのである。
【００３２】
このように本実施例によれば、いわゆる多数本リード構造を備えるものにあって、溶接を用いずに複数本の集電リード部６，７を外部接続用の導電部材１０，１２に容易に接続することが可能となり、ひいては限られた体積の中での電流路の大容量化と低抵抗化を図ることができるという優れた実用的効果を得ることができるものである。
【００３３】
尚、上記実施例では、集電リード部６の先端部に円形孔６ａを形成し、これを心棒２に嵌挿させて係止状態とさせるようにしたが、図５に示す本発明の他の実施例の電極板１７に示すように、集電リード部１８の先端部にＵ字状の切込み部１８ａを形成することにより、その部分を心棒２に外周側から差込んで係止状態とさせるようにしても良い。
【００３４】
また、図６は、本発明の異なる他の実施例に係る絶縁プレート２１を示している。この絶縁プレート２１は、やはり絶縁材料から円板状に構成され、集電リード部が挿通される部分（巻回されたスパイラル状電極の端面部から集電リード部が導出される部分）のみに位置して、予めスリット２１ａを形成するようにしたものである。また、図７は、さらに異なる他の実施例に係る絶縁プレート２２を示しており、ここでは、スリット２２ａをスパイラル状に形成し、その任意の位置から集電リード部を導出するようにしている。
【００３５】
その他、本発明は上記した各実施例に限定されるものではなく、例えば次のような拡張，変更が可能である。即ち、上記実施例では、心棒の雄ねじ部にナット部材を締付けることにより集電リード部及び導電部材を接続するようにしたが、その接続（固定手段）には、ナット以外にもＥリングを用いたりかしめを行ったりするなど各種の手段が考えらる。このとき、熱による悪影響を与えない限りは、溶接やろう付け（半田付け）等を用いても良い。
【００３６】
また、電極板に集電リード部を一体に形成するものに限らず、別体の集電リード部を溶接したりろう付けしたりするものであっても良く、厚みの不均一の問題をさほど重視しない場合であれば、むしろ別体の集電リード部を溶接するといった方法の方が、電極板の製作が比較的容易となる。さらに、電極板（集電体）や正及び負の活物質、セパレータ等の材質や寸法などについても、種々変更して実施し得るものである。
【００３７】
【発明の効果】
本発明の請求項１の電池によれば、スパイラル状電極の端面部において軸方向に導出された複数本の集電リード部が、スパイラル状電極の中心に配置されいわばターミナルとしての役割を果たす心棒に固定されて導電部材に接続される。従って、いわゆる多数本リード構造を備えるものにあって、溶接を用いずに複数本の集電リード部を外部接続用の導電部材に容易に接続することが可能となり、ひいては限られた体積の中での電流路の大容量化と低抵抗化を図ることができるという優れた実用的効果を得ることができるものである。
【００３８】
この場合、スパイラル状電極の端面部分に、集電リード部が挿通されるスリットを有する絶縁プレートを、心棒の貫通状態に設けるようにすれば（請求項２の電池）、集電リード部の先端側部分と、スパイラル状電極の端面とが絶縁プレートにより隔離されるので、反対極と接触して内部短絡が発生することを未然に防止することができる。このとき、絶縁プレートのスリットを、円弧状に複数個を形成しても良く（請求項３の電池）、あるいは、スパイラル状に形成するようにしても良く（請求項４の電池）、いずれも集電リード部を容易に導出させることができる。
【００３９】
そして、集電リード部を、電極板に一体に形成すれば（請求項５の電池）、集電リード部を別体として電極板に溶接する場合と異なり、電極板の厚みが不均一となることがなくなり、厚みの不均一に起因するセパレータの損傷や活物質の異常析出を未然に防止することができる。このとき、電極板から集電リード部に連なる部分に、例えば直角な角部を有していると、その部分にて亀裂が発生するといった虞があるが、この部分を曲線状をなすように構成すれば（請求項６の電池）、そのような亀裂の発生を未然に防止することができる。
【００４０】
さらには、集電リード部の突出長さ寸法を、スパイラル状電極の巻回中心側に位置するほど小さく、巻回外周側に位置するほど大きく構成すれば（請求項７の電池）、各集電リード部の突出長さを心棒までの距離に対応したものとすることができ、各集電リード部の心棒までのたるみ状態が均一化され、心棒への固定作業をより一層容易に行うことができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示すもので、電池の内部の縦断面図
【図２】電池の組立工程の一部を示す斜視図
【図３】正極電極板の平面図
【図４】絶縁プレートの平面図
【図５】本発明の他の実施例を示す電極板の要部の平面図
【図６】異なる他の実施例を示す絶縁プレートの平面図
【図７】更に異なる他の実施例を示す絶縁プレートの平面図
【符号の説明】
図面中、１は電池、２は心棒、３はスパイラル状電極、４，１７は電極板、５は活物質、６，７，１８は集電リード部、６ａは円形孔、８，９，２１，２２は絶縁プレート、８ｂ，９ｂ，２１ａ，２２ａはスリット、１０，１２は導電部材を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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