(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
端子と、発電要素と、前記端子に対して一方側に形成された第１集電部分および前記端子に対して他方側に形成された第２集電部分を含む集電体と、を備え、
前記第１集電部分および前記第２集電部分は、それぞれ、分岐した複数の棒状部を有しており、前記複数の棒状部は、前記発電要素の前記集電体と対向する端面の長手方向に沿って延びるように形成されており、前記複数の棒状部と前記発電要素とが前記長手方向に沿って接合している、電池。
【請求項２】
前記発電要素の端部には、集電箔の積層が形成されており、
前記複数の棒状部は、前記集電箔の積層の層間または最外層の外面に配置されており、前記複数の棒状部と前記集電箔とが接合しており、
前記第１集電部分の前記棒状部が配置されている前記集電箔の積層の層間または最外層の外面の箇所と、前記第２集電部分の前記棒状部が配置されている前記集電箔の積層の層間または最外層の外面の箇所とが、前記集電箔の積層方向で異なる、請求項１に記載の電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電池に関し、特に、発電要素に接合される集電体を備えた電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、発電要素に接合される集電体を備える電池が知られている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
上記特許文献１には、端子と、発電要素と、発電要素に接合される集電接続体（集電体）とを備えた電池が開示されている。この集電接続体は、端子が接続される端子接続部と、発電要素に接合される複数の棒状の接続部と、端子接続部と複数の接続部とを接続する分岐部とを有している。複数の棒状の接続部は、分岐部から櫛歯状に分岐して一方側に延びるように形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−３４６７７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に開示された電池では、複数の接続部が端子から一方側にのみ延びるように形成されているため、端子接続部と複数の接続部との間の電流の経路が端子接続部の一方側の部分だけになる。このため、端子接続部と複数の接続部との間の分岐部で電流が集中して、集電接続体が発熱する場合がある。
【０００６】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、電流の集中に起因して集電体が発熱することを抑制することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明の電池は、端子と、発電要素と、端子に対して一方側に形成された第１集電部分および端子に対して他方側に形成された第２集電部分を含む集電体と、を備え、第１集電部分および第２集電部分は、それぞれ、分岐した複数の棒状部を有しており、複数の棒状部と発電要素とが接合している。
【０００８】
この発明の電池では、上記のように、端子の一方側に形成された第１集電部分および端子の他方側に形成された第２集電部分を含む集電体を備えることによって、第１集電部分を介する経路と第２集電部分を介する経路とに電流が分散されるので、電流の集中に起因して集電体が発熱することを抑制することができる。また、端子の両側にそれぞれ形成された第１集電部分および第２集電部分の両方を用いて効率よく集電することができる。
【０００９】
上記の電池において、好ましくは、発電要素の端部には、集電箔の積層が形成されており、複数の棒状部は、集電箔の積層の層間または最外層の外面に配置されており、複数の棒状部と集電箔とが接合している。このように構成すれば、棒状部と集電箔との接する領域を広くすることができるので、集電体と発電要素の極板とをより強固に接合することができる。また、棒状部を最外層の外面に配置した場合には、集電箔の層間に棒状部を挿入する場合と比較して、容易に棒状部を接合箇所に配置することができる。
【００１０】
この場合、好ましくは、第１集電部分の棒状部が配置されている集電箔の積層の層間または最外層の外面の箇所と、第２集電部分の棒状部が配置されている集電箔の積層の層間または最外層の外面の箇所とが、集電箔の積層方向で異なる。第１集電部分の棒状部と集電箔との接合箇所と、第２集電部分の棒状部と集電箔との接合箇所とを積層方向で異なるようにすることにより、つまり、棒状部と集電箔との接合箇所を集電箔の積層方向で分散して配置することにより、発電要素との電流経路が局所的にならないようにして効率よく集電することができる。また、集電箔の層を棒状部に寄せ集めて接合する場合には、棒状部と集電箔との接合箇所を集電箔の積層方向で分散して配置することにより、１つの棒状部に寄せ集める集電箔の枚数を少なくしても均一に集電することができる。寄せ集める集電箔の枚数を少なくすることで、棒状部と集電箔との接合強度を高めることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、電流の集中に起因して集電体が発熱することを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態による電池の完成状態を示した斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態による電池の全体構成を示した分解斜視図である。
【図３】本発明の一実施形態による正極集電体および負極集電体と発電要素とを示した分解斜視図である。
【図４】本発明の一実施形態による正極集電体を示した平面図である。
【図５】本発明の一実施形態による正極集電体と発電要素との位置関係を示した平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１４】
まず、図１〜図５を参照して、本発明の一実施形態による電池１００の構成について説明する。
【００１５】
本発明の一実施形態の電池１００はリチウムイオン電池である。電池１００は、図２に示すように、角形筒状の電池ケース１と、電池ケース１の内部に収納された巻回型の発電要素２とを備えている。電池ケース１はステンレス鋼板からなり、電池ケース１のＹ方向の両端部には、それぞれ、開口部１１および１２が形成されている。また、開口部１１には、蓋部３と正極外部端子４とが備えられており、開口部１２には、蓋部３と負極外部端子５とが備えられている。電池１００は、正極外部端子４と発電要素２とを電気的に接続する正極集電体６と、負極外部端子５と発電要素２とを電気的に接続する負極集電体７とをさらに備えている。なお、正極外部端子４および負極外部端子５は、本発明の「端子」の一例であり、正極集電体６および負極集電体７は、本発明の「集電体」の一例である。
【００１６】
発電要素２は、図３に示すように、帯状の正極板２ａと帯状の負極板２ｂとがセパレータ２ｃを介して長円筒形状に巻回されることにより形成されている。発電要素２は、正極板２ａの集電箔が一方側（Ｙ１側）の端部から突出し、負極板２ｂの集電箔が他方側（Ｙ２側）の端部から突出するように巻回されている。すなわち、正極合剤が塗布されていない正極板２ａの集電箔の積層が発電要素２の一方端部（Ｙ１側）に形成され、負極合剤が塗布されていない負極板２ｂの集電箔の積層が発電要素２の他方端部（Ｙ２側）に形成されている。電池ケース１の開口部１１側および開口部１２側のそれぞれに正極板２ａの集電箔の積層および負極板２ｂの集電箔の積層が配置されている。なお、正極板２ａの集電箔および負極板２ｂの集電箔は、本発明の「集電箔」の一例である。
【００１７】
図２に示すように、蓋部３は、電池ケース１と同じステンレス鋼板からなり、組み立て前の状態で３つに分割されている。具体的には、蓋部３は、電池ケース１の開口部１１（１２）の中央部を覆う中央閉塞部３１と、開口部１１（１２）の両端部をそれぞれ覆う２つの端部閉塞部３２とに分割されている。中央閉塞部３１と２つの端部閉塞部３２とは、電池１００の組み立て時において、溶接により互いに結合される。正極側（負極側）の中央閉塞部３１には、正極外部端子４（負極外部端子５）が取り付けられている。正極外部端子４および負極外部端子５は、それぞれアルミニウムおよび銅を主材料として構成されている。
【００１８】
正極集電体６は、電池ケース１の開口部１１側に配置され、負極集電体７は、電池ケース１の開口部１２側に配置されている。図３に示すように、正極集電体６はアルミニウム板からなり、正極外部端子４が接続される端子取付部６１と、端子取付部６１の一方側（Ｚ１側）に形成された第１集電部分６２と、端子取付部６１の他方側（Ｚ２側）に形成された第２集電部分６３とを有している。端子取付部６１、第１集電部分６２および第２集電部分６３は、アルミニウム板が折り曲げられることにより一体的に形成されている。また、負極集電体７は銅板からなるとともに、正極集電体６と同じ形状を有しており、端子取付部７１と第１集電部分７２と第２集電部分７３とを有している。以下、正極側の構成について詳細に説明し、負極側の詳細な説明は省略する。
【００１９】
正極集電体６の端子取付部６１は、正極集電体６の中央部で突出するように設けられており、中央部に形成された開口部６１ａを有している。端子取付部６１と中央閉塞部３１との間、および正極外部端子４と中央閉塞部３１との間の絶縁性および気密性を確保するために、それぞれの間に樹脂製パッキングが備えられている。それぞれの間に樹脂製パッキングが備えられた状態で、開口部６１ａに挿入された正極外部端子４の突起部がかしめられることによって、正極外部端子４と中央閉塞部３１とが正極集電体６の端子取付部６１に取り付けられている。
【００２０】
ここで、本実施形態では、図３および図４に示すように、端子取付部６１の一方側（Ｚ１側）に形成された第１集電部分６２は、４つの棒状部６２ａ、６２ｂ、６２ｃおよび６２ｄと、端子取付部６１と棒状部６２ａ〜６２ｄとを接続する分岐部６２ｅとを有している。また、端子取付部６１の他方側（Ｚ２側）に形成された第２集電部分６３は、４つの棒状部６３ａ、６３ｂ、６３ｃおよび６３ｄと、端子取付部６１と棒状部６３ａ〜６３ｄとを接続する分岐部６３ｅとを有している。棒状部６２ａ〜６２ｄおよび棒状部６３ａ〜６３ｄは、共に、発電要素２の長手方向（Ｚ方向）に沿って延びるように形成されている。
【００２１】
棒状部６２ａ〜６２ｄおよび棒状部６３ａ〜６３ｄは、図４に示すように、正極板２ａの集電箔の積層方向（Ｘ方向）に互いに間隔Ｄを隔てて形成されている。また、棒状部６２ａ〜６２ｄの積層方向（Ｘ方向）の位置と棒状部６３ａ〜６３ｄの積層方向（Ｘ方向）の位置とが重ならないように形成されており、図３に示すように、第１集電部分６２と第２集電部分６３とは、端子取付部６１の中心線Ａに対して非対称（非鏡像対称）になるように形成されている。
【００２２】
第１集電部分６２の棒状部６２ａ〜６２ｄには、それぞれ、正極板２ａの集電箔と接合される挿入部１６２ａ、１６２ｂ、１６２ｃおよび１６２ｄが設けられている。これら挿入部１６２ａ〜１６２ｄは、それぞれ、棒状部６２ａ〜６２ｄの平板部の一部が電池ケース１の内側（Ｙ２側）に折り曲げられることにより形成されており、正極板２ａの集電箔と接合される平面部を有している。なお、第２集電部分６３の棒状部６３ａ〜６３ｄにも挿入部１６３ａ、１６３ｂ、１６３ｃおよび１６３ｄが形成されている。
【００２３】
本実施形態では、挿入部１６２ａ〜１６２ｄおよび挿入部１６３ａ〜１６３ｄは、発電要素２の端部に配置された正極板２ａの集電箔と接合される。それぞれの挿入部は、集電箔の積層の層間に挿入されるか、または、集電箔の最外層の外面に配置されて、正極板２ａの集電箔と接合されている。具体的には、挿入部１６２ａおよび挿入部１６３ｄは、集電箔の積層の最外層の外面１０２ａおよび１０２ｂに配置されており、挿入部１６２ｂ〜１６２ｄおよび挿入部１６３ａ〜１６３ｃは、それぞれ、集電箔の積層の層間１０２ｃ〜１０２ｈに挿入されている。
【００２４】
それぞれの挿入部と、正極板２ａの集電箔とは、挟持板８（図２参照）で挟みこまれた状態で互いに接合される。詳しくは、図５に示すように、複数の集電箔が寄せ集められ、寄せ集められて形成された集電箔の層と挿入部とが狭持板８で挟み込まれた状態で接合されている。これにより、発電要素２の正極板２ａと正極集電体６とが電気的に接続されている。
【００２５】
挿入部１６２ａ、１６２ｂ、１６３ａおよび１６３ｂは、Ｘ２側の集電箔の層と接合され、挿入部１６２ｃ、１６２ｄ、１６３ｃおよび１６３ｄは、Ｘ１側の集電箔の層と接合されている。この際、集電箔の多くはいずれか１つの挿入部にのみ寄せ集められている。これにより、それぞれの挿入部に集電箔の枚数が少ない層を分配させることができるので、集電箔の層の厚みを薄くすることができ、集電箔と挿入部との接合強度を高めることができる。
【００２６】
次に、図１、図２および図５を参照して、本実施形態の電池１００の組み立て手順について説明する。
【００２７】
まず、図２に示すように、正極外部端子４を、中央閉塞部３１を介して正極集電体６の端子取付部６１に取り付ける。そして、図５に示すように、正極集電体６の第１集電部分６２の挿入部１６２ａを集電箔の積層の外面１０２ａに配置するとともに、挿入部１６２ｂ〜１６２ｄを、それぞれ、集電箔の積層の層間１０２ｃ〜１０２ｅに挿入する。また、第２集電部分６３の挿入部１６３ｄを集電箔の積層の外面１０２ｂに配置するとともに、挿入部１６３ａ〜１６３ｃを、それぞれ、集電箔の積層の層間１０２ｆ〜１０２ｈに挿入する。
【００２８】
その後、それぞれの挿入部と、寄せ集められた集電箔の層とを、挟持板８で挟みこんだ状態で超音波溶接により接合する（図２参照）。この際、それぞれの挿入部の平面部と集電箔とが接した状態で接合する。これにより、正極集電体６と発電要素２の正極板２ａとが電気的に接続される。また、上記の正極集電体６と発電要素２の正極板２ａとの接続方法と同じく、負極集電体７と発電要素２の負極板２ｂとを接続する。
【００２９】
そして、図１に示すように、中央閉塞部３１を挟み込むように２つの端部閉塞部３２を嵌め込んで、溶接により中央閉塞部３１と２つの端部閉塞部３２とを一体化して蓋部３を形成する。また、一体化された蓋部３の周縁部と電池ケース１の開口部１１（１２）の周縁部とを溶接により接合する。図示しない注入口から電池ケース内に電解液を注入することにより、本実施形態の電池１００の組み立てが完了する。
【００３０】
本実施形態では、上記のように、正極集電体６が、正極外部端子４のＺ１側に形成された第１集電部分６２と、正極外部端子４のＺ２側に形成された第２集電部分６３とを有することによって、第１集電部分６２を介する経路と第２集電部分６３を介する経路とに電流が分散されるので、電流の集中に起因して正極集電体６が発熱することを抑制することができる。また、正極外部端子４の両側のそれぞれ形成された第１集電部分６２および第２集電部分６３の両方を用いて効率よく集電することができる。この結果、充放電の電流が大きい中型および大型の電池であっても、十分に集電しつつ、正極集電体６の発熱を抑制することができる。
【００３１】
また、本実施形態では、上記のように、棒状部６２ａ〜６２ｄの一部である挿入部１６２ａ〜１６２ｄ、および棒状部６３ａ〜６３ｄの一部である挿入部１６３ａ〜１６３ｄを、集電箔の積層の最外層の外面１０２ａおよび１０２ｂに配置するか、または、集電箔の積層の層間１０２ｃ〜１０２ｈに挿入して配置することで、それぞれの棒状部と正極板２ａの集電箔との接する領域を広くすることできる。その結果、正極集電体６と発電要素２の正極板２ａとをより強固に接合することができる。また、挿入部１６２ａおよび１６３ｄを、最外層の外面１０２ａおよび１０２ｂに配置することによって、容易に挿入部１６２ａおよび１６３ｄを接合箇所に配置することができる。
【００３２】
また、本実施形態では、上記のように、挿入部１６２ａ〜１６２ｄと挿入部１６３ａ〜１６３ｄとのそれぞれを、集電箔の積層方向（Ｘ方向）で異なる層間および最外層の外面に配置することにより、つまり、挿入部１６２ａ〜１６２ｄおよび挿入部１６３ａ〜１６３ｄのそれぞれを集電箔の積層方向で分散して配置することにより、発電要素２との電流経路が局所的にならないようにして効率よく集電することができる。また、挿入部１６２ａ〜１６２ｄおよび挿入部１６３ａ〜１６３ｄのそれぞれを集電箔の積層方向で分散して配置することにより、１つの挿入部に寄せ集める集電体の枚数を少なくしても均一に集電することができるので、寄せ集める集電箔の枚数を少なくすることで集電箔の層の厚みを薄くして、挿入部と集電箔との接合強度を高めることができる。
【００３３】
また、本実施形態では、第１集電部分６２の棒状部６２ａ〜６２ｄの積層方向（Ｘ方向）の位置と第２集電部分６３の棒状部６３ａ〜６３ｄの積層方向の位置とが重ならないように形成することにより、つまり、第１集電部分６２と第２集電部分６３とを端子取付部６１の中心線Ａに対して非対称（非鏡像対称）にすることによって、挿入部１６２ａ〜１６２ｄと挿入部１６３ａ〜１６３ｄとのそれぞれを集電箔の積層方向で異なる層間または最外層の外面に配置しやすくすることができる。
【００３４】
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【００３５】
上記実施形態では、第１集電部分の挿入部と第２集電部分の挿入部とを、集電箔の積層方向で異なる層間または最外層の外面にそれぞれ配置した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、第１集電部分の挿入部と第２集電部分の挿入部とを同一の層間または最外層の外面に配置してもよい。また、第１集電部分の一部の挿入部と第２集電部分の一部の挿入部とを同一の層間または最外層の外面に配置して、他の挿入部を異なる層間または最外層の外面に配置してもよい。
【００３６】
上記実施形態では、第１集電部分の挿入部と第２集電部分の挿入部とを、集電箔の積層の層間と最外層の外面との両方に配置した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、挿入部を層間にのみ配置してもよいし、最外層の外面にのみ配置してもよい。
【００３７】
上記実施形態では、集電箔の多くが挿入部のいずれか１つにのみ寄せ集められるように構成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、一つの集電箔が異なる複数の挿入部に寄せ集められて接合されてもよい。
【００３８】
上記実施形態では、正極集電体の一方側および他方側にそれぞれ４つの棒状部を設けた例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、正極集電体の一方側および他方側に、それぞれ、４つ以外の複数個の棒状部を集電体に設けてもよい。また、一方側の棒状部の数と他方側の棒状部の数とが異なっていてもよい。
【００３９】
上記実施形態では、本発明の発電要素の一例として、正極、負極およびセパレータを巻回して形成した巻回型の発電要素を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、正極、負極およびセパレータを積層して形成した積層型の発電要素であってもよい。
【００４０】
上記実施形態では、棒状部同士の間隔を同一にした例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、棒状部同士の間隔を、配置する層間および最外層の外面の位置関係に応じて異ならせてもよい。なお、棒状部同士の間隔を大きくすることで、層間への挿入量（挿入深さ）を大きくすることが可能になるので、集電箔と挿入部との接合面積が大きくなり、その結果、接合強度を高くすることが可能である。
【００４１】
上記実施形態では、本発明の集電体を、正極集電体および負極集電体の両方に適用する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明の集電体を、正極集電体および負極集電体のいずれか一方のみに適用してもよい。
【００４２】
上記実施形態では、金属板（アルミニウム板および銅板）を折り曲げることにより、端子取付部と第１集電部分と第２集電部分とを一体的に形成する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、端子取付部と第１集電部分と第２集電部分とを互いに別個の部材により形成して、それらを接続することにより一体化してもよい。また、第１集電部材の複数の棒状部および第２集電部材の複数の棒状部を、互いに別個の部材により形成して、それらを分岐部に接続することにより一体化してもよい。
【００４３】
上記実施形態では、本発明をリチウムイオン電池に適用する例を示したが、本発明を、たとえば、ニッケル水素電池などリチウムイオン電池以外の電池に適用してもよい。
【符号の説明】
【００４４】
２  発電要素
４  正極外部端子（端子）
５  負極外部端子（端子）
６  正極集電体（集電体）
７  負極集電体（集電体）
６２、７２  第１集電部分
６２ａ、６２ｂ、６２ｃ、６２ｄ、６３ａ、６３ｂ、６３ｃ、６３ｄ  棒状部
６３、７３  第２集電部分
１００  電池
１０２ａ、１０２ｂ  最外層の外面
１０２ｃ、１０２ｄ、１０２ｅ、１０２ｆ、１０２ｇ、１０２ｈ  層間
【図１】
0005761079.tif 000002
【図２】
0005761079.tif 000003
【図３】
0005761079.tif 000004
【図４】
0005761079.tif 000005
【図５】
0005761079.tif 000006