(57)【要約】【課題】本発明は、電気化学的セルの組立時間を短くし、また、電池製造時までの無駄を回避することにある。【解決手段】電気化学的セルは、カンと、このカン中に配置したジェリーロールとを有している。このジェリーロールは、正電極と負電極とを有しており、正の巻付フォイルはジェリーロールの正端から突出するとともに、負の巻付フォイルはジェリーロールの負端から突出する。正の巻付フォイルは、凹部第１パターン内で相互に重なるよう同じ方向に折り畳まれるとともに、負の巻付フォイルは、凹部第２パターン内で相互に重なるよう同じ方向に折り畳まれる。正のディスクは、複数の脚部を有しており、これは正の巻付フォイルの凹部第１パターンに溶接される。負のディスクは、複数の脚部を有しており、これは負の巻付フォイルの凹部第２パターンに溶接される。正および負のディスクの少なくとも一つは、カンとは電気的に絶縁されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
カンと、ジェリーロールと、正のディスクと、負のディスクとを設けた電気化学的セルであって、
前記ジェリーロールは、前記カン中に配置するとともに、正電極および負電極を設け、ジェリーロールの正端から突出する正の巻付フォイルを設けるとともに、ジェリーロールの負端から突出する負の巻付フォイルを設け、前記正の巻付フォイルは、凹部第１パターン内で相互に重なるよう同じ方向に折り畳まれるとともに、前記負の巻付フォイルは、凹部第２パターン内で相互に重なるよう同じ方向に折り畳まれるよう設け、
前記正のディスクは、前記正の巻付フォイルに形成された凹部の前記凹部第１パターンに対応した複数の脚部を有しており、前記複数の脚部は、前記凹部第１パターンに溶接され、
前記負のディスクは、前記負の巻付フォイルに形成された凹部の前記凹部第２パターンに対応した複数の脚部を有しており、前記複数の脚部は、前記凹部第２パターンに溶接され、
前記正のディスクおよび前記負のディスクの少なくとも一つは、前記カンとは電気的に絶縁されていることを特徴とする電気化学的セル。
【請求項２】
前記正のディスクに取り付けられ前記カンから電気的に絶縁されている正端子と、前記負のディスクに取り付けられる負端子とを設けたことを特徴とする請求項１に記載の電気化学的セル。
【請求項３】
前記負端子は、前記カンから電気的に絶縁されていることを特徴とする請求項２に記載の電気化学的セル。
【請求項４】
前記正端子および前記負端子の両方は、前記カンから電気的に絶縁されていることを特徴とする請求項２に記載の電気化学的セル。
【請求項５】
前記カンは、円筒形状であることを特徴とする請求項４に記載の電気化学的セル。
【請求項６】
前記正の巻付フォイルおよび前記負の巻付フォイルは、径方向外側に折り重ねられることを特徴とする請求項１に記載の電気化学的セル。
【請求項７】
前記カンは、円筒形状であることを特徴とする請求項１に記載の電気化学的セル。
【請求項８】
タブなしジェリーロールからなる電気化学的セルの製造方法であって、この方法は、
正の巻付フォイルが凹部第１パターン中で相互に重なる径方向に折り畳まれるよう、前記タブなしジェリーロールの正端の前記正の巻付フォイルにわたって径方向力を与える、
負の巻付フォイルが凹部第２パターン中で相互に重なる径方向に折り畳まれるよう、前記タブなしジェリーロールの負端の前記負の巻付フォイルにわたって径方向力を与える、
正および負のディスクを設け、ここで前記正のディスクは、前記正の巻付フォイルに形成される前記凹部第１パターンに対応する複数の脚部を有しており、また負のディスクは、前記負の巻付フォイルに形成される前記凹部第２パターンに対応する複数の脚部を有している、
前記正のディスクの前記複数の脚部を、前記正の巻付フォイルに形成される前記凹部第１パターンに溶接する、
前記負のディスクの前記複数の脚部を、前記負の巻付フォイルに形成される前記凹部第２パターンに溶接する、
前記タブなしジェリーロールをカン内に配置する、
前記正および負のディスクの少なくとも一つを前記カンと電気的に絶縁する、
ことからなることを特徴とする電気化学的セルの製造方法。
【請求項９】
前記径方向力は、前記タブなしジェリーロールの軸に対して外側方向に与えられることを特徴とする請求項８に記載の電気化学的セルの製造方法。
【請求項１０】
前記正のディスクおよび前記負のディスクのそれぞれに端子スタッドを溶接することを含むことを特徴とする請求項８に記載の電気化学的セルの製造方法。
【請求項１１】
前記正のディスクおよび前記負のディスクの両方は、前記カンから電気的に絶縁されていることを特徴とする請求項８に記載の電気化学的セルの製造方法。
【請求項１２】
前記径方向力は、形成器具の本体に設けた形成葉を枢動することにより与えられることを特徴とする請求項８に記載の電気化学的セルの製造方法。
【請求項１３】
前記形成器具は、円筒形状であり、等角度で離間した少なくとも４つの形成葉を有していることを特徴とする請求項１２に記載の電気化学的セルの製造方法。
【請求項１４】
本体は、
前記本体内で軸方向に移動するよう構成したスピンドル、
前記スピンドルに枢動的に取り付けられており、押圧力および軸に対する角度変化に応じて前記スピンドルを軸方向内方に押圧するよう構成した複数の形成葉、からなることを特徴とするジェリーロールに凹部パターンを形成する形成器具。
【請求項１５】
前記スピンドルは、上向き角度にある前記複数の形成葉とともに伸長位置に維持するスプリングを有していることを特徴とする請求項１４に記載の形成器具。
【請求項１６】
前記複数の形成葉は、前記本体のスロット内でピン留めされていることを特徴とする請求項１４に記載の形成器具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気化学的セル及びその製造方法に係り、特に電気化学的セル接続システムにおける電気化学的セル及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電気化学的セルは、電池として一般に知られている。電気化学的セルの種類は、交互に連続した螺旋巻きの正極および負極を有しており、電気化学的バンドルを構成する。この装置は、「ジェリーロール」として一般に知られている。
【０００３】
図１は、米国特許第５８４９４３１号明細書に開示されるジェリーロール電気化学的セルの一端断面図を示している。この文献全体は引用をもって本願に記載したものとする。図１において、螺旋巻きの電極アセンブリ３５は、正電極、負電極、およびセパレータをコア３１周囲に巻き付けることで形成される。長形のリード１１は、巻付フォイルの正電極から延長しており、これは「タブ」とも呼ばれる。このリード１１は、典型的には溶接により端子２０に固定される。同様の端子は、負極端子を構成する電極アセンブリの他端側にも存している。
米国特許出願公開第２００５／０００８９３３号明細書は、タブを有しないジェリーロール型の電気化学的セルを開示している。電極を各端子に取り付けるタブを使用する代わりに、タブを有しないジェリーロールによって、集電プレートを電極に直接取り付ける。溶接用の表面が得られるよう、各電極の金属巻付フォイルの部分は、電気化学的バンドル活性部を越えて延長している。巻付フォイルの端部は、巻付フォイルを下方に押し付けて部分的に押し潰し、平面になるよう折り畳まれる。それから、集電プレートを巻付フォイルの平坦部に直接溶接する。
【特許文献１】米国特許第５８４９４３１号
【特許文献２】米国特許出願公開第２００５／０００８９３３号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、上記の特許文献１において、タブは、典型的には電極に溶接される。この溶接時に、溶接スパッタがジェリーロールの巻付部へ落下することがあり、これは電気的短絡の原因となりうる。この従来技術のタブは、薄い金属フォイルであるのが通常である。振動時に、一つまたはそれ以上のタブが破壊されることがあり、電極アセンブリおよび端子からの電気的経路が、部分的に切断される結果となる。タブを電極アセンブリへ取付けるステップを設けると、電気化学的セルの組立時間が延長することになる。
また、上記の特許文献２においては、巻付フォイルを軸方向に下方押圧すると、それが圧力を受けて座屈するため、様々な方向に屈曲する。この結果は、図２に示されている。巻付フォイルが不規則に屈曲するため、巻付フォイル隣接間に空間が生じることがある。集電プレートを溶接する場合、この空間を覆う領域は、加熱され、溶接工が集電プレートを介して孔を燃焼する可能性がある。これにより、電気化学的バンドルに回復不能な損害を与え、この電池製造時までに既に発生した費用につき相当な無駄が生じる。
【０００５】
そこで、本発明は、カンと、このカン中に配置したジェリーロールとからなる電気化学的セルに関するものである。このジェリーロールは、正電極と負電極とを有しており、正の巻付フォイルはジェリーロールの正端から突出するとともに、負の巻付フォイルはジェリーロールの負端から突出する。正の巻付フォイルは、凹部第１パターン内で相互に重なるよう同じ方向に折り畳まれるとともに、負の巻付フォイルは、凹部第２パターン内で相互に重なるよう同じ方向に折り畳まれる。正のディスクは、複数の脚部を有しており、これは正の巻付フォイルの凹部第１パターンに溶接される。負のディスクは、複数の脚部を有しており、これは負の巻付フォイルの凹部第２パターンに溶接される。正および負のディスクの少なくとも一つは、カンとは電気的に絶縁されている。
別の態様においては、本発明は、タブなしジェリーロールを有する電気化学的セルの製造方法に関するものである。この方法は、正の巻付フォイルが凹部第１パターン中で相互に重なる径方向に折り畳まれるよう、タブなしジェリーロール正端の正の巻付フォイルにわたって径方向力を与える。負の巻付フォイルが凹部第２パターン中で相互に重なる径方向に折り畳まれるよう、タブなしジェリーロール負端の負の巻付フォイルにわたって径方向力を与える。正および負のディスクが設けられ、この正のディスクは、正の巻付フォイルに形成される凹部第１パターンに対応する複数の脚部を有しており、また負のディスクは、負の巻付フォイルに形成される凹部第２パターンに対応する複数の脚部を有している。正および負のディスクの複数の脚部は、それぞれ、正および負の巻付フォイルに形成される凹部第１、第２パターンに溶接される。タブなしジェリーロールは、カン内に配置する。正および負のディスクの少なくとも一つは、カンとは電気的に絶縁されている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、
カンと、ジェリーロールと、正のディスクと、負のディスクとを設けた電気化学的セルであって、
前記ジェリーロールは、前記カン中に配置するとともに、正電極および負電極を設け、ジェリーロールの正端から突出する正の巻付フォイルを設けるとともに、ジェリーロールの負端から突出する負の巻付フォイルを設け、前記正の巻付フォイルは、凹部第１パターン内で相互に重なるよう同じ方向に折り畳まれるとともに、前記負の巻付フォイルは、凹部第２パターン内で相互に重なるよう同じ方向に折り畳まれるよう設け、
前記正のディスクは、前記正の巻付フォイルに形成された凹部の前記凹部第１パターンに対応した複数の脚部を有しており、前記複数の脚部は、前記凹部第１パターンに溶接され、
前記負のディスクは、前記負の巻付フォイルに形成された凹部の前記凹部第２パターンに対応した複数の脚部を有しており、前記複数の脚部は、前記凹部第２パターンに溶接され、
前記正のディスクおよび前記負のディスクの少なくとも一つは、前記カンとは電気的に絶縁されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明は、電気化学的セルの組立時間を短くし、また、電池製造時までの無駄を回避することにある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の電気化学的セルは、電気化学的セルの組立時間を短くし、また、電池製造時までの無駄を回避する目的を、正のディスクおよび負のディスクの少なくとも一つをカンとは電気的に絶縁して実現するものである。
以下、図面に基づいてこの発明の実施例を詳細且つ具体的に説明する。
【実施例】
【０００９】
図１〜図６及び図７Ａ〜図７Ｃには、本発明による、概して電極アセンブリのタブなしジェリーロールを備えた電気化学的セルに関する。
【００１０】
図３において、本発明の実施例による電気化学的セルの一部断面図が示されている。電極アセンブリ（ジェリーロール）３１０は、従来技術による前述のタブなしジェリーロールと同様のものである。巻付フォイル３０１は、電極アセンブリ３１０から突出している。巻付フォイルは、電極アセンブリの正端の場合は正電極から延長しており、逆に電極アセンブリの負端の場合は負電極から延長している。巻付フォイル３０１の突出部位は、図３に示す如く、所定パターンに従って重なるよう、同一径方向外側に折り重ねられる。巻付フォイル３０１に対しては、それを径方向で外側または内側に折り畳む径方向力（すなわちジェリーロールの軸に対して直角方向）が与えられる。
【００１１】
図７Ａ〜図７Ｃにおいて、本発明の実施例によるジェリーロール（電極装置）３１０に所定凹部パターンを形成する形成器具７０１が示されている。この形成器具７０１は、中心のスピンドル７３０を備えた円筒形の本体７０２を有しており、このスピンドル７３０の一端には、ピン７４０により４つの形成葉７１０が取り付けられている。形成葉７１０の中央側では、形成葉はスロット７２０を介して本体７０２にピン留めされており、これによりスピンドル７３０に対して所定角度で形成葉７１０が枢動する。スピンドル７３０は、軸に沿って本体７０２から可動伸長できる。スピンドル７３０は、不作動位置が伸長するようバネを搭載することができ、これにより形成葉７１０が所定角度で折り畳まれる。
【００１２】
図７Ａは、スピンドル７３０の形成葉７１０の角度を基準とした伸長進行を示している。形成葉７１０がジェリーロール３１０の巻付フォイルと接触すると、スピンドル７３０は内側に押され、形成葉７１０が本体７０２の軸とほぼ直角になるまで形成葉７１０が折り畳まれる。図７Ｃは、形成葉７１０がジェリーロール３１０と接触する前における形成器具７０１のより詳細な図を示している。図７Ｂは、形成葉７１０が本体７０２の軸に対してほぼ垂直になるよう完全にジェリーロール３１０へ押圧された後における形成葉７１０を示している。形成葉７１０が枢動するので、ジェリーロール３１０の巻付フォイルは、巻付フォイルの最内部から始まり最外部へと、径方向外側に折られる。その結果、巻付フォイルは、順に次のフォイル上に折り重ねられる。ジェリーロール３１０に形成される凹部のパターン、形状、深さ、および幅は、形成葉７１０のパターンにより決定される。この特定の実施例においては、４つの形成葉７１０が存しており、４つの凹部がジェリーロール内にほぼ同時に形成される。当業者は、本発明の範囲を逸脱せずに、形成葉を改変できることを理解するであろう。さらに、形成器具は、ジェリーロールの同一端部に対して一回以上適用することもできる。例えば、９０度離間した４つの第１凹部を形成した後、形成器具およびジェリーロールを相対的に４５度回転させる。それから、形成器具を再びジェリーロール側へ押圧して、約４５度離間した合計８つの凹部を形成する。
【００１３】
図４および図５によると、本発明の実施例による電気化学的セルアセンブリが示されている。図４および図５において、電極アセンブリ３１０は、簡略化のため固体円筒形状のものとして示されており、以降、「ジェリーロール」と称する。巻付フォイルの折り畳みは、ジェリーロール３１０の端部（図４および図５では正端）における複数の凹部４０２を形成するパターン中で実施される。この実施例においては、４つの凹部４０２が設けられているが、当業者ならば、凹部４０２が２つの場合があることや、凹部４０２の上限は、電流条件やジェリーロール３１０のサイズに応じて変化することは理解できるであろう。一態様においては、凹部４０２のそれぞれ深さは、１／８インチ（３．２ｍｍ）であるが、本発明はこれに限定されない。
【００１４】
巻付フォイル３０１を凹部のパターンに折り曲げ配置した後で、ディスク４０３は集電装置として設けられる。このディスク４０３は、ジェリーロール３１０の凹部４０２のパターンに対応した複数の脚部４０４を有している。ディスク４０３がジェリーロール３１０の端部と密着するよう、複数の脚部４０４の幅および深さは、凹部４０２とほぼ同じとなっている。複数の脚部４０４の底は、凹部４０２と接触するよう配置する。それから、各脚部４０４に沿って、凹部４０２を介してディスク４０３をジェリーロール３１０に取り付ける溶接工程が行われる。凹部４０２の巻付フォイルは相互にその上に折り重ねられるので、溶接工程用の固定平坦面が設けられ、これによりジェリーロール３１０全体にわたる連続溶接が可能となる。一実施例においては、溶接工程にはレーザ溶接が利用される。
【００１５】
図５は、組み立てられた図４による電気化学的アセンブリの正端を示している。ディスク４０３をジェリーロール３１０に溶接する前あるいはその後に、端子４１０をディスク４０３に取り付ける。一実施態様においては、ジェリーロール３１０への溶接前に、端子４１０をディスク４０３に溶接する。別の実施態様においては、ディスク４０３および端子は一体部材の場合がある。端子４１０は、六角ナット４５０を端子４１０に装着するネジ山部を有している。シール４１６は、端子４１０周囲に設けられ、電気学的アセンブリ内部および環境とを封止する。
【００１６】
ジェリーロール３１０は、カン５０１内に配置する。ディスク４０３および端子４１０を取り付けた後で、端子４１０およびカバー４３０との間のシール４１６とともに、カン５０１の端部を覆ってカバー４３０を配置する。カバー４３０の外側には、絶縁ワッシャ４４０を設け、ジェリーロールの正電極とカン５０１およびカバー４３０とを電気的に絶縁する。電気化学的セルの正端の組み立てを完了するには、六角ナット４０５と絶縁ワッシャ４４０との間にＢｅｌｌｖｉｌｌｅやその他のスプリングワッシャ４４５を設けることができる。一実施態様においては、電気化学的セルの負端は、負電極も電気的に絶縁されるよう正端と同様にして組み立てられる。このような実施態様においては、カン５０１は中性であり、負端用の底部を有するものではなく単純な円筒形状でありうる。正端子はアルミニウム製でありうる。負端子は例えばニッケルめっき銅でありうる。
【００１７】
図６は、本発明の実施態様による電気化学的セルの負端を示している。ディスク４０３は、電気化学的セルの正端と同様に、ジェリーロール３１０および端子６１０に取り付けられている。この実施態様においては、カン６０１は底部６０２を有するよう深く引き込まれている。負端子６１０はカン６０２の底部と接触しており、カン６０１がマイナスに帯電する。
【００１８】
本発明の実施態様による電気化学的セルは、一つ以上の以下の利点を有している。
【００１９】
ジェリーロールの凹部に配置した巻付フォイルの折畳み層は、ジェリーロールへのディスク溶接時に貫通障壁となる。巻付フォイルを相互に重なるよう折り畳むので、巻付フォイルへの軸方向圧力による空間隙間（図２を参照）が回避される。
［２７］ディスクにはジェリーロールの凹部パターンに対応した脚部を設けたので、ジェリーロールの剛性が高められる。その結果、電気化学的セルのショックや振動に対する耐性が高められる。さらに、溶接タブをジェリーロールに溶接する必要がないため、組み立てが単純化される。
【００２０】
即ち、本発明は、カンと、このカン中に配置したジェリーロールとからなる電気化学的セルに関するものである。このジェリーロールは、正電極と負電極とを有しており、正の巻付フォイルはジェリーロールの正端から突出するとともに、負の巻付フォイルはジェリーロールの負端から突出する。正の巻付フォイルは、凹部第１パターン内で相互に重なるよう同じ方向に折り畳まれるとともに、負の巻付フォイルは、凹部第２パターン内で相互に重なるよう同じ方向に折り畳まれる。正のディスクは、複数の脚部を有しており、これは正の巻付フォイルの凹部第１パターンに溶接される。負のディスクは、複数の脚部を有しており、これは負の巻付フォイルの凹部第２パターンに溶接される。正および負のディスクの少なくとも一つは、カンとは電気的に絶縁されている。
別の態様においては、本発明は、タブなしジェリーロールを有する電気化学的セルの製造方法に関するものである。この方法は、正の巻付フォイルが凹部第１パターン中で相互に重なる径方向に折り畳まれるよう、タブなしジェリーロール正端の正の巻付フォイルにわたって径方向力を与える。負の巻付フォイルが凹部第２パターン中で相互に重なる径方向に折り畳まれるよう、タブなしジェリーロール負端の負の巻付フォイルにわたって径方向力を与える。正および負のディスクが設けられ、この正のディスクは、正の巻付フォイルに形成される凹部第１パターンに対応する複数の脚部を有しており、また負のディスクは、負の巻付フォイルに形成される凹部第２パターンに対応する複数の脚部を有している。正および負のディスクの複数の脚部は、それぞれ、正および負の巻付フォイルに形成される凹部第１、第２パターンに溶接される。タブなしジェリーロールは、カン内に配置する。正および負のディスクの少なくとも一つは、カンとは電気的に絶縁されている。
【００２１】
これにより、本発明においては、電気化学的セルの組立時間を短くし、また、電池製造時までの無駄を回避することにある。
【００２２】
なお、脚部をジェリーロールの凹部パターンへ溶接することにより、ジェリーロールとディスクとの間の熱伝達や電気的伝達につき均一な分布をもたらすことができる。電気化学的セルや電気的伝達条件に応じて、ジェリーロールの凹部の数に対応して、ディスクに脚部をさらに設けることもできる。
【００２３】
また、限られた数の実施例に関して本発明が記載されたが、本開示の利益を受ける当業者は、ここに記載した本発明の範囲を逸脱しない範囲でその他の実施態様を考慮できることは理解できるであろう。従って、本発明の範囲は、添付のクレームのみにより限定される。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明において、各実施例を例示として詳細に開示したが、開示された装置の変形、変更、または部品の再構成は、本発明の範囲内にあると理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】従来の電気化学的セルの断面図である。
【図２】軸方向に押圧された巻付フォイルの断面図である。
【図３】本発明の実施例による電気化学的セルの断面図である。
【図４】本発明の実施例による電気化学的セルアセンブリの正端子の分解図である。
【図５】本発明の実施例による電気化学的セルアセンブリの正端子の断面図である。
【図６】本発明の実施例による電気化学的セルアセンブリの負端子の断面図である。
【図７Ａ】本発明の実施例による形成器具の形成葉の進行を示す図である。
【図７Ｂ】本発明の実施例による形成器具の形成葉の押圧後を示す図である。
【図７Ｃ】本発明の実施例による形成器具の形成葉の接触前を示す図である。
【符号の説明】
【００２６】
３０１  巻付フォイル
３１０  電極アッセンブリ
４０２  凹部
４０３  ディスク
４０４  脚部
４１０  端子
４５０  六角ナット
５０１  カン
６１０  負端子
７０１  形成機器
７０２  本体
７１０  形成葉
７２０  スロット
７３０  スピンドル
７４０  ピン
【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７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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