(57)【要約】【課題】発電要素の端部を挟んだ集電板を、極集電板に溶接する際に手間を省くことができる電池を提供する。【解決手段】本発明のリチウムイオン電池５は、セパレータを介して負極および正極となる金属箔が積層された発電要素５１と、この発電要素５１の面方向端部に接続された集電板６５，６５、これらの集電板６５，６５に電気抵抗溶接により接続されるとともに端子が立設された極集電板５２とを有している。そして、集電板６５が、金属箔を複数重ねた状態で挾持する略帯状の第１挾持部６５ａおよび第２挾持部６５ｂと、第１挾持部６５ａから厚み方向に沿って突出する突出部６５ｃとを有している。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セパレータを介して負極および正極を構成する金属箔が積層された発電要素と、前記発電要素の面方向端部に接続された集電板と、前記集電板に接続されるとともに端子が立設された極集電板とを有する電池であって、
前記集電板が、前記金属箔端部を複数枚重ねた状態で挾持する略帯状の第１挾持部および第２挾持部と、前記第１挾持部から厚さ方向に沿って突出する突出部とを有することを特徴とする電池。
【請求項２】
前記突出部が前記第１挾持部の長手方向両端部に設けられていることを特徴とする請求項１に記載した電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はリチウムイオン電池、ニッケル水素電池などに好適な電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
負極および正極を構成する金属箔を扁平形状に巻回した発電要素を積層した電池がある。図１５は、一般的な電池１を示す。この電池１は、積層された複数の発電要素１１と、各発電要素１１から発生する電流を集電するべく各発電要素１１の端部に接続された一対の箔集電板１２とを有している。箔集電板１２には、正極端子１３および負極端子１４が設けられている。
【０００３】
発電要素１１は、図１６および図１７に示すように、帯状のセパレータ１５と正極および負極を構成する金属箔１６とが交互に積層されて、巻回されている。なお、セパレータ１５の最外周の端部はテープ１８で止められている。
箔集電板１２は、図１８に示すように、発電要素１１の端部にレーザ光１９を照射することによって溶接されている。すなわち、図１９に示すように、レーザ光１９を箔集電板１２に照射すると、レーザ光１９による熱が箔集電板１２を介して発電要素１１の金属箔１６に伝達される。これによって、金属箔１６の一部が溶融されて箔集電板１２に溶着される。
【０００４】
ところで、電池１は、一般に、金属箔１６の厚さ寸法が１５μｍないし２０μｍであるものの、箔集電板１２の厚さ寸法が０．４ｍｍを超えていることが多い。
そして、これらのような金属箔１６および箔集電板１２を互いの面方向が直交するように配置し、次いで箔集電板１２の表面にレーザ光１９を照射するレーザ溶接により金属箔１６および箔集電板１２を相互接続する場合、レーザ光１９のエネルギーが熱となって箔集電板１２を表面から裏面まで厚さ方向に沿って短時間で伝播するような高い出力でレーザ溶接を行う傾向にある。
【０００５】
しかしながら、電池１は、金属箔１６の厚さ寸法と箔集電板１２の厚さ寸法とが大きく異なるため、箔集電板１２を厚さ方向に沿って伝播した熱が金属箔１６に対して過大となる。
【０００６】
このため、電池１は、金属箔１６と箔集電板１２とのレーザ溶接にあたって、金属箔１６の幅方向端縁が幅方向に沿ってスリット状に溶解し、融解痕跡がセパレータ１５を貫通して正極を構成する金属箔１６と負極を構成する金属箔１６とが短絡する虞れがある。
また、金属箔１６の幅方向端縁がスリット状に溶解しない場合であっても、金属箔１６に対する過大な熱により、金属箔が白熱化して生じた金属粒がセパレータ１５や活物質に飛散すれば、同様に正極を構成する金属箔１６と負極を構成する金属箔１６とを短絡させる虞れがある。
【０００７】
さらに、金属箔１６の幅方向端縁が活物質に達するまで溶解すると、金属箔の表面に生じた突起がセパレータ１５を貫通して結果的に正極を構成する金属箔１６と負極を構成する金属箔１６とを短絡させる遠因となる虞れもある。
そのため、金属箔１６の端部を直交する箔集電板１２に溶接しないですむ電池が望まれていた。そこで、従来は、図２０に示すように、巻回されたセパレータおよび金属箔の端部を一対の板状集電板２０によって狭持する電池が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００８】
【特許文献１】
特開２０００−３３１７１６号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の特許文献１に記載された電池のように、セパレータおよび金属箔の端部を、一対の板状集電板２０によって挟む方法は、一個の発電要素からのみ集電する場合には端子を前記板状集電板２０に設けることができるので問題ないが、複数の発電要素を積層し、各電池から一括して集電するように接合する際には不都合が生じる。
【００１０】
すなわち、特許文献１に記載された電池を複数用いる場合には、各電池における一対の板状集電板２０を箔集電板１２に類似の形状を有した集電板（以下、「極集電板」という）に溶接する必要があるが、この場合、一対の板状集電板２０および極集電板が両方とも平板状であるので、極集電板に対して一対の板状集電板２０における双方の板面に対して直角方向の力を加えて押さえた状態で溶接を行わなければならない。このとき、極集電板と一対の板状集電板２０とは、溶接個所となる個所、すなわち極集電板と一対の板状集電板２０における長手方向両端部とが特に密着するように押さえる必要がある。
このような溶接工程は一工程でも困難であるが、困難性を備えた複数の溶接工程を順次行うのは至難である。
【００１１】
本発明は、前述した問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は発電要素の端部を挟んだ集電板を極集電板に溶接する際に、集電板を押さえて集電板と極集電板とを密着させるのが容易な電池を提供することを技術的課題とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、セパレータを介して負極および正極を構成する金属箔が積層された発電要素と、前記発電要素の面方向端部に接続された集電板と、前記集電板に接続されるとともに端子が立設された極集電板とを有する電池であって、
前記極集電板が、前記金属箔端部を複数枚重ねた状態で挾持する略帯状の第１挾持部および第２挾持部と、前記第１挾持部から厚さ方向に沿って突出する突出部とを有することを特徴とする。
【００１３】
本発明においては、第１挾持部から厚さ方向に沿って突出部が突出しているため、突出部を第１挾持部の長手方向に沿って押圧すれば、突出部が極集電板の端面に密着し、突出部の端部と極集電板とを溶接すれば集電板と極集電板とを接合できることになる。
すなわち、このような本発明においては、従来のように、互いに平板状の一対の集電板および極集電板を双方の板面に対して直角方向の力を加えて押さえることにより、溶接個所となる個所、すなわち極集電板と一対の集電板における長手方向両端部とが特に密着するように押さえる場合に比較して容易、かつ、確実に溶接個所を密着させることができ、溶接工程を簡略化できることになる。
【００１４】
ここで、前記突出部を前記第１挾持部の長手方向両端部に設けることができる。この場合は、両方の突出部を極集電板に溶接することにより、第１狭持部を極集電板に確実に固定できる。
【００１５】
ところで、電気化学的に同一容量の発電要素を巻回方式によって形成しようとするとき、その電気化学的容量に対応する帯状電極（金属箔）を全て一軸の周囲に扁平状に巻回して巻回式発電要素を得る場合に比べて、その電気化学的容量に対応する帯状電極（金属箔）を長さ寸法的に複数分割し複数個の偏平状巻回式発電要素としそれら複数個の巻回式発電要素を積層する方がデッドスペースを少なくできる。特に、電池容量が大きい場合、具体的には電池容量が１０Ａｈ以上の発電要素を１セル中に収納する大容量電池の場合には、上記したような、扁平形状に巻回した発電要素を複数個積層してなる電池とすることが体積効率に及ぼす効果が顕著に現れる。本発明は、このような大容量電池に適用することが有効であり、好ましい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１７】
（第１実施形態）
図１は、本発明に係る第１実施形態の電池を適用したリチウムイオン電池５を示す。このリチウムイオン電池５は、複数の発電要素５１と、これらの発電要素５１の両端部に接続された一対の極集電板５２と、該一対の極集電板５２に設けられた正極端子５３および負極端子５４とを有している。
【００１８】
上記の発電要素５１は、図２に示すように、セパレータ５５を介して負極および正極となる金属箔５６が、断面略長円状の扁平形状に巻回されている。セパレータ５５の外周側の端部は、テープ５８によって止められている。
また、負極および正極を構成する金属箔５６は、巻回軸線に沿って互いに離れる方向にずらして巻回されているため、発電要素５１の軸線方向両端部のうちの一方はセパレータ５５から負極を構成する金属箔５６がはみ出し、発電要素５１の軸線方向両端部のうちの他方は正極を構成する金属箔５６がはみ出している。
これによって、発電要素５１には、図３に示すように、直線積層部６０および、この直線積層部６０に隣り合う一対の円弧積層部６１が形成されている。また、この発電要素５１には、円弧積層部６１の両端に切欠部６２が形成されている。
【００１９】
この切欠部６２は、図４に示すように、上記の円弧積層部６１の円弧中心６１ａを通過するとともに扁平方向に沿い、かつ、発電要素５１の軸線方向５１ａに沿って所定位置まで延びる第１平面６３と、この第１平面６３に連続するとともに円弧積層部６１の断面方向に沿う第２平面６４に沿って切開部を形成することにより、円弧積層部６１における金属箔のセパレータからの露出部６０ｂの一部を削除することによって形成されている。
このようにして、発電要素５１に切欠部６２が形成された後、図５に示すように、直線積層部６０（図３、４参照）における露出部６０ｂを、その厚さ方向の略中心から両側に折り曲げる。
【００２０】
そして、上下に折り曲げられた一対の露出部６０ｂをそれぞれ一対の略コ字形の導電性を有する第１および第２狭持部６５ａ，６５ｂによって図６に示すように挟む。次いで、第１および第２狭持部６５ａ，６５ｂによって挟まれた露出部６０ｂの開放端部側の余剰分を切り落とした後、図６中に矢印で示すように第１および第２狭持部６５ａ，６５ｂの向きを９０度変える。
これで、図７に示すように、第１狭持６５ａおよび第２狭持部６５ｂが略密着し、その間に露出部６０ｂが狭持される。この状態で、第１および第２狭持部６５ａ，６５ｂ同士が例えば溶接６６によって固定される。
【００２１】
図１の極集電板５２は、図８〜図１０に示すように、発電要素５１の集電板６５内に挿入され、集電板６５に溶接６７によって固定される。
すなわち、極集電板５２は、図８に示すように、略逆Ｌ字状に形成されている。この極集電板５２の縦辺部分５２ａが、積層された発電要素５１（一個のみ図示）の集電板６５内に挿入される。次に、図９に示すように、極集電板５２と集電板６５の一対の突出部６５ｃ間の境界部分が溶接６７によって固定される。
【００２２】
この際、適宜な工具，治具等を用いて、集電板６５における一対の突出部６５ｃを第１狭持部６５ａの長手方向に沿って互いに近付くように押圧することにより、極集電板５２の両端面にそれぞれ一対の突出部６５ｃを密着させる。そして、一対の突出部６５ｃにおける端部と極集電板５２との間に溶接６７が施される。
なお、以上のように発電要素５１の集電板６５を極集電板５２に接合するリチウムイオン電池５の構成は、発電要素５１を複数備えることによる必然的な構成となっている。
【００２３】
このように、本発明のリチウムイオン電池５によれば、集電板６５の第１狭持部６５ａの突出部６５ｃ，６５ｃを極集電板５２に溶接する際に、極集電板５２の面に対して水平方向の力を加えることによって極集電板５２を押さえることができるので、集電板６５と極集電板５２とを密着させるのが容易である。
【００２４】
特に、前述したリチウムイオン電池５によれば、集電板６５における一対の突出部６５ｃを第１狭持部６５ａの長手方向に沿って互いに近付くように押圧することにより、極集電板５２の両端面にそれぞれ一対の突出部６５ｃを密着させて当該個所を溶接するため、従来のように、互いに平板状の一対の集電板および極集電板を双方の板面に対して直角方向の力を加えて押さえることにより、溶接個所となる個所、すなわち極集電板と一対の集電板における長手方向両端部とが特に密着するように押さえる場合に比較して容易、かつ、確実に溶接個所を密着させることができ、溶接工程を簡略化できる。
【００２５】
そして、このような効果は、発電要素５１を複数有するリチウムイオン電池５において、作業性および容積効率の効果が発電要素５１の数に応じて顕著な効果となる。
【００２６】
また、本例では、突出部６５ｃを第１挾持部６５の長手方向両端部に設けたので、これらの両方の突出部６５ｃを極集電板５２に溶接することにより、集電板６５を極集電板６２に確実に固定できる。
また、この場合には、第２の狭持部６５ｂを薄く形成できるので、小電流で第１狭持部６５ａに溶接できる。これによって、金属箔５６に及ぼす溶接熱の影響を抑制できる。
【００２７】
なお、上述の実施形態では、本発明をリチウムイオン電池に適用した場合について説明したが、本発明はこれに限らず、リチウムポリマー電池，ニッケル水素電池等にも適用できる。
【００２８】
また、本発明は、巻回式電池に限らず、複数枚の金属箔とセパレータとが平坦状に積層された電池にも適用できる。
また、第１狭持部６５ａおよび第２狭持部６５ｂ間の溶接は摩擦圧接溶接等によって行うことができる。摩擦溶接の場合は、周知のように回転数をはじめ種々の条件を調整することによって、任意の溶接が可能である。あるいは、電子ビーム加工機を用いて溶接してもよい。
【００２９】
（第２実施形態）
以下に説明する第２実施形態は、本発明の電池に用いられる集電板の形態についての変形である。
図１０〜図１４は第２実施形態の集電板７０〜７３を示す。図１０の集電板７０は、第１狭持部７０ａと第２狭持部７０ｂとを有している。そして、第１狭持部７０ａの片側にのみ突出部７０ｃが形成されている。
図１１の集電板７１は、第１狭持部７１ａと第２狭持部７１ｂとを有している。第１狭持部７０ａには、その両側にそれぞれ突出部７１ｃが形成されている。そして、第１狭持部７１ａの外側に第２狭持部７１ｂが配置されている。
【００３０】
図１２の集電板７２は、略コ字状の第１狭持部７２ａと、略コ字状の第２狭持部７２ｂとを有している。これらの第１および第２狭持部７２ａ，７２ｂには、突出部７２ｃ，７２ｄが形成されている。
これらの第１および第２狭持部７２ａ，７２ｂは、向きを同一にした状態で嵌め込み、その間に発電要素５１の端部６０ｂを挟むことができる。
【００３１】
図１３の集電板７３は、第１狭持部７３ａと、第２狭持部７３ｂとを有している。第１狭持部７３ａは、その両端に設けられた一対の突出部７３ｃと、該一対の突出部７３ｃの反対側に設けられ第２狭持部７３ｂと略同一の大きさを有する受け板７３ｄとを有している。
この集電板７３は、図１４に示すように、第１狭持部７３ａの受け板７３ｄと第２狭持部７３ｂとの間に発電要素５１の端部６０ｂを挟むように構成されている。
【００３２】
なお、上述の各実施形態では、本発明をリチウムイオン電池に適用した場合について説明したが、本発明はこれに限らず、リチウムポリマー電池，ニッケル水素電池等にも適用できる。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、第１狭持部の突出部を極集電板に溶接できるので、従来のように平板状の集電板を極集電板に溶接する場合に比べて手間を省くことができる（請求項１）。
また、突出部を第１挾持部の長手方向両端部に設けたので、両方の突出部を極集電板に溶接することにより、第１狭持部を極集電板に確実に固定できる（請求項２）。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１実施形態を示す斜視図である。
【図２】発電要素の製造方法を示す図である。
【図３】発電要素の切欠部を示す図である。
【図４】切欠部の形成方法を示す図である。
【図５】発電要素の端部を折り曲げた状態および集電板を示す図である。
【図６】発電要素の折り曲げた端部を集電板で挟む方法を示す図である。
【図７】発電要素に集電板を取り付けた状態を示す図である。
【図８】極集電板を集電板に取り付ける方法を示す図である。
【図９】極集電板を集電板に取り付ける方法を示す図である。
【図１０】本発明に係る第２実施形態の集電板を示す図である。
【図１１】本発明に係る第２実施形態の集電板を示す図である。
【図１２】本発明に係る第２実施形態の集電板を示す図である。
【図１３】本発明に係る第２実施形態の集電板を示す図である。
【図１４】本発明に係る第２実施形態の集電板を示す図である。
【図１５】従来例を示す図である。
【図１６】従来例を示す図である。
【図１７】従来例を示す図である。
【図１８】従来例を示す図である。
【図１９】従来例を示す図である。
【図２０】従来例を示す図である。
【符号の説明】
１  巻回式電池
５  リチウムイオン電池
８  発電要素
１１  発電要素
１２  箔集電板
１３  正極端子
１４  負極端子
１５  セパレータ
１６  金属箔
１７  軸
１８  テープ
１９  レーザ光
２０  板状集電板
５１  発電要素
５１ａ    軸線方向
５２  極集電板
５２ａ    縦辺部分
５５  セパレータ
５６  金属箔
５８  テープ
５３  正極端子
５４  負極端子
５７  軸
６１  円弧積層部
６０  直線積層部
６０ａ    円弧中心
６０ｂ    露出部
６１  円弧積層部
６２  切欠部
６３  第１平面
６４  第２平面
６５  集電板
６５ａ    第１挾持部
６５ｂ    第２挾持部
６５ｃ    突出部
６６，６７  溶接
７０  集電板
７０ａ    第１狭持部
７０ｂ    第２狭持部
７０ｃ    突出部
７１  集電板
７１ａ    第１狭持部
７１ｂ    第２狭持部
７１ｃ    突出部
７２  集電板
７２ａ    第１狭持部
７２ｂ    第２狭持部
７２ｃ    突出部
７３  集電板
７３ａ    第１狭持部
７３ｂ    第２狭持部
７３ｃ    突出部
７３ｄ    受け板
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
2004241150.tif 000018
【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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