(57)【要約】【課題】極板群における極板と集電部との間の接続抵抗を小さくできかつ振動や衝撃を受けても集電部に不具合を生じる恐れのない電池を提供する。【解決手段】帯状の正極板２と負極板３をセパレータ４を介して積層して巻回し、正極板２及び負極板３の集電芯材２ａ、３ａを巻回軸芯方向に互いに反対側に突出させて成る突出端部を備えた極板群１を電解液とともに外装ケース１２内に収容し、前記突出端部の集電芯材２ａ、２ａ間、３ａ、３ａ間に導電性の帯状部材８、１０を配置し、集電芯材２ａ、３ａの端部と帯状部材８、１０にて一体的な板状の正極及び負極の集電部９、１１を形成した。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極板と負極板をセパレータを介して積層し、正極板及び負極板の集電芯材を互いに反対側に突出させて成る突出端部を備えた極板群を電解液とともに外装ケース内に収容し、前記突出端部の集電芯材間に導電性の帯状部材を配置した電池。
【請求項２】
帯状の正極板と負極板をセパレータを介して積層して巻回し、正極板及び負極板の集電芯材を巻回軸芯方向に互いに反対側に突出させて成る突出端部を備えた極板群を電解液とともに外装ケース内に収容し、前記突出端部の集電芯材間に導電性の帯状部材を配置した電池。
【請求項３】
集電芯材の端部と帯状部材にて一体的な板状の集電部を形成した請求項１又は２記載の電池。
【請求項４】
極板群は、両端部に導電性の接続軸部を有し中間部が絶縁性の樹脂軸から成る巻芯に巻回形成し、各接続軸部にそれぞれ集電部を接合した請求項２記載の電池。
【請求項５】
一方の接続軸部は外装ケース又は一方の極性の接続端子に接続し、他方の接続軸部は外装ケースに対して絶縁状態でその開口を封口する封口部材又は逆極性の接続端子に接続した請求項３記載の電池。
【請求項６】
一方の集電部は外装ケースの底壁に接続し、他方の集電部は外装ケースに対して絶縁状態でその開口を封口する封口部材に接続した請求項１又は２記載の電池。
【請求項７】
一方の集電部を外装ケースの底壁に溶接し、他方の集電部を封口部材に溶接した請求項６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、正極板と負極板をセパレータを介して積層または巻回した極板群を外装ケースに収容して成る電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子機器の小型化、軽量化が急速に進んでおり、その電源としての電池に関しても小型・軽量化と高容量・高出力化の要望が高まっており、従来から、特開２００１−９３５８３号公報や特開２００１−２１０３０４号公報等に開示されているように、種々の構成のものが提案されている。
【０００３】
この種の電池の一つの構造例について、図５を参照して説明する。３１は極板群で、正極板３２と負極板３３をセパレータ３４を介して渦巻き状に巻回して構成されている。極板群３１において、正極板３２の集電芯材３２ａ及び負極板３３の集電芯材３３ａが巻回軸芯方向に互いに反対側に突出され、各々の側端縁に正極集電板３５と負極集電板３６が、例えば放射状の溶接線に沿ってレーザビーム溶接や電子ビーム溶接を行なって溶接接合されている。負極集電板３６には負極タブ３６ａが溶接されている。
【０００４】
この極板群３１が外装ケース３７に収容され、その正極集電板３５が外装缶３７の内底面に抵抗溶接され、外装ケース３７が電池の正極端子とされている。また、外装ケース３７内に電解液が注入されて極板群３１に含浸されている。
【０００５】
３８は封口部材で、中央に開口を有する受皿状の封口板３９上にＯリング４０を介して防爆弁体４１を配置し、その上に中央に開口を有するスペーサ４２を介してガス排出口を形成したキャップ４３を被せ、封口板３９の外周部をかしめて一体化して構成されている。防爆弁体４１はアルミ箔からなる薄膜状のものであり、電池内圧が所定圧以上に上昇したときに破断して電池内部のガスを外部に排出するように構成されている。
【０００６】
この封口部材３８に負極タブ３６ａが溶接され、キャップ４３が電池の負極端子とされている。この封口部材３８の外周にガスケット４４を嵌合させた状態で外装ケース３７の開口部に挿入し、ガスケット４４を介装した状態で外装ケース３７の開口部をかしめることにより外装ケース３７が封口されている。ガスケット４４は、正極端子の外装ケース３７と負極端子の封口部材３８を絶縁する機能を奏している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記図５に示した構成の電池においては、極板群３１の集電芯材３２ａ、３３ａの側端縁に集電板３５、３６を当接配置して溶接しているが、詳細には集電芯材３２ａ、３３ａの側端縁と集電板３５、３６がほぼ線接触した状態でその接触線に対して交叉する線状に溶接していることで、点状の溶接部にて溶接接合されており、接合面積が小さいために接続抵抗が大きくなり、電池の内部抵抗を小さくして高出力化を図るのに障害となり、また溶接部が点状であるため電池に振動や衝撃が加わった時に一部の溶接接合部が外れたり、不完全になったりして接続抵抗が大きくなる恐れがあり、振動や衝撃を受けたときに、一部の溶接接合部に電流が集中して流れて温度上昇を発生する恐れがあるという問題がある。
【０００８】
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、極板群における極板と集電部との間の接続抵抗を小さくできかつ振動や衝撃を受けても集電部に不具合を生じる恐れのない電池を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の電池は、正極板と負極板をセパレータを介して積層し、正極板及び負極板の集電芯材を互いに反対側に突出させて成る突出端部を備えた極板群を電解液とともに外装ケース内に収容し、前記突出端部の集電芯材間に導電性の帯状部材を配置したものである。
【００１０】
また、帯状の正極板と負極板をセパレータを介して積層して巻回し、正極板及び負極板の集電芯材を巻回軸芯方向に互いに反対側に突出させて成る突出端部を備えた極板群を電解液とともに外装ケース内に収容し、前記突出端部の集電芯材間に導電性の帯状部材を配置したものである。
【００１１】
このような構成によると、極板群の突出端部において、集電芯材の端部とその間に配置された帯状部材にて集電部が形成されるので、極板の集電芯材と集電部の間の接続面積が大きく、接続抵抗を小さくでき、また集電芯材の全長にわたって集電部に接続されているので、電池の内部抵抗を小さくして高出力化を図ることができ、また電池に振動や衝撃を受けても局部的に電流が集中して流れて温度上昇を発生するというような不具合の発生も確実に防止できる。
【００１２】
また、集電芯材の端部と帯状部材にて一体的な板状の集電部を形成すると、集電部と集電芯材との結合剛性が高く、振動や衝撃に対する耐久性が高く、局部的に電流が集中して流れて温度上昇を発生するというような不具合の発生をより一層確実に防止できる。
【００１３】
また、極板群を、両端部に導電性の接続軸部を有し中間部が絶縁性の樹脂軸から成る巻芯に巻回形成し、各接続軸部にそれぞれ集電部を接合すると、巻芯に巻回することで極板群を形成するとともに、その巻芯の両端部の接続軸部に集電部が接合されることで、両端の接続軸部から小さな内部抵抗にて電流を取り出すことができる極板群を簡単な生産工程にて生産することができる。
【００１４】
また、一方の接続軸部は外装ケース又は一方の極性の接続端子に接続し、他方の接続軸部は外装ケースに対して絶縁状態でその開口を封口する封口部材又は逆極性の接続端子に接続すると、外装ケースと封口部材を接続端子とする電池や、他の形態の接続端子を有する電池において、極板群から接続端子までの通電抵抗を小さくでき、内部抵抗が小さく、高出力の電池を得ることができる。
【００１５】
また、上記接続軸部を有する巻芯を用いない場合に、一方の集電部は外装ケースの底壁に接続し、他方の集電部は外装ケースに対して絶縁状態でその開口を封口する封口部材に接続すると、外装ケースと封口部材を接続端子とする電池において、極板群から接続端子までの通電抵抗を小さくでき、内部抵抗が小さく高出力の電池を得ることができる。
【００１６】
更に、一方の集電部を外装ケースの底壁に溶接し、他方の集電部を封口部材に溶接すると、極板群から接続端子までの通電経路を一層短くかつ接続箇所を少なくでき、より内部抵抗が小さく高出力の電池を得ることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の電池の一実施形態について、図１〜図３を参照して説明する。
【００１８】
本実施形態の電池の構成を示す図１において、１は極板群であり、帯状の正極板２と負極板３をそれらの間にセパレータ４を介して重ねた状態で巻芯５に巻回して構成されている。
【００１９】
正極板２は、ＬｉＣｏＯ２　などの正極活物質を含む正極合剤をアルミニウム箔等の集電芯材２ａに、一側部に集電芯材２ａを露出させる非塗着部を設けて塗着して構成されている。負極板３は、リチウムイオンを吸脱する炭素材料などの負極活物質を含む負極合剤を銅箔などの集電芯材３ａに、一側部に集電芯材３ａを露出させる非塗着部を設けて塗着して構成されている。セパレータ４は微孔型ポリエチレンフィルムにて構成されている。
【００２０】
極板群１においては、正極板２と負極板３の合剤塗着部がそれらの間にセパレータ４を介して互いに対向するとともに、集電芯材２ａ、３ａがそれぞれ巻回軸芯方向に互いに反対側に突出するように巻回構成されている。巻芯５は、絶縁性樹脂から成る樹脂軸６の両端部に導電性の接続軸部７ａ、７ｂを一体的に結合して構成され、樹脂軸６は極板２、３の合剤塗着部の幅寸法より大きく設定されているセパレータ４の幅寸法とほぼ同じ長さに設定され、集電芯材２ａ、３ｂは樹脂軸６よりも突出して接続軸部７ａ、７ｂに対向するように構成されている。
【００２１】
極板群１の巻回軸芯方向の一端に突出している正極板２の集電芯材２ａ、２ａ間、及び集電芯材２ａと接続軸部７ａの間の空間に、この空間を埋めるようにアルミニウムなどの集電芯材２ａと同系材料から成る帯状部材８が配置され、これら帯状部材８と集電芯材２ａが超音波溶接等にて一体的に接合され、正極集電部９が構成されるとともにこの正極集電部９が接続軸部７ａに接合されている。また、極板群１の巻回軸芯方向の他端に突出している負極板３の集電芯材３ａ、３ａ間、及び集電芯材３ａと接続軸部７ｂの間の空間に、この空間を埋めるように銅などの集電芯材３ａと同系材料から成る帯状部材１０が配置され、これら帯状部材１０と集電芯材３ａが抵抗シーム溶接等にて一体的に接合され、負極集電部１１が構成されるとともにこの負極集電部１１が接続軸部７ｂに接合されている。なお、帯状部材１０は銅以外に、ニッケルメッキ鋼板やニッケルを用いてもよい。
【００２２】
この極板群１は、例えば図２に示すように、セパレータ４、負極板３、セパレータ４、正極板２を積層しかつ負極板３の集電芯材３ａの端部内側に帯状部材１０を重ね、正極板２の集電芯材２ａの端部内側に帯状部材８を重ねた状態で巻芯５に巻回しながら、巻回された集電芯材２ａ、３ａの端部外面に溶接治具２５を押し当てて超音波溶接や抵抗シーム溶接を行なうことで生産性良く製造することができる。その際、正極側の帯状部材８の厚さは、図３に示すように、負極板３の厚さと２枚のセパレータ４の厚さと正極板２の合剤塗着厚さを和した厚さに設定され、同様に負極側の帯状部材１０の厚さは、正極板２の厚さと２枚のセパレータ４の厚さと負極板３の合剤塗着厚さを和した厚さに設定される。なお、正極板２や負極板３の厚さのばらつき、及びその厚さに対する帯状部材８、１０の厚さのばらつきを容易に吸収するため、これらの帯状部材８、１０として圧縮可能な多孔質メタルやメッシュメタルを用いてもよい。
【００２３】
以上のようにして、巻回軸芯方向の両端に正極集電部９と負極集電部１１とが一体的に設けられるとともにその中心部から接続軸部７ａ、７ｂが突出されている極板群１が構成され、この極板群１が外装ケース１２内に収容されている。そして、極板群１の接続軸部７ｂが、外装ケース１２の底面の中心部に形成されている貫通穴に嵌合されて溶接１３にて接合されている。外装ケース１２内には電解液が注入され、外装ケース１２の開口部を閉鎖するようにガスケット１５を介して封口部材１４が嵌合配置されている。また、封口部材１４の中心部に形成されている貫通穴に接続軸部７ａが嵌合され、外装ケース１２の開口端部にかしめ部１６が加工されて封口され、その後接続軸部７ａと封口部材１４が溶接１７にて接合されている。かくして、封口部材１４が正極の接続端子で、外装ケース１２が負極の接続端子とする電池が構成されている。
【００２４】
なお、封口部材１４には安全弁（図示せず）が内蔵されている。また、正極集電部９を構成する帯状部材８に、多孔質材料を用いたり、適宜に多数の貫通凹部を形成した部材を用いることで、電解液を外装缶１２の開口部から注液する際に、電解液を極板群１に容易かつ確実に含浸させることができる。
【００２５】
以上の構成の電池によれば、極板群１から突出している正極板２と負極板３の集電芯材２ａ、３ａの端部と帯状部材８、１０とが一体化されて板状の正極と負極の集電部９、１１が形成されているので、正極板２及び負極板３の集電芯材２ａ、３ａと正極と負極の集電部９、１１の間の接続面積が大きく、接続抵抗を小さくでき、また集電芯材２ａ、３ａがそのの全長にわたって集電部９、１１に接続されているので、電池の内部抵抗を小さくし、正極と負極の極板２、３を流れる電流密度分布を均一化できるため、電池の高出力化を図ることができる。
【００２６】
また、集電部９、１１と集電芯材２ａ、３ａとの結合剛性が高いため、電池に振動や衝撃を受けても、局部的に電流が集中して流れて温度上昇を発生するというような不具合の発生も確実に防止できる。
【００２７】
また、絶縁性の樹脂軸６の両端部に導電性の接続軸部７ａ、７ｂを有する巻芯５に極板群１を巻回構成し、その接続軸部７ａ、７ｂにそれぞれ集電部９、１１を接合しているので、両端の接続軸部７ａ、７ｂから小さな内部抵抗にて電流を取り出すことができるとともに、極板群１を簡単な生産工程にて生産することができる。
【００２８】
また、正極の接続軸部７ａを封口部材１４に溶接接続し、負極の接続軸部７ｂを外装ケース１２に溶接接続しているので、封口部材１４を正極の接続端子とし、外装ケース１２を負極の接続端子とする電池において、極板群１からこれらの接続端子までの通電抵抗を小さくでき、内部抵抗が小さく、高出力の電池を得ることができる。
【００２９】
次に、本発明の電池の他の実施形態について、図４を参照して説明する。本実施形態では、極板群１の巻芯５の接続軸部７ａを外装ケース１２の外部に突出させて正極の接続端子としている。そのため、外装ケース１２は上面が閉鎖されるとともにその中心部に支持筒部１８が形成され、この支持筒部１８にガスケット１９を介して接続軸部７ａを挿通し、支持筒部１８にかしめ部２０を加工して封止するとともに接続軸部７ａを固定している。また、接続軸部７ｂに溶接２２にて一体的に固着された封口部材２１が、外装ケース１２の下面開口にシール材２３を介して嵌合され、外装ケース１２の下面開口が封口されている。
【００３０】
本実施形態では、接続軸部７ａを電池外部に対する接続端子としているので、極板群１から接続端子までの通電距離及び接続箇所が少なく、より内部抵抗が小さく、高出力の電池を得ることができる。
【００３１】
以上の実施形態においては、両端に接続軸部７ａ、７ｂを設けた巻芯５に極板群１を巻回構成するとともに接続軸部７ａ、７ｂを正極と負極の集電部９、１１より突出させ、これらの接続軸部７ａ、７ｂを電池の外部接続端子としたり、別の外部接続端子となる部材に溶接にて接続した例を示したが、接続軸部７ａ、７ｂの無い巻芯５を用い、極板群１を巻回構成した後にその巻芯５を取り除き、または極板群１内に残したまま、構成された正極と負極の集電部９、１１をそれぞれ外装ケース１２の底壁１２ａと封口部材１４に、外面からのレーザビーム溶接や電子ビーム溶接にて直接接合してもよい。こうすると、極板群１から接続端子となる外装ケース１２や封口部材１４までの通電経路を一層短くかつ接続箇所を少なくできるので、より内部抵抗が小さく、高出力の電池を得ることができる。
【００３２】
さらに、以上の実施形態では、帯状の正極板２と負極板３をセパレータ４を介して積層して巻回した巻回型の極板群１を円筒型の外装ケース１２に収容して成る電池の例を示したが、複数枚の矩形状の正極板と負極板をセパレータを介して交互に積層するとともに、正極板と負極板の集電芯材を互いに反対側に突出させた突出端部を備えた極板群を直方体状の電槽内に収容して成る角形の電池においても、その突出端部の集電芯材間に帯状部材を配置して集電部を構成することで、上記と同様の作用効果を奏することができる。
【００３３】
【発明の効果】
本発明の電池によれば、以上のように集電芯材を突出させた極板群の突出端部において、その集電芯材間に導電性の帯状部材を配置して集電部を構成しているので、集電部と集電芯材との間の接続面積が大きく、接続抵抗を小さくでき、また集電芯材の全長にわたって集電部に接続されているため、電池の内部抵抗を小さくして高出力化を図ることができ、また集電部と集電芯材との結合剛性が高く、電池に振動や衝撃を受けても、接続箇所が破断する恐れがなく、局部的に電流が集中して流れて温度上昇を発生するというような不具合の発生も確実に防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電池の一実施形態の縦断面図である。
【図２】同実施形態における極板群の生産工程を示す斜視図である。
【図３】図３のＡ−Ａ矢視断面拡大断面図である。
【図４】本発明の電池の他の実施形態の縦断面図である。
【図５】従来例の電池の縦断面図である。
【符号の説明】
１　極板群
２　正極板
２ａ　集電芯材
３　負極板
３ａ　集電芯材
４　セパレータ
５　巻芯
６　樹脂軸
７ａ、７ｂ　接続軸部
８　帯状部材
９　正極集電部
１０　帯状部材
１１　負極集電部
１２　外装ケース
１４　封口部材
【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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