(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セパレータを挟んで積層された正負両極のシート状電極材を軸芯に捲き付けて形成した電極捲回体を、有底筒状部材とその有底筒状部材の開口部を塞ぐ蓋とから成る電池容器内に収納した電池において、
前記軸芯に中空の管材を用い、
前記電極捲回体と前記蓋との間に配設され、前記電極材のいずれか一方と接続される上部集電体と、
前記電極捲回体と前記有底筒状部材の底部との間に配設され、前記電極材の他方と接続される下部集電体と、
前記上部集電体に固定され、前記蓋を貫通して前記電池容器の外部に突出する第１の導電性剛体と、
前記管材の軸方向に伸延するように前記中空内に前記管材と当接して配設され、一端が前記下部集電体に固定され、他端が前記蓋を貫通して前記電池容器の外部に突出するように前記蓋に固定される第２の導電性剛体とを備えることを特徴とする電池。
【請求項２】
請求項１に記載の電池において、
前記上部集電体を前記管材に固定するとともに、絶縁部材を介して前記第１の導電性剛体を前記蓋に固定したことを特徴とする電池。
【請求項３】
請求項１または２に記載の電池において、
前記第２の導電性剛体の容器底部側の端部を、前記有底筒状部材の底部部分に当接させたことを特徴とする電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、正負両極のシート状電極材をロール状に形成した電極捲回体が中空筒状の電池容器に収納され、電池容器の一方の端面に正負両極の端子を設けた電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
正極用のシート状電極材と負極用シート状電極材とをセパレータを介して捲回して電極捲回体を形成し、その電極捲回体を電池容器内に収納した電池としては、特開平１０−８３８３３号公報に開示されているようなものが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した公報に開示されている電池の例では、電極捲回体の正負各々の電極材に接続された集電体を、リード線を用いて電池容器の蓋に設けられた正極端子および負極端子の各々に接続している。このように、従来の電池では、電池容器内に収納された電極捲回体は、正負の集電体のそれぞれが正負の端子にリード線により接続されているだけなので、電池に振動が加わった場合に電極捲回体が電池容器内で移動しやすい。
【０００４】
本発明の目的は、電池容器内における電極捲回体の移動を防止することができる電池を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
発明の実施の形態を示す図１および図３に対応付けて説明する。
（１）請求項１の発明は、セパレータ２０３を挟んで積層された正負両極のシート状電極材２０１，２０２を軸芯３に捲き付けて形成した電極捲回体２を、有底筒状部材１とその有底筒状部材１の開口部を塞ぐ蓋７とから成る電池容器内に収納した電池に適用され、軸芯に中空の管材３を用い、電極捲回体２と蓋７との間に配設され、電極材２０１と接続される上部集電体４ａと、電極捲回体２と有底筒状部材１の底部との間に配設され、電極材２０２と接続される下部集電体４ｂと、上部集電体４ａに固定され、蓋７を貫通して前記電池容器の外部に突出する第１の導電性剛体６と、管材３の軸方向に伸延するように前記中空内に前記管材と当接して配設され、一端が下部集電体４ｂに固定され、他端が蓋７を貫通して前記電池容器の外部に突出するように蓋７に固定される第２の導電性剛体５とを備えて上述の目的を達成する。
（２）請求項２の発明は、請求項１に記載の電池において、上部集電体４ａを管材３に固定するとともに、絶縁部材９を介して第１の導電性剛体６を蓋７に固定したものである。
（３）請求項３の発明は、請求項１または２に記載の電池において、第２の導電性剛体５の容器底部側の端部を、有底筒状部材１の底部部分に当接させたものである。
【０００６】
なお、上記課題を解決するための手段の項では、本発明を分かり易くするために発明の実施の形態の図を用いたが、これにより本発明が発明の実施の形態に限定されるものではない。
【０００７】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、電極捲回体と接続されている下部集電体が、第２の導電性剛体を介して蓋に固定される。その結果、電極捲回体が電池容器に固定され、電池容器内おける電極捲回体の移動を防止することができる。また、第１および第２の導電性剛体の電池容器外に突出した部分を電極端子として兼用することができる。
請求項２の発明では、請求項１の発明の効果に加えて、電極捲回体の軸芯である管材が上部集電体を介して電池容器の蓋に固定されるので、電極捲回体が電池容器に対してより強固に固定される。
請求項３の発明によれば、請求項１および２の発明の効果に加えて、第２の導電性剛体の容器底部側の端部が、電池容器を構成する有低筒状部材の底部部分に当接しているので、電極捲回体の移動防止効果をより向上させることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図６を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１および図２は本発明による電池の一実施の形態を示す図であり、図１は電池１００の縦断面図で、図２は図１に示す電池１００の横断面図である。図２において、（ａ）はＡ−Ａ断面図、（ｂ）はＢ−Ｂ断面、（ｃ）はＣ−Ｃ断面図、（ｄ）はＤ−Ｄ断面図である。セルケース１および蓋板７は電池１００の電池容器を構成しており、セルケース１内には、発電素子である電極捲回体（電極積層体）２が収められている。セルケース１は金属缶のような有底筒状の導電性部材から成り、セルケース１の外周面はＰＥ（polyethylene）やＰＥＴ（polyethylene terephthalate）等の絶縁材（不図示）によって覆われている。電極捲回体２の中心には絶縁材から成る軸芯管３が設けられており、後述するように電極捲回体２は軸芯管３にシート状の正極および負極をロール状に捲き付けたものである。
【０００９】
図３は電極捲回体２の詳細構造を示す図であり、構造が分かり易いように一部を破断面とした。２０１は正極、２０２は負極、２０３はセパレータであり、これらを図３のように重ねて軸芯管３に捲回することにより円筒状の電極捲回体２が形成される。その結果、ロール状の電極２０１，２０２およびセパレータ２０３は、軸芯管３によって支持されることになる。なお、軸芯管３への捲回開始の際に、セパレータ２０３の捲回開始先端部を軸芯管３へ溶着するなどして固定する。軸芯管３には、ＰＰ（polyplopylene）等の絶縁材料が用いられる。
【００１０】
正極２０１は厚さ約２０μｍのアルミ箔にマンガン酸リチウムやコバルト酸リチウム等の活物質を塗布したものであり、斜線部２０１ａが正極活物質塗布部である。一方、負極２０２は厚さ約１０μｍの銅箔にハードカーボンやグラファイト等の活物質を塗布したものであり、斜線部２０２ａが負極活物質塗布部である。セパレータ２０３はＰＰやＰＥ等の高分子材料を厚さ約４０μｍのフィルム状に伸延したものであり、微小な孔が多数存在する微多孔状に仕上げられている。正極２０１および負極２０２には集電タブ２０１ｂ、２０２ｂがそれぞれ形成されており、負極２０２の集電タブ２０２ｂは電極捲回体２の図示左側端部に突出し、正極２０１の集電タブ２０１ｂは電極捲回体２の右側端部にそれぞれ突出している。集電タブ２０１ｂ、２０２ｂは、電極２０１，２０２の捲き初めの部分から捲き終わりの部分まで一様に分布するように形成されており、その数は各々１００本程度である。
【００１１】
図１に戻って、電極捲回体２の上下両端には正極集電リング４ａと負極集電リング４ｂが配設されている。集電リング４ａ，４ｂの材料には、良伝導性金属である銅などが用いられる。図４は負極集電リング４ｂの形状を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。図４（ａ）に示すように、負極集電リング４ｂの中心部には径の大きな孔４０１が形成されており、その孔４０１の周囲には径の小さな孔４０２が６個形成されている。また、負極集電リング４ｂの周縁部４０３は軸方向に折れ曲がるような筒状になっている。
【００１２】
図１の軸芯管３内には棒状の導電体５が挿入され、この導電体５の下端部は圧入や溶接等によって負極集電リング４ｂの孔４０１（図２（ｄ）参照）に固定されている。導電体５には電極捲回体２を支持するのに十分な剛性を有する部材が使用され、例えば、銅などの良伝導性材料が用いられる。電極捲回体２から図示下方に突出する集電タブ２０２ｂは、負極集電リング４ｂの外周部分に捲き付けられたりハンダ付けされたりして接続されている。集電タブ２０２ｂは、図３に示すように負極２０２の捲き初めの部分から捲き終わりの部分まで一様に形成されており、これらが全て負極集電リング４ｂに接続されて集電されるため集電効率が良い。なお、図２（ｄ）では孔４０２の図示を省略した。
【００１３】
一方、電極捲回体２の集電タブ２０１ｂが突出している側には正極集電リング４ａが設けられている。図２（ｂ）に示すように、正極集電リング４ａの中心部には孔４０４が形成されており、この孔４０４に軸芯管３の上端部分が圧入や接着等により固定されている。集電タブ２０１ｂも上述した集電タブ２０２ｂと同様に、正極集電リング４ａの周囲に捲き付けられたりハンダ付けされたりして接続されている（図１参照）。また、正極集電リング４ａには、図１および図２に示すように中心から外れた位置に正極端子６の下端部が固定されている。
【００１４】
図１に示すように、負極端子である導電体５の上端部分および正極端子６の上端部分は、蓋板７を貫通してケーシングの外側に突出している。導電体５と蓋板７との間および正極端子６と蓋板７との間には樹脂やセラミック等の絶縁ブッシュ９がそれぞれ設けられており、正極および負極間の短絡を防止している。また、絶縁ブッシュ９は導電体５と蓋板７との間および正極端子６と蓋板７との間の気密シールとしても機能している。蓋板７の外周部分にはＯリング等の気密パッキン８が設けられており、この気密パッキン８により蓋板７の外周面とセルケース１の内周面との隙間がシールされている。
【００１５】
導電体５は絶縁材である軸芯管３内を貫通しているので、図２（ｂ）に示すように導電体５と正極集電リング４ａは軸芯管３により絶縁されている。また、図２（ｃ）のＣ−Ｃ断面図に示すように、電極捲回体２が導電体５に直接に接することはない。
【００１６】
電池１００を組み立てる際には、電極捲回体２は図５に示すように導電体５および正極端子６を介して蓋板７に固定される。その後、セルケース１に電解液を所定量充填し、セルケース１内に捲回体２が収納されるように蓋板７をセルケース１の開口部に装着する。セルケース１内の底部にはＥＰＤＭ等の防振材１０が配設され、負極集電リング４ｂおよび導電体５の下端部とセルケース１の底部との隙間が生じないようにされる。なお、防振材１０は、蓋板７をセルケーシング１に装着した際の押圧力によって図１のように変形される。
【００１７】
図６は、図１に示す電池１００を用いたモジュール電池の組立例を示す図であり、モジュール電池の一部を示す平面図である。モジュール電池は、単位電池と呼ばれる電池１００を図６のように複数個直列接続したものであり、２０はモジュールを構成する電池Ｃが収納されるモジュールケースの外壁である。隣り合う電池１００の異なる端子同士は、バスバー２１により接続される。すなわち、正極端子６は一方に隣接する電池１００の負極端子（導電体５）と接続され、負極端子５は他方に隣接する電池１００の正極端子６と接続される。
【００１８】
図１に示した電池１００では、電極捲回体２の集電タブ２０２ｂは導電体５の下端部に固定された負極集電リング４ｂに接続されているので、電極捲回体２が負極集電リング４ｂおよび導電体５を介して蓋板７に固定されることになる。一方、正極２０１の集電タブ２０１ｂは軸芯管３の上端部に固定された正極集電リング４ａに接続され、さらに、正極集電リング４ａは蓋板７に設けられた正極端子６に固定されている。
【００１９】
このように、本実施の形態の電池１００では、電極捲回体２は導電体５および正極端子６の両方を介して蓋板７に固定されているので、電池１００に振動等が加わっても、電極捲回体２がセルケース１内で移動するおそれが無い。さらに、負極集電リング４ｂおよび導電体５が防振材１０を介してセルケース１の底部に当接しているので、電極捲回体２の移動防止効果をより向上させることができる。また、導電体５の一端を蓋板７から突出させて負極端子を兼ねるような構成としているため、部品点数の削減およびコスト低減を図ることができる。
【００２０】
なお、電池１００では、柱状の電池の一方の側（蓋側）にのみに負極端子５および正極端子６が設けられているので、電池底部とモジュール外壁２０との間隔ｄを小さくすることができる。
【００２１】
以上説明した実施の形態と特許請求の範囲の要素との対応において、正極２０１および負極２０２はシート状電極部材を、軸芯管３は管材を、セルケース１は有底筒状部材を、蓋板７は蓋を、セルケース１および蓋板７は電池容器を、正極集電リング４ａは正極集電体および上部集電体を、負極集電リング４ｂは負極集電体および下部集電体を、正極端子６は請求項１の剛体および第１の導電性剛体を、導電体５は第２の導電性剛体を、絶縁ブッシュ９は絶縁部材をそれぞれ構成する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による電池の一実施の形態を示す図であり、電池１００の内部構造を示す縦断面図である。
【図２】図１に示す電池１００の横断面を示す図であり、（ａ）はＡ−Ａ断面図、（ｂ）はＢ−Ｂ断面、（ｃ）はＣ−Ｃ断面図、（ｄ）はＤ−Ｄ断面図である。
【図３】電極捲回体２の詳細構造を示す図である。
【図４】負極集電リング４ｂの形状を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【図５】電池１００の組立手順を説明する図である。
【図６】モジュール電池の組立例を示す図である。
【符号の説明】
１  セルケース
２  電極捲回体
３  軸芯管
４ａ  正極集電リング
４ｂ  負極集電リング
５  導電体
６  正極端子
７  蓋板
８  気密パッキン
９  絶縁ブッシュ
１０  防振材
１００  電池
２０１  正極
２０１ａ，２０２ｂ  集電タブ
２０２  負極
２０３  セパレータ
【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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