(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一枚の金属板を曲げ加工することによって、複数の箇所に挟持部を形成するとともに、これらの挟持部の間にそれぞれ平板部が設けられた集電部と、集電部の一端から挟持部の上端部以上の高さまで持ち上げられた、水平な板状の端子接続部とを有する集電体を備え、集電部が、帯状の正負の電極をそれぞれ上下の巻回軸方向にずらして帯状のセパレータを介し巻回した巻回型の発電要素の上端部に配置されると共に、この発電要素の上端部に突出する正負いずれかの電極の端縁部が集電部の最寄りの挟持部に挟み込まれて接続固定されたことを特徴とする電池。
【請求項２】
前記電極の端縁部が、集電部の挟持部に挟み込まれてかしめられると共に、超音波溶接によりこの挟持部に接続固定されたことを特徴とする請求項１に記載の電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、帯状の正負の電極を帯状のセパレータを介して巻回した巻回型の発電要素を備えた電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
長円筒形の巻回型の発電要素１を備えた非水電解質二次電池の構成例を図５に示す。この発電要素１は、帯状の負極１ａと正極１ｂを帯状のセパレータ１ｃを介して長円筒形に巻回して構成したものであり、負極１ａと正極１ｂをそれぞれ上下に少しずつずらして巻回することにより、発電要素１の上端側には負極１ａの上方端縁部のみを突出させ、下端側には正極１ｂの下方端縁部のみを突出させている。この際、負極１ａは上方端縁部に活物質を塗布せず、正極１ｂは下方端縁部に活物質を塗布しないようにして、それぞれ発電要素１の上下端にはこれら負極１ａと正極１ｂの金属箔を露出させるようにする。また、セパレータ１ｃは、これら負極１ａと正極１ｂが重なり合う部分は確実に覆うが、上下の端縁部は覆わないような幅で巻回する。
【０００３】
上記非水電解質二次電池は、従来図６に示すような負極集電体２を発電要素１の上端部に配置して負極１ａの集電を行っていた。負極集電体２は、銅板からなり、発電要素１の上端部の中央片側の上方に集電部２ａが形成されると共に、この集電部２ａから平板状の端子接続部２ｂを引き出して発電要素１の上端部の片方の半円部の上方に配置したものである。集電部２ａは、銅板を蛇腹状に繰り返し屈曲させて、上方に突出する挟持部２ｃと下方に突出する押込部２ｅとを形成したものである。挟持部２ｃは、頂部で折り返した垂直な２枚の銅板がわずかな間隔を開けて向かい合わせに配置されるようにしたものであり、押込部２ｅは、底部で折り返した傾斜した２枚の銅板が徐々に間隔を広げて断面Ｖ字形状となった部分である。
【０００４】
上記負極集電体２は、図７に示すように、発電要素１の上端に突出する負極１ａの端縁部を集電部２ａの各挟持部２ｃの隙間に複数枚ずつまとめて挟み込んでかしめると共に超音波溶接によって接続固定する。この際、集電部２ａは、上方から発電要素１の上端部に押し下げることにより、押込部２ｅの下方に突出する先端を負極１ａの上端縁部の間に押し込み、断面Ｖ字形状の両側の傾斜面でこれら負極１ａの上端縁部を振り分けてそれぞれ挟持部２ｃの隙間に導き入れることになる。
【０００５】
また、この発電要素１の下端部には、図８に示すような正極集電体３を配置して正極１ｂの集電を行っていた。正極集電体３は、負極集電体２と同様の構造の集電部３ａを有するものであるが、銅板に代えてアルミニウム板が用いられる。この正極集電体３は、発電要素１の下端に突出する正極１ｂの端縁部を集電部３ａの挟持部３ｃの隙間に挟み込んでかしめと超音波溶接によって接続固定するようになっている。この際、集電部３ａの押込部３ｅが正極１ｂの端縁部を振り分けて挟持部３ｃの隙間に導き入れるのは同じである。しかし、ここでは、端子接続部３ｂが発電要素１の上端部の上方にまで引き出される場合の例を示す。もっとも、正極端子５を発電要素１の下方から突出させる場合には、この端子接続部３ｂも発電要素１の下端部の下方に配置されることになる。
【０００６】
なお、図面では簡単のため、発電要素１の負極１ａや正極１ｂ等を少ない巻き数で粗く巻回して示しているが、実際は極めて密に多くの巻き数で巻回するので、集電部２ａ，３ａの各挟持部２ｃ，３ｃの隙間には負極１ａや正極１ｂの端縁部がそれぞれ多数枚ずつ挟み込まれて接続固定される。また、これら負極集電体２や正極集電体３の集電部２ａ，３ａは、発電要素１の中央片側のみならず、中央の両側の上方や下方に配置して集電効率を向上させるようにする場合もある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記発電要素１の負極１ａや正極１ｂは、上下の端縁部に銅やアルミニウム等の極めて薄い金属箔が露出するので、実際に集電部２ａ，３ａの押込部２ｅ，３ｅの先端をこれら負極１ａや正極１ｂの端縁部の間に押し込まれると、断面Ｖ字形状の両側の傾斜面で引っ掛かって、シワが寄ったり破断したりするため、挟持部２ｃ，３ｃの隙間にスムーズに導き入れることができないという問題があった。
【０００８】
また、このように集電部２ａ，３ａに押込部２ｅ，３ｅが設けられていると、この押込部２ｅ，３ｅの先端が発電要素１の内部に突入されるので、集電を行わない側の正極１ｂ又は負極１ａと接触して短絡を起こしたり、活物質の塗工面積が狭くなって電池容量が減少するという問題があった。例えば、図９に示すように、負極１ａを集電部２ａの挟持部２ｃに接続固定する場合、下方にずらして配置した正極１ｂの上端が押込部２ｅの先端に接近するので、これらが接触して短絡を起こすおそれが生じる。そして、これを防止するために負極１ａと正極１ｂのずれの量を大きくすると、活物質の未塗工部を広くしなければならないので、その分だけ塗工面積が狭くなって電池容量が減少することになる。
【０００９】
なお、負極１ａや正極１ｂの端縁部がスムーズに挟持部２ｃ，３ｃの隙間に挿入できないという問題については、摩擦係数が小さく滑りの良い素材を用いた、押込部２ｅ，３ｅよりも先端の角度が小さくて長いＶ字形状の歯を有する櫛状の治具を発電要素１の上端部と下端部に押し込んで、事前に負極１ａや正極１ｂの上下の端縁部を挟持部２ｃ，３ｃの隙間に対応する位置に振り分けておき、ここに負極集電体２や正極集電体３の集電部２ａ，３ａを挿入するようにすれば解消することができる。しかし、この場合にも、押込部２ｅ，３ｅの先端が短絡を起こしたり、活物質の塗工面積が狭くなるという問題は解消できなかった。
【００１０】
本発明は、かかる事情に対処するためになされたものであり、平板状の金属板に直接挟持部を設けることにより、電極との短絡が生じるおそれがなく、活物質の塗工面積も広げることができる電池を提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１の電池は、一枚の金属板を曲げ加工することによって、複数の箇所に挟持部を形成するとともに、これらの挟持部の間にそれぞれ平板部が設けられた集電部と、集電部の一端から挟持部の上端部以上の高さまで持ち上げられた、水平な板状の端子接続部とを有する集電体を備え、集電部が、帯状の正負の電極をそれぞれ上下の巻回軸方向にずらして帯状のセパレータを介し巻回した巻回型の発電要素の上端部に配置されると共に、この発電要素の上端部に突出する正負いずれかの電極の端縁部が集電部の最寄りの挟持部に挟み込まれて接続固定されたことを特徴とする。
【００１２】
請求項１の発明によれば、電極の端縁部を接続固定する複数の挟持部が平板状の平板部を介して繋がるので、この部分が発電要素の内部に突入するようなことがなくなる。このため、挟持部に接続固定されない側の電極が集電部に接触して短絡を起こすようなおそれがなくなる。また、このため、正負の電極を巻回する際のずれの量を少なくすることができるので、活物質を塗工する面積を広げて電池容量を増大させることもできる。
【００１３】
請求項２の電池は、前記電極の端縁部が、集電部の挟持部に挟み込まれてかしめられると共に、超音波溶接によりこの挟持部に接続固定されたことを特徴とする。
【００１４】
請求項２の発明によれば、電極の端縁部を集電部の挟持部にかしめと超音波溶接により確実に接続固定することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１６】
図１〜図４は本発明の一実施形態を示すものであって、図１は発電要素に接続固定した負極集電体を示す斜視図、図２は発電要素に接続固定する負極集電体と正極集電体の構成を示す斜視図、図３は発電要素の上端に突出する負極の端縁部を振り分けるための治具を示す斜視図、図４は集電部の挟持部に負極の端縁部が挟み込まれた状態を示す部分拡大図である。なお、図５〜図９に示した従来例と同様の機能を有する構成部材には同じ番号を付記する。
【００１７】
本実施形態は、電気自動車等に用いられる長円筒形に巻回した発電要素１を備えた非水電解質二次電池について説明する。この非水電解質二次電池の発電要素１は、図５に示したように、負極１ａと正極１ｂをそれぞれ上下方向（巻回軸方向）に少しずつずらして巻回することにより、この発電要素１の上端側には負極１ａの上方端縁部のみを突出させ、下端側には正極１ｂの下方端縁部のみを突出させたものである。負極１ａは、帯状の銅箔の表面にグラファイト等の負極活物質を塗布したものであり、正極１ｂは、帯状のアルミニウム箔の表面にリチウムコバルト複合酸化物等の正極活物質を塗布したものである。ただし、負極１ａは、上方端縁部を除いた部分にのみ負極活物質を塗布し、正極１ｂは、下方端縁部を除いた部分にのみ正極活物質を塗布しておくことにより、それぞれ発電要素１の上下端には銅箔とアルミニウム箔を露出させて突出させるようにする。セパレータ１ｃは、帯状の微多孔性樹脂フィルムを用い、これら負極１ａと正極１ｂが重なり合う部分は確実に覆うが、上下の端縁部は覆わないような幅で巻回する。
【００１８】
上記発電要素１には、図２に示すような負極集電体２と正極集電体３が接続される。負極集電体２は、銅板をプレス加工したものであり、発電要素１の上端部の中央片側の上方に集電部２ａが配置される。集電部２ａは、この負極集電体２の銅板を曲げ加工することにより、３箇所に挟持部２ｃを形成すると共に、これらの挟持部２ｃの間にそれぞれ平板部２ｄを設けたものである。挟持部２ｃは、水平の平板状の銅板を上方に屈曲させて頂部で折り返すことにより、２枚の銅板を向かい合わせに立設させた部分である。そして、この向かい合わせに立設された２枚の銅板の間には、下方に開口する隙間が設けられる。平板部２ｄは、これら挟持部２ｃの隣接するもの同士をそれぞれ下端部で繋ぐ水平な平板状の部分であり、各挟持部２ｃの間にある程度間隔が開くようにするために設けられる。
【００１９】
上記負極集電体２における集電部２ａの一端は、挟持部２ｃの上端部以上の高さまで持ち上げられて、発電要素１の上端部の片方の半円部の上方まで引き出され、水平な平板状の端子接続部２ｂに繋がっている。この端子接続部２ｂには、負極端子４の下端部がかしめによって接続固定されている。また、上記正極集電体３は、アルミニウム板をプレス加工したものであり、負極集電体２と同様の構成であり上下が逆になった集電部３ａが形成されている。そして、この集電部３ａの一端は、発電要素１の側面に沿って上端部の他方の半円部の上方まで引き出され、水平な平板状の端子接続部３ｂに繋がっている。そして、この端子接続部３ｂには、正極端子５の下端部がかしめによって接続固定されている。
【００２０】
上記発電要素１は、まず図３に示すように、下向きのＶ字形状の歯が形成された櫛状の治具６を上端部の中央片側に挿入することにより、この発電要素１の上端に突出する負極１ａの端縁部を３箇所に振り分けて集める。治具６は、高密度ポリエチレンのように硬度の高い素材を用いると共に、歯の先端の角度を小さくしてＶ字形状を長くすることにより、負極１ａの端縁部に露出した薄い銅箔にシワを寄せたり破断させることなく、これらをスムーズに振り分けることができる。
【００２１】
次に、図１に示すように、発電要素１の上端部に負極集電体２を載置して、治具６によって振り分けられた複数枚ずつの負極１ａの端縁部を集電部２ａの各挟持部２ｃの隙間にそれぞれ挟み込む。負極１ａの端縁部が各挟持部２ｃに挟み込まれると、治具６は外される。そして、各挟持部２ｃの２枚の銅板をかしめると共に超音波溶接を行うことにより、これらの挟持部２ｃに挟み込まれた負極１ａの端縁部の銅箔が露出した部分を集電部２ａに接続固定する。かしめ作業は、各挟持部２ｃの両側にかしめ工具のアタッチメントを上方から挿入し、２枚の銅板を押し潰すように力を加えることにより行われる。また、超音波溶接は、各挟持部２ｃの両側に超音波溶接器のアタッチメントを上方から挿入し、２枚の銅板に超音波振動を加えることにより行われる。平板部２ｄは、隣接する挟持部２ｃの間にこれらのアタッチメントを挿入する空間を提供するために、上記のようにある程度の間隔が開くように設けられる。なお、図面では簡単のため、発電要素１の負極１ａや正極１ｂ等を少ない巻き数で粗く巻回して示しているが、実際は極めて密に多くの巻き数で巻回するので、集電部２ａの各挟持部２ｃの隙間には負極１ａの端縁部がそれぞれ多数枚ずつ挟み込まれて接続固定される。
【００２２】
また、正極集電体３も、負極集電体２と同様に、発電要素１の下端に突出する正極１ｂの端縁部のアルミニウム箔が露出した部分を集電部３ａの挟持部３ｃの隙間に複数枚ずつまとめて挟み込んでかしめると共に超音波溶接によって接続固定する。なお、この集電部３ａから上端部に引き出された正極集電体３の端子接続部３ｂは、負極集電体２の集電部２ａの上方に重ねて配置されることになるが、これらの間には絶縁材が挿入されて短絡を防止するようになっている。
【００２３】
上記負極集電体２と正極集電体３を接続固定した発電要素１は、図示しない長円筒形の電池ケースに収納されて非水電解液を注入され密閉されることにより非水電解質二次電池となる。また、負極端子４と正極端子５は、それぞれ絶縁封止されて電池の上部から突設される。
【００２４】
上記構成によれば、負極１ａや正極１ｂの端縁部を接続固定する複数の挟持部２ｃ，３ｃがそれぞれ平板状の平板部２ｄ，３ｄを介して繋がり、この平板部２ｄ，３ｄが発電要素１の内部に突入するようなことがないので、短絡のおそれがなくなると共に、電池容量を増大させることができるようになる。例えば、図４に示すように、負極１ａを集電部２ａの挟持部２ｃに接続固定する場合、下方にずらして配置した正極１ｂの上端と平板状の平板部２ｄの裏面との間には十分な距離が保たれるので、これらが接触して短絡を起こすようなおそれが生じない。また、このように正極１ｂの上端と平板状の平板部２ｄの裏面との間が十分に離れていれば、負極１ａと正極１ｂのずれの量を少なくしても短絡のおそれがなくなるので、活物質の未塗工部を狭くしてその分だけ塗工面積を広げ電池容量を増大させることができるようになる。そして、これは正極１ｂを集電部３ａの挟持部３ｃに接続固定する場合も同様である。
【００２５】
なお、上記実施形態では、長円筒形に巻回した発電要素１について説明したが、本発明はその他の巻回型の発電要素にも同様に実施可能である。ただし、例えば円筒形の発電要素の場合には、集電部２ａ，３ａの挟持部２ｃ，３ｃは、負極１ａや正極１ｂの巻きに沿って湾曲して形成する必要がある。
【００２６】
また、上記実施形態では、非水電解質二次電池について説明したが、本発明は、その他の電池一般に実施可能である。さらに、上記実施形態では、負極集電体２と正極集電体３に銅板とアルミニウム板を使う場合について説明したが、電池の種類に応じて他の金属板を用いることも可能である。
【００２７】
さらに、上記実施形態では、負極集電体２と正極集電体３の挟持部２ｃ，３ｃをかしめて超音波溶接する場合について説明したが、負極１ａや正極１ｂの端縁部を挟み込んで接続固定するものであれば、必ずしもこのような方法には限定されない。
【００２８】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の電池によれば、集電体の集電部における複数の挟持部の間に平板状の平板部が形成されるので、この部分が発電要素の内部に突入して他方の電極に接触し短絡を起こすようなおそれがなくなる。また、このため、正負の電極を巻回する際のずれの量を少なくすることができるので、活物質を塗工する面積を広げて電池容量を増大させることもできるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施形態を示すものであって、発電要素に接続固定した負極集電体を示す斜視図である。
【図２】  本発明の一実施形態を示すものであって、発電要素に接続固定する負極集電体と正極集電体の構成を示す斜視図である。
【図３】  本発明の一実施形態を示すものであって、発電要素の上端に突出する負極の端縁部を振り分けるための治具を示す斜視図である。
【図４】  本発明の一実施形態を示すものであって、集電部の挟持部に負極の端縁部が挟み込まれた状態を示す部分拡大図である。
【図５】  非水電解質二次電池の発電要素の構成を示す斜視図である。
【図６】  従来例を示すものであって、発電要素に接続固定する負極集電体の構成を示す斜視図である。
【図７】  従来例を示すものであって、発電要素に接続固定した負極集電体を示す斜視図である。
【図８】  従来例を示すものであって、発電要素に接続固定する負極集電体と正極集電体の構成を示す斜視図である。
【図９】  従来例を示すものであって、集電部の挟持部に負極の端縁部が挟み込まれた状態を示す部分拡大図である。
【符号の説明】
１    発電要素
１ａ  負極
１ｂ  正極
１ｃ  セパレータ
２    負極集電体
２ａ  集電部
２ｃ  挟持部
２ｄ  平板部
３    正極集電体
３ａ  集電部
３ｃ  挟持部
３ｄ  平板部
【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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