JP5163688B2 - 電池及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、芯材の周囲に電極を巻回した巻回型の発電要素を備えた電池に関する。

非水電解質二次電池には、軽量薄型化のために、長円筒形の巻回型の発電要素を袋状のアルミラミネートシートに収納したものがある。このような非水電解質二次電池の発電要素の従来の構成を図４に示す。この発電要素１は、図４（ａ）に示すような芯材１１の周囲に、図４（ｂ）に示すように、正極１２と負極１３をセパレータ１４を介して巻回したものである。芯材１１は、図４（ａ）に示すように、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）やＰＰ（ポリプロピレン）等のある程度腰のある絶縁性の短い帯状の樹脂シート材を１回から数回巻いて、端部を粘着テープ１５で止めたものを用いる。なお、この芯材１１は、例えば長円筒形に成形した樹脂成形品を用いることもある。

上記発電要素１の正極１２は、芯材１１よりも少し幅広の帯状のアルミニウム箔の表面に正極活物質を担持させたものであり、負極１３は、この正極１２とほぼ同じ幅の帯状の銅箔の表面に負極活物質を担持させたものである。ただし、正極１２は、帯状の一方の側端部（図４の上部）に正極活物質を塗布しない未塗工部を設けて、この未塗工部ではアルミニウム箔が露出するようにしている。また、負極１３も、帯状の他方の側端部（図４の下部）に負極活物質を塗布しない未塗工部を設けて、この未塗工部では銅箔が露出するようにしている。セパレータ１４は、正極１２や負極１３よりも少し幅の狭い帯状のＰＥ（ポリエチレン）の微多孔膜からなる。

上記正極１２と負極１３は、芯材１１を中心にこの周囲にセパレータ１４を介して巻回される。この際、正極１２を一方の側端部側にずらすと共に、負極１３を他方の側端部側にずらして巻回するので、図４（ｂ）に示すように、発電要素１の一方の端面（図４の上端面）には正極１２の側端部のアルミニウム箔のみがはみ出し、他方の端面（図４の下端面）には負極１３の側端部の銅箔のみがはみ出すことになる。また、セパレータ１４は、これらアルミニウム箔や銅箔がはみ出した発電要素１の両端部を除く中央の大部分に巻回され、正極１２と負極１３とが重なる間には確実に介在するようにしている。そして、このセパレータ１４は、正極１２と負極１３の巻回が完了した後も１回以上の巻回を行い、端部を粘着テープ１６で止め付けることにより巻回が解けないようにしている。

上記構成の発電要素１は、図４（ｃ）に示すように、芯材１１の一方の端部（図４の上端部）に正極リード２を挿入すると共に、他方の端部（図４の下端部）に負極リード３を挿入する。正極リード２は、アルミニウム板からなり、負極リード３は、銅板からなる。この正極リード２には、発電要素１の一方の端面からはみ出した正極１２のアルミニウム箔が重ね合わされて超音波溶接により接続され、負極リード３には、発電要素１の他方の端面からはみ出した負極１３の銅箔が重ね合わされて超音波溶接により接続される。また、これらの正極リード２と負極リード３には、図示しない正極端子と負極端子が接続される。そして、袋状のアルミラミネートシートにこの発電要素１を収納して電解液を充填し、正極端子と負極端子の一部をそれぞれ外部に突出させた状態で封口することにより非水電解質二次電池となる。

ところが、上記従来の非水電解質二次電池は、正極リード２と負極リード３を発電要素１の芯材１１に挿入して超音波溶接により接続するまでの間に、これらの正極リード２と負極リード３がずれて正確な位置に接続できなかったり、この接続が不十分になるという問題があった。また、これらの正極リード２と負極リード３は、正極１２や負極１３のアルミニウム箔や銅箔にのみ接続されるので、非水電解質二次電池が衝撃や振動を受けると、内部の発電要素１が動いてアルミニウム箔や銅箔が正極リード２や負極リード３との接続部で破断するおそれがあるという問題もあった。

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、予めリードを発電要素の芯材に固着しておくことにより、このリードと電極との接続が確実となり、この接続部の電極が破断するようなことがなくなる電池を提供することを目的としている。

本願の発明は、絶縁性の芯材の周囲に正負の電極を巻回した巻回型の発電要素を備えた電池において、端子に接続されたリードが、発電要素の電極に接続されると共に、この発電要素の芯材に固着されていることを特徴とする。

本願の発明によれば、リードが発電要素の電極に接続されるだけでなく、芯材にも固着されるので、電池が衝撃や振動を受けたとしても、このリードに芯材が支持されることにより発電要素だけが内部で動くのを抑制することができ、衝撃や振動が強い場合には、このリードが発電要素と共に動くこともある。従って、衝撃や振動によりリードと電極との接続部分に強い力が加わるのを防止することができるので、この接続部分の電極が破断するようなことがなくなる。また、リードは、予め芯材に固着しておくことができるので、巻回した電極との接続作業の際にこのリードがずれて正確な位置に接続できなかったり接続が不十分になるというようなこともなくなる。なお、このリードは、正極側のものだけでもよいし負極側のものだけでもよく、正負極双方のものであってもよい。

本発明は、例えば樹脂シートを１回以上巻いた芯材の周囲に正負の電極を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おいて、正極端子に接続された正極リードが発電要素の一方の端面からはみ出した正極に接続されると共に芯材の樹脂シートの一方の側端部にも固着され、負極端子に接続された負極リードが発電要素の他方の端面からはみ出した負極に接続されると共に芯材の樹脂シートの他方の側端部にも固着されているように構成することができる。そして、この場合には、発電要素が芯材の両端部を正極リードと負極リードにより確実に支持されるようになり、しかも、これらの正極リードと負極リードは、予め樹脂シートからなる芯材の両側端部に固着しておくことができるので、巻回した電極との接続作業の際にこれらのリードがずれて正確な位置に接続できなかったり接続が不十分になるというようなことも確実に防止できるようになる。

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、電池が衝撃や振動を受けたとしても、芯材に固着されたリードが発電要素と共に動くか、この発電要素を動かないように支持するので、リードと電極との接続部分に強い力が加わらないようにして電極の破断を防止することができるようになる。また、リードを予め芯材に固着しておけば、電極との接続作業の際にこのリードがずれて正確な位置に接続できなかったり接続が不十分になるというようなこともなくなる。

本発明の一実施形態を示すものであって、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。 本発明の一実施形態を示すものであって、正極リードと負極リードを固着した芯材を示す斜視図である。 本発明の一実施形態を示すものであって、芯材の他の実施例を示す斜視図である。 従来例を示すものであって、芯材と発電要素と電極に接続した正極リードと負極リードを示す斜視図である。

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。

図１〜図３は本発明の一実施形態を示すものであって、図１は非水電解質二次電池の発電要素の構成を示す斜視図、図２は正極リードと負極リードを固着した芯材を示す斜視図、図３は芯材の他の実施例を示す斜視図である。なお、図４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。

本実施形態は、従来例と同様に、長円筒形の巻回型の発電要素を袋状のアルミラミネートシートに収納し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１に示すように、芯材１１の周囲に正極１２と負極１３とをセパレータ１４を介して巻回したものである。

上記芯材１１は、図２に示すように、短い帯状の樹脂シート材１１ａを１回から数回巻いたものである。樹脂シート材１１ａは、ＰＥＴやＰＰ等の絶縁性のシート材であり、巻いたときに芯材１１として長円筒形の形状を維持するために、ある程度腰のある材質の樹脂が用いられる。この樹脂シート材１１ａには、図２（ａ）に示すように、予め帯状の一方の側端部（図２の上部）に正極リード２の下端部が固着されると共に、他方の側端部（図２の下部）に負極リード３の上端部が固着される。正極リード２は、短冊状のアルミニウムやアルミニウム合金等の金属板からなり、負極リード３は短冊状の銅や銅合金等の金属板からなる。そして、これらの正極リード２と負極リード３を図示しない両面粘着テープや接着剤等を用いたり熱溶着させることにより樹脂シート材１１ａの側端部に固着する。このようにして正極リード２と負極リード３が固着された樹脂シート材１１ａは、図２（ｂ）に示すように、１回から数回巻き、端部を粘着テープ１５で止めることにより芯材１１とする。従って、正極リード２は、上端部がこの芯材１１の上端面から上方に向けて突出し、負極リード３は、下端部がこの芯材１１の下端面から下方に向けて突出することになる。

本実施形態の非水電解質二次電池の発電要素１は、図１に示すように、上記芯材１１の周囲に長尺な帯状の正極１２と負極１３をセパレータ１４を介して巻回したものである。正極１２と負極１３とセパレータ１４の構成は、図４で示した従来例のものと同じである。そして、この従来例と同様に、芯材１１を中心に、セパレータ１４を介して正極１２と負極１３をずらして巻回することにより発電要素１の一方の端面（図１の上端面）には正極１２の側端部のアルミニウム箔のみがはみ出し、他方の端面（図１の下端面）には負極１３の側端部の銅箔のみがはみ出すようにしている。また、セパレータ１４も、従来例と同様に、最外周で１回以上余分に巻回して、端部を粘着テープ１６で止め付ける。

本実施形態の発電要素１は、上記巻回により長円筒形に形成される。即ち、横断面が長円形の巻軸に長円筒形にした芯材１１を嵌めて、この周囲に正極１２と負極１３を長円筒形に巻回することにより、長円筒形の発電要素１が作製される。また、横断面が円形の巻軸に芯材１１を嵌めて、この周囲に正極１２と負極１３を円筒形に巻回し、この巻回後に巻軸を抜いて発電要素１の側面を両側から圧迫することにより長円筒形に潰して変形させるようにすることもできる。正極リード２と負極リード３は、この発電要素１の長円筒形の端面における両湾曲部の間の直線部のほぼ中央部から上下方向に突出するように配置される。

上記正極リード２は、芯材１１から上方に突出した部分を発電要素１の上端面からはみ出した正極１２のアルミニウム箔と重ね合わせて超音波溶接により接続される。また、負極リード３は、芯材１１から下方に突出した部分を発電要素１の下端面からはみ出した負極１３の銅箔と重ね合わせて超音波溶接により接続される。これらのアルミニウム箔や銅箔は、巻回の中心から片側の最外周までのもののみを重ね合わせて正極リード２や負極リード３の片方の面に接続するようにしてもよいし、両側の最外周までのものを重ね合わせて、これらの間に配置される正極リード２や負極リード３の両方の面に接続するようにしてもよい。

上記のようにして発電要素１の正極１２と負極１３に接続された正極リード２と負極リード３には、図示しない正極端子と負極端子が溶接やかしめ、ねじ止め等によって接続される。そして、袋状のアルミラミネートシートにこの発電要素１を収納して電解液を充填し、正極端子と負極端子の一部をそれぞれ外部に突出させた状態で封口することにより非水電解質二次電池となる。

上記構成の非水電解質二次電池は、正極リード２や負極リード３が発電要素１の正極１２や負極１３に接続されるだけでなく、芯材１１にも固着されている。このため、非水電解質二次電池が外部から衝撃や振動を受けた場合に、従来であればアルミラミネートシートの外装体内部で重量のある発電要素１のみが動くことがあるが、本実施形態では、芯材１１の両端部が正極リード２と負極リード３によって支持されるので、この外装体内部での発電要素１の動きを抑制することができる。即ち、正極リード２や負極リード３は、アルミラミネートシートの封口部で固定された端子に接続されているので、これによってアルミラミネートシート内部での発電要素１の位置を固定してほとんど動くことがないようにすることができる。ただし、非水電解質二次電池が受けた衝撃や振動が強かったり、正極リード２や負極リード３による支持が不十分なために、発電要素１がアルミラミネートシート内部で動いてしまう場合もある。しかしながら、このような場合であっても、これらの正極リード２や負極リード３は、端子との接続部分や中央部分で折れ曲がることになり、少なくとも芯材１１との固着部は発電要素１と共に動くので、その直ぐ近傍の正極１２や負極１３との接続部も、アルミニウム箔や銅箔から引き剥がされたりするようなことがなくなる。従って、非水電解質二次電池が衝撃や振動を受けても、正極リード２や負極リード３と正極１２や負極１３との接続部分に強い力が加わるのを防止することができるので、この接続部分のアルミニウム箔や銅箔が破断するようなことがなくなる。

しかも、正極リード２と負極リード３は、予め芯材１１の樹脂シート材１１ａに固着しておくことができるので、巻回工程の後に正極１２や負極１３との接続作業を行う際に、これらの正極リード２や負極リード３が斜めになったり芯材１１から飛び出す等してずれることにより正確な位置に接続できなかったり接続が不十分になるようなこともなくなる。

なお、上記実施形態では、樹脂シート材１１ａを巻いた芯材１１を用いる場合を示したが、この芯材１１は、図３に示すように、長円筒形の樹脂成形品を用いることもできる。そして、このような樹脂成形品からなる芯材１１を用いる場合には、正極リード２や負極リード３をこの樹脂成形品の表面に固着してもよいが、図３に示すように、インサート成形等によって一部を埋め込むことにより固着することもできる。即ち、芯材１１は、ある程度の腰や剛性を有する絶縁性のものであれば樹脂に限定されるものではなく、また、シート材を巻いたものや成形品等の他、どのような構成のものであってもよい。しかも、この芯材１１への正極リード２や負極リード３の固着手段も、粘着テープを用いたり埋め込み一体成形する等の他、どのような方法で固着してもよい。

また、上記実施形態では、正極リード２や負極リード３が正極端子や負極端子とは別部品である場合を示したが、これら正極端子や負極端子の一部を構成し一体的に接続されたものであってもよい。さらに、これらの正極リード２や負極リード３は、直接正極端子や負極端子に接続されるのではなく、中間接続体を介して正極端子や負極端子に接続されるようになっていてもよい。さらに、上記実施形態では、これら正極リード２や負極リード３を超音波溶接により発電要素１の正極１２と負極１３に接続する場合を示したが、レーザ溶接やかしめ、ねじ等による締め付け、その他の任意の手段で接続することができる。

また、上記実施形態では、発電要素１の正極１２と負極１３に活物質の未塗工部を形成しセパレータ１４を介してずらして巻回する場合を示したが、この発電要素１の構成は、このようなものに限らず任意である。例えば正極１２や負極１３の側端部にタブ状の接続部を形成しておき、巻回によってこの接続部を発電要素１の端面から突出させるようにして、この接続部を正極リード２や負極リード３に接続するようにすれば、これら正極１２や負極１３を巻回軸方向にずらして巻回する必要はなくなる。さらに、セパレータ１４の材質も任意であり、電解質層等を介して正極１２と負極１３が確実に分離されるならば、このセパレータ１４を介在させる必要もなくなる。

また、上記実施形態では、正極リード２と負極リード３の双方を芯材１１に固着する場合を示したが、いずれか一方のリードを芯材１１に固着するだけでも同様の効果を得ることができる。特に、他方の電極を例えば発電要素１の最外周から集電するような場合には、この発電要素１の端面から集電を行うのは一方の電極だけでよいので、この一方の電極に接続するリードだけを芯材１１に固着すれば足りる。

また、上記実施形態では、長円筒形の発電要素１を用いる場合を示したが、芯材１１を用いる巻回型の発電要素１であれば形状は任意であり、横断面が長円形のものに限らず、楕円形やその他の形状であってもよく、一般的な円筒形の発電要素１であっても同様に実施可能である。しかも、この発電要素１を収納する電池外装体も、袋状のアルミラミネートシートには限定されず、金属製の電池缶や樹脂製の電池容器等を用いることができる。さらに、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、この電池の種類も特に限定されない。そして、このような電池の種類に応じて、発電要素１の各構成要素や正極リード２、負極リード３の材質や構成を任意に定めることができる。

１ 発電要素
１１ 芯材
１１ａ 樹脂シート材
１２ 正極
１３ 負極
２ 正極リード
３ 負極リード

Claims (5)

1. 絶縁性の芯材を有する巻回型の発電要素と、前記発電要素に接続される正極リードと、前記発電要素に接続される負極リードと、外装体と、正極端子と、負極端子と、を備えた電池において、
   前記正極リードの一端部と前記負極リードの一端部とは、前記芯材の巻回軸方向の一端部と他端部とにそれぞれ固着されていること、
   前記正極リードの他端部と前記負極リードの他端部とは、前記正極端子と前記負極端子とにそれぞれ接続されていること、
   前記正極端子と前記負極端子とは、前記外装体の封口部で固定されていること、を特徴とする、電池。
2. 絶縁性の芯材を有する巻回型の発電要素は、巻回軸方向の一端において、正極の側端部がはみ出しており、他端においては、負極の側端部がはみ出していることを特徴とする請求項１記載の電池。
3. 正極の側端部は、正極リードの一端部と他端部との間の位置で前記正極リードに接続されていること、
   または／および、負極の側端部は、負極リードの一端部と他端部との間の位置で前記負極リードに接続されていることを特徴とする、請求項２記載の電池。
4. 正極リードの他端部と正極端子とは、一体的に接続されていること、
   または／および、負極リードの他端部と負極端子とは、一体的に接続されていることを特徴とする請求項１、２または３記載の電池。
5. 外装体の材質は、アルミラミネートシートであることを特徴とする請求項１、２、３または４記載の電池。