JP5115591B2 - 電池の電極積層体 - Google Patents

Description

本発明は、電池の電極積層体に関する。

従来、電池の電極積層体として、例えば特許文献１に開示されている密閉型角形電池の電極集積体がある。この電極集積体は、矩形状の電極板と、テープ状のセパレータ材とを備えている。電極板は、セパレータ材の上に、長手方向に複数配置される。電極板の上には、別のセパレータ材が配置される。そして、セパレータ材同士が熱圧着され、電極体が形成される。その後、この電極体をつづら折り状に屈曲成形して、電極板が積層された電極集積体が形成される。

特開平７−３３５２４４号公報

ところで、前述した電極集積体では、独立した電極板を、セパレータ材の上に、長手方向に複数配置しなければならない。そのため、配置作業に時間を要することとなり生産性が悪い。また、独立した電極板が長手方向に複数配置されるため、配置時及び屈曲成形時に電極板の位置ずれが発生しやすく、形状不良となる可能性が高い。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、作業時間を短縮して生産性を向上させるとともに、電極板の位置ずれを抑えることができる電池の電極積層体を提供することを目的とする。

そこで、本発明者らは、この課題を解決すべく鋭意研究し試行錯誤を重ねた結果、帯状及び櫛歯状の電極板を積層し、屈曲成形することにより電極積層体を構成することで、作業時間を短縮して生産性を向上させるとともに、電極板の位置ずれを抑えられることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、請求項１に記載の電池の電極積層体は、帯状の第１電極板と、板厚方向に背向する第１電極板の一面及び他面のうち、第１電極板の一面側に積層される帯状の第１セパレータと、第１電極板の他面側に積層される帯状の第２セパレータと、複数の歯部と、複数の歯部を連結する連結部とを有し、第１セパレータの反第１電極板側に積層される櫛歯状の第２電極板と、複数の歯部と、複数の歯部を連結する連結部とを有し、第２セパレータの反第１電極板側に積層される櫛歯状の第３電極板と、からなり、積層された第１電極板、第１セパレータ、第２セパレータ、第２電極板及び第３電極板をつづら折り状に屈曲成形することにより構成されることを特徴とする。

この構成によれば、従来、長手方向に複数配置されていた電極板が、第１電極板〜第３電極板としてそれぞれ一体化された構成となっている。そのため、従来のように、独立した電極板を長手方向に複数配置する必要がない。従って、作業時間を短縮することができる。また、一体化された構成で電極位置が拘束されるため、電極板の位置ずれも発生しにくい。従って、作業時間を短縮して生産性を向上させるとともに、電極板の位置ずれを抑えることができる。

請求項２に記載の電池の電極積層体は、第２電極板の歯部と第３電極板の歯部が、それぞれ第１電極板によって挟み込まれるように、つづら折り状に屈曲成形することにより構成されることを特徴とする。この構成によれば、第１電極板と、第２電極板又は第３電極板のいずれかが交互に積層された電極積層体を構成することができる。

請求項３に記載の電池の電極積層体は、第２電極板の歯部が、第３電極板の歯部に積層方向に対向して積層された状態でつづら折り状に屈曲成形されることにより構成されることを特徴とする。この構成によれば、第１電極板と、第２電極板又は第３電極板のいずれかが交互に積層された電極積層体を確実に構成することができる。

請求項４に記載の電池の電極積層体は、第２電極板の歯部が、第３電極板の歯部と歯部の間に配置され積層された状態でつづら折り状に屈曲成形されることにより構成されることを特徴とする。この構成によれば、第１電極板と、第２電極板又は第３電極板のいずれかが交互に積層された電極積層体を確実に構成することができる。

請求項５に記載の電池の電極積層体は、第２電極板と第３電極板は、歯部と連結部とによって形成される角部がＲ状であることを特徴とする。この構成によれば、第２電極板と第３電極板の角部を補強することができる。そのため、搬送時及び積層時における第２電極板や第３電極板の角部の破損を防止することができる。

請求項６に記載の電池の電極積層体は、第２電極板は、第１セパレータに固定された状態で第１電極板の一面側に積層され、第３電極板は、第２セパレータに固定された状態で第１電極板の他面側に積層されることを特徴とする。この構成によれば、第１セパレータによって第２電極板を補強することができる。また、第２セパレータによって第３電極板を補強することができる。そのため、積層時における第２電極板や第３電極板の破損を防止することができる。さらに、積層時及び屈曲成形時における第２電極板や第３電極板の位置ずれを抑えることができる。

請求項７に記載の電池の電極積層体は、第２電極板と第３電極板は、帯状の電極板を櫛歯状に切断することによって同時に構成されることを特徴とする。この構成によれば、第２電極板と第３電極板を効率よく構成することができる。

請求項８に記載の電池の電極積層体は、第１電極板が、負極であり、第２電極板及び第３電極板が正極であることを特徴とする。この構成によれば、正極の表面積に比べ、負極の表面積を大きくすることができる。通常、電池は、正極の表面積に比べ、負極の表面積が大きい方が性能を確保する上で好ましい。従って、充分な性能を確保することができる。

請求項９に記載の電池の電極積層体は、車両に搭載され、電子装置に電力を供給することを特徴とする。この構成によれば、車両に搭載され、電子装置に電力を供給する電池の電極積層体において、作業時間を短縮して生産性を向上させるとともに、電極板の位置ずれを効率よく抑えることができる

本実施形態における電極積層体の正面図である。 負電極板、セパレータ及び正電極板の積層状態を説明するための説明図である。 負電極板、セパレータ及び正電極板の積層状態を説明するための別の説明図である。 正電極板の加工工程を説明するための説明図である。 正電極板の加工工程を説明するための別の説明図である。 加工後における正電極板の平面図である。 積層された負電極板、セパレータ及び正電極板の屈曲成形工程を説明するための説明図である。 別の形態における加工後における正電極板の平面図である。 別の形態における負電極板、セパレータ及び正電極板の積層状態を説明するための説明図である。 別の形態における負電極板、セパレータ及び正電極板の積層状態を説明するための別の説明図である。 別の形態における積層された負電極板、セパレータ及び正電極板の屈曲成形工程を説明するための説明図である。

次に実施形態を挙げ、本発明をより詳しく説明する。本実施形態では、本発明に係る電池の電極積層体を、車両に搭載され、電子装置に電力を供給する電池の電極積層体に適用した例を示す。

まず、図１〜図７を参照して電極積層体の構成について説明する。ここで、図１は、本実施形態における電極積層体の正面図である。図２は、負電極板、セパレータ及び正電極板の積層状態を説明するための説明図である。図３は、負電極板、セパレータ及び正電極板の積層状態を説明するための別の説明図である。図４は、正電極板の加工工程を説明するための説明図である。図５は、正電極板の加工工程を説明するための別の説明図である。図６は、加工後における正電極板の平面図である。図７は、積層された負電極板、セパレータ及び正電極板の屈曲成形工程を説明するための説明図である。なお、図中における前後方向、上下方向及び左右方向は、方向を区別するために便宜的に導入したものである。

図１に示す電極積層体１は、車両に搭載され、電子装置等に電力を供給する電池を構成するものである。図２及び図３に示すように、電極積層体１は、負電極板１０（第１電極板）と、第１セパレータ１１と、第２セパレータ１２と、正電極板１３（第２電極板）、１４（第３電極板）とを備えている。

負電極板１０は、負極を構成する銅からなる帯状かつ箔状の部材である。板厚方向に背向する負電極板１０の上面（一面）及び下面（他面）には、グラファイト及びバインダを含む負極活物質層１００（斜線部分）が形成されている。また、左端部には、負極活物質層１００が形成されていない帯状の縁部１０１が設けられている。ここで、縁部１０１は、屈曲成形されて負極端子部１０２を構成する部位である。

第１セパレータ１１は、ポリエチレンからなる微多孔性の帯状かつ薄板状の部材である。第１セパレータ１１は、負電極板１０の上面側（一面側）に負極活物質層１００を覆うように積層されている。

第２セパレータ１２は、ポリエチレンからなる微多孔性の帯状かつ薄板状の部材である。第２セパレータ１２は、負電極板１０の下面側（他面側）に負極活物質層１００を覆うように積層されている。

正電極板１３は、正極を構成するアルミニウムからなる櫛歯状かつ箔状の部材である。正電極板１３は、歯部１３０、１３１と、連結部１３２とを備えている。歯部１３０、１３１は、正極を構成する矩形状の部位である。歯部１３０、１３１の上面及び下面には、リチウムニッケル酸化物、バインダ及び導電材を含む正極活物質層１３３（斜線部分）が形成されている。連結部１３２は、歯部１３０、１３１の右方において、歯部１３０、１３１を、所定間隔を隔てて連結する帯状の部位である。また、屈曲成形されて正極端子部１３４を構成する部位でもある。正電極板１３は、第１セパレータ１１の上面側（反第１電極板側）に、第１セパレータ１１によって正極活物質層１３３が覆われるように積層されている。

正電極板１４は、正電極板１３と同様に、正極を構成するアルミニウムからなる櫛歯状かつ箔状の部材である。正電極板１４は、歯部１４０〜１４２と、連結部１４３とを備えている。歯部１４０〜１４２は、正極を構成する矩形状の部位である。歯部１４０〜１４２の上面及び下面には、リチウムニッケル酸化物、バインダ及び導電材を含む正極活物質層１４４が形成されている。連結部１４３は、歯部１４０〜１４２の右方において、歯部１４０〜１４２を、所定間隔を隔てて等間隔に連結する帯状の部材である。また、屈曲成形されて正極端子部１４５を構成する部位でもある。

正電極板１４は、第２セパレータ１２の下面側（反第１電極板側）に、歯部１４０、１４１が、正電極板１３の歯部１３０、１３１と上下方向（積層方向）に対向するとともに、第２セパレータ１２によって正極活物質層１４４が覆われるように積層されている。つまり、正電極板１３の歯部１３０、１３１が、正電極板１４の歯部１４０、１４１と上下方向に対向して積層される。

ここで、正電極板１３、１４は、帯状の電極板を櫛歯状に切断することにより同時に構成される。図４に示すように、電極板１５は、アルミニウムから帯状かつ箔状の部材である。電極板１５の表面及び裏面には、リチウムニッケル酸化物、バインダ及び導電材を含む正極活物質層１５０（斜線部分）が形成されている。また、幅方向の両端部には、正極活物質層１５０が形成されていない帯状の縁部１５１、１５２が形成されている。この電極板１５を、ダイカットロールを用いて正極活物質層１５０が形成された部位を、破線で示すように櫛歯状に切断する。これにより、図５に示すように、櫛歯状の電極板が２つ同時に構成される。その後、図６に示すように、長手方向の適切な箇所で切断することで、縁部１５１、１５２が連結部１３２、１４３として、正極活物質層１５０が形成された矩形状の部位が歯部１３０、１３１、１４０〜１４２として、正電極板１３、１４が構成される。

図７に示すように、積層された負電極板１０、第１セパレータ１１、第２セパレータ１２、正電極板１３、１４は、つづら折り状に屈曲成形される。具体的には、図７（ｂ）に示すように、正電極板１３の歯部１３０、１３１と正電極板１４の歯部１４０〜１４２が、それぞれ負電極板１０によって挟込まれるようにつづら折り状に屈曲成形される。これにより、図７（ｃ）に示すように、正電極板１３、１４と負電極板１０が前後方向に交互に積層された電極積層体１が構成される。具体的には、正電極板１３、１４の歯部１３０、１３１、１４０〜１４２と負電極板１０が前後方向に交互に積層された電極板積層体１が構成される。

次に、効果について説明する。本実施形態によれば、従来、長手方向に複数配置されていた電極板が、負電極板１０、正電極板１３、１４としてそれぞれ一体化された構成となっている。そのため、従来のように、独立した電極板を長手方向に複数配置する必要がない。従って、作業時間を短縮することができる。また、一体化された構成で電極位置が拘束されるため、電極板の位置ずれも発生しにくい。従って、車両に搭載され、電子装置に電力を供給する電池の電極積層体において、作業時間を短縮して生産性を向上させるとともに、電極板の位置ずれを抑えることができる。

また、本実施形態によれば、図７に示すように、正電極板１３の歯部１３０、１３１が、正電極板１４の歯部１４０、１４１と上下方向に対向して積層されている。そのため、正電極板１３の歯部１３０、１３１と正電極板１４の歯部１４０〜１４２がそれぞれ負電極板１０によって挟込まれるようにつづら折り状に屈曲成形することができる。従って、負電極１０と正電極板１３、１４が交互に積層された電極積層体１を構成することができる。

さらに、本実施形態によれば、正電極板１３、１４は、帯状の電極板１５を櫛歯状に切断することにより同時に構成される。そのため、正電極板１３、１４を効率よく構成することができる。

加えて、本実施形態によれば、帯状の負電極板１０が負極、櫛歯状の正電極板１３、１４が正極として構成される。そのため、正極の表面積に比べ、負極の表面積を大きくすることができる。通常、電池は、正極の表面積に比べ、負極の表面積が大きい方が、性能を確保する上で好ましい。従って、充分な性能を確保することができる。

なお、本実施形態では、図６に示すように、正電極板１３の歯部１３０、１３１と連結部１３２とによって構成される角部、正電極板１４の歯部１４０〜１４２と連結部１４３とによって構成される角部が直角である例を挙げているが、これに限られるものではない。
図８に示すように、歯部１３０、１３１と連結部１３２とによって形成される角部１３５、歯部１４０〜１４２と連結部１４３とによって形成される角部１４６がＲ状であってもよい。これにより、正電極板１３、１４の角部１３５、１４６を補強することができる。そのため、搬送時及び積層時における、正電極板１３、１４の角部１３５、１４６の破損を防止することができる。

また、本実施形態では、図２及び図３に示すように、負電極板１０、第１セパレータ１１、第２セパレータ１２、正電極板１３、１４がそれぞれ独立して積層される例を挙げているが、これに限られるものではない。図９及び図１０に示すように、正電極板１３が、第１セパレータ１１に固定された状態で負電極板１０の上面側に積層され、正電極板１４が、第２セパレータ１２に固定された状態で負電極板１０の下面側に積層されるようにしてもよい。これにより、第１セパレータ１１によって正電極板１３を補強することができる。また、第２セパレータ１２によって正電極板１４を補強することができる。そのため、積層時における正電極板１３、１４の破損を防止することができる。さらに、積層時及び屈曲成形時における正電極板１３、１４の位置ずれを抑えることができる。

さらに、本実施形態では、図７に示すように、正電極板１３の歯部１３０、１３１が、正電極板１４の歯部１４０、１４１と上下方向に対向して積層された状態でつづら折り状に屈曲成形される例を挙げているが、これに限られるものではない。図１１に示すように、正電極板１３の歯部１３０、１３１が、正電極板１４の歯部１４０、１４１の間、歯部１４１、１４２の間に配置され積層された状態でつづら折り状に屈曲成形してもよい。この場合においても、正電極板１３の歯部１３０、１３１と正電極板１４の歯部１４０〜１４２が、それぞれ負電極板１０によって挟込まれるように屈曲成形することができる。

１・・・電極積層体、１０・・・負電極板（第１電極板）、１００・・・負極活物質層、１０１・・・縁部、１０２・・・負極端子部、１１・・・第１セパレータ、１２・・・第２セパレータ、１３・・・正電極板（第２電極板）、１３０、１３１・・・歯部、１３２・・・連結部、１３３・・・正極活物質層、１３４・・・正極端子部、１３５・・・角部、１４・・・正電極板（第３電極板）、１４０〜１４２・・・歯部、１４３・・・連結部、１４４・・・正極活物質層、１４５・・・正極端子部、１４６・・・角部、１５・・・電極板、１５０・・・正極活物質層、１５１、１５２・・・縁部

Claims (9)

1. 帯状の第１電極板と、
   板厚方向に背向する前記第１電極板の一面及び他面のうち、前記第１電極板の一面側に積層される帯状の第１セパレータと、
   前記第１電極板の他面側に積層される帯状の第２セパレータと、
   複数の歯部と、複数の前記歯部を連結する連結部とを有し、前記第１セパレータの反第１電極板側に積層される櫛歯状の第２電極板と、
   複数の歯部と、複数の前記歯部を連結する連結部とを有し、前記第２セパレータの反第１電極板側に積層される櫛歯状の第３電極板と、
   からなり、
   積層された前記第１電極板、前記第１セパレータ、前記第２セパレータ、前記第２電極板及び前記第３電極板をつづら折り状に屈曲成形することにより構成されることを特徴とする電池の電極積層体。
2. 前記第２電極板の前記歯部と前記第３電極板の前記歯部が、それぞれ前記第１電極板によって挟み込まれるように、つづら折り状に屈曲成形することにより構成されることを特徴とする請求項１に記載の電池の電極積層体。
3. 前記第２電極板の前記歯部が、前記第３電極板の前記歯部に積層方向に対向して積層された状態でつづら折り状に屈曲成形されることにより構成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の電池の電極積層体。
4. 前記第２電極板の前記歯部が、前記第３電極板の前記歯部と前記歯部の間に配置され積層された状態でつづら折り状に屈曲成形されることにより構成されることを特徴とする
   請求項１又は２に記載の電池の電極積層体。
5. 前記第２電極板と前記第３電極板は、前記歯部と前記連結部とによって形成される角部がＲ状であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の電池の電極積層体。
6. 前記第２電極板は、前記第１セパレータに固定された状態で前記第１電極板の一面側に積層され、
   前記第３電極板は、前記第２セパレータに固定された状態で前記第１電極板の他面側に積層されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の電池の電極積層体。
7. 前記第２電極板と前記第３電極板は、帯状の電極板を櫛歯状に切断することによって同時に構成されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の電池の電極積層体。
8. 前記第１電極板が、負極であり、
   前記第２電極板及び前記第３電極板が正極であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の電池の電極積層体。
9. 車両に搭載され、電子装置に電力を供給することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の電池の電極積層体。

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