JP2013045636A - 角形電池及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電極シートの金属箔を折り曲げたり、傷つけたりすることなく、箔露出部の捲回中心部を簡単に拡開することができる捲回体を有する角形電池を得ること。
【解決手段】本発明の角形電池１は、電極シート１１、１２を軸芯１４に捲回した捲回体６を有するものであり、捲回体６は、その捲回軸方向端部で捲回されて積層された金属箔積層部１１ｃ、１２ｃの捲回中心部を拡開させる拡開部材１５、１６を有している。この拡開部材１５、１６は、軸芯１４に基端が固定され、互いに重なり合う閉じ状態から先端側が開かれた開き状態に変形可能な一対の金属薄板からなり、一対の金属薄板の先端には、閉じ状態で捲回体６の端面から突出して捲回軸方向外側に向かって開かれた開端部１５Ａ、１６Ａが設けられている。
【選択図】図１０

Description

本発明は、板状の軸芯に帯状の電極シートが捲回された扁平状の捲回体を備える角形電池に関する。

従来から、円筒形電池に比してより高い体積密度が得られる電池として角形電池が知られている。角形電池は、角形の電池筐体内に、帯状の正極シートと負極シートを間にセパレータを介して渦巻状に捲回して構成された断面が長円形状となる扁平状の捲回体が収納されるとともに、電解液が注入される。

角形電池は、捲回体の捲回軸方向の両端部に、それぞれ正極シートと負極シートの箔露出部を突出させ、箔露出部に接続端子を接続することによって、通電経路の最短化による接続抵抗を低減し、出力を高めている。また、このような構成は、コンパクト化にも効果がある。

捲回体と接続端子との接続形態に関して、例えば特許文献１の蓄電素子が提案されている。特許文献１記載の蓄電素子では、電極シートを捲回して捲回体を形成した後、その捲回体の軸方向端部にて積み重ねられている箔露出部を変形させて、捲回中心部を境にして厚み方向に二つに分けて拡開させ、それぞれを厚み方向に寄せ集めて集合させた形状とし、その二つに分けて寄せ集められた互いに対向する一対の集合部の間に集電端子のシート接続部を挿入して、集合部と超音波接合している。

特開２００３−２４９４２３号公報

しかしながら、上記した従来の蓄電素子では、箔露出部の捲回中心部を拡開させる際に、金属箔からなる集電体を誤って意図しない形に折り曲げたり、変形させたり、広げる金属箔の捲回中心位置を間違えたり、シート接続部を挿入するときに一部を噛み込んだりするおそれがある。したがって、金属箔を傷つけないように、かかる作業を慎重に行う必要があり、作業性の改善が求められる。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、電極シートの金属箔を折り曲げたり、傷つけたりすることなく、箔露出部の捲回中心部を簡単に拡開することができる捲回体を有する角形電池を得ることである。

上記課題を解決する本発明の角形電池は、帯状の金属箔の両面に合剤層が塗工されて前記金属箔の幅方向一方側に金属箔が露出する金属箔露出部が形成された電極シートを板状の軸芯に捲回して構成された捲回体を有する角形電池であって、前記捲回体は、該捲回体の捲回軸方向端部で前記電極シートの金属箔露出部が捲回されて積層された金属箔積層部の捲回中心部を前記捲回体の厚さ方向に拡開させる拡開部材を有しており、前記拡開部材は、軸芯に基端が固定され、互いに重なり合う閉じ状態から先端側が開かれた開き状態に変形可能な一対の金属薄板からなり、前記一対の金属薄板の先端には、閉じ状態で前記捲回体の端面から突出して捲回軸方向外側に向かって開かれた開端部が設けられていることを特徴としている。

本発明の角形電池とその製造方法によれば、電極シートの箔露出部を損傷させることなく、捲回体の箔露出部の捲回中心部を簡単かつ確実に拡開させることができ、捲回体と集電端子との接続を安定的に行うことが可能となる。なお、上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の一実施形態の角形電池の全体構成図。 同実施形態の角形電池の分解斜視図。 同実施形態の捲回体の一部を展開した状態を示す外観斜視図。 同実施形態の角形電池における（ａ）軸芯の斜視図、（ｂ）拡開操作板の斜視図。 同実施形態の角形電池を製造する方法を説明するフローチャート。 同実施形態の角形電池の工程１ａにおける軸芯の組み立て方法を説明する図であり、図６（ａ）は拡開操作板の装着方法を説明する詳細斜視図、図６（ｂ）は、図６（ａ）のＡ−Ａ断面斜視図。 同実施形態の角形電池の工程１ａにおける捲回体の製造方法を説明する図であり、図７（ａ）は、軸芯に対する巻き始めの状態を示す外観斜視図、図７（ｂ）は、捲回後の状態を示す外観斜視図。 同実施形態の角形電池における工程２の内容を説明する斜視図。 同実施形態の角形電池における工程３の内容を説明する図であり、図９（ａ）は外観斜視図、図９（ｂ）は、図９（ａ）のＢ−Ｂ断面図。 同実施形態の角形電池における工程４の内容を説明する図であり、図１０（ａ）は、箔開き治具の挿入前の外観斜視図、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）のＣ−Ｃ断面図。 同実施形態の角形電池における工程４の内容を説明する図であり、図１１（ａ）は、箔開き治具の挿入後の外観斜視図、図１１（ｂ）は、図１１（ａ）のＤ−Ｄ断面図。 同実施形態の角形電池における工程５の内容を説明する図であり、図１２（ａ）は、箔開き治具により集合部を形成する方法を説明する外観斜視図、図１２（ｂ）は、図１２（ａ）のＥ−Ｅ線断面図。 同実施形態の角形電池における工程６の内容を説明する図であり、図１３（ａ）は、拡開部材と集電接続片との間に集合部を挟持して溶接する方法を示す外観斜視図、図１３（ｂ）は、図１３（ａ）のＦ−Ｆ線断面図。 同実施形態の角形電池における捲回体の拡開操作板を操作する前の状態を説明する断面図。 同実施形態の角形電池における捲回体の拡開操作板を操作して箔露出部と共に集電接続片に接合した状態を説明する断面図。

以下、本発明の角形電池が適用されたリチウムイオン二次電池とその製造方法の一実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、本発明は以下に実施形態に限定されない。また、各図における寸法関係（長さ、幅、厚さ等）は実際の寸法関係を反映するものではない。

図１は、本発明の一実施形態の角形電池の全体構成図である。角形電池１は、角形のリチウムイオン二次電池であり、横断面形状が扁平な長方形、もしくは隅丸長方形ないし長円形の有底角筒状の電池缶（容器）２の一端開口に蓋３を密封接合して構成される。蓋３には、注液栓４、安全弁５が設けられている。注液栓４は、電解液注入後の注液口の封口に用いられている。安全弁５は、角形電池１内部の発熱による電池缶２内の過度の圧力上昇を未然に防ぐ為に設けられている。

図２は、図１に示す角形電池の分解斜視図である。電池缶２内には、発電要素として捲回体６が、正極接続端子と負極接続端子に電気的に接続された状態で収容されている。正極接続端子と負極接続端子は、蓋３の長辺方向の両端部に設けられており、電池缶２の外側に配置される正極外部端子９及び負極外部端子１０と電気的に接続され、また、電池缶２内に配置される正極集電端子７及び負極集電端子８を有している。本実施形態では、電池缶２及び蓋３はアルミ板にて構成されている。正極集電端子７、負極集電端子８、正極外部端子９、負極外部端子１０と蓋３との間は、絶縁シール部材によって絶縁されている。

正極集電端子７、負極集電端子８、正極外部端子９、負極外部端子１０は、蓋３に固定されて蓋組立体とされる。そして、蓋組立体の正極集電端子７と負極集電端子８との間に、捲回体６がその一方の円弧部から挿入されて、接合等により一体化され、発電要素組立体とされる。

正極集電端子７は、捲回体６の捲回軸方向の正極側端面に沿って電池缶２の底部方向に向かって延びる基部７ａと、基部７ａの下端両側面から二股に分岐しつつ、さらに底部方向に延びる一対の正極集電接続片７ｂ、７ｂとを備える。一対の正極集電接続片７ｂ、７ｂは、電池缶２の上方からみて略ハの字形状を有しており、蓋３の長辺方向中央側に近づくほど接続片同士の間隔が狭くなるように傾斜している。

同様に、負極集電端子８は、捲回体６の捲回軸方向の負極側端面に沿って電池缶２の底部方向に向かって延びる基部８ａと、基部８ａの下端両側面から二股に分岐しつつ、さらに底部方向に延びる一対の負極集電接続片８ｂ、８ｂとを備える。一対の負極集電接続片８ｂ、８ｂは、電池缶２の上方からみて、蓋３の長辺方向中央側に近づくほど接続片同士の間隔が狭くなるように傾斜している。

一対の正極集電接続片７ｂ、７ｂは、捲回体６の正極側の端部で捲回体６の厚み方向外側にそれぞれ対向して配置され、一対の正極集電接続片７ｂ、７ｂの一対の内面が、後述する捲回体６の正極接続部１１ｄの外表面と接合される。一対の負極集電接続片８ｂ、８ｂは、捲回体６の負極側の端部で捲回体６の厚み方向外側にそれぞれ対向して配置され、一対の負極集電接続片８ｂ、８ｂの一対の内面が、後述する捲回体６の負極接続部１２ｄの外表面と接合される。

図３は、捲回体の巻き終わり側を展開した状態の外観斜視図である。捲回体６は、セパレータ１３を挟んで正極シート１１と負極シート１２とを、板状の軸芯１４の周りに捲回して構成されており、扁平形状を有している。

捲回体６は、正極拡開操作板１５及び負極拡開操作板１６を装着した軸芯１４に、セパレータ１３のみを捲回したのち、負極シート１２とセパレータ１３と正極シート１１とセパレータ１３の順番で重ね合わされて捲回されており、最内周に１又は複数層のセパレータ１３が捲回されている。最外周の電極は、負極シート１２となっており、全ての正極シート１１は、その内周側と外周側をセパレータ１３を介して負極シート１２に挟まれている。また、捲回体６の最外周も必要に応じて短絡防止の為にセパレータ１３が１又は複数層捲回されている。

正極シート１１は、アルミニウム箔もしくはアルミニウム合金箔からなる帯状の正極金属箔を有し、負極シート１２は、銅箔もしくは銅合金箔からなる帯状の負極金属箔を有している。また、セパレータ１３は、多孔質のポリエチレン樹脂である。

正極シート１１の正極金属箔の両面には、正極活物質を含む正極合剤層（正極合剤塗工部）１１ｂが塗工されている。そして、負極シート１２の負極金属箔の両面には、負極活物質を含む負極合剤層（負極合剤塗工部）１２ｂが塗工されている。正極シート１１には、正極金属箔の一方の長辺に沿って正極活物質合剤層が塗工されておらず、正極金属箔が露出している未塗工の正極金属箔露出部（未塗工部とも呼ぶ）１１ａが設けられている。負極シート１２には、負極金属箔の一方の長辺に沿って負極活物質合剤層が塗工されておらず、負極金属箔が露出している未塗工の負極金属箔露出部（未塗工部とも呼ぶ）１２ａが設けられている。

正極シート１１と負極シート１２は、負極合剤層１２ｂの捲回軸方向長さが、正極合剤層１１ｂの捲回軸方向長さよりも長くなるように形成されている。正極シート１１は、正極合剤層１１ｂの捲回軸方向両側端位置が、後述する軸芯１４の捲回軸方向中央部１４Ａと捲回軸方向端部１４Ｂとの境界位置よりも捲回軸方向中央寄り位置に配置されるように軸芯１４に捲回される。また、負極シート１２は、負極合剤層１２ｂの捲回軸方向両側端位置が、正極合剤層１１ｂの捲回方向両側端位置よりも捲回軸方向外側位置に配置されるように軸芯１４に捲回される。

正極シート１１及び負極シート１２は、捲回軸方向一方側に正極金属箔露出部１１ａが配置され、捲回軸方向他方側に負極金属箔露出部１２ａが配置され、正極合剤層１１ｂと負極合剤層１２ｂとの間にセパレータ１３が介在されるように重ねられて軸芯１４に捲回される。捲回体６の捲回軸方向一方側の端部には、正極金属箔露出部１１ａが捲回されて積み重ねられた正極金属箔積層部１１ｃが形成されており、捲回軸方向他方側の端部には、負極金属箔露出部１２ａが捲回されて積み重ねられた負極金属箔積層部１２ｃが形成されている。

次に、軸芯１４の構成について、図４（ａ）、（ｂ）を参照して説明する。図４(a)は軸芯の外観斜視図、図４(b)は正極拡開操作板の外観斜視図である。なお、説明内容の理解を容易にするために、図４に示すように、軸芯の捲回軸方向をＸ方向、軸芯の平面に垂直な方向をＺ方向、軸芯のＸ方向とＺ方向に直交する方向をＹ方向として説明する。

軸芯１４は、絶縁性の材料より形成され、特に、ＰＰ（ポリプロピレン）樹脂、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）樹脂、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）樹脂、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）樹脂の少なくとも一つの樹脂材料を用いて形成されている。

軸芯１４は、捲回体６の平面形状に対応した矩形状の板状部材であり、Ｘ方向の中央位置に設けられて正極シート１１の正極合剤層１１ｂと負極シート１２の負極合剤層１２ｂが重なり合う部位に対応する中央部１４Ａと、中央部１４ＡのＸ方向両側の位置に設けられて正極金属箔露出部１１ａと負極金属箔露出部１２ａにそれぞれ対応する端部１４Ｂ、１４Ｂとを備えている。

軸芯１４は、中央部１４Ａよりも端部１４Ｂの方が、Ｙ方向の板幅が狭い形状を有しており、例えば、矩形状の板状部材の四隅にテーパー部１４ｂを形成して板幅を狭くしている。軸芯１４の中央部１４Ａは、Ｘ方向に沿って延在する一対の平行な外縁部１４ａ，１４ａを有している。軸芯１４の端部１４Ｂは、外縁部１４ａ，１４ａの板幅Ｖ１より狭い板幅Ｖ２の側端面を有している。

軸芯１４は、中央部１４Ａに正極シート１１の正極合剤層１１ｂと負極シート１２の負極合剤層１２ｂが配置され、端部１４Ｂ、１４Ｂに正極金属箔露出部１１ａと負極金属箔露出部１２ａが配置される。そして、正極合剤層１１ｂと負極合剤層１２ｂとの間には、セパレータ１３が介在されており、軸芯１４のＸ方向一方側の端部１４Ｂに正極金属箔露出部１１ａが配置され、他方側の端部１４Ｂに負極金属箔露出部１２ａが配置された状態で捲回される。

軸芯１４の端部１４Ｂは、Ｘ方向に沿って中央部１４Ａから離れる方向に移行するにしたがってＹ方向の板幅が狭くなるように形成されている。すなわち、軸芯１４は、矩形状の軸芯１４の四隅にテーパー部１４ｂが形成され、軸芯１４の板幅が、中央部１４Ａの板幅よりも狭くなっている。また、軸芯１４はテーパー部１４ｂを四隅に形成することにより、中央部１４ＡのＸ方向に沿う横幅（捲回軸方向長さ）が、正極合剤層１１ｂの横幅（捲回軸方向長さ）より大きく設定されている。そして、中央部１４Ａの横幅と負極合剤層１２ｂの横幅は一致するように設定されている。この構成により、正極シート１１の正極金属箔と負極シート１２の負極金属箔との間における充放電時のイオンの移動が効率よく行われる。

軸芯１４のＸ方向の正極側端面には、正極拡開操作板（正極拡開部材）１５が装着され、負極側端面には、負極拡開操作板（負極拡開部材）１６が装着される（図３を参照）。図４に示すように、軸芯１４の捲回軸方向の両端部には、正極拡開操作板１５及び負極拡開操作板１６がそれぞれ装着される凹部１４ｃ、１４ｃが切り欠き形成されている。

各凹部１４ｃは、正極拡開操作板１５及び負極拡開操作板１６が収容される大きさの矩形状を有している。凹部１４ｃのＸ方向の大きさは、端部１４Ｂの大きさと略一致しており、凹部１４ｃのＹ方向の大きさは、拡開操作板１５、１６よりも若干大きく設定されている。そして、凹部１４ｃの軸芯端面には、スリット１４ｄ（図６（ｂ）を参照）が設けられている。

次に、負極拡開操作板１６の構成について説明する。なお、正極拡開操作板１５については、負極拡開操作板１６とほぼ同一の形状を有していることから、図中の負極拡開操作板１６の符号に括弧付で符号を付することでその詳細な説明は省略する。

負極拡開操作板１６は、軸芯１４の負極側のスリット１４ｄに基端が挿入されて固定されており、互いに重なり合う閉じ状態から先端側が開かれた開き状態に変形可能な一対の金属薄板からなる。負極拡開操作板１６を構成する一対の金属薄板の先端には、図４（ｂ）に示すように、閉じ状態で捲回体６の端面から突出して捲回軸方向外側に向かって開かれた開端部１６Ａが設けられている。

負極拡開操作板１６の開端部１６Ａは、一対の金属薄板の内の少なくとも一方の金属薄板の先端で対向する金属薄板から離反する方向に屈曲されて捲回軸方向外側に移行するにしたがって軸芯１４のＺ方向に間隔が大きくなる方向に傾斜した屈曲部１６ａを有している。

本実施の形態では、一対の金属薄板の両方に屈曲部１６ａが設けられて対をなしているが、開端部１６Ａは、捲回軸方向外側に向かって開かれた構成を有していればよく、例えば一方の金属薄板の先端にのみ屈曲部１６ａを設けて、他方の金属薄板の先端は屈曲させることなく、そのまま延出して屈曲部に対向させた構成としてもよい。また、本実施の形態では、一対の屈曲部１６ａ、１６ａが金属薄板の先端全体に亘って設けられているが、互いに対向する位置に設けられていればよく、金属薄板の先端の少なくとも一部に設けた構成としてもよい。

負極拡開操作板１６は、本実施の形態では、一枚の金属薄板を中心部から折り曲げることによって構成されており、折り曲げた箇所を基端とし、屈曲部１６ａが先端に形成されている。負極拡開操作板１６は、２枚の金属薄板を重ね合わせて構成してもよい。

図１４は、拡開操作板を操作する前の状態を説明する断面図、図１５は、拡開操作板を操作して箔露出部と共に集電接続片に接合した状態を説明する断面図である。負極拡開操作板１６は、図１４に示す閉じ状態では、捲回体６から捲回軸方向外側に先端が突出し、図１５に示す開き状態では、捲回体６からはみ出さず、捲回軸方向内側に先端が配置される寸法形状を有している。

負極拡開操作板１６は、閉じ状態で互いに重なり合う部分の厚みが、軸芯１４の端部１４Ｂの厚みよりも薄い。したがって、捲回時に、負極金属箔露出部１２ａとの干渉を防ぐことができ、負極シート１２の破損を防ぐことが可能になる。

負極拡開操作板１６は、開端部１６Ａの一対の屈曲部１６ａ、１６ａ間に、後述する箔開き治具２２を挿入することによって、互いに重なり合う閉じ状態から先端側が開かれた開き状態に変形される。そして、負極金属箔積層部１２ｃの捲回中心部を拡開させて厚み方向（Ｚ方向）に二つに分け、それぞれを厚み方向に集合させて、捲回体６の負極側の端部に、一対の負極接続部１２ｄを形成するように構成されている。

正極拡開操作板１５と負極拡開操作板１６は、捲回体６の正極接続部１１ｄと負極接続部１２ｄにそれぞれ接合されて電気的に接続される。したがって、正極拡開操作板１５を構成する金属薄板は、正極シート１１の正極金属箔と同一極性の材料で製作することが好ましく、負極拡開操作板１６を構成する金属薄板は、負極シート１２の負極金属箔と同一極性の材料で製作することが好ましい。具体的には、正極拡開操作板１５をアルミニウム箔若しくはアルミニウム合金箔で形成し、負極拡開操作板１６を銅箔もしくは銅合金箔で形成している。正極拡開操作板１５と負極拡開操作板１６は、材質が異なるものの、形状は同じであることが好ましい。

以下に、上記構成を有する角形電池１の具体的な製造方法について、図５の製造フローを用いて説明する。

まず、工程１ａと工程１ｂが平行して行われ、工程１ａでは、捲回体６が製造され、工程１ｂでは、蓋組立体の組み立てが行われる。工程１ｂの蓋組立体の組み立ては、電池缶２の蓋３に、正極集電端子７と負極集電端子８が絶縁した状態で固定される。正極接続端子の正極集電端子７と正極外部端子９、及び、負極接続端子の負極集電端子８と負極外部端子１０は、それぞれ、かしめ固定されて、導通される。

工程２では、上記工程１ａで形成された捲回体６が、工程１ｂで組み立てられた蓋組立体に装着され、工程３では、捲回体６が正極集電端子７と負極集電端子８との間に挟み込まれて固定される。

工程４では、箔開き治具２２により拡開操作板１５、１６の拡開操作が行われて、捲回体６の正極金属箔積層部１１ｃと負極金属箔積層部１２ｃの捲回中心部が拡開される。工程５では、引き続き、箔開き治具２２により拡開操作板１５、１６が操作されて、正極金属箔積層部１１ｃと負極金属箔積層部１２ｃに正極接続部１１ｄと負極接続部１２ｄが形成され、正極接続部１１ｄと負極接続部１２ｄをそれぞれ拡開操作板１５、１６と集電接続片７ｂ、８ｂとにより挟持させる。工程６では、正極接続部１１ｄと負極接続部１２ｄをそれぞれ拡開操作板１５、１６と集電接続片７ｂ、８ｂとにより挟持させた状態で超音波接合して一体化する。

上記した工程１ａ、工程２、工程３、工程４、工程５、工程６について、図６〜図１０を用いてさらに詳しく説明する。

図６と図７は、工程１ａの内容を説明する図である。図６（ａ）は、軸芯に拡開操作板を装着する方法を説明する詳細斜視図、図６（ｂ）は、図６（ａ）のＡ−Ａ線断面を矢視した斜視図である。図７（ａ）は、捲回体の巻き始めの外観斜視図、図７（ｂ）は、捲回体完成後の外観斜視図である。

まず、図６（ａ）に示すように、軸芯１４の両端部に設けた凹部１４ｃ、１４ｃに正極拡開操作板１５と負極拡開操作板１６が装着される。本実施の形態では、図６（ｂ）に示すように、凹部１４ｃの軸芯両端面にスリット１４ｄ、１４ｄを設け、各スリット１４ｄに正極拡開操作板１５の基端と負極拡開操作板１６の基端を挿入することによって装着している。

捲回体６は、図７（ａ）に示すように、正極拡開操作板１５と負極拡開操作板１６が軸芯１４に装着された状態で、まずセパレータ１３のみを所定数だけ捲回し、それから、正極シート１１の正極合剤層１１ｂと負極シート１２の負極合剤層１２ｂとの間にセパレータを介在させ、捲回軸方向一方側の端部に正極金属箔露出部１１ａが配置され、捲回軸方向他方側の端部に負極金属箔露出部１２ａが配置されるように、負極シート１２とセパレータ１３と正極シート１１とセパレータ１３を重ね合わせて巻回し、図７（ｂ）に示される扁平形状の捲回体６を形成する。捲回体６の両端面には、正極拡開操作板１５の開端部１５Ａと負極拡開操作板１６の開端部１６Ａが突出している。

図８は、工程２の内容を説明する図である。工程２では、捲回体６の正極金属箔積層部１１ｃと負極金属箔積層部１２ｃを予め厚さ方向（Ｚ方向）に押しつぶして変形させ、その厚さを圧縮して薄い形状に成形しておく。それから、正極集電端子７の一対の正極集電接続片７ｂ、７ｂの間に捲回体６の正極金属箔積層部１１ｃを挿入すると共に、負極集電端子８の一対の負極集電接続片８ｂ、８ｂの間に捲回体６の負極金属箔積層部１２ｃを挿入する。そして、捲回体６の正極金属箔積層部１１ｃの外表面に、一対の正極集電接続片７ｂ、７ｂの内表面を対向させ、負極金属箔積層部１２ｃの外表面に一対の負極集電接続片８ｂ、８ｂの内表面を対向させる。

図９は、工程３の内容を説明する斜視図であり、 図９（ａ）は、捲回体を一対の固定ユニットの間に固定する方法を説明する斜視図、図９（ｂ）は、図９（ａ）のＢ−Ｂ線断面矢視図である。

工程３では、捲回体６を一対の固定ユニット２１の間に挟み込むことによって固定する。一対の固定ユニット２１は、捲回体６の扁平面に対向する平板形状を有しており、捲回体６の厚み方向両側に配置されている。

そして、互いに相対接近することによって、捲回体６を挟み込み、固定する。各固定ユニット２１には、接続片押さえ２１ａが設けられており、捲回体６を挟み込んで固定すると同時に、正極集電端子７の一対の正極集電接続片７ｂ、７ｂを、捲回体６の厚み方向両側から押さえて固定し、負極集電端子８の一対の負極集電接続片８ｂ、８ｂを、捲回体６の厚み方向両側から押さえて固定する。接続片押さえ２１ａは、正極集電接続片７ｂの基部７ａ側と先端部側の二箇所、及び、負極集電接続片８ｂの基部８ａ側と先端部側の二箇所を押さえるように、片側に２個ずつ設けられており、これら２個の接続片押さえ２１ａの間に、後述するアンビルとホーンを挿入して、正極集電接続片７ｂ及び負極集電接続片８ｂの長手方向中央部を溶接接合できるようになっている。接続片押さえ２１ａの数及び位置は、上記構成に限定されるものではなく、例えば、正極集電接続片７ｂの長手方向両端部を溶接接合する場合には、各固定ユニット２１の接続片押さえ２１ａを１個とし、長手方向中央部を押さえる構成としてもよい。

図１０と図１１は、工程４の内容を説明する図である。図１０（ａ）は、箔積層部に箔開き治具を挿入する前の状態を示す外観斜視図、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）のＣ−Ｃ線断面矢視図である。図１１（ａ）は、箔積層部に箔開き治具を挿入した状態を示す外観斜視図、図１１（ｂ）は、図１１（ａ）のＤ−Ｄ線断面矢視図である。

工程４では、捲回体６の正極金属箔積層部１１ｃと負極金属箔積層部１２ｃの捲回中心部をそれぞれ拡開するために、箔開き治具２２による拡開操作板１５、１６の操作がなされる。

図１０に示すように、固定ユニット２１により固定された捲回体６の正極金属箔積層部１１ｃに対して、その捲回軸方向外側に箔開き治具２２が対向して配置される。そして、図１１に示すように、箔開き治具２２が捲回体６に接近する方向に移動されて、箔開き治具２２の挿入部が正極金属箔積層部１１ｃに挿入される。開き治具２２の挿入部は、開端部１５Ａの一対の屈曲部１５ａの間に挿入し易いように、尖った形状をしており、さらに上下方向（捲回体の厚み方向）の２つに分割する機構となっている。

工程２後の捲回体６の正極金属箔積層部１１ｃと負極金属箔積層部１２ｃの積層状態は、個体差が大きく、従来は、その捲回中心部が完全に閉じた状態になる場合があり、そのまま、正極金属箔積層部１１ｃ、負極金属箔積層部１２ｃに対して箔開き治具２２を挿入させても、これらの捲回中心部に安定して挿入することは困難であった。

これに対して、本実施の形態では、図１４に示すように、本発明の特徴的な構成として、拡開操作板１５、１６を構成する一対の金属薄板の先端に、閉じ状態で捲回体６の端面から突出して捲回軸方向外側に向かって開かれた開端部１５Ａ、１６Ａが形成されている。

正極拡開操作板１５の開端部１５Ａは、例えば図１０（ｂ）に示すように、捲回体６の端面から突出して、互いに離反する方向に屈曲されており、捲回軸方向外側に移行するにしたがって間隔が大きくなる方向に傾斜した一対の屈曲部１５ａ、１５ａを有している。箔開き治具２２は、この一対の屈曲部１５ａの間を目がけて移動される。

したがって、箔開き治具２２を正極金属箔積層部１１ｃに挿入した場合に、正極拡開操作板１５の開端部１５Ａによって案内されて、箔開き治具２２の挿入部を正極金属箔積層部１１ｃの捲回中心部である一対の金属薄板の間に挿入することができ、正極金属箔積層部１１ｃの積層状態に左右されることなく、安定して拡開することが可能となる。

なお、屈曲部１５ａ、１５ａは、図１１（ｂ）に示すように、箔開き治具２２を挿入することによって屈曲が伸ばされて、箔開き治具２２の挿入部に沿った形状となり、その屈曲形状は維持されないが、屈曲の折り目は残る。

箔開き治具２２は、固定ユニット２１の接続片押さえ２１ａに対向する位置に配置されている。箔開き治具２２の材質は、耐摩耗性が高く且つ硬度が高い樹脂が好ましく、本実施の形態では、ポリプロピレン樹脂を使用しているが、これに限定されるものではなく、他の材質のものを用いてもよい。

図１２は、工程５の内容を説明する図であり、図１２（ａ）は、箔開き治具を上下に分割させて移動させた状態を示す外観斜視図、図１２（ｂ）は、図１２（ｂ）は、図１２（ａ）のＥ−Ｅ線断面矢視図である。工程５では、例えば、箔開き治具２２の挿入部が正極金属箔積層部１１ｃの捲回中心部に挿入された状態で箔開き治具２２が上下に分割されて移動される。したがって、正極金属箔積層部１１ｃは、捲回中心部の両側でそれぞれ厚み方向に集合されて、一対の正極接続部１１ｄ（図１５参照）が形成される。

そして、正極集電接続片７ｂと、正極接続部１１ｄと、正極拡開操作板１５が、互いに重なり合った状態で箔開き治具２２と接続片押さえ２１ａとの間に挟み込まれて、略Ｖ字形状に固定される。正極接続部１１ｄは、図１５に示すように、正極拡開操作板１５と正極集電接続片７ｂとの間に挟持されており、拡開操作板１５は、その先端が捲回体６から突出せず、正極接続部１１ｄの端部よりも捲回軸方向内側の位置に配置される。

図１３は、工程６の内容を説明する外観斜視図であり、図１３（ａ）は、正極接続部と正極集電接続片と正極拡開操作板を超音波接合している状態を示す図、図１３（ｂ）は、図１３（ａ）のＦ−Ｆ線断面矢視図である。

図１３（ｂ）で下方に移動した開き治具２２と、下方の固定ユニット２１の接続片押さえ２１ａとの間に、上から順番に、正極集電接続片７ｂと、正極接続部１１ｄと、正極拡開操作板１５とが重ね合わされて挟持された状態で、超音波接合が行われ、これら正極集電接続片７ｂと、正極接続部１１ｄと、正極拡開操作板１５は、一体化される。

超音波接合は、ホーン２３とアンビル２４で正極集電接続片７ｂの表面に対して垂直方向両側から挟み込み、加圧しながら、押さえ方向と直交するＧ方向に超音波振動させることによって行われる。そして、図１３（ｂ）で上側の正極接続部１１ｄ、及び、図示していない負極側についても同様に超音波接合される。

上記した構成を有する角形電池１とその製造方法によれば、正極シート１１及び負極シート１２の箔露出部１１ａ、１２ａを損傷させることなく、捲回体６の箔露出部１１ａ、１２ａの捲回中心部を簡単かつ確実に拡開させることができ、捲回体６と集電端子７、８との接続を安定的に行うことが可能となる。

また、正極拡開操作板１５と負極拡開操作板１６は、開き状態では、捲回体６からはみ出さず、捲回軸方向内側に先端が配置されているので、蓋組立体の正極集電端子７と負極集電端子８に接合された捲回体６を電池缶２内に挿入する際に、正極拡開操作板１５と負極拡開操作板１６が電池缶２の開口等に引っ掛かるのを防ぐことができ、組立作業を円滑に行わせることができる。

そして、正極拡開操作板１５を、正極接続部１１ｄの当て板として用いることができる。したがって、別途に当て板を用意する必要がなく、部品点数を少なくすることができ、また、超音波接合時に当て板を取り付ける工程を省略することができ、作業の簡素化を図ることができる。

以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。例えば、前記した実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。さらに、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１ 角形電池（リチウムイオン二次電池）
２ 電池缶
３ 蓋
６ 捲回体
７ 正極集電端子
７ｂ 正極集電接続片
８ 負極集電端子
８ｂ 負極集電接続片
１１ 正極シート
１１ａ 正極金属箔露出部
１１ｂ 正極合剤層
１１ｃ 正極金属箔積層部
１１ｄ 正極接続部
１２ 負極シート
１２ａ 負極金属箔露出部
１２ｂ 負極合剤層
１２ｃ 負極金属箔積層部
１２ｄ 負極接続部
１４ 軸芯
１５ 正極拡開操作板
１５Ａ、１６Ａ 開端部
１５ａ、１６ａ 屈曲部
１６ 負極拡開操作板
２１ 固定ユニット
２１ａ 接続片押さえ
２２ 箔開き治具

Claims (9)

1. 帯状の金属箔の両面に合剤層が塗工されて前記金属箔の幅方向一方側に金属箔が露出する金属箔露出部が形成された電極シートを板状の軸芯に捲回して構成された捲回体を有する角形電池であって、
   前記捲回体は、該捲回体の捲回軸方向端部で前記電極シートの金属箔露出部が捲回されて積層された金属箔積層部の捲回中心部を前記捲回体の厚さ方向に拡開させる拡開部材を有しており、
   前記拡開部材は、軸芯に基端が固定され、互いに重なり合う閉じ状態から先端側が開かれた開き状態に変形可能な一対の金属薄板からなり、前記一対の金属薄板の先端には、閉じ状態で前記捲回体の端面から突出して捲回軸方向外側に向かって開かれた開端部が設けられていることを特徴とする角形電池。
2. 前記開端部は、前記一対の金属薄板のうちの少なくとも一方の金属薄板の先端で対向する金属薄板から離反する方向に屈曲されて前記捲回軸方向外側に移行するにしたがって間隔が大きくなる方向に傾斜した屈曲部を有することを特徴とする請求項１に記載の角形電池。
3. 前記屈曲部は、前記金属薄板の先端の少なくとも一部に設けられていることを特徴とする請求項２に記載の角形電池。
4. 前記捲回体が収容される容器と、該容器を封止する蓋と、該蓋に設けられた外部端子と、該外部端子と前記金属箔積層部との間を電気的に接続する接続端子と、を有し、
   前記捲回体は、前記拡開部材により前記捲回体の捲回中心部を境にして前記金属箔積層部を捲回体の厚み方向に二つに分けて拡開させ、それぞれを厚み方向に集合させた一対の集合部が前記一対の拡開部材と前記接続端子とによって各々挟持されて接合されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の角形電池。
5. 前記接続端子は、前記一対の集合部を前記一対の拡開部材との間で挟持する傾斜接合面が形成された二股状の集電接続片を有することを特徴とする請求項４に記載の角形電池。
6. 前記拡開部材は、開き状態で前記捲回体の端部よりも捲回軸方向内側に前記金属薄板の先端が配置されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の角形電池。
7. 前記軸芯の端面には、スリットが形成されており、前記一対の金属薄板の基端が挿入されて固定されていることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の角形電池。
8. 前記一対の金属薄板は、一枚の金属薄板を２つ折りにして構成され、その折れ曲がり部が前記スリットに挿入されて固定されていることを特徴とする請求項７に記載の角形電池。
9. 一対の金属薄板からなる先端に互いに離反する方向に開いた開端部を有する拡開部材の基端を板状の軸芯の捲回軸方向端部に取り付ける工程と、
   該軸芯に電極シートを捲回して捲回体を形成する工程と、
   該捲回体を収納する電池缶を封口する蓋に、電極外部端子と電極集電端子を固定する工程と、
   前記捲回体の捲回軸方向外側から前記拡開部材の開端部に箔開き治具を挿入して、前記捲回体の金属箔積層部の捲回中心部を拡開させる工程と、
   該拡開された金属箔積層部をそれぞれ厚み方向に集合させて電極接続部を形成する工程と、
   前記電極接続部を前記電極集電端子と前記拡開部材の間で挟持して接合する工程と、を含むことを特徴とする角形電池の製造方法。

Images