JP2003197174A - 電 池 - Google Patents
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Abstract
d,6eと電極1a,1bの複数枚のアルミニウム箔や
銅箔とを挟持板7,8,9,10の間に挟み込んで溶接
することにより、これらのアルミニウム箔や銅箔を確実
に接続部5d,5e,6d,6eに溶接することができ
る電池を提供する。 【解決手段】 正極端子3や負極端子4に接続固定され
た金属製の集電接続板5,6の接続部5d,5e,6
d,6eと、発電要素1の端面から突出した電極1a,
1bの複数枚のアルミニウム箔や銅箔とを重ね合わせた
ものを、集電接続板5,6よりも薄い金属板からなる挟
持板7,8,9,10における板面が向かい合った対向
部間に挟み込んで、超音波溶接により接合させた構成と
する。
Description
ら突出した電極の複数枚の集電金属箔を集電接続板を介
して端子に接続する電池に関する。
電解質二次電池の構成例を説明する。この非水電解質二
次電池は、図4に示すように、長円筒形巻回型の発電要
素1を図示しない長円筒形容器状の電池容器に収納した
ものであり、この電池容器の上端開口部を塞ぐ蓋板2に
取り付けられる正極端子3と負極端子4を発電要素1の
正極1aと負極1bに接続するために、金属板からなる
集電接続板5,6を用いている。発電要素1は、帯状の
正極1aと負極1bをセパレータ1cを介し上下にずら
して長円筒形に巻回したものであり、これにより長円筒
形の下端面には正極1aの活物質未塗工部であるアルミ
ニウム箔が突出すると共に、上端面には負極1bの活物
質未塗工部である銅箔が突出するようになっている。な
お、図面では説明を分かり易くするために、電極1a,
1bの巻回数を少なく示しているが、実際には極めて密
に多数回の巻回が行われる。
からなり、発電要素1の下端面に配置されると共に、側
端部が発電要素1の外周側面に沿って上端部まで引き出
されている。また、負極側の集電接続板6は、銅板から
なり、発電要素1の上端面に配置されている。これらの
集電接続板5,6には、アルミニウム板や銅板を波板状
に折り曲げることにより2箇所ずつのU字部5a,6a
が形成されている。そして、正極側の集電接続板5のU
字部5aには、発電要素1の下端面に突出する正極1a
のアルミニウム箔が複数枚ずつ挟み込まれると共に、負
極側の集電接続板6のU字部6aには、発電要素1の上
端面に突出する負極1bの銅箔が複数枚ずつ挟み込ま
れ、それぞれ超音波溶接により接続固定されている。
の外周側面に沿って引き出された上端部が、蓋板2に取
り付けられた正極端子3の下端部に溶接やかしめ加工等
によって接続固定される。また、負極側の集電接続板6
は、U字部6aを形成したアルミニウム板の側端部が、
少し上方に引き出されて、蓋板2に取り付けられた負極
端子4の下端部に溶接やかしめ加工等によって接続固定
される。そして、これにより、発電要素1の正極1aと
負極1bが非水電解質二次電池の正極端子3と負極端子
4にそれぞれ接続されることになる。
5,6のU字部5a,6aに正極1aのアルミニウム箔
や負極1bの銅箔を複数枚挟み込んで超音波溶接を行う
場合、1対の溶接ホーンをU字部5a,6aの両側壁に
外側から押し当てて超音波振動を加えることになるが、
U字部5a,6aの側壁は集電接続板5,6の板厚と同
じ0.5〜1.0mm程度の厚さがあるため、この超音
波振動がアルミニウム箔や銅箔に十分に伝わらず、溶接
が不完全になるという問題が生じていた。
ば、アルミニウム箔や銅箔との溶接が不完全になるとい
う問題は解消されるが、これらの集電接続板5,6が薄
くなると電気抵抗が大きくなるために、非水電解質二次
電池の内部抵抗が増大し大電流を取り出すことができな
くなるという新たな問題が発生する。また、集電接続板
5,6のU字部5a,6aに内側に通じる窓部を形成
し、この窓部を通してアルミニウム箔や銅箔にレーザー
溶接を行う方法も提案されているが、このレーザー光を
強くしすぎると表面側のアルミニウム箔や銅箔が急激に
溶融飛散し、弱すぎると複数枚のアルミニウム箔や銅箔
を確実に溶着することができないという別の問題が生じ
る。
されたものであり、集電接続板の接続部と発電要素の電
極の複数枚の集電金属箔とが重ね合わされて挟持板の間
に挟み込まれ溶接されることにより、これら複数枚の集
電金属箔を確実に集電接続板に溶接することができる電
池を提供することを目的としている。
に接続固定された金属製の集電接続板の接続部と、発電
要素の端面から突出した電極の複数枚の集電金属箔とを
重ね合わせたものとを、集電接続板よりも薄い金属板か
らなる挟持板における板面が向かい合った対向部間に挟
み込んで、溶接により接合させたことを特徴とする。
続部と発電要素の電極の複数枚の集電金属箔とを重ね合
わせたものを、この集電接続板よりも薄い挟持板の対向
部間に挟み込んで溶接により接合するので、超音波溶接
等のエネルギーが対向部を介して十分に集電金属箔に伝
わることになり、複数枚の集電金属箔を確実に集電接続
板の接続部に溶接することができるようになる。しか
も、金属板である挟持板は、集電金属箔よりも十分に厚
いので、超音波溶接等のエネルギーが直接集電金属箔に
加わることにより、表面の集電金属箔が急激に溶融飛散
したり破断することにより溶接が困難になるようなおそ
れも生じない。
集電金属箔とは、積層型の発電要素のように個別の複数
枚の電極を積層することにより集電金属箔も個別のもの
が複数枚重なっている場合の他に、1枚の電極を巻回し
たり折り曲げることにより同じ電極の集電金属箔が互い
に重なっている場合のものも含む。
部が、この集電接続板の端縁部を折り曲げて形成したも
の、又は、この集電接続板を打ち抜いて、この打ち抜き
片を一部が集電接続板の本体側に繋がったまま折り曲げ
たものであり、断面コの字形状の挟持板の一方の対向部
をこの接続部の背側に隣接して配置し、他方の対向部を
集電接続板の本体側に形成した開口部を通してこの接続
部の腹側に、集電金属箔を介して隣接して配置したこと
を特徴とする。
片や打ち抜き片を折り曲げて接続部を形成すると共に、
この隣に開口部を形成するので、断面コの字形状の挟持
板の一方の対向部は、この集電接続板の外側や打ち抜き
孔を通して接続部の背側に配置し、他方の対向部は開口
孔を通して接続部の腹側に配置することができ、簡単な
板金加工によって集電接続板や挟持板を作製することが
できるようになる。
の接続部を形成するために打ち抜いた打ち抜き孔であっ
てもよく、集電接続板に複数の接続部を形成する場合に
は、これらの開口部と打ち抜き孔を兼用することができ
る。
部における集電金属箔と重なり合う板面、及び/又は、
前記挟持板における対向部の向かい合う板面に凸部が形
成されたことを特徴とする。
持板に凸部が形成されるので、超音波溶接等のエネルギ
ーをこの凸部に集中させることにより、さらに確実な溶
接を行うことができるようになる。
図面を参照して説明する。
のであって、図1は発電要素の下端面に突出する正極の
アルミニウム箔を集電接続板の接続部に接続する構造を
示す部分拡大縦断面図、図2は正極側の集電接続板の接
続部付近と挟持板の構成を示す斜視図、図3は負極側の
集電接続板の接続部付近と挟持板の構成を示す斜視図で
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。
車等で用いる大型の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も、図4に示したように、
長円筒形巻回型の発電要素1の正極1aと負極1bを集
電接続板5,6を介して正極端子3と負極端子4に接続
してあり、発電要素1の構成は従来例と同じである。
アルミニウム板からなり、発電要素1の下端面に配置さ
れると共に、側端部が発電要素1の外周側面に沿って上
端部まで引き出されている。しかしながら、本実施形態
の集電接続板5には、図4に示したU字部6aは形成さ
れず、図1及び図2に示すように、開口部5b,5cと
接続部5d,5eとが形成されている。開口部5b,5
cは、集電接続板5における発電要素1(図2では図示
せず)の下端面に配置された平坦な本体に端部側(図1
では右側、図2では左上側)から並べて形成された打ち
抜き孔である。そして、端部側の開口部5bは、コの字
形状に打ち抜くことにより、この打ち抜き片における端
部とは反対側の辺を繋がったまま残している。また、こ
の開口部5bに隣接するもう一方の開口部5cは、開口
部5bよりも狭い幅で方形に打ち抜かれている。接続部
5dは、集電接続板5における発電要素1の下端面に配
置された平坦な本体の端部の板片を上方に向けて直角に
折り曲げたものであり、開口部5bの端部側の端がわず
かに掛かる程度の位置で折り曲げられている。また、こ
の接続部5dに隣接するもう一方の接続部5eは、開口
部5bを打ち抜いた際に繋がったまま残した打ち抜き片
を上方に向けて直角に折り曲げたものである。開口部5
cは、端部側の端がこの接続部5eと共にわずかに折れ
曲がるような位置に形成されている。
それぞれ挟持板7,8に挟み込まれる。正極側の集電接
続板5で用いられる挟持板7,8は、この集電接続板5
と同じアルミニウム板からなり、方形の板材を断面コの
字形状に折り曲げて、向かい合う板面同士が対向部とな
るようにしたものである。これらの挟持板7,8は、集
電接続板5よりも板厚の薄いアルミニウム板が用いられ
る。即ち、本実施形態では、集電接続板5として板厚が
0.8mmのアルミニウム板が用いられているので、挟
持板7,8には、これよりも十分に板厚が薄い0.2m
mのアルミニウム板が用いられる。また、挟持板7は、
開口部5bよりもわずかに幅が狭く形成され、挟持板8
は、この開口部5bよりも狭い開口部5cよりもさらに
わずかに幅が狭く形成されて、それぞれの片方の対向部
がこれらの開口部5b,5cに挿入できるようにしてい
る。
向部には、それぞれ凸部5f,7a,8aが形成されて
いる。接続部5d,5eの凸部5fは、それぞれ腹側
(折り曲げの内側)の面から突出するように形成され
る。また、挟持板7,8の凸部8aは、対向部の双方の
向かい合う面から突出するように形成されている。これ
らの凸部5f,7a,8aは、板面からわずかに突出し
た円柱状や角柱状、半球状等の突起であり、本実施形態
の場合、接続部5d,5eの凸部5fは0.3mmの突
起とし、挟持板7,8の凸部7a,8aは板厚と同じ
0.2mmの突起としている。なお、本実施形態では、
これらの凸部5f,7a,8aを形成するために、アル
ミニウム板の反対側の面からプレス加工で押圧加工をし
ているので、接続部5d,5eの背側(折り曲げの外
側)や挟持板7,8の対向部の外側の面にはこのプレス
加工による凹部が生じている。
開口部5bに挿入することにより、接続部5dを挟み込
むように配置される。即ち、挟持板7の一方の対向部
は、接続部5dの背側に配置され、他方の対向部はこの
接続部5dの腹側に配置されるようにする。また、挟持
板8は、下方から一方の対向部を開口部5bに挿入する
と共に、他方の対向部を開口部5cに挿入することによ
り、接続部5eを挟み込むように配置される。即ち、挟
持板8の一方の対向部は、接続部5eの背側に配置さ
れ、他方の対向部はこの接続部5eの腹側に配置される
ようにする。
他方の対向部と接続部5d,5eとの間に、発電要素1
の下端面に突出した正極1aのアルミニウム箔を複数枚
ずつ挟み込んだ状態で、双方の対向部の外側から超音波
溶接によりそれぞれ溶接される。この際、薄い挟持板
7,8の他方の対向部を介して複数枚の正極1aのアル
ミニウム箔に超音波振動が十分に伝わるので、これらの
アルミニウム箔が互いに確実に溶接されると共に、この
他方の対向部の内側の面と接続部5d,5eの腹側の面
にも確実に溶接されることになる。また、挟持板7,8
の一方の対向部は、超音波振動によって内側の面が接続
部5d,5eの背側の面にそれぞれ確実に溶接される。
しかも、挟持板7,8の対向部の内側の面や接続部5
d,5eの腹側の面には凸部5f,7a,8aが形成さ
れているので、超音波振動をこれらの凸部5f,7a,
8aに集中させることができ、溶接をより確実なものに
することができる。さらに、挟持板7,8が、対向部間
の弾性によって、複数枚の正極1aのアルミニウム箔を
接続部5d,5eに押し付けるように挟み込めば、超音
波溶接を行う前から正極1aと集電接続板5との間を圧
接により接続させることができるので、溶接に不完全な
部分があったり、非水電解質二次電池の使用中に溶接部
が剥がれるようなことが生じたとしても、この接続が完
全に絶たれるようなことはなくなる。
銅板からなり、発電要素1の上端面に配置される。そし
て正極側の集電接続板5と同様に、この集電接続板6に
も、図3に示すように、開口部6b,6cと接続部6
d,6eが形成されている。ただし、接続部6d,6e
は、発電要素1の上端面に突出する負極1bの銅箔に接
続するために、集電接続板6の平坦な本体の端部や開口
部6bの打ち抜き片を下方に直角に折り曲げて形成して
いる。これらの接続部6d,6eは、負極1bの銅箔と
重ね合わせて、挟持板9,10に挟み込まれるようにな
っている。挟持板9,10は、形状は正極側の集電接続
板5に用いられる挟持板7,8と全く同じであるが、材
質は負極側の集電接続板6と同じ銅板を用いる。また、
これらの挟持板9,10には、集電接続板6よりも板厚
の薄い銅板が用いられる。即ち、本実施形態では、集電
接続板6として板厚が0.8mmの銅板が用いられるの
で、挟持板9,10には、これよりも十分に板厚が薄い
0.2mmの銅板が用いられる。そして、これらの接続
部6d,6eと挟持板9,10の対向部にも、それぞれ
正極側の場合と同様の凸部6f,9a,10aが形成さ
れている。
開口部6bに挿入することにより、接続部6dを挟み込
むように配置される。即ち、挟持板9の一方の対向部
は、接続部6dの背側に配置され、他方の対向部はこの
接続部6dの腹側に配置されるようにする。また、挟持
板10は、上方から一方の対向部を開口部6bに挿入す
ると共に、他方の対向部を開口部6cに挿入することに
より、接続部6eを挟み込むように配置される。即ち、
挟持板10の一方の対向部は、接続部6eの背側に配置
され、他方の対向部はこの接続部6eの腹側に配置され
るようにする。
続部6d,6eとの間に、発電要素1の上端面に突出し
た負極1bの銅箔を複数枚ずつ挟み込んだ状態で、双方
の対向部の外側から超音波溶接により溶接される。従っ
て、正極側の集電接続板5の場合と同様に、この超音波
溶接によって、複数枚の銅箔が互いにそれぞれ確実に溶
接されると共に、他方の対向部の内側の面と接続部6
d,6eの腹側の面にもそれぞれ確実に溶接されること
になる。また、挟持板9,10の一方の対向部は、超音
波振動によって内側の面が接続部6d,6eの背側の面
にそれぞれ確実に溶接される。しかも、超音波振動を挟
持板9,10の対向部の内側の面や接続部6d,6eの
腹側の面に形成された凸部6f,9a,10aに集中さ
せることができ、溶接をより確実なものにすることがで
きるようになる。さらに、挟持板9,10の対向部間の
弾性によって、複数枚の負極1bの銅箔を接続部6d,
6eに押し付けるように挟み込めば、溶接に不完全な部
分があったり、溶接部が剥がれるようなことが生じたと
しても、接続が完全に絶たれるようなことはなくなる。
が板厚の薄い挟持板7,8,9,10を介して電極1
a,1bの集電金属箔(アルミニウム箔と銅箔)に十分
に伝わるので、複数枚の集電金属箔を確実に集電接続板
5,6の接続部5d,5e,6d,6eに溶接すること
ができるようになる。しかも、これら極めて薄い複数枚
の集電金属箔は、これよりも十分に厚い金属板からなる
挟持板7,8,9,10を介して超音波溶接されるの
で、この超音波振動のエネルギーを直接受けて、表面の
集電金属箔が急激に溶融飛散したり破断することにより
溶接が困難になるようなおそれも生じない。
続板5と負極側の集電接続板6の双方に本発明を実施す
る場合について示したが、いずれか一方の極性側の集電
接続板に実施するだけでもよい。また、上記実施形態で
は、各集電接続板5,6に2箇所の接続部5d,5e又
は接続部6d,6eを形成する場合について示したが、
この接続部は集電接続板に1箇所だけに形成してもよい
し、3箇所以上に形成することもできる。
の挟持板7,8,9,10について示したが、集電接続
板の接続部と集電金属箔とを挟み込むための板面が向か
い合った対向部を有する金属板材であれば、どのような
形状のものであってもよい。さらに、上記実施形態で
は、これらの挟持板7,8,9,10を電極1a,1b
の集電金属箔が挿入される側とは反対側から挟み込む場
合について示したが、この挟み込む方向も挟持板の形状
に応じて任意である。例えば図2に示す挟持板7は、板
面が向かい合う対向部が下端で繋がった形状であるが、
これらの対向部が側端で繋がったような形状の挟持板と
し、これを接続部の側方から挿入するようにしてもよ
い。しかも、挟持板をこのように構成すれば、対向部を
挿入するための開口部を集電接続板に形成する必要もな
くなる。
a,1bの集電金属箔が重なり合った外側に集電接続板
5,6の接続部5d,5e,6d,6eが配置される場
合について示したが、複数枚の集電金属箔の間にこの接
続部を配置することもできる。この場合、挟持板の双方
の対向部は、共に集電接続板の接続部との間に集電金属
箔を挟み込んで溶接が行われることになる。ただし、こ
のような集電接続板の接続部に凸部を形成する場合に
は、この凸部を接続部の両面からそれぞれ突設すること
が好ましい。
6の接続部5d,5e,6d,6eの凸部5f,6fや
挟持板7,8,9,10の対向部の凸部7a,8a,9
a,10aが円柱状や角柱状、半球状等の突起である場
合について示したが、細長い直線状又は曲がったり折れ
曲がった畝状の突起とすることもでき、複数本の畝状の
突起を交差させて網の目状に形成することもできる。さ
らに、集電接続板の接続部や挟持板の対向部にこのよう
な凸部を設けないようにしてもよい。
6の本体から折れ曲がった板片を接続部5d,5e,6
d,6eとする場合について示したが、集電接続板の板
材の端部をそのまま折り曲げずに接続部とすることもで
きる。さらに、この集電接続板の本体の他の任意の部位
を接続部とすることもできる。例えば、平坦な集電接続
板の本体の中央部を接続部としたり、従来と同様に波板
状に折り曲げたU字部の一方の側壁を接続部とすること
もできる。
6の接続部5d,5e,6d,6eと電極1a,1bの
集電金属箔と挟持板7,8,9,10とを超音波溶接に
より溶接する場合について示したが、例えばスポット溶
接等の他の溶接手段により接合させることもできる。
の発電要素1について説明したが、必ずしも長円筒形に
巻回したものに限らず、任意の形状の巻回型の発電要素
にも実施可能であり、積層型等の他の形式の発電要素に
も同様に実施可能である。例えば円筒形の巻回型の発電
要素の場合であれば、集電接続板の接続部を電極に沿っ
て湾曲させることにより十分に広い接続面積を得ること
ができ、挟持板も、湾曲する板面が向かい合うような対
向部を有するものを用いればよい。そして、巻回型と積
層型以外の形式の発電要素としては、例えば一方又は双
方の電極を交互に折り曲げて重ねたようなものが考えら
れる。
電池について説明したが、電池の種類はこれに限定され
るものではなく、集電接続板5,6や挟持板7,8,
9,10等の金属材料も、この電池の種類に応じて任意
に選択することができる。
の電池によれば、超音波溶接等のエネルギーを挟持板を
介して集電金属箔に伝えることができるので、複数枚の
集電金属箔を確実に集電接続板の接続部に溶接すること
ができるようになる。
要素の下端面に突出する正極のアルミニウム箔を集電接
続板の接続部に接続する構造を示す部分拡大縦断面図で
ある。
側の集電接続板の接続部付近と挟持板の構成を示す斜視
図である。
側の集電接続板の接続部付近と挟持板の構成を示す斜視
図である。
発電要素の電極と端子との接続構造例を示す斜視図であ
る。
Claims (3)
- 【請求項1】 端子に接続固定された金属製の集電接続
板の接続部と、発電要素の端面から突出した電極の複数
枚の集電金属箔とを重ね合わせたものとを、集電接続板
よりも薄い金属板からなる挟持板における板面が向かい
合った対向部間に挟み込んで、溶接により接合させたこ
とを特徴とする電池。 - 【請求項2】 前記集電接続板の接続部が、この集電接
続板の端縁部を折り曲げて形成したもの、又は、この集
電接続板を打ち抜いて、この打ち抜き片を一部が集電接
続板の本体側に繋がったまま折り曲げたものであり、断
面コの字形状の挟持板の一方の対向部をこの接続部の背
側に隣接して配置し、他方の対向部を集電接続板の本体
側に形成した開口部を通してこの接続部の腹側に、集電
金属箔を介して隣接して配置したことを特徴とする請求
項1に記載の電池。 - 【請求項3】 前記集電接続板の接続部における集電金
属箔と重なり合う板面、及び/又は、前記挟持板におけ
る対向部の向かい合う板面に凸部が形成されたことを特
徴とする請求項1又は2に記載の電池。
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