JPH0935701A - 電 池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 いわゆる多数本リード構造を備えるものにあ
って、溶接を用いずに複数本の集電リード部を導電部材
に容易に接続する。 【解決手段】 正極活物質を被着した帯状の正極電極
板，セパレータ，負極活物質を被着した帯状の負極電極
板，セパレータを重ね合わせ、絶縁材製の心棒２の周囲
にスパイラル状に巻回してスパイラル状電極３を構成す
る。正極電極板に、上方に突出する複数本の集電リード
部６を一体に設け、負極電極板にも下方に突出する複数
本の集電リード部７を同様に設ける。スパイラル状電極
３の上端面に絶縁プレート８を設け、スリットを通して
導出される集電リード部６の先端の円形孔を心棒２の上
端に嵌挿する。心棒２の上端部に、導電部材１０を嵌挿
させナット部材１１を締付けて固定する。スパイラル状
電極３の下端面側においても、絶縁プレート９を設け、
同様にして集電リード部７を固定，接続する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、帯状の電極板をセ
パレータを介して円筒状をなすように巻回したスパイラ
ル状電極を備える電池に関する。

【０００２】

【発明が解決しようとする課題】近年、携帯電話や、携
帯ビデオカメラ、ノートパソコンなどの携帯用電気機器
の普及に伴い、その電源となる電池の大容量化、高エネ
ルギー密度化のニーズが急速に高まってきている。電池
における高エネルギー密度化の成否は、限られた体積の
中で極板面積を広くとることができる形状や構造をいか
にして得るかにかかっており、その代表例として、スパ
イラル状電極を有したいわゆる巻取り型構造が多くの電
池に採用されている。

【０００３】この種の巻取り型の電池のスパイラル状電
極は、集電体と称される銅やアルミニウム等の導電率の
高い帯状の金属薄板（または箔）の表面に、電池反応に
よって電流を発生する正及び負の活物質を塗布して正及
び負の電極板をそれぞれ製作し、それらをセパレータを
介して重ね合わせてスパイラル状に巻回することにより
製作される。その一方、この種の巻取り型の電池におい
て、大容量化を図るため、高負荷，大電流に耐えられる
ように電流路の大容量化と低抵抗化を目的として、リー
ドを各電極板の長手方向の多点から導出するようにした
多数本リード構造が考えられている。この場合、各リー
ドは、電池内部で一つにまとめられ、導電部材を介して
容器外部の電極端子に接続される。

【０００４】しかしながら、上記した多数本リード構造
では、電池内部の限られた狭い空間で複数本のリードを
まとめ、導電部材に接続しなければならず、その作業は
かなりの困難性を伴うものであり、また、リードのたる
み等により、反対極と接触して内部短絡が発生する虞も
あった。

【０００５】そこで、その問題点を解決する方法とし
て、実公昭５７−１４０２号公報には、スパイラル状電
極の端面に絶縁板を介してニッケル製の中継板を設け、
絶縁板及び中継板に形成された円弧状スリットを通して
導出される複数本のリードを、その中継板の上面に溶接
する技術が示されている。これによれば、各リードを容
易に中継板に溶接することができ、また絶縁板によって
内部短絡が発生する虞もなくなる。ところが、この技術
では、スパイラル状電極の端面近傍で溶接を行うため、
その際の熱により絶縁板が溶けたり、その熱がリードを
伝わってセパレータを損傷させたりする不具合があっ
た。

【０００６】なお、前記リードは、一般に溶接により電
極板（集電体）に設けられるが、その溶接部分におい
て、厚みが不均一になるため、セパレータを損傷させた
り、一部に電流が集中して活物質の異常析出が起こった
りして、短絡に至る虞もあった。特に、リチウム金属を
負極に用いたものでは、電流集中によってデンドライト
という針状の析出物が生じ、これがサイクル劣化や内部
短絡の原因となる事情もあった。

【０００７】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的は、いわゆる多数本リード構造を備えるも
のにあって、溶接を用いずに複数本の集電リード部を外
部接続用の導電部材に容易に接続することを可能とする
電池を提供するにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１の電池
は、正または負の活物質を表面に被着した帯状の電極板
をセパレータを介して円筒状をなすように巻回したスパ
イラル状電極を備え、そのスパイラル状電極の多点から
集電するようにしたものにあって、前記帯状の電極板
に、その長手方向に延びる端縁部から前記スパイラル状
電極の軸方向に突出する複数本の集電リード部を間欠的
に設けると共に、前記スパイラル状電極の中心に配置さ
れた絶縁性を有する心棒に、前記複数本の集電リード部
を係止状態に固定し、その心棒部分にて外部接続用の導
電部材に接続するようにした構成に特徴を有するもので
ある。

【０００９】この場合、スパイラル状電極の端面部分
に、集電リード部が挿通されるスリットを有する絶縁プ
レートを、心棒の貫通状態に設けるようにすれば効果的
である（請求項２の発明）。このとき、絶縁プレートの
スリットを、円弧状に複数個を形成しても良く（請求項
３の発明）、あるいは、スパイラル状に形成するように
しても良い（請求項４の発明）。

【００１０】そして、集電リード部を、電極板に一体に
形成することができ（請求項５の発明）、このとき、電
極板から集電リード部に連なる部分を、曲線状をなすよ
うに構成すれば、より効果的である（請求項６の発
明）。さらには、集電リード部の突出長さ寸法を、スパ
イラル状電極の巻回中心側に位置するほど小さく、巻回
外周側に位置するほど大きく構成することもできる（請
求項７の発明）。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例につい
て、図１ないし図４を参照しながら説明する。図１は、
本実施例に係る電池１の内部構成を示している。ここ
で、この電池１は、例えば円筒状をなす図示しないケー
ス内に、図２にも示すように、心棒２の周囲に円筒状に
巻回されたスパイラル状電極（巻取り電極）３を有して
構成されている。また、これも図示はしないが、前記ケ
ースには、正及び負の電極端子が設けられている。

【００１２】前記心棒２は、例えばポリプロピレン等の
プラスチックやセラミックス等の絶縁材料から、中空の
丸棒状に構成され、前記スパイラル状電極３から上下両
端部が突出するような長さに形成されている。また、こ
の心棒２の上下両端部は、夫々スパイラル状電極３を巻
回する部分よりもやや径小に形成されていると共に、雄
ねじが形成された雄ねじ部２ａ，２ｂとされている。

【００１３】前記スパイラル状電極３は、正極電極板４
（図３参照）、セパレータ、負極電極板、セパレータ
（後三者は図示せず）を、重ね合わせ、前記心棒２の周
囲にスパイラル状に巻回して構成されている。このうち
正極電極板４は、図３に示すように、帯状をなす金属薄
板（集電体）の表面に、正極活物質５（図３では便宜上
斜線を付して示す）を塗布や圧着等で被着して構成され
ている。

【００１４】この場合、金属薄板（集電体）としては、
例えばアルミニウムや銅などの導電性の高い材質のもの
が用いられ、また、前記正極活物質５としては、例えば
リチウムマンガン酸化物やリチウムコバルト酸化物が用
いられる。さらに、この場合、前記金属薄板の厚み寸法
は数μｍ〜数十μｍ程度、幅寸法は数ｃｍ〜数十ｃｍ程
度、長さ寸法は１〜１０ｍ程度とされている。

【００１５】そして、この正極電極板４には、図２にも
示すように、複数本の集電リード部６が、この場合金属
薄板に一体に設けられている。これら集電リード部６
は、正極電極板４の図で上縁部から上方に突出するよう
にして、正極電極板４の長さ方向に間欠的（例えば等間
隔）に形成されており、その先端部分には、前記心棒２
の雄ねじ部２ａの外径よりやや大きい径の円形孔６ａが
形成されている。

【００１６】また、これら集電リード部６は、その突出
長さ寸法が、スパイラル状電極２の巻回中心側（図３で
左側）に位置するほど短く、巻回外周側（図３で右側）
に行くに従って長くなるように形成されている。さら
に、本実施例では、正極電極板５から集電リード部６に
連なる付根の内角部分６ｂが、直角ではなく曲線状（Ｒ
状）に連続するように形成されている。尚、この集電リ
ード部６のピッチや本数等は、電極板４の全長や目標と
する電池性能等に基づいて設定される。

【００１７】一方、前記負極電極板は、やはりアルミニ
ウムや銅などの帯状をなす金属薄板（集電体）の表面
に、負極活物質を被着して構成されている。この場合、
負極活物質としては、金属リチウム又はその合金、ある
いはリチウムイオンを吸蔵し得る物質（カーボンやグラ
ファイト）から構成される。また、金属薄板の寸法は、
上記正極電極板５と同等とされている。

【００１８】そして、この負極電極板にも、複数本の集
電リード部７（図１にのみ図示）が一体に設けられてい
る。これら集電リード部７は、負極電極板の図で下縁部
から下方に突出するように間欠的に設けられており、詳
しく図示はしないが、上記正極電極板５と同様に、先端
部分に、前記心棒２の雄ねじ部２ｂの外径よりやや大き
い径の円形孔が形成されている。また、これら集電リー
ド部７の突出長さ寸法は、スパイラル状電極２の巻回中
心側に位置するほど短く巻回外周側に行くに従って長く
なるように形成され、さらに、負極電極板から集電リー
ド部７に連なる付根の内角部分が曲線状とされている。

【００１９】なお、前記２枚のセパレータは、共にＰＰ
や不織布等の、電解液を含みイオンの通過が可能な微細
孔を有する材質からなり、厚さ寸法が数十μｍとされて
いると共に、幅寸法は前記正極電極板５（金属薄板）の
幅寸法よりも数ｍｍ長く、長さ寸法は前記正極電極板５
の長さ寸法よりも数ｃｍ〜数十ｃｍ長く形成されてい
る。

【００２０】これにて、正極電極板４，セパレータ，負
極電極板，セパレータを重ね合わせて巻回したスパイラ
ル状電極３にあっては、図２（ａ）に示すように、その
上端面部から複数本の集電リード部６が突出した形態と
され、また、下端面部からは複数本の集電リード部７が
突出するようになる。

【００２１】さて、このように構成されたスパイラル状
電極３の上下両端面部には、夫々絶縁プレート８，９が
設けられるようになっている。図４には、このうち絶縁
プレート８を代表させて示しており、これら絶縁プレー
ト８，９は、ポリプロピレン等のプラスチックやセラミ
ックス等の絶縁材料から、スパイラル状電極３とほぼ同
等の径の薄円板状に構成されている。また、その板面に
は、中心に位置して前記心棒２が貫通する中心孔８ａ，
９ａが形成されていると共に、その周囲にほぼ同心円状
に複数個の円弧状スリット８ｂ，９ｂが形成されてい
る。

【００２２】絶縁プレート８は、図２（ａ）に示すよう
に、スパイラル状電極３の上端面部に被せられるように
設けられる。このとき、心棒２の上端部（雄ねじ部２
ａ）が絶縁プレート８の中心孔８ａを貫通して絶縁プレ
ート８の上面部に位置され、また、複数本の集電リード
部６が、円弧状スリット８ｂを挿通されて絶縁プレート
８の上面部に位置される。

【００２３】そして、絶縁プレート８の上面部に位置さ
れた複数本の集電リード部６は、図２（ｂ）に示すよう
に、その先端の円形孔６ａを心棒２の雄ねじ部２ａに嵌
挿させることにより、心棒２に係止された状態とされて
一箇所に重なった状態にまとめられる。尚、この場合、
例えば内周側に位置する集電リード部６から順に雄ねじ
部２ａに嵌挿される。

【００２４】さらに、この状態から、前記心棒２の雄ね
じ部２ａに外部接続用の導電部材１０の端子部１０ａが
嵌挿された上で、雄ねじ部２ａにナット部材１１が締付
けられる。これにて、心棒２の上端部がいわばターミナ
ルとしての機能を果たし、複数本の集電リード部６及び
導電部材１０が電気的接続状態にて心棒２の上端部に固
定されるのである。尚、導電部材１０の他端側は、電池
１の正の電極端子に接続される。

【００２５】一方、図１に示すように、スパイラル状電
極３の下端面側においても、同様にして、絶縁プレート
９が、心棒２の下端部が中心孔９ａを貫通し複数本の集
電リード部７がスリット９ｂに挿通されるように設けら
れ、複数本の集電リード部７が心棒２の雄ねじ部２ｂに
嵌挿されて係止状態とされ、さらに、導電部材１２が重
ねられた状態でナット１３の締付けにより固定されるよ
うになっている。前記導電部材１２は、電池１の負の電
極端子に接続される。

【００２６】上記のように構成された電池１において
は、スパイラル状電極３を有することにより、限られた
体積の中で電極板の面積を極めて大きくすることがで
き、大容量化、高エネルギー密度化を図ることができ、
またこのとき、集電リード部６，７を多点から導出した
ことにより、電流路の大容量化と低抵抗化を図ることが
できる。

【００２７】そして、本実施例では、スパイラル状電極
３の中心に絶縁性を有する心棒２を設け、その心棒２の
端部に集電リード部６，７を係止状態に固定するように
したので、心棒２がいわばターミナルとしての役割を果
たし、複数本の集電リード部６，７を容易に導電部材１
０，１２に接続することができる。この場合、従来のよ
うな、金属製の中継板に複数本のリードを溶接するもの
と異なり、溶接そのものが不要となるので、その際の熱
により絶縁材（絶縁プレート８，９やセパレータ）に悪
影響を及ぼすことを未然に防止することができるのであ
る。

【００２８】また、スパイラル状電極３の端面部に、絶
縁プレート８，９を設け、集電リード部６，７の接続を
その外面側で行うように構成したので、スパイラル状電
極３の端面と集電リード部６，７とが絶縁プレート８，
９により隔離され、集電リード部６，７が端面にて反対
極と接触して内部短絡が発生することを未然に防止する
ことができるものである。

【００２９】この場合、絶縁プレート８，９に、多数の
円弧状スリット８ｂ，９ｂを形成するようにしたので、
集電リード部６，７をその位置に対応した任意のスリッ
ト８ｂ，９ｂを通して外側に導出させることができ、そ
の作業を容易に行うことができるものである。さらに
は、絶縁プレート８，９が集電リード部６，７のたわみ
を規制しているので、集電リード部６，７の付根部分に
おける折曲がりひいては損傷などを防止することができ
るものである。

【００３０】さらに、特に本実施例では、集電リード部
６，７を、電極板（集電体）に一体に設けるようにした
ので、別体のリードを電極板に溶接により設ける場合の
ように電極板の厚みに不均一が生ずることがなくなり、
厚みの不均一に起因するセパレータの損傷や活物質の異
常析出を未然に防止することができる。このとき、電極
板５から集電リード部６に連なる付根の内角部分６ｂを
曲線状に形成したので、例えば直角な角部を有している
場合のようにその部分で亀裂が発生するといった虞がな
くなるものである。

【００３１】しかも、本実施例では、集電リード部６，
７の突出長さ寸法を、スパイラル状電極３の巻回中心側
に位置するほど小さく、巻回外周側に位置するほど大き
く構成したので、各集電リード部６，７の突出長さを心
棒２までの距離に対応したものとすることができ、各集
電リード部６，７の心棒２までのたるみ状態が均一化さ
れ、心棒２への固定作業をより一層容易に行うことがで
きるようになるのである。

【００３２】このように本実施例によれば、いわゆる多
数本リード構造を備えるものにあって、溶接を用いずに
複数本の集電リード部６，７を外部接続用の導電部材１
０，１２に容易に接続することが可能となり、ひいては
限られた体積の中での電流路の大容量化と低抵抗化を図
ることができるという優れた実用的効果を得ることがで
きるものである。

【００３３】尚、上記実施例では、集電リード部６の先
端部に円形孔６ａを形成し、これを心棒２に嵌挿させて
係止状態とさせるようにしたが、図５に示す本発明の他
の実施例の電極板１７に示すように、集電リード部１８
の先端部にＵ字状の切込み部１８ａを形成することによ
り、その部分を心棒２に外周側から差込んで係止状態と
させるようにしても良い。

【００３４】また、図６は、本発明の異なる他の実施例
に係る絶縁プレート２１を示している。この絶縁プレー
ト２１は、やはり絶縁材料から円板状に構成され、集電
リード部が挿通される部分（巻回されたスパイラル状電
極の端面部から集電リード部が導出される部分）のみに
位置して、予めスリット２１ａを形成するようにしたも
のである。また、図７は、さらに異なる他の実施例に係
る絶縁プレート２２を示しており、ここでは、スリット
２２ａをスパイラル状に形成し、その任意の位置から集
電リード部を導出するようにしている。

【００３５】その他、本発明は上記した各実施例に限定
されるものではなく、例えば次のような拡張，変更が可
能である。即ち、上記実施例では、心棒の雄ねじ部にナ
ット部材を締付けることにより集電リード部及び導電部
材を接続するようにしたが、その接続（固定手段）に
は、ナット以外にもＥリングを用いたりかしめを行った
りするなど各種の手段が考えらる。このとき、熱による
悪影響を与えない限りは、溶接やろう付け（半田付け）
等を用いても良い。

【００３６】また、電極板に集電リード部を一体に形成
するものに限らず、別体の集電リード部を溶接したりろ
う付けしたりするものであっても良く、厚みの不均一の
問題をさほど重視しない場合であれば、むしろ別体の集
電リード部を溶接するといった方法の方が、電極板の製
作が比較的容易となる。さらに、電極板（集電体）や正
及び負の活物質、セパレータ等の材質や寸法などについ
ても、種々変更して実施し得るものである。

【００３７】

【発明の効果】本発明の請求項１の電池によれば、スパ
イラル状電極の端面部において軸方向に導出された複数
本の集電リード部が、スパイラル状電極の中心に配置さ
れいわばターミナルとしての役割を果たす心棒に固定さ
れて導電部材に接続される。従って、いわゆる多数本リ
ード構造を備えるものにあって、溶接を用いずに複数本
の集電リード部を外部接続用の導電部材に容易に接続す
ることが可能となり、ひいては限られた体積の中での電
流路の大容量化と低抵抗化を図ることができるという優
れた実用的効果を得ることができるものである。

【００３８】この場合、スパイラル状電極の端面部分
に、集電リード部が挿通されるスリットを有する絶縁プ
レートを、心棒の貫通状態に設けるようにすれば（請求
項２の電池）、集電リード部の先端側部分と、スパイラ
ル状電極の端面とが絶縁プレートにより隔離されるの
で、反対極と接触して内部短絡が発生することを未然に
防止することができる。このとき、絶縁プレートのスリ
ットを、円弧状に複数個を形成しても良く（請求項３の
電池）、あるいは、スパイラル状に形成するようにして
も良く（請求項４の電池）、いずれも集電リード部を容
易に導出させることができる。

【００３９】そして、集電リード部を、電極板に一体に
形成すれば（請求項５の電池）、集電リード部を別体と
して電極板に溶接する場合と異なり、電極板の厚みが不
均一となることがなくなり、厚みの不均一に起因するセ
パレータの損傷や活物質の異常析出を未然に防止するこ
とができる。このとき、電極板から集電リード部に連な
る部分に、例えば直角な角部を有していると、その部分
にて亀裂が発生するといった虞があるが、この部分を曲
線状をなすように構成すれば（請求項６の電池）、その
ような亀裂の発生を未然に防止することができる。

【００４０】さらには、集電リード部の突出長さ寸法
を、スパイラル状電極の巻回中心側に位置するほど小さ
く、巻回外周側に位置するほど大きく構成すれば（請求
項７の電池）、各集電リード部の突出長さを心棒までの
距離に対応したものとすることができ、各集電リード部
の心棒までのたるみ状態が均一化され、心棒への固定作
業をより一層容易に行うことができるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すもので、電池の内部の
縦断面図

【図２】電池の組立工程の一部を示す斜視図

【図３】正極電極板の平面図

【図４】絶縁プレートの平面図

【図５】本発明の他の実施例を示す電極板の要部の平面
図

【図６】異なる他の実施例を示す絶縁プレートの平面図

【図７】更に異なる他の実施例を示す絶縁プレートの平
面図

【符号の説明】

図面中、１は電池、２は心棒、３はスパイラル状電極、
４，１７は電極板、５は活物質、６，７，１８は集電リ
ード部、６ａは円形孔、８，９，２１，２２は絶縁プレ
ート、８ｂ，９ｂ，２１ａ，２２ａはスリット、１０，
１２は導電部材を示す。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 正または負の活物質を表面に被着した帯
   状の電極板をセパレータを介して円筒状をなすように巻
   回したスパイラル状電極を備え、そのスパイラル状電極
   の多点から集電するようにしたものであって、 前記帯状の電極板に、その長手方向に延びる端縁部から
   前記スパイラル状電極の軸方向に突出する複数本の集電
   リード部を間欠的に設けると共に、 前記スパイラル状電極の中心に配置された絶縁性を有す
   る心棒に、前記複数本の集電リード部を係止状態に固定
   し、その心棒部分にて外部接続用の導電部材に接続する
   ようにしたことを特徴とする電池。
2. 【請求項２】 スパイラル状電極の端面部分には、集電
   リード部が挿通されるスリットを有する絶縁プレート
   が、心棒の貫通状態に設けられていることを特徴とする
   請求項１記載の電池。
3. 【請求項３】 絶縁プレートのスリットは、円弧状をな
   すと共に複数個が形成されていることを特徴とする請求
   項２記載の電池。
4. 【請求項４】 絶縁プレートのスリットは、スパイラル
   状に形成されていることを特徴とする請求項２記載の電
   池。
5. 【請求項５】 集電リード部は電極板に一体に形成され
   ていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに
   記載の電池。
6. 【請求項６】 電極板から集電リード部に連なる部分
   が、曲線状をなすように構成されていることを特徴とす
   る請求項５記載の電池。
7. 【請求項７】 集電リード部の突出長さ寸法は、スパイ
   ラル状電極の巻回中心側に位置するほど小さく、巻回外
   周側に位置するほど大きく構成されていることを特徴と
   する請求項１ないし６のいずれかに記載の電池。