JP5076698B2

JP5076698B2 - 電池

Info

Publication number: JP5076698B2
Application number: JP2007185682A
Authority: JP
Inventors: 胸永　　訓良; 武志中本; 稔平田; 鈴木　　勲
Original assignee: GS Yuasa International Ltd
Current assignee: GS Yuasa International Ltd
Priority date: 2007-07-17
Filing date: 2007-07-17
Publication date: 2012-11-21
Anticipated expiration: 2027-07-17
Also published as: JP2009026490A

Description

本発明は、発電要素の電極の端部をクリップ板で挟んで、リード板と共に溶接した電池に関するものである。

図５に示すように、扁平状の発電要素１をフレキシブルなアルミラミネートフィルム２，３からなる電池ケース内に収納した非水電解質二次電池が従来から広く用いられている（例えば、特許文献１参照。）。アルミラミネートフィルム２，３は、発電要素１を上下から覆い周縁部を熱溶着することにより、内部を密閉して電池ケースとなる。

発電要素１は、帯状の正極１ａと負極１ｂをセパレータ１ｃを介して巻回し扁平状にしたものである。また、この発電要素１の前後の端部には、正極１ａの集電体であるアルミニウム箔と負極１ｂの集電体である銅箔が巻回によって重なり合って突出している。

発電要素１の正極１ａと負極１ｂには、正極リード板４と負極リード板５が接続されている。そして、これらのリード板４、５は、先端部を発電要素１の前後の端面からさらに突出させ、アルミラミネートフィルム２，３が重なり合って熱溶着された間を通して封止されて電池ケースの外部に突出するようになっている。

リード板４、５は、発電要素１の前後の端部に突出する電極１ａ、１ｂの金属箔に基部を重ね合わせて超音波溶接により接続される。ただし、リード板４、５と電極１ａ、１ｂの金属箔とを直接超音波溶接したのでは、薄い金属箔が破断したり、リード板４、５の位置がずれて接続されるおそれがある。

そこで、従来から、図５及び図６に示すように、これらのリード板４、５と電極１ａ、１ｂの金属箔とをクリップ板６、７で挟んで、このクリップ板６、７の上下から超音波溶接を行うようにしていた（なお、図６では前方の正極リード板４と正極１ａのアルミニウム箔と正極側のクリップ板６のみを示す。）。クリップ板６、７は、方形の金属板を二つ折りにしたものであり、下方の平坦な第一の挟持板部６ａ、７ａと上方の平坦な第二の挟持板部６ｂ、７ｂと、これら二つの挟持板部６ａ、６ｂ、７ａ、７ｂを繋ぐ略Ｕ字状の屈曲部６ｃ、７ｃとからなる。そして、これらのクリップ板６、７の二つの挟持板部６ａ、６ｂ、７ａ、７ｂの間にリード板４、５の基部と電極１ａ、１ｂの金属箔を挟む。また、リード板４、５の先端部は、クリップ板６、７の屈曲部６ｃ、７ｃの中央部に形成されたスリット状のリード板挿通用開口部６ｄ、７ｄ（なお、リード板挿通用開口部７ｄはクリップ板７の陰になって図５には表れない。）を通して前方や後方に突出させている。

超音波溶接は、リード板４、５の基部と電極１ａ、１ｂの金属箔を挟んだクリップ板６、７の第一の挟持板部６ａ、７ａを、アンビル８の上に載置し、上方からホーン９の先端に取り付けた加振チップ９ａを第二の挟持板部６ｂ、７ｂに押し当てて超音波振動を加えることにより行う。

ところが、上記のように、電極１ａ、１ｂの薄い金属箔が重なり合ったものを介して、金属箔よりは十分に板厚の厚いリード板４、５の基部とクリップ板６、７の第二の挟持板部６ｂ、７ｂとが重なった部分に超音波振動が加わると、これらのリード板４、５とクリップ板６、７との間に滑りが生じるおそれがある。

このため、従来は、クリップ板６、７に対してリード板４、５が例えば図５の矢印Ｇに示すような方向の位置ずれを起こしたり、このようなリード板４、５の位置ずれにより、電極１ａ、１ｂの金属箔やクリップ板６、７との間の接続が不十分になるおそれがあるという問題が生じていた。
特開２００５−２０９５８７号公報（第２頁、第４図）

本発明は、一方の挟持板部に開口部が設けられたクリップ板を用いることにより、溶接の際にこのクリップ板とリード板との間に位置ずれが生じるのを防止することができる電池を提供しようとするものである。

請求項１の発明は、発電要素の電極の端部で重なり合った金属箔をクリップ板で挟んで、クリップ板と金属箔とリード板とを溶接した電池において、前記クリップ板は第一の挟持板部と第二の挟持板部と前記二つの挟持板部を繋ぐ略Ｕ字状の屈曲部とを備え、前記二つの挟持板部の間に前記金属箔が配され、前記第一の挟持板部には開口部が設けられ、前記開口部には、前記金属箔に重ね合わせたリード板が露出しており、前記第二の挟持板部と前記金属箔と前記リード板とが前記開口部において溶接されたことを特徴とする。

請求項２の発明は、前記屈曲部にはリード板挿通用開口部が設けられたことを特徴とする。

請求項１の発明によれば、クリップ板は二つの挟持板部の間でそれぞれ電極の金属箔を挟持するので、従来と同様に、この電極の金属箔を束ねて保持すると共に確実に接続することができる。しかも、クリップ板の第一の挟持板部の開口部を通して、このクリップ板の第二の挟持板部と電極の金属箔とリード板の基部とが重なり合った部分を溶接するので、従来のようにクリップ板とリード板とが直接重なり合った部分を溶接するようなことがなくなり、これらクリップ板とリード板との間に位置ずれが生じるの防止して、電極の金属箔との接続も確実なものとすることができる。

請求項２の発明によれば、クリップ板の屈曲部にリード板を通すためのリード板挿通用開口部が形成されるので、このクリップ板の第一の挟持板部の開口部に露出する電極の金属箔にリード板の基部を重ね合わせる際に、このリード板の位置決めを確実に行うことができるようになる。

以下、本発明の最良の実施形態について図１〜図４を参照して説明する。なお、これらの図においても、図５〜図６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、図５に示した従来例と同様の非水電解質二次電池について説明する。図１に示すように、この非水電解質二次電池の発電要素１は、帯状の正極１ａと負極１ｂをセパレータ１ｃを介して巻回したものであり、円筒形に巻回して周側面を押し潰すことにより扁平状に成形している。

正極１ａは、集電体である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１ｂは、集電体である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１ａは、左右に長尺な帯状のアルミニウム箔の前方の側端部に正極活物質を塗布しない未塗工部を設け、負極１ｂは、左右に長尺な帯状の銅箔の後方の側端部に負極活物質を塗布しない未塗工部を設けている。また、正極１ａを前方側にずらすと共に、負極１ｂを後方側にずらして巻回することにより、発電要素１の前方端部では、正極１ａの集電体であるアルミニウム箔が未塗工部で露出してセパレータ１ｃから重なり合って突出し、後方端部では、負極１ｂの集電体である銅箔が未塗工部で露出してセパレータ１ｃから重なり合って突出している。

上記発電要素１の前後の端部で突出した電極１ａ、１ｂの金属箔は、クリップ板６、７に挟まれてリード板４、５と共に超音波溶接されている。クリップ板６、７は、図２に示すように、凹形状の金属板を左右方向の折れ軸で屈曲させたものであり、凹形状の二股に分かれた側の平坦な金属板部が第一の挟持板部６ａ、７ａとなり、その上方に配置される平坦な金属板部が第二の挟持板部６ｂ、７ｂとなり、これら二つの挟持板部６ａ、６ｂ、７ａ、７ｂを繋ぐ略Ｕ字状に湾曲した金属板部が屈曲部６ｃ、７ｃとなる（なお、図２では前方の正極側のクリップ板６のみを示す。）。従って、第一の挟持板部６ａ、７ａは、凹形状の二股に分かれた側の金属板部となるので、左右の中央部が切り欠かれた状態となり、この部分が開口部６ｅ、７ｅとなる。正極１ａのアルミニウム箔を挟むクリップ板６は、アルミニウム板又はアルミニウム合金板からなり、負極１ｂの銅箔を挟むクリップ板７は、銅板又は銅合金板からなる。

クリップ板６、７の二つの挟持板部６ａ、６ｂ、７ａ、７ｂの間には、図１及び図３に示すように、発電要素１の前後の端部で突出した電極１ａ、１ｂの金属箔が挟み込まれる。この際、クリップ板６、７の二つの挟持板部６ａ、６ｂ、７ａ、７ｂは、上下から押圧することにより、電極１ａ、１ｂの金属箔に止め付けられる。なお、ここでは、電極１ａ、１ｂの重なり合った金属箔を全て上下からクリップ板６、７で挟んだが、重なり合った金属箔の一部だけを挟んでもよく、例えば巻回の中心よりも上側半分の金属箔だけを挟んだり、下側半分の金属箔だけを挟むようにしてもよい。

リード板４、５の基部は、上記クリップ板６、７の第一の挟持板部６ａ、７ａの開口部６ｅ、７ｅで露出する電極１ａ、１ｂの金属箔の下方に重ね合わせて配置される。そして、図３に示すように、超音波溶接機のアンビル８上にリード板４、５の基部を載置し、上方からホーン９の先端に取り付けた加振チップ９ａをクリップ板６、７の第二の挟持板部６ｂ、７ｂに押し当てて超音波振動を加えることにより、リード板４、５の基部と電極１ａ、１ｂの金属箔とクリップ板６、７の第二の挟持板部６ｂ、７ｂとが超音波溶接される（なお、図３では前方の正極リード板４と正極側のクリップ板６と正極１ａのアルミニウム箔のみを示す。）。

上記構成により、クリップ板６、７は、上方の第二の挟持板部６ｂ、７ｂと下方の第一の挟持板部６ａ、７ａとの間で電極１ａ、１ｂの金属箔を挟持するので、従来と同様に、これらの電極１ａ、１ｂの金属箔を束ねて保持すると共に確実に接続することができる。しかも、クリップ板６、７の第二の挟持板部６ｂ、７ｂと電極１ａ、１ｂの金属箔とリード板４、５の基部とが重なり合った部分を超音波溶接するので、従来のようにクリップ板６、７とリード板４、５とが直接重なり合った部分を超音波溶接するようなことがなくなり、これらのクリップ板６、７とリード板４、５との間に位置ずれが生じるのを防止して、電極１ａ、１ｂの金属箔との接続も確実なものとすることができる。

なお、クリップ板６、７は、図４に示すように、屈曲部６ｃ、７ｃにリード板４、５を通すためのリード板挿通用開口部６ｄ、７ｄを形成してもよい（なお、図４では前方の正極側のクリップ板６のみを示す。）。このようにすれば、クリップ板６、７の第一の挟持板部６ａ、７ａの開口部６ｅ、７ｅに露出する電極１ａ、１ｂの金属箔の下方にリード板４、５の基部を重ね合わせて配置する際に、これらのリード板４、５の先端部をリード板挿通用開口部６ｄ、７ｄに通して突出させることになるので、これらのリード板４、５の位置決めを確実に行うことができるようになる。

また、上記実施形態では、クリップ板６、７の第一の挟持板部６ａ、７ａが開口部６ｅ、７ｅを介して完全に左右に分割されている場合を示したが、例えば図２に示すクリップ板６であれば、左右に分割された第一の挟持板部６ａが後方端部で繋がっていてもよい。しかも、開口部６ｅ、７ｅは、電極１ａ、１ｂの金属箔の下方のリード板４、５の基部に超音波溶接を行うための空間を提供できればよいので、その形状も任意であり、例えば丸孔状のものであってもよい。

また、上記実施形態では、クリップ板６、７の屈曲部６ｃ、７ｃを湾曲させて二つ折りにする場合を示したが、二つ折りの折り方は任意であり、もっと鋭角状に二つ折りにしたり、多角状に二つ折りにしてもよい。さらに、クリップ板６、７は、バネ弾性力を有するものでなくてもよい。

また、上記実施形態では、超音波溶接を用いる場合を示したが、他の溶接方法を用いても同様に実施可能である。

また、上記実施形態では、発電要素１を円筒形に巻回して周側面を押し潰すことにより扁平状に成形する場合を示したが、最初から長円筒形や楕円形等に巻回することにより扁平状とすることもできる。さらに、上記実施形態では、扁平状の発電要素１を示したが、この発電要素１の形状は任意であり、例えば円筒形に巻回した発電要素１であっても同様に実施可能である。さらに、この発電要素１は、積層型のものであっても同様に実施可能である。

また、上記実施形態では、発電要素１をアルミラミネートフィルムに収納した非水電解質二次電池について説明したが、電池ケースの材質や形状は任意である。さらに、上記実施形態では、非水電解質二次電池について示したが、電池の種類も任意である。

図１〜図３に示したクリップ板６、７を用いた第１実施例の非水電解質二次電池と、図４に示したクリップ板６、７を用いた第２実施例の非水電解質二次電池と、図５〜図６に示したクリップ板６、７を用いた従来例の非水電解質二次電池とを実際に２００個ずつ作製した。

第１実施例と第２実施例と従来例の非水電解質二次電池について、リード板４、５の位置ずれを比較した結果、従来例では、２００個中２０個の非水電解質二次電池でリード板４、５の位置ずれが発生したが、第１実施例と第２実施例では、２００個ずつの非水電解質二次電池のいずれのリード板４、５でも位置ずれが発生しなかった。

また、第１実施例と第２実施例の非水電解質二次電池について、クリップ板６、７と電極１ａ、１ｂの金属箔とリード板４、５とを超音波溶接する工程を比較した結果、第２実施例では、リード板４、５の位置決めの手間が軽減されることから、第１実施例よりも約２０％の工数を削減できた。

本発明の一実施形態を示すものであって、クリップ板を用いて電極の金属箔にリード板を接続した発電要素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、クリップ板を下方から見上げた斜視図である。本発明の一実施形態を示すものであって、クリップ板を用いて電極の金属箔にリード板を超音波溶接する工程を示す側面図である。本発明の他の実施形態を示すものであって、リード板挿通用開口部を形成したクリップ板を下方から見上げた斜視図である。従来例を示すものであって、扁平状の発電要素をフレキシブルなアルミラミネートフィルムからなる電池ケース内に収納した非水電解質二次電池の分解斜視図である。従来例を示すものであって、クリップ板を用いて電極の金属箔にリード板を超音波溶接する工程を示す側面図である。

符号の説明

１発電要素
１ａ正極
１ｂ負極
１ｃセパレータ
２アルミラミネートフィルム
４正極リード板
５負極リード板
６クリップ板
６ａ第一の挟持板部
６ｂ第二の挟持板部
６ｃ屈曲部
６ｄリード板挿通用開口部
６ｅ開口部
７クリップ板
７ａ第一の挟持板部
７ｂ第二の挟持板部
７ｃ屈曲部
７ｄリード板挿通用開口部
７ｅ開口部
８アンビル
９ホーン
９ａ加振チップ

Claims

発電要素の電極の端部で重なり合った金属箔をクリップ板で挟んで、クリップ板と金属箔とリード板とを溶接した電池において、
前記クリップ板は第一の挟持板部と第二の挟持板部と前記二つの挟持板部を繋ぐ略Ｕ字状の屈曲部とを備え、
前記二つの挟持板部の間に前記金属箔が配され、
前記第一の挟持板部には開口部が設けられ、
前記開口部には、前記金属箔に重ね合わせたリード板が露出しており、
前記第二の挟持板部と前記金属箔と前記リード板とが前記開口部において溶接されたことを特徴とする電池。
前記屈曲部にはリード板挿通用開口部が設けられたことを特徴とする、請求項１記載の電池。