JPH08329958A - スパイラル型非水電解液電池ならびにその渦巻状電極体の巻回方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高速自動組立てを可能とする新規なスパイラ
ル型非水電解液電池の構造ならびにその渦巻状電極体の
巻回方法を提供する。 【解決手段】 金属製の負極缶１と、その負極缶１内に
収納され、長手方向全長に亘って縦切欠部８を形成した
断面Ｃ形をなす合成樹脂製又はステンレス鋼製のコア９
を巻芯として負極板３と正極板４とがセパレータ５を介
して積層状に巻回されてなる渦巻状電極体２と、その負
極缶１の内底面と渦巻状電極体２の底面との間に配設さ
れた絶縁部材７とから、スパイラル型非水電解液電池を
構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、金属製の負極缶内
に渦巻状電極体を配設したスパイラル形非水電解液電池
およびその渦巻状電極体の巻回方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】この種のリチウム電池などのスパイラル
形非水電解液電池の構造としては、金属製の負極缶内
に、正極板と負極板とをセパレータを介して重ね合わせ
巻回してなる渦巻状電極体を配設し、この巻回の中央に
形成される孔に挿着される中空筒部をその片面に有し、
且つ、渦巻状電極体の中心空隙部に冠着される突片をそ
の周縁部に有してなる絶縁部材を配した構成が従来公知
である（実公平４−２１２４９号公報）。

【０００３】上記渦巻状電極体の巻回方法としては二つ
に大別され、その一つは、例えば負極板の両側面をセパ
レータで被覆し、その被覆体の端部を巻回機の回転軸に
形成した溝部内に挿入したのち、これを約１回転させ、
つぎにこれに正極板を添えて一緒に巻回する（特公昭４
１−７１３３号公報）。もう一つは、上記セパレータの
延出端部を巻回機の回転軸に形成した縦割溝内に挿入し
て挟持し、約１回転させて該セパレータの延出部を巻回
後、つぎにこれに正極板を添えて一緒に巻回し、こうし
て巻回終了後はその巻回体を回転軸から取除く（特開昭
６２−１４７６６１号公報）。

【０００４】この他、前記渦巻状電極体の中心空隙部に
ガス抜き孔を設けた棒状絶縁体を配設することによっ
て、該電極体の体積増加による内部短絡を防止するとと
もに、通常、電解液注入後に挿入される前記棒状絶縁体
により電解液の溢出を防止する提案（実開平１−１５５
２６２号公報）がなされている。尚、この公報には、巻
回体を製作する時に巻取棒となる巻取芯を絶縁体により
構成し、所定回数巻取った後に上記巻取芯とされた絶縁
体と巻回体とを一緒に切断し、その後に外装缶に収納
し、ガスケットを介してかしめ取付けされた蓋体により
密閉してもよいとの記載がなされている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記回転軸の溝部内に
挿入された電極板は略直角に折り曲げられるため、該電
極板部分が崩れるおそれがある。また、上記回転軸の縦
割溝内に挿入されたセパレータ延出部は、渦巻状電極体
の中心空隙部にノの字状に残るため、渦巻状電極体の中
心部にスポット溶接用の電極を挿入して金属製の負極缶
と負極リード板とを接続させる際には、上記ノの字状の
セパレータ部分を中心空隙部内面に沿わせるように人手
によって修正を施さねばならなかった。更に、従来技術
では、負極缶に渦巻状電極体を挿入するにせよ、引き続
いて行われる群押えの挿入、スポット溶接用電極棒の挿
入、更には電解液の注入にしても、センター位置決め基
準が不安定乃至は取りずらかったため、スパイラル型非
水電解液電池の高速自動組立てを達成するうえで大きな
障害となっていた。

【０００６】そこでこの発明では、高速自動組立てを可
能とする新規なスパイラル型非水電解液電池の構造なら
びにその渦巻状電極体の巻回方法を提供することを目的
としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明になるスパイラル型非水電解液電池は、金属
製の負極缶内に、長手方向全長に亘って縦切欠部を形成
した断面Ｃ形をなす合成樹脂製又はステンレス鋼製のコ
アと、そのコアを巻芯として負極板と正極板とがセパレ
ータを介して積層状に巻回されてなる渦巻状電極体と、
該負極缶内底面と該渦巻状電極体の下面とを隔絶する絶
縁部材とを配設してなるものである。

【０００８】上記コアに貫通孔を形設してもよい。

【０００９】上記した絶縁部材は、環状円板部の片側に
上記コアの内側に嵌着可能な筒部を一体的に形成した鍔
付短筒成型品、または上記コアの下端外周部に嵌着させ
ることができる環状円板、あるいは上記コアの下端部
に、該コアの軸芯に対し鈍角状に一体形成された鍔状板
のいずれでもよい。

【００１０】また、金属製の負極缶と、その負極缶内に
収納され、長手方向全長に亘って縦切欠部を形成した断
面Ｃ形をなす合成樹脂製又はステンレス鋼製のコアを巻
芯として負極板と正極板とがセパレータを介して積層状
に巻回されてなる渦巻状電極体と、その負極缶の内底面
と渦巻状電極体の底面との間に配設され、切欠部を有す
る環状の絶縁部材とからなるスパイラル型非水電解液電
池であって、上記渦巻状電極体の負極板に接続された負
極リード板に絶縁テープを貼設し、この絶縁テープで上
記絶縁部材の切欠部を塞ぐようにしたものである。

【００１１】更に、金属製の負極缶と、その負極缶内に
収納され、長手方向全長に亘って縦切欠部を形成した断
面Ｃ形をなす合成樹脂製又はステンレス鋼製のコアを巻
芯として負極板と正極板とがセパレータを介して積層状
に巻回されてなる渦巻状電極体と、その負極缶の内底面
と渦巻状電極体の底面との間に配設され、上記コアに一
体形成された環状の絶縁部材とからなるスパイラル型非
水電解液電池であって、上記絶縁部材に、上記コアの縦
切欠部と繋がる薄肉部を設け、この薄肉部に放射方向の
切込みを入れたものである。

【００１２】本発明になるスパイラル型電極体の巻回方
法は、長手方向全長に亘って縦切欠部を形成した断面Ｃ
形をなす合成樹脂製又はステンレス鋼製のコアを巻回機
の例えばキー付回転軸に挿入し、そのコアの縦切欠部と
巻回機の回転軸のキーとを係合係止させ、このコアの外
表面に負極板または正極板のうちいずれか一方の電極板
の両側面を被覆したセパレータの延出端部を固着する。
または、長手方向全長に亘って縦切欠部を形成した断面
Ｃ形をなす合成樹脂製又はステンレス鋼製のコアを巻回
機の例えばキー付回転軸の外側から押し込んで嵌め合わ
せ、該コアの縦切欠部と巻回機の回転軸のキーとを係合
係止させると共に、負極板または正極板のうちいずれか
一方の電極板の両側面を被覆したセパレータの延出端部
を該コアと該回転軸の間で挟持させる。その後は、いず
れも、該セパレータ延出部を巻回してから、つぎに他の
電極板を添えて一緒に巻回し、巻回作業終了後は上記回
転軸からコアを含む巻回体を取り外す。

【００１３】コアの外側に渦巻状電極体を巻回形成する
回転力は、巻回機の回転軸に設けた例えばキーと、コア
の長手方向全長に亘って形成した縦切欠部との係合係止
で確実に得られる。このコアは、渦巻状電極体の負極缶
内への挿入、群押えの挿入、スポット溶接用電極棒の挿
入、更には電解液注入管の挿入等が連続するスパイラル
型非水電解液電池の高速自動組立て工程で、確実なセン
ター位置決め基準として利用することができる。

【００１４】負極缶内底面と該渦巻状電極体の下面とを
隔絶する絶縁部材がコアと別体構成であると、コアの外
側に渦巻状電極体を巻回形成するときに何の障害もない
状態で行え、巻回後にコアと絶縁部材とを嵌着して一体
化できる。また、絶縁部材に相当する鍔状板をコアの下
端部に該コアの軸芯に対し鈍角状をなして一体形成した
構成であると、巻回体が鍔状板に当たらないように逃が
しているため、円滑に最後まで巻回でき、巻回後のコア
と絶縁部材との一体化は不要である。

【００１５】コアに貫通孔があると、電解液注入の際、
コアの中心部より浸入しようとする電解液が、この貫通
孔を通過して渦巻状電極体に浸透していくことができ
る。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、この発明をスパイラル形リ
チウム電池に適用した実施形態について説明する。

【００１７】図１において、金属製の負極缶１内には、
長手方向全長に亘って縦切欠部８を形成した断面Ｃ形を
なす合成樹脂製又はステンレス鋼製のコア９が巻芯とな
って、このコア９の外側に渦巻状電極体２が配設されて
いる。この渦巻状電極体２が、リチウムからなる負極板
３と、二酸化マンガンを活物質とする正極板４とがポリ
プロピレン不織布製のセパレータ５を交互に介して重合
された巻回体である点、および負極缶１の内底面と渦巻
状電極体２の下面との間に配設された絶縁部材７によっ
て両者を隔絶している点では従来と変わりない。図示の
絶縁部材７は、環状円板部７ａの片側に上記コア９の内
側に嵌着することができる筒部７ｂを一体的に形成した
鍔付短筒成型品であり、平らな環状円板部７ａで負極リ
ード板６を負極缶１の内底面に押し付けている。尚、図
中、１１は正極リード板１０と電気的に連結されている
正極端子、１２は群押え、１３は巻回された渦巻状電極
体２がばらけないように貼着した群固定テープである。

【００１８】上記した長手方向全長に亘る縦切欠部８を
形成したコア９を反りのない成形品として得るには、図
６に示したように、縦切欠部８の端面内側に肉盛り部１
４，１４を形成してバランスをとるとよい。絶縁部材７
は、図１の鍔付短筒成型品のほか、図２に示すように、
コア９の下端部が嵌着可能な孔１５を穿設した環状円板
７ｃでもよい。このようにコア９と絶縁部材７とを分け
るときには両者の嵌着工程を必要とするが、コア９の外
側に渦巻状電極体２を巻回形成する際に何の障害物もな
い状態で巻回できることになる。これに反し、コア９の
一端に直角に鍔状板を一体形成したとすると、上記した
コア９と絶縁部材７の嵌着工程は省略できても、セパレ
ータ５を最初にコア９に固定する際余程厳密に行わない
と、巻回途中で巻回物が段々鍔状板側に寄って巻回不能
になり兼ねない。

【００１９】かかる不都合を回避するには、図３に示し
た他の実施形態のように、コア９の下端部に、該コア９
の軸芯に対し鈍角状をなすように鍔状板７ｄを一体形成
することによって、セパレータ５が鍔状板７ｄに当たっ
て巻回不能としないための逃げを作ることである。

【００２０】上記したコア９を含む渦巻状電極体２を巻
回形成する方法について述べれば、以下の二つがある。
その一つは、コア９の材質はセパレータ５と融着可能な
ものとなし、図４に示すように、長手方向全長に亘って
縦切欠部８を形成した断面Ｃ形をなす合成樹脂製又はス
テンレス鋼製のコア９を巻回機（図示せず）のキー１７
付回転軸１６に挿入して、コア９の縦切欠部８と巻回機
の回転軸１６のキー１７とを係合係止させる。そのコア
９の外表面に、負極板３または正極板４のうちいずれか
一方の電極板の両側面を被覆したセパレータ５の延出端
部を超音波融着等の接着手段によって直接固着（符号１
８は融着箇所を示す）後、約１回転させて該セパレータ
延出部を巻回してから、つぎにこれに他の電極板を添え
て一緒に巻回を開始し、巻回作業終了後は回転軸１６か
らコア９を含む巻回体である渦巻状電極体２を取り外
す。この場合、回転軸１６のキー１７の外表面を、図６
の二点鎖線の如く、コア９外表面と略同一円上にある円
弧で構成すると、得られた渦巻状電極体２に歪んだ箇所
を生じさせない。

【００２１】もう一つの巻回方法は、図５に示したよう
に、コア９の長手方向全長に亘って穿設されている縦切
欠部８の幅を適当な値（一例を挙げると、巻回機の回転
軸１６の径が３．４mmなら、コア９の縦切欠部８の幅は
２mm程度）とし、矢印で示したように、回転軸１６の外
側からコア９を押し込んで回転軸１６に抱かせる。その
際、コア９の縦切欠部８を巻回機回転軸１６の例えばキ
ー１７に係合係止させると同時に、上記セパレータ５の
延出端部をコア９と巻回機の回転軸１６との間で挟持さ
せて固定してしまう。挟持後に巻回を開始し、巻回作業
終了後は回転軸１６からコア９を含む巻回体である渦巻
状電極体２を取り外すことは、前記した挿入方式の場合
と同様である。

【００２２】図３のコア９と鍔状板７ｄとを一体形成し
たものを、この巻回方法に使用するときには、回転軸１
６の外側からコア９を押し込め得るように、鍔状板７ｄ
にはコア９の縦切欠部８と繋がる切欠部１９を形成しな
ければならないが、図６に示したように、この切欠部１
９をハの字状とすると、回転軸１６の外側からコア９を
押し込む際の拡開がし易くなる。この際、図１１に示す
ように、負極リード板６に絶縁テープ２２を貼設し、こ
の絶縁テープ２２で絶縁部材７の切欠部１９を塞ぐこと
により、電池組立後において渦巻状電極体２と負極缶１
とが接触して内部短絡を生じる事態の発生を未然に防止
できる。又、コア９のクランプ力のみでの係合係止でも
良い。更に、図１２に示すように、絶縁部材７に薄肉部
２０を設け、その中央に放射方向の切込み２１を入れて
おけば、回転軸１６の外側からコア９を押し込めること
ができると同時に、負極リード板６に絶縁テープ２２を
貼設して絶縁しなくても内部短絡を防止することが可能
となる。

【００２３】なお、図７乃至図９に示すように、コア９
に複数個の貫通孔９ａを形設することで、電解液注入の
際、コア９の内側から外側へ電解液が浸透しやすくし
て、電解液の注液時間を短縮することができる。また、
図１０に示すように、絶縁部材７が一体形成されたコア
９に貫通孔９ａを形設した場合も同様である。実際、貫
通孔９ａを形設したコア９（図７に示すタイプ）と、形
設していないコア９とを作製し、電解液の浸透性を比較
したところ、前者は後者に比べて電解液の注液時間がほ
ぼ半分であった。

【００２４】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、この発
明では、渦巻状電極体の中心に合成樹脂製又はステンレ
ス鋼製の断面Ｃ形のコアが配設されるから、渦巻状電極
体の負極缶内への挿入、群押えの挿入、スポット溶接用
電極棒の挿入、更には電解液注入管の挿入といった各工
程が連続するスパイラル型非水電解液電池の高速自動組
立てを行う際に、そのコアをしっかりしたセンター位置
決め基準として利用できる。コアの長手方向全長に亘っ
て形成した縦切欠部は、巻回機の回転軸と係合係止して
コアを回転させる機能の他に、後述する挟着方式の場合
に必要な拡開を可能とする。

【００２５】絶縁部材を鍔付短筒成型品とすると、その
筒部をコアの内側に嵌着することで、コアと絶縁部材と
の一体化が確実である。コアの下端外周部に嵌着させる
ことができる環状円板の場合は成型が容易である。ま
た、コアの下端部に、該コアの軸芯に対し鈍角状をなす
鍔状板を一体形成したものでは、巻回物が鍔状板に当っ
て巻回不能にさせないし、巻回体から離れた鍔状板を掴
んで巻回物を巻回機の回転軸から取外すことで巻回体端
面へストレスを与えなくするほか、組立後はスラスト方
向のガタ防止或いは緩衝バネ機能を期待することができ
る。

【００２６】コアに貫通孔を形設すれば、電解液注入の
際、コアの中心部より浸入しようとする電解液が、この
貫通孔を通過して渦巻状電極体に浸透していくため、電
解液の注液時間を短縮することができる。また、反りの
程度が減少して寸法精度が向上する効果も生じ、生産性
の向上に寄与する。

【００２７】負極リード板に絶縁テープを貼設し、この
絶縁テープで絶縁部材の切欠部を塞ぐようにすれば、電
池組立後において渦巻状電極体と負極缶とが接触して内
部短絡を生じることはない。

【００２８】環状の絶縁部材に薄肉部を設け、この薄肉
部に放射方向の切込みを入れると、絶縁部材がコアに一
体形成されているにも拘らず、負極リード板を絶縁しな
くても内部短絡を防止することが可能となる。

【００２９】つぎに本発明の巻回方法の効果について述
べると、コアに巻回機の回転軸を差し込む挿入方式で
は、コアの縦切欠部は巻回機の回転軸のキーと協働する
キー溝として比較的狭い幅でよいから、コアの外側に巻
回された巻回物の締付力によって受けるコアの縮径度合
いを小さくできるので、コアを組立時の基準とする場合
に甚だ好都合である。融着によるセパレータの伸縮に対
する影響や接着の信頼性の点で特に問題とはならない。

【００３０】また、コアを巻回機の回転軸に被せる挟着
方式では、セパレータの延出端部をコアに固定するのが
至って簡便な挟着で済む利点がある。コアを拡径可能に
するため縦切欠部の幅はやや大き目になり、巻回物の締
付力によって受けるコアの縮径度合いもやや大となる
が、それがコアを組立時の基準にできなくするといった
ことはない。

【００３１】いずれの巻回方式の場合も、巻回体である
渦巻状電極体はコアを介して回転軸と接触するから、巻
回作業終了後、コアを含む巻回体である渦巻状電極体を
回転軸から取除く際に、従来のように巻回体を竹の子状
に引きずり出す虞は全くない。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明になるスパイラル型非水電解液
電池の第１の実施形態を示す断面図、（ｂ）は（ａ）の
巻芯部の状態を示す拡大断面図である。

【図２】第２の実施形態の要部を示す断面図である。

【図３】第３の実施形態の要部を示す断面図である。

【図４】本発明になる渦巻状電極体の巻回方法を説明す
る斜視図である。

【図５】本発明になる渦巻状電極体の別の巻回方法を説
明する斜視図である。

【図６】鍔状板を設けたコアの断面図である。

【図７】貫通孔を形設したコアの一例を示す斜視図であ
る。

【図８】貫通孔を形設したコアの別の例を示す斜視図で
ある。

【図９】貫通孔を形設したコアの更に別の例を示す斜視
図である。

【図１０】貫通孔を形設したコアの更に別の例を示す斜
視図である。

【図１１】コアに配設された渦巻状電極体を示す斜視図
である。

【図１２】絶縁部材に薄肉部を設けたコアの一例を示す
斜視図である。

【符号の説明】

１…負極缶、２…渦巻状電極体、３…負極板、４…正極
板、５…セパレータ、６…負極リード板、７…絶縁部
材、７ａ…環状円板部、７ｂ…筒部、７ｃ…環状円板、
７ｄ…鍔状板、８…縦切欠部、９…コア、９ａ…貫通
孔、１０…正極リード板、１１…正極端子、１２…群押
え、１３…群固定テープ、１４…肉盛り部、１５…孔、
１６…回転軸、１７…キー、１８…融着箇所、１９…切
欠部、２０…薄肉部、２１…切込み、２２…絶縁テープ

フロントページの続き (72)発明者 村田 知也 東京都港区新橋５丁目36番11号 富士電気 化学株式会社内 (72)発明者 福原 敬司 東京都港区新橋５丁目36番11号 富士電気 化学株式会社内 (72)発明者 加藤 益生 東京都港区新橋５丁目36番11号 富士電気 化学株式会社内 (72)発明者 北方 雅一 東京都港区新橋５丁目36番11号 富士電気 化学株式会社内

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属製の負極缶（１）と、その負極缶内
   に収納され、長手方向全長に亘って縦切欠部（８）を形
   成した断面Ｃ形をなす合成樹脂製又はステンレス鋼製の
   コア（９）を巻芯として負極板（３）と正極板（４）と
   がセパレータ（５）を介して積層状に巻回されてなる渦
   巻状電極体（２）と、その負極缶の内底面と渦巻状電極
   体の底面との間に配設された絶縁部材（７）とからなる
   ことを特徴とするスパイラル型非水電解液電池。
2. 【請求項２】 上記コア（９）に貫通孔（９ａ）を形設
   したことを特徴とする請求項１記載のスパイラル型非水
   電解液電池。
3. 【請求項３】 上記絶縁部材（７）は、環状円板部（７
   ａ）の片側に上記コア（９）の内側に嵌着することがで
   きる筒部（７ｂ）を一体的に形成した鍔付短筒成型品で
   あることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のスパ
   イラル型非水電解液電池。
4. 【請求項４】 上記絶縁部材（７）は、上記コア（９）
   の下端外周部に嵌着させることができる環状円板（７
   ｃ）であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載
   のスパイラル型非水電解液電池。
5. 【請求項５】 上記絶縁部材（７）は、上記コア（９）
   の下端部に、該コアの軸芯に対し鈍角状をなすように一
   体形成された鍔状板（７ｄ）であることを特徴とする請
   求項１又は請求項２記載のスパイラル型非水電解液電
   池。
6. 【請求項６】 金属製の負極缶（１）と、その負極缶内
   に収納され、長手方向全長に亘って縦切欠部（８）を形
   成した断面Ｃ形をなす合成樹脂製又はステンレス鋼製の
   コア（９）を巻芯として負極板（３）と正極板（４）と
   がセパレータ（５）を介して積層状に巻回されてなる渦
   巻状電極体（２）と、その負極缶の内底面と渦巻状電極
   体の底面との間に配設され、切欠部（１９）を有する環
   状の絶縁部材（７）とからなるスパイラル型非水電解液
   電池であって、 上記渦巻状電極体の負極板に接続された負極リード板
   （６）に絶縁テープ（２２）を貼設し、この絶縁テープ
   で上記絶縁部材の切欠部を塞ぐようにしたことを特徴と
   するスパイラル型非水電解液電池。
7. 【請求項７】 金属製の負極缶（１）と、その負極缶内
   に収納され、長手方向全長に亘って縦切欠部（８）を形
   成した断面Ｃ形をなす合成樹脂製又はステンレス鋼製の
   コア（９）を巻芯として負極板（３）と正極板（４）と
   がセパレータ（５）を介して積層状に巻回されてなる渦
   巻状電極体（２）と、その負極缶の内底面と渦巻状電極
   体の底面との間に配設され、上記コアに一体形成された
   環状の絶縁部材（７）とからなるスパイラル型非水電解
   液電池であって、 上記絶縁部材に、上記コアの縦切欠部と繋がる薄肉部
   （２０）を設け、この薄肉部に放射方向の切込み（２
   １）を入れたことを特徴とするスパイラル型非水電解液
   電池。
8. 【請求項８】 長手方向全長に亘って縦切欠部（８）を
   形成した断面Ｃ形をなす合成樹脂製又はステンレス鋼製
   のコア（９）を巻回機のキー（１７）付回転軸（１６）
   に挿入し、このコアの縦切欠部と巻回機の回転軸のキー
   とを係合係止させ、このコアの外表面に負極板（３）ま
   たは正極板（４）のうちいずれか一方の電極板の両側面
   を被覆したセパレータ（５）の延出端部を固着後、該セ
   パレータ延出部を巻回してから、つぎに他の電極板を添
   えて一緒に巻回し、巻回作業終了後は該回転軸からコア
   を含む巻回体を取り外すことを特徴とするスパイラル型
   電極体の巻回方法。
9. 【請求項９】 長手方向全長に亘って縦切欠部（８）を
   形成した断面Ｃ形をなす合成樹脂製又はステンレス鋼製
   のコア（９）を巻回機のキー（１７）付回転軸（１６）
   の外側から押し込んで嵌め合わせ、このコアの縦切欠部
   と巻回機の回転軸のキーとを係合係止させると共に、負
   極板（３）または正極板（４）のうちいずれか一方の電
   極板の両側面を被覆したセパレータ（５）の延出端部を
   該コアと該回転軸の間で挟持後、上記セパレータ延出部
   を巻回してから、つぎに他の電極板を添えて一緒に巻回
   し、巻回作業終了後は該回転軸からコアを含む巻回体を
   取り外すことを特徴とするスパイラル型電極体の巻回方
   法。