JP2013127948A - 集電体、蓄電素子及び集電体の製造方法 - Google Patents

集電体、蓄電素子及び集電体の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】同一面積の素材からでも、一対の電極接続部間の幅を大きくし、使用する素材面積の低減を図ることができる集電体を提供する。
【解決手段】正極集電体130であって、端子接続部131と、右前端部131aの前方及び下方に延びる第一平面132aを有する第一電極接続部132と、左前端部131bの前方及び下方に延び、第一平面132aに対向する第二平面133aを有する第二電極接続部133と、一端が右前端部131aに接続され他端が上端部132bに接続される第一捩れ部134と、一端が左前端部131bに接続され他端が上端部133bに接続される第二捩れ部135とを備え、第一平面132aと第二平面133aとの左右方向の距離である平面間距離Aは、右前端部131aの左右方向の中心と左前端部131bの左右方向の中心との距離Bよりも大きい。
【選択図】図3B

Description

本発明は、リチウムイオン電池などの蓄電素子に備えられる集電体、当該集電体の製造方法、及び当該集電体を備える蓄電素子に関する。
近年、世界的な環境問題への取り組みとして、ガソリン自動車からハイブリッド自動車または電気自動車への転換や電動自転車の普及など、リチウムイオン電池などの各種蓄電素子が広く活用されている。このような蓄電素子においては、発電要素の正極と正極端子、または発電要素の負極と負極端子とを電気的に接続する集電体を備えている。
そして、従来、発電要素の正極または負極に接続される一対の長尺状の電極接続部を備えた集電体が提案されている(例えば、特許文献1参照)。この集電体においては、当該一対の電極接続部で発電要素の端部を挟み込むことで、発電要素の端部が損傷するのを防止している。
特開2003−346903号公報
しかしながら、上記従来の集電体では、同一面積の素材からは一定の幅の電極接続部しか製造することができないため、発電要素の端部の幅が大きくなると、大きな素材面積の集電体が必要になるという問題がある。
つまり、上記従来の集電体では、同一形状の素材から得られる一対の電極接続部間の幅は固定されているため、同一面積の素材からは一定の幅の電極接続部しか製造することができない。このため、発電要素の端部の幅が大きくなるほど、大きな形状の素材が必要になるため、大きな素材面積の集電体が必要になる。
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、同一面積の素材からでも、一対の電極接続部間の幅を大きくし、使用する素材面積の低減を図ることができる集電体、当該集電体の製造方法、及び当該集電体を備える蓄電素子を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る集電体は、端子接続部と、前記端子接続部の右前端部の前方及び下方に延びる第一平面を有する第一電極接続部と、前記端子接続部の左前端部の前方及び下方に延び、前記第一平面に対向する第二平面を有する第二電極接続部と、一端が前記右前端部に接続され、他端が前記第一電極接続部の上端部に接続される第一捩れ部と、一端が前記左前端部に接続され、他端が前記第二電極接続部の上端部に接続される第二捩れ部とを備え、前記第一平面と前記第二平面との左右方向の距離である平面間距離は、前記右前端部の左右方向の中心と前記左前端部の左右方向の中心との距離よりも大きい。
これによれば、集電体は、第一電極接続部の第一平面と第二電極接続部の第二平面との左右方向の距離は、端子接続部の右前端部の左右方向の中心と端子接続部の左前端部の左右方向の中心との距離よりも大きい。ここで、従来の集電体においては、当該第一平面と当該第二平面との左右方向の距離は、当該右前端部の左右方向の中心と当該左前端部の左右方向の中心との距離と略同一である。このため、本発明に係る集電体によれば、当該第一平面と当該第二平面との左右方向の距離を従来よりも大きくすることができるため、同一面積の素材からでも、一対の電極接続部間の幅を大きくし、使用する素材面積の低減を図ることができる。
また、好ましくは、前記平面間距離は、前記右前端部の右端と前記左前端部の左端との左右方向の距離よりも大きい。
これによれば、第一電極接続部の第一平面と第二電極接続部の第二平面との左右方向の距離は、端子接続部の右前端部の右端と端子接続部の左前端部の左端との左右方向の距離よりも大きい。このため、本発明に係る集電体によれば、当該第一平面と当該第二平面との左右方向の距離を従来よりもさらに大きくすることができるため、同一面積の素材からでも、一対の電極接続部間の幅をさらに大きくし、使用する素材面積の低減を図ることができる。
また、好ましくは、前記平面間距離は、前記第一平面の上端部と前記第二平面の上端部との左右方向の距離である。また、好ましくは、前記平面間距離は、前記第一平面と前記第二平面との左右方向の距離の最小値である。
これによれば、第一平面の上端部と第二平面の上端部との距離は、右前端部の左右方向の中心と左前端部の左右方向の中心との距離よりも大きい、または、右前端部の右端と左前端部の左端との距離よりも大きい。または、第一平面と第二平面との2平面の距離の最小値は、右前端部の左右方向の中心と左前端部の左右方向の中心との距離よりも大きい、または、右前端部の右端と左前端部の左端との両端の距離よりも大きい。つまり、第一平面と第二平面とが平行でない場合には、当該2平面の距離は一定ではないが、当該2平面の上端部間の距離、または当該2平面の距離の最小値が、当該中心間の距離または両端の距離よりも大きい。このため、本発明に係る集電体によれば、当該第一平面と当該第二平面との左右方向の距離を従来よりもさらに大きくすることができるため、同一面積の素材からでも、一対の電極接続部間の幅をさらに大きくし、使用する素材面積の低減を図ることができる。また、集電体を捩って形成したのち、さらに、脚部である第一電極接続部及び第二電極接続部を加工する必要がない。
また、好ましくは、前記右前端部の左右方向の長さは、前記第一電極接続部の上端部の前後方向の長さと略同一である、または、前記左前端部の左右方向の長さは、前記第二電極接続部の上端部の前後方向の長さと略同一である。
これによれば、端子接続部の右前端部の左右方向の長さは、第一電極接続部の上端部の前後方向の長さと略同一である、または、端子接続部の左前端部の左右方向の長さは、第二電極接続部の上端部の前後方向の長さと略同一である。つまり、当該右前端部と第一電極接続部の上端部とを繋ぐ第一捩れ部及び第一電極接続部は、同じ幅の平板から形成され、または、当該左前端部と第二電極接続部の上端部とを繋ぐ第二捩れ部及び第二電極接続部は、同じ幅の平板から形成されている。このように、集電体の第一捩れ部及び第一電極接続部、または第二捩れ部及び第二電極接続部の素材を同じ幅に形成することで、素材の加工を容易にするとともに、使用する素材面積の低減を図ることができる。
また、好ましくは、前記第一捩れ部は、平板を複数段階に捩ったような形状で、前記右前端部と前記第一電極接続部の上端部とを繋いでいる、または、前記第二捩れ部は、平板を複数段階に捩ったような形状で、前記左前端部と前記第二電極接続部の上端部とを繋いでいる。
これによれば、第一捩れ部は、平板を複数段階に捩ったような形状で、端子接続部の右前端部と第一電極接続部の上端部とを繋いでいる、または、第二捩れ部は、平板を複数段階に捩ったような形状で、端子接続部の左前端部と第二電極接続部の上端部とを繋いでいる。つまり、第一捩れ部または第二捩れ部は、平板を複数段階に捩って形成されているので、捩れによる応力が分散され、特定箇所への応力集中を避けることができる。
また、好ましくは、前記集電体は、正極及び負極を有する発電要素と、前記発電要素の上方に配置された正極端子及び負極端子とを有する蓄電素子に備えられ、前記端子接続部は、前記正極端子または前記負極端子側に配置され、前記正極端子または前記負極端子に電気的に接続され、前記第一電極接続部は、前記第一平面で前記正極または前記負極に接続され、前記第二電極接続部は、前記第二平面で前記正極または前記負極に接続される。
これによれば、第一電極接続部は、第一平面で発電要素の正極または負極に接続され、第二電極接続部は、第二平面で発電要素の正極または負極に接続される。つまり、第一平面と第二平面との間に発電要素が配置される。そして、同一面積の素材から、第一平面と第二平面との間の幅がより大きな集電体を実現することができる。このため、より横幅の大きな発電要素を、第一平面と第二平面との間に配置することができるため、蓄電素子の体積エネルギー密度を向上させることができる。
また、本発明は、このような集電体として実現することができるだけではなく、正極と負極とを有する発電要素と、正極端子と、負極端子と、正極と正極端子及び負極と負極端子の少なくとも一方を電気的に接続する当該集電体とを備える蓄電素子として実現することもできる。
また、上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る集電体の製造方法は、集電体の製造方法であって、前記集電体は、端子接続部と、前記端子接続部の右前端部の前方に延びる第一平面を有する第一電極接続部と、前記端子接続部の左前端部の前方に延びる第二平面を有する第二電極接続部とを備え、前記集電体の製造方法は、前記第一平面が前記右前端部の前方及び下方に延びる平面となるように、前記第一電極接続部を前記端子接続部に対して回転させるとともに下方に捩ることで、一端が前記右前端部に接続され、他端が前記第一電極接続部の上端部に接続される第一捩れ部を形成する第一捩り工程と、前記第二平面が前記左前端部の前方及び下方に延び、前記第一平面に対向する平面となるように、前記第二電極接続部を前記端子接続部に対して回転させるとともに下方に捩ることで、一端が前記左前端部に接続され、他端が前記第二電極接続部の上端部に接続される第二捩れ部を形成する第二捩り工程とを含み、前記第一捩り工程または前記第二捩り工程では、前記第一平面と前記第二平面との左右方向の距離である平面間距離が、前記右前端部の左右方向の中心と前記左前端部の左右方向の中心との距離よりも大きくなるように、前記第一電極接続部または前記第二電極接続部を捩る。
これによれば、集電体の製造方法は、第一電極接続部の第一平面が端子接続部の右前端部の前方及び下方に延びる平面となるように、第一電極接続部を端子接続部に対して回転させるとともに下方に捩る第一捩り工程と、第二電極接続部の第二平面が端子接続部の左前端部の前方及び下方に延びる平面となるように、第二電極接続部を端子接続部に対して回転させるとともに下方に捩る第二捩り工程とを含む。そして、第一捩り工程または第二捩り工程では、当該第一平面と当該第二平面との左右方向の距離が、当該右前端部の左右方向の中心と当該左前端部の左右方向の中心との距離よりも大きくなるように、第一電極接続部または第二電極接続部を捩る。ここで、従来の集電体の製造方法においては、当該第一平面と当該第二平面との左右方向の距離が、当該右前端部の左右方向の中心と当該左前端部の左右方向の中心との距離と略同一になるように、第一電極接続部及び第二電極接続部を捩る。このため、本発明に係る集電体の製造方法によれば、当該第一平面と当該第二平面との左右方向の距離を従来よりも大きくすることができるため、同一面積の素材からでも、一対の電極接続部間の幅を大きくし、使用する素材面積の低減を図ることができる。
また、好ましくは、前記第一捩り工程または前記第二捩り工程では、前記平面間距離が、前記右前端部の右端と前記左前端部の左端との左右方向の距離よりも大きくなるように、前記第一電極接続部または前記第二電極接続部を捩る。
これによれば、第一捩り工程または第二捩り工程では、第一電極接続部の第一平面と第二電極接続部の第二平面との左右方向の距離が、端子接続部の右前端部の右端と端子接続部の左前端部の左端との左右方向の距離よりも大きくなるように、第一電極接続部または第二電極接続部を捩る。このため、本発明に係る集電体の製造方法によれば、当該第一平面と当該第二平面との左右方向の距離を従来よりもさらに大きくすることができるため、同一面積の素材からでも、一対の電極接続部間の幅をさらに大きくし、使用する素材面積の低減を図ることができる。
また、好ましくは、前記第一捩り工程または前記第二捩り工程では、前記第一平面の上端部と前記第二平面の上端部との左右方向の距離を前記平面間距離として、前記第一電極接続部または前記第二電極接続部を捩る。また、好ましくは、前記第一捩り工程または前記第二捩り工程では、前記第一平面と前記第二平面との左右方向の距離の最小値を前記平面間距離として、前記第一電極接続部または前記第二電極接続部を捩る。
これによれば、第一捩り工程または第二捩り工程では、第一平面の上端部と第二平面の上端部との距離が、右前端部の左右方向の中心と左前端部の左右方向の中心との距離よりも大きくなるように、または、右前端部の右端と左前端部の左端との距離よりも大きくなるように、第一電極接続部または第二電極接続部を捩る。または、第一平面と第二平面との2平面の距離の最小値が、右前端部の左右方向の中心と左前端部の左右方向の中心との距離よりも大きくなるように、または、右前端部の右端と左前端部の左端との両端の距離よりも大きくなるように、第一電極接続部または第二電極接続部を捩る。つまり、第一平面と第二平面とが平行でない場合には、当該2平面の距離は一定ではないが、当該2平面の上端部間の距離、または当該2平面の距離の最小値が、当該中心間の距離または両端の距離よりも大きくなるように、電極接続部を捩る。このため、本発明に係る集電体の製造方法によれば、当該第一平面と当該第二平面との左右方向の距離を従来よりもさらに大きくすることができるため、同一面積の素材からでも、一対の電極接続部間の幅をさらに大きくし、使用する素材面積の低減を図ることができる。また、集電体を捩って形成したのち、さらに、脚部である第一電極接続部及び第二電極接続部を加工する必要がない。
本発明によると、リチウムイオン電池などの蓄電素子の集電体において、同一面積の素材からでも、一対の電極接続部間の幅を大きくし、使用する素材面積の低減を図ることができる。
本発明の実施の形態に係る蓄電素子の外観を模式的に示す斜示図である。 本発明の実施の形態に係る蓄電素子の壁部の一部を省略して蓄電素子の内部を模式的に示す斜示図である。 本発明の実施の形態に係る正極集電体の構成を示す平面図である。 本発明の実施の形態に係る正極集電体の構成を示す平面図である。 本発明の実施の形態に係る正極集電体の構成を示す平面図である。 本発明の実施の形態に係る正極集電体の製造方法の一例を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態に係る正極集電体の製造方法を説明するための図である。 本発明の実施の形態に係る正極集電体の製造方法を説明するための図である。 本発明の実施の形態に係る正極集電体の製造方法を説明するための図である。 本発明の実施の形態に係る正極集電体が奏する効果を説明するための図である。 本発明の実施の形態に係る正極集電体が奏する効果を説明するための図である。 本発明の実施の形態の変形例に係る正極集電体の構成を示す平面図である。 本発明の実施の形態の変形例に係る正極集電体の構成を示す平面図である。
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態に係る集電体について説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。本発明は、特許請求の範囲だけによって限定される。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、本発明の課題を達成するのに必ずしも必要ではないが、より好ましい形態を構成するものとして説明される。
まず、蓄電素子10の構成について、説明する。
図1は、本発明の実施の形態に係る蓄電素子10の外観を模式的に示す斜示図である。
図2は、本発明の実施の形態に係る蓄電素子10の壁部の一部を省略して蓄電素子10の内部を模式的に示す斜示図である。
蓄電素子10は、電気を充電し、また、電気を放電することのできる二次電池であり、より具体的には、リチウムイオン電池などの非水電解質電池である。つまり、蓄電素子10は、例えば、正極がコバルト酸リチウムなどのリチウム遷移金属酸化物、負極が炭素材料の二次電池である。なお、蓄電素子10は、非水電解質電池には限定されず、非水電解質電池以外の二次電池であってもよいし、キャパシタであってもよい。
まず、図1に示すように、蓄電素子10は、容器100と、正極端子200と、負極端子300とを備え、容器100は、上壁であるふた板110を備えている。また、図2に示すように、容器100内方には、発電要素120と、正極集電体130と、負極集電体140とが配置されている。なお、蓄電素子10の容器100の内部には電解液などの液体が封入されているが、当該液体の図示は省略する。
蓄電素子10は、発電要素120、正極集電体130及び負極集電体140を収容する矩形箱状の部材であり、矩形状のふた板110を備えている。つまり、蓄電素子10は、金属からなる矩形筒状で底を備える筐体本体と、当該筐体本体の開口を閉塞する金属製のふた板110とで構成されている。また、蓄電素子10は、発電要素120等を内部に収容後、ふた板110と筐体本体とが溶接等されることにより、内部を密封することができるものとなっている。
発電要素120は、詳細な図示は省略するが、正極と負極とセパレータとを備え、電気を蓄えることができる部材である。負極は、銅からなる長尺帯状の負極集電体シートの表面に負極活物質層が形成されたものである。正極は、アルミニウムからなる長尺帯状の正極集電体シートの表面に正極活物質層が形成されたものである。セパレータは、樹脂からなる微多孔性のシートである。そして、発電要素120は、負極と正極との間にセパレータが挟み込まれるように層状に配置されたものを長さ方向に全体が長円形状となるように巻き回されて形成されている。
正極端子200は、発電要素120の正極に電気的に接続された電極端子であり、負極端子300は、発電要素120の負極に電気的に接続された電極端子である。つまり、正極端子200及び負極端子300は、発電要素120に蓄えられている電気を蓄電素子10の外部空間に導出し、また、発電要素120に電気を蓄えるために蓄電素子10の内部空間に電気を導入するための金属製の電極端子である。また、正極端子200及び負極端子300は、発電要素120の上方に配置されたふた板110に取り付けられている。
正極集電体130は、発電要素120の正極と容器100の側壁との間に配置され、正極端子200と発電要素120の正極とに電気的に接続される導電性と剛性とを備えた部材である。つまり、正極集電体130は、正極端子200と発電要素120の正極とを電気的に接続する集電体である。なお、正極集電体130は、発電要素120の正極と同様、アルミニウムで形成されている。
負極集電体140は、発電要素120の負極と容器100の側壁との間に配置され、負極端子300と発電要素120の負極とに電気的に接続される導電性と剛性とを備えた部材である。つまり、負極集電体140は、負極端子300と発電要素120の負極とを電気的に接続する集電体である。なお、負極集電体140は、発電要素120の負極と同様、銅で形成されている。
具体的には、正極集電体130及び負極集電体140は、容器100の側壁からふた板110に渡って当該側壁及びふた板110に沿って屈曲状態で配置される金属製の部材である。また、正極集電体130及び負極集電体140は、リベットによるかしめなどによって、ふた板110に固定的に接続されている。
また、正極集電体130及び負極集電体140は、発電要素120の正極及び負極にそれぞれ溶接などによって固定的に接続されている。具体的には、正極集電体130及び負極集電体140は、発電要素120の正極や負極を挟み込むようにして、発電要素120の正極及び負極にそれぞれ接合されている。これにより、発電要素120は、容器100の内部において、正極集電体130及び負極集電体140により、ふた板110から吊り下げられた状態で保持される。
次に、正極集電体130及び負極集電体140の構成について、さらに詳細に説明する。なお、正極集電体130と負極集電体140とは同じ構成であるため、以下では、正極集電体130の構成について説明を行い、負極集電体140の構成の説明については省略する。
図3A〜図3Cは、本発明の実施の形態に係る正極集電体130の構成を示す平面図である。具体的には、図3Aは、図2に示された正極集電体130を前方から見た場合の図であり、図3Bは、図2に示された正極集電体130を左側方から見た場合の図であり、図3Cは、図2に示された正極集電体130を下方から見た場合の図である。
図3A〜図3Cに示すように、正極集電体130は、端子接続部131、第一電極接続部132、第二電極接続部133、第一捩れ部134及び第二捩れ部135を備えている。なお、これらの図において、正極集電体130の前方をX軸プラス方向(後方をX軸マイナス方向)、右方向をY軸プラス方向(左方向をY軸マイナス方向)、上方をZ軸プラス方向(下方をZ軸マイナス方向)とする。
端子接続部131は、正極端子200または負極端子300側(Z軸方向プラス側)に配置され、正極端子200または負極端子300に電気的に接続される平板状の部位である。ここでは、端子接続部131は、正極集電体130に備えられているため、正極端子200側に配置され、正極端子200に電気的に接続される。具体的には、端子接続部131は、リベットによるかしめなどによって、ふた板110及び正極端子200に固定されることで、正極端子200に電気的に接続される。
第一電極接続部132は、端子接続部131の右前端部131aの前方(X軸プラス方向)及び下方(Z軸マイナス方向)に延び、発電要素120の正極または負極に接続される第一平面132aを有する部位である。ここでは、第一電極接続部132は、正極集電体130に備えられているため、第一平面132aは発電要素120の正極に溶接等によって接続される。なお、第一電極接続部132は、Z軸方向に長尺の平板状の部位である。
第二電極接続部133は、端子接続部131の左前端部131bの前方(X軸プラス方向)及び下方(Z軸マイナス方向)に延び、発電要素120の正極または負極に接続される、第一平面132aに対向する第二平面133aを有する部位である。ここでは、第二電極接続部133は、正極集電体130に備えられているため、第二平面133aは発電要素120の正極に溶接等によって接続される。なお、第二電極接続部133は、Z軸方向に長尺の平板状の部位である。
また、第二平面133aは、第一平面132aに平行の平面である。そして、第一平面132aと第二平面133aとの左右方向(Y軸方向)の距離である平面間距離(同図に示す距離A)は、右前端部131aの左右方向の中心と左前端部131bの左右方向の中心との距離(同図に示す距離B)よりも大きい。また、上記の平面間距離(距離A)は、右前端部131aの右端と左前端部131bの左端との左右方向の距離(同図に示す距離C)よりも大きいのが好ましい。
なお、第一平面132aと第二平面133aとは、互いに平行な平面であることには限定されず、多少の角度は許容される。この場合、上記の平面間距離として、第一平面132aと第二平面133aとの左右方向の距離の平均値を用いてもよい。つまり、第一平面132aと第二平面133aとの左右方向の距離の平均値が、距離Bよりも大きくなればよく、また、当該平均値が距離Cよりも大きいのが好ましい。
また、さらには、上記の平面間距離として、第一平面132aと第二平面133aとの左右方向の距離の最小値を用いてもよい。つまり、第一平面132aと第二平面133aとの左右方向の距離の最小値が、距離Bよりも大きいのが好ましく、当該最小値が距離Cよりも大きいのがさらに好ましい。
第一捩れ部134は、一端が端子接続部131の右前端部131aに接続され、他端が第一電極接続部132の上端部132bに接続される部位である。具体的には、第一捩れ部134は、平板を複数段階に捩ったような形状で、右前端部131aと第一電極接続部132の上端部132bとを繋いでいる。
さらに具体的には、第一捩れ部134は、捩りの軸を、右前端部131aの中心から右前端部131aの右端へ向けて変位させるように捩ることで、形成されている。ここで、第一捩れ部134は、捩りの軸を、右前端部131aの中心から右前端部131aの右端まで変位させるように捩って形成されるのが好ましい。
ここで、右前端部131aの左右方向(Y軸方向)の長さは、第一電極接続部132の上端部132bの前後方向(X軸方向)の長さと略同一である。つまり、第一捩れ部134の一端の左右方向の長さと他端の前後方向の長さとは、略同一である。このため、第一捩れ部134は、矩形状の平板を複数段階に捩ることで形成される。
第二捩れ部135は、一端が端子接続部131の左前端部131bに接続され、他端が第二電極接続部133の上端部133bに接続される部位である。具体的には、第二捩れ部135は、平板を複数段階に捩ったような形状で、左前端部131bと第二電極接続部133の上端部133bとを繋いでいる。
さらに具体的には、第二捩れ部135は、捩りの軸を、左前端部131bの中心から左前端部131bの右端へ向けて変位させるように捩ることで、形成されている。ここで、第二捩れ部135は、捩りの軸を、左前端部131bの中心から左前端部131bの左端まで変位させるように捩って形成されるのが好ましい。
ここで、左前端部131bの左右方向(Y軸方向)の長さは、第二電極接続部133の上端部133bの前後方向(X軸方向)の長さと略同一である。つまり、第二捩れ部135の一端の左右方向の長さと他端の前後方向の長さとは、略同一である。このため、第二捩れ部135は、矩形状の平板を複数段階に捩ることで形成される。
次に、正極集電体130及び負極集電体140の製造方法について、説明する。なお、正極集電体130と負極集電体140とは同じ方法で製造されるため、以下では、正極集電体130の製造方法について説明を行い、負極集電体140の製造方法の説明については省略する。
図4は、本発明の実施の形態に係る正極集電体130の製造方法の一例を示すフローチャートである。
図5A〜図5Cは、本発明の実施の形態に係る正極集電体130の製造方法を説明するための図である。具体的には、図5Aは、正極集電体130を右方向(Y軸プラス方向)から見た場合の図であり、図5Bは、正極集電体130を下方(Z軸マイナス方向)から見た場合の図であり、図5Cは、正極集電体130を前方(X軸プラス方向)から見た場合の図である。
まず、図4に示すように、第一捩り工程として、第一平面132aが右前端部131aの前方及び下方に延びる平面となるように、第一電極接続部132を端子接続部131に対して回転させるとともに下方に捩ることで、一端が右前端部131aに接続され、他端が第一電極接続部132の上端部132bに接続される第一捩れ部134を形成する(S102)。
具体的には、図5A〜図5Cに示すように、正極集電体130を加工する前の素材である正極集電体素材130aの第一電極接続部132を、R1方向(下方)に捩るとともに、端子接続部131に対してR2方向に回転させる。さらに具体的には、第一電極接続部132を、R1方向及びR2方向に同時に複数段階に捩る。
これにより、正極集電体素材130aの平板状の部位が、複数段階に捩られて、第一捩れ部134が形成される。また、第一平面132aは、右前端部131aの前方(X軸プラス方向)及び下方(Z軸マイナス方向)に延びる平面となる。
図4に戻り、次に、第二捩り工程として、第二平面133aが左前端部131bの前方及び下方に延び、第一平面132aに対向する平面となるように、第二電極接続部133を端子接続部131に対して回転させるとともに下方に捩ることで、一端が左前端部131bに接続され、他端が第二電極接続部133の上端部133bに接続される第二捩れ部135を形成する(S104)。
具体的には、図5A〜図5Cに示すように、正極集電体素材130aの第二電極接続部133を、R3方向(下方)に捩るとともに、端子接続部131に対してR4方向に回転させる。さらに具体的には、第二電極接続部133を、R3方向及びR4方向に同時に複数段階に捩る。
これにより、正極集電体素材130aの平板状の部位が、複数段階に捩られて、第二捩れ部135が形成される。また、第二平面133aは、左前端部131bの前方(X軸プラス方向)及び下方(Z軸マイナス方向)に延びる平面、つまり、第一平面132aに対向し、第一平面132aと平行な平面となる。
ここで、第一捩り工程(S102)または第二捩り工程(S104)では、第一平面132aと第二平面133aとの左右方向の平面間距離である距離Aが、右前端部131aの左右方向の中心と左前端部131bの左右方向の中心との距離Bよりも大きくなるように、第一電極接続部132または第二電極接続部133を捩る。また、この場合、当該平面間距離(距離A)が、右前端部131aの右端と左前端部131bの左端との左右方向の距離Cよりも大きくなるように、第一電極接続部132または第二電極接続部133を捩るのが好ましい。
なお、上記の正極集電体130の製造方法において、第一捩り工程(S102)と第二捩り工程(S104)の順序は逆であってもよいし、第一捩り工程(S102)と第二捩り工程(S104)とを同時に行ってもよい。
また、第一捩り工程(S102)または第二捩り工程(S104)において、第一平面132aと第二平面133aとの左右方向の距離の最小値を上記の平面間距離として、第一電極接続部132または第二電極接続部133を捩ることにしてもよい。
次に、本実施の形態に係る正極集電体130が奏する効果について、説明する。
図6及び図7は、本発明の実施の形態に係る正極集電体130が奏する効果を説明するための図である。具体的には、図6は、従来の集電体150の構成を示す図であり、図7は、本実施の形態に係る正極集電体130と従来の集電体150とを比較して示す図である。
図6に示すように、従来の集電体150は、集電体150を加工する前の素材である集電体素材150aの第一電極接続部152及び第二電極接続部153を、R5方向(鉛直下向き)に捩るとともに、端子接続部151に対してR6方向に90度回転させる。これにより、第一捩れ部154及び第二捩れ部155が形成される。
ここで、第一電極接続部152及び第二電極接続部153は、R5方向及びR6方向に急激に捩られて、第一捩れ部154及び第二捩れ部155が形成されている。このため、第一捩れ部154及び第二捩れ部155には、捩りによる応力が集中している。
また、第一電極接続部152の左側(Y軸方向マイナス側)の面である第一平面152aは、右前端部151aの前方(X軸プラス方向)及び下方(Z軸マイナス方向)に延びる平面となる。また、第二電極接続部153の右側(Y軸方向プラス側)の面である第二平面153aは、左前端部151bの前方(X軸プラス方向)及び下方(Z軸マイナス方向)に延びる、第一平面152aに平行な平面となる。
そして、第一平面152aと第二平面153aとの左右方向の距離A’は、右前端部151aの左右方向の中心と左前端部151bの左右方向の中心との距離B’と同一または距離B’よりも小さくなる。
このため、図7に示すように、従来の集電体150における距離A’を、本実施の形態に係る正極集電体130における距離Aと同じ大きさにするためには、集電体素材150aを、正極集電体素材130aに比べて大きくしなければならない。
つまり、当該距離Aを同じ大きさにする場合には、正極集電体素材130aを加工するために必要な素材面積136は、集電体素材150aを加工するために必要な素材面積156よりも小さくてよい。また、同一の素材面積の素材を使用する場合には、正極集電体130における距離Aは、集電体150における距離A’よりも大きくすることができる。
以上のように、本発明の実施の形態に係る正極集電体130によれば、第一電極接続部132の第一平面132aと第二電極接続部133の第二平面133aとの左右方向の距離Aは、端子接続部131の右前端部131aの左右方向の中心と端子接続部131の左前端部131bの左右方向の中心との距離Bよりも大きい。ここで、従来の集電体150においては、第一平面152aと第二平面153aとの左右方向の距離A’は、右前端部151aの左右方向の中心と左前端部151bの左右方向の中心との距離B’と略同一である。このため、本発明に係る正極集電体130によれば、第一平面132aと第二平面133aとの左右方向の距離を従来よりも大きくすることができるため、同一面積の素材からでも、一対の電極接続部間の幅を大きくし、使用する素材面積の低減を図ることができる。
また、第一電極接続部132は、第一平面132aで発電要素120の正極に接続され、第二電極接続部133は、第二平面133aで発電要素120の正極に接続される。つまり、第一平面132aと第二平面133aとの間に発電要素120が配置される。そして、同一面積の素材から、第一平面132aと第二平面133aとの間の幅がより大きな正極集電体130を実現することができる。このため、より横幅の大きな発電要素120を、第一平面132aと第二平面133aとの間に配置することができるため、蓄電素子10の体積エネルギー密度を向上させることができる。
これにより、第一電極接続部132と第二電極接続部133との間に発電要素120を配置する構成の場合、同一面積の素材で、より大きな発電要素120を配置することができ、1セルごとの容量を増加させることができる。また、発電要素120集電箔を集電体に溶接する際に、当該集電箔を内側に大きく寄せる必要がなくなるので、当該集電箔にかかるストレスを低減することができる。
また、第一電極接続部132の第一平面132aと第二電極接続部133の第二平面133aとの左右方向の距離Aは、端子接続部131の右前端部131aの右端と端子接続部131の左前端部131bの左端との左右方向の距離Cよりも大きいことにしてもよい。このため、本発明に係る正極集電体130によれば、第一平面132aと第二平面133aとの左右方向の距離を従来よりもさらに大きくすることができるため、同一面積の素材からでも、一対の電極接続部間の幅をさらに大きくし、使用する素材面積の低減を図ることができる。
また、第一平面132aと第二平面133aとの2平面の距離の最小値は、右前端部131aの左右方向の中心と左前端部131bの左右方向の中心との距離Bよりも大きいのが好ましく、右前端部131aの右端と左前端部131bの左端との両端の距離Cよりも大きいのがさらに好ましい。つまり、第一平面132aと第二平面133aとが平行でない場合には、当該2平面の距離は一定ではないが、当該2平面の距離の最小値が当該中心間の距離Bまたは両端の距離Cよりも大きい。このため、本発明に係る正極集電体130によれば、第一平面132aと第二平面133aとの左右方向の距離を従来よりもさらに大きくすることができるため、同一面積の素材からでも、一対の電極接続部間の幅をさらに大きくし、使用する素材面積の低減を図ることができる。また、正極集電体130を捩って形成したのち、さらに、脚部である第一電極接続部132及び第二電極接続部133を加工する必要がない。
また、端子接続部131の右前端部131aの左右方向の長さは、第一電極接続部132の上端部132bの前後方向の長さと略同一であり、端子接続部131の左前端部131bの左右方向の長さは、第二電極接続部133の上端部133bの前後方向の長さと略同一である。つまり、右前端部131aと第一電極接続部132の上端部132bとを繋ぐ第一捩れ部134及び第一電極接続部132は、同じ幅の平板から形成され、左前端部131bと第二電極接続部133の上端部133bとを繋ぐ第二捩れ部135及び第二電極接続部133は、同じ幅の平板から形成されている。このように、正極集電体130の第一捩れ部134及び第一電極接続部132と、第二捩れ部135及び第二電極接続部133の素材を同じ幅に形成することで、素材の加工を容易にするとともに、使用する素材面積の低減を図ることができる。
また、第一捩れ部134は、平板を複数段階に捩ったような形状で、端子接続部131の右前端部131aと第一電極接続部132の上端部132bとを繋いでおり、第二捩れ部135は、平板を複数段階に捩ったような形状で、端子接続部131の左前端部131bと第二電極接続部133の上端部133bとを繋いでいる。つまり、第一捩れ部134及び第二捩れ部135は、平板を複数段階に捩って形成されているので、捩れによる応力が分散され、特定箇所への応力集中を避けることができる。
なお、負極集電体140も正極集電体130と同様の効果を奏する。特に、負極集電体140は、材質が銅であるため、高価であるが、使用する素材面積の低減を図ることで、コスト低減に大きく寄与することができる。
また、本発明の実施の形態に係る正極集電体130の製造方法によれば、第一電極接続部132の第一平面132aが端子接続部131の右前端部131aの前方及び下方に延びる平面となるように、第一電極接続部132を端子接続部131に対して回転させるとともに下方に捩る第一捩り工程と、第二電極接続部133の第二平面133aが端子接続部131の左前端部131bの前方及び下方に延びる平面となるように、第二電極接続部133を端子接続部131に対して回転させるとともに下方に捩る第二捩り工程とを含む。そして、第一捩り工程または第二捩り工程では、第一平面132aと第二平面133aとの左右方向の距離Aが、右前端部131aの左右方向の中心と左前端部131bの左右方向の中心との距離Bよりも大きくなるように、第一電極接続部132または第二電極接続部133を捩る。ここで、従来の集電体150の製造方法においては、第一平面152aと第二平面153aとの左右方向の距離A’が、右前端部151aの左右方向の中心と左前端部151bの左右方向の中心との距離B’と略同一になるように、第一電極接続部152及び第二電極接続部153を捩る。このため、本発明に係る正極集電体130の製造方法によれば、第一平面132aと第二平面133aとの左右方向の距離を従来よりも大きくすることができるため、同一面積の素材からでも、一対の電極接続部間の幅を大きくし、使用する素材面積の低減を図ることができる。
また、第一捩り工程または第二捩り工程では、第一電極接続部132の第一平面132aと第二電極接続部133の第二平面133aとの左右方向の距離Aが、端子接続部131の右前端部131aの右端と端子接続部131の左前端部131bの左端との左右方向の距離Cよりも大きくなるように、第一電極接続部132または第二電極接続部133を捩ることにしてもよい。このため、本発明に係る正極集電体130の製造方法によれば、第一平面132aと第二平面133aとの左右方向の距離を従来よりもさらに大きくすることができるため、同一面積の素材からでも、一対の電極接続部間の幅をさらに大きくし、使用する素材面積の低減を図ることができる。
また、第一捩り工程または第二捩り工程では、第一平面132aと第二平面133aとの2平面の距離の最小値が、右前端部131aの左右方向の中心と左前端部131bの左右方向の中心との距離Bよりも大きくなるように、または、右前端部131aの右端と左前端部131bの左端との両端の距離Cよりも大きくなるように、第一電極接続部132または第二電極接続部133を捩る。つまり、第一平面132aと第二平面133aとが平行でない場合には、当該2平面の距離は一定ではないが、当該2平面の距離の最小値が当該中心間の距離Bまたは両端の距離Cよりも大きくなるように、電極接続部を捩る。このため、本発明に係る正極集電体130の製造方法によれば、第一平面132aと第二平面133aとの左右方向の距離を従来よりもさらに大きくすることができるため、同一面積の素材からでも、一対の電極接続部間の幅をさらに大きくし、使用する素材面積の低減を図ることができる。また、正極集電体130を捩って形成したのち、さらに、脚部である第一電極接続部132及び第二電極接続部133を加工する必要がない。
以上、本発明の実施の形態に係る集電体、集電体の製造方法、及び蓄電素子について説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。
つまり、今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
例えば、正極集電体130が備える第一電極接続部132及び第二電極接続部133は、図8A及び図8Bに示すように、先端部分の幅が狭くなるように傾斜した構成であってもよい。図8A及び図8Bは、本発明の実施の形態の変形例に係る正極集電体の構成を示す平面図である。
図8Aに示す正極集電体160においては、第一電極接続部162及び第二電極接続部163は、先端部分の幅が狭くなるように、全体が内側(Y軸の対向方向)に向けて傾斜している。つまり、第一平面162a及び第二平面163aが、先端部分の幅Eが狭くなるように、内側に向けて傾斜している。
そして、同図に示すように、距離Dは、距離Bよりも大きくなるように構成されており、さらには、距離Cよりも大きくなるように構成されているのが好ましい。ここで、距離Dとは、第一平面162aの上端部である第一上端部162bと、第二平面163aの上端部である第二上端部163bとの左右方向(Y軸方向)の平面間距離である。また、距離Bは、上記実施の形態と同様に、端子接続部161の右前端部161aの左右方向の中心と端子接続部161の左前端部161bの左右方向の中心との距離である。また、距離Cについても、上記実施の形態と同様に、右前端部161aの右端と左前端部161bの左端との左右方向の距離である。
また、正極集電体160の製造の際には、第一捩り工程(図4のS102)または第二捩り工程(図4のS104)において、第一上端部162bと第二上端部163bとの左右方向の距離を上記の平面間距離として、第一電極接続部132または第二電極接続部133を捩ることで、正極集電体160を製造することができる。
また、図8Bに示す正極集電体170においては、第一電極接続部172及び第二電極接続部173は、先端部分の幅が狭くなるように、途中で内側(Y軸の対向方向)に向けて折れ曲がったような構成を有している。つまり、第一平面172a及び第二平面173aが、先端部分の幅Fが狭くなるように、途中で折れ曲がったような構成を有している。
そして、同図に示すように、距離Dは、距離Bよりも大きくなるように構成されており、さらには、距離Cよりも大きくなるように構成されているのが好ましい。ここで、距離Dとは、上記と同様、第一上端部172bと第二上端部173bとの左右方向(Y軸方向)の平面間距離であり、距離Bは、右前端部171aの中心と左前端部171bの中心との距離であり、距離Cは、右前端部171aの右端と左前端部171bの左端との左右方向の距離である。また、正極集電体170の製造においても、上記の正極集電体160と同様の方法で製造することができる。
以上のように、本変形例に係る正極集電体160、170によっても、上記実施の形態と同様に、第一平面162a、172aと第二平面163a、173aとの左右方向の距離を従来よりも大きくすることができるため、上記実施の形態と同様の効果を奏することができる。
また、上記実施の形態及びその変形例では、正極集電体130、160、170は、左右両側に、図3A〜図3C、図8A及び図8Bに示したような形状の第一捩れ部134、164、174及び第二捩れ部135、165、175を備えていることにした。しかし、正極集電体130、160、170は、左右の一方のみに第一捩れ部134、164、174または第二捩れ部135、165、175を備えている構成でもよく、他方には、例えば従来の形状の捩れ部を備えていることにしてもよい。
本発明は、同一面積の素材からでも、一対の電極接続部間の幅を大きくし、使用する素材面積の低減を図ることができるリチウムイオン電池等の蓄電素子の集電体等に適用できる。
10 蓄電素子
100 容器
110 ふた板
120 発電要素
130、160、170 正極集電体
130a 正極集電体素材
131、161、171 端子接続部
131a、161a、171a 右前端部
131b、161b、171b 左前端部
132、162、172 第一電極接続部
132a、162a、172a 第一平面
132b 上端部
133、163、173 第二電極接続部
133a、163a、173a 第二平面
133b 上端部
134、164、174 第一捩れ部
135、165、175 第二捩れ部
136 素材面積
140 負極集電体
150 集電体
150a 集電体素材
151 端子接続部
151a 右前端部
151b 左前端部
152 第一電極接続部
152a 第一平面
153 第二電極接続部
153a 第二平面
154 第一捩れ部
155 第二捩れ部
156 素材面積
162b、172b 第一上端部
163b、173b 第二上端部
200 正極端子
300 負極端子

Claims (12)

  1. 集電体であって、
    端子接続部と、
    前記端子接続部の右前端部の前方及び下方に延びる第一平面を有する第一電極接続部と、
    前記端子接続部の左前端部の前方及び下方に延び、前記第一平面に対向する第二平面を有する第二電極接続部と、
    一端が前記右前端部に接続され、他端が前記第一電極接続部の上端部に接続される第一捩れ部と、
    一端が前記左前端部に接続され、他端が前記第二電極接続部の上端部に接続される第二捩れ部とを備え、
    前記第一平面と前記第二平面との左右方向の距離である平面間距離は、前記右前端部の左右方向の中心と前記左前端部の左右方向の中心との距離よりも大きい
    集電体。
  2. 前記平面間距離は、前記右前端部の右端と前記左前端部の左端との左右方向の距離よりも大きい
    請求項1に記載の集電体。
  3. 前記平面間距離は、前記第一平面の上端部と前記第二平面の上端部との左右方向の距離である
    請求項1または2に記載の集電体。
  4. 前記平面間距離は、前記第一平面と前記第二平面との左右方向の距離の最小値である
    請求項1または2に記載の集電体。
  5. 前記右前端部の左右方向の長さは、前記第一電極接続部の上端部の前後方向の長さと略同一である、または、前記左前端部の左右方向の長さは、前記第二電極接続部の上端部の前後方向の長さと略同一である
    請求項1〜4のいずれか1項に記載の集電体。
  6. 前記第一捩れ部は、平板を複数段階に捩ったような形状で、前記右前端部と前記第一電極接続部の上端部とを繋いでいる、または、前記第二捩れ部は、平板を複数段階に捩ったような形状で、前記左前端部と前記第二電極接続部の上端部とを繋いでいる
    請求項1〜5のいずれか1項に記載の集電体。
  7. 前記集電体は、正極及び負極を有する発電要素と、前記発電要素の上方に配置された正極端子及び負極端子とを有する蓄電素子に備えられ、
    前記端子接続部は、前記正極端子または前記負極端子側に配置され、前記正極端子または前記負極端子に電気的に接続され、
    前記第一電極接続部は、前記第一平面で前記正極または前記負極に接続され、
    前記第二電極接続部は、前記第二平面で前記正極または前記負極に接続される
    請求項1〜6のいずれか1項に記載の集電体。
  8. 正極と負極とを有する発電要素と、
    正極端子と、
    負極端子と、
    前記正極と前記正極端子、及び前記負極と前記負極端子の少なくとも一方を電気的に接続する請求項1〜7のいずれか1項に記載の集電体と
    を備える蓄電素子。
  9. 集電体の製造方法であって、
    前記集電体は、
    端子接続部と、
    前記端子接続部の右前端部の前方に延びる第一平面を有する第一電極接続部と、
    前記端子接続部の左前端部の前方に延びる第二平面を有する第二電極接続部とを備え、
    前記集電体の製造方法は、
    前記第一平面が前記右前端部の前方及び下方に延びる平面となるように、前記第一電極接続部を前記端子接続部に対して回転させるとともに下方に捩ることで、一端が前記右前端部に接続され、他端が前記第一電極接続部の上端部に接続される第一捩れ部を形成する第一捩り工程と、
    前記第二平面が前記左前端部の前方及び下方に延び、前記第一平面に対向する平面となるように、前記第二電極接続部を前記端子接続部に対して回転させるとともに下方に捩ることで、一端が前記左前端部に接続され、他端が前記第二電極接続部の上端部に接続される第二捩れ部を形成する第二捩り工程とを含み、
    前記第一捩り工程または前記第二捩り工程では、前記第一平面と前記第二平面との左右方向の距離である平面間距離が、前記右前端部の左右方向の中心と前記左前端部の左右方向の中心との距離よりも大きくなるように、前記第一電極接続部または前記第二電極接続部を捩る
    集電体の製造方法。
  10. 前記第一捩り工程または前記第二捩り工程では、前記平面間距離が、前記右前端部の右端と前記左前端部の左端との左右方向の距離よりも大きくなるように、前記第一電極接続部または前記第二電極接続部を捩る
    請求項9に記載の集電体の製造方法。
  11. 前記第一捩り工程または前記第二捩り工程では、前記第一平面の上端部と前記第二平面の上端部との左右方向の距離を前記平面間距離として、前記第一電極接続部または前記第二電極接続部を捩る
    請求項9または10に記載の集電体の製造方法。
  12. 前記第一捩り工程または前記第二捩り工程では、前記第一平面と前記第二平面との左右方向の距離の最小値を前記平面間距離として、前記第一電極接続部または前記第二電極接続部を捩る
    請求項9または10に記載の集電体の製造方法。
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