JP2014038817A - 蓄電器の電極タブとタブリードの接続構造及び接続方法 - Google Patents

Abstract

【課題】蓄電器全体に対する電極の有効面積比率を向上させることができ、従来よりもコンパクトで面積効率の良い蓄電器を実現できる蓄電器の電極タブとタブリードの接続構造及び接続方法を提供する。
【解決手段】複数の負極集電箔14と複数の正極集電箔18とをセパレータ20を介して積層して成る積層電極体22と、各負極集電箔14及び各正極集電箔18から延出される電極タブ24，28と、上記電極タブ24，28と接続されるタブリード26，30を有する蓄電器10における上記電極タブ24，28とタブリード26，30との接続構造であって、負極集電箔14から延出される電極タブ24の先端部24ａと、負極側のタブリード26の先端部とを略垂直に起立した状態で接続すると共に、正極集電箔18から延出される電極タブ28の先端部28ａと、正極側のタブリード30の先端部とを略垂直に起立した状態で接続する。
【選択図】図１

Description

この発明は、電極タブを有する複数の負極集電箔と正極集電箔とをセパレータを介して積層した構造を備えた電気二重層キャパシタやリチウムイオン電池等の蓄電器における電極タブとタブリードの接続構造及び接続方法に関する。

図１０〜図１２は、従来の蓄電器の電極タブとタブリードの接続構造を示すものであり、該蓄電器60は、片面又は両面に負極合剤62が形成された複数の矩形状の負極集電箔64と、両面に正極合剤66が形成された複数の矩形状の正極集電箔68とをセパレータ70を介して積層して成る略直方体形状の積層電極体71を備えている。

各負極集電箔64には帯状の電極タブ72が延出形成されており、図１１に示すように、最も下側に配置された電極タブ72は略水平に先端部72ａが延出され、また、上側に配置された２本の電極タブ72は、その中途部72ｂが積層電極体71の端面に沿うように略垂直下方に折り曲げられると共に、先端部72ａが略水平に所定長さ延出されるように略直角に折り曲げられている。
各負極集電箔64から延出された３本の電極タブ72の先端部72ａは積層接続されており、斯かる積層部分に負極側のタブリード74の先端部74ａが接続されている。

また、各正極集電箔68にも電極タブ76が延出形成されており、図１２に示すように、上下に配置された２本の電極タブ76は、その中途部76ｂが積層電極体71の端面に沿うように略垂直下方に折り曲げられると共に、先端部76ａが略水平に所定長さ延出されるように略直角に折り曲げられている。
各正極集電箔68から延出された２本の電極タブ76の先端部76ａは積層接続されており、斯かる積層部分に正極側のタブリード78の先端部78ａが接続されている。

上記積層電極体71は、ラミネートシート80ａの周縁部とラミネートシート80ｂの周縁部とを接合して構成したラミネート外装80内に収納されると共に、負極側のタブリード74の後端部74ｂ及び正極側のタブリード78の後端部78ｂはラミネート外装80外へ導出されている。

尚、上記した従来の蓄電器60における電極タブ72，76とタブリード74，78の接続構造は、例えば特開平１１−１６７９１３号公報（特許文献１）に開示されている。

特開平１１−１６７９１３号公報

従来の上記蓄電器60にあっては、負極集電箔64及び正極集電箔68の電極タブ72，76の先端部72ａ，76ａを略水平に所定長さ延出した上でタブリード74，78の先端部74ａ，78ｂと接続していた。尚、電極タブ72，76の先端部72ａ，76ａとタブリード74，78の先端部74ａ，78ｂとの接続部分の幅ｄ（図１０及び図１１参照）として、通常、５ｍｍ以上が必要とされている。
このため、図１０において破線Ｙで示したように、電極として機能しない無効領域Ｙの平面積が、蓄電器60全体の平面積に占める割合が大きくなり、この結果、蓄電器60の平面積全体に対する電極として機能する有効領域の平面積比率（以下、電極の有効面積比率と称する）が相対的に減少していた。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、蓄電器全体に対する電極の有効面積比率を向上させることができ、従来よりもコンパクトで面積効率の良い蓄電器を実現できる蓄電器の電極タブとタブリードの接続構造及び接続方法を提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明の請求項１に記載の蓄電器の電極タブとタブリードの接続構造は、
複数の負極集電箔と複数の正極集電箔とをセパレータを介して積層して成る積層電極体と、上記各負極集電箔及び各正極集電箔から延出される電極タブと、負極集電箔の電極タブと接続される負極側のタブリード及び正極集電箔の電極タブと接続される正極側のタブリードを有する蓄電器における上記電極タブとタブリードとの接続構造であって、
上記負極集電箔から延出される電極タブの先端部と、負極側のタブリードの先端部とを、略垂直に起立した状態で接続すると共に、
上記正極集電箔から延出される電極タブの先端部と、正極側のタブリードの先端部とを、略垂直に起立した状態で接続することを特徴とする。

本発明の請求項２に記載の蓄電器の電極タブとタブリードの接続方法は、
複数の負極集電箔と複数の正極集電箔とをセパレータを介して積層して積層電極体を形成し、上記各負極集電箔から延出される電極タブの先端部に負極側のタブリードの先端部を接続すると共に、上記各正極集電箔から延出される電極タブの先端部に正極側のタブリードの先端部を接続して成る蓄電器における上記電極タブとタブリードとの接続方法であって
先ず、負極集電箔の電極タブの先端部を積層電極体から略水平外方に引出し、略水平に配置された負極側のタブリードの先端部と積層すると共に、正極集電箔の電極タブの先端部を積層電極体から略水平外方に引出し、略水平に配置された正極側のタブリードの先端部と積層し、
次に、略水平状態で上下方向に積層された電極タブの先端部及びタブリードの先端部を略垂直上方に折り曲げて起立させ、
次に、タブリードの後端部を折り曲げて積層電極体の略水平外方へ向かって引出すことを特徴とする。

本発明の請求項３に記載の蓄電器の電極タブとタブリードの接続方法は、請求項２に記載の蓄電器の電極タブとタブリードの接続方法において、
略水平状態で上下方向に積層された電極タブの先端部及びタブリードの先端部とを接合した後、電極タブの先端部及びタブリードの先端部を略垂直上方に折り曲げて起立させることを特徴とする。

本発明に係る蓄電器の電極タブとタブリードの接続構造及び接続方法にあっては、負極集電箔から延出される電極タブの先端部と、負極側のタブリードの先端部とを、略垂直に起立した状態で接続すると共に、正極集電箔から延出される電極タブの先端部と、正極側のタブリードの先端部とを、略垂直に起立した状態で接続したので、負極集電箔64及び正極集電箔68の電極タブ72，76の先端部72ａ，76ａを略水平に所定長さ延出した上でタブリード74，78の先端部74ａ，78ｂと接続していた従来の蓄電器60と比較して、負極集電箔及び正極集電箔の電極タブと負極側及び正極側のタブリードとの接続部分の幅を小さくすることができる。
このため、電極として機能しない無効領域の面積を、従来の蓄電器60に比べて減少させることができ、コンパクトで面積効率の良い蓄電器を実現できる。

以下、添付図面に基づいて、本発明に係る蓄電器の電極タブとタブリードの接続構造を説明する。図１は、本発明に係る蓄電器の電極タブとタブリードの接続構造を示す平面説明図、図２は、図１のＣ−Ｃ断面図、図３は、図１のＣ−Ｃ断面図である。

図１〜図３に示すように、本発明に係る蓄電器10は、片面又は両面に負極合剤12が形成された複数の矩形状の負極集電箔14と、両面に正極合剤16が形成された複数の矩形状の正極集電箔18とをセパレータ20を介して積層して成る略直方体形状の積層電極体22を備えている。

上記負極合剤12は公知の材料で構成することができ、蓄電器10が電気二重層キャパシタの場合、例えば、活性炭を主原料とし、これにカーボンブラック等の導電助剤及びポリテトラフルオロエチレン等のバインダを添加して構成することができる。また、蓄電器10がリチウムイオン電池の場合、負極合剤12としては黒鉛等のカーボン材料を主原料として構成することができる。

上記正極合剤16も公知の材料で構成することができ、蓄電器10が電気二重層キャパシタの場合、例えば、活性炭を主原料とし、これにカーボンブラック等の導電助剤及びポリテトラフルオロエチレン等のバインダを添加して構成することができる。また、蓄電器10がリチウムイオン電池の場合、正極合剤16としてはコバルト酸リチウム等のリチウム金属酸化物を主原料として構成することができる。

また、上記負極集電箔14及び正極集電箔18は、アルミニウム等の低電気抵抗の導電材で構成されており、厚さは５〜１００μｍ程度である。

上記セパレータ20は、極性の異なる負極集電箔14と正極集電箔18とを絶縁するものであり、蓄電器10が電気二重層キャパシタの場合、例えば、セルロース系の紙材料で構成することができ、また、蓄電器10がリチウムイオン電池の場合、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等の樹脂より成る多孔質材料で構成することができる。

各負極集電箔14には、該負極集電箔14と一体的に形成された帯状の電極タブ24が延出されており、図２に示すように、最も下側に配置された電極タブ24は、その中途部24ｂを略水平に延出すると共に、先端部24ａを積層電極体22の端面に沿うように略垂直上方に折り曲げることにより起立させている。
また、上側に配置された２本の電極タブ24は、その中途部24ｂを略水平に延出後、積層電極体22の端面に沿うように略垂直下方に折り曲げると共に、先端部24ａを積層電極体22の端面に沿うように略垂直上方に折り曲げることにより起立させている。
尚、上記において略垂直とは、垂直（９０度）である場合と共に、多少傾斜している場合も含むことを意味し、例えば８０度〜１００度の範囲が該当する。

図２に示すように、各負極集電箔14から延出された３本の電極タブ24の先端部24ａ同士は、略垂直に起立した状態で接続されている。
図１及び図２において、26はアルミニウム等の低電気抵抗の導電材で構成された厚さ１００〜４００μｍ程度の負極側のタブリードであり、該タブリード26は、略垂直に起立した先端部26ａと略水平に延びる後端部26ｂを有しており、略垂直に起立した先端部26ａが、３本の電極タブ24の先端部24ａの接続部分に接続されている。

また、各正極集電箔18には、該正極集電箔18と一体的に形成された帯状の電極タブ28が延出されており、図３に示すように、下側に配置された電極タブ28は、その中途部28ｂを略水平に延出すると共に、先端部28ａを積層電極体22の端面に沿うように略垂直上方に折り曲げることにより起立させている。
また、上側に配置された電極タブ28は、その中途部28ｂを略水平に延出後、積層電極体22の端面に沿うように略垂直下方に折り曲げると共に、先端部28ａを積層電極体22の端面に沿うように略垂直上方に折り曲げることにより起立させている。

図３に示すように、各正極集電箔18から延出された２本の電極タブ28の先端部28ａ同士は、略垂直に起立した状態で接続されている。
図１及び図３において、30はアルミニウム等の低電気抵抗の導電材で構成された厚さ１００〜４００μｍ程度の正極側のタブリードであり、該タブリード30は、略垂直に起立した先端部30ａと略水平に延びる後端部30ｂを有しており、略垂直に起立した先端部30ａが、２本の電極タブ28の先端部28ａの接続部分に接続されている。

図２及び図３に示すように、上記積層電極体22は、ラミネートシート32ａの周縁部とラミネートシート32ｂの周縁部とを接合して構成したラミネート外装32内に収納されると共に、負極側のタブリード26の後端部26ｂ及び正極側のタブリード30の後端部30ｂはラミネート外装32外へ導出されている。

上記の通り、従来の蓄電器60においては、略水平に所定長さ延出した電極タブ72，76の先端部72ａ，76ａとタブリード74，78の先端部74ａ，78ｂとの接続部分の幅ｄ（図１０及び図１１参照）として５ｍｍ以上が必要とされているのに対し、負極集電箔14及び正極集電箔18の電極タブ24，28の厚さは５〜１００μｍ程度、タブリード26，30の厚さは１００〜４００μｍ程度である。
このように、従来の蓄電器60における接続部分の幅ｄはｍｍオーダーであるのに対し、電極タブ24，28及びタブリード26，30の厚さはμｍオーダーであり、従来の蓄電器60の接続部分の幅ｄに比べて、電極タブ24，28及びタブリード26，30の厚さが非常に小さいものとなっているのが現状である。

本発明の上記蓄電器10にあっては、負極集電箔14及び正極集電箔18の電極タブ24，28の先端部24ａ，28ａを略垂直に起立させた状態で、タブリード26，30の略垂直に起立させた先端部26ａ，30ａと接続している。
このため、負極集電箔14及び正極集電箔18の電極タブ24，28とタブリード26，30との接続部分の幅Ｗ（図１及び図２参照）を、従来の蓄電器60における負極集電箔64及び正極集電箔68の電極タブ72，76とタブリード74，78との接続部分の幅ｄより小さくすることができる。
その結果、負極集電箔64及び正極集電箔68の電極タブ72，76の先端部72ａ，76ａを略水平に所定長さ延出した上でタブリード74，78の先端部74ａ，78ｂと接続していた従来の蓄電器60の無効領域Ｙ（図１０）に比べ、本発明の蓄電器10は、電極として機能しない無効領域Ｘ（図１）の面積をを減少させることができ、コンパクトで面積効率の良い蓄電器10を実現できるのである。

例えば、負極集電箔14及び正極集電箔18を各２０枚積層し、これら負極集電箔14及び正極集電箔18から延出された各２０本の１００μｍ厚の電極タブ24，28と、４００μｍ厚のタブリード26，30を略垂直に起立させた状態で接続した場合、接続部分の幅Ｗは２．４ｍｍで済み、５ｍｍ以上が必要とされる従来の蓄電器60の接続部分の幅ｄ（図１０及び図１１）の半分以下にすることができる。勿論、電極タブ24，28及びタブリード26，30の厚さがより薄く、負極集電箔14及び正極集電箔18の積層枚数が少なくなるほど、接続部分の幅Ｗをより一層小さくすることができる。

次に、図４〜図６に基づいて、本発明に係る蓄電器10の電極タブ24，28とタブリード26，30との第１の接続方法を説明する。

先ず、図４に示すように、負極集電箔14の３本の電極タブ24の先端部24ａを、積層電極体22から略水平外方に引出し、略水平に配置された負極側のタブリード26の先端部26ａ上に積層する。尚、負極側のタブリード26の後端部26ｂは、上記積層電極体22の底面に沿って配置されている。
尚、略水平とは、必ずしも水平（重力と直角に交わる方向）である必要はなく、電極タブ24の先端部24ａとタブリード26の先端部26ａを上下方向に積層できる範囲であれば良い。

次に、図４に示す状態（電極タブ24の先端部24とタブリード26の先端部26ａとが上下方向に積層された状態）において、３本の電極タブ24の先端部24ａ同士及び３本の電極タブ24の先端部24ａの接続部分とタブリード26の先端部26ａとの接合を行う。
３本の電極タブ24の先端部24ａ同士の接合、及び、３本の電極タブ24の先端部24ａの接続部分とタブリード26の先端部26ａとの接合は、例えば超音波溶接法を用いることにより一度に行うことができる。
この超音波溶接法は、アンビルの加工面上に、３本の電極タブ24の先端部24ａ及びタブリード26の先端部26ａを重ね、この上からアンビルに対して平行に振動する超音波発振ホーンを押し当てて加圧すると共に超音波振動を与え、そのその超音波振動によって生じた摩擦熱により、３本の電極タブ24の先端部24ａ同士、及び、３本の電極タブ24の先端部24ａの接続部分とタブリード26の先端部26ａとを溶接するものである。

尚、電極タブ24の先端部24ａとタブリード26の先端部26ａとの接合を行う際には、接合部分がその上下方向から図示しない接合治具によって挟み込まれるため、接合部分の上下には空間が必要である。従って、図４に示した接合部分の上下に空間が存在している状態で接合作業を行った後、電極タブ24及びタブリード26の折り曲げ加工を行う必要がある。

次に、図５に示すように、略水平状態で上下方向に積層された電極タブ24の先端部24ａ及びタブリード26の先端部26ａを略垂直上方に折り曲げて起立させる。
この状態においては、タブリード26の後端部26ｂは略垂直下方に向かって配置されている。
そこで最後に、図６に示すように、タブリード26の後端部26ｂを半時計回り方向へ略９０度折り曲げ、積層電極体22の底面と略面一となるように、タブリード26の後端部26ｂを積層電極体22の略水平外方へ向かって引き出せば良い。

尚、図４〜図６においては、負極集電箔14の電極タブ24と負極側のタブリード26との接続方法のみ図示したが、正極集電箔18の電極タブ28と正極側のタブリード30との接続方法も同じである。
すなわち、先ず、正極集電箔18の２本の電極タブ28の先端部28ａを、積層電極体22から略水平外方に引出し、略水平に配置された正極側のタブリード30の先端部30ａ上に積層する。この際、正極側のタブリード30の後端部30ｂは、上記積層電極体22の底面に沿って配置される。
次に、２本の電極タブ28の先端部28ａ同士及び２本の電極タブ28の先端部28ａの接続部分とタブリード30の先端部30ａとの接合を行った後、略水平状態で上下方向に積層された電極タブ28の先端部28ａ及びタブリード30の先端部30ａを略垂直上方に折り曲げて起立させる。最後に、略垂直下方に向かって配置されているタブリード30の後端部30ｂを半時計回り方向へ略９０度折り曲げ、積層電極体22の底面と略面一となるように、タブリード30の後端部30ｂを積層電極体22の略水平外方へ向かって引き出すのである。

以下、図７〜図９に基づいて、本発明に係る蓄電器10の電極タブ24，28とタブリード26，30との第２の接続方法を説明する。

先ず、図７に示すように、負極集電箔14の３本の電極タブ24の先端部24ａを、積層電極体22から略水平外方に引出し、略水平に配置された負極側のタブリード26の先端部26ａ上に積層する。尚、上記第１の接続方法の場合と異なり、負極側のタブリード26の後端部26ｂは、負極集電箔14の電極タブ24の引出し方向と同様、積層電極体22の略水平外方に向かって配置されている。

次に、図７に示す状態（電極タブ24の先端部24とタブリード26の先端部26ａとが上下方向に積層された状態）において、３本の電極タブ24の先端部24ａ同士及び３本の電極タブ24の先端部24ａの接続部分とタブリード26の先端部26ａとの接合を、上記した超音波溶接法等を用いて行う。

次に、図８に示すように、略水平状態で上下方向に積層された電極タブ24の先端部24ａ及びタブリード26の先端部26ａを略垂直上方に折り曲げて起立させる。
この状態においては、タブリード26の後端部26ｂは略垂直上方に向かって配置されている。
そこで最後に、図９に示すように、タブリード26の後端部26ｂを時計回り方向へ略９０度折り曲げることにより、積層電極体22の上面と略面一となるように、タブリード26の後端部26ｂを積層電極体22の略水平外方へ向かって引き出せば良い。

尚、図７〜図９においては、負極集電箔14の電極タブ24と負極側のタブリード26との接続方法のみ図示したが、正極集電箔18の電極タブ28と正極側のタブリード30との接続方法も同じである。
すなわち、先ず、正極集電箔18の２本の電極タブ28の先端部28ａを、積層電極体22から略水平外方に引出し、略水平に配置された正極側のタブリード30の先端部30ａ上に積層する。この際、正極側のタブリード30の後端部30ｂは、正極集電箔18の電極タブ28の引出し方向と同様、積層電極体22の略水平外方に向かって配置される。
次に、２本の電極タブ28の先端部28ａ同士及び２本の電極タブ58の先端部28ａの接続部分とタブリード30の先端部30ａとの接合を行った後、略水平状態で上下方向に積層された電極タブ28の先端部28ａ及びタブリード30の先端部30ａを略垂直上方に折り曲げて起立させる。最後に、略垂直上方に向かって配置されているタブリード26の後端部26ｂを時計回り方向へ略９０度折り曲げ、積層電極体22の上面と略面一となるように、タブリード26の後端部26ｂを積層電極体22の略水平外方へ向かって引き出すのである。

尚、タブリード26の後端部26ｂを積層電極体22の上面と略面一となるように引き出す第２の接続方法の場合、積層電極体22の厚さが大きくなると、タブリード26の長さを長くする必要があり、抵抗増大やコスト高につながることから、積層電極体22の厚さが大きい場合には上記第１の接続方法が適している。

上記においては、電極タブ24，28を負極集電箔14及び正極集電箔18と一体的に形成した場合を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、負極集電箔14及び正極集電箔18に別部材としての電極タブを接合した場合等、要するに、負極集電箔及び正極集電箔から延出された電極タブを有する場合であれば適用可能である。

本発明に係る蓄電器の電極タブとタブリードの接続構造を示す平面説明図である。 図１のＣ−Ｃ断面図である。 図１のＤ−Ｄ断面図である。 本発明に係る蓄電器の電極タブとタブリードの第１の接続方法を示す断面説明図である。 本発明に係る蓄電器の電極タブとタブリードの第１の接続方法を示す断面説明図である。 本発明に係る蓄電器の電極タブとタブリードの第１の接続方法を示す断面説明図である。 本発明に係る蓄電器の電極タブとタブリードの第２の接続方法を示す断面説明図である。 本発明に係る蓄電器の電極タブとタブリードの第２の接続方法を示す断面説明図である。 本発明に係る蓄電器の電極タブとタブリードの第２の接続方法を示す断面説明図である。 従来の蓄電器の電極タブとタブリードの接続構造を示す平面説明図である。 図１０のＡ−Ａ断面図である。 図１０のＢ−Ｂ断面図である。

10 蓄電器
12 負極合剤
14 負極集電箔
16 正極合剤
18 正極集電箔
20 セパレータ
22 積層電極体
24 電極タブ（負極側）
24ａ 電極タブ（負極側）の先端部
24ｂ 電極タブ（負極側）の中途部
26 タブリード（負極側）
26ａ タブリード（負極側）の先端部
26ｂ タブリード（負極側）の後端部
28 電極タブ（正極側）
28ａ 電極タブ（正極側）の先端部
28ｂ 電極タブ（正極側）の中途部
30 タブリード（正極側）
30ａ タブリード（正極側）の先端部
30ｂ タブリード（正極側）の後端部
32 ラミネート外装
32ａ ラミネートシート
32ｂ ラミネートシート
Ｗ 電極タブとタブリードとの接続部分の幅
Ｘ 無効領域

Claims (3)

1. 複数の負極集電箔と複数の正極集電箔とをセパレータを介して積層して成る積層電極体と、上記各負極集電箔及び各正極集電箔から延出される電極タブと、負極集電箔の電極タブと接続される負極側のタブリード及び正極集電箔の電極タブと接続される正極側のタブリードを有する蓄電器における上記電極タブとタブリードとの接続構造であって、
   上記負極集電箔から延出される電極タブの先端部と、負極側のタブリードの先端部とを、略垂直に起立した状態で接続すると共に、
   上記正極集電箔から延出される電極タブの先端部と、正極側のタブリードの先端部とを、略垂直に起立した状態で接続することを特徴とする蓄電器の電極タブとタブリードの接続構造。
2. 複数の負極集電箔と複数の正極集電箔とをセパレータを介して積層して積層電極体を形成し、上記各負極集電箔から延出される電極タブの先端部に負極側のタブリードの先端部を接続すると共に、上記各正極集電箔から延出される電極タブの先端部に正極側のタブリードの先端部を接続して成る蓄電器における上記電極タブとタブリードとの接続方法であって
   先ず、負極集電箔の電極タブの先端部を積層電極体から略水平外方に引出し、略水平に配置された負極側のタブリードの先端部と積層すると共に、正極集電箔の電極タブの先端部を積層電極体から略水平外方に引出し、略水平に配置された正極側のタブリードの先端部と積層し、
   次に、略水平状態で上下方向に積層された電極タブの先端部及びタブリードの先端部を略垂直上方に折り曲げて起立させ、
   次に、タブリードの後端部を折り曲げて積層電極体の略水平外方へ向かって引出すことを特徴とする蓄電器の電極タブとタブリードの接続方法。
3. 略水平状態で上下方向に積層された電極タブの先端部及びタブリードの先端部とを接合した後、電極タブの先端部及びタブリードの先端部を略垂直上方に折り曲げて起立させることを特徴とする請求項２に記載の蓄電器の電極タブとタブリードの接続方法。
   
   
   

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