JP2015095404A - Power storage element and manufacturing method therefor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電極体と、電極端子と、電極体および電極端子に接続された集電体とを備える蓄電素子に関する。 The present invention relates to an energy storage device including an electrode body, an electrode terminal, and an electrode body and a current collector connected to the electrode terminal.
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電気自動車への転換が重要になってきている。このため、非水電解質二次電池などの蓄電素子を電気自動車の電源として使用することが検討されている。 The shift from gasoline cars to electric cars has become important as a global environmental problem. For this reason, use of electrical storage elements such as nonaqueous electrolyte secondary batteries as a power source for electric vehicles has been studied.
このような蓄電素子は、例えば、正極及び負極と、正極と負極との間に配置されたセパレータとが積層された電極体を有する。電極体の正極及び負極のそれぞれの端部には、活物質が塗布されていない金属箔部分が積層された電極積層部が形成され、当該電極積層部には、集電体と呼ばれる金属製の部材が接続される。また、集電体には、正極端子または負極端子である電極端子が接続され、電極端子を介して、モータ等の負荷に当該電極体からの電力が供給される。 Such a power storage element includes, for example, an electrode body in which a positive electrode and a negative electrode, and a separator disposed between the positive electrode and the negative electrode are stacked. At each end of the positive electrode and the negative electrode of the electrode body, an electrode laminated portion is formed by laminating a metal foil portion not coated with an active material, and the electrode laminated portion is made of a metal called a current collector. The members are connected. In addition, an electrode terminal which is a positive electrode terminal or a negative electrode terminal is connected to the current collector, and power from the electrode body is supplied to a load such as a motor via the electrode terminal.
高出力が要求される上記構造の蓄電素子における、電極積層部と集電体とを接合する手法として、電極積層部と集電体との接触部に電流を流して溶融させる抵抗溶接が挙げられる。 As a technique for joining the electrode laminate and the current collector in the power storage device having the above-described structure that requires high output, resistance welding can be cited in which a current is passed through the contact portion between the electrode laminate and the current collector to melt it. .
特許文献1には、電極体の電極積層部と集電部材とが抵抗溶接によって接合された電池の構造について開示されている。 Patent Document 1 discloses a battery structure in which an electrode stack portion of an electrode body and a current collecting member are joined by resistance welding.
図7は、特許文献1に記載された蓄電素子の抵抗溶接部の拡大分解断面図である。同図に示された従来の蓄電素子において、負極集電体530の表面に設けられた突起580と、その上部の電極積層部に相当する負極芯体露出部541及び負極集電体受け部品545とが、抵抗溶接装置の両電極棒で挟み込まれ抵抗溶接される。このとき、負極集電体530、負極芯体露出部541、及び負極集電体受け部品545が圧接されることで、突起580の周囲に、絶縁シール材として、開口部590Aを有する熱溶着性樹脂製テープ590が配置される。この構成によれば、突起580、負極芯体露出部541、及び負極集電体受け部品545を流れる抵抗溶接電流は、開口部590A内を通過するので、溶接に関与しない無効電流が減少し、効率よく強固に抵抗溶接を行うことができる。さらに、抵抗溶接部分の周囲は熱溶着性樹脂製テープ590で囲まれているので、抵抗溶接時に発生したスパッタ異物は熱溶着性樹脂製テープ590に捕獲され、外部に飛散することがない。よって、内部短絡の発生が少なく、信頼性の高い密閉電池が得られるとしている。
FIG. 7 is an enlarged exploded cross-sectional view of the resistance welding portion of the electricity storage device described in Patent Document 1. In the conventional power storage device shown in the figure, the
しかしながら、特許文献1に記載された蓄電素子の抵抗溶接構造では、突起580と熱溶着性樹脂製テープ590とは密着していない。よって、突起580以外で負極集電体530と負極芯体露出部541とが接触し、突起580を介さない電流径路を形成する可能性がある。
However, in the resistance welding structure of the electricity storage element described in Patent Document 1, the
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、電極積層部と集電体との高効率な抵抗溶接が可能な蓄電素子及びその製造方法を提供することを目的とする。 This invention is made | formed in view of the said subject, and it aims at providing the electrical storage element which can perform highly efficient resistance welding of an electrode laminated part and a collector, and its manufacturing method.
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る蓄電素子は、正極、負極及びセパレータが積層されて形成される電極体と、電極端子と、当該電極端子及び前記電極体を電気的に接続する集電体とを備えた蓄電素子であって、前記蓄電素子は、さらに、前記電極体と前記集電体との間に配置され、前記電極体及び前記集電体と接合される接合体と、前記電極体と前記集電体との間に配置された絶縁部材とを備え、前記接合体は、前記絶縁部材を貫通する貫通部を備える。 In order to achieve the above object, an energy storage device according to one embodiment of the present invention includes an electrode body formed by stacking a positive electrode, a negative electrode, and a separator, an electrode terminal, and the electrode terminal and the electrode body electrically A power storage element including a current collector to be connected, wherein the power storage element is further disposed between the electrode body and the current collector and joined to the electrode body and the current collector A body and an insulating member disposed between the electrode body and the current collector, and the joined body includes a penetrating portion penetrating the insulating member.
上記構成によれば、電極体と集電体とを接合する接合体が、電極体と集電体との間に配置された絶縁部材を貫通する貫通部を備えるので、電極体と集電体とが抵抗溶接される際の通電経路が貫通部に制限され、電流集中による高効率な抵抗溶接が可能となる。 According to the above configuration, since the joined body that joins the electrode body and the current collector includes the penetrating portion that penetrates the insulating member disposed between the electrode body and the current collector, the electrode body and the current collector. The energization path at the time of resistance welding is limited to the through portion, and highly efficient resistance welding by current concentration becomes possible.
また、前記絶縁部材は、前記集電体の前記電極体に対向する面を覆うように配置されていることにしてもよい。 The insulating member may be disposed so as to cover a surface of the current collector facing the electrode body.
これにより、集電体の電極体に対向する面が絶縁部材で覆われているので、集電体と電極体とが、接合体以外の部分で直接接触することを防止できる。 Thereby, since the surface which opposes the electrode body of a collector is covered with the insulating member, it can prevent that a collector and an electrode body contact directly in parts other than a joined body.
また、前記貫通部は、前記絶縁部材と当接していることにしてもよい。 The penetrating portion may be in contact with the insulating member.
これによれば、集電体と電極体とを接続するための貫通部が絶縁部材と接しているので、抵抗溶接時の電流が分散することを低減できる。 According to this, since the penetrating portion for connecting the current collector and the electrode body is in contact with the insulating member, it is possible to reduce the dispersion of current during resistance welding.
また、前記接合体は、さらに、前記絶縁部材の前記電極体側に配置され、前記電極体と接合された電極体側接合部と、前記絶縁部材の前記集電体側に配置され、前記集電体と接合され、前記電極体側接合部とで前記絶縁部材を挟み込む集電体側接合部とを備え、前記貫通部は、前記電極体側接合部と前記集電体側接合部とを接続することにしてもよい。 The joined body is further disposed on the electrode body side of the insulating member, and is disposed on the current collector side of the insulating member, the electrode body side joint portion joined to the electrode body, and the current collector. And a current collector side joint that sandwiches the insulating member with the electrode body side joint, and the through portion connects the electrode body side joint and the current collector side joint. .
これによれば、接合体が絶縁部材を挟み込んでいるので、接合体から絶縁体が脱落することを防止できる。よって、捕獲されたスパッタ異物の飛散を防止できる。 According to this, since the joined body sandwiches the insulating member, it is possible to prevent the insulator from dropping from the joined body. Therefore, scattering of the captured sputtered foreign matter can be prevented.
また、前記接合体は、さらに、前記絶縁部材の前記電極体側に配置され、前記電極体と接合された電極体側接合部と、前記絶縁部材の前記集電体側に配置され、前記集電体と接合された集電体側接合部とを備え、前記貫通部は、前記電極体側接合部と前記集電体側接合部とを接続し、前記電極体は、前記正極、前記セパレータ及び前記負極が積層された積層本体部と、前記積層本体部から前記正極または前記負極が露出し、前記電極体側接合部と接合された露出部とを有し、前記絶縁部材は、前記積層本体部と前記露出部との境界に対向する領域に、前記絶縁部材の形成面方向に対して前記集電体側へ傾斜した絶縁傾斜部を備えることにしてもよい。 The joined body is further disposed on the electrode body side of the insulating member, and is disposed on the current collector side of the insulating member, the electrode body side joint portion joined to the electrode body, and the current collector. A current collector-side joined portion, the through portion connects the electrode body-side joined portion and the current collector-side joined portion, and the electrode body is formed by laminating the positive electrode, the separator, and the negative electrode. A laminated main body part, and an exposed part in which the positive electrode or the negative electrode is exposed from the laminated main body part and joined to the electrode body side joint part, and the insulating member includes the laminated main body part and the exposed part. An insulating inclined portion that is inclined toward the current collector side with respect to the formation surface direction of the insulating member may be provided in a region facing the boundary.
抵抗溶接時に、セパレータが溶接電極と集電体との間に噛みこんでしまうと、溶接電極間の抵抗が大きくなった状態で、溶接装置が所定の溶接電流を流そうとするため、溶接電極間に過剰電圧がかかる。このとき、振動等により、噛みこんだセパレータが抜けると、溶接電極間の抵抗が急激に小さくなった状態で異常電流が流れてしまう。この異常電流により、正極または負極を構成する箔が溶断してしまう恐れがある。これに対し、上記構成によれば、絶縁傾斜部により、セパレータが溶接電極と集電体との間に噛み込んでしまうことを防止できるので、上記異常電流による箔の溶断を回避できる。 During resistance welding, if the separator bites between the welding electrode and the current collector, the welding device tries to flow a predetermined welding current in a state where the resistance between the welding electrodes is increased. Excessive voltage is applied between them. At this time, if the caught separator comes off due to vibration or the like, an abnormal current flows in a state where the resistance between the welding electrodes is rapidly reduced. The abnormal current may cause the foil constituting the positive electrode or the negative electrode to melt. On the other hand, according to the above configuration, the insulating inclined portion can prevent the separator from being caught between the welding electrode and the current collector, so that fusing of the foil due to the abnormal current can be avoided.
また、前記接合体と前記絶縁部材とは、かしめにより接合されていることにしてもよい。 The joined body and the insulating member may be joined by caulking.
これによれば、接合体と絶縁部材とが機械的に強固に接合されるので、接合体から絶縁体が脱落することを防止できる。 According to this, since the joined body and the insulating member are mechanically firmly joined, it is possible to prevent the insulator from dropping from the joined body.
また、前記絶縁部材は、樹脂のインサート成型により前記接合体と一体形成されていることにしてもよい。 The insulating member may be integrally formed with the joined body by resin insert molding.
これによれば、接合体と絶縁部材とが樹脂成形により強固に接合されるので、接合体から絶縁体が脱落することを防止できる。 According to this, since the joined body and the insulating member are firmly joined by resin molding, it is possible to prevent the insulator from dropping from the joined body.
また、前記接合体は、前記集電体と一体形成されていることにしてもよい。 The joined body may be integrally formed with the current collector.
これによれば、接合体が集電体と一体形成されているので、絶縁部材を電極体と集電体との間に固定配置する工程が簡略化される。 According to this, since the joined body is integrally formed with the current collector, the process of fixing and arranging the insulating member between the electrode body and the current collector is simplified.
また、上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る蓄電素子の製造方法は、正極、負極及びセパレータが積層されて形成される電極体と、電極端子と、当該電極端子及び前記電極体を電気的に接続する集電体とを備えた蓄電素子の製造方法であって、第1接合部と第2接合部とを接続する接続部を絶縁部材に貫通させ、前記電極体、前記第1接合部、前記接続部、前記第2接合部、及び前記集電体を、接合する。 In order to achieve the above object, a method for manufacturing a power storage device according to one embodiment of the present invention includes an electrode body formed by stacking a positive electrode, a negative electrode, and a separator, an electrode terminal, the electrode terminal, and the electrode. A power storage element manufacturing method comprising a current collector for electrically connecting a body, wherein a connecting portion connecting a first bonding portion and a second bonding portion is passed through an insulating member, and the electrode body, The first joint portion, the connection portion, the second joint portion, and the current collector are joined.
これによれば、接続部周りに絶縁部材が配置されることで、電極体と集電体とが抵抗溶接される際の通電経路が接続部に制限され、電流集中による高効率な抵抗溶接ができる。 According to this, since the insulating member is arranged around the connection portion, the energization path when the electrode body and the current collector are resistance-welded is limited to the connection portion, and high-efficiency resistance welding by current concentration is performed. it can.
本発明に係る蓄電素子によれば、電極体と集電体とを接合する接合体が、電極体と集電体との間に配置された絶縁部材を貫通する貫通部を備えるので、電極体と集電体とが抵抗溶接される際の通電経路が制限され、電流集中による高効率な抵抗溶接ができる。 According to the electricity storage device of the present invention, since the joined body that joins the electrode body and the current collector includes the penetrating portion that penetrates the insulating member disposed between the electrode body and the current collector, the electrode body The energization path when the current collector and the current collector are resistance-welded is limited, and high-efficiency resistance welding by current concentration can be performed.
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態における蓄電素子について説明する。なお、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示したものではない。 Hereinafter, a power storage device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Each figure is a schematic diagram and is not necessarily illustrated exactly.
また、以下で説明する実施の形態は、本発明の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、生産工程の順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、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、任意の構成要素として説明される。 The embodiment described below shows a specific example of the present invention. Numerical values, shapes, materials, constituent elements, arrangement positions and connection forms of constituent elements, order of production steps, and the like shown in the following embodiments are merely examples, and are not intended to limit the present invention. In addition, among the constituent elements in the following embodiments, constituent elements that are not described in the independent claims indicating the highest concept are described as optional constituent elements.
(実施の形態1)
[蓄電素子の基本構成]
まず、蓄電素子として電池を例に挙げ、図1〜図3を用いて、実施の形態1に係る蓄電素子10の全般的な説明を行う。
(Embodiment 1)
[Basic structure of energy storage device]
First, a battery is taken as an example of a power storage element, and a general description of the
図1は、本発明の実施の形態1に係る蓄電素子の外観及び内部構造の概要を示す斜視図である。なお、同図は、容器内部を透視した図となっている。また、図2は、実施の形態1に係る蓄電素子の容器の本体を分離して蓄電素子が備える各構成要素を示す斜視図である。また、図3は、実施の形態1に係る電極体のU−U’断面図である。 FIG. 1 is a perspective view showing an outline of an external appearance and an internal structure of a power storage device according to Embodiment 1 of the present invention. In addition, the figure is a figure which saw through the container inside. FIG. 2 is a perspective view showing each component included in the power storage element by separating the main body of the container of the power storage element according to the first embodiment. FIG. 3 is a U-U ′ sectional view of the electrode body according to the first embodiment.
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、リチウムイオン二次電池などの非水電解質二次電池である。非水電解質二次電池としては、例えば、正極活物質がコバルト酸リチウムなどのリチウム遷移金属酸化物であり、負極活物質が炭素材料であるリチウムイオン二次電池を挙げることができる。蓄電素子10は、例えば、高レートサイクルの充放電を行うハイブリッド電気自動車(Hybrid Electric Vehicle、HEV)に使用される二次電池である。なお、蓄電素子10は、非水電解質二次電池には限定されず、非水電解質二次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。
The
図1に示すように、蓄電素子10は、電池容器と、正極端子200と、負極端子300とを備える。電池容器は、金属からなる矩形筒状で底を備える筐体本体111と、筐体本体111の開口を閉塞する金属製の蓋体110とで構成されている。また、電池容器は、電極体140等を内部に収容後、蓋体110と筐体本体111とが溶接等されることにより、内部を密封する構造を有する。
As shown in FIG. 1, the
正極端子200は、電極体140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、電極体140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、電極体140に蓄えられている電気を蓄電素子10の外部空間に導出するための金属製の電極端子である。また、電極体140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。
The
また、正極端子200及び負極端子300は、電極体140の上方に配置された蓋体110に取り付けられている。具体的には、図2に示すように、正極端子200は、突出部210が蓋体110の貫通孔110aと正極集電体120の貫通孔121aとに挿入されて、かしめられることにより、正極集電体120とともに蓋体110に固定される。また同様に、負極端子300は、突出部310が蓋体110の貫通孔110bと負極集電体130の貫通孔131aとに挿入されて、かしめられることにより、負極集電体130とともに蓋体110に固定される。なお、パッキン等も配置されているが、同図では省略して図示している。
The
電池容器の内方には、電極体140が収容されており、さらに、正極集電体120と、負極集電体130とが配置されている。なお、電池容器の内部には電解液などの液体が封入される場合があるが、当該液体の図示は省略する。
An
正極集電体120は、電極体140と電池容器の内壁との間に配置され、正極端子200と電極体140の正極積層部141A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。なお、正極集電体120は、例えば、電極体140の正極基材箔と同様、アルミニウムまたはアルミニウム合金で形成されている。本実施の形態では、正極集電体120と正極積層部141Aとは、抵抗溶接により接合されている。
The positive electrode
負極集電体130は、電極体140と電池容器の内壁との間に配置され、負極端子300と電極体140の負極積層部142B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。なお、負極集電体130は、例えば、電極体140の負極基材箔と同様、銅または銅合金で形成されている。本実施の形態では、負極集電体130と負極積層部142Bとは、抵抗溶接により接合されている。
The negative electrode
電極体140は、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。具体的には、電極体140は、図2及び図3に示すように、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全体が長円形状となるように巻回されて形成されている。なお、図2では、電極体140の形状としては長円形状を示したが、円形状または楕円形状でもよい。また、電極体140の形状は巻回型に限らず、平板状極板を積層した形状でもよい。電極体140の詳細な積層構造について図3を用いて説明する。図3は、図1に示した電極体140のU−U’断面をZ軸方向からみた図である。
The
図3に示すように、電極体140は、活物質層が形成された正極141、セパレータ143、活物質層が形成された負極142、セパレータ143がこの順で積層された積層部140Cと、活物質層が形成されていない正極141が積層された正極積層部141Aと、活物質層が形成されていない負極142が積層された負極積層部142Bとで構成されている。そして図2に示すように、正極141と負極142とは、セパレータ143を介して、巻回軸(本実施の形態ではX軸方向に平行な仮想軸)の方向に互いにずらして巻回されている。言い換えれば、正極141及び負極142は、それぞれがずらされた方向の端縁部に、活物質層が形成されていない部分である正極積層部141A及び負極積層部142Bを有している。
As shown in FIG. 3, the
なお、正極141が有する活物質層に含まれる正極活物質としては、例えば、LiMPO4、LiMSiO4、LiMBO3(MはFe、Ni、Mn、Co等から選択される1種または2種以上の遷移金属元素)等のポリアニオン化合物、チタン酸リチウム、マンガン酸リチウム等のスピネル化合物、LiMO2(MはFe、Ni、Mn、Co等から選択される1種または2種以上の遷移金属元素)等のリチウム遷移金属酸化物等を用いることができる。
In addition, as a positive electrode active material contained in the active material layer which the
また、負極142が有する活物質層に含まれる負極活物質としては、例えば、リチウム金属、リチウム合金(リチウム−アルミニウム、リチウム−シリコン、リチウム−鉛、リチウム−錫、リチウム−アルミニウム−錫、リチウム−ガリウム、およびウッド合金等のリチウム金属含有合金)の他、リチウムを吸蔵・放出可能な合金、炭素材料(例えば黒鉛、難黒鉛化炭素、易黒鉛化炭素、低温焼成炭素、非晶質カーボン等)、金属酸化物、リチウム金属酸化物(Li4Ti6O12等)、ポリリン酸化合物などが挙げられる。
Examples of the negative electrode active material contained in the active material layer of the
正極141は、巻回軸方向の一端(X軸正方向の端部)に、正極積層部141Aを有している。また、負極142は、巻回軸方向の他端(X軸負方向の端部)に、負極積層部142Bを有している。つまり、正極141の露出した金属箔の層によって正極積層部141Aが形成され、負極142の露出した金属箔の層によって負極積層部142Bが形成されている。
The
なお、正極141の金属箔及び負極142の金属箔の厚みは、それぞれ、例えば5μm〜20μmのうちのいずれかの値である。また、これら金属箔は、例えば30枚など40枚以下の枚数が重ねられることで、正極積層部141A及び負極積層部142Bを形成している。
In addition, the thickness of the metal foil of the
正極積層部141Aの表面には、図2に示す領域R1内において正極集電体120が接合されており、負極積層部142Bの表面には、図2に示す領域Q1内において負極集電体130が接合されている。また、電極体140は、領域R1内において正極積層部141Aの裏面に接合された、正極積層部141Aを保護するカバー145Aを有している。また、電極体140は、領域Q1内において負極積層部142Bの裏面に接合された、負極積層部142Bを保護するカバー145Bを有している。
The positive electrode
正極積層部141Aとカバー145Aとは、図4以降で説明する接合体を介して正極集電体120と抵抗溶接され、同様に、負極積層部142Bとカバー145Bとは、図4以降で説明する接合体を介して負極集電体130と抵抗溶接されている。
The positive
[接合体及び集電体の接合構成]
図4は、本発明の実施の形態1に係る接合体と集電体との接合状態を表す電極体のV−V’断面図である。同図は、図1に示した電極体140の接合体180及び正極集電体120のV−V’断面(Y方向への切断面)をX軸方向からみた図である。同図(左)に示すように、巻回された状態である正極積層部141Aの外周表面に正極集電体120が接合され、正極積層部141Aの内周裏面に、カバー145Aが接合されている。具体的には、接合領域170において、正極積層部141Aと、カバー145Aと、正極集電体120とが抵抗溶接により接合されている。
[Joint structure of joined body and current collector]
FIG. 4 is a VV ′ cross-sectional view of the electrode body showing a joined state between the joined body and the current collector according to Embodiment 1 of the present invention. The figure is a view of the VV ′ cross section (cut surface in the Y direction) of the joined
より具体的には、接合領域170において、蓄電素子10は、電極体140の正極積層部141Aと正極集電体120との間に配置された、正極積層部141Aと正極集電体120とを接合する接合体180と、正極積層部141Aと正極集電体120との間に配置された絶縁部材190とを備える。また、接合体180は、絶縁部材190を貫通する貫通部(図5Aにて図示)を備える。
More specifically, in the
接合体180は、例えば、電極体140の正極基材箔及び正極集電体120と同様、アルミニウムまたはアルミニウム合金で形成されている。
The joined
絶縁部材190は、図4におけるX方向及びZ方向に延在する層状の部材であり、例えば、インサート成形により接合体180と一体成形され、また、接合体180とかしめ結合された絶縁性の樹脂材である。
The insulating
上述したように、貫通部周りに絶縁部材190が配置されることで、正極積層部141Aと正極集電体120とが抵抗溶接される際の通電経路が当該貫通部に制限され、電流集中による高効率な抵抗溶接が可能となる。また、電流集中による無効電流の排除により、溶接電流値を小さく設定できるので、スパッタ異物の発生リスクを低減できる。さらには、溶接条件が弱くなることで溶接装置側の溶接電極の消耗も少なくなり、電極にかかるランニングコストを抑えることができる。
As described above, by disposing the insulating
なお、スパッタ異物の抑制という観点からは、図4(右図)に示すように、絶縁部材190の表面に突起部が形成されていることが好ましい。当該突起部は、例えば、Y軸方向からみて接合体180を囲むように形成された円環状の凸部である。この突起部構造により、スパッタ異物が電極体140の内部に移動することを防止することが可能となる。
Note that, from the viewpoint of suppressing spatter foreign matter, it is preferable that a protrusion is formed on the surface of the insulating
一方、特許文献1に記載された蓄電素子の抵抗溶接構造では、突起580と絶縁シール材とは密着しておらず、また、絶縁シール材の外周では負極集電体530と負極芯体露出部541とが対面している。これにより、突起580以外で負極集電体530と負極芯体露出部541とが接触し、突起580を介さない電流径路を形成してしまう恐れがある。また、絶縁シール材は熱溶着性樹脂製テープまたは糊材付き絶縁テープであり、集電体とは一体型となっていない。よって、絶縁シール材と突起580との位置関係が一定せず抵抗溶接時の位置合わせ工程が煩雑となる。さらに、絶縁シール材が上記テープで構成されていることにより、絶縁シール材が負極集電体530から剥がれてしまう可能性がある。絶縁シール材が負極集電体530から剥がれてしまうと、絶縁シール材の内側領域に捕獲されていた異物が分散し、突起580以外で負極集電体530と負極芯体露出部541とが短絡してしまう可能性がある。これに対して、本実施の形態に係る蓄電素子では、かしめ結合やインサート成形により、集電体と絶縁部材とは構造的(機械的)に接合されているため、絶縁部材は集電体上に強固に固定されている。よって、異物が分散するようなことはない。
On the other hand, in the resistance welding structure of the electricity storage element described in Patent Document 1, the
以下、本実施の形態に係る接合体180の具体的な構造について説明する。
Hereinafter, a specific structure of the joined
図5Aは、本発明の実施の形態1に係る正極積層部と正極集電体との接合構造を表す電極体のV−V’断面図である。同図に示された接合体180は、正極積層部141Aと接合された電極体側接合部181と、電極体側接合部181とで絶縁部材190を挟み込む集電体側接合部182と、絶縁部材を貫通する貫通部183とを備える。電極体側接合部181は、絶縁部材190の電極体140側(正極積層部141A側)に配置されている。正極積層部141Aは、正極141が露出し、電極体側接合部181と接合された露出部である。集電体側接合部182は、絶縁部材190の正極集電体120側に配置され、正極集電体120と接合されている。貫通部183は、電極体側接合部181と集電体側接合部182とを接続する。上記構造は、例えば、接合体180に、樹脂材からなる絶縁部材190をインサート成形することにより形成される。
FIG. 5A is a V-V ′ sectional view of an electrode body showing a joint structure between the positive electrode stacking portion and the positive electrode current collector according to Embodiment 1 of the present invention. The joined
上記構成によれば、接合体180が絶縁部材190を挟み込むので、接合体180から絶縁部材190が脱落することを防止できる。つまり、絶縁部材190と接合体180とが一体となる。よって、絶縁部材190と抵抗溶接される接合体180との位置関係が一定するので、抵抗溶接時の位置合わせの工程が簡略化される。また、接合体180が機械的に絶縁部材190を挟み込んでいるので、絶縁部材190が接合体180から外れず、この結果、捕獲されたスパッタ異物が飛散しない。
According to the above configuration, since the joined
カバー145Aと正極積層部141Aと接合体180と正極集電体120とは、抵抗溶接された状態である。具体的には、溶接電極401と402との間において、正極積層部141Aとカバー145Aと正極集電体120とが積層されている方向に溶接電流が接合体180を介して供給されることにより、正極積層部141Aとカバー145Aと正極集電体120とが接合される。これにより、正極積層部141Aと正極集電体120とが電気的に接続された状態となっている。
The
また、貫通部183は、絶縁部材190と当接している。これにより、抵抗溶接時の電流径路が、貫通部183以外に分散することを低減できる。
Further, the penetrating
また、絶縁部材190は、正極集電体120の正極積層部141Aに対向する面を覆うように配置されている。これにより、正極集電体120と電極体140とが、接合体180以外の部分で直接接触することを防止できる。よって、電流集中による高効率な抵抗溶接が可能となる。
The insulating
また、接合領域170における接合体180の形状は、図5Aに記載された形状に限定されない。
Further, the shape of the joined
図5Bは、本発明の実施の形態1の変形例1に係る正極積層部と正極集電体との接合構造を表す電極体のV−V’断面図である。同図に示された抵抗溶接部の構造は、図5Aに示されたそれと比較して、正極集電体と接合体とが一体となっている点のみが異なる。図5Aに示された抵抗溶接部の構造と同じ点は説明を省略し、以下、異なる点のみ説明する。本変形例に係る抵抗溶接部の構造において、正極集電体121に形成された接合体は、集電体と一体形成されている。図5Bに示された構造は、例えば、集電体基台と貫通部と電極体側接合部とを有する正極集電体121に、樹脂材からなる絶縁部材190をインサート成形することにより形成される。上記構造により、正極集電体121と絶縁部材190とが強固に接合されるので、正極集電体121から絶縁部材190が脱落することを防止できる。また、接合体が集電体と一体形成されているので、絶縁部材190を電極体140と正極集電体121との間に固定配置する工程が簡略化される。また、正極集電体121が絶縁部材190を挟み込んでいるので、絶縁部材190が正極集電体121から外れず、この結果、捕獲されたスパッタ異物が飛散しない。
FIG. 5B is a V-V ′ cross-sectional view of the electrode body showing a joint structure between the positive electrode stacking portion and the positive electrode current collector according to Modification 1 of Embodiment 1 of the present invention. The structure of the resistance welded portion shown in the figure is different from that shown in FIG. 5A only in that the positive electrode current collector and the joined body are integrated. The description of the same points as the structure of the resistance weld shown in FIG. 5A will be omitted, and only different points will be described below. In the structure of the resistance welding part according to this modification, the joined body formed on the positive electrode
図5Cは、本発明の実施の形態1の変形例2に係る正極積層部と正極集電体との接合構造を表す電極体のV−V’断面図である。同図に示された抵抗溶接部の構造は、図5Bに示されたそれと比較して、正極集電体と接合体との結合形態のみが異なる。図5Bに示された抵抗溶接部の構造と同じ点は説明を省略し、以下、異なる点のみ説明する。本変形例に係る抵抗溶接部の構造において、接合体は、集電体と一体形成されている。図5Cに示された構造は、例えば、集電体基台と貫通部と電極体側接合部とを有する正極集電体122の電極体側接合部をかしめることにより、正極集電体122と絶縁部材190とを結合している。上記構造により、正極集電体122と絶縁部材190とが強固に接合されるので、正極集電体122から絶縁部材190が脱落することを防止できる。また、接合体が集電体と一体形成されているので、絶縁部材190を電極体140と正極集電体122との間に固定配置する工程が簡略化される。また、正極集電体122が絶縁部材190を挟み込んでいるので、絶縁部材190が正極集電体122から外れず、この結果、捕獲されたスパッタ異物が飛散しない。
FIG. 5C is a V-V ′ cross-sectional view of an electrode body showing a joint structure between a positive electrode stacking portion and a positive electrode current collector according to Modification 2 of Embodiment 1 of the present invention. The structure of the resistance welded portion shown in the figure is different from that shown in FIG. 5B only in the coupling form of the positive electrode current collector and the joined body. The description of the same points as the structure of the resistance weld shown in FIG. 5B will be omitted, and only different points will be described below. In the structure of the resistance welded portion according to this modification, the joined body is integrally formed with the current collector. The structure shown in FIG. 5C is insulated from the positive electrode
図5Dは、本発明の実施の形態1の変形例3に係る正極積層部と正極集電体との接合構造を表す電極体のV−V’断面図である。同図に示された抵抗溶接部の構造は、図5Bに示されたそれと比較して、接合体で絶縁部材190を挟み込んでいない点が異なる。図5Bに示された抵抗溶接部の構造と同じ点は説明を省略し、以下、異なる点のみ説明する。本変形例に係る抵抗溶接部の構造において、例えば正極集電体123の裏面(下面)から表面(上面)に向けて押圧することにより、当該表面に突起が形成されている。当該突起は、絶縁部材190を挟み込んでいないが、正極集電体123に、樹脂材からなる絶縁部材190がインサート成形されている。上記構造により、正極集電体123と絶縁部材190とが密着するので、正極集電体123から絶縁部材190が脱落することを防止できる。また、接合体が集電体と一体形成されているので、絶縁部材190を電極体140と正極集電体123との間に固定配置する工程が簡略化される。
FIG. 5D is a V-V ′ cross-sectional view of the electrode body showing a joint structure between the positive electrode stacking portion and the positive electrode current collector according to Modification 3 of Embodiment 1 of the present invention. The structure of the resistance welded portion shown in the figure is different from that shown in FIG. 5B in that the insulating
図5Eは、本発明の実施の形態1の変形例4に係る正極積層部と正極集電体との接合構造を表す電極体のV−V’断面図である。同図に示された抵抗溶接部の構造は、図5Aに示されたそれと比較して、正極集電体と接合体との結合形態のみが異なる。図5Aに示された抵抗溶接部の構造と同じ点は説明を省略し、以下、異なる点のみ説明する。本変形例に係る抵抗溶接部の構造において、接合体185は、正極積層部141Aと接合された電極体側接合部186と、電極体側接合部186とで絶縁部材190を挟み込む集電体側接合部187と、絶縁部材190を貫通する貫通部188とを備える。電極体側接合部186は、絶縁部材190の電極体140側(正極積層部141A側)に配置されている。図5Eに示された構造は、例えば、電極体側接合部186をかしめることにより、接合体185と絶縁部材190とを結合している。上記構造によれば、接合体185が絶縁部材190を挟み込むので、接合体185から絶縁部材190が脱落することを防止できる。つまり、絶縁部材190と接合体185とが一体となる。よって、絶縁部材190と抵抗溶接される接合体185との位置関係が一定するので、抵抗溶接時の位置合わせの工程が簡略化される。また、接合体185が絶縁部材190を挟み込んでいるので、絶縁部材190が接合体185から外れず、この結果、捕獲されたスパッタ異物が飛散しない。
FIG. 5E is a V-V ′ cross-sectional view of an electrode body showing a joint structure between a positive electrode stacking part and a positive electrode current collector according to Modification 4 of Embodiment 1 of the present invention. The structure of the resistance welded portion shown in the figure is different from that shown in FIG. 5A only in the coupling form of the positive electrode current collector and the joined body. The description of the same points as the structure of the resistance weld shown in FIG. 5A will be omitted, and only different points will be described below. In the structure of the resistance welded portion according to this modification, the joined
なお、図4及び図5A〜図5Eには記載されていないが、負極積層部142Bと負極集電体130との接合形態も、上述した正極積層部141Aと正極集電体120との接合形態と同様であり、同様の効果が奏される。
Although not shown in FIG. 4 and FIGS. 5A to 5E, the bonding mode between the negative
(実施の形態2)
本実施の形態に係る蓄電素子は、溶接電極間にセパレータが噛み込んでしまうことを防止する構造を備える。以下、実施の形態1に係る蓄電素子10と同じ基本構成は説明を省略し、接合領域170の構造として異なる部分を中心に説明をする。
(Embodiment 2)
The electricity storage device according to the present embodiment has a structure that prevents the separator from being caught between the welding electrodes. Hereinafter, description of the same basic configuration as that of
[接合体及び集電体の接合構成]
図6は、本発明の実施の形態2に係る正極積層部と正極集電体との接合構造を表す電極体のV−V’断面図である。同図は、図1に示した電極体140の接合体180及び正極集電体120のV−V’断面(Y方向への切断面)をX軸方向からみた図である。同図に示された接合体180は、図5Aに示された構造である。つまり、接合体180は、正極積層部141Aと接合された電極体側接合部181と、電極体側接合部181とで絶縁部材190を挟み込む集電体側接合部182と、絶縁部材を貫通する貫通部183とを備える。電極体側接合部181は、絶縁部材190の電極体140側(正極積層部141A側)に配置されている。正極積層部141Aは、正極141が露出し、電極体側接合部181と接合された露出部である。集電体側接合部182は、絶縁部材190の正極集電体120側に配置され、正極集電体120と接合されている。貫通部183は、電極体側接合部181と集電体側接合部182とを接続する。
[Joint structure of joined body and current collector]
FIG. 6 is a VV ′ cross-sectional view of an electrode body showing a joint structure between the positive electrode stacking portion and the positive electrode current collector according to Embodiment 2 of the present invention. The figure is a view of the VV ′ cross section (cut surface in the Y direction) of the joined
本実施の形態に係る蓄電素子は、実施の形態1に係る蓄電素子10の有する構成要素において、絶縁部材190が、電極体140の積層本体部である積層部140Cと正極積層部141Aとの境界に対向する領域に、絶縁部材190の形成面方向に対して正極集電体120側へ傾斜した絶縁傾斜部191を備える。より具体的には、絶縁傾斜部191は、絶縁部材190のうちX−Z平面へ延在した部材本体のZ軸負方向の端部から、Z軸負方向とY軸負方向とがなす領域へ延在する板状部材である。なお、電極体140は、正極141、セパレータ143及び負極142が積層された積層部140Cと、露出部である正極積層部141Aとを有する。
In the power storage element according to the present embodiment, in the constituent element of
正極集電体120と正極積層部141Aとカバー145Aとを、接合体180を介して抵抗溶接する場合、絶縁傾斜部191がない構造では、セパレータ143が正極集電体120と溶接電極402との接合界面に侵入してしまうことが想定される。抵抗溶接時に、セパレータ143が正極集電体120と溶接電極402との間に噛みこんでしまうと、溶接電極間の抵抗が大きくなった状態で、溶接装置が所定の溶接電流を流そうとするため、溶接電極間に過剰電圧がかかる。このとき、振動等により、噛みこんだセパレータ143が抜けると、溶接電極間の抵抗が急激に小さくなった状態で過剰電圧が印加されるので異常電流が流れ、正極141を構成する正極基材箔が溶断してしまう恐れがある。
When the positive electrode
これに対し、上記構成によれば、絶縁傾斜部191により、セパレータ143が溶接電極402と正極集電体120との間に噛み込んでしまうことを防止できるので、上記異常電流による箔の溶断を回避できる。
On the other hand, according to the above configuration, the insulating
なお、実施の形態2においても、接合領域170における正極集電体及び接合体の構造は、図6に記載された形状に限定されない。本実施の形態における正極集電体及び接合体の構造は、実施の形態1において示された図5B〜図5Eに示された構造であってもよく、同様の効果が奏される。
Also in the second embodiment, the structure of the positive electrode current collector and the bonded body in the
(その他)
以上、本発明に係る蓄電素子について、実施の形態に基づいて説明した。しかしながら、本発明は、実施の形態に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を実施の形態に施したものも、あるいは、上記説明された複数の構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の範囲内に含まれる。
(Other)
The power storage element according to the present invention has been described based on the embodiments. However, the present invention is not limited to the embodiment. Unless it deviates from the meaning of this invention, the thing which gave various deformation | transformation which those skilled in the art can think to embodiment, or the form constructed | assembled combining the some component demonstrated above is also in the range of this invention. included.
例えば、実施の形態1及び2において、正極積層部141A及び負極積層部142Bの上には、それぞれ、カバー145A及び145Bが形成されているものとしたが、カバーは必須の構成要素ではなく、カバーがない構成であってもよい。
For example, in Embodiments 1 and 2, it is assumed that the
また、電極体側接合部181、集電体側接合部182、及び貫通部183等の接合体を構成する部材は、円柱形状でもよく、また、角柱形状などでもよい。
In addition, the members constituting the joined body such as the electrode body side joined
また、正極側の抵抗溶接箇所及び負極側の抵抗溶接箇所は、それぞれ1点であることに限られない。正極側及び負極側の抵抗溶接箇所の少なくともいずれかが多点接合の形態をとってもよい。 Moreover, the resistance welding location on the positive electrode side and the resistance welding location on the negative electrode side are not limited to one point each. At least one of the resistance welding locations on the positive electrode side and the negative electrode side may take the form of multipoint bonding.
また、電極体140の構造は巻回型ではなくてもよく、平板状の正極と負極とがセパレータを挟んで交互に積層された構造であってもよい。また、電極体140は、長尺帯状の正極と負極とがセパレータを挟んで蛇腹状に折り畳まれた構造であってもよい。つまり、電極体140の構造として、集電体と接合可能な部分を有する構造であれば、どのような構造が採用されてもよい。
The structure of the
また、蓄電素子10において、正極側および負極側の双方に抵抗溶接による接合が配置されるとしたが、正極側および負極側のいずれか一方にのみ、上記実施の形態1〜2に係る、抵抗溶接による接合が形成されていてもよい。
Further, in the
なお、本発明は、上述した特徴的な構成を備える蓄電素子として実現することができるだけでなく、当該蓄電素子の製造方法として実現することができる。 In addition, this invention can be implement | achieved as a manufacturing method of the said electrical storage element not only as an electrical storage element provided with the characteristic structure mentioned above.
つまり、本発明に係る蓄電素子の製造方法は、正極、負極及びセパレータが積層されて形成される電極体と、電極端子と、当該電極端子及び電極体を電気的に接続する集電体とを備えた蓄電素子の製造方法であって、第1接合部と第2接合部とを接続する接続部を絶縁部材に貫通させ、電極体、第1接合部、接続部、第2接合部、及び集電体を接合する。 That is, the method for manufacturing a power storage device according to the present invention includes an electrode body formed by laminating a positive electrode, a negative electrode, and a separator, an electrode terminal, and a current collector that electrically connects the electrode terminal and the electrode body. A method for manufacturing an electricity storage device comprising: a connecting portion connecting a first bonding portion and a second bonding portion is passed through an insulating member; an electrode body, a first bonding portion, a connection portion, a second bonding portion; Join the current collector.
ここで、上記第1接合部は、例えば実施の形態1における電極体側接合部181であり、上記第2接合部は、例えば実施の形態1における集電体側接合部182であり、上記接続部は、例えば実施の形態1における貫通部183である。
Here, the first joint is, for example, the electrode body side joint 181 in Embodiment 1, the second joint is, for example, the current collector side joint 182 in Embodiment 1, and the connection is For example, the penetrating
これにより、接続部周りに絶縁部材が配置されることで、電極体と集電体とが抵抗溶接される際の通電経路が接続部に制限され、電流集中による高効率な抵抗溶接ができる。また、溶接電流値を小さく設定できるので、スパッタ異物の発生リスクを低減できる。また、絶縁部材の配置により、溶接電極が溶接部以外の領域に触れてスパッタ異物を発生させるケースを回避できる。 As a result, the insulating member is disposed around the connection portion, whereby the energization path when the electrode body and the current collector are resistance-welded is limited to the connection portion, and highly efficient resistance welding by current concentration can be performed. Moreover, since the welding current value can be set small, it is possible to reduce the risk of spatter foreign matter. Moreover, the arrangement | positioning of an insulating member can avoid the case where a welding electrode touches area | regions other than a welding part and a sputter | spatter foreign material is generated.
本発明は、電極体と集電体とが抵抗溶接により接合された蓄電素子であって、高品質の蓄電素子を提供することができる。従って、本発明に係る蓄電素子は、大電流を長時間必要とする自動車等に搭載される電池として有用である。 The present invention is a power storage element in which an electrode body and a current collector are joined by resistance welding, and can provide a high-quality power storage element. Therefore, the electricity storage device according to the present invention is useful as a battery mounted in an automobile or the like that requires a large current for a long time.
10 蓄電素子
110 蓋体
110a、110b、121a、131a 貫通孔
111 筐体本体
120、121、122、123 正極集電体
130 負極集電体
140 電極体
140C 積層部
141 正極
141A 正極積層部
142 負極
142B 負極積層部
143 セパレータ
145A、145B カバー
170 接合領域
180、185 接合体
190 絶縁部材
181、186 電極体側接合部
182、187 集電体側接合部
183、188 貫通部
191 絶縁傾斜部
200 正極端子
210、310 突出部
300 負極端子
401、402 溶接電極
530 負極集電体
541 負極芯体露出部
545 負極集電体受け部品
580 突起
590 熱溶着性樹脂製テープ
590A 開口部
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記蓄電素子は、さらに、
前記電極体と前記集電体との間に配置され、前記電極体及び前記集電体と接合される接合体と、
前記電極体と前記集電体との間に配置された絶縁部材とを備え、
前記接合体は、
前記絶縁部材を貫通する貫通部を備える
蓄電素子。 A power storage device comprising an electrode body formed by laminating a positive electrode, a negative electrode, and a separator, an electrode terminal, and a current collector that electrically connects the electrode terminal and the electrode body,
The power storage element further includes:
A joined body disposed between the electrode body and the current collector and joined to the electrode body and the current collector;
An insulating member disposed between the electrode body and the current collector;
The joined body is
A power storage device comprising a penetrating portion that penetrates the insulating member.
請求項1に記載の蓄電素子。 The power storage element according to claim 1, wherein the insulating member is disposed so as to cover a surface of the current collector facing the electrode body.
請求項1または2に記載の蓄電素子。 The power storage device according to claim 1, wherein the penetrating portion is in contact with the insulating member.
前記絶縁部材の前記電極体側に配置され、前記電極体と接合された電極体側接合部と、
前記絶縁部材の前記集電体側に配置され、前記集電体と接合され、前記電極体側接合部とで前記絶縁部材を挟み込む集電体側接合部とを備え、
前記貫通部は、前記電極体側接合部と前記集電体側接合部とを接続する
請求項1〜3のいずれか1項に記載の蓄電素子。 The joined body further includes:
An electrode body side joint disposed on the electrode body side of the insulating member and joined to the electrode body;
A collector-side joint disposed on the current collector side of the insulating member, joined to the current collector, and sandwiching the insulating member with the electrode body-side joint;
The power storage device according to any one of claims 1 to 3, wherein the penetrating portion connects the electrode body side joint and the current collector side joint.
前記絶縁部材の前記電極体側に配置され、前記電極体と接合された電極体側接合部と、
前記絶縁部材の前記集電体側に配置され、前記集電体と接合された集電体側接合部とを備え、
前記貫通部は、前記電極体側接合部と前記集電体側接合部とを接続し、
前記電極体は、前記正極、前記セパレータ及び前記負極が積層された積層本体部と、前記積層本体部から前記正極または前記負極が露出し、前記電極体側接合部と接合された露出部とを有し、
前記絶縁部材は、前記積層本体部と前記露出部との境界に対向する領域に、前記絶縁部材の形成面方向に対して前記集電体側へ傾斜した絶縁傾斜部を備える
請求項1〜3のいずれか1項に記載の蓄電素子。 The joined body further includes:
An electrode body side joint disposed on the electrode body side of the insulating member and joined to the electrode body;
A current collector-side joint disposed on the current collector side of the insulating member and joined to the current collector;
The penetrating portion connects the electrode body side joint and the current collector side joint,
The electrode body has a laminated main body portion in which the positive electrode, the separator, and the negative electrode are laminated, and an exposed portion in which the positive electrode or the negative electrode is exposed from the laminated main body portion and joined to the electrode body side joint portion. And
The insulating member includes an insulating inclined portion that is inclined toward the current collector with respect to a forming surface direction of the insulating member in a region facing a boundary between the laminated main body portion and the exposed portion. The electrical storage element of any one of Claims.
請求項1〜5のいずれか1項に記載の蓄電素子。 The electricity storage device according to claim 1, wherein the joined body and the insulating member are joined by caulking.
請求項1〜5のいずれか1項に記載の蓄電素子。 The insulating member is integrally formed with the joined body by resin insert molding.
The electrical storage element of any one of Claims 1-5.
請求項1〜7のいずれか1項に記載の蓄電素子。 The electricity storage device according to claim 1, wherein the joined body is integrally formed with the current collector.
第1接合部と第2接合部とを接続する接続部を絶縁部材に貫通させ、
前記電極体、前記第1接合部、前記接続部、前記第2接合部、及び前記集電体を、接合する
蓄電素子の製造方法。 A method of manufacturing an electricity storage device comprising an electrode body formed by laminating a positive electrode, a negative electrode, and a separator, an electrode terminal, and a current collector that electrically connects the electrode terminal and the electrode body,
Passing through the insulating member through the connecting portion connecting the first joint and the second joint,
A method for manufacturing a storage element, wherein the electrode body, the first joint portion, the connection portion, the second joint portion, and the current collector are joined.
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