JP2015106614A

JP2015106614A - 蓄電デバイスおよびその製造方法

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Publication number: JP2015106614A
Application number: JP2013247429A
Authority: JP
Inventors: 高木　敦史; Atsushi Takagi; 敦史高木; 純之介田口; Junnosuke Taguchi
Original assignee: Nippon Chemi Con Corp
Current assignee: Nippon Chemi Con Corp
Priority date: 2013-11-29
Filing date: 2013-11-29
Publication date: 2015-06-08

Abstract

【課題】蓄電素子の素子端面に備える電極張出部間の絶縁性を高める。【解決手段】蓄電素子（コンデンサ素子２）の素子端面４に、素子中心を挟んで電極張出部を有する蓄電デバイスであって、前記電極張出部を折り曲げられた第１の領域１４と、この第１の領域１４に隣接して前記電極張出部を折り曲げられた第２の領域１６とを備え、前記第１の領域１４の素子中心側縁幅が、前記第２の領域１６の素子中心側縁幅より大きく設定されている。【選択図】図２

Description

本発明は、リチウムイオン二次電池、リチウムイオンキャパシタ、電気二重層コンデンサや電解コンデンサなどの蓄電デバイスおよびその製造方法に関する。

電気二重層コンデンサや電解コンデンサなどのコンデンサを含む蓄電デバイスでは、蓄電素子の素子端面に引き出した複数枚の電極体に接続部材を接続し、この接続部材を介して蓄電素子と外部端子とを接続することが行われている。このような接続形態は蓄電素子の内部抵抗や接続抵抗を低減させることができる。

このような素子と外部端子の接続に関し、素子端面に集電箔を露出させ、集電端子に接続することが知られている（たとえば、特許文献１、特許文献２）。集電箔を覆う集電板と集電箔との接続に溶接を用いることが知られている（たとえば、特許文献３）。

特開平１１−２１９８５７号公報特開２００１−０６８３７９号公報特開２００７−３３５１５６号公報

ところで、蓄電素子としてたとえばコンデンサ素子の素子端面に形成された陽極側および陰極側の電極張出部は、集電板との接続前に折曲げ加工される。この折曲げ加工は、コンデンサ素子の周面側から素子中心に向かって折曲げ治具を押し当てることにより電極張出部を押し倒す。図５は、コンデンサ素子の電極張出部の折曲げ状態を示している。

このコンデンサ素子１００の素子端面１０２には、陽極側および陰極側の電極張出部１０４−１、１０４−２が形成され、各電極張出部１０４−１、１０４−２は折曲げ加工されている。電極張出部１０４−１、１０４−２には２つの第２の領域１０６が１つの第１の領域１０８を挟んで設定されている。各電極張出部１０４−１、１０４−２の第１の領域１０８が素子中心１１０に向かって折り曲げられた後、第２の領域１０６が同様に折り曲げられる。

この加工例において、素子中心１１０を中心にＸ−Ｙ軸を想定する。第２の領域１０６の異極間には異なる幅の絶縁間隔Ｄ１、Ｄ２を生じている。絶縁間隔Ｄ１、Ｄ２はＹ軸を中心とし、同一幅に設定されるべきである。しかしながら、各電極張出部１０４−１、１０４−２の各第２の領域１０６および各第１の領域１０８はそれぞれ扇形状で、素子中心１１０に向かって折り曲げられているが、折曲げ形状が歪となり、素子中心１１０側にはみ出して大小の絶縁間隔Ｄ１、Ｄ２を生じさせている。

このように、絶縁間隔にばらつきがあると、電極張出部１０４−１、１０４−２が異極同士で接触したり、絶縁性が低下する。電極張出部１０４−１、１０４−２に含まれる電極タブ１１２の枚数が多い場合や、電極張出部１０４−１、１０４−２の素子端面１０２からの引出長が大きい場合には、異極同士の接触の回避や絶縁間隔Ｄの設定が困難になるという課題がある。

このような異極間の接触や、絶縁間隔Ｄの狭小化を避けるには、折曲げ加工される電極張出部１０４−１、１０４−２を狭小にすればよいが、電極張出部１０４−１、１０４−２を小さくすれば、集電板との接触面積が小さくなる。集電板との接触面積を狭めてしまうと、コンデンサ素子の内部抵抗や接続抵抗の低減が妨げられるという課題がある。

そこで、本発明の目的は上記課題に鑑み、蓄電素子の素子端面に備える電極張出部間の絶縁性を高めることにある。

上記目的を達成するため、本発明の蓄電デバイスは、蓄電素子の素子端面に素子中心を挟んで電極張出部を有する蓄電デバイスであって、前記電極張出部を折り曲げられた第１の領域と、この第１の領域に隣接して前記電極張出部を折り曲げられた第２の領域とを備え、前記第１の領域の素子中心側縁幅が前記第２の領域の素子中心側縁幅より大きく設定されている。

上記目的を達成するため、本発明の蓄電デバイスの製造方法は、蓄電素子の素子端面に素子中心を挟んで電極張出部を有する蓄電デバイスの製造方法であって、前記電極張出部を折り曲げて第１の領域を形成する工程と、前記第１の領域に隣接する第２の領域を形成する工程を有し、前記第２の工程が、前記第１の領域の蓄電素子中心側縁幅が前記第２の領域の蓄電素子中心側縁幅より大きくなるように前記電極引出部を折り曲げる処理を含んでいる。

本発明によれば、次のような効果が得られる。

(1) 素子中心方向に折り曲げられた電極張出部間の絶縁間隔を確保でき、電極張出部間の絶縁性が高められる。

(2) 電極張出部間の絶縁性が高められたことにより、蓄電デバイスの信頼性を向上させることができる。

そして、本発明の他の目的、特徴および利点は、添付図面および各実施の形態を参照することにより、一層明確になるであろう。

一実施の形態に係るコンデンサおよびその製造方法に用いられるコンデンサ素子の素子端面を示す平面図である。電極張出部が折り曲げられたコンデンサ素子を示す平面図である。折り曲げられた電極張出部の各部断面を示す断面図である。電極張出部と集電板の接続を示す断面図である。電極張出部の折曲げ状態を示す平面図である。

〔一実施の形態〕

図１は、一実施の形態に係るコンデンサおよびその製造方法に用いられるコンデンサ素子の素子端面を示している。この実施の形態では、蓄電デバイスの一例であるコンデンサとして電気二重層コンデンサを例示している。このコンデンサ素子２はたとえば、電気二重層コンデンサのコンデンサ素子である。コンデンサ素子２は蓄電素子の一例である。

このコンデンサ素子２の素子端面４には素子中心６を挟んで対向する陽極側および陰極側の電極張出部８−１、８−２が形成されている。コンデンサ素子２は電極体の間にセパレータ１０を介在させて素子中心６を中心に巻回した円筒状素子である。セパレータ１０の幅は電極体より広く、素子端面４はセパレータ１０の縁部によって形成されている。電極張出部８−１、８−２は、電極体の縁部から張り出させた数の電極タブ１２で形成されている。

各電極張出部８−１、８−２には第１の領域１４を中心にこの第１の領域１４の両側に一対の第２の領域１６が設定されている。第１の領域１４は集電板１８−１、１８−２（図４）が載置されない領域であり、各第２の領域１６は集電板１８−１、１８−２が載置される領域である。ここで、素子中心６を中心に素子端面４に対してＸ−Ｙ軸を仮想する。この場合、Ｘ軸を電極張出部８−１、８−２の絶縁間隔側とし、Ｙ軸を各電極張出部８−１、８−２の中心軸とする。第１の領域１４にはＹ軸を中心とした角度θ１、各第２の領域１６には角度θ１から角度θ２が設定されている。この例では、θ１≧θ２に設定されている。つまり、第１の領域１４は各第２の領域１６と同形または各第２の領域１６より僅かに大きく設定されている。

図２は、電極張出部８−１、８−２が折り曲げられたコンデンサ素子２を示している。各電極張出部８−１、８−２の各第１の領域１４にはコンデンサ素子２の周面側から折曲げ治具が押し当てられて素子中心６に向かって折り曲げられ、平坦に整形される。各第１の領域１４の先行折曲げの後、各第２の領域１６には同様にコンデンサ素子２の周面側から折曲げ治具が押し当てられて素子中心６に向かって折り曲げられ、平坦に整形される。

この折曲げ加工において、次のいずれかまたは双方を設定する。

ａ) 各第２の領域１６の素子中心側縁幅をａ、各第１の領域１４の素子中心側縁幅をｂとし、ａ≦ｂに設定する。

ｂ) 第１の領域１４と各第２の領域１６との間の折曲げ部２０の稜線を中心Ｏを通る仮想線上の直線状態とする。

このように設定すれば、電極張出部８−１、８−２の対向する第２の領域１６の最先端部２２の絶縁間隔をＷとすると、電極張出部８−１、８−２の絶縁性を維持する上で必要な幅を確保することができる。

図３のＡは図２のIIIA−IIIA線断面、図３のＢは図２のIIIB−IIIB線断面、図３のＣは図２のIIIC−IIIC線断面を示している。これら断面の比較から明らかなように、第１の領域１４に対し、各第２の領域１６の上面が高く設定される。このようにすることによって、第１の領域１４と第２の領域１６の間に電極張出部８−１、８−２の一部が折りたたまれるように配置される。この構成をとることによって、第２の領域１６の集電板１８−１、１８−２との接触面に折り皺が生じることを防止し、第２の領域１６と集電板１８−１、１８−２との接続の安定性と強度の向上を実現できる。

図４は、電極張出部８−１、８−２と集電板１８−１、１８−２の接続を示している。電極張出部８−１には陽極側の集電板１８−１が載せられ、また、電極張出部８−２には陰極側の集電板１８−２が載せられている。これら集電板１８−１、１８−２の対向側には、既述の絶縁間隔Ｗに対して絶縁間隔Ｄが設定される。絶縁間隔Ｗ（図２）が大きく設定されているので、絶縁間隔Ｄから電極張出部８−１、８−２の飛び出しは無い。

集電板１８−１、１８−２の上面からレーザ照射２４が照射され、これにより、集電板１８−１と電極張出部８−１の各第２の領域１６が溶接され、集電板１８−２と電極張出部８−２の各第２の領域１６が溶接される。

そして、各集電板１８−１、１８−２には封口体にある外部端子が溶接などにより接続される。コンデンサ素子２が収納されたケースが封口体により封口され、電気二重層コンデンサなどのコンデンサが得られる。

＜一実施の形態の効果＞

ａ) 素子端面４の電極張出部８−１、８−２を素子外周側から折曲げ冶具にて折り曲げて電極部に加工する場合、電極タブ１２の折曲げ枚数が多い場合、折曲げ時に電極間の絶縁距離が確保しにくくなるのに対し、上記実施の形態では斯かる不都合が解消される。たとえば、電極張出部８−１、８−２の異極と対向する第２の領域１６の素子中心側縁幅をａ、各第１の領域１４の素子中心側縁幅をｂ、ａ≦ｂとすれば、つまり、第１の領域１４の電極タブ１２の幅を第２の領域１６の電極タブ１２の幅と同等以上に設定すれば、電極張出部８−１、８−２間の絶縁間隔Ｗを十分に確保でき、絶縁性が高められる。

ｂ) 絶縁間隔を大きくするために、電極張出部８−１、８−２の集電板１８−１、１８−２との溶接面積を狭小化する必要がなく、集電板１８−１、１８−２との接続性や、集電板１８−１、１８−２の接続によるコンデンサ素子２の内部抵抗や接続抵抗の低減が妨げられることがない。これにより、信頼性の高いコンデンサ特性を有するコンデンサを実現できる。

〔他の実施の形態〕

(1) 上記実施の形態では、第１の領域１４と各第２の領域１６との間の折曲げ部２０の稜線を中心Ｏを通る仮想線上の直線状態とする条件を設定しているが、本発明は、斯かる条件は省略してもよい。

(2) 上記実施の形態では、電気二重層コンデンサを例示したが、本発明は、リチウムイオン二次電池、リチウムイオンキャパシタ、電解コンデンサなどの蓄電デバイスであってもよい。

(3) 上記実施の形態では、電極張出部と集電板の接続にレーザ溶接を例示しているが、レーザ溶接に代え、電子ビーム溶接などの他の溶接であってもよい。

(4) 上記第１の実施の形態では、第１の領域１４の角度θ１と第２の領域１６の角度θ２の大きさの関係をθ１≧θ２としたが、θ１≦θ２としてもよい。

(5) 上記実施の形態では、第１の領域１４を形成後、第２の領域１６を形成したが、これに限らず、第２の領域を形成した後、第１の領域を形成してもよい。つまり、第２の領域に対して第１の領域の上面が高く設定される。このようにすることによって、第１の領域の両端に電極張出部の一部が折りこまれる。そのため、折りこめられている部分が第１の領域を挟むよう配置されているので、第１の領域の集電板との接触面がより安定し、溶接の安定性が向上する。

(6) 上記実施の形態では、第１の領域１２または１２−１、１２−２、および、第２の領域１４−１、１４−２をコンデンサ素子２の外周方向から素子中心６に向かって折曲げ治具により折り曲げて、平坦化したが、これに限らず、素子中心６からコンデンサ素子２の外周方向に向かって折曲げ治具により折り曲げてもよく、また、上面から押しつぶすようにして折り曲げてもよい。

以上説明したように、本発明の最も好ましい実施の形態等について説明した。本発明は、上記記載に限定されるものではない。特許請求の範囲に記載され、または発明を実施するための形態に開示された発明の要旨に基づき、当業者において様々な変形や変更が可能である。斯かる変形や変更が、本発明の範囲に含まれることは言うまでもない。

本発明では、集電板と溶接される溶接領域の素子中心側縁幅に対し、集電板と溶接されない非溶接領域の素子中心側縁幅を大きく設定したので、折曲げ加工されて対向する電極張出部間の絶縁間隔を広く取ることができ、信頼性の高い蓄電デバイスを実現できる。

２コンデンサ素子
４素子端面
６素子中心
８−１陽極側の電極張出部
８−２陰極側の電極張出部
１０セパレータ
１２電極タブ
１４第１の領域
１６第２の領域
１８−１、１８−２集電板
２０折曲げ部
２２最先端部
２４レーザ照射

Claims

蓄電素子の素子端面に素子中心を挟んで電極張出部を有する蓄電デバイスであって、
前記電極張出部を折り曲げられた第１の領域と、この第１の領域に隣接して前記電極張出部を折り曲げられた第２の領域とを備え、前記第１の領域の素子中心側縁幅が前記第２の領域の素子中心側縁幅より大きく設定されていることを特徴とする蓄電デバイス。
蓄電素子の素子端面に素子中心を挟んで電極張出部を有する蓄電デバイスの製造方法であって、
前記電極張出部を折り曲げて第１の領域を形成する工程と、前記第１の領域に隣接する第２の領域を形成する工程を有し、
前記第２の工程が、前記第１の領域の蓄電素子中心側縁幅が前記第２の領域の蓄電素子中心側縁幅より大きくなるように前記電極引出部を折り曲げる処理を含むことを特徴とする蓄電デバイスの製造方法。