JP2016062770A - 蓄電素子および蓄電素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】巻回型の電極体と電極体に接続された集電体とを備える蓄電素子において、集電体未塗工部分の積層部とリードフレーム板接続部のストレスを軽減する構造と方法の提供。
【解決手段】電極が巻回されることで形成された電極体１２０と、電極体に接続された集電体とを備える蓄電素子は電極体は巻回軸の方向の一端に、電極の活物質が塗工されていない部分である未塗工部１２３ａが積層された積層部１２６を有する。積層部は、集電体と接続された部分である接続部１２９の、電極体の周方向の両側のうちの少なくとも一方の側に設けられた切込部１２７であって、１以上の未塗工部それぞれにおける、巻回軸の方向に沿った切り込み１２７ａが形成された部分が積層された切込部１２７と、切込部の外周側に位置する非切込部１２８であって、１以上の未塗工部それぞれにおける切り込みを有しない部分が積層された非切込部とを有する蓄電素子。
【選択図】図４

Description

本発明は、電極体と電極体に接続された集電体とを備える蓄電素子に関する。

従来、リチウムイオン二次電池などの蓄電素子は、例えば、正極および負極と、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。

電極体の正極および負極のそれぞれの端部には、活物質が塗工されていない金属箔部分である未塗工部が積層された積層部が形成されており、積層部にはリード板または集電体等の金属部材が接続される。

このような構造の蓄電素子における積層部に関する技術も開示されている。例えば、特許文献１には、電極体（発電要素）の両端部に突出した電極のアルミニウム箔または銅箔を内側に曲げることで、振動等を受けた場合に、このアルミニウム箔または銅箔が電池ケースのアルミラミネートシートを傷付けるようなことがない旨が開示されている。

特開２００５−１７４６０２号公報

ここで、電極が巻回されることで形成された、いわゆる巻回型の電極体の場合、例えば、積層部を構成する複数の未塗工部を、厚み方向に寄せ集めた（圧縮した）状態で、集電体と接続される。

より具体的には、電極体において巻回軸を挟んで両側に位置する積層部のうちの一方が、例えば厚み方向の中央部を基準として寄せ集められ、集電体が有する長尺状の接続板部と溶接等により接続される。

この場合、巻回軸に近い内周側の複数の未塗工部は、積層方向の外周側への可動範囲が狭いにも関わらず、外周側に寄せられるように移動されるため、比較的大きなストレスが生じる場合がある。このことは、例えば、未塗工部の損傷等の不具合の発生の要因ともなる。

本発明は、上記従来の課題を考慮し、巻回型の電極体と電極体に接続された集電体とを備える蓄電素子であって、品質の高い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蓄電素子は、電極が巻回されることで形成された電極体と、前記電極体に接続された集電体とを備える蓄電素子であって、前記電極体は、巻回軸の方向の一端に、前記電極の、活物質が塗工されていない部分である未塗工部が積層された積層部を有し、前記積層部は、前記集電体と接続された部分である接続部の、前記電極体の周方向の両側のうちの少なくとも一方の側に設けられた切込部であって、１以上の未塗工部それぞれにおける、前記巻回軸の方向に沿った切り込みが形成された部分が積層された切込部と、前記積層部の積層方向において前記切込部の外周側に位置する非切込部であって、１以上の未塗工部それぞれにおける前記切り込みを有しない部分が積層された非切込部とを有する。

この構成によれば、積層部の、集電体と接続される部分（接続部）の周方向における側方に、巻回軸の方向に沿った切り込みを有する切込部と、切込部の外周側の非切込部とが設けられる。

これにより、巻回型の電極体における内周側の１以上の未塗工部に過大なストレスを与えない状態で、当該１以上の未塗工部を積層部の積層方向の中央付近に寄せることができる。その結果、未塗工部の予期しない破れ等の不具合の発生が抑制される。

また、積層部の積層方向の中央付近に複数の未塗工部を寄せ集め、その状態で、集電体とこれら複数の未塗工部（積層部）とを、溶接等によって接続することができる。従って、未塗工部の巻回軸の方向の長さを長くすることに起因する蓄電容量の低下等の問題を生じさせずに、蓄電素子を構成することができる。

また、切込部の外周側には、切り込みのない部分（非切込部）が設けられているため、集電体と溶接等によって接続される積層部の全体としての強度を、所定の強度に維持することができる。つまり、本態様の蓄電素子によれば、積層部の、集電体との接続のための成形がしやすくなる。また、積層部全体としての強度の維持も図られる。

さらに、電極体の内周部に切込部が設けられることで、例えば、電極体の湾曲部における未塗工部に生じ易い電流の集中を抑制することができ、これにより、電流の集中に起因する電極体の局所的な劣化が抑制される。

このように、本態様の蓄電素子は、巻回型の電極体と電極体に接続された集電体とを備える蓄電素子であって、品質の高い蓄電素子である。

また、本発明の一態様に係る蓄電素子において、前記切込部は、前記接続部の前記周方向の両側にそれぞれ設けられ、前記非切込部は、２つの前記切込部それぞれの前記積層方向における外周側に設けられているとしてもよい。

この構成によれば、積層部における接続部の周方向の両側に切込部が設けられるため、複数の未塗工部を、積層方向の中央付近に寄せ集めた場合における、内周側の複数の未塗工部に生じるストレスを更に軽減することができる。つまり、積層部の、集電体との接続のための成形性が更に向上される。

また、本発明の一態様に係る蓄電素子において、前記切込部は、前記切り込みを有する前記未塗工部が複数積層されることで形成されており、複数の前記未塗工部のうちの２つの前記未塗工部の、前記非切込部に近い一方の前記切り込みの長さは、他方の前記切り込みの長さよりも短いとしてもよい。

この構成によれば、例えば、複数の未塗工部の寄せ集めの基準位置よりも内周側でかつ基準位置に近い未塗工部に、基準位置よりも内周側でかつ基準位置から遠い未塗工部よりも短い切り込みを形成することができる。つまり、基準位置に近い未塗工部の切り込み長さを必要最小限に抑えることができる。これにより、積層部の成形性の向上と強度の維持とがバランスよく両立される。

また、本発明の一態様に係る蓄電素子において、前記切込部は、前記切り込みを有する前記未塗工部が複数積層されることで形成されており、複数の前記未塗工部それぞれの前記切り込みは、前記非切込部に近づくほど短くなるように形成されているとしてもよい。

この構成によれば、複数の未塗工部のそれぞれについて、寄せ集めの基準位置よりも内周側でかつ基準位置に近いほど、切り込みの長さを短くすることができる。つまり、複数の未塗工部それぞれの切り込み長さを必要最小限に抑えることができる。これにより、積層部の成形性の向上と強度の維持とがバランスよく両立される。

また、本発明の一態様に係る蓄電素子において、前記電極体は、湾曲部と直線部とを有する扁平形状であり、前記切込部は、前記積層部における直線部に形成されているとしてもよい。

この構成によれば、例えば、積層部に切込部を形成するための作業が容易化される。

また、本発明の一態様に係る蓄電素子の製造方法は、電極が巻回されることで形成された電極体と、前記電極体に接続された集電体とを備える蓄電素子の製造方法であって、前記電極体は、巻回軸の方向の一端に、前記電極の活物質が塗工されていない部分である未塗工部が積層された積層部を有し、前記製造方法は、前記積層部の積層方向における内周側の１以上の未塗工部に、前記巻回軸の方向に沿った切り込みを形成する切り込み形成工程と、前記積層部における前記切り込みの位置の、前記電極体の周方向の両側のうちの一方の側に、前記集電体を接続する接続工程とを含む。

この製造方法によれば、積層部における内周側の１以上の未塗工部に、巻回軸の方向に沿った切り込みが形成される。また、当該切り込みの周方向における側方の部分に、集電体が接続される。

これにより、上記いずれかの態様に係る蓄電素子を製造することができる。つまり、本態様に係る蓄電素子の製造方法によれば、巻回型の電極体と集電体とが接続される蓄電素子であって、品質の高い蓄電素子を製造することができる。

本発明によれば、巻回型の電極体と電極体に接続された集電体とを備える蓄電素子であって、品質の高い蓄電素子を提供することができる。

実施の形態における電池の内部構造の概要を示す斜視図である。 実施の形態における集電体と電極端子との接続態様を示す図である。 実施の形態における電極体の構成概要を示す斜視図である。 実施の形態の電極体における切込部の概要を示す模式図である。 実施の形態における積層部と集電体の接続板部とが接続された状態を示す模式図である。 図５に対応する、積層部付近の拡大斜視図である。 実施の形態における積層部および接続板部の断面の概要を示す図である。 実施の形態の変形例１の電極体における切込部の概要を示す模式図である。 実施の形態の変形例１における積層部および接続板部の断面の概要を示す図である。 実施の形態の変形例２の電極体における切込部の概要を示す模式図である。 実施の形態の変形例２における積層部と集電体とが接続された状態を示す模式図である。 実施の形態の変形例３の積層部における複数の切り込みの長さを示す模式図である。

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。

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形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、製造工程の順序などは、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。

まず、図１および図２を用いて、実施の形態における蓄電素子１０の全般的な説明を行う。

図１は、実施の形態における蓄電素子１０の内部構造の概要を示す斜視図である。具体的には、図１は、蓄電素子１０の内部構造を図示するために、後述する電池容器１００の一部の図示が省略された図である。

図２は、実施の形態における集電体１４０と負極端子３００との接続態様を示す図である。

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、例えば、非水電解質二次電池である。非水電解質電池としては、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。

なお、蓄電素子１０の種類は、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く、また、一次電池であってもよい。また、蓄電素子１０は、リチウムイオンキャパシタ等のキャパシタであってもよい。

図１に示すように、実施の形態における蓄電素子１０は、電池容器１００と、正極端子２００と、負極端子３００とを備える。正極端子２００は正極の電極端子であり、負極端子３００は負極の電極端子である。

電池容器１００は、金属からなる矩形筒状で底を備える本体１０１と、本体１０１の開口を閉塞する金属製の蓋板１１０とで構成されている。また、電池容器１００は、電極体１２０等を内部に収容後、蓋板１１０と本体１０１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。

正極端子２００は、電池容器１００の気密性を保つためのパッキン２３０を介して電池容器１００の蓋板１１０に取り付けられている。負極端子３００も同様にパッキン３３０を介して電池容器１００の蓋板１１０に取り付けられている。

なお、パッキン２３０および３３０のそれぞれは、例えば絶縁性の樹脂で形成されており、金属製の正極端子２００および負極端子３００と、金属製の電池容器１００（蓋板１１０）との間の電気的な絶縁の役割も有している。

また、図１に示すように、電池容器１００の内方には、電極体１２０が収容されており、さらに、正極側の集電体１３０と、負極側の集電体１４０とが配置されている。なお、蓄電素子１０の電池容器１００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。

また、図１には表されていないが、集電体１３０および集電体１４０のそれぞれと、蓋板１１０との間にも、集電体１３０および集電体１４０と、蓋板１１０とを絶縁するパッキン（下パッキン）が配置されている。

電極体１２０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り、全体が長円形状となるように形成されている。電極体１２０の詳細については、図３を用いて後述する。

集電体１３０は、正極端子２００および電極体１２０に接続された金属部材である。集電体１３０の素材としては、例えば、電極体１２０の正極と同じ素材であるアルミニウム、または、アルミニウム合金が採用される。集電体１３０は、電極体１２０と接続される一対の長尺状の接続板部１３２を有している。

集電体１４０は、負極端子３００および電極体１２０に接続された金属部材である。集電体１４０の素材としては、例えば、電極体１２０の負極と同じ素材である銅、または、銅合金が採用される。集電体１４０は、電極体１２０と接続される一対の長尺状の接続板部１４２を有している。

また、正極端子２００および集電体１３０は、本実施の形態では、かしめによって接続されている。負極端子３００および集電体１４０も同様にかしめによって接続されている。

例えば、図２に示すように、負極端子３００はリベット部３０５を有している。このリベット部３０５が、パッキン３３０、蓋板１１０（図１参照）、および、図示しない下パッキンを貫通し、集電体１４０の、電極接続部１４１に設けられた貫通孔１４１ａに挿入された状態で、リベット部３０５の先端がかしめられる。これにより、負極端子３００と集電体１４０とが接続される。

正極端子２００も同様に、正極端子２００が有するリベット部がかしめられることで、集電体１３０と接続されている。

このような構成の蓄電素子１０において、集電体１３０および集電体１４０のそれぞれと、電極体１２０とは、例えば超音波溶接によって接続されている。

電極体１２０は、巻回軸の方向（本実施の形態におけるＸ軸方向）の一端に、活物質が塗工されていない部分である未塗工部が積層された積層部を有する。本実施の形態では、図１に示すように、電極体１２０は、正極の未塗工部１２２ａが積層された積層部１３６と、負極の未塗工部１２３ａが積層された積層部１２６とを有する。

積層部１３６には、集電体１３０が有する一対の接続板部１３２が接続され、積層部１２６には、集電体１４０が有する一対の接続板部１４２が接続される。

集電体１４０に着目して説明すると、一対の接続板部１４２（図２以降の図において、接続板部１４２ａおよび１４２ｂと表記）が、電極体１２０の負極側の積層部１２６を挟むように集電体１４０が配置される。その状態で、接続板部１４２ａおよび１４２ｂのそれぞれと、積層部１２６とが、例えば超音波溶接によって接続される。

この接続の際、例えば接続板部１４２ａに接続される複数の未塗工部１２３ａは、積層方向の中央付近に寄せ集められ、加圧されながら接続板部１４２ａに接続される。

このような作業において、内周側から外周側に向かって寄せ集められる１以上の未塗工部１２３ａに生じるストレスの軽減等のために、本実施の形態では、電極体１２０の１以上の未塗工部１２３ａに切り込みが形成されている。

以下、本実施の形態に係る電極体１２０の構成および特徴を図３〜図７を用いて説明する。まず、図３を用いて、電極体１２０の基本的な構成を説明する。

図３は、実施の形態における電極体１２０の構成概要を示す斜視図である。

電極体１２０は、電極が巻回されることで形成された電極体の一例である。本実施の形態では、図３に示すように、電極体１２０は、正極１２２および負極１２３と、２枚のセパレータ１２４、１２５とが交互に積層されかつ巻回されることで形成されている。

つまり、電極体１２０は、正極１２２と、セパレータ１２４と、負極１２３と、セパレータ１２５とがこの順に積層され、かつ、断面が長円形状になるように巻回されることで形成されている。

すなわち、電極体１２０は、図３に示すように湾曲部と直線部とを有する扁平形状である。具体的には、電極１２０は、図３における上下の湾曲部（Ｚ軸方向プラス側およびマイナス側の、電極がターンしている部分）と、上下の湾曲部の間の直線部（電極がＺ軸方向と平行になっている部分）とを有している。

なお、図３において、符号Ｗが付された一点鎖線は、電極体１２０の巻回軸を表している。巻回軸Ｗは、電極等を巻回する際の中心軸となる仮想的な軸であり、本実施の形態では、電極体１２０の中心を通るＸ軸に平行な直線である。

正極１２２は、アルミニウムからなる長尺帯状の金属箔の表面に、正極活物質を含む合剤層が形成されたものである。

正極１２２が有する合剤層に含まれる正極活物質としては、例えば、ＬｉＭＰＯ_４、ＬｉＭＳｉＯ_４、ＬｉＭＢＯ_３（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、ＬｉＭＯ_２（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。

負極１２３は、銅からなる長尺帯状の金属箔の表面に、負極活物質層を含む合剤層が形成されたものである。

負極１２３が有する合剤層に含まれる負極活物質としては、例えばリチウムイオンを吸蔵放出可能な負極活物質であれば、適宜公知の材料を使用できる。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（Ｌｉ_４Ｔｉ_６Ｏ_１２等）、ポリリン酸化合物などが挙げられる。

このように構成された電極体１２０において、より具体的には、正極１２２と負極１２３とは、セパレータ１２４、１２５を介し、巻回軸Ｗの方向に互いにずらして巻回されている。

そして、正極１２２および負極１２３は、それぞれのずらされた方向の端縁部に、活物質が塗工されていない部分である未塗工部を有する。なお、未塗工部は、例えば「合剤層非形成部」とも呼ばれる。

具体的には、正極１２２は、巻回軸Ｗの方向の一端に、正極活物質が塗工されていない未塗工部１２２ａが積層された積層部１３６を有している。また、負極１２３は、巻回軸Ｗの方向の他端に、負極活物質が塗工されていない未塗工部１２３ａが積層された積層部１２６を有している。

つまり、正極１２２の露出した金属箔の層によって積層部１３６が形成され、負極１２３の露出した金属箔の層によって積層部１２６が形成されている。

このように、電極体１２０の巻回軸Ｗの方向の両端部のうちの一方は積層部１３６を有し、他方は積層部１２６を有する。

集電体１３０は、一対の接続板部１３２の間に積層部１３６が配置された状態で、これら接続板部１３２と積層部１３６とが超音波溶接によって接続されることで、電極体１２０の正極１２２と接続される。

また、集電体１４０は、一対の接続板部１４２（１４２ａおよび１４２ｂ）の間に積層部１２６が配置された状態で、これら接続板部１４２と積層部１２６とが超音波溶接によって接続されることで、電極体１２０の正極１２２と接続される。

なお、図３では、積層部１２６の、巻回軸Ｗを挟んで両側に位置する部分のそれぞれを、積層部１２６ａおよび１２６ｂと表記している。積層部１２６ａは、集電体１４０が有する接続板部１４２ａと接続され、積層部１２６ｂは集電体１４０が有する接続板部１４２ｂと接続される。

つまり、集電体１４０と積層部１２６との接続の際、積層部１２６ａの、巻回軸Ｗに近い１以上の未塗工部１２３ａ（内周部の１以上の未塗工部１２３ａ）は、Ｙ軸方向プラス側に寄せられる。また、積層部１２６ｂの、巻回軸Ｗに近い１以上の未塗工部１２３ａ（内周部の１以上の未塗工部１２３ａ）は、Ｙ軸方向マイナス側に寄せられる。

本実施の形態における電極体１２０は、上記接続によって生じ得る不具合の抑制等のための切り込み１２７ａを有している。切り込み１２７ａは、積層された１以上の未塗工部において、巻回軸Ｗの方向に沿って形成されている。

本実施の形態では、集電体１３０または１４０への接続の対象となる、複数の未塗工部のうちの最内周に位置する未塗工部を含む、複数の未塗工部のそれぞれに、切り込み１２７ａが形成されている。つまり、図３では、負極側の積層部１２６に設けられた切り込み１２７ａの端部の位置を直線で表しているが、正極側の積層部１３６にも同様に切り込みが形成されている。

また、本実施の形態では、電極体１２０の積層部１２６における直線部に、切り込み１２７ａが形成されている。

以下、実施の形態における電極体１２０が有する切り込み１２７ａおよびその効果等について図４〜図７を用いて説明する。

なお、本実施の形態では、負極側の部材（負極端子３００および集電体１４０等）と、正極側の部材（正極端子２００および集電体１３０等）の形状および取り付け構造等は、実質的に同一である。そのため、以下では、主として、負極側の部材に関する事項について説明し、正極側の部材に関する事項についてはその説明を適宜省略する。

また、積層部１２６ａおよび１２６ｂのそれぞれにおける、集電体１４０との接続の態様および切り込み１２７ａが存在することによる効果等も共通する。そのため、主として、積層部１２６ａと接続板部１４２ａとに関する事項について説明し、積層部１２６ｂと接続板部１４２ｂとに関する事項についてはその説明を適宜省略する。

図４は、実施の形態の電極体１２０における切込部１２７の概要を示す模式図である。

図５は、実施の形態における積層部１２６ａと集電体１４０の接続板部１４２ａとが接続された状態を示す模式図である。

図６は、図５に対応する、積層部１２ａ６付近の拡大斜視図である。

図７は、実施の形態における積層部１２６ａおよび接続板部１４２ａの断面の概要を示す図である。なお、図７では、図６におけるＡの部分の、接続板部１４２ａの長手方向（Ｚ軸方向）に直交する断面が模式的に示されている。

図４〜図７に示すように、電極体１２０の積層部１２６ａは、集電体１４０と接続された部分である接続部１２９を有する。なお、説明の便宜上、接続部１２９の、集電体１４０と接続される前の状態、つまり、積層部１２６ａにおける集電体１４０と接続されるべき部分についても「接続部１２９」と表記する。

また、積層部１２６ａは、接続部１２９の、電極体１２０の周方向の両側のうちの少なくとも一方の側に設けられた切込部１２７を有する。切込部１２７は、１以上の未塗工部１２３ａそれぞれにおける、巻回軸Ｗの方向に沿った切り込み１２７ａが形成された部分が積層されることで形成されている。

なお、本実施の形態では、電極体１２０における内周側の複数の未塗工部１２３ａに、巻回軸Ｗに平行な切り込み１２７ａが形成されており、これら切り込み１２７ａの長さは同一である。

積層部１２６ａはさらに、積層方向において切込部１２７の外周側に位置する非切込部１２８を有する。非切込部１２８は、１以上の未塗工部１２３ａそれぞれの切り込み１２７ａを有しない部分が積層されることで形成されている。

ここで、本実施の形態では、積層部１２６ａを構成する複数の未塗工部１２３ａは、集電体１４０の接続板部１４２ａとの接続前における積層方向の幅の中央（略中央を含む）に寄せ集められる。なお、図４および図５では、積層部１２６ａの積層方向の中央位置が、一点鎖線Ｐで表されている。

このように積層部１２６ａの複数の未塗工部１２３ａを中央に寄せ集めることで、例えば図３に示すように、巻回軸Ｗの方向の端部が揃えられた複数の未塗工部１２３ａの、積層方向から見た場合の重複面積を最大化することができる。

これにより、例えば、積層部１２６ａと集電体１４０の接続板部１４２ａとの溶接等による接続の信頼性を向上させることができる。

このように、積層方向の中央に向けて寄せ集められる複数の未塗工部１２３ａのうち、内周側の未塗工部１２３ａ（例えば図４における一点鎖線Ｐの左側の複数の未塗工部１２３ａ）は、積層方向における外周側への可動範囲が本来的には狭く、かつ、外周側に寄せられるように移動される。

そのため、内周側の未塗工部１２３ａには、過大なストレスが掛けられることが考えられ、このことは、積層部１２６ａと接続板部１４２ａとの接続の際、または、接続後における、未塗工部１２３ａの予期せぬ破れ等の要因となる。

また、例えば、電極体１２０の最内周に向けて複数の未塗工部１２３ａを寄せ集めることで、上記ストレスの問題は改善されるが、その一方で、外周側の複数の未塗工部１２３ａの、巻回軸Ｗの方向の長さを長くする必要がある。このことは、活物質が塗工された部分（塗工部）の減少を招き、蓄電容量の低下という別の問題を生じさせる。

そこで、本実施の形態における電極体１２０では、接続部１２９の側方における内周側に、切込部１２７が設けられている。つまり、外周側に寄せられるように移動される１以上の未塗工部１２３ａのそれぞれに、巻回軸Ｗの方向に沿った切り込み１２７ａが形成されている。

これにより、これら未塗工部１２３ａに掛かるストレスを抑制しながら、図５および図６に示すように、複数の未塗工部１２３ａを積層方向の中央付近に寄せ集めること（積層部１２６ａを積層方向に圧縮すること）ができる。その結果、未塗工部１２３ａの予期しない破れ等の不具合の発生が抑制される。

また、複数の未塗工部１２３ａを積層方向の中央を基準に寄せ集めた状態で、集電体１４０とこれら複数の未塗工部１２３ａ（積層部１２６ａ）とを、溶接等によって接続することができる。そのため、未塗工部１２３ａの巻回軸Ｗの方向の長さを、比較的に短くできる。すなわち、未塗工部１２３ａの巻回軸Ｗの方向の長さを長くすることに起因する蓄電容量の低下等の問題を生じさせずに、蓄電素子１０を構成することができる。

また、積層部１２６ａにおいて、切込部１２７の外周側には、切り込み１２７ａが形成されていない非切込部１２８が設けられており、これにより、積層部１２６ａの全体としての強度を、所定の強度に維持することができる。

すなわち、本実施の形態の蓄電素子１０では、複数の未塗工部１２３ａが積層されることで形成された積層部１２６ａの、集電体１４０との接続のための成形がしやすくなる。また、積層部１２６ａの全体としての強度の維持も図られる。

また、本実施の形態では、図４に示すように、接続部１２９の、電極体１２０における周方向の両側に切込部１２７が設けられているため、内周側の複数の未塗工部１２３ａに生じるストレスを更に軽減することができる。つまり、積層部１２６ａの成形性が更に向上される。

ここで、一般に、比較的に巻回数の多い電極体では、電極（正極および負極）の湾曲部における内周側に電流が集中しやすい。このことは、特に未塗工部において顕著である。この場合、長期にわたって繰り返される充放電サイクルにおいて、電流が集中する箇所に例えばリチウムの電析が生じ、これにより電極体が局所的に劣化する。

しかし、本実施の形態における電極体１２０では、内周側における１以上の未塗工部１２３ａに、切り込み１２７ａが形成されている。そのため、湾曲部の内周側における電流の集中が抑制され、これにより、長期の充放電サイクルで生じ得る局所的な劣化が抑制される。つまり、電極体１２０の品質の維持が図られる。

また、本実施の形態では、電極体１２０は、湾曲部と直線部とを有する扁平形状であり、切込部１２７は、積層部１２６における直線部に形成されている（例えば、図４参照）。そのため、例えば、レーザー光等を用いた切り込み１２７ａの形成が容易である。つまり、積層部１２６に切込部１２７を形成するための作業が容易化される。

なお、電極体１２０が切込部１２７および非切込部１２８を有することにより生じる上記の各種特徴は、正極側の積層部１３６にも適用される。さらに、後述する各種変形例において説明される積層部１２６（１２６ａ、１２６ｂ）の特徴等についても同様に、正極側の積層部１３６にも適用される。

このように、本実施の形態における蓄電素子１０は、巻回型の電極体１２０と電極体１２０に接続された集電体１４０とを備える蓄電素子１０であって、品質の高い蓄電素子１０である。

なお、本実施の形態における蓄電素子１０の製造方法としては、例えば、以下の工程を含む製造方法が例示される。

すなわち、蓄電素子１０の製造方法は、積層部１２６の積層方向における内周側の１以上の未塗工部１２３ａに、巻回軸Ｗの方向に沿った切り込み１２７ａを形成する切り込み形成工程と、積層部１２６における切り込み１２７ａの位置の、電極体１２０の周方向の両側のうちの一方の側に、集電体１４０を接続する接続工程とを含む。

ここで、電極体１２０の積層部１２６に切込部１２７を形成する場合、例えば、強度および照射角度等が制御されたレーザー光を用いて、１以上の未塗工部１２３ａに切り込み１２７ａを形成することができる。

つまり、蓄電素子１０の製造工程における制御の下で、１以上の未塗工部１２３ａに切り込み１２７ａが形成される。そのため、上述のような、未塗工部１２３ａに過大なストレスが掛けられることで発生する破れ等とは異なり、１以上の未塗工部１２３ａに対し、積層部１２６と集電体１４０との接続に適した位置および長さに切り込み１２７ａを形成することができる。また、後述するように、複数の未塗工部１２３ａそれぞれに、互いに長さの異なる切り込み１２７ａを形成することも可能である。

また、微小な金属片等の異物の発生を抑制しながら未塗工部１２３ａに切り込み１２７ａを形成すること、または、切り込み１２７ａの形成中もしくは形成後に、当該形成において発生した異物を除去することも可能である。

このように、本実施の形態における蓄電素子１０では、製造工程における制御の下で、電極体１２０の１以上の未塗工部１２３ａに切り込み１２７ａを形成する。そのため、例えば集電体１４０の形状またはサイズに応じた態様の切込部１２７を電極体１２０に精度よく設けることが可能である。また、切り込み１２７ａの形成により発生し得る異物の影響を蓄電素子１０から排除することが可能である。

また、蓄電素子１０が備える電極体１２０は、図３〜図６に示す切込部１２７とは異なる態様の切込部１２７を有してもよい。そこで、以下に、実施の形態における電極体１２０に関する各種の変形例を説明する。

（変形例１）
図８は、実施の形態の変形例１の電極体１２０における切込部１２７の概要を示す模式図である。

図９は、実施の形態の変形例１における積層部１２６ａおよび接続板部１４２ａの断面の概要を示す図である。

上記実施の形態では、集電体１４０と積層部１２６との接続の信頼性の向上等の観点から、積層部１２６の積層方向の中央を基準として、複数の未塗工部１２３ａを寄せ集めるとした。

しかしながら、複数の未塗工部１２３ａを寄せ集める基準は、積層部１２６の積層方向の中央には限定されず、例えば、集電体１４０の形状およびサイズ等に応じて、積層部１２６の積層方向の中央以外の位置に設定されてもよい。

例えば、図８に示すように、積層部１２６の積層方向の外周寄りの位置（一点鎖線Ｐ´の位置）を基準として、積層部１２６を構成する複数の未塗工部１２３ａを寄せ集めてもよい。

この場合、例えば図９に示すように、一点鎖線Ｐ´から遠い内周側の未塗工部１２３ａの、接続板部１４２ａに対する接続可能な長さ（巻回軸Ｗの方向の長さ）は比較的に短くなる。しかし、積層部１２６全体として、接続板部１４２ａとの接続に必要な面積を確保することは可能である。

本変形例における電極体１２０では、一点鎖線Ｐ´よりも内周側の複数の未塗工部１２３ａに切り込み１２７ａを形成することで、接続部１２９の、周方向の側方であって、かつ内周側に切込部１２７が設けられる。また、切込部１２７の外周側には、切り込み１２７ａを形成しないことにより非切込部１２８が設けられる。

これにより、内周側から外周側に寄せられるように移動される複数の未塗工部１２３ａのストレスが軽減され、非切込部１２８の存在により、積層部１２６の全体としての強度が維持される。また、内周側に切込部１２７が存在することで、電極体１２０の湾曲部における電流の集中も抑制される。

つまり、電極体１２０の積層部１２６において、複数の未塗工部１２３ａが寄せ集められる基準となる位置よりも内周側に切込部１２７を設け、かつ、その外周側に非切込部１２８を設ける。これにより、上記実施の形態で説明したように、内周側の１以上の未塗工部１２３ａの保護、積層部１２６の強度の維持、および、電極体１２０における局所的な劣化の抑制等の効果を得ることができる。

（変形例２）
図１０は、実施の形態の変形例２の電極体１２０における切込部１２７の概要を示す模式図である。

図１１は、実施の形態の変形例２における積層部１２６と集電体１４０と接続された状態を示す模式図である。

図１０に示す電極体１２０の積層部１２６は、湾曲部（図１０では上下両方の湾曲部）の内周側に、切込部１２７を有する。また、２つの湾曲部の切込部１２７それぞれの外周側に非切込部１２８が設けられている。

つまり、本変形例では、巻回軸Ｗを挟んで対向する積層部１２６ａおよび積層部１２６ｂの間に相当する位置に、切込部１２７と非切込部１２８とが設けられている。

これにより、例えば図１１に示すように、積層部１２６ａおよび積層部１２６ｂのそれぞれについて、それぞれの厚み方向の中央付近を基準に複数の未塗工部１２３ａを寄せ集めた場合、内周側の複数の未塗工部１２３ａを無理なく寄せ集めることができる。

つまり、外周側への可動範囲の狭さが問題となる内周側の複数の未塗工部１２３ａのそれぞれにおいて集電体１４０との接続の際に生じうるストレスを、湾曲部に設けられた切込部１２７によって軽減することができる。

また、切込部１２７の外周側に存在する非切込部１２８により、積層部１２６の全体としての強度は維持される。さらに、電極体１２０の湾曲部の内周側に切込部１２７が存在することで、当該内周側における電流の集中が抑制され、その結果、局所的な劣化が抑制される。

（変形例３）
図１２は、実施の形態の変形例３の積層部１２６ａにおける複数の切り込み１２７ａの長さを示す模式図である。

本変形例における積層部１２６ａは、上記実施の形態における積層部１２６ａと同じく、切込部１２７と非切込部１２８とを有し、積層方向の中央位置（一点鎖線Ｐ）を基準として複数の未塗工部１２３ａが寄せ集められるよう設計されている。

しかしながら、本変形例における積層部１２６ａは、切込部１２７を構成する複数の切り込み１２７ａの長さが同一ではない点において、上記実施の形態とは異なる。

具体的には、切込部１２７は、切り込み１２７ａを有する未塗工部１２３ａが複数積層されることで形成されている。これら複数の未塗工部１２３ａのうちの２つの未塗工部１２３ａの、非切込部１２８に近い一方の切り込み１２７ａの長さは、他方の切り込み１２７ａの長さよりも短い。

例えば、図１２に示される４つの切り込み１２７ａのうち、非切込部１２８に最も近い切り込み１２７ａの長さＬ１は、非切込部１２８から最も遠い切り込み１２７ａの長さＬ４よりも短い。

つまり、複数の未塗工部１２３ａの寄せ集めの基準位置よりも内周側であって、当該基準位置に近い未塗工部１２３ａは、寄せ集めの際の変位は比較的に小さいため、切り込み１２７ａの長さが比較的に短い場合であっても過大なストレスは生じない。

そこで、２つの未塗工部１２３ａを比較した場合に、非切込部１２８に近い一方の未塗工部１２３ａの切り込み１２７ａの長さを、他方の切り込み１２７ａの長さよりも短くする。

つまり、複数の未塗工部１２３ａの寄せ集めの基準位置に近い未塗工部１２３ａの切り込み１２７ａの長さを必要最小限に抑えてもよい。これにより、積層部１２６の成形性の向上と強度の維持とをバランスよく両立させることができる。

さらに、本変形例では、切込部１２７に含まれる、複数の未塗工部１２３ａそれぞれの切り込み１２７ａは、非切込部１２８に近づくほど短くなるように形成されている。

具体的には、図１２に示される４つの切り込み１２７ａそれぞれの長さ（Ｌ１〜Ｌ４）は、Ｌ４、Ｌ３、Ｌ２、Ｌ１の順に短くなっている。つまり、４つの切り込み１２７ａそれぞれの長さは、非切込部１２８に近づくほど短い。

すなわち、集電体１４０との接続の際に外周側に向けて移動される複数の未塗工部１２３ａそれぞれの切り込み１２７ａの長さを、当該未塗工部１２３ａの変位量に応じた必要最小限の長さに抑えてもよい。これにより、積層部１２６の成形性の向上と強度の維持とをバランスよく両立させることができる。

（他の実施の形態）
以上、本発明に係る蓄電素子について、実施の形態およびその変形例に基づいて説明した。しかしながら、本発明は、実施の形態およびその変形例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またはその変形例に施したものも、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。

例えば、上記実施の形態では、電極体１２０における内周側の複数の未塗工部１２３ａに、巻回軸Ｗに平行な切り込み１２７ａが形成されているとした（例えば図６参照）。

しかしながら、電極体１２０に形成される切り込み１２７ａは、巻回軸Ｗに平行である必要はない。例えば、切り込み１２７ａの一部または全部が巻回軸Ｗに対して傾いていてもよい。つまり、切り込み１２７ａは、未塗工部１２３ａの端縁から、巻回軸Ｗに沿った方向（巻回軸Ｗに平行な成分を有する方向）に形成された部分を有することで、上述の、未塗工部１２３ａに掛かるストレスの抑制等の効果を奏することができる。

また、例えば、上記実施の形態では、集電体１４０が有する接続板部１４２は、電極体１２０の積層部１２６の外周側から積層部１２６と接続している（例えば図１参照）。しかし、集電体１４０の接続板部１４２は、積層部１２６の内側から、つまり、巻回型の電極体１２０の内周側から、積層部１２６と接続してもよい。

この場合であっても、積層部１２６を構成する複数の未塗工部１２３ａが、積層方向のいずれかの位置を基準に寄せ集められる場合、積層部１２６が切込部１２７と非切込部１２８とを有することで、未塗工部１２３ａの保護等の効果を得ることができる。

また、上記実施の形態では、積層部１２６の接続部１２９の周方向の両側に切込部１２７と非切込部１２８との組が設けられている。しかし、切込部１２７と非切込部１２８との組は、接続部１２９の周方向の両側のうちの一方にのみ設けられていてもよい。この場合であっても、切込部１２７が存在することによる未塗工部１２３ａの保護等の効果を得ることができる。

また、集電体１４０と電極体１２０との接続の手法は、超音波溶接に限定されない。例えば、積層部１２６と接続板部１４２とを、抵抗溶接またはクリンチングによって接続してもよい。

また、電極体１２０の積層部１２６を、接続時の振動または衝撃等から保護するために、集電体１４０と電極体１２０との接続に、金属製の当て板が用いられてもよい。つまり、当て板が、積層部１２６とともに集電体１４０に接続されてもよい。

また、例えば図３に示される積層部１２６ａおよび積層部１２６ｂのそれぞれは、１つの集電体１４０に接続されている必要はなく、互いに別体の集電体に接続されてもよい。

本発明は、巻回型の電極体と電極体に接続された集電体とを備える蓄電素子であって、品質の高い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蓄電素子等として有用である。

１０ 蓄電素子
１００ 電池容器
１０１ 本体
１１０ 蓋板
１２０ 電極体
１２２ 正極
１２２ａ、１２３ａ 未塗工部
１２３ 負極
１２４、１２５ セパレータ
１２６、１２６ａ、１２６ｂ、１３６ 積層部
１２７ 切込部
１２７ａ 切り込み
１２８ 非切込部
１２９ 接続部
１３０、１４０ 集電体
１３２、１４２、１４２ａ、１４２ｂ 接続板部
１４１ 電極接続部
１４１ａ 貫通孔
２００ 正極端子
２３０、３３０ パッキン
３００ 負極端子
３０５ リベット部

Claims (6)

1. 電極が巻回されることで形成された電極体と、前記電極体に接続された集電体とを備える蓄電素子であって、
   前記電極体は、巻回軸の方向の一端に、前記電極の、活物質が塗工されていない部分である未塗工部が積層された積層部を有し、
   前記積層部は、
   前記集電体と接続された部分である接続部の、前記電極体の周方向の両側のうちの少なくとも一方の側に設けられた切込部であって、１以上の未塗工部それぞれにおける、前記巻回軸の方向に沿った切り込みが形成された部分が積層された切込部と、
   前記積層部の積層方向において前記切込部の外周側に位置する非切込部であって、１以上の未塗工部それぞれにおける前記切り込みを有しない部分が積層された非切込部とを有する
   蓄電素子。
2. 前記切込部は、前記接続部の前記周方向の両側にそれぞれ設けられ、
   前記非切込部は、２つの前記切込部それぞれの前記積層方向における外周側に設けられている
   請求項１記載の蓄電素子。
3. 前記切込部は、前記切り込みを有する前記未塗工部が複数積層されることで形成されており、
   複数の前記未塗工部のうちの２つの前記未塗工部の、前記非切込部に近い一方の前記切り込みの長さは、他方の前記切り込みの長さよりも短い
   請求項１または２に記載の蓄電素子。
4. 前記切込部は、前記切り込みを有する前記未塗工部が複数積層されることで形成されており、
   複数の前記未塗工部それぞれの前記切り込みは、前記非切込部に近づくほど短くなるように形成されている
   請求項１または２に記載の蓄電素子。
5. 前記電極体は、湾曲部と直線部とを有する扁平形状であり、前記切込部は、前記積層部における直線部に形成されている
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の蓄電素子。
6. 電極が巻回されることで形成された電極体と、前記電極体に接続された集電体とを備える蓄電素子の製造方法であって、
   前記電極体は、巻回軸の方向の一端に、前記電極の活物質が塗工されていない部分である未塗工部が積層された積層部を有し、
   前記製造方法は、
   前記積層部の積層方向における内周側の１以上の未塗工部に、前記巻回軸の方向に沿った切り込みを形成する切り込み形成工程と、
   前記積層部における前記切り込みの位置の、前記電極体の周方向の両側のうちの一方の側に、前記集電体を接続する接続工程と
   を含む蓄電素子の製造方法。

Images