JP2016122610A - 蓄電素子 - Google Patents

Abstract

【課題】スペーサの損傷を抑制することができる蓄電素子を提供する。
【解決手段】正極及び負極が巻回されることで形成された電極体１４０と、電極体１４０を収納した外装体１００と、電極体１４０と外装体１００との間に配置された正極集電体１２０とを備える蓄電素子１０であって、電極体１４０は、対向する一対の扁平部１４３及び１４４と、当該一対の扁平部１４３及び１４４を繋ぐ湾曲部１４５及び１４６とを有し、正極集電体１２０は、扁平部１４４において扁平部１４４の一部のみを覆い、かつ、覆う部分の少なくとも一部は、電極体１４０の巻回方向における扁平部１４４の端部１４４ａに配置されている。
【選択図】図５

Description

本発明は、極板が巻回されることで形成された電極体と、電極体を収納した外装体と、電極体と外装体との間に配置されたスペーサとを備える蓄電素子に関する。

極板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を備える蓄電素子では、電極体と電極端子とを接続する集電体で発生した熱を効率良く放熱するとともに当該蓄電素子の外装体の側面を補強するために、電極体の外周側面に集電体を配置する手法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開平１１−３３９７５７号公報

しかしながら、このような手法では、蓄電素子が振動するような環境下において、外装体内部で電極体が振動することで、電極体と外装体との間に配置された例えば集電体等のスペーサにかかる物理的な負荷が増大する虞がある。このような負荷の増大は、当該スペーサの損傷を引き起こす要因となる。

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、スペーサの損傷を抑制することができ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蓄電素子は、極板が巻回されることで形成された電極体と、前記電極体を収納した外装体と、前記電極体と前記外装体との間に配置されたスペーサとを備える蓄電素子であって、前記電極体は、対向する一対の扁平部と、当該一対の扁平部を繋ぐ湾曲部とを有し、前記スペーサは、前記扁平部において前記扁平部の一部のみを覆い、かつ、覆う部分の少なくとも一部は、前記電極体の巻回方向における前記扁平部の端部に配置されている。

また、前記スペーサは、前記電極体と電極端子とを接続する集電体であってもよい。

また、前記スペーサの少なくとも一部は、前記電極体の前記扁平部と前記湾曲部との境界に配置されてもよい。

また、前記スペーサは、前記巻回方向における前記扁平部の中心側に向かって配置される部分を有してもよい。

また、前記スペーサは、前記電極体の巻回軸と平行な方向に延びる長尺状の延伸部を有してもよい。

本発明によれば、スペーサの損傷を抑制することができる蓄電素子を提供することができる。

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視図である。 本発明の実施の形態に係る蓄電素子の外装体内方に配置されている構成要素を示す斜視図である。 本発明の実施の形態に係る電極体の構成を示す斜視図である。 図３ＡのＩＩＩＢ−ＩＩＩＢ断面における断面図である。 本発明の実施の形態に係る電極体における、耐変形性の偏り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及び電極体の形状を示す図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は（ａ）のＶｂ−Ｖｂ断面における断面図、（ｃ）は底面図である。 本発明の実施の形態に係る蓄電素子の断面図である。 本発明の実施の形態において、電極体の巻回方向における扁平部及びの中央部が一層つぶれた場合の正極集電体及び電極体の形状を示す底面図である。 本発明の実施の形態の変形例１に係る正極集電体及び電極体の形状を示す側面図である。 図８のＩＸ−ＩＸ断面における断面図である。 本発明の実施の形態の変形例２に係る蓄電素子の外装体内方に配置されている構成要素を示す斜視図である。 図１０のＸＩ−ＸＩ断面における断面図である。 本発明の実施の形態の変形例３に係る正極集電体及び電極体の形状を示す側面図である。 本発明の実施の形態の変形例４に係る蓄電素子の外観を模式的に示す斜視図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態に係る蓄電素子について説明する。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、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、より好ましい形態を構成する任意の構成要素として説明される。また、各図において、寸法等は厳密には一致しない。

（実施の形態）
まず、蓄電素子１０の構成について、詳細に説明する。

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視図である。また、図２は、本発明の実施の形態に係る蓄電素子１０の外装体１００内方に配置されている構成要素を示す斜視図である。具体的には、図２は、蓄電素子１０から外装体１００の本体１１１を分離した状態での構成を示す斜視図である。また、図３Ａは、本発明の実施の形態に係る電極体１４０の構成を示す斜視図であり、図３Ｂは、図３ＡのＩＩＩＢ−ＩＩＩＢ断面における断面図である。

なお、図１及び以降の図では、説明の便宜のため、Ｚ軸方向を上下方向として示しており、Ｚ軸方向を上下方向として説明している箇所があるが、実際の使用態様において、Ｚ軸方向が上下方向になるとは限らない。

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。例えば、蓄電素子１０は、電気自動車（ＥＶ）、ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）、プラグインハイブリッド電気自動車（ＰＨＥＶ）または人工衛星等に適用される。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。

図１に示すように、蓄電素子１０は、外装体１００と、正極端子２００と、負極端子３００とを備えている。また、図２に示すように、外装体１００内方には、正極集電体１２０と、電極体１４０とが収容（収納）されている。また、図２では図示されていないが、外装体１００内方には、さらに、負極集電体１３０（図５参照）が収容されている。

なお、上記の構成要素の他、電極体１４０と外装体１００の内壁との間に配置されるスペーサ、外装体１００内の圧力が上昇したときに当該圧力を開放するための安全弁、または、電極体１４０等を包み込む絶縁フィルムなどが配置されていてもよい。また、蓄電素子１０の外装体１００の内部には電解液（非水電解質）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。なお、外装体１００に封入される電解液としては、蓄電素子１０の性能を損なうものでなければその種類に特に制限はなく、様々なものを選択することができる。

外装体１００は、長円筒状で底を備える本体１１１と、本体１１１の開口を閉塞する板状部材である蓋体１１０とで構成されている。また、外装体１００は、電極体１４０等を内部に収容後、蓋体１１０と本体１１１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。なお、蓋体１１０及び本体１１１の材質は、特に限定されないが、例えばステンレス鋼、アルミニウム、アルミニウム合金など溶接可能な金属であるのが好ましい。

正極端子２００は、正極集電体１２０を介して、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、負極集電体１３０を介して、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の外部空間に導出し、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。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。なお、正極端子２００及び負極端子３００は、アルミニウムまたはアルミニウム合金などで形成されている。

正極集電体１２０は、電極体１４０と外装体１００との間に配置され、電極体１４０と正極端子２００とを接続する、導電性と剛性とを備えた部材である。具体的には、正極集電体１２０は、電極体１４０の扁平部１４３及び１４４（後述する）において当該扁平部１４３及び１４４の一部のみを覆い、かつ、覆う部分の少なくとも一部が、電極体１４０の巻回方向（長円の周方向）における扁平部１４３及び１４４の端部１４３ａ、１４３ｂ、１４４ａ及び１４４ｂに配置されている。より具体的には、正極集電体１２０は、本実施の形態では、端部１４４ａに配置されている。なお、以下では、電極体１４０の巻回方向を、単に「巻回方向」と記載する場合がある。

この正極集電体１２０は、蓄電素子１０の底部（Ｚ軸方向マイナス側の部分）において、電極体１４０の後述する正極側の端部１４１に溶接などによって接合されている。なお、正極集電体１２０は、正極の正極集電箔と同様、アルミニウムまたはアルミニウム合金などで形成されている。正極集電体１２０の詳細な構成については、後述する。

また、負極集電体１３０（図５参照）は、電極体１４０の負極と外装体１００との間に配置され、電極体１４０と負極端子３００とを接続する、導電性と剛性とを備えた部材である。この負極集電体１３０は、蓄電素子１０の上部（Ｚ軸方向プラス側の部分）において、電極体１４０の負極側の端部１４２に溶接などによって接合されている。なお、負極集電体１３０は、負極の負極集電箔と同様、銅または銅合金などで形成されている。

電極体１４０は、電気を蓄えることができる発電要素であり、正極と負極とセパレータとを備え、当該正極、負極及びセパレータがＸ軸方向及びＹ軸方向に積層されて形成されている。具体的には、電極体１４０は、正極、負極及びセパレータが巻回されて形成された巻回型の電極体であり、正極集電体１２０及び負極集電体１３０と電気的に接続される。

正極は、アルミニウムやアルミニウム合金などからなる長尺帯状の金属箔である正極基材層の表面に、正極活物質層が形成された電極板である。なお、正極活物質層に用いられる正極活物質としては、リチウムイオンを吸蔵放出可能な正極活物質であれば、適宜公知の材料を使用できる。例えば、正極活物質として、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。

負極は、銅や銅合金などからなる長尺帯状の金属箔である負極基材層の表面に、負極活物質層が形成された電極板である。なお、負極活物質層に用いられる負極活物質としては、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、負極活物質として、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−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、及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_５Ｏ_１２等）、ポリリン酸化合物などが挙げられる。

セパレータは、樹脂からなる微多孔性のシートである。なお、蓄電素子１０に用いられるセパレータは、特に従来用いられてきたものと異なるところはなく、蓄電素子１０の性能を損なうものでなければ適宜公知の材料を使用できる。また、外装体１００に封入される電解液（非水電解質）としても、蓄電素子１０の性能を損なうものでなければその種類に特に制限はなく様々なものを選択することができる。

ここで、電極体１４０は、正極と負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が巻回されて形成されている。具体的には、電極体１４０は、正極と負極とが、セパレータを介して、巻回軸の方向に互いにずらして巻回されている。そして、正極及び負極は、それぞれのずらされた方向の端縁部に、活物質が塗工されず基材層が露出した（活物質層が形成されていない）部分（活物質層非形成部）を有している。

なお、巻回軸とは、正極及び負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１４０の中心を通るＺ軸方向に平行な直線である。

具体的には、電極体１４０は、巻回軸方向の一端（Ｚ軸方向マイナス側の端部）に、正極の活物質層非形成部が積層された正極側の端部１４１を有している。また、同様に、電極体１４０は、巻回軸方向の他端（Ｚ軸方向プラス側の端部）に、負極の活物質層非形成部が積層された負極側の端部１４２を有している。

また、電極体１４０は、巻回軸方向と直交する方向（本実施の形態ではＹ軸方向）に扁平な（つぶれた）形状である。これにより、電極体１４０は、巻回軸方向から見て、長円形状を有しているため、長円形状の直線部分が平坦な形状となり、長円形状の曲線部分が湾曲した形状となる。このため、図３Ｂに示すように、電極体１４０は、対向する一対の扁平部１４３及び１４４と、対向する一対の湾曲部１４５及び１４６とを有している。

つまり、一対の扁平部１４３及び１４４と一対の湾曲部１４５及び１４６とは、正極と負極とセパレータとが巻回されることにより形成された部分である。また、一対の扁平部１４３及び１４４と一対の湾曲部１４５及び１４６とは、正極または負極の活物質が形成されている領域内に配置される部分である。

具体的には、一対の扁平部１４３及び１４４は、正極または負極の活物質が形成されている領域のうち、電極体１４０のＹ軸方向プラス側及びマイナス側に配置された平坦形状を有する部分であり、互いに対向して配置されている。

一対の湾曲部１４５及び１４６は、正極または負極の活物質が形成されている領域のうち、一対の扁平部１４３及び１４４を繋ぐ湾曲形状を有する部分であり、互いに対向して配置されている。つまり、湾曲部１４５は、一端が扁平部１４３の一端に接続され、他端が扁平部１４４の一端に接続された略Ｕ字形状の部分であり、電極体１４０のＸ軸方向マイナス側に配置されている。また、湾曲部１４６は、一端が扁平部１４３の他端に接続され、他端が扁平部１４４の他端に接続された略Ｕ字形状の部分であり、電極体１４０のＸ軸方向プラス側に配置されている。

言い換えれば、扁平部１４３は、一端が湾曲部１４５の一端に接続され、他端が湾曲部１４６の一端に接続されている。また、扁平部１４４は、一端が湾曲部１４５の他端に接続され、他端が湾曲部１４６の他端に接続されている。

このように構成された巻回型の電極体１４０は、比較的変形しやすい部分と比較的変形しにくい部分とを有する。つまり、電極体１４０は、偏った耐変形性（変形のしにくさ）を有する。

図４は、本実施の形態に係る電極体１４０における、耐変形性の偏りを説明するための図である。具体的には、同図は、電極体１４０に対して外方から一様に圧迫力Ｆａがかけられた場合の、図３ＡのＩＩＩＢ−ＩＩＩＢ断面における電極体１４０の断面図である。

巻回型の電極体１４０は、扁平部１４３及び１４４よりも湾曲部１４５及び１４６において、積層方向に変形しにくく、また、当該電極体１４０の巻回軸の方向（Ｚ軸と平行な方向）から見て、長手方向よりも短手方向において変形しにくい。これにより、電極体１４０は、扁平部１４３及び１４４の端部１４３ａ、１４３ｂ、１４４ａ及び１４４ｂにおいて、変形しにくくなる。

特に、電極体１４０は、端部１４３ａ、１４３ｂ、１４４ａ及び１４４ｂのうち、扁平部１４３及び１４４と湾曲部１４５及び１４６との境界において、変形しにくくなる。

これにより、同図に示すように、電極体１４０に外方から一様に圧迫力Ｆａがかけられた場合、当該電極体１４０は、巻回軸の方向（Ｚ軸方向）から見て、Ｙ軸方向の厚みが、扁平部１４３及び１４４の中央部から端部１４３ａ、１４３ｂ、１４４ａ及び１４４ｂに向かって漸次大きくなり、扁平部１４３及び１４４と湾曲部１４５及び１４６との境界において最大となる形状となる。

ここで、例えば、扁平部１４３及び１４４の端部１４３ａ、１４３ｂ、１４４ａ及び１４４ｂは、扁平部１４３及び１４４のうち湾曲部１４５及び１４６の影響により厚みが大きい部分として定義することができ、具体的には、湾曲部１４５側に位置する端部１４３ａ及び１４４ａは、電極体１４０の巻回軸の方向から見て、扁平部１４３及び１４４の各々と湾曲部１４５との境界から、湾曲部１４５の外形によって形成される円１４５Ｒの半径ｒ１の距離以内の領域として定義することができる。また、湾曲部１４６側に位置する端部１４３ｂ及び１４４ｂについても同様に、湾曲部１４６の外形によって定まる円によって定義することができる。

なお、湾曲部１４５及び１４６の各々の外形によって形成される各円の半径は、電極体１４０を外装体１００から取り出した状態で当該各円の半径を測定することにより求めることができる。また、扁平部１４３及び１４４の各々と湾曲部１４５及び１４６との境界は、湾曲部１４５及び１４６の各々の外形によって形成される各円の中心角が実質的に１８０°となる位置として定義することができる。

次に、正極集電体１２０の構成について詳細に説明しながら、正極集電体１２０と電極体１４０との位置関係について述べる。

図５は、本発明の実施の形態に係る正極集電体１２０及び電極体１４０の形状を示す図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は（ａ）のＶｂ−Ｖｂ断面における断面図、（ｃ）は底面図である。なお、同図は、蓄電素子１０から外装体１００の本体１１１を分離した状態での構成を示す図である。

図２及び図５に示すように、正極集電体１２０は、本実施の形態では、扁平部１４４において当該扁平部１４４の一部のみを覆い、かつ、覆う部分の少なくとも一部は、扁平部１４４の端部１４４ａに配置されている。また、本実施の形態では、当該覆う部分の少なくとも一部は、電極体１４０の扁平部１４４と湾曲部１４５との境界に配置されている。

正極集電体１２０は、電極体１４０の巻回軸と平行な方向（Ｚ軸方向）に延びる長尺状の延伸部１２１を有する。また、さらに、正極集電体１２０は、巻回軸の方向における扁平部１４４の一方の端部である正極側の端部１４１と接続される接続部１２２を有する。

延伸部１２１は、正極端子２００側から電極体１４０の正極側の端部１４１に延設され、本実施の形態では、端部１４４ａに配置されている。つまり、延伸部１２１は、端部１４４ａにおいて当該電極体１４０の巻回軸と平行な方向（Ｚ軸方向）に配置されている。これにより、正極集電体１２０と端部１４４ａとの当接領域を大きく確保することができる。

接続部１２２は、延伸部１２１から、巻回方向における扁平部１４４の中心側に向かって配置されている。具体的には接続部１２２は、延伸部１２１の端部から巻回方向における電極体１４０の中心側に向かって延びる帯状の形状を有し、延伸部１２１と反対側の端部が蛇腹状に繰り返し屈曲された形状を有する。

接続部１２２のうち蛇腹状に屈曲された部分（以下、「蛇腹部分」と記載する）は、電極体１４０の正極側の端部１４１と接続固定される。具体的には、端部１４１において、正極の活物質層非形成部は複数層ごと（例えば、２０層ごと）に束ねられている。これら各束は、蛇腹部分に形成された凹部に挿入されて、例えば超音波溶接、抵抗溶接またはカシメ等によって当該蛇腹部分に接続固定される。

この蛇腹部分は、電極体１４０の正極側の端部１４１のうち扁平部１４４に隣接する領域（湾曲部１４５及び１４６に隣接しない領域）に配置されている。つまり、正極集電体１２０は、正極側の端部１４１のうち扁平部１４４に隣接する領域で、電極体１４０と接続固定される。これにより、正極集電体１２０と電極体１４０との接続を比較的平坦な箇所で行うことができるので、例えば超音波溶接、抵抗溶接またはカシメ等による接続作業を容易に行うことができる。

ここで、本願発明者らは、鋭意検討の結果、蓄電素子が振動するような環境下において、外装体内部で電極体が振動することで、電極体と外装体との間に配置された正極集電体にかかる物理的な負荷が増大する虞があることを見出した。このような負荷の増大は、当該正極集電体の損傷を引き起こす要因となる可能性がある。特に、この問題は、激しい衝撃及び振動等が印加される例えば人工衛星等に搭載される蓄電素子において、顕著となる。

これに対して、本実施の形態では、正極集電体１２０は、延伸部１２１が端部１４４ａに配置されている。

図６は、本実施の形態に係る蓄電素子１０の断面図である。具体的には、図５の（ａ）のＶｂ−Ｖｂ断面における蓄電素子１０の断面図である。

同図に示すように、正極集電体１２０の少なくとも一部（本実施の形態では、延伸部１２１）は、扁平部１４４の端部１４４ａにおいて、電極体１４０と外装体１００との間に配置される。

上述したように、扁平部１４３及び１４４の端部１４３ａ、１４３ｂ、１４４ａ及び１４４ｂは、電極体１４０が外装体１００内に収容された場合に、扁平部１４３及び１４４の他部よりも外装体１００によって比較的強く圧迫される。

したがって、蓄電素子１０が振動するような環境下においても、端部１４３ａ、１４３ｂ、１４４ａ及び１４４ｂは、他部よりも外装体１００に対して強固に固定される。つまり、電極体１４０は、端部１４３ａ、１４３ｂ、１４４ａ及び１４４ｂにおいて、外装体１００と強固に固定される。

すなわち、正極集電体１２０の延伸部１２１は、端部１４４ａに配置されていることにより、電極体１４０と外装体１００とによって強固に挟持される。

このように、本実施の形態では、外装体１００に対して電極体１４０が強固に固定されている箇所に正極集電体１２０の延伸部１２１が配置されている。つまり、延伸部１２１は、蓄電素子１０が振動するような環境下においても、外装体１００内部で電極体１４０が移動しにくい部分に配置されている。

これにより、蓄電素子１０が振動するような環境下において外装体１００内部で電極体１４０が振動することによる、正極集電体１２０にかかる物理的な負荷を低減することできる。よって、正極集電体１２０の損傷を抑制することができる。

また、蓄電素子１０の充放電の繰り返しによって、電極板の膨張収縮が繰り返される。その結果、電極体１４０の形状が蓄電素子１０の作製時から大きく変形されることとなる。そのように電極体１４０が変形した場合であっても、扁平部１４３及び１４４の端部１４３ａ、１４３ｂ、１４４ａ及び１４４ｂのいずれかに正極集電体１２０を備えることによって、効率良く電極体１４０を圧迫することができる。このため、蓄電素子１０の振動等による電極体１４０の動きを抑制することができる。つまり、上記のように電極体１４０が電極板の膨張収縮で変形した場合、扁平部１４３及び１４４の端部１４３ａ、１４３ｂ、１４４ａ及び１４４ｂが膨張するように変形するため、そこに正極集電体１２０を配置することによって、他の箇所に正極集電体１２０を配置するよりも電極体１４０をより強く圧迫することができる。

以下、本願発明者らが行った、本実施の形態に係る蓄電素子１０の評価試験について説明する。

この評価試験では、本実施の形態の比較例として、正極集電体が巻回方向における扁平部１４３及び１４４の中央部（端部１４３ａ、１４３ｂ、１４４ａ及び１４４ｂを除く部分）に配置された蓄電素子を用いた。

まず、本実施の形態に係る蓄電素子１０、及び、比較例に係る蓄電素子の各々を、厚さ５ｍｍのステンレス鋼板を用いて締め付けることにより、これらに対して１．５ｋｇｆ／ｃｍ^２の面圧を印加した。その後、当該面圧を印加した状態で、振動試験を実施した。

この評価試験の結果、比較例に係る蓄電素子では、ＡＣ（交流）インピーダンスが顕著に増加し、また、正極集電体の破断等の損傷が確認された。これに対し、本実施の形態に係る蓄電素子１０では、ＡＣインピーダンスの変動は少なく、また、正極集電体１２０の破断等の損傷も確認されなかった。

このように、評価試験によって、正極集電体１２０の少なくとも一部が端部１４４ａに配置されていることにより、当該正極集電体１２０の損傷を抑制できることが確認された。

また、上述したように、正極集電体１２０は、巻回方向における扁平部１４４の中心側に向かって配置される接続部１２２において、電極体１４０の端部１４１と接続される。この接続の際、例えば、端部１４１では、電極体１４０の正極の活物質層非形成部が複数層ごとに束ねられて接続部１２２と接続されることにより、外周側に位置する正極の活物質層非形成部が内周側に寄せ集められる場合がある。この場合、結果として、巻回方向における扁平部１４３及び１４４の中央部が一層つぶれる場合がある。なお、扁平部１４３及び１４４の中央部がつぶれる要因は上記に限らず、例えば、上述した電極体１４０の耐変形性の偏りであってもかまわない。

図７は、本実施の形態において、電極体１４０の巻回方向における扁平部１４３及び１４４の中央部が一層つぶれた場合の正極集電体１２０及び電極体１４０の形状を示す底面図である。

同図に示すように、電極体１４０は、巻回方向における扁平部１４３及び１４４の中央部が内側に変形してつぶれた形状となっている。つまり、電極体１４０は、扁平部１４３及び１４４の中央部が巻回軸側に向かって変形した形状となっている。

このとき、正極集電体１２０のうち巻回方向における扁平部１４３及び１４４の中心側に向かって配置された部分（本実施の形態では、接続部１２２）も、同様に内側に変形する。

一方、この影響により、正極集電体１２０のうち扁平部１４３及び１４４の端部１４３ａ、１４３ｂ、１４４ａ及び１４４ｂに配置された部分（本実施の形態では、延伸部１２１）は、外側（電極体１４０の巻回軸側と反対側）に変形して膨らむ。つまり、本実施の形態では、延伸部１２１は、接続部１２２よりも外側に浮き上がる。具体的には、図７に示すように、正極集電体１２０は、湾曲部１４５と扁平部１４４との境界において、扁平部１４４の中央部よりも厚さＤ１だけ外側に浮き上がる。

このように、電極体１４０が扁平部１４３及び１４４の中央部において一層つぶれた形状の場合、正極集電体１２０は、電極体１４０の巻回軸の方向から見て、端部１４４ａ配置されるほど外方へ突出する（浮き上がる）ように傾斜する。

以上のように、本実施の形態に係る蓄電素子１０によれば、正極集電体１２０は、扁平部１４３及び１４４において扁平部１４３及び１４４の一部のみ（本実施の形態では、扁平部１４４の一部のみ）を覆い、かつ、覆う部分の少なくとも一部は、電極体１４０の巻回方向における扁平部１４３及び１４４の端部１４３ａ、１４３ｂ、１４４ａ及び１４４ｂ（本実施の形態では、扁平部１４４の端部１４４ａ）に配置されている。

ここで、上述したように、巻回型の電極体１４０は、端部１４３ａ、１４３ｂ、１４４ａ及び１４４ｂにおいて変形しにくい。よって、端部１４３ａ、１４３ｂ、１４４ａ及び１４４ｂは、外装体１００の内壁によって特に強く圧迫されるため、蓄電素子１０が振動するような環境下においても、外装体１００に対して移動しにくくなる。したがって、端部１４３ａ、１４３ｂ、１４４ａ及び１４４ｂ（本実施の形態では、扁平部１４４の端部１４４ａ）に正極集電体１２０を配置することにより、上記環境下においても、正極集電体１２０にかかる物理的な負荷を低減することができる。よって、正極集電体１２０の損傷を抑制することができる。

また、本実施の形態に係る蓄電素子１０によれば、上述のように配置された正極集電体１２０を備えることにより、正極集電体１２０にかかる物理的な負荷を低減することができる。よって、正極集電体１２０の損傷を抑制できる。

また、本実施の形態に係る蓄電素子１０によれば、正極集電体１２０の少なくとも一部（本実施の形態では、延伸部１２１）は、電極体１４０の扁平部１４３及び１４４と湾曲部１４５及び１４６との境界（本実施の形態では、扁平部１４４と湾曲部１４５との境界）に配置されている。

ここで、上述したように、巻回型の電極体１４０において、扁平部１４３及び１４４と湾曲部１４５及び１４６との境界は、特に変形しにくい箇所である。よって、このような電極体１４０を外装体１００の内壁に当接するように当該外装体１００内に収容すると、当該境界は、外装体１００と強固に固定されることとなる。つまり、当該境界は、外装体１００に対して電極体１４０が特に移動しにくい部分となる。そこで、当該境界に正極集電体１２０の少なくとも一部（本実施の形態では延伸部１２１）を配置することにより、正極集電体１２０の損傷を一層抑制することができる。

また、本実施の形態に係る蓄電素子１０によれば、正極集電体１２０は、巻回方向における扁平部１４３及び１４４の中心側に向かって配置される部分（本実施の形態では、接続部１２２）を有することにより、扁平部１４３及び１４４の中央部が一層つぶれた場合、端部１４３ａ、１４３ｂ、１４４ａ及び１４４ｂ（本実施の形態では端部１４４ａ）に配置された部分が外方へ突出する（浮き上がる）ように傾斜する。よって、電極体１４０を外装体１００の内壁に当接するように収容すると、端部１４３ａ、１４３ｂ、１４４ａ及び１４４ｂに配置された正極集電体１２０の部分と外装体１００の内壁との間に生じる摩擦力が大きくなる。つまり、正極集電体１２０が外装体１００に対して一層移動しにくくなるため、正極集電体１２０の損傷を一層抑制することができる。

また、本実施の形態によれば、正極集電体１２０が電極体１４０の巻回軸と平行な方向に延びる延伸部１２１を有することにより、正極集電体１２０と電極体１４０の内壁とによって、より大きな面積で正極集電体１２０を挟み込むことができるため、正極集電体１２０の損傷を一層抑制することができる。

特に、本実施の形態では、延伸部１２１が、端部１４４ａに配置されている。これにより、外装体１００に対して電極体１４０が移動しにくい部分に配置される正極集電体１２０の面積を大きく確保できるため、正極集電体１２０の損傷を一層抑制することができる。

（変形例１）
次に、本実施の形態の変形例１について説明する。上記実施の形態では、正極集電体１２０は、電極体１４０の巻回軸と平行な方向（Ｚ軸方向）に延びる１つの長尺状の延伸部１２１を有するとした。これに対し、本変形例では、正極集電体は、各々が、電極体１４０の一対の扁平部１４４のうち一方の一部のみを覆う複数の延伸部を有している。

図８は、本発明の実施の形態の変形例１に係る正極集電体１２０Ａ及び電極体１４０の形状を示す側面図である。なお、同図は、蓄電素子から外装体１００の本体１１１を分離した状態での構成を示す側面図である。また、図９は、図８のＩＸ−ＩＸ断面における断面図である。

これらの図に示すように、本変形例において、正極集電体１２０Ａは、巻回方向における扁平部１４４の一方の端部１４４ａに配置された延伸部１２１ａと、他方の端部１４４ｂに配置された延伸部１２１ｂとを有する。また、さらに、本変形例において、正極集電体１２０Ａは、延伸部１２１ａと延伸部１２１ｂとを繋ぐ繋ぎ部１２３を有する。

延伸部１２１ａは、上記実施の形態における延伸部１２１に相当するため、説明を省略する。

延伸部１２１ｂは、延伸部１２１ａと同様に、電極体１４０の巻回軸と平行な方向に延びる長尺状の形状を有する。ただし、延伸部１２１ｂは、延伸部１２１ａと異なり、端部１４４ｂに配置されている。具体的には、延伸部１２１ｂは、繋ぎ部１２３の一端から電極体１４０の正極側の端部１４１に延設されている。

繋ぎ部１２３は、電極体１４０の巻回軸の方向における電極体１４０の端部である負極側の端部１４２に配置され、延伸部１２１ａと延伸部１２１ｂとを繋ぐように配置される。

また、延伸部１２１ａと延伸部１２１ｂとは、接続部１２２の平板状に形成された部分（蛇腹部分を除く部分）によっても、互いに繋がれている。

これにより、電極体１４０の巻回軸の方向における端部１４２を保護することができる。例えば、端部１４２では、負極の活物質層が形成されていないため、電極体１４０の中央部よりも厚みが薄いことにより強度が低下する場合がある。よって、当該端部１４２に繋ぎ部１２３を配置することにより当該端部１４２を保護できるので、電極体１４０の強度が低下しやすい部分における損傷等の不具合を抑制することができる。

このように構成された本変形例に係る蓄電素子であっても、上記実施の形態と同様の効果を奏することができる。つまり、上記実施の形態で説明したように、蓄電素子の外装体１００の内壁によって特に強く圧迫される端部１４３ａ、１４３ｂ、１４４ａ及び１４４ｂ（本変形例では、扁平部１４４の端部１４４ａ及び１４４ｂ）に正極集電体１２０Ａを配置することにより、正極集電体１２０Ａの損傷を抑制することができる。

また、本変形例では、正極集電体１２０Ａが複数の延伸部（本変形例では２つの延伸部１２１ａ及び１２１ｂ）を有することにより、正極集電体１２０Ａをより強固に固定することができる。また、１つの延伸部１２１のみを有する上記実施の形態と比較して、例えば蓄電素子が振動するような環境下において、各延伸部１２１ａ及び１２１ｂにかかる物理的な負荷を低減することができる。よって、正極集電体１２０Ａの損傷をより確実に抑制することができる。

また、本変形例では、複数の延伸部（本変形例では２つの延伸部１２１ａ、１２１ｂ）が一対の扁平部１４３及び１４４のうち同一の扁平部（本変形例では扁平部１４４）の一部のみを覆うように配置されている。

これにより、複数の延伸部（本変形例では２つの延伸部１２１ａ、１２１ｂ）が互いに異なる扁平部１４３及び１４４に配置されている場合と比較して、正極集電体１２０Ａを電極体１４０と外装体１００とでバランス良く挟み込んで固定することができる。よって、正極集電体１２０Ａを安定して固定することができるので、当該正極集電体１２０Ａの損傷をより確実に抑制することができる。

（変形例２）
次に、本実施の形態の変形例２について説明する。上記実施の形態の変形例１では、複数の延伸部（変形例１では２つの延伸部１２１ａ及び１２１ｂ）が同一の扁平部（変形例１では扁平部１４４）に配置されているとした。これに対し、本変形例では、複数の延伸部は、互いに異なる扁平部に配置されている。

図１０は、本発明の実施の形態の変形例２に係る蓄電素子の外装体１００内方に配置されている構成要素を示す斜視図である。具体的には、図１０は、蓄電素子から外装体１００の本体１１１を分離した状態での構成を示す斜視図である。また、図１１は、図１０のＸＩ−ＸＩ断面における断面図である。

これらの図に示すように、本変形例において、正極集電体１２０Ｂは、巻回方向における扁平部１４４の一方の端部１４４ａに配置された延伸部１２１ｃと、当該巻回方向における扁平部１４３の一方の端部１４３ａに配置された延伸部１２１ｄとを有する。

延伸部１２１ｃは、上記実施の形態の変形例１における延伸部１２１ａに相当するため、説明を省略する。

延伸部１２１ｄは、延伸部１２１ｃと同様に、電極体１４０の巻回軸と平行な方向（Ｚ軸方向）に延びる長尺状の形状を有する。ただし、延伸部１２１ｄは、延伸部１２１ｃと異なり、扁平部１４３の端部１４３ａに配置されている。具体的には、延伸部１２１ｄは、正極端子２００側から電極体１４０の正極側の端部１４１に延設されている。

これら延伸部１２１ｃと延伸部１２１ｄとは、接続部１２２の蛇腹部分によって、互いに繋がれている。

このように構成された本変形例に係る蓄電素子であっても、上記実施の形態と同様の効果を奏することができる。つまり、上記実施の形態で説明したように、蓄電素子の外装体１００の内壁によって特に強く圧迫される端部１４３ａ、１４３ｂ、１４４ａ及び１４４ｂ（本変形例では、端部１４３ａ、１４４ａ）に正極集電体１２０Ｂを配置することにより、正極集電体１２０Ｂの損傷を抑制することができる。

また、本変形例では、上記実施の形態の変形例１と同様に、正極集電体１２０Ｂが複数の延伸部１２１ｃ及び１２１ｄを有するため、正極集電体１２０Ｂの損傷をより確実に抑制することができる。

（変形例３）
次に、本実施の形態の変形例３について説明する。上記実施の形態並びにその変形例１及び２では、延伸部が、端部１４３ａ、１４３ｂ、１４４ａ及び１４４ｂの少なくとも１つに配置されているとした。これに対し、本変形例では、延伸部は巻回方向における扁平部１４３、１４４の中央部に配置され、当該延伸部から端部１４３ａ、１４３ｂ、１４４ａ及び１４４ｂの少なくとも１つに向かって突出する突出部が配置されている。

図１２は、本発明の実施の形態の変形例３に係る正極集電体１２０Ｃ及び電極体１４０の形状を示す側面図である。なお、同図は、蓄電素子から外装体１００の本体１１１を分離した状態での構成を示す側面図である。

同図に示すように、本変形例に係る正極集電体１２０Ｃは、実施の形態に係る正極集電体１２０と比較して、延伸部１２１に代わり、巻回方向において扁平部１４４の中央部に配置された延伸部１２１ｅを有し、さらに、当該延伸部１２１ｅから突出する突出部１２１ｆを有する点が異なる。なお、延伸部１２１ｅは、配置位置を除いて延伸部１２１と同様の構成を有するため、詳細については省略する。

突出部１２１ｆは、電極体１４０の巻回軸と平行な方向（同図におけるＺ軸方向）における延伸部１２１ｅの中央部において、扁平部１４４の端部１４４ａに向かって当該延伸部１２１ｅから突出して配置されている。つまり、突出部１２１ｆは、端部１４４ａ（図３Ｂ等参照）に配置されている。

このように構成された本変形例に係る蓄電素子は、実施の形態に係る蓄電素子と比較して、正極集電体１２０Ｃと端部１４４ａとの当接領域が小さくなることから、実施の形態より多少劣るものの、上記実施の形態と同様の効果を奏することができる。つまり、上記実施の形態で説明したように、蓄電素子の外装体１００の内壁によって特に強く圧迫される端部１４３ａ、１４３ｂ、１４４ａ及び１４４ｂ（本変形例では、端部１４４ａ）に正極集電体１２０Ｃを配置することにより、正極集電体１２０Ｃの損傷を抑制することができる。

なお、突出部１２１ｆは、電極体１４０の巻回軸と平行な方向における延伸部１２１ｅの端部において突出してもかまわない。

（変形例４）
次に、本実施の形態の変形例４について説明する。上記実施の形態及びその変形例１〜３では、外装体１００は、有底の楕円筒体であるとした。つまり、上方から見て（Ｚ軸方向プラス側から見て）、外装体１００は電極体１４０の外形に沿った形状であった。これに対し、本変形例では、外装体は、有底の矩形状（箱状）である。

図１３は、本発明の実施の形態の変形例４に係る蓄電素子１０Ｄの外観を模式的に示す斜視図である。

同図に示すように、本変形例に係る蓄電素子１０Ｄは、実施の形態に係る蓄電素子１０と比較して、有底の長円筒状の外装体１００に代わり、有底の矩形状の外装体１００Ｄを備える。

外装体１００Ｄは、矩形状で底を備える本体１１１Ｄと、本体１１１Ｄの開口を閉塞する板状部材である蓋体１１０Ｄとで構成されている。なお、外装体１００Ｄは、矩形状に形成されている点を除いて外装体１００と同様の構成を有するため、詳細については省略する。

このように構成された本変形例に係る蓄電素子１０Ｄであっても、上記実施の形態と同様の効果を奏することができる。

（その他の変形例）
以上、本発明の実施の形態及びその変形例に係る蓄電素子について説明したが、本発明は、この実施の形態及びその変形例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及びその変形例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、電極体１４０は、Ｚ軸方向プラス側の端部に正極の活物質層非形成部が積層された正極側の端部１４１を有し、Ｚ軸方向マイナス側の端部に負極の活物質層非形成部が積層された負極側の端部１４２を有していてもかまわない。

また、上記実施の形態及びその変形例で説明した正極集電体は、特許請求の範囲に記載の「スペーサ」に包含される。しかし、特許請求の範囲に記載の「スペーサ」は、上記のように配置されている部材であればよく、例えば、電極体１４０と他の導電部材との間の絶縁性を向上させる、または、確保することができる、絶縁部材であってもかまわない。また、当該部材は、負極集電体であってもかまわない。つまり、特許請求の範囲に記載の「スペーサ」は、正極集電体もしくは負極集電体等の集電体、または、絶縁部材等のいわゆるスペーサを包含する。

また、電極体１４０は、巻回型であればよく、巻回軸方向から見て、楕円形状を有してもかまわない。つまり、対向する一対の扁平部は、平坦でなくてもよく、曲面であってもかまわない。言い換えると、巻回軸方向から見て、一対の扁平部の各々は、直線形状でなくてもよく、曲線形状であってもかまわない。

また、電極体１４０の巻回軸は水平方向（ＸＹ平面と平行な方向）であってもかまわない。

また、正極集電体の形状は、扁平部１４３及び１４４において扁平部１４３及び１４４の一部のみを覆い、かつ、覆う部分の少なくとも一部は、端部１４３ａ、１４３ｂ、１４４ａ及び１４４ｂに配置されていれば、どのような形状であってもかまわない。例えば、正極集電体は、電極体１４０の扁平部１４３及び１４４と湾曲部１４５及び１４６との境界に配置されていなくてもかまわない。

また、正極集電体は、巻回方向における扁平部１４３及び１４４の中心側に向かって配置される部分を有さずに、電極体１４０の巻回軸方向と平行な方向に延びて配置されていてもよい。この構成の場合、正極集電体と外装体１００の内壁との間に生じる摩擦力が多少小さくなるものの、上記実施の形態及びその変形例と同様に、正極集電体の損傷を抑制することができる。

また、電極体１４０の巻回軸と平行な方向に延びる長尺状の延伸部を有さずに、例えば、巻回方向に延びる長尺状の部分を有してもよい。

また、正極集電体のうち扁平部１４４の一部のみを覆う部分は一箇所のみに限らず、複数箇所であってもよい。

また、正極集電体は、一対の扁平部１４３及び１４４のうち、扁平部１４３の一部のみを覆うように配置されていてもかまわない。

また、接続部１２２は、電極体１４０の正極側の端部１４１のうち湾曲部１４５及び１４６に隣接する領域（扁平部１４３及び１４４に隣接しない領域）で、電極体１４０と接続固定されていてもかまわない。

また、延伸部の個数は１以上のいくつであってもかまわない。ただし、一般的に、蓄電素子のエネルギー密度は、正極集電体及び負極集電体等の集電体の質量が小さいほど高くなる。よって、高エネルギー密度化が要求される場合、延伸部の個数を少なくすることが好ましい。

また、正極集電体は、端部１４３ａ、１４３ｂ、１４４ａ及び１４４ｂに配置される面積が大きいほど、損傷しにくくなる。しかし、一方で、正極集電体の大型化は蓄電素子のエネルギー密度の低下の要因となる。よって、正極集電体は、蓄電素子に要求される用途等に応じて、適宜設計されることが好ましい。

また、上記実施の形態及びその変形例を任意に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。また、上記実施の形態及びその変形例の部分的な構成を、適宜組み合わせてなる構成であってもよい。例えば、上述したような実施の形態の変形例１に変形例４の構成を組み合わせてなる構成であってもかまわないし、実施の形態の変形例１に変形例２の構成を組み合わせてなる構成であってもかまわない。

本発明は、スペーサの損傷を抑制できる蓄電素子を提供できるので、蓄電素子が振動するような環境下において高い耐性が求められる、例えば人工衛星等に搭載される蓄電素子等に適用できる。

１０、１０Ｄ 蓄電素子
１００、１００Ｄ 外装体
１１０、１１０Ｄ 蓋体
１１１、１１１Ｄ 本体
１２０、１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃ 正極集電体
１２１、１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃ、１２１ｄ、１２１ｅ 延伸部
１２１ｆ 突出部
１２２ 接続部
１２３ 繋ぎ部
１３０ 負極集電体
１４０ 電極体
１４１、１４２、１４３ａ、１４３ｂ、１４４ａ、１４４ｂ 端部
１４３、１４４ 扁平部
１４５、１４６ 湾曲部
２００ 正極端子
３００ 負極端子

Claims (5)

1. 極板が巻回されることで形成された電極体と、前記電極体を収納した外装体と、前記電極体と前記外装体との間に配置されたスペーサとを備える蓄電素子であって、
   前記電極体は、対向する一対の扁平部と、当該一対の扁平部を繋ぐ湾曲部とを有し、
   前記スペーサは、前記扁平部において前記扁平部の一部のみを覆い、かつ、覆う部分の少なくとも一部は、前記電極体の巻回方向における前記扁平部の端部に配置されている
   蓄電素子。
2. 前記スペーサは、前記電極体と電極端子とを接続する集電体である
   請求項１に記載の蓄電素子。
3. 前記スペーサの少なくとも一部は、前記電極体の前記扁平部と前記湾曲部との境界に配置されている
   請求項１または２に記載の蓄電素子。
4. 前記スペーサは、前記巻回方向における前記扁平部の中心側に向かって配置される部分を有する
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の蓄電素子。
5. 前記スペーサは、前記電極体の巻回軸と平行な方向に延びる長尺状の延伸部を有する
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の蓄電素子。

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