JP2016152149A - 蓄電素子、及び蓄電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ケース内部の空間を有効に活用しつつ、他部材との干渉を抑制する。【解決手段】蓄電素子１０であって、筒状をなし、少なくとも一方の端部に開口部２０Ａ、２０Ｂを有するケース２０と、前記ケース２０の前記開口部２０Ａ、２０Ｂを塞ぐ蓋板３０、４０と、前記ケース２０内に収容された蓄電要素１１と、を備え、前記ケース２０は、本体部２１と、前記開口部側の端部である開口端部２３、２５と、を有し、前記蓋板３０、４０は、外周縁部３３、４２を前記開口端部２３、２５の端面２３ｃ、２５ｃに重ねて配置しており、前記開口端部２３、２５の外面２３ａ、２５ａは、前記ケース２０の内方に、前記本体部２１の外面２１ａよりも縮径され、前記開口端部２３、２５の内面２３ｂ、２５ｂは、前記ケース２０の内方に、前記本体部２１の内面２１ｂよりも縮径されている。【選択図】図４

Description

本明細書に記載された技術は、蓄電素子、及び蓄電装置に関する。

近年、電気自動車用の電源や産業用電源装置として蓄電素子の一例である電池を複数接続して使用する機会が増えており、電池の高容量化などが望まれている。複数の電池は、収納箱に入れたり、拘束するなどして使用されている。このとき、隣接する電池同士や、電池と電池間スペーサなどの周辺部材とが干渉しないように配置されている。

従来、蓄電素子として、例えば特開２０００−０９０８９３号公報に記載の電池が知られている。この蓄電素子（電池）は、蓄電要素（発電要素）を収容する電池ケース本体と、電池蓋とを備える。電池蓋は、長円形板状の周囲の縁部に上方に立ち上がる立壁（溶接部）を有している。電池蓋は、電池ケース本体の内側に嵌合しており、縁部に形成された立壁が、電池ケース本体の上端開口部の内側に重なる構造となっている。そして、電池ケース本体の上端開口部と電池蓋の立壁を溶接により接合させることによって電池ケースを形成している。

特開２０００−０９０８９３号公報

上記の蓄電素子は、電池ケース本体の内側に電池蓋の全体を内嵌させている。具体的には、電池ケースの上端開口部内側に立壁を重ねるようにして電池蓋を内嵌させている。そのため、立壁の高さ分だけ、電池蓋の主面が下がり、電池ケース本体の内容積が小さくなる。従って、電池ケース本体に収容する蓄電要素が小さくなり、蓄電素子のケースの内部空間を有効活用できない。また、上記特許文献には溶接後の状態については詳しくは示されていないが、溶接部は元の外形に対して膨らみが生じる場合がある。このため、電池ケースの側面方向に膨らみが飛び出すと側面方向に隣接させる電池や周辺部材と干渉するおそれがある。

本明細書に記載された技術は、ケース内部空間を有効に活用しつつ、他部材との干渉を抑制できる蓄電素子を提供することを目的とする。

本明細書に開示される蓄電素子は、筒状をなし、少なくとも一方の端部に開口部を有するケースと、前記ケースの前記開口部を塞ぐ蓋板と、前記ケース内に収容された蓄電要素と、を備え、前記ケースは、本体部と、前記開口部側の端部である開口端部と、を有し、前記蓋板は、外周縁部を前記開口端部の端面に重ねて配置しており、前記開口端部の外面は、前記ケースの内方に、前記本体部の外面よりも縮径され、前記開口端部の内面は、前記ケースの内方に、前記本体部の内面よりも縮径されている。

本明細書に記載された技術によれば、ケースの内部空間を有効に活用しつつ、他部材との干渉を抑制できる蓄電素子を提供することを目的とする。

実施形態１の電池の分解斜視図 電池の平面図 蓄電要素の模式図 図２のＡ−Ａ線断面図 図２のＢ−Ｂ線断面図 負極集電体の斜視図 図４のＣ部を拡大した図 図４のＤ部を拡大した図 ケース端部の断面図（比較例を示す） 図７の一部を拡大した図（開口端部を示す） ケースの板厚、開口端部の段差の大きさの数値例を示す図 実施形態２の蓄電装置の平面図 蓄電要素の斜視図（他の実施形態を示す） 上側蓋板の断面図（他の実施形態を示す）

本実施形態の蓄電素子の概要について説明する。本蓄電素子は、筒状をなし、少なくとも一方の端部に開口部を有するケースと、前記ケースの前記開口部を塞ぐ蓋板と、前記ケース内に収容された蓄電要素と、を備え、前記ケースは、本体部と、前記開口部側の端部である開口端部と、を有し、前記蓋板は、外周縁部を前記開口端部の端面に重ねて配置しており、前記開口端部の外面は、前記ケースの内方に、前記本体部の外面よりも縮径され、前記開口端部の内面は、前記ケースの内方に、前記本体部の内面よりも縮径されている。

本実施形態の蓄電素子によれば、蓋板の外周縁部を、ケースの開口端部の端面に重ねて配置するので、蓋板の全体をケースの開口端部に内嵌させる場合に比べて、ケースの内容積が大きくなる。そのため、ケースに収容可能な蓄電要素のサイズが大きくなり、蓄電素子のケースの内部空間を有効活用できる。また、開口端部の外面をケースの内側に縮径させているので、開口端部と蓋板を接合する接合部が本体部の外面から外側に飛び出し難い。そのため、他部材との干渉を抑制することが出来る。

また、特許文献１では、電池ケース本体の開口端部の肉厚を薄くしているが、開口端部を薄肉にするには、切削加工や研削加工が必要であり、加工が複雑になるという問題がある。この点、本構成では、前記開口端部の内面は、前記ケースの内方に、前記本体部の内面よりも縮径している。すなわち、開口端部の外面、内面の双方とも同じ方向に縮径している。そのため、プレスでの加工が可能であり、ケースの作製が容易となる。

本実施形態の蓄電素子では、前記蓋板の前記外周縁部は、前記開口端部の外面よりも前記ケースの外方に突出し、且つ、前記本体部の外面よりも前記ケースの内方の位置に配されている。この構成では、蓋板のうち、ケースの開口端部から外方に突出する部分（外周縁部）を溶接に使用できる。そのため、溶接強度を維持するために必要な溶け代を確保することできる。また、外周縁部は、本体部の外面より内側に位置しているので、ケース外方への飛び出しもない。従って、ケースと蓋板の溶接強度を維持しつつ、蓋板の外周縁部が近傍に位置する他の部材と干渉することを抑制出来る。

本実施形態の蓄電素子では、前記蓋板と前記開口端部が、前記ケースの軸方向と交差する方向から溶接されている。この構成では、蓋板と開口端部とを容易に溶接できる。

本実施形態の蓄電素子では、前記ケースの断面形状は、円形状、楕円形状、又は長円形状である。この構成では、断面形状が矩形の場合に比べて、開口端部を容易に縮径させることができる。

本実施形態の蓄電素子では、前記蓄電要素は、電極板が巻回されて構成されており、前記電極板は、前記ケースの軸線周りに巻回されている。この構成では、ケース内に蓄電要素を高密度で収納することが可能である。よって、ケースの内部空間を一層有効活用できる。

＜実施形態１＞
以下、蓄電素子の実施形態１である電池１０について、図１ないし図１１を参照して説明する。以下の説明において、蓋板３０の配置側を下側、蓋板４０の配置側を上側として説明を行う。各図には、必要に応じて上下方向をＸ方向にて示している。また、図１〜図１０は電池１０の構造を模式的に示しており、必要に応じて部品の形状等を簡略化している。

１．電池１０の全体構造
電池１０は、非水電解質二次電池、より詳しくはリチウムイオン二次電池である。電池１０は、蓄電要素１１と、ケース２０と、下側蓋板３０と、上側蓋板４０と、端子板５０と、負極集電体６０と、外部絶縁板８１と、内部絶縁板８５と、絶縁部材９１とを備える。

蓄電要素１１は正極板１２と負極板１３とセパレータを含む。正極板１２および負極板１３は金属箔の上に各活物質材料を塗布することにより得られる。尚、正極板１２、負極板１３が本発明の「電極板」に相当する。

正極板１２を構成する金属箔としてはアルミニウム箔が用いられる。正極活物質としては、リチウムやマンガンなどを含むリチウム複合酸化物など、リチウムイオン電池の正極活物質として公知のものを用いることができる。

負極板１３を構成する金属箔としては、例えば銅箔などを用いることができ、負極活物質としては、リチウム金属、リチウムを吸臓・放出可能な物質であるリチウム−アルミニウム合金、リチウム−鉛合金、リチウム−錫合金などのリチウム合金、黒鉛、コークス、有機物焼成体などの炭素材料など、リチウムイオン電池の負極活物質として公知のものを用いることができる。

セパレータは、例えば、ポリエチレン製微多孔膜など、リチウムイオン電池のセパレータとして公知のものを用いることができる。

蓄電要素１１は、図３に示すように、セパレータを間に挟んで、正極板１２と負極板１３を巻回した、いわゆる巻回型の蓄電要素として構成される。これら正極板１２と負極板１３は、巻回軸Ｌ１をケース２０のケース中心線Ｌｏに一致させつつ、ケース２０に収容されている。従って、ケース２０との関係では、ケース中心線Ｌｏ周りに巻回されている。そして、図３に示すように、各極板１２、１３のうち、Ｘ方向の端部には、各活物質が塗布されていない未塗布部１２Ａ、１３Ａが設けられている。尚、中心線Ｌｏが本発明の「ケースの軸線」に相当する。

ケース２０は、例えば、金属製（例えば、アルミニウム製またはアルミニウム合金製）である。図１に示すように、ケース２０は上下に貫通する筒型であり、上端に開口部２０Ａを有し、下端に開口部２０Ｂを有する。ケース２０の断面形状は、長円形状である。ケース２０の内部には、図４に示すように、巻回軸Ｌ１をケース中心線Ｌｏに一致させつつ、蓄電要素１１が収容されている。また、蓄電要素１１は、負極板１３の未塗布部１３Ａが上方、正極板１２の未塗布部１２Ａを下方として、ケース２０の内部に収容されている。

下側蓋板３０は、金属製（例えば、アルミニウム製またはアルミニウム合金製）である。下側蓋板３０は、図１、図４に示すように、ケース２０の下側の開口端部２５に配置され、ケース下側の開口部２０Ｂを封口する。

また、下側蓋板３０には接続部３５が形成されている。接続部３５は、ケース２０の内方向に突出しており、ケース２０内に収容される正極板１２の未塗布部１２Ａの内側に配置される。接続部３５は、例えば超音波溶接により、正極板１２の未塗布部と接合される。尚、下側蓋板３０は、本例では、正極端子として機能する。

上側蓋板４０は、金属製（例えば、アルミニウム製またはアルミニウム合金製）であり、非水電解液を注液する注液口４９を有している。上側蓋板４０は、図１、図４に示すように、ケース２０の上側の開口端部２３に配置され、ケース上側の開口部２０Ａを封口する。

端子板５０は、図１、図４に示すように、銅製または銅合金製の金属板からなる端子板本体５１と、端子板本体５１を下方に貫通するリベット５５を有している。端子板５０は、外部絶縁板８１を間に挟んで上側蓋板４０の上面に配置されている。端子板５０のリベット５５は、外部絶縁板８１の筒部８２、上側蓋板４０の貫通孔４５、内部絶縁板８５の貫通孔８６、負極集電体６０の端子接続部６１に形成された端子接続孔６２を順に貫通し、かしめにより接続固定される。

外部絶縁板８１は、合成樹脂などの絶縁性材料からなり、端子板５０よりも大きな平板状である。外部絶縁板８１は、上側蓋板４０の上面に配置されて、上面蓋板４０と端子板５０とを絶縁する。外部絶縁板８１は、筒部８２とフランジ８３とを有している。筒部８２は、外部絶縁板８１から下向きに延びており、上側蓋板４０の貫通孔４５及び内部絶縁板８５の貫通孔８６の内側に嵌合している。フランジ８３は、外部絶縁板８１の外周に沿って形成されており、端子板５０の外周を囲む構成となっている。

内部絶縁板８５は、合成樹脂などの絶縁性材料からなり、負極集電体６０の端子接続部６１よりも大きな平板状である。内部絶縁板８５は、上側蓋板４０の下面に配置されて、上側蓋板４０と負極集電体６０の端子接続部６１との間、及び上側蓋板４０と端子板５０のリベット５５との間を絶縁する。内部絶縁板８５は、端子板５０のリベット５５が貫通する貫通孔８６と、フランジ８７を有している。フランジ８７は、内部絶縁板８５の外周に沿って形成されており、負極集電体６０の端子接続部６１の外周を囲む構成となっている。

負極集電体６０は、銅製または銅合金製であり、図１、図５、図６に示すように、端子接続部６１と、集電体接続部７１とを備える。端子接続部６１は、平板状であり、端子接続孔６２を有している。端子接続部６１は、間に内部絶縁板８５を挟んで、上側蓋板４０の下面に配置されている。端子接続部６１の端子接続孔６２には、端子板５０のリベット５５が貫通しており、その先端を加締めることにより、端子接続部６１は上側蓋板４０に固定されている。

集電体接続部７１は、図５、図６に示すように、箱型をしており、底壁７２と、底壁７２の両側から略垂直に切り立つ一対の側壁７３、７４と、上面壁７５を有している。一対の側壁７３、７４は、負極板１３の未塗布部１３Ａの内側に嵌合している。一対の側壁７３、７４は、例えば超音波溶接により、負極板１３の未塗布部１３Ａと接合される。上面壁７５は、端子接続部６１と平行に向かい合っている。上面壁７５には、逃がし孔７６が設けられており、端子板５０のリベット５５との干渉を避ける構成になっている。そして、負極集電体６０は、一枚の金属板を断面Ｓ字状に折り曲げた構成となっており、端子接続部６１と集電体接続部７１とは一対の連結壁７７により連結されている。尚、図１では、負極集電体６０の形状として端子接続部６１を折り曲げる前の形状が示されている。

絶縁部材９１は、合成樹脂などの絶縁性材料からなり、図１に示すように、環状をなしている。絶縁部材９１は、図４に示すように、負極板１３の未塗布部１３Ａの外側に嵌めこまれて、未塗布部１３Ａとケース２０とを絶縁する。

２．電池１０の組み立て手順
まず、蓄電要素１１の負極側の未塗布部１３Ａに対して負極集電体６０を接合し、正極側の未塗布部１２Ａに対して下側蓋板３０を接合する。次に、負極集電体６０と下側蓋板３０を接合した蓄電要素１１を、下側の開口部２０Ｂからケース２０内に挿入する。その後、下側蓋板３０をケース２０の下側の開口部２０Ｂに溶接により接合する。そして、絶縁部材９１を上側の開口部２０Ａからケース２０の内部に挿入し、負極集電体６０の外周部に嵌め合わせる。

次に負極集電体６０の端子接続部６１に対して内部絶縁板８５、上側蓋板４０、外部絶縁板８１、端子板５０を組み付ける。その後、端子板５０のリベット５５をかしめて、内部絶縁板８５、上側蓋板４０、外部絶縁板８１、端子板５０を端子接続部６１に固定する。

次に、負極集電体６０の連結壁７７をＳ字状に折り曲げ加工し、続いて、上側蓋板４０をケース２０の上側の開口部２０Ａに嵌合させる。その後、上側蓋板４０をケース２０の上側の開口部２０Ａに溶接により接合する。あとは、上側蓋板４０の注液孔４９から非水電解液を注液し、最後に、注液孔４９を封口すると、電池１０が得られる。

３．ケース２０に対する各蓋板３０、４０の接合構造
ケース２０は、図１、図４に示すように、本体部２１と、本体部２１の上側に位置する開口端部２３と、本体部２１の下側に位置する開口端部２５とを有する。図４、図７に示すように、上側の開口端部２３は、外面２３ａが本体部２１の外面２１ａよりも、ケース２０の径方向内側（ケース中心線Ｌｏに向かう側で、図７の右側）に縮径されている。図７の例では、本体部２１の外面２１ａはケース中心線Ｌｏからの距離が「Ｄ１」、開口端部２３の外面２３ａはケース中心線Ｌｏからの距離が「Ｄ２」であり、上側の開口端部２３の外面２３ａは本体部２１の外面２１ａよりも全周に亘ってΔＤだけ縮径されている。言い換えれば、上側の開口端部２３の外面２３ａは、本体部２１の外面２１ａに対して、ケース２０の内側に凹む、段差が付けられている。

また、図７に示すように、上側の開口端部２３の内面２３ｂは、外面側と同じく、本体部２１の内面２１ｂよりも全周に亘ってΔＤだけ縮径されている。言い換えれば、上側の開口端部２３の内面２３ｂは、本体部２１の内面２１ｂに対してケース２０の内側に突出する、段差が付けられている。

このように、開口端部２３は、外面２３ａ、内面２３ｂの両面を、本体部２１に対してケース２０の径方向内側に、同じ大きさだけ、縮径させている。尚、開口端部２３は本体部２１に対してテーパ２２を介して接続されており、開口端部２３の板厚はケース２０の板厚（本体部２１の板厚）と同一となっている。

また、図８に示すように、下側の開口端部２５も同様であり、外面２５ａ、内面２５ｂの両面を、本体部２１に対してケース２０の径方向内側（ケース中心線Ｌｏに向かう側で、図８の右側）に全周に亘ってΔＤだけ縮径させている。そして、開口端部２５は本体部２１に対してテーパ２４を介して接続されており、開口端部２５の板厚はケース２０の板厚（本体部２１の板厚）と同一となっている。

上側蓋板４０は、図１に示すように、蓋本体４１と、リブ４３を有する。蓋本体４１は、ケース２０の上側の開口部２０Ａよりも、一回り大きな長円形状をなす。上側蓋板４０は、図４、図７に示すように、ケース２０の上側の開口端部２３に組み付けられており、ケース２０の上側の開口部２０Ａを封口する。具体的には、蓋本体４１の外周縁部４２を開口端部２３の端面２３ｃ上に重ねて配置するようにして組み付けられており、蓋本体４１の下面４１Ａが、開口端部２３の端面２３ｃの高さと一致する関係となっている。

リブ４３は蓋本体４１の下面４１Ａに形成されている。リブ４３は、開口端部２３の内面形状に倣った長円形状をしており、開口端部２３の内側に嵌合する。リブ４３を嵌合させることで、開口端部２３に対して上側蓋板４０を位置決めできる。

そして、上側蓋板４０は、開口端部２３との合わせ部分を全周に亘ってレーザ溶接することにより、ケース２０の開口端部２３と接合される。尚、レーザ溶接は、図４、図７に示すように、ケース２０の側方に設置されたレーザ光源Ｇからレーザ光Ｆを水平方向（ケース中心線Ｌｏと関係では直交する方向）に照射して行われる。

先に説明したように、ケース２０の開口端部２３はケース２０の径方向内側に縮径している。そのため、図７に示すように、レーザ溶接による溶接部Ｊが、元の外形に対して膨らむような形状であったとしても、溶接部Ｊを本体部２１の外面２１ａの内側（図７の右側）に収めることが可能となる。また、溶接部Ｊの一部が、本体部２１の外面２１ａから外側（図７の左側）に飛び出す場合でも、開口端部２３が縮径されておらず、本体部２１と面一である場合（例えば、図９の場合）にくらべて、外側への飛び出し量を抑えることが可能である。

また、図７に示すように、蓋本体４１の外周縁部４２は、開口端部２３の外面２３ａからケース２０の外側（図７では左側）に突出している。具体的には、外周縁部４２は、蓋本体４１の全周に亘って、開口端部２３の外面２３ａから、外側に突出している。外周縁部４２が飛び出していれば、飛び出した部位は開口端部２３の外面２３ａと溶接できる。そのため、開口端部２３のうち、外面２３ａに近い側だけを溶かすだけで、溶接強度を維持するのに必要な溶け代を確保することが可能となる。また、蓋本体４１の外周縁部４２は、ケース２０の本体部２１の外面２１ａよりも、ケース２０の内方（図７では右側）に位置する。具体的には、外周縁部４２は、蓋本体４１の全周に亘って、ケース２０の本体部２１の外面２１ａよりも、ケース２０の内方に位置している。このようにすることで、上側蓋板４０の外周縁部４２が近傍に位置する他の部材と干渉することを抑制出来る。

次に、下側蓋板３０は、図１に示すように、蓋本体３１と水平フランジ部（本発明の「外周縁部」に相当）３２とを有する。蓋本体３１は、ケース２０の下側の開口端部２５の形状と対応した長円形状である。水平フランジ部３２は、蓋本体３１の外周部に全周に亘って形成されている。水平フランジ部３２は、蓋本体３１との間に板厚分の段差を有しており、蓋本体３１の外周部から蓋本体３１の面沿いに水平に延設されている。

下側蓋板３０は、図４、図８に示すように、ケース２０の下側の開口端部２５に組み付けられ、ケース２０の下側の開口部２０Ｂを封口する。具体的には、開口端部２５の内側に蓋本体３１を嵌合させつつ、開口端部２５の端面２５ｃに水平フランジ部３２を重ねて配置するようにして組み付けられており、蓋本体３１の下面３１Ａが開口端部２５の端面２５ｃの高さと一致する関係になっている。

そして、下側蓋板３０は、開口端部２５との合わせ部分を全周に亘ってレーザ溶接することにより、ケース２０の開口端部２５と接合される。下側の開口端部２５も、上側の開口端部２３と同様に、ケース２０の径方向内側に縮径している。そのため、図８に示すように、レーザ溶接による溶接部Ｊが元の外形に対して膨らむような形状であったとしても、溶接部Ｊを本体部２１の外面２１ａの内側（図８の右側）に収めることが可能となる。また、溶接部Ｊの一部が、本体部２１の外面２１ａから外側（図８の左側）に飛び出す場合でも、開口端部２５が縮径されていない場合とくらべて、外側への飛び出し量を抑えることが可能である。

また、図８に示すように、水平フランジ部３２は、開口端部２５の外面２５ａからケース２０の外側（図８では左側）に突出している。具体的には、水平フランジ部３２は蓋本体３１の全周に亘って、開口端部２５の外面２５ａから、ケース２０の外側に突出している。水平フランジ３２が飛び出していれば、飛び出した部位は開口端部２５の外面２５ａと溶接できる。そのため、開口端部２５のうち、外面２５ａに近い側だけを溶かすだけで、溶接強度を維持するのに必要な溶け代を確保できる。また、下側蓋板３０の水平フランジ部３２は、ケース２０の本体部２１の外面２１ａよりも、ケース２０の内方（図８では右側）に位置する。具体的には、水平フランジ部３２は、蓋本体３１の全周に亘って、ケース２０の本体部２１の外面２１ａよりも、ケース２０の内方に位置する。このようにすることで、下側蓋板３０の水平フランジ部３２が近傍に位置する他の部材と干渉することを抑制出来る。

４．ケース２０の形状詳細
（４−Ａ）ケース中心線Ｌｏから開口端部２３の内面２３ｂまでの距離
本実施形態の電池１０のケース２０は、ケース中心線Ｌｏから開口端部２３の内面２３ｂまでの距離Ｄ３を、従来構造の電池２１０の対応部分の距離Ｄ４と一致させている。

具体的に説明すると、図９は、従来構造の電池２１０の断面図である。電池２１０は、電池１０と同様、蓄電要素１１を収容するケース２２０を備えている。ケース２２０の本体部２２１は、直線的な形状となっており、開口端部２２５に段差を持たない形状となっている。本実施形態の電池１０のケース２０は、ケース中心線Ｌｏから開口端部２３の内面２３ｂまでの距離Ｄ３（図７参照）が、電池２１０のケース中心線Ｌｏから本体部２２１の内面２２１ｂまでの距離Ｄ４（図９参照）と等しい。尚、図９において蓋板は省略している。

上記のように、ケース中心線Ｌｏから内面２３ｂまでの距離Ｄ３を、従来の距離Ｄ４と同寸法（Ｄ３＝Ｄ４）にしておくことで、開口端部２３に、ΔＤの段差を設けつつも、開口部分の面積自体は変わらない。そのため、従来構造の電池２１０と同サイズの蓄電素子１１であれば、開口端部２３や、開口端部２５からケース２０内に収容することが出来る。

また、段差よりも下側にあたるケース２０の本体部２１では、開口端部２３に対して段差分だけ空間が広くなる。従って、例えば、電解液を増量することが出来る。また、ケース２０と蓄電要素１１の間には、所定のクリアランスを確保する必要があるが、段差をクリアランスに充てることが出来るので、挿入性はやや低下するものの、段差がない場合に比べて、蓄電要素１１のサイズを大きくすることも可能である。従って、電池の性能を向上させることが出来る。尚、挿入性の低下は、蓄電要素１１の挿入を補助するガイド治具等を用いることにより、解消することが出来る。また、ΔＤの段差を設けることで、開口端部２３と上側蓋板４０を接合する接合部Ｊが、ケース２０の本体部２１の外面２１ａから外側に飛び出し難い。そのため、他部材との干渉を抑制することが出来る。

尚、上記では、上側の開口端部２３を例示して説明を行ったが、下側の開口端部２５も同様であり、ケース中心線Ｌｏから開口端部２５の内面２５ｂまでの距離は、従来構造の電池２１０の対応部分の距離と一致する関係になっている。

（４−Ｂ）ケース２０の板厚と段差の寸法
本電池１０は、ケース２０の板厚Ｔ１（図７参照）を、従来構造のケース２１０の板厚Ｔｏ（図９参照）よりも細くしている。そして、板厚の減少分（Ｔｏ−Ｔ１）と段差の大きさΔＤを一致させており、開口端部２３の内面２３ｂから本体部２１の外面２１ａまでの距離Ｔ２（図１０参照）が、従来構造の電池２１０のケース２２０の板厚Ｔｏ（図９参照）と一致する関係（Ｔ２＝Ｔｏ）となっている。すなわち、ケース２０の板厚Ｔ１と段差の大きさΔＤを合計した寸法が、従来構造の電池２１０のケース２２０の板厚Ｔｏに等しい関係となっている。

上記のようにすることで、ケース２０の外形寸法が、従来構造に比べて大きくなることがなく、従来構造の電池２１０のケース２２０の外形寸法と同一寸法になる。

尚、ケース２０の板厚Ｔ１を、従来構造のケース２１０の板厚Ｔｏよりも薄くできる理由は、下記による。本電池１０は、図７を参照して説明したように、蓋本体４１の外周縁部４２を、開口端部２３の外面２３ａから外側（図７では左側）に突出させている。外周縁部４２が飛び出していれば、飛び出した部位は開口端部２３の外面２３ａと溶接できる。そのため、飛び出しがない場合（例えば、図１４の場合）に比べて、開口端部２３のうち、外面２３ａに近い側だけを溶かすだけで溶接強度を維持するために必要となる溶け代を確保できる。すなわち、内面２３ｂに近い側は溶かす必要がないので、ケース２０の板厚Ｔ１を薄くすることが可能である。

また、上記では、上側の開口端部２３を例示して説明を行ったが、下側の開口端部２５も同様であり、開口端部２５の内面２５ｂから本体部２１の外面２１ａまでの距離が、従来構造の電池２１０のケース２２０の板厚Ｔｏと一致する関係となっている。

（４−Ｃ）ケースの数値例
図１１は、ケース２０の数値例を示しており、ケース２０の板厚Ｔ１と段差の大きさΔＤを合計した寸法が、従来構造のケース２２０の板厚Ｔｏに等しい関係となっている。例えば、Ｎｏ１のケース２０の場合、ケース２０の板厚が０．９ｍｍ、段差の大きさΔＤが０．２ｍｍである。両寸法の和は１．１ｍｍであることから、従来構造のケース２２０の板厚Ｔｏに等しい。また、Ｎｏ２のケース２０の場合、ケース２０の板厚が０．７ｍｍ、段差の大きさΔＤが０．２ｍｍである。両寸法の和は０．９ｍｍであることから、やはり、従来構造のケース２２０の板厚Ｔｏに等しい。尚、上記した数値例は一例であり、例えば、Ｎｏ１のケースであれば、段差の大きさΔＤを、０．３ｍｍや０．２５ｍｍとし、ケース２０の板厚Ｔ１を、０．８ｍｍや０．７５ｍｍとしてもよい。

また、本構造の電池１０は、数Ａｈ〜１００Ａｈ以下（好適には、５Ａｈ〜約５０Ａｈ）の電池に適用することが可能である。

５．効果説明
上側蓋板４０は、外周縁部４２をケース２０の開口端部２３の端面２３ｃに重ねて配置しており、蓋本体４１の下面４１Ａが、開口端部２３の端面２３ｃの高さと一致する関係となっている。そのため、上側蓋板４０の全体を開口端部２３に内嵌させる場合に比べて、蓄電要素１１の収容空間が上下方向で広くなり、ケース２０に収容可能な蓄電要素１１のサイズが上下方向で大型化する。従って、ケース２０の内部空間を有効活用できる。よって、電池１０のエネルギー密度が高くなる。

同様、下側蓋板３０も、水平フランジ部３２をケース２０の開口端部２５の端面２５ｃに重ねて配置しているので、下側蓋板３０の全体を開口端部２３に内嵌させる場合に比べて、ケース２０の内容積が大きくなる。従って、ケース２０の内部空間を一層有効活用できる。よって、電池１０のエネルギー密度が一層高くなる。

また、電池１０によれば、開口端部２３、２５の外面２３ａ、２５ａをケース２０の径方向内側に縮径している。そのため、溶接部Ｊが元の外形に対して膨らむような形状であったとしても、ケース２０の本体部２１の外面２１ａの内側に溶接部Ｊを収めることが可能となり、溶接部Ｊが他部材と干渉することを抑制出来る。

また、電池１０によれば、開口端部２３、２５の外面２３ａ、２５ａだけでなく、内面２３ｂ、２５ｂもケース２０の径方向内側に縮径している。すなわち、開口端部２３、２５の外面、内面の双方とも同じ方向に縮径しており、また、その大きさΔＤも外面側と内面側は等しい。そして、開口端部２３、２５を縮径する加工は、部品単体の状態で行われることから、開口端部２３、２５をプレス加工することが可能であり、ケース２０の作製が容易となる。

また、従来構造のケース２２０に対して、外形寸法は変えず、開口端部２２５を縮径すると、開口面積が小さくなる。従って、その分、ケース２２０に収容する蓄電要素１１のサイズが小さくなり、電池性能が低下する。また、それとは反対に、蓄電要素１１のサイズを維持しようとすると、開口端部２５の寸法は守って、ケース２２０の外形を大きくするように段差を付けざるを得ない。

そこで、発明者は、ケース２０の板厚Ｔ１や、ケース２０に対する上側蓋板４０の嵌合部の構造、ケース２０と上側蓋板４０の溶け代について検討を行った。

そして、蓋本体４１の外周縁部４２を開口端部２３の外面２３ａから外側に突出させると、溶接時の溶け代との関係で、ケース２０側の板厚を薄く出来ることに着目した。

そして、ケース２０の板厚を従来から薄くし、開口端部２３の内面２３ｂから本体部２１の外面２１ａまでの距離Ｔ２を、従来構造の電池２１０のケース２２０の板厚Ｔｏと一致させることを考案した。更に、ケース中心線Ｌｏから開口端部２３の内面２３ｂまでの距離Ｄ３を、従来構造の電池２１０の対応部分の距離Ｄ４と一致させる点を考案した。

これら考案により、開口端部２３、２５を縮径して、ケース外形に対する溶接部Ｊの飛び出しを抑えつつ、ケース２０の外形寸法や蓄電要素１１のサイズは従来と同等にすることが達成された。また、段差下側にあたるケース２０の本体部２１では、段差分だけ、内部空間が広がる。そのため、電解液を増量したり、蓄電要素１１のサイズを大きくすることで、電池性能が向上することが可能となった。

すなわち、本実施形態の電池１０では、段差をもたない従来構造のケース２２０に比べて、ケース２０の厚みを有効に活用することが可能となった。

また、電池１０によれば、各蓋板３０、４０を、ケース２０のケース中心線Ｌｏと交差する方向から溶接している。具体的には、ケース中心線Ｌｏに対して直交する方向から溶接している。溶接の方向（本例では、レーザ光Ｆの方向）が、ケース中心線Ｌｏと交差していれば、各蓋板４０、３０と各開口端部２３、２５の合せわ面にレーザ光を当て易く、溶接が行い易い。

また、電池１０によれば、ケース２０の断面形状は、長円形状である。断面形状が長円形状であれば、断面形状が矩形の場合に比べて、開口端部２３、２５を縮径させる加工を容易に行うことが可能であり、加工性がよい。

また、電池１０によれば、正極板１２と負極板１３を、ケース中心線Ｌｏを中心として、その周りに巻回した構成としている。このような構成にすることで、ケース２０内に蓄電要素１１を高密度で収納することが可能であり、電池１０のエネルギー密度が一層高くなる。

＜実施形態２＞
次に、本発明の実施形態２を図１２によって説明する。
実施形態２は蓄電装置Ｍを例示する。蓄電装置Ｍは複数個の電池１０を直列接続した装置であり、複数個の電池１０Ａ〜１０Ｄと、絶縁シート１００と、バスバ１１０とを含む。

尚、電池１０Ａ〜１０Ｄは、実施形態１の電池１０と基本構成が、同じ電池である。相違する点としては、正極の端子板１５０として機能する金属板を、上側蓋板４０に設けている点がある。正極の端子板１５０は、上側蓋板４０の長手方向で負極端子５０とは反対側の位置に配置され、上側蓋板４０に直接溶接等により接合されている。電池１０はケースが正極に接続されているため、ケースが導通経路として機能している。

各電池１０Ａ〜１０Ｄは、図１２に示すように、正負の端子板５０、１５０が隣り合うように向きを反転させつつ、ケース２０の短軸方向を図１０のＹ方向に向けて配置されている。

絶縁シート１００は絶縁性のシート材である。絶縁シート１００は、図１２に示すように、隣接する各電池１０Ａ〜１０Ｄの間に配置され、各電池１０Ａ〜１０Ｄを絶縁する。また、バスバ１１０は、例えば、長方形状をした導電性の金属板であり、隣接する２つの電池１０Ａ〜１０Ｄの正負の端子板５０、１５０を電気的に接続する。

実施形態１で既に説明したように、各電池１０Ａ〜１０Ｄは、開口端部２３、２５をケース２０の内側に縮径しているため、溶接部Ｊが元の外形に対して膨らむような形状であったとしても、溶接部Ｊをケース２０の外面２１ａの内側に収めることが出来る。そのため、溶接部Ｊが絶縁シート１００に干渉して、これを傷付けることを抑制出来る。

＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
（１）実施形態１、２では、蓄電素子の一例に、リチウムイオン二次電池を例示したが、本発明は、蓄電要素１１、ケース２０、蓋板３０、４０を有する蓄電素子であれば適用可能であり、リチウムイオン二次電池以外の電池や、電気二重層キャパシタ等のキャパシタにも適用可能である。

（２）実施形態１、２では、ケース２０の形状として、上下両端側に開口部２０Ａ、２０Ｂを有する筒型のケース２０を例示した。ケース２０は、少なくとも一方側の端部に開口部２０Ａ、２０Ｂを有していればよく、例えば、一方側の端部だけに開口部を有する有底型のケース２０でもよい。

（３）実施形態１、２では、蓄電素子１１の本体部分に対して負極側の未塗布部１３Ａを上側に突出形成し、正極側の未塗布部１２Ａを下側に突出形成した例を示した。未塗布部１２Ａ、１３Ａは、実施形態１、２のように、上下両方向に突出している場合に限らず、図１３に示す蓄電素子３１０のように、本体部分３１１から正極側と負極側の未塗布部３１２Ａ、３１３Ａを上側、かつタブ状に突出する構成であってもよい。この場合、未塗布部３１２Ａ、３１３Ａが片側のみになるので、その分、ケース２０を小型化することが可能となる。もしくは、ケース２０の大きさが同じであれば、蓄電要素１１を大型化することが可能であり、本発明の効果と相まって、一層のエネルギー密度の増大が図れる。また、蓄電要素３１０は、図１３に示すような巻回タイプの他に、複数の極板を積層し、正負の未塗布部が上側にタブ状に突出するスタックタイプであってもよい。

（４）実施形態１、２では、ケース２０に対して蓄電要素１１を、ケース中心線Ｌｏに巻回軸Ｌ１を一致させるように配置した。これ以外にも、ケース中心線Ｌｏに対して巻回軸Ｌ１を直交させるように配置してもよい。尚、断面長円型のケース２０に対して巻回軸Ｌ１を直交させて蓄電要素１１を収容すると、コーナのＲ部に厚みの薄い未塗布部を収容することが可能となる。そのため、角型のケースに比べて内容積が小さくても、同じ大きさの蓄電要素１１が収容可能であり、エネルギー密度の増大が図れる。また、この例において、蓄電要素１１は複数の極板を積層し、未塗布部が両端に突出するスタックタイプとしてもよい。この場合、蓄電要素１１の配置について、正極側の未塗布部１２Ａと負極側の未塗布部１３Ａを結ぶ仮想線がケース中心線Ｌｏに直交する配置ということができる。

（５）実施形態１、２では、ケース２０の断面形状として、長円形状を例示したが、例えば、円形状や、楕円形状でもよい。また、断面形状を角形としてもよい。断面角型のケース２０は例えば次の製法で作製できる。矩形の金属平板を準備し、一対の対向する辺部近傍をプレス加工して段差を設ける。この段差は、ケース２０の開口端部を縮径する段差である。次に、上記一対とは違う他方の対向する一対の辺部が重なるように角筒状に折り曲げ、重なった部分を溶接する。このようにして、開口端部２３、２５が縮径された角型のケース２０が作製される。ケース２０が角形であれば、電池と形状を従来の電池形状に合わせることができ、エネルギー密度が増大した本発明の電池との置換が容易になる。

（６）実施形態１、２では、図７にて示すように、上側蓋板４０の外周縁部４２を、開口端部２３の外面２３ａから外側（図７では左側）に突出させた例を示した。上側蓋板４０の外周縁部４２は、開口端部２３の端面２３ｃ上に載っていればよく、図１４に示すように、外周縁部４２の先端が、開口端部２３の外面２３ａの内側（図１４では右側）にあってもよい。

（７）実施形態１、２では、上側の開口端部２３について、外面２３ａ、内面２３ｂの両面とも、ケース２０の内側に縮径させた例を示したが、少なくとも、外面２３ａが縮径されていればよく、内面２３ｂ側は、縮径されていなくてもよい。また、下側の開口端部２５も同様であり、少なくとも、外面２５ａが縮径されていればよく、内面２５ｂ側は縮径されていなくてもよい。

（８）実施形態１、２では、ケース２０に対して上側蓋板４０や下側蓋板３０をレーザ溶接した例を示したが、溶接方法はレーザ以外にＴＩＧ溶接や電子ビーム溶接であってもよい。また、実施形態１、２では、各蓋板３０、４０を、ケース中心線Ｌｏに対して直交する方向から溶接したが、溶接方向は、直交方向に限定されるものではなく、ケース２０の軸方向（ケース中心線Ｌｏの方向）に対して交差する方向であればよい。

（９）実施形態１、２では、ケース２０、上側蓋板４０、下側蓋板３０の材質をアルミニウム製又はアルミニウム合金製としたが、この他にも、例えば、ステンレス鋼材、めっき鋼板（例えば、ニッケルめっき）などの鋼板等であってもよい。

（１０）実施形態１、２では、上側蓋板４０の蓋本体４１の外周縁部４２の先端を、ケース２０の本体部２１の外面２１ａよりも、ケース２０の内方（図７では右側）に位置させた例を示した。上側蓋板４０の蓋本体４１の外周縁部４２のうち一部については、ケース２０の本体部２１の外面２１ａから、ケース２０の外方（図７では左側）に突出する構成であってもよい。すなわち、上側蓋板４０のうち、長手方向両側の半円部分は、図１２に示すように、複数個の電池を直列に接続して組電池化した場合、他の電池と隣り合わない。そのため、長手方向両側の半円部分は、蓋本体４１の外周縁部４２が、ケース２０の本体部２１の外面２１ａから、ケース２０の外方に突出する構成であってもよい。また、同様、下側蓋板３０のうち、長手方向両側の半円部分は、水平フランジ部３２が、ケース２０の本体部２１の外面２１ａからケース２０の外方に突出する構成であってもよい。

１０...電池
１１...蓄電要素
１２...正極板（本発明の「電極板」に相当）
１３...負極板（本発明の「電極板」に相当）
２０...ケース
２１...本体部
２３...下側の開口端部
２３ａ...外面
２３ｂ...内面
２３ｃ...端面
２５...上側の開口端部
２５ａ...外面
２５ｂ...内面
２５ｃ...端面
３０...下側蓋板
３３...水平フランジ部（本発明の「外周縁部」に相当）
４０...上側蓋板
４２...外周縁部
５０...端子板
６０...負極集電体

Claims (6)

1. 筒状をなし、少なくとも一方の端部に開口部を有するケースと、
   前記ケースの前記開口部を塞ぐ蓋板と、
   前記ケース内に収容された蓄電要素と、を備え、
   前記ケースは、本体部と、前記開口部側の端部である開口端部と、を有し、
   前記蓋板は、外周縁部を前記開口端部の端面に重ねて配置しており、
   前記開口端部の外面は、前記ケースの内方に、前記本体部の外面よりも縮径され、
   前記開口端部の内面は、前記ケースの内方に、前記本体部の内面よりも縮径されている蓄電素子。
2. 請求項１に記載の蓄電素子であって、
   前記蓋板の前記外周縁部は、前記開口端部の外面よりも前記ケースの外方に突出し、且つ、前記本体部の外面よりも前記ケースの内方の位置に配されている蓄電素子。
3. 請求項１又は請求項２に記載の蓄電素子であって、
   前記蓋板と前記開口端部が、前記ケースの軸方向と交差する方向から溶接されている蓄電素子。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の蓄電素子であって、
   前記ケースの断面形状は、円形状、楕円形状、又は長円形状である蓄電素子。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の蓄電素子であって、
   前記蓄電要素は、電極板が巻回されて構成されており、前記電極板は前記ケースの軸線周りに巻回されている蓄電素子。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の蓄電素子を複数接続してなる蓄電装置。

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