JP2017157354A - 蓄電素子及び蓄電素子の製造方法 - Google Patents

蓄電素子及び蓄電素子の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】集電体自体のコンパクト化を図りつつも、安定化を実現する。
【解決手段】蓄電素子１０は、端子（負極端子３００）と、本体部４３０と本体部４３０から突出したタブ部４２０とを有する電極体４００と、端子とタブ部４２０とを接続する集電体（負極集電体１５０）とを備える。集電体は、対向する一板部１５２１と第二板部１５２２とが湾曲部１５１３を介して連続している。湾曲部１５１３の厚みｔ１は、第一板部１５２１と第二板部１５２２とのそれぞれの厚みｔ２よりも薄い。
【選択図】図５

Description

本発明は、蓄電素子及び蓄電素子の製造方法に関する。
従来、蓄電素子においては、電極体のタブ部と、端子とを集電体を介して電気的に接続した蓄電素子が知られている。例えば、特許文献１では、タブ部に繋がった集電体を折り曲げてから端子に接続する構成が開示されている。
特開２０１２−１８１９４１号公報
ところで、容器内の限られたスペースに電極体を効率よく収容するために、集電体のコンパクト化が検討されている。集電体をコンパクトにするには、折り曲げ部を折りたたんで集電体全体の厚みを小さくすることが検討される。しかしながら、折り曲げ部を折りたたむと折り曲げ部が鋭角にとがってしまい、振動による応力がその部分に集中してクラックが発生し、結果的に蓄電素子自体の安定性を低下させてしまう。
このため、本発明の課題は、集電体自体のコンパクト化を図りつつも、安定化を実現することのできる蓄電素子を提供することである。
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、端子と、本体部と本体部から突出したタブ部とを有する電極体と、端子とタブ部とを電気的に接続する集電体とを備え、集電体は、対向する第一板部と第二板部とが湾曲部を介して連続しており、湾曲部の厚みは、第一板部と第二板部とのそれぞれの厚みよりも薄い。
この構成によれば、集電体における第一板部と第二板部との間の折り曲げ部を湾曲部としているので、応力集中を抑制してクラックの発生を抑制することができる。また、湾曲部の厚みは、第一板部と第二板部とのそれぞれの厚みよりも薄いために、第一板部と第二板部とを概ね平行に対向させることができ、集電体を全体的に薄型にすることができる。
したがって、集電体自体のコンパクト化を図りつつ、安定化を実現することができる。
また、湾曲部の内面がなす空間の、第一板部と第二板部との対向方向における幅は、第一板部の先端と第二板部の先端とがなす対向方向における間隔よりも大きくしてもよい。
この構成によれば、湾曲部の厚みが第一板部と第二板部とのそれぞれの厚みよりも薄いので、湾曲部の内面がなす空間の幅を、第一板部の先端と第二板部の先端とがなす間隔よりも大きくすることができる。つまり、第一板部と第二板部とをより近づけることができ、集電体を一層コンパクトにすることができる。
また、湾曲部の内面の両端部が断面視直線状に傾斜する傾斜面であってもよい。
この構成によれば、湾曲部の内面の両端部が傾斜面であるので、折り曲げ部が鋭角となることを抑制することができる。したがって、応力集中を抑制してクラックの発生を抑制することができる。
また、湾曲部の内面の少なくとも一部の断面形状は、円弧状であってもよい。
この構成によれば、湾曲部の内面の断面形状が円弧状であるので、湾曲部自体を滑らかに湾曲させることができる。したがって、応力集中をより抑制することができ、クラックの発生を一層抑えることができる。
また、本発明の一態様に係る蓄電素子の製造方法は、平板状の板体を曲げることによって、集電体を形成する工程を含み、板体における他の領域よりも薄肉な第一領域を曲げることで、湾曲部を形成してもよい。
この構成によれば、上記蓄電素子と同等の作用効果を奏することができる。
また、板体における第一領域と他の領域との境界には、第一領域に向かうにつれて薄くなる傾斜部が形成されていてもよい。
この構成によれば、板体における第一領域と他の領域との境界に傾斜部が形成されているので、板体を曲げて湾曲部を形成した後においても、折り曲げ部が鋭角にとがりにくくなる。したがって、応力集中を抑制してクラックの発生を抑制することができる。
また、板体の第一領域における、湾曲部の内面となる表面には、凹部が形成されていてもよい。
この構成によれば、板体における湾曲部の内面となる表面に凹部が形成されているので、単に板体を曲げるだけで、湾曲部の内面の断面形状を、一部が開放した円弧状とすることができる。
本発明によれば、集電体自体のコンパクト化を図りつつも、安定化を実現することができる。
実施の形態に係る蓄電素子の外観を示す斜視図である。 実施の形態に係る蓄電素子の分解斜視図である。 実施の形態に係る蓋板構造体の分解斜視図である。 実施の形態に係る負極集電体の概略構成を示す斜視図である。 実施の形態に係る負極集電体を、図４のＶ−Ｖ切断線を含むＹ−Ｚ面から見た断面図である。 実施の形態に係る湾曲部の内面の一部を拡大して示す断面図である。 実施の形態に係る電極体の構成を示す斜視図である。 実施の形態に係る板体の概略構成を示す断面図である。
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〜図３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、実施の形態に係る蓄電素子１０の外観を示す斜視図である。図２は、実施の形態に係る蓄電素子１０の分解斜視図である。図３は、実施の形態に係る蓋構造体１８０の分解斜視図である。
また、図１及び以降の図について、説明の便宜のため、Ｚ軸方向を上下方向として説明しているが、実際の使用態様において、Ｚ軸方向と上下方向とが一致しない場合もある。
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る。具体的には、蓄電素子１０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。蓄電素子１０は、例えば、電気自動車（ＥＶ）、ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）またはプラグインハイブリッド電気自動車（ＰＨＥＶ）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、容器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、容器１００内方には電極体４００が収容されており、電極体４００の上方に、蓋構造体１８０が配置されている。
蓋構造体１８０は、容器１００の蓋板１１０、集電体、及び、絶縁部材を有する。具体的には、蓋構造体１８０は、上記集電体として、電極体４００の正極側のタブ部４１０と電気的に接続された正極集電体１４０を有している。同様に、蓋構造体１８０は、上記集電体として、電極体４００の負極側のタブ部４２０と電気的に接続された負極集電体１５０を有している。
また、蓋構造体１８０は、上記絶縁部材として、蓋板１１０と正極集電体１４０との間に配置された下部絶縁部材１２０を有している。同様に、蓋構造体１８０は、上記絶縁部材として、蓋板１１０と負極集電体１５０との間に配置された下部絶縁部材１３０とを有している。
本実施の形態に係る蓋構造体１８０はさらに、正極端子２００、負極端子３００、上部絶縁部材１２５、及び、上部絶縁部材１３５を有している。
上部絶縁部材１２５は、蓋板１１０と正極端子２００との間に配置されている。上部絶縁部材１３５は、蓋板１１０と負極端子３００との間に配置されている。
上記構成を有する蓋構造体１８０と、電極体４００との間には、上部スペーサ５００と緩衝シート６００とが配置されている。
上部スペーサ５００は、電極体４００の、タブ部４１０及び４２０が設けられた側と蓋板１１０との間に配置される。具体的には、上部スペーサ５００は全体として平板状であり、かつ、タブ部４１０及び４２０が挿入される２つの挿入部５２０を有している。本実施の形態では、挿入部５２０は、上部スペーサ５００において切り欠き状に設けられている。上部スペーサ５００は、例えば、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）または、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）等の絶縁性を有する素材によって形成されている。
上部スペーサ５００は、例えば、電極体４００の上方（蓋板１１０の方向）への移動を直接的もしくは間接的に規制する部材、または、蓋構造体１８０と電極体４００との間における短絡を防止する部材として機能する。
緩衝シート６００は、発泡ポリエチレンなどの、柔軟性の高い多孔質の素材で形成されており、電極体４００と上部スペーサ５００との間の緩衝材として機能する部材である。
また、本実施の形態では、電極体４００の、電極体４００と蓋板１１０との並び方向（Ｚ軸方向）に交差する方向の側面（本実施の形態ではＸ軸方向の両側面）と、容器１００の内周面との間にサイドスペーサ７００が配置されている。サイドスペーサ７００は、例えば、電極体４００の位置を規制する役割を果たしている。サイドスペーサ７００は、例えば上部スペーサ５００と同様に、ＰＣ、ＰＰ、ＰＥ、またはＰＰＳ等の絶縁性を有する素材によって形成されている。
なお、蓄電素子１０は、図１〜図３に図示された要素に加え、電極体４００と容器１００（本体１１１）の底１１３との間に配置された緩衝シートなど、他の要素を備えてもよい。また、蓄電素子１０の容器１００の内部には電解液（非水電解質）が封入されているが、電解液の図示は省略する。
容器１００は、本体１１１と、蓋板１１０とを備える。本体１１１及び蓋板１１０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。
本体１１１は、上面視矩形状の筒体であり、一端部に開口１１２を備えるとともに、他端部に底１１３を備える。組み立て時において、容器１００の本体１１１には、開口１１２を介して、電極体４００とサイドスペーサ７００などが挿入される。この開口１１２に対して電極体４００とサイドスペーサ７００などが挿入される方向を挿入方向（Ｚ軸方向）とする。
本体１１１の内方には、電極体４００を覆う絶縁シート３５０が設けられている。絶縁シート３５０は、例えばＰＣ、ＰＰ、ＰＥ、またはＰＰＳ等の絶縁性を有する素材によって形成されている。絶縁シート３５０は、本体１１１の内周面に重ねられており、電極体４００と本体１１１との間に位置している。具体的には、絶縁シート３５０は、上面視で開口１１２の長辺をなす本体１１１の一対の内周面と、底１１３の内面とに重ねて配置されている。
本体１１１は、電極体４００、絶縁シート３５０等を内部に収容後、蓋板１１０が溶接等されることにより、内部が密封されている。
蓋板１１０は、本体１１１の開口１１２を閉塞する板状部材である。蓋板１１０には、図２及び図３に示されるように、ガス排出弁１７０、注液口１１７、貫通孔１１０ａ及び１１０ｂ、並びに、２つの膨出部１６０が形成されている。ガス排出弁１７０は、容器１００の内圧が上昇した場合に開放されることで、容器１００の内部のガスを放出する役割を有する。
注液口１１７は、蓄電素子１０の製造時に電解液を注液するための貫通孔である。また、蓋板１１０には、注液口１１７を塞ぐように、注液栓１１８が配置されている。つまり、蓄電素子１０の製造時に、注液口１１７から容器１００内に電解液を注入し、注液栓１１８を蓋板１１０に溶接して注液口１１７を塞ぐことで、電解液が容器１００内に収容される。
なお、容器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。
２つの膨出部１６０のそれぞれは、本実施の形態では、蓋板１１０の一部が膨出状に形成されていることで蓋板１１０に設けられており、例えば、上部絶縁部材１２５または１３５の位置決めに利用される。また、膨出部１６０の裏側には上方に凹状の部分である凹部（図示せず）が形成されており、凹部の一部に、下部絶縁部材１２０または１３０の係合突起１２０ｂまたは１３０ｂが係合する。これにより、下部絶縁部材１２０または１３０も位置決めされ、その状態で蓋板１１０に固定される。
上部絶縁部材１２５は、正極端子２００と蓋板１１０とを電気的に絶縁する部材である。下部絶縁部材１２０は、正極集電体１４０と蓋板１１０とを電気的に絶縁する部材である。上部絶縁部材１３５は、負極端子３００と蓋板１１０とを電気的に絶縁する部材である。下部絶縁部材１３０は、負極集電体１５０と蓋板１１０とを電気的に絶縁する部材である。上部絶縁部材１２５及び１３５は、例えば上部ガスケットと呼ばれる場合もあり、下部絶縁部材１２０及び１３０は、例えば下部ガスケットと呼ばれる場合もある。つまり、本実施の形態では、上部絶縁部材１２５及び１３５並びに下部絶縁部材１２０及び１３０は、電極端子（２００または３００）と容器１００との間を封止する機能も有している。
なお、上部絶縁部材１２５及び１３５、並びに、下部絶縁部材１２０及び１３０は、例えば上部スペーサ５００と同様に、ＰＣ、ＰＰ、ＰＥ、またはＰＰＳ等の絶縁性を有する素材によって形成されている。
図３に示すように、また、下部絶縁部材１３０の上面には、膨出部１６０に係合する係合突起１３０ｂが突出している。また、下部絶縁部材１３０の下面には凹部が形成されており、この凹部で負極集電体１５０を収容する。下部絶縁部材１３０の一端部には、負極集電体１５０の貫通孔１５０ａと連通する貫通孔１３０ａが形成されている。この貫通孔１３０ａ、１５０ａに対して、負極端子３００の締結部３１０が挿入される。
下部絶縁部材１２０の上面には、膨出部１６０に係合する係合突起１２０ｂが突出している。また、下部絶縁部材１２０の下面には凹部が形成されており、この凹部で正極集電体１４０を収容する。下部絶縁部材１２０の一端部には、正極集電体１４０の貫通孔１４０ａと連通する貫通孔１２０ａが形成されている。この貫通孔１２０ａ、１４０ａに対して、正極端子２００の締結部２１０が挿入される。また、下部絶縁部材１２０の、注液口１１７の直下に位置する部分には、注液口１１７から流入する電解液を電極体４００の方向に導く貫通孔１２６が設けられている。
図１〜図３に示すように、正極端子２００は、正極集電体１４０を介して、電極体４００の正極に電気的に接続された電極端子である。負極端子３００は、負極集電体１５０を介して、電極体４００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４００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４００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。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の金属で形成されている。
また、正極端子２００には、容器１００と正極集電体１４０とを締結する締結部２１０が設けられている。負極端子３００には、容器１００と負極集電体１５０とを締結する締結部３１０が設けられている。
締結部２１０は、正極端子２００から下方に延設された軸部材（リベット）であり、正極集電体１４０の貫通孔１４０ａに挿入されてかしめられる。具体的には、締結部２１０は、上部絶縁部材１２５の貫通孔１２５ａ、蓋板１１０の貫通孔１１０ａ、下部絶縁部材１２０の貫通孔１２０ａ、及び、正極集電体１４０の貫通孔１４０ａに挿入されてかしめられる。これにより、正極端子２００と正極集電体１４０とが電気的に接続され、正極集電体１４０は、正極端子２００、上部絶縁部材１２５及び下部絶縁部材１２０とともに、蓋板１１０に固定される。
締結部３１０は、負極端子３００から下方に延設された軸部材（リベット）であり、負極集電体１５０の貫通孔１５０ａに挿入されてかしめられる。具体的には、締結部３１０は、上部絶縁部材１３５の貫通孔１３５ａ、蓋板１１０の貫通孔１１０ｂ、下部絶縁部材１３０の貫通孔１３０ａ、及び、負極集電体１５０の貫通孔１５０ａに挿入されてかしめられる。これにより、負極端子３００と負極集電体１５０とが電気的に接続され、負極集電体１５０は、負極端子３００、上部絶縁部材１３５及び下部絶縁部材１３０とともに、蓋板１１０に固定される。
なお、締結部３１０は、負極端子３００との一体物として形成されていてもよく、負極端子３００とは別部品として作製された締結部３１０が、かしめまたは溶接などの手法によって負極端子２００に固定されていてもかまわない。また、締結部３１０は、銅または銅合金などの、負極端子３００と異なる材質の金属で形成されてもかまわない。締結部２１０と正極端子２００との関係についても同様である。
正極集電体１４０は、電極体４００と容器１００との間に配置され、電極体４００と正極端子２００とを電気的に接続する部材である。正極集電体１４０は、アルミニウムまたはアルミニウム合金などの金属で形成されている。具体的には、正極集電体１４０は、電極体４００の正極側のタブ部４１０に電気的に接続されるとともに、正極端子２００の締結部２１０に電気的に接続されている。
負極集電体１５０は、電極体４００と容器１００との間に配置され、電極体４００と負極端子３００とを電気的に接続する部材である。負極集電体１５０は、銅または銅合金などの金属で形成されている。具体的には、負極集電体１５０は、電極体４００の負極側のタブ部４２０に電気的に接続されるとともに、負極端子３００の締結部３１０に電気的に接続されている。
ここで、負極集電体１５０の形状について詳細に説明する。
図４は、実施の形態に係る負極集電体１５０の概略構成を示す斜視図である。図５は、実施の形態に係る負極集電体１５０を、図４のＶ−Ｖ切断線を含むＹ−Ｚ面から見た断面図である。
図４に示すように、負極集電体１５０は、金属板であり、負極端子３００に接続される第一接続部１５１と、負極側のタブ部４２０に接続される第二接続部１５２とを備えている。
第一接続部１５１は、平板状に形成されており、その中央に貫通孔１５０ａが形成されている。第一接続部１５１の一端部は、傾斜した状態で第二接続部１５２に連結されている。
図４及び図５に示すように、第二接続部１５２は、側面視Ｕ字状に形成されている。具体的には、第二接続部１５２は、所定の間隔をあけて対向する第一板部１５２１と、第二板部１５２２とを備え、第一板部１５２１と第二板部１５２２とが互いの端部で連続して接続されている。この連続した部分は、湾曲した湾曲部１５２３である。湾曲部１５２３の内面１５２４の断面形状の少なくとも一部は、円弧状である。
図６は、実施の形態に係る湾曲部１５２３の内面１５２４の一部を拡大して示す断面図である。この図６に示すように、内面１５２４の一端部は、断面視直線状の傾斜面１５２４ａとなっている。これは、内面１５２４の他端部においても同じ形状である。内面１５２３の両端部間において、断面形状が円弧状となっている。
また、図５に示すように、湾曲部１５２３の厚みｔ１は、第一板部１５２１と第二板部１５２２のそれぞれの厚みｔ２よりも薄く形成されている。また、湾曲部１５２３の内面がなす空間の、第一板部１５２１と第二板部１５２２との対向方向（Ｚ軸方向）における幅Ｈ１は、対向方向における第一板部１５２１の先端と第二板部１５２２の先端とがなす間隔Ｈ２よりも大きい。ここで、第一板部１５２１の先端とは、湾曲部１５２３とは反対側の端部である。同様に、第二板部１５２２の先端とは、湾曲部１５２３とは反対側の端部である。なお、図５に示したように、第一板部１５２１と第二板部１５２２とは、略平行であることが好ましい。
このように、第一板部１５２１と第二板部１５２２との間の折り曲げ部を湾曲部１５２３としているので、応力集中を抑制してクラックの発生を抑制することができる。さらに、湾曲部１５２３の内面１５２４の断面形状が円弧状であるので、応力集中をより抑制することができ、クラックの発生を一層抑えることができる。
また、湾曲部１５２３の厚みｔ１は、第一板部１５２１と第二板部１５２２とのそれぞれの厚みｔ２よりも薄いために、第一板部１５２１と第二板部１５２２とを概ね平行に対向させ、その状態を維持させることができ、スプリングバックの発生を抑制することができる。これにより、負極集電体１５０を全体的に薄型にすることができる。また、厚みｔ１と厚みｔ２とが均一であると、所望の位置で折り曲げられない場合もあるが、本実施の形態のように厚みｔ１が厚みｔ２よりも薄いと所望の位置で折り曲げることが可能である。
また、湾曲部１５２３の厚みｔ１が第一板部１５２１と第二板部１５２２とのそれぞれの厚みｔ２よりも薄いので、湾曲部１５２３の内面１５２４がなす空間の幅Ｈ１を、第一板部１５２１の先端と第二板部１５２２の先端とがなす間隔Ｈ２よりも大きくすることができる。つまり、第一板部１５２１と第二板部１５２２とをより近づけることができ、負極集電体１５０を一層コンパクトにすることができる。
そして、第一板部１５２１は、第二板部１５２２よりも上方に配置されており、下部絶縁部材１３０に当接する。第一板部１５２１に対して、第一接続部１５１の一端部が連結されている。他方、第二板部１５２２における第一板部１５２１とは反対側の主面１５２２ａには、電極体４００のタブ部４２０が溶接により固定される。
なお、正極集電体１４０の具体的な形状については、負極集電体１５０と概ね同等なのでその説明は省略する。
次に、電極体４００の構成について、図６を用いて説明する。
図６は、実施の形態に係る電極体４００の構成を示す斜視図である。なお、図６では、電極体４００の巻回状態を一部展開して図示している。
電極体４００は、電気を蓄えることができる発電要素である。電極体４００は、正極４５０及び負極４６０と、セパレータ４７０ａ及び４７０ｂ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４００は、正極４５０と、セパレータ４７０ａと、負極４６０と、セパレータ４７０ｂ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。
正極４５０は、アルミニウムまたは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、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。
負極４６０は、銅または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（Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２等）、ポリリン酸化合物などが挙げられる。
セパレータ４７０ａ及び４７０ｂ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４７０ａ及び４７０ｂの素材としては、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。
正極４５０は、巻回軸方向の一端において外方に突出する複数の突出部４１１を有する。負極４６０も同様に、巻回軸方向の一端において外方に突出する複数の突出部４２１を有する。これら、複数の突出部４１１及び複数の突出部４２１は、活物質が塗工されず基材層が露出した部分（活物質未塗工部）である。
なお、巻回軸とは、正極４５０及び負極４６０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４００の中心を通るＺ軸方向に平行な直線である。
複数の突出部４１１と複数の突出部４２１とは、巻回軸方向の同一側の端（図６におけるＺ軸方向プラス側の端）に配置され、正極４５０及び負極４６０が積層されることにより、電極体４００の所定の位置で積層される。具体的には、複数の突出部４１１は、正極４５０が巻回によって積層されることにより、巻回軸方向の一端において周方向の所定の位置で積層される。また、複数の突出部４２１は、負極４６０が巻回によって積層されることにより、巻回軸方向の一端において、複数の突出部４１１が積層される位置とは異なる周方向の所定の位置で積層される。
その結果、電極体４００には、複数の突出部４１１が積層されることで形成されたタブ部４１０と、複数の突出部４２１が積層されることで形成されたタブ部４２０とが形成される。タブ部４１０は、例えば積層方向の中央に向かって寄せ集められて、正極集電体１４０と、例えば超音波溶接によって接合される。また、タブ部４２０は、例えば積層方向の中央に向かって寄せ集められて、負極集電体１５０と、例えば超音波溶接によって接合される。
なお、タブ部（４１０、４２０）は、電極体４００において、電気の導入及び導出を行う部分であり、「リード（部）」、「集電部」等の他の名称が付される場合もある。
ここで、タブ部４１０は、基材層が露出した部分である突出部４１１が積層されることで形成されているため、発電に寄与しない部分となる。同様に、タブ部４２０は、基材層が露出した部分である突出部４２１が積層されることで形成されているため、発電に寄与しない部分となる。一方、電極体４００のタブ部４１０及び４２０と異なる部分は、基材層に活物質が塗工された部分が積層されることで形成されているため、発電に寄与する部分となる。以降、当該部分を本体部４３０と称する。本体部４３０のＸ軸方向における両端部は、その外周面が湾曲した湾曲部４３１及び４３２となる。また、電極体４００における湾曲部４３１及び４３２の間の部分は、外側面が平坦な平坦部４３３となる。このように、電極体４００は、２つの湾曲部４３１及び４３２の間に平坦部４３３が配置された長円状に形成されている。
次に、サイドスペーサ７００の具体的な構成について説明する。
図２に示すように、電極体４００の側部を覆うサイドスペーサ７００は、挿入方向（Ｚ軸方向）に延在する長尺状の部材であり、ＰＣ、ＰＰ、ＰＥ、またはＰＰＳ等の絶縁性を有する素材によって形成されている。サイドスペーサ７００は、壁部７１０と、壁部７１０の上端部に連結された基部７２０とを一体的に有する。なお、壁部７１０の下端部においては開放されている。
壁部７１０は、挿入方向に沿って延在して電極体４００の一側部を覆う部位である。具体的には、壁部７１０は、電極体４００の湾曲部４３２を側方から覆う。壁部７１０における容器１００の内方側の内側面７１１は、電極体４００の湾曲部４３２に対向する面であり、当該湾曲部４３２に対応した滑らかな湾曲面となっている。
次に、蓄電素子１０の製造方法を説明する。
まず、電極体形成工程では、正極４５０及び負極４６０と、セパレータ４７０ａ及び４７０ｂとを交互に積層して巻回して、図６に示す電極体４００を形成する。
巻回が完了すると、電極体４００が展開しないように、当該電極体４００の平坦部４３３に接着テープ（図示省略）を貼り付ける。
一方、負極集電体１５０を形成するための板体３０９を準備する。
図８は、実施の形態に係る板体３０９の概略構成を示す断面図である。具体的には、図８は、図５に対応する図である。
図８に示すように、板体３０９は平板状の板体であり、負極集電体１５０を展開した形状に形成されている。また、板体３０９には、他の領域よりも薄肉な第一領域３０１が形成されている。ここで、他の領域のうち、第一領域３０１の一側部と隣り合う領域３０２が、第一板部１５２１に対応する部位であり、第一領域３０１の他側部と隣り合う領域３０３が、第二板部１５２２に対応する部位である。また、第一領域３０１は、湾曲部１５２３に対応する部位である。なお、図８において図示はしていないが、領域３０２には、第一接続部１５１に対応する部位が連結されている。この部位には貫通孔１５１ａが予め形成されている。
また、湾曲部１５２３の内面１５２４となる、第一領域３０１の表面３０１１には凹部３０４が形成されており、これにより、第一領域３０１が他の領域３０２及び３０３よりも薄肉となる。つまり、第一領域の厚みは湾曲部１５２３の厚みｔ１であり、その他の領域３０２及び３０３の厚みは第一板部１５２１及び第二板部１５２２の厚みｔ２である。
なお、厚みｔ１、ｔ２のサイズは、板体３０９の材質や蓄電素子１０の容量に応じて設定される。例えば、蓄電素子１０が２０Ａｈ以上の高容量タイプの場合には、ｔ２は０．４〜１．２ｍｍ程度とされ、ｔ１は、ｔ２の１／３以上１／２以下程度とされるのがよいが、これに限定されない。
また、第一領域３０１の幅Ｈ３は、４〜５ｍｍ程度（湾曲部１５２３の内面が形成する円弧の曲率半径がなす円の半周以上、当該半周の１．２倍未満）がよいが、これに限定されない。
また、第一領域３０１と他の領域３０２及び３０３の境界には、第一領域３０１に向かうにつれて低くなる傾斜部３０５が形成されている。
蓋構造体組立工程では、板体３０９における第一接続部１５１に対応する部位に対して、蓋板１１０と、下部絶縁部材１３０と、上部絶縁部材１３５と、負極端子３００とを組み付ける。具体的には、予め、領域３０２と領域３０２とのなす角が略９０度となるように第一領域３０１を折り曲げた板体３０９を準備する。そして、負極端子３００の連結部３１０を、上部絶縁部材１３５の貫通孔１３５ａ、蓋板１１０の貫通孔１１０ｂ、下部絶縁部材１３０の貫通孔１３０ａ、及び、板体３０９の貫通孔１５０ａに挿入してかしめる。これにより、蓋構造体１８０に負極集電体１５０用の板体３０９が取り付けられる。その後、板体３０９の領域３０２と領域３０２とが略１８０度、つまり略平行となるように第一領域３０１を更に９０度折り曲げる。
正極側においても同様の手順で、蓋構造体１８０に正極集電体１４０用の板体が取り付けられ、折り曲げられる。
その後、前述したように、板体３０９の領域３０３は、第二板部１５２２となる部位であるので、この領域３０３に対して電極体４００のタブ部４２０が溶接により固定される。
蓋構造体製造工程後に、板体３０９における第一領域３０１を更に略９０度曲げることによって、図４に示す負極集電体１５０が形成される。具体的には、領域３０２と領域３０３とが対向するように、第一領域３０１を曲げると、第一領域３０１が湾曲して湾曲部１５２３となる。
正極側においても同様の手順で、電極体４００のタブ部４１０に正極集電体１４０が接合される。
次いで、サイドスペーサ取付工程では、電極体４００の本体部４３０に対してサイドスペーサ７００を取り付ける。具体的には、本体部４３０の湾曲部４３１及び４３２毎に個別にサイドスペーサ７００を取り付ける。取り付け後においては、サイドスペーサ７００を本体部４３０に接着テープ（図示省略）で固定する。
次いで、電極体収容工程では、一体化された電極体４００及びサイドスペーサ７００を容器１００の本体１１１に収容する。このとき、本体１１１の開口１１２から、電極体４００及びサイドスペーサ７００が挿入される。
電極体収容工程の後、蓋板溶接工程では、本体１１１に蓋板１１０を溶接して、容器１００を組み立てる。
次いで、注液工程では、注液口１１７から電解液を注液する。
その後、注液栓１１８を蓋板１１０に溶接して注液口１１７を塞ぐことで、蓄電素子１０が製造される。
以上のように、本実施の形態によれば、第一板部１５２１と第二板部１５２２との間の折り曲げ部を湾曲部１５２３としているので、応力集中を抑制してクラックの発生を抑制することができる。また、湾曲部１５２３の厚みｔ１は、第一板部１５２１と第二板部１５２２とのそれぞれの厚みｔ２よりも薄いために、第一板部１５２１と第二板部１５２２とを概ね平行に対向させることができる。これにより、負極集電体１５０を全体的に薄型にすることができる。
したがって、集電体自体のコンパクト化を図りつつ、安定化を実現することができる。
また、湾曲部１５２３の厚みｔ１が第一板部１５２１と第二板部１５２２とのそれぞれの厚みｔ２よりも薄いので、湾曲部１５２３の内面１５２４がなす空間の幅Ｈ１を、第一板部１５２１の先端と第二板部１５２２の先端とがなす間隔Ｈ２よりも大きくすることができる。つまり、第一板部１５２１と第二板部１５２２とをより近づけることができ、負極集電体１５０を一層コンパクトにすることができる。
また、湾曲部１５２３の内面１５２４の断面形状が円弧状であるので、湾曲部１５２３自体を滑らかに湾曲させることができる。したがって、応力集中をより抑制することができ、クラックの発生を一層抑えることができる。
また、板体３０９における第一領域３０１と他の領域３０２及び３０３との境界に傾斜部３０５が形成されているので、板体３０９を曲げて湾曲部１５２３を形成した後においても、折り曲がり部が鋭角にとがりにくくなる。したがって、応力集中を抑制してクラックの発生を抑制することができる。
また、板体３０９における湾曲部１５２３の内面１５２４となる表面３０１１に凹部３０４が形成されているので、単に板体３０９を曲げるだけで、湾曲部１５２３の内面１５２４の断面形状を一部が開放した円弧状とすることができる。また、湾曲部１５２３の内面１５２４となる表面３０１１に凹部３０４が形成されているので、湾曲部１５２３の内面１５２４の曲率半径を大きくすることも可能である。
（他の実施の形態）
以上、本発明に係る蓄電素子について、実施の形態に基づいて説明した。しかしながら、本発明は、上記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上記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。
なお、以下の説明において、上記実施の形態と同一の部分は、同一の符号を付してその説明を省略する場合がある。
例えば、蓄電素子１０が備える電極体４００の個数は１には限定されず、２以上であってよい。
また、蓄電素子１０が備える電極体４００は巻回型である必要はない。蓄電素子１０は、例えば平板状極板を積層した積層型の電極体を備えてもよい。また、蓄電素子１０は、例えば、長尺帯状の極板を山折りと谷折りとの繰り返しによって蛇腹状に積層した構造を有する電極体を備えてもよい。
また、電極体４００が有する正極側のタブ部４１０と負極側のタブ部４２０との位置関係は特に限定されない。例えば、巻回型の電極体４００において、タブ部４１０とタブ部４２０とが巻回軸方向の互いに反対側に配置されていてもよい。また、蓄電素子１０が、積層型の電極体を備える場合、積層方向から見た場合において、正極側のタブ部と負極側のタブ部とが異なる方向に突出して設けられていてもよい。この場合、正極側のタブ部と負極側のタブ部にそれぞれ対応する位置に、下部絶縁部材、集電体等が配置されていればよい。
また、上記実施の形態では、湾曲部１５２３の内面１５２４となる、第一領域３０１の表面３０１１に凹部３０４が形成されている場合を例示した。しかし、第一領域３０１の表面３０１１とは反対側の面に凹部が形成されていてもよいし、表面３０１１と反対側の面とのそれぞれに凹部が形成されていてもよい。
また、上記実施の形態では、予め９０度折り曲げられた板体３０９を蓋板構造体１８０に取り付け、その後更に９０度折り曲げる場合を例示して説明したが、蓋板構造体１８０に平板な板体３０９を取り付けた後に、当該板体３０９を略９０度折り曲げてもよい。また、電極体４００のタブ部４２０に、平らな板体３０９を溶接するとともに、蓋板構造体１８０に平らな板体３０９を取り付けてから、板体３０９を略１８０度折り曲げてもよい。
また、上記実施の形態では、第一接続部１５１と第二接続部１５２とが一体形成された負極集電体１５０を例示して説明したが、第一接続部１５１と第二接続部１５２とが元々別体で、両者が接合されることで形成された負極集電体であってもよい。
また、上記実施の形態では、サイドスペーサ７００の壁部７１０の下端部が開放された形態を例示して説明した。しかし、サイドスペーサ７００の壁部７１０の下端部が底板で閉塞されていてもよい。
なお、上記実施の形態及び上記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。
本発明は、リチウムイオン二次電池などの蓄電素子等に適用できる。
１０ 蓄電素子
１００ 容器
１１０ 蓋板
１４０ 正極集電体
１５０ 負極集電体
１５１ 第一接続部
１５２ 第二接続部
１５２１ 第一板部
１５２２ 第二板部
１５２２ａ 主面
１５２３ 湾曲部
１５２４ 内面
１５２４ 傾斜面
１８０ 蓋構造体
３０１ 第一領域
３０１１ 表面
３０４ 凹部
３０５ 傾斜部
３０９ 板体
４１０、４２０ タブ部
Ｈ１ 幅
Ｈ２ 間隔
ｔ１、ｔ２ 厚み

Claims (7)

  1. 端子と、
    本体部と前記本体部から突出したタブ部とを有する電極体と、
    前記端子と前記タブ部とを電気的に接続する集電体とを備え、
    前記集電体は、対向する第一板部と第二板部とが湾曲部を介して連続しており、
    前記湾曲部の厚みは、前記第一板部と前記第二板部とのそれぞれの厚みよりも薄い
    蓄電素子。
  2. 前記湾曲部の内面がなす空間の、前記第一板部と前記第二板部との対向方向における幅は、前記第一板部の先端と前記第二板部の先端とがなす前記対向方向における間隔よりも大きい
    請求項１に記載の蓄電素子。
  3. 前記湾曲部の内面の両端部が断面視直線状に傾斜する傾斜面である
    請求項２に記載の蓄電素子。
  4. 前記湾曲部の内面の少なくとも一部の断面形状は、円弧状である
    請求項１〜３のいずれか一項に記載の蓄電素子。
  5. 請求項１〜３のいずれかに記載の蓄電素子の製造方法であって、
    平板状の板体を曲げることによって、前記集電体を形成する工程を含み、
    前記板体における他の領域よりも薄肉な第一領域を曲げることで、前記湾曲部を形成する
    蓄電素子の製造方法。
  6. 前記板体における前記第一領域と前記他の領域との境界には、前記第一領域に向かうにつれて薄くなる傾斜部が形成されている
    請求項５に記載の蓄電素子の製造方法。
  7. 前記板体の前記第一領域における、前記湾曲部の内面となる表面には、凹部が形成されている
    請求項５または６に記載の蓄電素子の製造方法。
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