JP2019003891A - 蓄電素子、蓄電装置及び蓄電素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、電流経路の抵抗を低くすることができる蓄電素子を提供することを課題とする。【解決手段】本発明の一態様に係る蓄電素子は、シート状に形成されたセパレータを介して積層される複数の正極板及び複数の負極板を有する電極体本体、並びに前記複数の正極板のそれぞれから延びる正極タブを有する電極体と、前記電極体を収容するケース本体及びこのケース本体を塞ぐとともに前記電極体の正極タブに対向する蓋板を有するケースとを備え、前記蓋板が、内表面に凸部を有し、かつ外表面の前記凸部に対応する位置に凹部を有し、前記複数の正極タブが、前記電極体本体と前記凸部との間に湾曲部を形成するように延び、それらの先端付近で束ねられて前記凸部に接合されている。【選択図】図２

Description

本発明は、蓄電素子、蓄電装置及び蓄電素子の製造方法に関する。

特開２０１６−１１５４０９号公報には、ケースの蓋板に外部端子が設けられ、ケース内部で外部端子に接続されて蓋板と略平行に延びる板状の正極集電体及び負極集電体に、正極板から延びるタブ及び負極板から延びるタブをそれぞれ接続した蓄電素子が開示されている。

特開２０１３−１７１７８４号公報には、角形非水電解質二次電池が開示されている。この角形非水電解質二次電池は、複数の正極集電タブが偏平状巻回電極体の上部で折り曲げられ、偏平状角形外装体の長辺２辺にそれぞれ少なくとも１本の正極集電タブが位置するように、それぞれの先端が偏平状角形外装体と封口体とに挟まれて溶接されている。

特開２０１６−１１５４０９号公報 特開２０１３−１７１７８４号公報

リチウムイオン二次電池などの充放電される蓄電素子は、急速充電や急速放電を行えるようにすることが求められている。急速充電や急速放電により大電流が流れても、電流経路の抵抗上昇を抑制することが求められている。

本発明は、電流経路の抵抗を低くすることができる蓄電素子、蓄電装置及び蓄電素子の製造方法を提供することを課題とする。

電気自動車（ＥＶ）やプラグインハイブリッド電気自動車（ＰＨＥＶ）に備えられる蓄電素子には、航続距離の延長のために高容量化が求められている。いわゆるスタックタイプの電極体を用いた蓄電素子では、高容量を達成するために多くの正極板及び負極板が積層される。そのため、複数の正極板のそれぞれから延びる正極タブの数も増加している。それら正極タブを短くし過ぎると、それら正極タブを束ねて蓋板に固定することが難しくなる。

例として、５０枚の正極板がセパレータを介して５０枚の負極板と交互に積層される場合を考える。５０枚の正極板のそれぞれから延びる正極タブを束ねる時、あるいは正極タブを固定する際に立てていた蓋板をケース本体の開口を塞ぐべく横にした時に、積層の外層に位置する正極板から延びる正極タブに大きなストレスがかかる。ストレスを軽減するために、正極タブを長くする（長さに余裕を持たせる）ことが考えられる。

本発明者らは、正極タブを長くすると、電流経路の抵抗を十分に低くすることができないことに着眼し、本発明を完成させた。

本発明の一態様に係る蓄電素子は、シート状に形成されたセパレータを介して積層される複数の正極板及び複数の負極板を有する電極体本体、並びに前記複数の正極板のそれぞれから延びる正極タブを有する電極体と、前記電極体を収容するケース本体及びこのケース本体を塞ぐとともに前記電極体の正極タブに対向する蓋板を有するケースとを備え、前記蓋板が、内表面に凸部を有し、かつ外表面の前記凸部に対応する位置に凹部を有し、前記複数の正極タブが、前記電極体本体と前記凸部との間に湾曲部を形成するように延び、それらの先端付近で束ねられて前記凸部に接合されている。湾曲部は、正極タブが湾曲形状を呈するものでもよいし、正極タブが屈曲形状を呈するものでもよい。

本発明の一態様に係る蓄電素子は、蓋板に設けた凸部によって電極体本体と蓋板との距離を部分的に短くし、その部分で凸部に正極タブを接合することで、正極タブにかかるストレスが増大することを防ぎつつ、正極タブの長さを相対的に短くできる。この構成により、電流経路の抵抗を低くすることができる。

本発明の一実施形態の蓄電素子の構成を示す模式的分解斜視図である。 図１の蓄電素子の模式的Ａ−Ａ線断面図である。 本発明の一実施形態の蓄電素子の製造方法において蓋板をケース本体の端部で立てて、正極タブを接合した状態を示す模式的断面図である。 放電機構を有する場合の蓄電素子を示す模式的部分拡大図である。 本発明の一実施形態に係る蓄電装置を示す模式図である。

本発明の一態様に係る蓄電素子は、シート状に形成されたセパレータを介して積層される複数の正極板及び複数の負極板を有する電極体本体、並びに前記複数の正極板のそれぞれから延びる正極タブを有する電極体と、前記電極体を収容するケース本体及びこのケース本体を塞ぐとともに前記電極体の正極タブに対向する蓋板を有するケースとを備え、前記蓋板が、内表面に凸部を有し、かつ外表面の前記凸部に対応する位置に凹部を有し、前記複数の正極タブが、前記電極体本体と前記凸部との間に湾曲部を形成するように延び、それらの先端付近で束ねられて前記凸部に接合されている。

当該蓄電素子は、蓋板が、内表面に凸部を有し、複数の正極タブが、先端付近で束ねられて前記凸部に接合されている。当該蓄電素子は、凸部と正極板との間隔（凸部の突出方向における直線距離）が短い。当該蓄電素子は、蓋板に凸部を設けない場合と比較して、正極タブの長さを短くでき、正極板とケースとの間の電流経路の抵抗を低くできる。正極タブを固定する際に立てていた蓋板をケース本体の開口を塞ぐべく横にした時に、凸部によって電極体本体と蓋板との距離が部分的に短くなる。そのため正極タブが、蓋板に向けて引っ張られることなく、凸部と電極体本体との間で湾曲部を形成し、積層の外層に位置する正極板から延びる正極タブに大きなストレスがかかることを防止できる。

前記蓋板を貫通する端子部材をさらに備え、前記凸部の前記蓋板の内表面からの突出距離が、前記端子部材の前記蓋板の内表面からの突出距離以下であるとよい。蓄電素子の高容量化のため、ケース内には極力大きい電極体を収容してエネルギー密度を向上したい。しかし、正極及び負極のうちの少なくとも一方の端子は、ケースと絶縁をとったうえで蓋板を貫通させケース内でタブと電気接続する必要がある。蓋板の内表面に設けた凸部の突出量を、蓋板を貫通する端子部材の突出量以下とすることで、ケース内に極力大きい電極体を収容できる。従って、エネルギー密度を低下させることなく、タブ長さの短縮、電流経路の抵抗低減を実現できる。

前記複数の正極タブが、前記凸部に直接接合されているとよい。このように前記複数の正極タブを、集電体等を介することなく前記凸部に直接接合することで、製造が容易化されると共に、電流経路の抵抗を低くすることができる。

前記電極体本体を包囲して前記電極体本体と前記ケースとの間に介在する絶縁シートをさらに備え、前記絶縁シートは、前記電極体本体から前記蓋板に向けて突出して前記湾曲部と前記ケースとの間に介在するとよい。絶縁シートによって、湾曲部とケースとが導通することがないため、正極板、正極タブ、凸部（蓋板）の介在により形成される正規の電流経路とは異なる経路を通じて電流が流れること防止できる。また、絶縁シートによって、負極タブとケースとが短絡することを確実に防止できる。

前記ケース外に配置され前記ケース及び前記負極板に電気的に接続される放電機構をさらに備えるとよい。通常予見される使用形態でない特異な状況において蓄電素子内部が発熱した場合、放電機構により電極体を急速放電して蓄電素子を安全な状態にすることができる。正極タブの長さが短く、電流経路の抵抗が低いため、放電機構を確実に作動させることができる。

本発明の他の実施形態に係る蓄電装置は、複数の前記蓄電素子と、これら蓄電素子のケースに接触するバスバーとを備える。

複数の蓄電素子はそれぞれ、正極タブを通じて正極板に電気的に接続されたケースを備えるので、そのケースにバスバーを接触させることで、その蓄電素子を他の蓄電素子や他の電気回路と直列または並列に接続できる。こうして構成される蓄電装置は、バスバーを配置する設計自由度が高い。それぞれの蓄電素子の内部における電流経路の抵抗が低いため、蓄電装置全体の電流経路の抵抗を低くすることができる。

本発明の他の実施形態に係る蓄電素子の製造方法は、シート状に形成されたセパレータを介して積層される複数の正極板及び複数の負極板を有する電極体本体、並びに前記複数の正極板のそれぞれから延びる正極タブを有する電極体と、前記電極体を収容するケース本体と、内表面に凸部を有し、かつ外表面の前記凸部に対応する位置に凹部を有する蓋板とを有する蓄電素子の製造方法であって、前記電極体を前記ケース本体に収容すること、前記蓋板の前記凸部に、複数の前記正極タブを束ねて超音波溶接すること、及び先端付近が前記凸部に接合された複数の前記正極タブを湾曲させつつ前記蓋板により前記ケース本体を塞ぐことを備える。

この蓄電素子の製造方法によれば、正極板から延びる比較的短い正極タブをケースにスムーズかつ安定的に接続することができ、電流経路の抵抗が低い蓄電素子を製造することができる。

なお、「電極体の正極タブに対向する」とは、電極本体の正極タブが延びる端部に対向することを意味する。また、「蓋板の内表面」とは、蓋板内側の凹凸部を除く部分の表面を指し、同様に「蓋板の外表面」とは、蓋板外側の凹凸部を除く部分の表面を指すものとする。

以下、適宜図面を参照しつつ、本発明の一実施形態に係る蓄電素子、蓄電装置及び蓄電素子の製造方法について詳説する。

図１に、本発明の一実施形態に係る蓄電素子を示す。本実施形態ではリチウムイオン二次電池を例示するが、本発明に係る蓄電素子は、一次電池や、リチウムイオン二次電池以外の非水電解質二次電池であってもよく、キャパシタ等の電気化学セルであってもよい。

当該蓄電素子は、電極体１と、ケース２とを備える。前記電極体１は、電極体本体３、正極タブ４及び負極タブ５を有する。前記電極体本体３は、図２に示すように、シート状に形成されたセパレータ６を介して積層される複数の正極板７及び複数の負極板８を有する。前記正極タブ４及び負極タブ５は、前記複数の正極板７及び負極板８のそれぞれから延びる。前記ケース２は、前記電極体１を収容するケース本体９及びこのケース本体９を塞ぐとともに前記電極体１の正極タブ４に対向する蓋板１０を有する。当該蓄電素子は、蓋板１０の長手方向の端部に、端子部材１１と、上ガスケット１２と、下ガスケット１３と、集電体１４とをさらに備える。

当該蓄電素子は、ケース２の内部に電極体１とともに電解液が封入されている。当該蓄電素子の内部において、電極体１は電解液に浸漬されている。

当該蓄電素子は、電極体本体３の周囲に巻き付けられる絶縁シート１５を備える。当該蓄電素子は、ケース本体９の底部と電極体本体３との間に配置されるクッションシートや電極体本体３と集電体１４との間に配置されるクッションシートをさらに備えてもよい。

電極体本体３は、シート状に形成されたセパレータ６を介して複数の正極板７及び複数の負極板８を積層したものである。つまり、当該蓄電素子の電極体１は、いわゆる積層型電極体である。より詳しくは、電極体本体３は、それぞれ概略方形板状に形成された複数の正極板７と複数の負極板８とをセパレータ６を介して交互に積層したものである。セパレータ６は正極板７と負極板８との間に１枚ずつ設けてもよいし、１枚のセパレータ６をジグザグ状につづら折りにして用いてもよい。

正極板７は、導電性を有する集電箔と、この集電箔の両面に積層される正極活物質層とを有する。

正極板７の集電箔の材質としては、アルミニウム、銅、鉄、ニッケル等の金属又はそれらの合金が用いられる。これらの中でも、導電性の高さとコストとのバランスからアルミニウム、アルミニウム合金、銅及び銅合金が好ましく、アルミニウム及びアルミニウム合金がより好ましい。つまり、集電箔としてはアルミニウム箔が好ましい。なお、アルミニウム又はアルミニウム合金としては、ＪＩＳ−Ｈ４０００（２０１４）に規定されるＡ１０８５Ｐ、Ａ３００３Ｐ等が例示できる。

正極板７の正極活物質層は、正極活物質を含むいわゆる合材から形成される多孔性の層である。また、正極活物質層を形成する合材は、必要に応じて導電剤、結着剤（バインダ）、増粘剤、フィラー等の任意成分を含む。

正極活物質としては、例えばＬｉ_ｘＭＯ_ｙ（Ｍは少なくとも一種の遷移金属を表す）で表される複合酸化物（Ｌｉ_ｘＣｏＯ_２、Ｌｉ_ｘＮｉＯ_２、Ｌｉ_ｘＭｎ_２Ｏ_４、Ｌｉ_ｘＭｎＯ_３、Ｌｉ_ｘＮｉ_αＣｏ_{（１−α）}Ｏ_２、Ｌｉ_ｘＮｉ_αＭｎ_βＣｏ_{（１−α−β）}Ｏ_２、Ｌｉ_ｘＮｉ_αＭｎ_{（２−α）}Ｏ_４等）、Ｌｉ_ｗＭｅ_ｘ（ＸＯ_ｙ）_ｚ（Ｍｅは少なくとも一種の遷移金属を表し、Ｘは例えばＰ、Ｓｉ、Ｂ、Ｖ等を表す）で表されるポリアニオン化合物（ＬｉＦｅＰＯ_４、ＬｉＭｎＰＯ_４、ＬｉＮｉＰＯ_４、ＬｉＣｏＰＯ_４、Ｌｉ_３Ｖ_２（ＰＯ_４）_３、Ｌｉ_２ＭｎＳｉＯ_４、Ｌｉ_２ＣｏＰＯ_４Ｆ等）が挙げられる。これらの化合物中の元素又はポリアニオンは他の元素又はアニオン種で一部が置換されていてもよい。正極活物質層においては、これら化合物の一種を単独で用いてもよく、二種以上を混合して用いてもよい。正極活物質の結晶構造は、層状構造又はスピネル構造であることが好ましい。

負極板８は、導電性を有する集電箔と、この集電箔の両面に積層される多孔性の負極活物質層とを有する。

負極板８の集電箔の材質としては、銅又は銅合金が好ましい。つまり、負極板８の集電箔としては銅箔が好ましい。集電箔として用いられる銅箔としては、例えば圧延銅箔、電解銅箔等が例示される。

負極活物質層は、負極活物質を含むいわゆる合材から形成される多孔性の層である。また、負極活物質層を形成する合材は、必要に応じて導電剤、結着剤（バインダ）、増粘剤、フィラー等の任意成分を含む。

負極活物質としては、リチウムイオンを吸蔵及び放出することができる材質が好適に用いられる。具体的な負極活物質としては、例えばリチウム、リチウム合金等の金属；金属酸化物；ポリリン酸化合物；黒鉛、非晶質炭素（易黒鉛化炭素又は難黒鉛化性炭素）等の炭素材料などが挙げられる。

負極活物質の中でも、正極板７と負極板８との単位対向面積当たりの放電容量を好適な範囲とする観点から、Ｓｉ、Ｓｉ酸化物、Ｓｎ、Ｓｎ酸化物又はこれらの組み合わせを用いることが好ましく、Ｓｉ酸化物を用いることが特に好ましい。なお、ＳｉとＳｎとは、酸化物にした際に、黒鉛の３倍程度の放電容量を持つことができる。

セパレータ６は、電解液が浸潤するシート状乃至フィルム状の材料から形成される。セパレータ６を形成する材料としては、例えば織布、不織布等を用いることもできるが、典型的には多孔性を有するシート状乃至フィルム状の樹脂が用いられる。このセパレータ６は、正極板７と負極板８とを隔離するとともに、正極板７と負極板８との間に電解液を保持する。

このセパレータ６の主成分としては、例えばポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−メチルアクリレート共重合体、エチレン−エチルアクリレート共重合体、塩素化ポリエチレン等のポリオレフィン誘導体、エチレン−プロピレン共重合体等のポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレートや共重合ポリエステル等のポリエステルなどを採用することができる。中でも、セパレータ６の主成分としては、耐電解液性、耐久性及び溶着性に優れるポリエチレン及びポリプロピレンが好適に用いられる。なお、「主成分」とは、最も質量含有率が大きい成分を意味する。

セパレータ６は、両面又は片面（好ましくは正極板７に対向する面）に耐熱層を有することが好ましい。これにより、熱によるセパレータ６の破損を防止して、正極板７と負極板８との短絡をより確実に防止することができる。

セパレータ６の耐熱層は、多数の無機粒子と、この無機粒子間を接続するバインダとを含む構成とすることができる。

無機粒子の材質としては、例えばアルミナ、シリカ、ジルコニア、チタニア、マグネシア、セリア、イットリア、酸化亜鉛、酸化鉄等の酸化物、窒化ケイ素、窒化チタン、窒化ホウ素等の窒化物、シリコンカーバイド、炭酸カルシウム、硫酸アルミニウム、水酸化アルミニウム、チタン酸カリウム、タルク、カオリンクレイ、カオリナイト、ハロイサイト、パイロフィライト、モンモリロナイト、セリサイト、マイカ、アメサイト、ベントナイト、アスベスト、ゼオライト、ケイ酸カルシウム、ケイ酸マグネシウムなどが挙げられる。中でも、耐熱層の無機粒子の材質としては、アルミナ、シリカ及びチタニアが特に好ましい。

電極体１とともにケース２に封入される電解液としては、蓄電素子に通常用いられる公知の電解液が使用でき、例えばエチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、ブチレンカーボネート（ＢＣ）等の環状カーボネート、又はジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）等の鎖状カーボネートを含有する溶媒に、リチウムヘキサフルオロホスフェート（ＬｉＰＦ_６）等を溶解した溶液を用いることができる。

正極タブ４は、正極板７の集電箔を、活物質層が積層されている方形状の領域から帯状に突出するよう延長して形成できる。負極タブ５は、負極板８の集電箔を、活物質層が積層されている方形状の領域から帯状に突出するよう延長して形成できる。正極タブ４及び負極タブ５は、複数の帯状の集電箔が、それぞれ束ねられている。正極板７の数は、蓄電素子の高容量化に対する要望の視点から、４０〜６０枚であってもよく、約５０枚であってもよい。従って、束ねるタブの数についても４０〜６０枚であってもよく、約５０枚であってもよい。負極板８の数も同様である。

正極タブ４及び負極タブ５は、電極体本体３の積層方向視で方形状であり、電極体本体３の一辺から積層方向視で互いに重ならないよう突出している。

複数の正極タブ４は、電極体本体３と凸部１０ａとの間に湾曲部４ａを形成するように延び、それらの先端付近で束ねられて凸部１０ａに接合されている。湾曲部４ａは、正極タブ４が湾曲形状（Ｃ字状）を呈するものでもよいし、正極タブ４が屈曲形状（Ｖ字状）を呈するものでもよい。

本実施形態では、複数の正極タブ４は、凸部１０ａに直接接合されている。このように複数の正極タブ４を、集電体等を介することなく凸部１０ａに直接接合することで、製造が容易化されると共に、電流経路の抵抗を低くすることができる。

複数の負極タブ５は、ケース２内で例えばＣ字状に湾曲した状態で、先端付近で束ねられて集電体１４に接合され、端子部材１１に電気的に接続される。

ケース２は、上述のように、ケース本体９と蓋板１０とを有する。蓋板１０は、ケース本体９の内部の電解液が漏出しないようケース本体９を密閉する。

このケース２の形状としては、各面が方形状の箱形（直方体状）であることが好ましい。ケース２は、ケース本体９の底部又は蓋板１０に、内圧上昇時に開口して圧力を逃がす破裂弁（ラプチャバルブ）を有することが好ましい。本実施形態では、ケース本体９の底部（蓋板１０と対向するケース本体の壁）に、破裂弁が設けられている。

ケース２のケース本体９は、電極体１を収容できる有底筒状に形成され、筒状部とこの筒状部の底部を塞ぐ底板とを有する構成とすることができる。ケース本体９は筒状部の天部に電極体１を挿入するための開口を有する。このケース本体９の材質としては、例えばアルミニウムやアルミニウム合金、ステンレス等の金属を用いることができる。

ケース２の蓋板１０は、正極タブ４が電気的に接続され、正極外部端子として利用される。蓋板１０としては、強度及び導電性を有する板材であればよく、例えば金属板、めっき鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板等を用いることができ、典型的にはアルミニウム板又はステンレス鋼板が用いられる。

蓋板１０の形状は、ケース２の形状が直方体状である場合、長辺と短辺とを有する長方形状である。蓋板１０は、内表面に凸部１０ａを有し、かつ外表面の凸部１０ａに対応する位置に凹部１０ｂを有する。凸部１０ａ及び凹部１０ｂは、例えばプレス加工により形成される。蓋板１０の外表面に形成された凹部１０ｂは、図２に示すように、外表面から凹んだ底面と、外表面と底面とを接続する傾斜側面とを有する。この傾斜側面により、プレス加工金型を蓋板１０の外表面に押し込んだ後、蓋板１０から金型をスムーズに抜くことができる。蓋板１０の内表面に形成された凸部１０ａは、内表面から突出して正極タブ４が接合される接合面と、内表面と接合面とを接続する傾斜側面とを有する。図１に示すように、凹部１０ｂ（及び凸部１０ａ）は、蓋板１０の長手方向における、端子部材１１とは反対側の端部に設けられている。本実施形態における凹部１０ｂ（及び凸部１０ａ）は、蓋板１０の長手方向に平行な長辺を有する平面視長方形状である。図２に示すように、正極タブ４は、蓋板１０の短辺に平行な方向に向けられた湾曲部４ａを有する。湾曲部４ａは、蓋板１０の凸部１０ａに接合された複数の正極タブ４の先端と、電極体本体３との間に位置している。湾曲部４ａとケース本体９の側壁（長側壁）との間に、絶縁シート１５が介在している。絶縁シート１５は、電極体本体３を包囲し、ケース本体９の側壁に沿って電極体本体３から蓋板１０に向けて突出して湾曲部４ａとケース本体９の側壁との間に介在する。

蓋板１０の平均幅（蓋板１０の短辺と平行な方向の平均幅；図２のＷ）に対する凸部１０ａの正極タブ４の先端から蓋板１０の端部までの平均距離（図２のＤ）の割合（Ｄ／Ｗ）の下限としては、５０％が好ましく、６０％がより好ましい。一方、前記Ｄ／Ｗの上限としては、８０％が好ましく、７０％がより好ましい。前記Ｄ／Ｗを前記下限以上とすることで、正極タブ４の長さをさらに短くでき、電流経路の抵抗を低くすることができる。また、前記Ｄ／Ｗを前記上限以下とすることで、蓋板１０をケース本体９に取り付ける際に正極タブ４と蓋板１０とが干渉することを抑止できる。

凸部１０ａの蓋板１０の内表面からの突出距離は、端子部材１１の蓋板１０の内表面からの突出距離以下であることが好ましい。蓄電素子の高容量化のため、ケース本体９内には極力大きい電極体１を収容してエネルギー密度を向上したい。しかし、負極端子の端子部材１１は、蓋板１０と絶縁をとったうえで蓋板１０を貫通させケース内で負極タブ５と電気接続する必要がある。蓋板１０の内表面に設けた凸部１０ａの突出量を、蓋板１０を貫通する端子部材１１の突出量以下とすることで、ケース内に極力大きい電極体１を収容できる。従って、エネルギー密度を低下させることなく、正極タブ４の長さの短縮、電流経路の抵抗低減を実現できる。

蓋板１０の平均幅に対する凸部１０ａの蓋板１０の内表面からの突出距離の割合の下限としては、３０％が好ましく、４０％がより好ましい。一方、蓋板１０の平均幅に対する凸部１０ａの蓋板１０の内表面からの突出距離の割合の上限としては、６０％が好ましく、５０％がより好ましい。蓋板１０の平均幅に対する凸部１０ａの蓋板１０の内表面からの突出距離の割合を前記範囲内とすることで、蓋板１０をケース本体９に取り付ける際の正極タブ４と蓋板１０との干渉を抑止しつつ、電流経路の抵抗を低くすることができる。

凸部１０ａの平均幅（凸部１０ａの蓋板内表面における短辺の平均長さ）の下限としては、蓋板１０の平均幅の２０％が好ましく、３０％がより好ましい。一方、凸部１０ａの平均幅の上限としては、蓋板１０の平均幅の６０％が好ましく、５０％がより好ましい。凸部１０ａの平均幅を前記下限以上とすることで、凸部１０ａと正極タブ４との間の接続抵抗を小さくすることができる。また、凸部１０ａの平均幅を前記上限以下とすることで、プレス加工等により凸部１０ａを安定的に形成できる。

凸部１０ａの平均長さ（凸部１０ａの蓋板内表面における長辺の平均長さ）の下限としては、蓋板１０の平均長さの１０％が好ましく、２０％がより好ましい。一方、凸部１０ａの平均長さの上限としては、蓋板１０の平均長さの４０％が好ましく、３０％がより好ましい。凸部１０ａの平均長さを前記下限以上とすることで、凸部１０ａと正極タブ４との間の接続抵抗を小さくすることができる。また、凸部１０ａの平均長さを前記上限以下とすることで、負極タブ５と集電体１４との接合長さを確保してそれらの接続抵抗を小さくすることができる。

凸部１０ａと電極体本体３との距離の下限としては、１ｍｍが好ましく、２ｍｍがより好ましい。一方、凸部１０ａと電極体本体３との距離の上限としては、４ｍｍが好ましく、３ｍｍがより好ましい。凸部１０ａと電極体本体３との距離を前記下限以上とすることで、複数の正極タブ４を確実に収納することができる。また、凸部１０ａと電極体本体３との距離を前記上限以下とすることで、正極タブ４の長さをさらに短くでき、電流経路の抵抗を低くすることができる。

凹部１０ｂは、上述のように蓋板１０の外表面の凸部１０ａに対応する位置に設けられる。蓋板１０の強度の観点から、凹部１０ｂは、凹部１０ｂにおける蓋板１０の平均厚さが凹部１０ｂ以外の蓋板１０の平均厚さと同じとなるように構成されるとよい。この凹部１０ｂから容易に超音波溶接等により正極タブ４を凸部１０ａに接合することができる。

端子部材１１は、負極外部端子として用いられる。端子部材１１と蓋板１０との間には上ガスケット１２が介在する。蓋板１０と集電体１４との間には下ガスケット１３が介在する。

端子部材１１の材質としては、導電性を有する材料とされる。また、端子部材１１は、少なくともケース２内に露出する部分の材質が負極集電体と同種の金属とされることが好ましい。

この端子部材１１は、蓋板１０の外側に配置される板状の端子部１１ａと蓋板１０を貫通する軸部１１ｂとを有する。集電体１４は、蓋板１０の内側に蓋板１０と略平行に配置され、負極タブ５が接続される。このように、板状の集電体１４を蓋板１０に沿って延ばすことによって、電極体本体３に負極タブ５を設ける位置の自由度が大きくなる。

本実施形態において、端子部材１１の集電体１４は、電極体本体３と対向する面に負極タブ５が接続される。このため、集電体１４は負極タブ５が接続される領域を電極体本体３側にオフセットするよう僅かに屈曲している。

次に、当該蓄電素子の製造方法の一例について説明する。当該蓄電素子の製造方法は、電極体１をケース本体９で包囲すること、蓋板１０の凸部１０ａに、複数の正極タブ４を束ねて超音波溶接すること、及び先端付近が凸部１０ａに接合された複数の正極タブ４を湾曲させつつ蓋板１０によりケース本体９を塞ぐことを備える。

当該蓄電素子の製造方法では、ケース本体９にその天部の開口から電極体１を挿入して収容することで、電極体１をケース本体９で包囲する。また、絶縁シート１５を電極体本体３とケース本体９との間に介在させる。絶縁シート１５で電極体１を包囲してから、この絶縁シート１５で包囲された電極体１をケース本体９に収容してもよいし、ケース本体９に絶縁シート１５を予め収容し、その収容した絶縁シート１５の内側に電極体１を挿入してもよい。

次に、当該蓄電素子の製造方法では、蓋板１０の凸部１０ａに、複数の正極タブ４を束ねて超音波溶接する。具体的には、図３に示すように蓋板１０の端部をケース本体９の開口（上端部）に隣接させ、開口に対して蓋板１０が垂直となるように配置する。当該蓄電素子の製造方法では、この蓋板１０を立てた状態で蓋板１０の凸部１０ａに正極タブ４を束ねて超音波溶接する。蓋板１０は内表面に凸部１０ａを有しているので、電極体本体３の一方の最外層（図３における右側）の正極板７から延出する正極タブ４にかかるストレス（特に、後述する蓋板１０をケース本体９の開口を塞ぐべく横にする時に、正極タブ４にかかるストレス）が軽減される。また、電極体本体３の他方の最外層（図３における左側）の正極板７から延出する正極タブ４が、蓋板１０の凸部１０ａへの超音波溶接時に蓋板１０の端部（立てた蓋板１０の下端）に干渉することを防止できる。

最後に、当該蓄電素子の製造方法では、先端付近が凸部１０ａに接合された複数の正極タブ４を湾曲させつつ蓋板１０によりケース本体９を塞ぐ。蓋板１０とケース本体９とは、例えばレーザー溶接される。

本実施形態における蓄電素子の製造方法は、蓋板１０及びケース本体９をレーザー溶接する前に、負極タブ５を端子部材１１と電気的に接続することをさらに備える。本実施形態における蓄電素子の製造方法では、例えば負極タブ５を負極集電体と超音波溶接することで、負極タブ５を端子部材１１と電気的に接続する。

当該蓄電素子は、蓋板１０が、内表面に凸部１０ａを有し、複数の正極タブ４が、先端付近で束ねられて前記凸部１０ａに接合されている。当該蓄電素子は、図２に示すように、凸部１０ａと正極板７との間隔が短い。当該蓄電素子は、蓋板１０に凸部１０ａを設けない場合と比較して、正極タブ４の長さを短くでき、正極板７とケース２との間の電流経路の抵抗を低くできる。当該蓄電素子は、正極タブ４を固定する際に立てていた蓋板１０をケース本体９の開口を塞ぐべく横にした時に、凸部１０ａによって電極体本体３と蓋板１０との距離が部分的に短くなる。そのため正極タブ４が、蓋板１０に向けて引っ張られることなく、凸部１０ａと電極体本体３との間で湾曲部４ａを形成し、積層の外層に位置する正極板７から延びる正極タブ４に大きなストレスがかかることを防止できる。

当該蓄電素子の製造方法によれば、正極板７から延びる比較的短い正極タブ４をケース２にスムーズかつ安定的に接続することができ、電流経路の抵抗が低い蓄電素子を製造することができる。

当該蓄電素子は、ケース２及び負極板８に電気的に接続される放電機構１６を備えてもよい。以下、図４を参照して、放電機構１６について説明する。

放電機構１６は、図１に示すケース２外に設けられており、詳細にはケース２における蓋板１０に設けられている。放電機構１６の具体的構成は、ケース２外でケース２と負極板８とを短絡することができる構成であれば特に限定されるものではない。例えば、図４に示すように、一端が端子部材１１に接続される金属製のバスバー１７と、バスバー１７の他端側においてバスバー１７の内面から蓋板１０の外表面にかけて積層される第１はんだ層１８、ニッケル箔及びアルミニウム箔が交互に積層された金属箔層１９、厚さ方向に複数の貫通孔を有する樹脂層２０、並びに第２はんだ層２１を有する構成を挙げることができる。放電機構１６は、急速放電すべき場合に電流が金属箔層１９に流れるように構成されている。放電機構１６は、金属箔層１９におけるニッケル及びアルミニウムの合金化反応による発熱によって第１はんだ層１８及び第２はんだ層２１が溶融し、これらのはんだが樹脂層２０の貫通孔に流入することで端子部材１１を経由してケース２及び負極板８を導通するよう構成されている。

当該蓄電素子は、ケース２及び負極板８に電気的に接続される放電機構１６を備えるので、通常予見される使用形態でない特異な状況において蓄電素子内部が発熱した場合、正極板７及び負極板８をケース２外で短絡させることができ、ケース２内における発熱を抑制することができる。

当該蓄電素子は、放電機構１６がケース２における蓋板１０に設けられているので、急速放電時における、正極板７から、ケース２と放電機構１６を経由して負極板８に到る電流経路を短くしてこの電流経路の抵抗を低くすることができる。従って、より急速かつ確実な放電を行うことができる。

次に、図５を参照して、複数の蓄電素子２２を備える蓄電装置について説明する。当該蓄電装置は、複数の蓄電素子２２と、複数の蓄電素子２２のケース２に接するバスバー２３とを備える。また、蓄電装置は、複数の蓄電素子２２のケース２に接するシート状の伝熱部材２４と、伝熱部材２４のケース２と接する面と反対側の面に積層される冷却部材２５とを備える。当該蓄電装置は、複数の蓄電素子２２がバスバー２３によって電気接続された組電池である。

複数の蓄電素子２２は、ケース２のケース本体９の外面（本実施形態では、蓋板１０の短辺とケース本体９の底板の短辺とをつなぐ側面）が伝熱部材２４に当接した状態で並んで配置されている。複数の蓄電素子２２は、端子部材１１が同じ方向を向いている（図５における紙面に垂直な方向）。複数の蓄電素子２２は、端子部材１１が上下に互い違いになるよう、伝熱部材２４が延びる方向に並んで配置されている。複数の蓄電素子２２は、隙間を空けて並んでいてもよいし、互いに接して並んでいてもよい（ケース２間の絶縁は確保する）。

当該蓄電素子は、放電機構１６を備えてもよいが、図５には放電機構１６を備えていない蓄電素子を備える蓄電装置を示している。

複数の蓄電素子２２を直列及び／又は並列につなぐバスバー２３は、導電性を有し、典型的には金属製である。バスバー２３は、隣接する一方の蓄電素子２２の蓋板１０と他方の蓄電素子２２の端子部材１１とを接続している。バスバー２３は、上下に互い違いに、隣接する蓄電素子２２を連結している。

伝熱部材２４は、可撓性及び絶縁性を有する。伝熱部材２４は、空気よりも熱伝導性が高い材料を主成分として構成される。伝熱部材２４の主成分としては、例えば６６ナイロン等のポリアミド、アクリル樹脂、シリコーン樹脂、ポリエステル、ポリオレフィンなどの合成樹脂が挙げられる。また、伝熱部材２４の熱伝導率としては、例えば０．２Ｗ／ｍ・Ｋ以上５．０Ｗ／ｍ・ｋ以下とすることができる。伝熱部材２４の平均厚さとしては、例えば０．５ｍｍ以上１０ｍｍ以下とすることができる。

冷却部材２５は、板状のものでもよいし、冷媒が流通される流通路を内部に有してもよい。冷却部材２５は、前記流通路に連通し、冷媒を導入する流入口と、前記流通路に連通し、冷媒を排出する排出口とを有してもよい。冷却部材２５は、前記流入口から連続的に導入される冷媒が流通路を通過することで複数の蓄電素子２２を冷却可能に構成されてもよい。前記冷媒としては、例えば水、有機溶媒、オイル等の液体が挙げられる。

当該蓄電装置は、各蓄電素子２２が、図１の蓄電素子と同様に、蓋板１０が内表面に凸部１０ａを有し、かつ外表面の凸部１０ａに対応する位置に凹部１０ｂを有し、複数の正極タブ４が、電極体本体３と凸部１０ａとの間に湾曲部を形成するように延び、それらの先端付近で束ねられて凸部１０ａに接合されている。複数の蓄電素子はそれぞれ、正極タブ４を通じて正極板７に電気的に接続されたケース２を備えるので、そのケース２にバスバー２３を接触させることで、その蓄電素子を他の蓄電素子や他の電気回路と直列又は並列に接続できる。こうして構成される蓄電装置は、バスバー２３を配置する設計自由度が高い。それぞれの蓄電素子の内部における電流経路の抵抗が低いため、蓄電装置全体の電流経路の抵抗を低くすることができる。

［その他の実施形態］
前記実施形態は、本発明の構成を限定するものではない。従って、前記実施形態は、本明細書の記載及び技術常識に基づいて前記実施形態各部の構成要素の省略、置換又は追加が可能であり、それらは全て本発明の範囲に属するものと解釈されるべきである。

蓋板外表面の凹部に、導電性の材料が充填されてもよい。バスバーが、導電性の材料が充填された凹部の上に延びていてもよい。蓋板外表面の凹部に、上述した放電機構の全体又は一部が収容されてもよい。電極体本体は、長尺の正極板、セパレータ、負極板及びセパレータの積層体を巻回した巻回型のものであってもよい。

当該蓄電素子は、電解液に代えて固体電解質を用いるものであってもよい。

当該蓄電素子は、負極板を集電体を介して端子部材に接続するものに限られず、端子部材の軸部下端に負極タブを直接接合するものであってもよい。

当該蓄電素子は、電極体本体を包囲して前記電極体本体と前記ケースとの間に介在する絶縁シートを有さなくともよい。

本発明に係る蓄電素子は、多様な機器の電源として広く利用することができ、特に電気自動車等に好適に利用される。

１ 電極体
２ ケース
３ 電極体本体
４ 正極タブ
４ａ 湾曲部
５ 負極タブ
６ セパレータ
７ 正極板
８ 負極板
９ ケース本体
１０ 蓋板
１０ａ 凸部
１０ｂ 凹部
１１ 端子部材
１１ａ 端子部
１１ｂ 軸部
１２ 上ガスケット
１３ 下ガスケット
１４ 集電体
１５ 絶縁シート
１６ 放電機構
１７ バスバー
１８ 第１はんだ層
１９ 金属箔層
２０ 樹脂層
２１ 第２はんだ層
２２ 蓄電素子
２３ バスバー
２４ 伝熱部材
２５ 冷却部材

Claims (7)

1. シート状に形成されたセパレータを介して積層される複数の正極板及び複数の負極板を有する電極体本体、並びに前記複数の正極板のそれぞれから延びる正極タブを有する電極体と、
   前記電極体を収容するケース本体及びこのケース本体を塞ぐとともに前記電極体の正極タブに対向する蓋板を有するケースと
   を備え、
   前記蓋板が、内表面に凸部を有し、かつ外表面の前記凸部に対応する位置に凹部を有し、
   前記複数の正極タブが、前記電極体本体と前記凸部との間に湾曲部を形成するように延び、それらの先端付近で束ねられて前記凸部に接合されている蓄電素子。
2. 前記蓋板を貫通する端子部材をさらに備え、
   前記凸部の前記蓋板の内表面からの突出距離が、前記端子部材の前記蓋板の内表面からの突出距離以下である請求項１に記載の蓄電素子。
3. 前記複数の正極タブが、前記凸部に直接接合されている請求項１又は請求項２に記載の蓄電素子。
4. 前記ケース外に配置され前記ケース及び前記負極板に電気的に接続される放電機構をさらに備える請求項１、請求項２又は請求項３に記載の蓄電素子。
5. 前記電極体本体を包囲して前記電極体本体と前記ケースとの間に介在する絶縁シートをさらに備え、
   前記絶縁シートは、前記電極体本体から前記蓋板に向けて突出して前記湾曲部と前記ケースとの間に介在する請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の蓄電素子。
6. 請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の複数の蓄電素子と、これらの蓄電素子のケースに接触するバスバーとを備える蓄電装置。
7. シート状に形成されたセパレータを介して積層される複数の正極板及び複数の負極板を有する電極体本体、並びに前記複数の正極板のそれぞれから延びる正極タブを有する電極体と、
   前記電極体を収容するケース本体と、
   内表面に凸部を有し、かつ外表面の前記凸部に対応する位置に凹部を有する蓋板と
   を有する蓄電素子の製造方法であって、
   前記電極体を前記ケース本体に収容すること、
   前記蓋板の前記凸部に、複数の前記正極タブを束ねて超音波溶接すること、及び
   先端付近が前記凸部に接合された複数の前記正極タブを湾曲させつつ前記蓋板により前記ケース本体を塞ぐこと
   を備える蓄電素子の製造方法。

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