JP2019046592A - 蓄電素子 - Google Patents

Abstract

【課題】極板が破断等損傷するのを抑制することができる蓄電素子を提供する。【解決手段】正極板４３０を有する電極体４００を備える蓄電素子１０であって、正極板４３０は、本体部４３２と、本体部４３２から第一方向に突出したタブ４３１とを有し、本体部４３２は、タブ４３１との接続部分において、第一方向とは反対方向に曲線形状に凹んだ凹部４３２ａを有し、タブ４３１は、凹部４３２ａに接続される基端部４３１ａと、基端部４３１ａよりも第一方向側の中央部４３１ｂとを有し、基端部４３１ａは、第一方向とは反対方向に向かうほど、第一方向と交差する第二方向に広がり、かつ、広がる量が中央部４３１ｂよりも大きい。【選択図】図５

Description

本発明は、極板を有する電極体を備える蓄電素子に関する。

従来、極板を有する電極体を備える構成において、極板にタブが形成された蓄電素子が広く知られている。例えば、特許文献１には、電極部と電極部の上辺から突出するように形成されたタブとを有する極板において、電極部の上辺とタブの側辺が曲線により連続しており、当該曲線によりタブおよび電極部に凹部が形成されているように構成することで、極板の破断を抑制する捲回型電極電池（蓄電素子）が開示されている。

特開２０１３−７３７５７号公報

しかしながら、上記従来の構成の蓄電素子では、極板が破断等損傷するのを十分には抑制できていないという問題がある。つまり、上記特許文献１に開示された構成では、タブの根元に凹部が形成されて極板の破断を抑制しているが、本願発明者は、この場合でも、タブに荷重が加わると当該凹部に応力が集中して、極板が破断等損傷するおそれがあることを見出した。蓄電素子において、極板が破断等損傷すると、極板上の活物質が剥がれ落ちたり極板の位置がずれたりして短絡等の不具合を引き起こすおそれがある。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、極板が破断等損傷するの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、極板を有する電極体を備える蓄電素子であって、前記極板は、本体部と、前記本体部から第一方向に突出したタブとを有し、前記本体部は、前記タブとの接続部分において、前記第一方向とは反対方向に曲線形状に凹んだ凹部を有し、前記タブは、前記凹部に接続される基端部と、前記基端部よりも前記第一方向側の中央部とを有し、前記基端部は、前記第一方向とは反対方向に向かうほど、前記第一方向と交差する第二方向に広がり、かつ、広がる量が前記中央部よりも大きい。

これによれば、蓄電素子において、極板の本体部は、タブとの接続部分において、曲線形状に凹んだ凹部を有し、タブは、当該凹部に接続される基端部が、中央部とは反対方向に向かうほど広がり、かつ、広がる量が中央部よりも大きい。つまり、タブの根元の凹部との接続箇所に、中央部よりも大きく広がる基端部を形成する。これにより、タブに荷重が加わった場合でも、タブの根元の凹部にかかる応力を基端部側に分散して、当該凹部に応力が集中するのを抑制することができるため、極板が破断等損傷するのを抑制することができる。

また、前記基端部は、曲率半径が前記凹部の曲率半径以上の曲線、及び、前記第一方向から傾斜した直線の少なくとも一方を含む外縁形状を有することにしてもよい。

これによれば、タブの基端部は、曲率半径がタブの根元の凹部の曲率半径以上の曲線、及び、傾斜した直線の少なくとも一方を含む外縁形状を有している。このように、タブの基端部の外縁形状を、凹部の曲率半径以上の曲線または傾斜した直線を含む形状にすることで、凹部に集中する応力を基端部側にさらに分散することができるため、極板が破断等損傷するのをさらに抑制することができる。

また、前記基端部は、前記凹部と前記基端部との境界点から、前記境界点における前記凹部の接線方向に延びる前記曲線または前記直線を含む前記外縁形状を有することにしてもよい。

これによれば、タブの基端部は、タブの根元の凹部との境界点から、当該凹部の接線方向に延びる曲線または直線を含む外縁形状を有している。このように、タブの基端部の外縁が凹部の接線方向に延びる形状であることで、基端部と凹部との境界部分において応力が集中するのを抑制することができるため、極板が破断等損傷するのをさらに抑制することができる。

また、前記基端部と前記中央部との境界部分の外縁形状は、曲線で形成されていることにしてもよい。

これによれば、タブの基端部と中央部との境界部分の外縁形状が曲線で形成されているため、当該境界部分において応力が集中するのを抑制することができ、極板が破断等損傷するのをさらに抑制することができる。

また、前記凹部は、前記基端部に近い部分の曲率半径が、前記基端部から遠い部分の曲率半径以上の大きさとなる曲線で形成されていることにしてもよい。

これによれば、タブの根元の凹部が、タブの基端部に近い部分の曲率半径が遠い部分の曲率半径以上の大きさとなる曲線で形成されていることで、凹部の基端部側に応力がかかるのを抑制することができ、極板が破断等損傷するのをさらに抑制することができる。

また、前記凹部及び前記基端部は、前記中央部に向かうほど曲率半径が大きくなる曲線を含む外縁形状を有することにしてもよい。

これによれば、タブの根元の凹部及びタブの基端部が、タブの中央部に向かうほど曲率半径が大きくなる曲線を含む外縁形状を有していることで、凹部及び基端部にかかる力を分散することができ、極板が破断等損傷するのをさらに抑制することができる。

なお、本発明は、このような蓄電素子として実現することができるだけでなく、当該蓄電素子が備える電極体の極板としても実現することができる。

本発明に係る蓄電素子によれば、極板が破断等損傷するのを抑制することができる。

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。 実施の形態に係る電極体の構成を示す斜視図である。 実施の形態に係る正極板の構成を示す平面図である。 実施の形態に係る負極板の構成を示す平面図である。 実施の形態に係る正極板の本体部の凹部及びタブの構成を示す平面図である。 実施の形態に係る蓄電素子が奏する効果を説明するための図である。 実施の形態に係る蓄電素子が奏する効果を説明するための図である。 実施の形態の変形例に係る電極体の構成を示す斜視図である。

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、いずれも包括的または具体的な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、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。また、各図において、寸法等は厳密に図示したものではない。

また、以下実施の形態での説明及び図面中において、蓄電素子が有する一対の電極端子の並び方向、一対の集電体の並び方向、または、容器の短側面の対向方向をＸ軸方向と定義する。また、容器の長側面の対向方向、容器の短側面の短手方向、容器の厚さ方向、または、電極体の極板の積層方向をＹ軸方向と定義する。また、蓄電素子の容器本体と蓋体との並び方向、容器の短側面の長手方向、電極体の巻回軸方向、または、上下方向をＺ軸方向と定義する。これらＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向は、互いに交差（本実施の形態では直交）する方向である。なお、使用態様によってはＺ軸方向が上下方向にならない場合も考えられるが、以下では説明の便宜のため、Ｚ軸方向を上下方向として説明する。また、以下の説明において、例えば、Ｘ軸方向プラス側とは、Ｘ軸の矢印方向側を示し、Ｘ軸方向マイナス側とは、Ｘ軸方向プラス側とは反対側を示す。Ｙ軸方向やＺ軸方向についても同様である。

（実施の形態）
［１ 蓄電素子１０の全般的な説明］
まず、図１及び図２を用いて、本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、本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。また、図２は、本実施の形態に係る蓄電素子１０の分解斜視図である。

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、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。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）等の自動車用電源や、電子機器用電源、電力貯蔵用電源などに使用される。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。また、蓄電素子１０は、二次電池ではなく、使用者が充電をしなくても蓄えられている電気を使用できる一次電池であってもよい。また、本実施の形態では、矩形状（角型）の蓄電素子１０を図示しているが、蓄電素子１０の形状は、矩形状には限定されず、円柱形状や長円柱形状等であってもよいし、ラミネート型の蓄電素子とすることもできる。

図１に示すように、蓄電素子１０は、容器本体１１０及び蓋体１２０を有する容器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、正極集電体１３０、負極集電体１４０及び電極体４００等が収容されている。

なお、蓋体１２０と正極端子２００及び負極端子３００との間、並びに、蓋体１２０と正極集電体１３０及び負極集電体１４０との間には、絶縁性及び気密性を高めるためにガスケット等が配置されているが、同図では省略して図示している。また、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、図示は省略する。なお、当該電解液としては、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。また、上記の構成要素の他、電極体４００の側方や上方に配置されるスペーサ、容器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ガス排出弁、容器１００内に電解液を注入するための注液部、または、電極体４００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。

容器１００は、矩形筒状で底を備える容器本体１１０と、容器本体１１０の開口を閉塞する板状部材である蓋体１２０とで構成された直方体形状（箱型）のケースである。また、容器１００は、電極体４００等を容器本体１１０の内方に収容後、蓋体１２０と容器本体１１０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１２０及び容器本体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、鉄、メッキ鋼板など溶接可能な金属であるのが好ましい。

電極体４００は、正極板と負極板とセパレータとを備え、電気を蓄えることができる発電要素である。具体的には、電極体４００は、正極板と負極板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。これにより、電極体４００は、正極板のタブが積層されて形成されたタブ束４１０と、負極板のタブが積層されて形成されたタブ束４２０とを有する。なお、本実施の形態では、電極体４００の断面形状として長円形状を図示しているが、楕円形状、円形状、多角形状などでもよい。この電極体４００の構成の詳細な説明については、後述する。

正極端子２００は、正極集電体１３０を介して、電極体４００の正極板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１４０を介して、電極体４００の負極板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。正極端子２００及び負極端子３００は、蓋体１２０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１３０及び負極集電体１４０は、電極体４００と蓋体１２０との間に配置され、電極体４００と正極端子２００及び負極端子３００とを電気的に接続する側面視Ｕ字状の板状部材である。本実施の形態では、正極集電体１３０は、電極体４００の正極側のタブ束４１０と溶接等により接合され、負極集電体１４０は、電極体４００の負極側のタブ束４２０と溶接等により接合されている。また、正極集電体１３０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、負極集電体１４０は、銅または銅合金などで形成されている。

［２ 電極体４００の構成の説明］
次に、電極体４００の構成について、詳細に説明する。図３は、本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、同図では、電極体４００の巻回状態を一部展開して図示している。

同図に示すように、電極体４００は、正極板４３０及び負極板４４０と、セパレータ４５０ａ及び４５０ｂ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、正極板４３０と、セパレータ４５０ａと、負極板４４０と、セパレータ４５０ｂとがこの順に積層され、巻回されることで形成されている。

正極板４３０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（電極板）である。ここで、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、ＬｉＭｎ_２Ｏ_４やＬｉＭｎ_１．５Ｎｉ_０．５Ｏ_４等のスピネル型リチウムマンガン酸化物、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。

負極板４４０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（電極板）である。ここで、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−ケイ素、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）、ケイ素酸化物、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、あるいは、一般にコンバージョン負極と呼ばれる、Ｃｏ_３Ｏ_４やＦｅ_２Ｐ等の、遷移金属と第１４族乃至第１６族元素との化合物などが挙げられる。

セパレータ４５０ａ及び４５０ｂは、樹脂からなる微多孔性のシートである。なお、セパレータ４５０ａ及び４５０ｂ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。

ここで、正極板４３０は、巻回軸方向の一端において外方に突出する複数の矩形状のタブ４３１を有している。負極板４４０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矩形状のタブ４４１を有している。これら、複数のタブ４３１及び複数のタブ４４１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、正極板４３０及び負極板４４０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。

そして、複数のタブ４３１と複数のタブ４４１とは、巻回軸方向の同一側の端（同図では、Ｚ軸方向プラス側の端）に配置され、正極板４３０及び負極板４４０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。その結果、電極体４００には、複数のタブ４３１が積層されることで形成されたタブ束４１０と、複数のタブ４４１が積層されることで形成されたタブ束４２０とが形成される。タブ束４１０及び４２０は、例えば積層方向（Ｙ軸方向）の中央に向かって寄せ集められて、正極集電体１３０及び負極集電体１４０と溶接等により接合される。

［３ 正極板４３０及び負極板４４０の構成の説明］
次に、正極板４３０及び負極板４４０の構成について、さらに詳細に説明する。図４Ａは、本実施の形態に係る正極板４３０の構成を示す平面図である。また、図４Ｂは、本実施の形態に係る負極板４４０の構成を示す平面図である。なお、図４Ａは、図３における正極板４３０のタブ４３１の周辺を拡大して示す図であり、図４Ｂは、図３における負極板４４０のタブ４４１の周辺を拡大して示す図である。

まず、図４Ａに示すように、正極板４３０は、本体部４３２と、本体部４３２からＺ軸方向プラス側（以下、第一方向ともいう）に突出した上述のタブ４３１とを有している。つまり、本体部４３２の直線状の端縁を連ねた直線Ｌ０よりもＺ軸方向マイナス側が本体部４３２であり、直線Ｌ０よりもＺ軸方向プラス側がタブ４３１である。また、本体部４３２は、タブ４３１との接続部分において、Ｚ軸方向マイナス側（第一方向とは反対方向）に曲線形状に凹んだ凹部４３２ａを有している。具体的には、凹部４３２ａは、直線Ｌ０から凹んだ部分であり、本体部４３２は、タブ４３１の両側（Ｘ軸方向両側）に、タブ４３１と隣接して配置される２つの凹部４３２ａを有している。

また、本体部４３２の凹部４３２ａよりもＺ軸方向マイナス側には、正極活物質層４３３が形成されている。つまり、正極板４３０は、本体部４３２の正極活物質層４３３を除いた部分とタブ４３１とで上述の正極基材層を構成し、当該正極基材層に正極活物質層４３３が形成されている。このように、凹部４３２ａは、正極活物質層４３３まで達しない程度の深さであり、凹部４３２ａには正極活物質層４３３は形成されていないため、正極活物質層４３３の領域に凹部４３２ａを形成することで正極活物質層４３３が剥がれ落ちるようなことを防ぐことができる。なお、正極活物質層４３３のＺ軸方向プラス側には、凹部４３２ａを覆う位置まで、絶縁性のエッジコート層が形成されていてもよい。

ここで、タブ４３１は、凹部４３２ａに接続される基端部４３１ａと、基端部４３１ａよりもＺ軸方向プラス側（第一方向側）の中央部４３１ｂと、中央部４３１ｂよりもＺ軸方向プラス側の先端部４３１ｃとを有している。

基端部４３１ａは、凹部４３２ａに隣接して配置される、タブ４３１の本体部４３２側（Ｚ軸方向マイナス側）の端部である。例えば、Ｚ軸方向において、基端部４３１ａは、タブ４３１の２０％〜４０％程度の領域である。また、基端部４３１ａは、Ｚ軸方向プラス側に向けてＸ軸方向の幅が狭くなる形状、つまりＺ軸方向マイナス側に向けてＸ軸方向の幅が広くなる形状を有している。言い換えると、基端部４３１ａは、Ｚ軸方向マイナス側（第一方向とは反対方向）に向かうほど、Ｘ軸方向両側（第一方向と交差する第二方向）に広がる形状を有している。

中央部４３１ｂは、基端部４３１ａに接続されて配置される、タブ４３１のＺ軸方向中央部分の部位であって、Ｘ軸方向の幅が同じ形状（矩形状）を有している。先端部４３１ｃは、中央部４３１ｂに接続されて配置される、タブ４３１の本体部４３２とは反対側（Ｚ軸方向プラス側）の端部であって、Ｘ軸方向の幅が同じ形状（矩形状）を有している。例えば、Ｚ軸方向において、中央部４３１ｂは、タブ４３１の２０％〜６０％程度の領域であり、先端部４３１ｃは、タブ４３１の２０％〜４０％程度の領域である。

このように、先端部４３１ｃ及び中央部４３１ｂは、Ｚ軸方向に平行な連続した端縁を有している。これにより、基端部４３１ａは、Ｘ軸方向へ広がる量が、先端部４３１ｃ及び中央部４３１ｂよりも大きい。

また、図４Ｂに示すように、負極板４４０は、本体部４４２と、本体部４４２からＺ軸方向プラス側（第一方向）に突出した上述のタブ４４１とを有している。また、本体部４４２は、タブ４４１との接続部分において、Ｚ軸方向マイナス側（第一方向とは反対方向）に曲線形状に凹んだ凹部４４２ａを有している。また、タブ４４１は、凹部４４２ａに接続される基端部４４１ａと、基端部４４１ａよりもＺ軸方向プラス側（第一方向側）の中央部４４１ｂと、中央部４４１ｂよりもＺ軸方向プラス側の先端部４４１ｃとを有している。そして、基端部４４１ａは、Ｚ軸方向マイナス側に向かうほど、Ｘ軸方向両側に広がり、かつ、広がる量が、先端部４４１ｃ及び中央部４４１ｂよりも大きい。

また、負極板４４０においても、正極板４３０と同様に、本体部４４２の凹部４４２ａよりもＺ軸方向マイナス側に、負極活物質層４４３が形成されている。詳細な構成については、正極板４３０と同様であるため省略するが、電極体４００を形成したときに、負極活物質層４４３が正極活物質層４３３を覆う位置に配置されるように、負極活物質層４４３は、正極活物質層４３３よりも外側（図４ＢではＺ軸方向プラス側）の位置まで形成されているのが好ましい。なお、負極活物質層４４３は、本体部４４２の凹部４４２ａよりもＺ軸方向プラス側まで形成されていてもよい。つまり、負極活物質層４４３は、タブ４４１の基端部４４１ａの途中まで形成されていることにしてもよいし、中央部４４１ｂの途中まで形成されていることにしてもよい。また、その他の負極板４４０が有する各構成要素は、上述の正極板４３０が有する各構成要素と同様のため、詳細な説明は省略する。

［４ 正極板４３０の本体部４３２の凹部４３２ａ及びタブ４３１の構成の説明］
次に、正極板４３０の本体部４３２の凹部４３２ａ及びタブ４３１の構成について、さらに詳細に説明する。図５は、本実施の形態に係る正極板４３０の本体部４３２の凹部４３２ａ及びタブ４３１の構成を示す平面図である。具体的には、同図は、図４Ａの正極板４３０の本体部４３２の凹部４３２ａ及びタブ４３１の構成を拡大して示す図である。なお、上述の通り、負極板４４０の本体部４４２の凹部４４２ａ及びタブ４４１の構成については、正極板４３０の構成と同様のため、図示及びその説明は省略する。

［４．１ 凹部４３２ａの構成の説明］
図５に示すように、正極板４３０の本体部４３２には、本体部４３２の直線状の外縁Ｌ１からＺ軸方向マイナス側に凹んだ凹部４３２ａが形成されている。つまり、凹部４３２ａは、外縁Ｌ１を含む直線Ｌ０からＺ軸方向マイナス側に凹んだ凹部であり、外縁Ｌ１側の境界点Ｐ１から基端部４３１ａ側の境界点Ｐ２まで至る曲線形状の外縁を有している。

具体的には、凹部４３２ａは、基端部４３１ａに近い部分の曲率半径が、基端部４３１ａから遠い部分の曲率半径以上の大きさとなる曲線で形成されている。つまり、凹部４３２ａは、基端部４３１ａから遠い部分の外縁Ｌ２と基端部４３１ａに近い部分の外縁Ｌ３とを有しており、外縁Ｌ３の曲率半径が、外縁Ｌ２の曲率半径以上の大きさとなっている。本実施の形態では、凹部４３２ａは、基端部４３１ａに近い部分の曲率半径と、基端部４３１ａから遠い部分の曲率半径とが同じ大きさの曲線で形成されている。つまり、凹部４３２ａは、外縁Ｌ２と外縁Ｌ３とが同じ曲率半径となる円弧状の外縁形状を有している。

例えば、凹部４３２ａのＸ軸方向の幅（境界点Ｐ１と境界点Ｐ２との直線距離）は、タブ４３１のＸ軸方向の幅の２０％〜３０％程度（５ｍｍ程度）であり、凹部４３２ａのＺ軸方向の深さは、タブ４３１のＺ軸方向の高さの２％〜５％程度（０．５ｍｍ〜１ｍｍ程度）である。ただし、凹部４３２ａの外縁Ｌ２及び外縁Ｌ３の曲率半径を大きくするほど凹部４３２ａにかかる応力集中をより緩和させることができるため、凹部４３２ａは、上記の大きさにはかかわらず曲率半径を大きく形成するのが好ましい。

なお、凹部４３２ａは、基端部４３１ａに近い部分の曲率半径が、基端部４３１ａから遠い部分の曲率半径よりも大きい曲線で形成されていてもよい。つまり、凹部４３２ａは、外縁Ｌ３の曲率半径が、外縁Ｌ２の曲率半径よりも大きく形成されていてもよい。

また、凹部４３２ａの外縁Ｌ１側の境界点Ｐ１における外縁形状は特に限定されないが、境界点Ｐ１においては、直線状の外縁Ｌ１と円弧状の外縁Ｌ２とが交差することになるため、尖った形状を有することとなる。このため、境界点Ｐ１における外縁形状を、曲線で形成するのが好ましい。これにより、正極板４３０が、凹部４３２ａの境界点Ｐ１において、セパレータ４５０ａまたは４５０ｂを損傷させるのを抑制することができる。また、負極板４４０においても同様である。なお、負極板４４０において、凹部４４２ａを覆う位置に負極活物質層４４３が形成されている場合には、負極活物質層４４３が剥がれ落ちるのを抑制することもできる。

また、凹部４３２ａの基端部４３１ａ側の境界点Ｐ２における外縁形状は、凹部４３２ａの外縁Ｌ３と基端部４３１ａの外縁Ｌ４とが滑らかに繋がる形状となっている。つまり、基端部４３１ａは、凹部４３２ａと基端部４３１ａとの境界点Ｐ２から、境界点Ｐ２における凹部４３２ａの接線方向に延びる曲線または直線を含む外縁形状を有している。本実施の形態では、基端部４３１ａは、曲率半径が凹部４３２ａの曲率半径と同じ円弧状の外縁Ｌ４を含む外縁形状を有している。つまり、基端部４３１ａは、境界点Ｐ２から凹部４３２ａの接線方向に延びる曲線状の外縁Ｌ４を有している。言い換えれば、凹部４３２ａの外縁Ｌ２及びＬ３と基端部４３１ａの外縁Ｌ４とで、円弧状の外縁を形成している。

［４．２ タブ４３１の構成の説明］
タブ４３１の基端部４３１ａは、Ｚ軸方向から傾斜した直線状の外縁Ｌ５を含む外縁形状を有している。つまり、基端部４３１ａは、境界点Ｐ３から、境界点Ｐ３における外縁Ｌ４の接線方向に延びる直線状の外縁Ｌ５を有している。なお、外縁Ｌ５のＺ軸方向からの傾斜角は特に限定されないが、１５°以上４５°以下であるのが好ましく、２０°以上４０°以下であるのがより好ましく、２５°以上３５°以下であるのがさらに好ましく、３０°前後であるのがさらに好ましい。また、外縁Ｌ５のＺ軸方向の高さは、タブ４３１のＺ軸方向の高さの５％〜１５％程度（２ｍｍ〜３ｍｍ程度）である。

以上のように、基端部４３１ａは、曲率半径が凹部４３２ａの曲率半径以上の曲線、及び、Ｚ軸方向プラス側（第一方向）から傾斜した直線の少なくとも一方（本実施の形態では双方）を含む外縁形状を有している。

なお、基端部４３１ａは、凹部４３２ａと基端部４３１ａとの境界点Ｐ２から、境界点Ｐ２における凹部４３２ａの接線方向に延びる直線を含む外縁形状を有していてもよい。つまり、基端部４３１ａの外縁Ｌ４は、凹部４３２ａの接線方向に延びる直線状の外縁であることにしてもよい。また、基端部４３１ａの外縁Ｌ４は、曲率半径が凹部４３２ａの曲率半径よりも大きい曲線状の外縁であることにしてもよい。また、基端部４３１ａの外縁Ｌ５は、曲率半径が凹部４３２ａの曲率半径以上の曲線状の外縁であることにしてもよい。

また、基端部４３１ａの中央部４３１ｂ側の境界点Ｐ４における外縁形状は、基端部４３１ａの外縁Ｌ５と中央部４３１ｂの外縁Ｌ６とが滑らかに繋がる形状となっている。つまり、基端部４３１ａと中央部４３１ｂとの境界部分の外縁形状は、曲線で形成されている。本実施の形態では、中央部４３１ｂの外縁Ｌ６は、Ｚ軸方向に延びる直線状の外縁であるため、基端部４３１ａの直線状の外縁Ｌ５との交差部分に凹んだ角が形成されないように、境界点Ｐ４における外縁形状が曲線形状となっている。

また、中央部４３１ｂの先端部４３１ｃ側の境界点Ｐ５における外縁形状は、中央部４３１ｂの外縁Ｌ６と先端部４３１ｃの外縁Ｌ７とが滑らかに繋がる形状となっている。本実施の形態では、先端部４３１ｃの外縁Ｌ７は、中央部４３１ｂの外縁Ｌ６との境界点Ｐ５からＺ軸方向に延びる直線状の外縁であるため、外縁Ｌ６と外縁Ｌ７とは、境界点Ｐ５で滑らかに繋がっている。

このような構成により、基端部４３１ａは、Ｚ軸方向マイナス側に向かうほど、Ｘ軸方向に広がり、かつ、広がる量が先端部４３１ｃ及び中央部４３１ｂよりも大きい。なお、基端部４３１ａのＸ軸方向へ広がる量が、先端部４３１ｃ及び中央部４３１ｂよりも大きいのであれば、先端部４３１ｃ及び中央部４３１ｂは、Ｚ軸方向マイナス側に向かうほどＸ軸方向に広がる形状を有していてもよい。または、基端部４３１ａのＸ軸方向へ広がる量が、中央部４３１ｂよりも大きいのであれば、先端部４３１ｃは、Ｚ軸方向マイナス側に向かうほど基端部４３１ａまたは中央部４３１ｂよりもＸ軸方向に広がる形状を有していてもよい。ただし、先端部４３１ｃ及び中央部４３１ｂのＸ軸方向へ広がる量が大きいと、製造時において正極板４３０をプレスする際（ローラで圧縮する際）にタブ４３１が立ち上がってしまうので、当該広がる量は小さい方が好ましい。

［５ 効果の説明］
次に、蓄電素子１０が奏する効果について、詳細に説明する。図６Ａ及び図６Ｂは、本実施の形態に係る蓄電素子１０が奏する効果を説明するための図である。具体的には、図６Ａは、極板５１０の本体部５１２に凹部５１２ａが形成されているのみで、タブ５１１の基端部５１１ａを中央部５１１ｂよりも大きく広がる形状にしていない場合の構成を示す図であり、図５に対応している。また、図６Ｂは、極板５２０の本体部５２２に凹部を形成せずに、タブ５２１の基端部５２１ａを中央部５２１ｂよりも大きく広がる形状にした場合の構成を示す図であり、図５に対応している。

まず、図６Ａに示すように、極板５１０の本体部５１２に凹部５１２ａが形成されていれば、凹部５１２ａが形成されていない場合と比べて、タブ５１１に荷重が加わったときの応力集中は分散される。しかし、本願発明者は、この構成では、凹部５１２ａの底部Ｐ１０付近に応力が集中するために、凹部５１２ａの底部Ｐ１０を起点として極板が破断等損傷するおそれがあることを見出した。このため、この応力集中を避けるために、凹部５１２ａを大きく形成する（凹部５１２ａの外縁の曲率半径を大きくする）必要がある。しかし、凹部５１２ａを大きく形成するためのスペースがなかったり、凹部５１２ａを大きく形成できたとしても、本体部５１２に形成できる活物質層の面積が少なくなって蓄電素子の容量が減少したりするという問題が生じる。

また、図６Ｂに示すように、タブ５２１の基端部５２１ａを中央部５２１ｂよりも大きく広がる形状にすれば、基端部５２１ａを中央部５２１ｂよりも大きく広げない場合と比べて、タブ５２１に荷重が加わったときの応力集中は分散される。しかし、本願発明者は、この構成では、基端部５２１ａと本体部５２２との境界点Ｐ２０に応力が集中するために、境界点Ｐ２０を起点として極板が破断等損傷するおそれがあることを見出した。このため、この応力集中を避けるために、基端部５２１ａをさらに大きく広げる（基端部５２１ａの外縁の曲率半径を大きくする）必要がある。しかし、基端部５２１ａを大きく広げると、絶縁するのが困難になり、異極の極板との短絡が起こりやすくなるという問題が生じる。

これらのように、本願発明者は、図６Ａに示す構成も、図６Ｂに示す構成も、問題を有していることに着目し、本発明の構成を見出すに至った。つまり、図６Ａ及び図６Ｂに示す構成によって極板が破断等損傷するのを抑制する効果はあるため、従来は、これ以上に極板が破断等損傷するのを抑制しようというような発想はなかったが、本願発明者は、極板が破断等損傷するのをさらに抑制しようと考えた。そして、本願発明者は、図６Ａの構成のように極板の本体部の凹部を大きく形成したり、図６Ｂの構成のようにタブの基端部をさらに大きく広げたりすることなく、極板が破断等損傷するのをさらに抑制することができる蓄電素子１０の構成を見出すに至った。

具体的には、本発明の実施の形態に係る蓄電素子１０は、極板の本体部（正極板４３０の本体部４３２、負極板４４０の本体部４４２）は、タブ（正極板４３０のタブ４３１、負極板４４０のタブ４４１）との接続部分において、曲線形状に凹んだ凹部（凹部４３２ａ、凹部４４２ａ）を有している。そして、タブは、当該凹部に接続される基端部（基端部４３１ａ、基端部４４１ａ）が、中央部（中央部４３１ｂ、中央部４４１ｂ）とは反対方向に向かうほど広がり、かつ、広がる量が中央部よりも大きい。つまり、タブの根元の凹部との接続箇所に、中央部よりも大きく広がる基端部を形成する。これにより、タブに荷重が加わった場合でも、タブの根元の凹部にかかる応力を基端部側に分散して、当該凹部に応力が集中するのを抑制することができるため、極板が破断等損傷するのを抑制することができる。

また、タブの基端部は、曲率半径がタブの根元の凹部の曲率半径以上の曲線、及び、傾斜した直線の少なくとも一方を含む外縁形状を有している。このように、タブの基端部の外縁形状を、凹部の曲率半径以上の曲線または傾斜した直線を含む形状にすることで、凹部に集中する応力を基端部側にさらに分散することができるため、極板が破断等損傷するのをさらに抑制することができる。

また、タブの基端部は、タブの根元の凹部との境界点から、当該凹部の接線方向に延びる曲線または直線を含む外縁形状を有している。このように、タブの基端部の外縁が凹部の接線方向に延びる形状であることで、基端部と凹部との境界部分において応力が集中するのを抑制することができるため、極板が破断等損傷するのをさらに抑制することができる。

また、タブの基端部と中央部との境界部分の外縁形状が曲線で形成されているため、当該境界部分において応力が集中するのを抑制することができ、極板が破断等損傷するのをさらに抑制することができる。

また、タブの根元の凹部が、タブの基端部に近い部分の曲率半径が遠い部分の曲率半径以上の大きさとなる曲線で形成されていることで、凹部の基端部側に応力がかかるのを抑制することができ、極板が破断等損傷するのをさらに抑制することができる。

なお、蓄電素子１０において、極板が破断等損傷すると、極板上の活物質が剥がれ落ちたり極板の位置がずれたりして短絡等の不具合を引き起こすおそれがあるが、極板が破断等損傷するのを抑制することができれば、これらの不具合が生じるのを抑制することができる。特に、負極板４４０において、本体部４４２の凹部４４２ａを覆う位置に負極活物質層４４３が形成されている場合には、凹部４４２ａが破断等損傷するのを抑制することができているため、負極活物質層４４３が剥がれ落ちるのを抑制することができる。このため、極板が破断等損傷するのを抑制することで、蓄電素子特有の有益な効果を得ることができる。

［６ 実施の形態の変形例の説明］
以上、本発明の実施の形態に係る蓄電素子１０について説明したが、本発明は、この実施の形態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、上記実施の形態では、電極体は、Ｚ軸方向の巻回軸を有するいわゆる横巻きの巻回型形状であることとした。しかし、電極体は、例えば、Ｘ軸方向の巻回軸を有するいわゆる縦巻きの巻回型形状や、極板を蛇腹状に折り畳んだ形状であってもよい。また、図７に示すように、複数枚の平板状極板（正極板４６０及び負極板４７０）を積層したスタック型形状の電極体４０１であってもよい。つまり、正極板４６０及び負極板４７０の本体部及びタブに、上記実施の形態の構成を適用してもよい。図７は、本実施の形態の変形例に係る電極体４０１の構成を示す斜視図である。このように、上記実施の形態における構成は、タブを有する極板を備えたどのような電極体にも適用可能である。

また、上記実施の形態では、正極板及び負極板の両方が、上記構成を有していることとした。しかし、正極板または負極板が上記構成を有していないことにしてもよい。

また、上記実施の形態では、極板は、タブの両側において、上記構成の本体部の凹部及び広がる基端部を有していることとした。しかし、極板は、タブの片側のみにしか上記構成の本体部の凹部及び広がる基端部を有していないことにしてもよい。

また、極板の本体部の凹部及びタブの基端部の外縁形状は、上記実施の形態には限定されず、以下のようであってもよい。つまり、当該凹部は、基端部に近い部分の曲率半径が、基端部から遠い部分の曲率半径未満の大きさとなる曲線で形成されていてもよい。また、基端部は、凹部との境界点から凹部の接線方向に延びる外縁形状を有していなくてもよい。また、基端部は、曲率半径が凹部の曲率半径未満の曲線を含む外縁形状を有していてもよい。

また、極板の本体部の凹部及びタブの基端部は、タブの中央部に向かうほど曲率半径が大きくなる曲線を含む外縁形状を有していてもよい。この構成により、当該凹部及び基端部にかかる力を分散することができ、極板が破断等損傷するのをさらに抑制することができる。具体的には、当該凹部及び基端部の外縁形状は、例えば、緩和曲線に従って曲率が変化する曲線であってもよい。ここで、当該緩和曲線とは、クロソイド曲線、サイン半波長逓減曲線、マッコーネル曲線、レムニスケート曲線及び３次放物線のうちの少なくとも１つの曲線を含む曲線である。クロソイド曲線とは、曲線の長さに比例して曲率が変化する曲線であり、サイン半波長逓減曲線とは、曲線の長さに対して曲率がＳｉｎ状に変化する曲線であり、主に道路や線路の設計などに利用され、また、マッコーネル曲線とは、主に自転車競技場などで自転車の走行経路の設計に利用される緩和曲線である。また、レムニスケート曲線とは、曲線の弦の長さに比例して曲率が変化する曲線であり、３次放物線とは、３次関数で定義される曲線である。なお、これらの緩和曲線については、従来、特定の分野で活用されている関数を使用できるため、詳細な説明は省略する。

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、本発明は、このような蓄電素子１０として実現することができるだけでなく、蓄電素子１０が備える電極体の極板としても実現することができる。

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 容器本体
１２０ 蓋体
１３０ 正極集電体
１４０ 負極集電体
２００ 正極端子
３００ 負極端子
４００、４０１ 電極体
４１０、４２０ タブ束
４３０、４６０ 正極板
４３１、４４１、５１１、５２１ タブ
４３１ａ、４４１ａ、５１１ａ、５２１ａ 基端部
４３１ｂ、４４１ｂ、５１１ｂ、５２１ｂ 中央部
４３１ｃ、４４１ｃ 先端部
４３２、４４２、５１２、５２２ 本体部
４３２ａ、４４２ａ、５１２ａ 凹部
４３３ 正極活物質層
４４０、４７０ 負極板
４４３ 負極活物質層
４５０ａ、４５０ｂ セパレータ
５１０、５２０ 極板

Claims (6)

1. 極板を有する電極体を備える蓄電素子であって、
   前記極板は、本体部と、前記本体部から第一方向に突出したタブとを有し、
   前記本体部は、前記タブとの接続部分において、前記第一方向とは反対方向に曲線形状に凹んだ凹部を有し、
   前記タブは、前記凹部に接続される基端部と、前記基端部よりも前記第一方向側の中央部とを有し、
   前記基端部は、前記第一方向とは反対方向に向かうほど、前記第一方向と交差する第二方向に広がり、かつ、広がる量が前記中央部よりも大きい
   蓄電素子。
2. 前記基端部は、曲率半径が前記凹部の曲率半径以上の曲線、及び、前記第一方向から傾斜した直線の少なくとも一方を含む外縁形状を有する
   請求項１に記載の蓄電素子。
3. 前記基端部は、前記凹部と前記基端部との境界点から、前記境界点における前記凹部の接線方向に延びる前記曲線または前記直線を含む前記外縁形状を有する
   請求項２に記載の蓄電素子。
4. 前記基端部と前記中央部との境界部分の外縁形状は、曲線で形成されている
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の蓄電素子。
5. 前記凹部は、前記基端部に近い部分の曲率半径が、前記基端部から遠い部分の曲率半径以上の大きさとなる曲線で形成されている
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の蓄電素子。
6. 前記凹部及び前記基端部は、前記中央部に向かうほど曲率半径が大きくなる曲線を含む外縁形状を有する
   請求項１〜５のいずれか１項に記載の蓄電素子。

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