JP2020170634A - 蓄電素子 - Google Patents

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文樹 後藤
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Abstract

【課題】タブが電極体から外れることを防止する。【解決手段】蓄電素子は、外装体と、積層方向で互いに対向する第1電極および第2電極を有する電極体と、第1方向において電極体の一側に設けられた第1タブおよび他側に設けられた第2タブと、を備えている。電極体の第1接続部は、第1接続屈曲部と、当該第1接続屈曲部よりも第1タブの側に設けられた第1接続端部と、を含んでいる。第1タブの第1タブ集電部は、第1接続端部に接続されている。第1タブの第1タブ端子部は、第1方向に延びている。【選択図】図5

Description

本発明は、蓄電素子に関する。
蓄電素子の一例として、例えば特許文献1で提案されているように、正極と負極とを交互に積層してなる積層型や巻回型の蓄電素子が広く普及している。蓄電素子の一例として、リチウムイオン二次電池が例示される。リチウムイオン二次電池は、他の形式の蓄電素子と比較して大容量であることを特徴の一つとしている。このような特徴を有するリチウムイオン二次電池は、今般、車載用途や定置住宅用途等の種々の用途での更なる普及を期待されている。
蓄電素子は、通常、交互に積層される複数の正極(第1電極)および複数の負極(第2電極)を有する電極体を備えている。電極体は、正極および負極等の電極から電気を取り出すために、各電極のうち活物質層が設けられていない部分(接続部)にそれぞれタブが接続されている。電極体は、タブの端子部が外部に延び出た状態で外装体に収容され、封止されている。
特開2017−41346号公報
しかしながら、蓄電素子の製造時または出荷時において、電極体に接続されたタブに、電極体の長手方向から外力が加わる場合がある。この場合、タブと電極体との接続面にせん断力が加わり、タブが電極体から外れてしまうおそれがある。特に、電極体の長手方向における両側にそれぞれタブが設けられている構成において、このタブと電極体との接続面に加わるせん断力が大きくなり、このような問題が顕在化し得る。
本発明は、このような点を考慮してなされたものであり、タブが電極体から外れることを防止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。
本発明による蓄電素子は、
第1基材と、前記第1基材に対向する第2基材と、を有し、前記第1基材と前記第2基材とをシールして、前記第1基材と前記第2基材との間に封止空間を形成する外装体と、
前記封止空間に設けられた電極体であって、積層方向で互いに対向する第1電極および第2電極を有する電極体と、
第1方向において前記電極体の一側に設けられた第1タブおよび他側に設けられた第2タブと、を備え、
前記電極体は、前記第1タブが電気的に接続された第1接続部を含み、
前記第1タブは、前記第1接続部と接続された第1タブ集電部と、前記第1タブ集電部から前記外装体の外部に延び出た第1タブ端子部と、を含み、
前記第1接続部は、第1接続屈曲部と、当該第1接続屈曲部よりも前記第1タブの側に設けられた第1接続端部と、を含み、
前記第1タブ集電部は、前記第1接続端部に接続され、
前記第1タブ端子部は、前記第1方向に延びている。
本発明による蓄電素子において、
前記第1基材は、前記第2基材の側とは反対側に膨出し、前記封止空間を画定する第1膨出部を含み、
前記第1接続部は、前記第1接続屈曲部よりも前記第2タブの側に設けられた、前記第1方向に延びる第1接続基部を含み、
前記第1接続屈曲部は、前記第1接続基部から前記第1接続端部に向かって前記第1膨出部の側に屈曲している、
ようにしてもよい。
本発明による蓄電素子において、
前記第2基材は、前記第1基材の側とは反対側に膨出し、前記第1膨出部とともに前記封止空間を画定する第2膨出部を含み、
前記第1接続部は、前記第2膨出部内に収容されている、
ようにしてもよい。
本発明による蓄電素子において、
前記積層方向で見たときの前記第1方向に直交する第2方向において、前記第1接続端部の長さは、前記第1接続基部の長さよりも短い、
ようにしてもよい。
本発明による蓄電素子において、
前記第1タブは、前記第1タブ集電部と前記第1タブ端子部との間に形成された第1タブ屈曲部を有する、
ようにしてもよい。
本発明による蓄電素子において、
前記第1タブ集電部は、前記第1接続端部の前記第2タブの側の面に接続されている、
ようにしてもよい。
本発明による蓄電素子において、
前記第1タブ集電部の前記第1接続端部の側の面は、前記第1接続屈曲部の側の縁部に形成されたR部を有する、
ようにしてもよい。
本発明による蓄電素子において、
前記電極体は、前記第2タブが電気的に接続された第2接続部を含み、
前記第2タブは、前記第2接続部と接続された第2タブ集電部と、前記第2タブ集電部から前記外装体の外部に延び出た第2タブ端子部と、を含み、
前記第2接続部は、第2接続屈曲部と、当該第2接続屈曲部よりも前記第2タブの側に設けられた第2接続端部と、を含み、
前記第2タブ集電部は、前記第2接続端部に接続され、
前記第2タブ端子部は、前記第1方向に延びている、
ようにしてもよい。
本発明による蓄電素子において、
前記電極体は、前記第2タブが電気的に接続された第2接続部を含み、
前記第2タブは、前記第2接続部と接続された第2タブ集電部と、前記第2タブ集電部から前記外装体の外部に延び出た第2タブ端子部と、を含み、
前記第2接続部は、第2接続屈曲部と、当該第2接続屈曲部よりも前記第2タブの側に設けられた第2接続端部と、を含み、
前記第2タブ集電部は、前記第2接続端部に接続され、
前記第2タブ端子部は、前記第1方向に延び、
前記第1基材は、前記第2基材の側とは反対側に膨出し、前記封止空間を画定する第1膨出部を含み、
前記第2接続部は、前記第2接続屈曲部よりも前記第1タブの側に設けられた、前記第1方向に延びる第2接続基部を含み、
前記第2接続屈曲部は、前記第2接続基部から前記第2接続端部に向かって前記第1膨出部の側に屈曲している、
ようにしてもよい。
本発明による蓄電素子において、
前記第2基材は、前記第1基材の側とは反対側に膨出し、前記第1膨出部とともに前記封止空間を画定する第2膨出部を含み、
前記第2接続部は、前記第2膨出部内に収容されている、
ようにしてもよい。
本発明による蓄電素子において、
前記積層方向で見たときの前記第1方向に直交する第2方向において、前記第2接続端部の長さは、前記第2接続基部の長さよりも短い、
ようにしてもよい。
本発明による蓄電素子において、
前記第2タブは、前記第2タブ集電部と前記第2タブ端子部との間に形成された第2タブ屈曲部を有する、
ようにしてもよい。
本発明による蓄電素子において、
前記第2タブ集電部は、前記第2接続端部の前記第2タブの側の面に接続されている、
ようにしてもよい。
本発明による蓄電素子において、
前記第2タブ集電部の前記第2接続端部の側の面は、前記第2接続屈曲部の側の縁部に形成されたR部を有する、
ようにしてもよい。
本発明による蓄電素子において、
前記第1基材および前記第2基材は、金属層と、前記金属層の内側に設けられた樹脂接着層と、を含む、
ようにしてもよい。
本発明によれば、タブが電極体から外れることを防止することができる。
図1は、本発明の第1の実施の形態を説明するための図であって、蓄電素子を示す斜視図である。 図2は、図1の蓄電素子の平面図である。 図3は、図1の蓄電素子の第1方向d1で見た断面図である。 図4は、図1の蓄電素子に含まれる電極体の第2方向d2で見た断面図である。 図5は、図2のV−V線に沿った断面を示す部分拡大断面図である。 図6は、図2のVI−VI線に沿った断面を示す部分拡大断面図である。 図7は、図5または図6のタブを示す断面図である。 図8Aは、本発明の第1の実施の形態による蓄電素子の製造方法において、電極体を準備する工程を説明するための図である。 図8Bは、本発明の第1の実施の形態による蓄電素子の製造方法において、電極体にタブを接続する工程を説明するための図である。 図8Cは、本発明の第1の実施の形態による蓄電素子の製造方法において、電極体に接続屈曲部を形成する工程を説明するための図である。 図8Dは、本発明の第1の実施の形態による蓄電素子の製造方法において、外装体をヒートシールする工程を説明するための図である。 図8Eは、本発明の第1の実施の形態による蓄電素子の製造方法により作製された蓄電素子を示す部分拡大断面図である。 図9は、第1の変形例を図5と同様な断面で示す部分拡大断面図である。 図10は、第2の変形例を図5と同様な断面で示す部分拡大断面図である。 図11は、本発明の第2の実施の形態を説明するための図であって、蓄電素子に含まれる電極体を示す斜視図である。 図12は、図11の電極体であって、切断工程において接続領域を切断する前の電極体を示す分解斜視図である。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、本件明細書に添付する図面においては、理解のしやすさの便宜上、適宜縮尺および縦横の寸法比等を、実物のそれらから変更し誇張してある。
(第1の実施の形態)
まずは、本発明の第1の実施の形態による蓄電素子について説明する。図1〜図7は、本発明による蓄電素子を説明するための図である。
図1〜図3に示すように、本実施の形態による蓄電素子1は、枚葉型の蓄電素子(積層型電池)である。蓄電素子1は、外装体40と、外装体40内に収容された電極体5(膜電極接合体)と、電極体5に接続された一対のタブ17,27と、を備えている。外装体40は、その内部に電極体5を収容している。タブ17,27は、外装体40の内部から外部へと延び出している。電気自動車等の自動車の分野においては、複数の蓄電素子1を組み合わせることにより構成されるモジュールが自動車に搭載される。複数の蓄電素子1の間の電気的な接続は、タブ17,27を介して実現される。
以下、蓄電素子1の各構成要素について説明する。
(外装体)
外装体40は、電極体5を封止するための包装材である。外装体40は、第1基材41と、第1基材41に対向する第2基材42と、を有している(図3参照)。本実施の形態による第1基材41と第2基材42は、別体として構成されている。第1基材41および第2基材42は、凸状に形成されている。すなわち、第1基材41は、第1周辺部43と、第1周辺部43に対して外側(第2基材42の側とは反対側)に膨出した第1膨出部44と、を有している。第2基材42は、第2周辺部45と、第2周辺部45に対して外側(第1基材41の側とは反対側)に膨出した第2膨出部46と、を有している。第1膨出部44および第2膨出部46により、第1基材41と第2基材42との間に、封止空間47が画定されている。この封止空間47に、電極体5が収容されている。電極体5のうち、後述する接続屈曲部14,24を有する接続部13,23は、第2膨出部46内に収容されている(図5および図6参照)。第1膨出部44は、例えば、平板状の第1基材41のうち所望の領域を押圧すること(絞り加工)により形成される。第2膨出部46も、例えば、平板状の第2基材42のうち所望の領域を押圧することにより形成される。なお、第1基材41と第2基材42とは、一体的に形成されていてもよい。
外装体40は、フレキシブル性を有していてもよい。外装体40の第1基材41および第2基材42はそれぞれ、金属層40aと、金属層40aの内側に設けられた樹脂接着層40bと、を有するラミネートフィルムで構成されている。金属層40aは、高ガスバリア性と成形加工性を有することが好ましい。このような金属層40aは、アルミニウム箔やステンレス箔等の金属材料により形成されていてもよい。樹脂接着層40bは、金属層40aの内面に位置し、金属層40aを接合するためのシール層として機能する。樹脂接着層40bは、接着性に加え、絶縁性、耐薬品性、熱可塑性等を有していることが好ましい。このような樹脂接着層40bは、ポリプロピレン、変性ポリプロピレン、低密度ポリプロピレン、アイオノマー、エチレン・酢酸ビニル等の樹脂材料により形成されている。外装体40の第1基材41および第2基材42の厚みはそれぞれ、金属層40aと樹脂接着層40bとを合わせて、例えば約0.15mmとすることができる。
本実施の形態による蓄電素子1では、封止空間47に電極体5を収容した後、ラミネート加工される。すなわち、外装体40の周縁部において、第1基材41および第2基材42の各々の内面に形成された樹脂接着層40bがヒートシール(熱溶着)されて、シール部48が形成される。このようにして、第1基材41と第2基材42とが接合されて、外装体40の内部を封止した封止空間47に、電極体5が収容される。
(電極体)
図1〜図6に示すように、電極体5は、積層方向dLに交互に積層された正極10X(第1電極)および負極20Y(第2電極)を有している。
本実施の形態においては、電極体5がリチウムイオン二次電池を構成する例について説明する。この例において、第1電極は正極10Xを構成し、第2電極は負極20Yを構成するものとする。ただし、以下に説明する作用効果の記載からも理解され得るように、第1電極が負極20Yを構成し、第2電極が正極10Xを構成してもよい。更には、リチウムイオン二次電池に限定されることなく、第1電極および第2電極を有する電極体5に広く適用され得る。
図1〜図6に示すように、電極体5は、複数の正極10Xおよび複数の負極20Yを有している。正極10Xおよび負極20Yは、積層方向dLに沿って交互に配列されて積層されている。電極体5および蓄電素子1は、全体的に偏平形状を有し、積層方向dLへの厚さが薄く、積層方向dLに直交する方向d1,d2に広がっている。
図示された非限定的な例において、正極10Xおよび負極20Yは、積層方向dLで見たときに、全体的に長方形形状の外輪郭を有している。蓄電素子1は、一対のタブ17,27が配列される方向である第1方向d1と、第1方向d1に直交する第2方向d2と、を有している。第1方向d1が、蓄電素子1の長手方向(長さ方向)に相当し、第2方向d2が、蓄電素子1の短手方向(幅方向)に相当する。積層方向dLは、第1方向d1および第2方向d2の両方に直交している。正極10Xおよび負極20Yは、第1方向d1にずらして配置されている。より具体的には、複数の正極10Xは、第1方向d1における一側(図2における右側)に寄って配置され、複数の負極20Yは、第1方向d1における他側(図2における左側)に寄って配置されている。正極10Xおよび負極20Yは、第1方向d1における中央部(後述する正極有効領域b1および負極有効領域b2)において、積層方向dLに重なり合っている。
正極10Xは、図示されるように、シート状の外形状を有している。正極10Xは、正極集電体11X(第1電極集電体)と、正極集電体11X上に設けられた正極活物質層12X(第1電極活物質層)と、を有している。正極活物質層12Xは、長方形形状の外輪郭を有している。リチウムイオン二次電池において、正極10Xは、放電時にリチウムイオンを放出し、充電時にリチウムイオンを吸蔵する。
正極集電体11Xは、互いに反対側に位置する第1面11aおよび第2面11bを主面として有している。正極活物質層12Xは、正極集電体11Xの第1面11aおよび第2面11bの少なくとも一方の面上に形成される。本実施の形態においては、各正極10Xの正極集電体11Xの両側に、正極活物質層12Xがそれぞれ設けられており、各正極10Xは、互いに同一に構成され得る。
正極集電体11Xおよび正極活物質層12Xは、蓄電素子1(リチウムイオン二次電池)に適用され得る種々の材料を用いて種々の製法により、作製され得る。一例として、正極集電体11Xは、アルミニウム箔によって形成され得る。正極活物質層12Xは、例えば、正極活物質、導電助剤およびバインダーとなる結着剤を含んでいてもよい。正極活物質層12Xは、正極活物質、導電助剤および結着剤を溶媒に分散させてなる正極用スラリーを、正極集電体11Xをなす材料上に塗工して固化させることで、作製され得る。正極活物質として、例えば、一般式LiM(ただし、Mは金属であり、xおよびyは金属Mと酸素Oの組成比である)で表される金属酸リチウム化合物が用いられる。金属酸リチウム化合物の具体例として、コバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム、マンガン酸リチウム等が例示され得る。導電助剤としては、黒鉛粉末やアセチレンブラック等が用いられ得る。結着剤としては、ポリフッ化ビニリデン等が用いられ得る。
図2に示すように、正極集電体11Xは、互いに隣接する正極接続領域a1(第1接続領域)および正極有効領域b1(第1有効領域)を有している。正極活物質層12Xは、正極集電体11Xの正極有効領域b1のみに配置されている。正極有効領域b1は、長方形形状の外輪郭を有しており、全体的に正極活物質層12Xが設けられた領域になっている。正極接続領域a1および正極有効領域b1は、正極10Xの第1方向d1に配列されている。正極接続領域a1は、正極有効領域b1よりも正極10Xの第1方向d1における外側(図2における右側)に位置している。
複数の正極集電体11Xは、正極接続領域a1において、積層方向で互いに重なっており、抵抗溶接や超音波溶接、テープによる貼着、融着等によって接合されて、電気的に接続している。このように、各々の正極集電体11Xの正極接続領域a1が互いに接合された部分で、正極接続部13が構成されている。
図2および図5に示すように、正極接続部13は、正極接続屈曲部14(第1接続屈曲部)と、正極接続屈曲部14よりも正極タブ17(第1タブ)の側に設けられた正極接続端部15(第1接続端部)と、正極接続屈曲部14よりも負極タブ27(第2タブ)の側に設けられた正極接続基部16(第1接続基部)と、を有している。正極接続端部15は、正極接続基部16から突出するように形成されており、第2方向d2において、正極接続端部15の長さは、正極接続基部16の長さよりも短くなっている。第2方向d2において、正極接続屈曲部14の長さは、正極接続端部15の長さに等しくなっていてもよい。図5に示すように、正極接続屈曲部14は、正極接続基部16から正極接続端部15に向かって積層方向dLにおける第1基材41の側(第1膨出部44の側、図5における上側)にほぼ90°で屈曲している。このため、正極接続基部16は、第1方向d1に延びている一方で、正極接続端部15は、積層方向dLにおける第1基材41の側に延びている。
正極接続端部15は、負極タブ27の側(図5における左側)に設けられた第1面15aと、その反対側(後述する正極タブ17の正極タブ端子部17dの側、図5における右側)に設けられた第2面15bと、を有している。すなわち、第1面15aは、電極体5に含まれる複数の正極10Xのうち、積層方向dLにおいて最も第1基材41の側(図5における上側)に配置された正極10Xの正極接続領域a1における第1面11aに相当する。また、第2面15bは、電極体5に含まれる複数の正極10Xのうち、積層方向dLにおいて最も第2基材42の側(図5における下側)に配置された正極10Xの正極接続領域a1における第2面11bに相当する。本実施の形態では、正極接続端部15の第1面15aに、後述する正極タブ17の正極タブ集電部17c(第1タブ集電部)が接続されている。
図2に示すように、正極有効領域b1は、積層方向dLで見たときに、負極20Yの後述する負極活物質層22Yに対向する領域内に設けられている。このため、正極10Xの正極有効領域b1の第1方向d1における寸法は、負極20Yの後述する負極有効領域b2の第1方向d1における寸法よりも小さくなっている。また、正極10Xの第2方向d2における寸法は、負極20Yの第2方向d2における寸法よりも小さくなっている。このような正極有効領域b1の配置により、負極活物質層22Yからのリチウムの析出を防止することができる。
次に、負極20Yについて説明する。負極20Yも、正極10Xと同様に、シート状の外形状を有している。負極20Yは、負極集電体21Y(第2電極集電体)と、負極集電体21Y上に設けられた負極活物質層22Y(第2電極活物質層)と、を有している。負極活物質層22Yは、長方形形状の外輪郭を有している。リチウムイオン二次電池において、負極20Yは、放電時にリチウムイオンを吸蔵し、充電時にリチウムイオンを放出する。
負極集電体21Yは、互いに反対側に位置する第1面21aおよび第2面21bを主面として有している。負極活物質層22Yは、負極集電体21Yの第1面21aおよび第2面21bの少なくとも一方の面上に形成される。最も第1基材41の側に配置された負極20Yの負極集電体21Yの第1面21aには、負極活物質層22Yは設けられなくてもよい。また、最も第2基材42の側に配置された負極20Yの負極集電体21Yの第2面21bには、負極活物質層22Yは設けられていなくてもよい。本実施の形態においては、これらの負極集電体21Yを除き、各負極20Yの負極集電体21Yの両側に、負極活物質層22Yがそれぞれ設けられており、各負極20Yは、互いに同一に構成され得る。
負極集電体21Yおよび負極活物質層22Yは、蓄電素子1(リチウムイオン二次電池)に適用され得る種々の材料を用いて種々の製法により、作製され得る。一例として、負極集電体21Yは、例えば銅箔によって形成される。負極活物質層22Yは、例えば、炭素材料からなる負極活物質、および、バインダーとして機能する結着剤を含んでいる。負極活物質層22Yは、例えば、炭素粉末や黒鉛粉末等からなる負極活物質とポリフッ化ビニリデンのような結着剤とを溶媒に分散させてなる負極用スラリーを、負極集電体21Yをなす材料上に塗工して固化することで、作製され得る。
図2に示すように、負極集電体21Yは、互いに隣接する負極接続領域a2(第2接続領域)および負極有効領域b2(第2有効領域)を有している。負極活物質層22Yは、負極集電体21Yの負極有効領域b2のみに配置されている。負極有効領域b2は、長方形形状の外輪郭を有しており、全体的に負極活物質層22Yが設けられた領域になっている。負極接続領域a2および負極有効領域b2は、負極20Yの第1方向d1に配列されている。負極接続領域a2は、負極有効領域b2よりも負極20Yの第1方向d1における外側(図2における左側)に位置している。
複数の負極集電体21Yは、負極接続領域a2において、積層方向で互いに重なっており、抵抗溶接や超音波溶接、テープによる貼着、融着等によって接合されて、電気的に接続している。このように、各々の負極集電体21Yの負極接続領域a2が互いに接合された部分で、負極接続部23が構成されている。
図2および図6に示すように、負極接続部23は、負極接続屈曲部24(第2接続屈曲部)と、負極接続屈曲部24よりも負極タブ27の側に設けられた負極接続端部25(第2接続端部)と、負極接続屈曲部24よりも正極タブ17の側に設けられた負極接続基部26(第2接続基部)と、を有している。負極接続端部25は、負極接続基部26から突出するように形成されており、第2方向d2において、負極接続端部25の長さは、負極接続基部26の長さよりも短くなっている。第2方向d2において、負極接続屈曲部24の長さは、負極接続端部25の長さに等しくなっていてもよい。図6に示すように、負極接続屈曲部24は、負極接続基部26から負極接続端部25に向かって積層方向dLにおける第1基材41の側(第1膨出部44の側、図5における上側)にほぼ90°で屈曲している。このため、負極接続基部26は、第1方向d1に延びている一方で、負極接続端部25は、積層方向dLにおける第1基材41の側に延びている。
負極接続端部25は、正極タブ17の側(図6における右側)に設けられた第1面25aと、その反対側(後述する負極タブ27の負極タブ端子部27dの側、図6における左側)に設けられた第2面25bと、を有している。すなわち、第1面25aは、電極体5に含まれる複数の負極20Yのうち、積層方向dLにおいて最も第1基材41の側(図6における上側)に配置された負極20Yの負極接続領域b1における第1面21aに相当する。また、第2面25bは、電極体5に含まれる複数の負極20Yのうち、積層方向dLにおいて最も第2基材42の側(図6における下側)に配置された負極20Yの負極接続領域b1における第2面21bに相当する。本実施の形態では、負極接続端部25の第1面25aに、後述する負極タブ27の負極タブ集電部27c(第2タブ集電部)が接続されている。
図2に示すように、負極有効領域b2は、積層方向dLで見たときに、正極10Xの正極活物質層12Xに対向する領域を内包するように広がっている。すなわち、負極有効領域b2は、積層方向dLで見たときに、全周に亘って、正極活物質層12Xの外側にはみ出すように広がっている。このため、上述したように、負極20Yの負極有効領域b2の第1方向d1における寸法は、正極10Xの正極有効領域b1の第1方向d1における寸法よりも大きくなっている。また、負極20Yの第2方向d2における寸法は、正極10Xの第2方向d2における寸法よりも大きくなっている。
図4に示すように、正極10Xおよび負極20Yの一方が、他方に対向する面に機能層30Aを有していてもよい。機能層30Aは、絶縁性を有し、正極10Xおよび負極20Yが短絡することを防止する。図示された例においては、正極10Xが機能層30Aを有している。機能層30Aは、正極活物質層12Xの負極20Yの側の面(負極20Yに対向する面)に設けられている。すなわち、各正極活物質層12Xの対向する負極20Yの側の面に機能層30Aが設けられている。各正極活物質層12Xの当該面は、機能層30Aにより覆われている。そして、正極10Xのうち負極20Yの負極活物質層22Yと積層方向dLに対向する面が、機能層30Aによって形成されている。ただし、図4に示す機能層30Aの代わりに、あるいは加えて、負極20Yが、各負極活物質層22Yを覆う機能層30Aを有することも可能である。
機能層30Aは、正極活物質層12Xよりも高い空孔率を有していてもよい。また、機能層30Aは、優れた耐熱性を有していてもよい。このような機能層30Aの材料には、例えば、無機材料を用いてもよい。無機材料は、高い空孔率とともに優れた耐熱性、例えば150℃以上の耐熱性を機能層30Aに付与することができる。無機材料としては、アルミナ、セルロースおよびその変成体、ポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリアクリロニトリル、アラミド、ポリアミドイミド、ポリイミド等の繊維状物や粒子状物が挙げられる。機能層30Aは、アルミナで形成する場合には、負極活物質層22Y上に塗工して固化させることで、作製され得る。
(タブ)
図1、図2、図5および図6に示すように、電極体5の正極接続部13に正極タブ17が電気的に接続され、電極体5の負極接続部23に負極タブ27が電気的に接続されている。
まずは、正極タブ17について説明する。図5に示すように、正極タブ17は、電極体5の正極接続部13と接続された正極タブ集電部17c(第1タブ集電部)と、正極タブ集電部17cから外装体40の外部に延び出た正極タブ端子部17d(第1タブ端子部)と、正極タブ集電部17cと正極タブ端子部17dとの間に形成された正極タブ屈曲部17e(第1タブ屈曲部)と、を有している。
正極タブ集電部17cは、正極タブ端子部17dの側(図5における右側)に設けられた第1面17aと、その反対側(負極タブ27の側、図5における左側)に設けられた第2面17bと、を有している。本実施の形態では、正極タブ集電部17cの第1面17aは、電極体5の正極接続端部15の第1面15aに、融着等によって接続されている。これにより、正極タブ17は、正極集電体11Xと電気的に接続されている。
図7に示すように、正極タブ集電部17cの第1面17aは、正極接続部13の正極接続屈曲部14の側(図7における下側)の縁部に形成されたR部17fを有していてもよい。このR部17fは、例えば0.005mm〜0.4mmの曲率半径を有していてもよい。
正極タブ端子部17dは、第1方向d1において、外装体40の外部に延び出ており、蓄電素子1の端子として機能する。正極タブ端子部17dには、後述する正極シーラント18が設けられている。正極タブ端子部17dのうち正極タブ屈曲部17eから正極シーラント18までの部分は、外装体40の内部に位置している。
正極タブ屈曲部17eは、正極タブ端子部17dから正極タブ集電部17cに向かって積層方向dLにおける第2基材42の側(図5における下側)にほぼ90°で屈曲している。このため、正極タブ端子部17dは、第1方向d1に延びている一方で、正極タブ集電部17cは、積層方向dLにおける第2基材42の側に延びている。
正極タブ17は、正極タブ端子部17dに設けられた正極シーラント18を有している。図1および図2に示すように、正極シーラント18は、正極タブ17が延びる方向(第1方向d1)に直交する方向(第2方向d2)に延びている。正極シーラント18は、第2方向d2において、正極タブ17の両側に延び出るように、正極タブ17に取り付けられている。第1基材41、第2基材42および正極タブ17は、正極シーラント18を介して、互いにヒートシールされている。
正極タブ17は、アルミニウム等を用いて形成され得る。正極タブ17の寸法は、例えば第1方向d1に約50mm、第2方向d2に約27mmとすることができる。また、正極タブ17の厚みは、例えば0.1mm以上であり、1mm以下であってもよく、例えば約0.5mmとすることができる。また、正極シーラント18は、外装体40の樹脂接着層40bと正極タブ17とに溶着可能な材料から構成されている。正極シーラント18の材料としては、外装体40の樹脂接着層40bと同様に、ポリプロピレン、変性ポリプロピレン、低密度ポリプロピレン、アイオノマー、エチレン・酢酸ビニル等を挙げることができる。正極シーラント18の厚みは、例えば0.05mm以上であり、0.4mm以下であってもよく、例えば約0.15mmとすることができる。
次に、負極タブ27について説明する。図6に示すように、負極タブ27は、電極体5の負極接続部23と接続された負極タブ集電部27c(第2タブ集電部)と、負極タブ集電部27cから外装体40の外部に延び出た負極タブ端子部27d(第2タブ端子部)と、負極タブ集電部27cと負極タブ端子部27dとの間に形成された負極タブ屈曲部27e(第2タブ屈曲部)と、を有している。
負極タブ集電部27cは、負極タブ端子部27dの側(図6における左側)に設けられた第1面27aと、その反対側(正極タブ17の側、図6における右側)に設けられた第2面27bと、を有している。本実施の形態では、負極タブ集電部27cの第1面27aは、電極体5の負極接続端部25の第1面25aに、融着等によって接続されている。これにより、負極タブ27は、負極集電体21Yと電気的に接続されている。
図7に示すように、負極タブ集電部27cの第1面27aは、負極接続部23の負極接続屈曲部24の側(図7における下側)の縁部に形成されたR部27fを有していてもよい。このR部27fは、例えば0.005mm〜0.4mmの曲率半径を有していてもよい。
負極タブ端子部27dは、第1方向d1において、外装体40の外部に延び出ており、蓄電素子1の端子として機能する。負極タブ端子部27dには、後述する負極シーラント28が設けられている。負極タブ端子部27dのうち負極タブ屈曲部27eから負極シーラント28までの部分は、外装体40の内部に位置している。
負極タブ屈曲部27eは、負極タブ端子部27dから負極タブ集電部27cに向かって積層方向dLにおける第2基材42の側(図6における下側)にほぼ90°で屈曲している。このため、負極タブ端子部27dは、第1方向d1に延びている一方で、負極タブ集電部27cは、積層方向dLにおける第2基材42の側に延びている。
負極タブ27は、負極タブ端子部27dに設けられた負極シーラント28を有している。図1および図2に示すように、負極シーラント28は、負極タブ27が延びる方向(第1方向d1)に直交する方向(第2方向d2)に延びている。負極シーラント28は、第2方向d2において、負極タブ27の両側に延び出るように、負極タブ27に取り付けられている。第1基材41、第2基材42および負極タブ27は、負極シーラント28を介して、互いにヒートシールされている。
負極タブ27は、ニッケル、銅等を用いて形成され得る。負極タブ27の寸法は、例えば第1方向d1に約45mm、第2方向d2に約27mmとすることができる。また、負極タブ27の厚みは、例えば0.1mm以上であり、1mm以下であってもよく、例えば約0.3mmとすることができる。また、負極シーラント28は、外装体40の樹脂接着層40bと正極タブ17とに溶着可能な材料から構成されている。負極シーラント28の材料としては、正極シーラント18と同様、ポリプロピレン、変性ポリプロピレン、低密度ポリプロピレン、アイオノマー、エチレン・酢酸ビニル等を挙げることができる。負極シーラント28の厚みは、例えば0.05mm以上であり、0.4mm以下であってもよく、例えば約0.15mmとすることができる。
次に、リチウムイオン二次電池として構成された本実施の形態に係る蓄電素子1の製造方法について説明する。以下に説明する蓄電素子の製造方法は、電極体5を準備する電極体準備工程と、タブ17,27を準備するタブ準備工程と、電極体5にタブ17,27を接続するタブ接続工程と、電極体5の接続部13,23に接続屈曲部14,24を形成する接続屈曲部形成工程と、を備えている。また、蓄電素子の製造方法は、外装体40を準備する外装体準備工程と、外装体40の第1基材41と第2基材42とをヒートシールするヒートシール工程と、を備えている。以下、各工程について説明する。
(電極体準備工程)
電極体準備工程は、正極10Xおよび負極20Yをそれぞれ作製する工程と、正極10Xおよび負極20Yを交互に積層する工程と、正極集電体11Xおよび負極集電体21Yをそれぞれ接合する工程と、を含んでいる。
まず、正極10Xおよび負極20Yをそれぞれ作製する工程について説明する。
まず、正極集電体11Xを構成するようになる長尺のアルミニウム箔上に、正極活物質層12Xを構成するようになる組成物(スラリー)を塗工して固化する。次に、所望の大きさに断裁し、枚葉状の正極10Xが作製され得る。この際、正極集電体11Xの正極接続領域a1を構成するようになる部分に、以降の工程で形成される正極接続端部15と正極接続基部16とを有する正極接続部13を構成するようになる凸形状部が形成されるように断裁してもよい。または、次の工程で正極10Xおよび負極20Yが積層された後、あるいは、正極接続部13が形成された後に、レーザー加工等を施して凸形状部が形成されるように切断してもよい。
同様に、負極集電体21Yを構成するようになる長尺の銅箔上に、負極活物質層22Yを構成するようになる組成物(スラリー)を塗工して固化する。次に、所望の大きさに断裁し、枚葉状の負極20Yが作製され得る。この際、負極集電体21Yの負極接続領域a2を構成するようになる部分に、以降の工程で形成される負極接続端部25と負極接続基部26とを有する負極接続部23を構成するようになる凸形状部が形成されるように断裁してもよい。または、次の工程で正極10Xおよび負極20Yが積層された後、あるいは、負極接続部23が形成された後に、レーザー加工等を施して凸形状部が形成されるように切断してもよい。
なお、正極10Xおよび負極20Yの少なくとも一方に機能層30Aをアルミナで形成して付与する場合には、例えば、電極10X,20Yを構成するようになる断裁前の長尺材上または断裁後の枚葉材上に、アルミナを含む材料を塗布して固化させることで機能層30Aを作製することができる。
次に、正極10Xおよび負極20Yを交互に積層する工程を実施する。この工程では、正極10Xの正極活物質層12Xと負極20Yの負極活物質層22Yとが正対するようにして、正極10Xおよび負極20Yを積層していく。
続いて、正極集電体11Xおよび負極集電体21Yをそれぞれ接合する工程を実施する。この工程では、積層された正極10Xの正極集電体11Xを、正極接続領域a1において束ねて、超音波溶接等によって接合する。これにより、複数の正極接続領域a1が、積層方向dLで重なって互いに電気的に接続した、凸形状の正極接続部13が形成される。すなわち、正極接続端部15と正極接続基部16とを有する正極接続部13が形成される。同様に、積層された負極20Yの負極集電体21Yを、負極接続領域a2において束ねて、超音波溶接等によって接合する。これにより、複数の負極接続領域a2が、積層方向dLで重なって互いに電気的に接続した、凸形状の負極接続部23が形成される。すなわち、負極接続端部25と負極接続基部26とを有する負極接続部23が形成される。
このようにして、図8Aに示すような電極体5を得ることができる。
(タブ準備工程)
タブ準備工程は、正極タブ17を準備する工程(第1タブ準備工程)と、負極タブ27を準備する工程(第2タブ準備工程)と、を含んでいる。正極タブ17を準備する工程は、正極タブ17を作製する工程と、正極シーラント18を取り付ける工程と、を含んでいる。負極タブ27を準備する工程は、負極タブ27を作製する工程と、負極シーラント28を取り付ける工程と、を含んでいる。
正極タブ17を作製する工程においては、まず、正極タブ17を構成するようになる長尺のアルミニウム金属を、所望の大きさに断裁し、枚葉状の金属板を形成する。この際、金属板の切断部分における一方の面の縁部にR部17fが形成されるように断裁してもよい。または、断裁された後の金属板にR加工を施して、R部17fが形成されてもよい。次に、金属板に曲げ加工(屈曲加工)を施し、図7に示すように金属板を屈曲させて、正極タブ集電部17cと正極タブ端子部17dとの間に正極タブ屈曲部17eを形成する。ここで、正極タブ集電部17cが延びる方向と正極タブ端子部17dが延びる方向との間の角度がほぼ90°になるように、正極タブ屈曲部17eが形成されてもよい。また、図7に示すように、R部17fが屈曲する側の内側に位置するように、正極タブ屈曲部17eが形成されてもよい。このようにして、正極タブ屈曲部17eを有する正極タブ17を作製することができる。
正極シーラント18を取り付ける工程においては、作製した正極タブ17に、第2方向d2に延びる正極シーラント18を取り付ける。正極シーラント18は、第1方向d1において正極タブ17の一部を覆うように取り付けられ、第2方向d2において正極タブ17の両側に延び出るように取り付けられる。正極シーラント18は、図7に示すように、正極タブ17の正極タブ端子部17dに取り付けられる。
同様に、負極タブ27を作製する工程においても、まず、負極タブ27を構成するようになる長尺の銅金属を、所望の大きさに断裁し、枚葉状の金属板を形成する。この際、金属板の切断部分における一方の面の縁部にR部27fが形成されるように断裁してもよい。または、断裁された後の金属板にR加工を施して、R部27fが形成されてもよい。次に、金属板に曲げ加工(屈曲加工)を施し、図7に示すように金属板を屈曲させて、負極タブ集電部27cと負極タブ端子部27dとの間に負極タブ屈曲部27eを形成する。ここで、負極タブ集電部27cが延びる方向と負極タブ端子部27dが延びる方向との間の角度がほぼ90°になるように、負極タブ屈曲部27eが形成されてもよい。また、図7に示すように、R部27fが屈曲する側の内側に位置するように、負極タブ屈曲部27eが形成されてもよい。このようにして、負極タブ屈曲部27eを有する負極タブ27を作製することができる。
負極シーラント28を取り付ける工程においては、作製した負極タブ27に、第2方向d2に延びる負極シーラント28を取り付ける。負極シーラント28は、第1方向d1において負極タブ27の一部を覆うように取り付けられ、第2方向d2において負極タブ27の両側に延び出るように取り付けられる。負極シーラント28は、図7に示すように、負極タブ27の負極タブ端子部27dに取り付けられる。
このようにして、図7に示すような、タブ屈曲部17e,27eを有するタブ17,27を得ることができる。
(タブ接続工程)
タブ接続工程は、電極体5の正極接続部13に正極タブ17を接続する工程と、電極体5の負極接続部23に負極タブ27を接続する工程と、を含んでいる。
電極体5の正極接続部13に正極タブ17を接続する工程においては、まず、電極体5の正極接続部13の正極接続端部15の第1面15a(積層方向dLにおける一側の面、図8Bの上側)に、正極タブ17の正極タブ集電部17cの第1面17aが重なるように、正極タブ17を載せる。このとき、図8Bに示すように、正極タブ17の正極タブ端子部17dが、電極体5の正極接続部13に対して垂れ下がった状態となる。ここで、第2方向d2における正極接続端部15の中心位置と正極タブ17の中心位置とが一致するように、正極タブ17の位置合わせを行う。次に、抵抗溶接や超音波溶接等によって正極タブ17を電極体5の正極接続部13に融着させる。これにより、正極タブ17が電極体5の正極集電体11Xの正極接続端部15に電気的に接続される。
電極体5の負極接続部23に負極タブ27を接続する工程においても、同様にして、負極タブ27を電極体5の負極接続部23に融着させて、負極タブ27を電極体5の負極集電体21Yの負極接続領域b1に電気的に接続させる。
このようにして、図8Bに示すような、接続部13,23にタブ17,27が接続された電極体5を得ることができる。
(接続屈曲部形成工程)
接続屈曲部形成工程は、電極体5の正極接続部13に正極接続屈曲部14を形成する工程と、電極体5の負極接続部23に負極接続屈曲部24を形成する工程と、を含んでいる。
電極体5の正極接続部13を屈曲させる工程においては、まず、図8Bに示すような、正極タブ17の正極タブ端子部17dが垂れ下がった状態において、正極接続部13の正極接続基部16を任意の方法により固定する。この状態において、図8Cに示すように、正極接続端部15が正極接続基部16に対して上方(積層方向dLにおける一側、図8Cの上側)を向くように、正極接続部13をほぼ90°で屈曲させる。これにより、正極接続部13に正極接続屈曲部14が形成される。ここで、上述したように、正極タブ17には正極タブ屈曲部17eが形成されている。このため、正極接続部13に正極接続屈曲部14が形成されると、正極接続部13の正極接続端部15が積層方向dLにおける一側に延びている一方で、正極タブ17の正極タブ端子部17dが第1方向d1に延びている状態になる。
電極体5の負極接続部23を屈曲させる工程においても、同様にして、負極接続部23に負極接続屈曲部24を形成することができる。ここでも、同様に、負極タブ27には負極タブ屈曲部27eが形成されている。このため、負極接続部23に負極接続屈曲部24が形成されると、負極接続部23の負極接続端部25が積層方向dLにおける一側に延びている一方で、負極タブ27の負極タブ端子部27dが第1方向d1に延びている状態になる。
このようにして、図8Cに示すような、接続屈曲部14,24を有する電極体5を得ることができる。
(外装体準備工程)
外装体準備工程は、第1基材41を作製する工程と第2基材42を作製する工程とを含んでいる。
第1基材41を作製する工程においては、まず、金属層40aを構成するアルミニウム箔上に、樹脂接着層40bを構成するようになる樹脂材料の組成物を塗工して固化する。次に、所望の大きさに断裁し、平板状の第1基材41が得られる。その後、平板状の第1基材41に対して、絞り加工を行い、第1膨出部44を形成する。これにより、第1周辺部43に対して膨出した第1膨出部44を有する第1基材41が作製され得る(図3参照)。
同様に、第2基材42を作製する工程においても、まず、金属層40aを構成するアルミニウム箔上に、樹脂接着層40bを構成するようになる樹脂材料の組成物を塗工して固化する。次に、所望の大きさに断裁し、平板状の第2基材42が得られる。その後、平板状の第2基材42に対して、絞り加工を行い、第2膨出部46を形成する。これにより、第2周辺部45に対して膨出した第2膨出部46を有する第2基材42が作製され得る(図3参照)。
(封止工程)
封止工程においては、まず、第2膨出部46の開口が上を向くように、ステージ上に第2基材42を載置する。次に、第2基材42の第2膨出部46内にタブ17,27が接続された電極体5を載せる。続いて、電極体5の上から、電極体5が第1膨出部44に収容されるように第1基材41を被せる。この際、図8Dに示すように、タブ17,27が外部に延び出た状態で、電極体5が第1基材41の第1膨出部44と第2基材42の第2膨出部46との間に配置される。その後、外装体40の周縁部に沿って、第1基材41と第2基材42とが、例えば100℃〜200℃の温度を有する金属製のヒートバー60により押圧される。これにより、ヒートバー60により押圧された領域の近傍において、第1基材41と第2基材42の各々の内面に形成された樹脂接着層40bが溶解し、それらが互いにヒートシール(熱溶着)して、シール部48が形成される。ヒートシール工程は、減圧チャンバ内で行われ、ヒートシール後の封止空間47は減圧される。なお、第1基材41と第2基材42とは、一体的に連続状に形成されていてもよい。この場合、第1基材41と第2基材42との間の部分で折り曲げることにより、第2基材42に載せた電極体5に第1基材41を被せることができる。この折り曲げた部分にはシール部48が形成されていなくてもよく、当該部分は、第2方向d2における一側に配置されてもよい。
シール部48において、外装体40とタブ17,27との間に、シーラント18,28が介在されている。このため、ヒートシールの際、第1基材41の樹脂接着層40b、第2基材42の樹脂接着層40bおよびシーラント18,28がそれぞれ溶解する。このため、第1基材41とタブ17,27とがヒートシールされるとともに、第2基材42とタブ17,27とがヒートシールされる。これにより、タブ17,27の周囲に、封止空間47と外装体40の外部とを連通するような隙間が形成されることを防止することができる。
このようにして、図8Eに示すような、外装体40内に電極体5が封止された蓄電素子1を得ることができる。
このように本実施の形態によれば、電極体5の正極接続部13は、正極接続屈曲部14を有しているとともに、正極タブ17の正極タブ端子部17dは、第1方向d1に延びている。このことにより、蓄電素子1の製造時または出荷時において、正極タブ17に第1方向d1から力が加わった場合であっても、この力を正極接続屈曲部14で吸収することができる。このため、第1方向d1からの力が正極タブ17と正極接続部13との接続面に加わることを抑制することができ、正極タブ17が電極体5から外れることを防止することができる。
また、本実施の形態によれば、第1基材41は、第2基材42の側とは反対側に膨出した第1膨出部44を含み、正極接続屈曲部14は、正極接続基部16から正極接続端部15に向かって第1膨出部44の側に屈曲している。このことにより、正極接続端部15が、電極体5のうち正極10Xおよび負極20Yが積層されている部分の側部に位置することができ、外装体40内に効率良く収容されることができる。このため、蓄電素子1の体積の増大を抑制することができ、蓄電素子1のエネルギー密度の低下を抑制することができる。
また、本実施の形態によれば、第2基材42は、第1基材41の側とは反対側に膨出した第2膨出部46を含み、正極接続部13は、第2膨出部46内に収容されている。このことにより、正極接続端部15が、略直方体状の外装体40内に収容され、外装体40内に効率良く収容されることができる。このため、蓄電素子1の体積の増大を抑制することができ、蓄電素子1のエネルギー密度の低下を抑制することができる。
また、本実施の形態によれば、第2方向d2において、正極接続端部15の長さは、正極接続基部16の長さよりも短くなっている。このことにより、正極接続屈曲部14を形成する際に、正極接続部13を容易に屈曲することができる。このため、正極接続屈曲部14の形成を容易化することができ、蓄電素子1の製造効率を向上させることができる。
また、本実施の形態によれば、正極タブ17は、正極タブ集電部17cと正極タブ端子部17dとの間に形成された正極タブ屈曲部17eを有している。このことにより、正極タブ端子部17dに第1方向d1から力が加わった場合であっても、正極タブ集電部17cは積層方向dLに延びているため、第1方向d1からの力が、正極タブ集電部17cと正極接続端部15との接続面にせん断力として加わることを防止することができる。このため、第1方向d1からの力に対する正極タブ17と正極接続部13との接続強度を向上させることができ、正極タブ17が電極体5から外れることをより一層防止することができる。
また、本実施の形態によれば、既に正極タブ屈曲部17eが形成されている正極タブ17を、正極接続部13に接続している。例えば、正極タブ屈曲部17eが形成されていない正極タブ17を正極接続部13に接続し、その後、正極タブ17に正極タブ屈曲部17eを形成する場合、正極接続屈曲部14を形成する際に正極接続部13と正極タブ17との接続面に分離させるような力が生じ得る。本実施の形態によれば、このような力が生じることを回避し、当該接続面が損傷することを防止することができる。このため、正極接続部13と正極タブ17との接続面を強固に維持することができ、正極タブ17が電極体5から外れることをより一層防止することができる。
また、本実施の形態によれば、正極タブ集電部17cは、正極接続端部15の負極タブ27の側に設けられた第1面15aに接続されている。このことにより、正極タブ集電部17cが、電極体5の正極接続端部15の内側(第1方向d1における負極タブ27の側)に配置される。このため、電極体5の正極接続部13を外装体40内に効率良く収容することができる。この結果、蓄電素子1の体積の増大を抑制することができ、蓄電素子1のエネルギー密度の低下を抑制することができる。
また、本実施の形態によれば、正極タブ集電部17cの正極接続端部15の側に設けられた第1面17aは、正極接続屈曲部14の側の縁部に形成されたR部17fを有している。このことにより、正極接続端部15の第1面15aが、正極タブ集電部17cの第1面17aの正極接続屈曲部14の側の縁部によって損傷してしまうことを防止することができる。このため、蓄電素子1の信頼性を向上させることができる。
また、本実施の形態によれば、電極体5の負極接続部23は、負極接続屈曲部24を有しているとともに、負極タブ27の負極タブ端子部27dは、第1方向d1に延びている。このことにより、蓄電素子1の製造時または出荷時において、負極タブ27に第1方向d1から力が加わった場合であっても、この力を負極接続屈曲部24で吸収することができる。このため、第1方向d1からの力が負極タブ27と負極接続部23との接続面に加わることを抑制することができ、負極タブ27が電極体5から外れることを防止することができる。
また、本実施の形態によれば、第1基材41は、第2基材42の側とは反対側に膨出した第1膨出部44を含み、負極接続屈曲部24は、負極接続基部26から負極接続端部25に向かって第1膨出部44の側に屈曲している。このことにより、負極接続屈曲部24が、電極体5のうち正極10Xおよび負極20Yが積層されている部分の側部に位置することができ、外装体40内に効率良く収容されることができる。このため、蓄電素子1の体積の増大を抑制することができ、蓄電素子1のエネルギー密度の低下をより一層抑制することができる。
また、本実施の形態によれば、第2基材42は、第1基材41の側とは反対側に膨出した第2膨出部46を含み、負極接続部23は、第2膨出部46内に収容されている。このことにより、負極接続端部25が、略直方体状の外装体40内に収容され、外装体40内に効率良く収容されることができる。このため、蓄電素子1の体積の増大を抑制することができ、蓄電素子1のエネルギー密度の低下をより一層抑制することができる。
また、本実施の形態によれば、第2方向d2において、負極接続端部25の長さは、負極接続基部26の長さよりも短くなっている。このことにより、負極接続屈曲部24を形成する際に、負極接続部23を容易に屈曲することができる。このため、負極接続屈曲部24の形成を容易化することができ、蓄電素子1の製造効率をより一層向上させることができる。
また、本実施の形態によれば、負極タブ27は、負極タブ集電部27cと負極タブ端子部27dとの間に形成された負極タブ屈曲部27eを有している。このことにより、負極タブ端子部27dに第1方向d1から力が加わった場合であっても、負極タブ集電部27cは積層方向dLに延びているため、第1方向d1からの力が、負極タブ集電部27cと負極接続端部25との接続面にせん断力として加わることを防止することができる。このため、第1方向d1からの力に対する負極タブ27と負極接続部23との接続強度を向上させることができ、負極タブ27が電極体5から外れることをより一層防止することができる。
また、本実施の形態によれば、既に負極タブ屈曲部27eが形成されている負極タブ27を、負極接続部23に接続している。例えば、負極タブ屈曲部27eが形成されていない負極タブ27を負極接続部23に接続し、その後、負極タブ27に負極タブ屈曲部27eを形成する場合、負極接続屈曲部24を形成する際に負極接続部23と負極タブ27との接続面に分離させるような力が生じ得る。本実施の形態によれば、このような力が生じることを回避し、当該接続面が損傷することを防止することができる。このため、負極接続部23と負極タブ27との接続面を強固に維持することができ、負極タブ27が電極体5から外れることをより一層防止することができる。
また、本実施の形態によれば、負極タブ集電部27cは、負極接続端部25の正極タブ17の側に設けられた第1面25aに接続されている。このことにより、負極タブ集電部27cが、電極体5の負極接続端部25の内側(第1方向d1における正極タブ17の側)に配置される。このため、電極体5の正極接続部13を外装体40内に効率良く収容することができる。この結果、蓄電素子1の体積の増大を抑制することができ、蓄電素子1のエネルギー密度の低下をより一層抑制することができる。
また、本実施の形態によれば、負極タブ集電部27cの負極接続端部25の側に設けられた第1面27aは、負極接続屈曲部24の側の縁部に形成されたR部27fを有している。このことにより、負極接続端部25の第1面25aが、負極タブ集電部27cの第1面27aにおける負極接続屈曲部24の側の縁部によって損傷してしまうことを防止することができる。このため、蓄電素子1の信頼性をより一層向上させることができる。
また、本実施の形態によれば、第1基材41および第2基材42は、金属層40aと、金属層40aの内側に設けられた樹脂接着層40bと、を含んでいる。このように外装体40がラミネートフィルムで構成されていることにより第1方向d1からの力がタブ17,27に集中する場合であっても、本実施の形態によれば、第1方向d1からの力が正極タブ17と正極接続部13との接続面に加わることを抑制することができ、正極タブ17が電極体5から外れることを防止することができる。
以下、図面を参照しながら、変形の一例について説明する。以下の説明および以下の説明で用いる図面では、上述した具体例と同様に構成され得る部分について、上述の具体例における対応する部分に対して用いた符号と同一の符号を用いるとともに、重複する説明を省略する。
(第1の変形例)
上述した第1の実施の形態において、正極接続端部15の第1面15a(負極タブ27の側の面、図5における左側の面)に、正極タブ集電部17cの第1面17a(正極タブ端子部17dの側の面、図5における右側の面)が接続されている例を示した(図5参照)。しかしながら、図9に示すように、正極接続端部15の第2面15b(正極タブ端子部17dの側の面、図9における右側の面)に、正極タブ集電部17cの第2面17b(負極タブ27の側の面、図9における左側の面)が接続されていてもよい。
このような場合においても、正極タブ17に加わる第1方向d1からの力を正極接続屈曲部14で吸収することができる。このため、第1方向d1からの力が正極タブ17と正極接続部13との接続面に加わることを抑制することができ、正極タブ17が電極体5から外れることを防止することができる。
負極側についても同様の構成としてもよい。
(第2の変形例)
また、上述した第1の実施の形態において、正極接続屈曲部14は、正極接続基部16から正極接続端部15に向かって積層方向dLにおける第1基材41の側(図5における上側)に屈曲している例を示した(図5参照)。しかしながら、図10に示すように、正極接続屈曲部14は、正極接続基部16から正極接続端部15に向かって積層方向dLにおける第2基材42の側(図10における下側)に屈曲していてもよい。
図示された例においては、正極接続端部15の第2面15b(負極タブ27の側の面、図10における左側の面)に、正極タブ集電部17cの第2面17b(正極タブ端子部17dの側の面、図10における右側の面)が接続されている。しかしながら、正極接続端部15の第1面15a(正極タブ端子部17dの側の面、図10における右側の面)に、正極タブ集電部17cの第1面17a(負極タブ27の側の面、図10における左側の面)が接続されていてもよい。
また、第1基材41および第2基材42も、電極体5やタブ17,27の形態に応じて、任意の形状とすることができる。例えば、図10に示す例においては、第1基材41の第1膨出部44は、上述した第1の実施の形態と同様、第1周辺部43に対して第2基材42の側とは反対側に膨出しているが、第2基材42の第2膨出部46は、上述した第1の実施の形態と異なり、第2周辺部45に対して第1基材41の側に膨出している。
このような場合においても、正極タブ17に加わる第1方向d1からの力を正極接続屈曲部14で吸収することができる。このため、第1方向d1からの力が正極タブ17と正極接続部13との接続面に加わることを抑制することができ、正極タブ17が電極体5から外れることを防止することができる。
負極側についても同様の構成としてもよい。
(第3の変形例)
上述した第1の実施の形態において、正極10X及び負極20Yの少なくとも一方が、機能層30Aを有する例を示した。しかしながら、正極10X及び負極20Yの少なくとも一方が機能層30Aを含むことに加えて、若しくは代えて、正極10X及び負極20Yの間に、正極10X及び負極20Yとは別部材として構成された絶縁シートが配置されるようにしてもよい。この場合、絶縁シートは、正極10Xと負極20Yとの間に介在されて、セパレータとして機能する。絶縁シートは、正極10Xの機能層30Aと負極20Yの負極活物質層22Yとの間に配置されていてもよい。このような絶縁シートは、例えば、不織布や多孔質材から形成され得る。この例において、外装体40内に収容された電解液又はゲル状電解液が、絶縁シートに含浸して保持される。この例に用いられる絶縁シートは、特に限定されることなく、蓄電素子1、とりわけリチウムイオン二次電池に適用され得る種々の絶縁体を用いることができる。
本変形例によれば、正極10Xと負極20Yとの間に絶縁シートを介在させることにより、正極10Xと負極20Yとが短絡することをより一層防止することができる。
(第2の実施の形態)
次に、図11および図12を用いて、本発明の第2の実施の形態による蓄電素子について説明する。
図11および図12に示す第2の実施の形態においては、蓄電素子が巻回型の蓄電素子(巻回型電池)であり、正極および負極が巻回軸線を中心に巻回されている点が主に異なり、他の構成は、図1〜図7に示す第1の実施の形態と略同一である。なお、図11および図12において、図1〜図7に示す第1の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
本実施の形態による蓄電素子100は、巻回型の蓄電素子(巻回型電池)である。蓄電素子100は、外装体40(図1等参照)と、外装体40内に収容された電極体50(電極巻回体)と、電極体5に接続された一対のタブ17,27と、を備えている。
図11および図12に示すように、電極体50は、第1方向d1に沿って延びる巻回軸線51を中心に巻回された正極10X(第1電極)および負極20Y(第2電極)を有している。正極10Xおよび負極20Yは、長手方向を有するように長尺状にそれぞれ形成されており、巻回軸線51を中心にして巻回されている。図12に示すように、正極10Xと負極20Yとの間には、正極10Xおよび負極20Yのいずれとも別部材として構成された第1絶縁体52および第2絶縁体53が介在されていてもよい。図示された例では、正極10Xに対して一側に第1絶縁体52が配置されており、他側に第2絶縁体53が配置されている。
図示された例においては、電極体50は、全体的に偏平形状を有する巻回体となっている。電極体50において、正極10Xおよび負極20Yが、湾曲状に形成されて積層方向dLに積層されている。
図12に示すように、正極10Xの正極接続領域a1および正極有効領域b1は、正極10Xの第1方向d1に配列されている。正極接続領域a1は、正極有効領域b1の第1方向d1における一方の外側(図12における右側)に位置している。正極10Xおよび負極20Yが巻回されることにより形成された正極集電体11Xの正極接続領域a1の積層された部分は、抵抗溶接や超音波溶接、テープによる貼着、融着等によって接合され、電気的に接続している。このように、各々の正極集電体11Xの正極接続領域a1によって、正極接続部13(第1接続部)が構成されている。
本実施の形態においても、第1の実施の形態と同様に、正極接続部13は、正極接続屈曲部14(第1接続屈曲部)と、正極接続屈曲部14よりも正極タブ17(第1タブ)の側に設けられた正極接続端部15(第1接続端部)と、正極接続屈曲部14よりも負極タブ27(第2タブ)の側に設けられた正極接続基部16(第1接続基部)と、を有している(図11参照)。
図12に示すように、負極20Yの負極接続領域a2および負極有効領域b2は、負極の第1方向d1に配列されている。負極接続領域a2は、負極有効領域b2の第1方向d1における他方の外側(図12における左側)に位置している。正極10Xおよび負極20Yが巻回されることにより形成された負極集電体21Yの負極接続領域a2の積層された部分は、抵抗溶接や超音波溶接、テープによる貼着、融着等によって接合され、電気的に接続している。このように、各々の負極集電体21Yの負極接続領域a2によって、負極接続部23(第2接続部)が構成されている。
本実施の形態においても、第1の実施の形態と同様に、負極接続部23は、負極接続屈曲部24(第2接続屈曲部)と、負極接続屈曲部24よりも負極タブ27の側に設けられた負極接続端部25(第2接続端部)と、負極接続屈曲部24よりも正極タブ17の側に設けられた負極接続基部26(第2接続基部)と、を有している(図11参照)。
図12に示すように、第1方向d1に沿った負極活物質層22Yの幅は、第1方向d1に沿った正極活物質層12Xの幅よりも長くなっている。そして、負極活物質層22Yは、積層方向dLで見たときに、正極活物質層12Xよりも外側(第1方向d1における外側)にはみ出している。本実施の形態においては、正極10Xおよび負極20Yがそれぞれ巻回されていることから、積層方向dLで見たときに、第1方向d1(巻回軸線51に沿う方向)における正極活物質層12Xの両側にはみ出している。また、図12に示すように、負極活物質層22Yは、巻回の周方向(負極20Yの長手方向)においても、正極活物質層12Xよりも長く形成されている。このようにして、正極活物質層12Xに負極活物質層22Yが対向しない部分が形成されないようになっている。
第1絶縁体52および第2絶縁体53は、いずれもセパレータとして機能する。第1方向d1に沿った第1絶縁体52の幅および第2絶縁体53の幅は、第1方向d1に沿った負極活物質層22Yの幅よりも長くなっている。そして、第1絶縁体52および第2絶縁体53は、巻回の周方向においても、負極活物質層22Yよりも長くなっている。このようにして、負極活物質層22Yおよび正極活物質層12Xに、第1絶縁体52又は第2絶縁体53が対向しない部分が形成されないようになっている。このため、正極10Xと負極20Yとの電気的絶縁性が確保される。第1絶縁体52のうち電極体50の最外周に配置された部分は、負極20Yと外装体40との電気的絶縁性を確保している。このような第1絶縁体52および第2絶縁体53は、例えば、不織布や多孔質材から形成され得る。
図11に示すように、電極体5の正極接続部13に正極タブ17が電気的に接続され、電極体5の負極接続部23に負極タブ27が電気的に接続されている。
本実施の形態においても、第1の実施の形態と同様に、正極タブ17は、電極体5の正極接続部13と接続された正極タブ集電部17c(第1タブ集電部)と、正極タブ集電部17cから外装体40の外部に延び出た正極タブ端子部17d(第1タブ端子部)と、正極タブ集電部17cと正極タブ端子部17dとの間に形成された正極タブ屈曲部17e(第1タブ屈曲部)と、を有している。
また、第1の実施の形態と同様に、正極タブ集電部17cの第1面17aは、正極接続端部15の第1面15aに、融着等によって接続されている。そして、正極タブ端子部17dは、第1方向d1に延びている一方で、正極タブ集電部17cは、積層方向dLにおける第2基材42の側に延びている。
同様に、負極タブ27は、電極体5の負極接続部23と接続された負極タブ集電部27c(第2集電部)と、負極タブ集電部27cから外装体40の外部に延び出た負極タブ端子部27d(第2タブ端子部)と、負極タブ集電部27cと負極タブ端子部27dとの間に形成された負極タブ屈曲部27e(第2タブ屈曲部)と、を有している。
また、第1の実施の形態と同様に、負極タブ集電部27cにおける第1面27aは、電極体5の負極接続端部25における第1面25aに、融着等によって接続されている。そして、負極タブ端子部27dは、第1方向d1に延びている一方で、負極タブ集電部27cは、積層方向dLにおける第2基材42の側に延びている。
次に、本実施の形態による蓄電素子100の製造方法について説明する。
まず、電極体準備工程において、第1絶縁体52、負極20Y、第2絶縁体53および正極10Xがこの順番で重ね合わされるように、巻回軸線51を中心にして巻回させる。この際、負極20Yよりも正極10Xが巻回軸線51の中心側に位置するように巻回させる。このことにより、電極体50の最外周に第1絶縁体52が配置され、その内側に負極20Yが配置される。そして、巻回軸線51の中心に向かって、負極20Yと正極10Xとが交互に配置されるようになる。なお、電極体50の最内周部分において、正極10Xよりも負極20Yが巻回軸線51の中心側に位置するように巻回するために、例えば、先に負極20Yを一巻きほど巻回させた後に、正極10Xを合わせて巻回させてもよい。
巻回時には、偏平形状(例えば、略楕円状、略長円状)を有する巻芯を用いてもよい。なお、円筒状の巻芯を用いて正極10X及び負極20Yを巻回させた後、電極体50を押圧して、偏平形状を有する電極体50を得るようにしてもよい。
続いて、電極体50の第1方向d1における一側において、正極集電体11Xの正極接続領域a1の積層された部分の一部を、レーザー加工等により切断して、正極集電体11Xの正極接続領域a1に凸形状部を形成する。この凸形状部は、後述する接合工程において上述した正極接続端部15と正極接続基部16とを有する正極接続部13を構成するようになる部分である。同様に、電極体50の第1方向d1における他側において、負極集電体21Yの負極接続領域a2の積層された部分の一部を、レーザー加工等により切断して、負極集電体21Yの負極接続領域a2の一部に凸形状部を形成する。この凸形状部は、後述する接合工程において上述した負極接続端部25と負極接続基部26とを有する負極接続部23を構成するようになる部分である。
なお、ここでは、電極10X,20Yの巻回後にレーザー加工等を施して凸形状部を形成している。しかしながら、電極10X,20Yの巻回前にレーザー加工等を施して長尺状の電極10X,20Yに所定の間隔で凸形状を形成しておき、巻回することによって各々の凸形状部が積層方向dLに重なるようにしてもよい。
次に、正極集電体11Xの正極接続領域a1の積層された部分を束ねて、超音波溶接等によって接合する。これにより、複数の正極接続領域a1が、積層方向dLに積層されて互いに電気的に接続された正極接続部13が形成される。同様に、負極集電体21Yの負極接続領域a2の積層された部分を束ねて、超音波溶接等によって接合する。これにより、複数の負極接続領域a2が、積層方向dLに積層されて互いに電気的に接続された負極接続部23が形成される。
続いて、タブ準備工程において、上述したような、正極タブ屈曲部17eを有する正極タブ17および負極タブ屈曲部27eを有する負極タブ27を準備する。
そして、タブ接続工程において、正極接続部13の正極接続端部15の第1面15aと、正極タブ17の正極タブ集電部17cの第1面17aとを、抵抗溶接や超音波溶接等によって融着し、正極接続部13と正極タブ17とを電気的に接続させる。また、負極接続部23の負極接続端部25の第1面25aと、負極タブ27の負極タブ集電部27cの第1面27aとを、抵抗溶接や超音波溶接等によって融着し、負極接続部23と負極タブ27とを電気的に接続させる。
次に、接続屈曲部形成工程において、正極接続部13に正極接続屈曲部14を形成する。これにより、正極接続部13の正極接続端部15が積層方向dLに延びている一方で、正極タブ17の正極タブ端子部17dが第1方向d1に延びている状態にすることができる。同様に、負極接続部23に負極接続屈曲部24を形成する。これにより、負極接続部23の負極接続端部25が積層方向dLに延びている一方で、負極タブ27の負極タブ端子部27dが第1方向d1に延びている状態にすることができる。
このようにして、図11に示すような、接続屈曲部14,24を有する電極体5を得ることができる。
続いて、外装体準備工程において、上述したような、外装体40を構成する第1基材41および第2基材42を準備する。
そして、封止工程において、第1基材41と第2基材42の間に上述した接続屈曲部14,24を有する電極体5を配置して、外装体40の周縁部に沿って、第1基材41と第2基材42とをヒートシールする。
このようにして、外装体40内に電極体50が封止された蓄電素子100を得ることができる。
本実施の形態のように巻回型の蓄電素子100の場合であっても、上述した第1の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
以上において、いくつかの実施の形態と本実施の形態に対するいくつかの変形例を説明してきたが、当然に、複数の実施の形態または複数の変形例を少なくとも部分的に適宜組み合わせて適用することも可能である。
1 蓄電素子
5 電極体
10X 正極
13 正極接続部
14 正極接続屈曲部
15 正極接続端部
16 正極接続基部
17 正極タブ
17c 正極タブ集電部
17d 正極タブ端子部
17e 正極タブ屈曲部
17f R部
20Y 負極
23 負極接続部
24 負極接続屈曲部
25 負極接続端部
26 負極接続基部
27 負極タブ
27c 負極タブ集電部
27d 負極タブ端子部
27e 負極タブ屈曲部
27f R部
40 外装体
40a 金属層
40b 樹脂接着層
41 第1基材
42 第2基材
43 第1周辺部
44 第1膨出部
45 第2周辺部
46 第2膨出部
47 封止空間
50 電極体
100 蓄電素子

Claims (15)

  1. 第1基材と、前記第1基材に対向する第2基材と、を有し、前記第1基材と前記第2基材とをシールして、前記第1基材と前記第2基材との間に封止空間を形成する外装体と、
    前記封止空間に設けられた電極体であって、積層方向で互いに対向する第1電極および第2電極を有する電極体と、
    第1方向において前記電極体の一側に設けられた第1タブおよび他側に設けられた第2タブと、を備え、
    前記電極体は、前記第1タブが電気的に接続された第1接続部を含み、
    前記第1タブは、前記第1接続部と接続された第1タブ集電部と、前記第1タブ集電部から前記外装体の外部に延び出た第1タブ端子部と、を含み、
    前記第1接続部は、第1接続屈曲部と、当該第1接続屈曲部よりも前記第1タブの側に設けられた第1接続端部と、を含み、
    前記第1タブ集電部は、前記第1接続端部に接続され、
    前記第1タブ端子部は、前記第1方向に延びている、蓄電素子。
  2. 前記第1基材は、前記第2基材の側とは反対側に膨出し、前記封止空間を画定する第1膨出部を含み、
    前記第1接続部は、前記第1接続屈曲部よりも前記第2タブの側に設けられた、前記第1方向に延びる第1接続基部を含み、
    前記第1接続屈曲部は、前記第1接続基部から前記第1接続端部に向かって前記第1膨出部の側に屈曲している、請求項1に記載の蓄電素子。
  3. 前記第2基材は、前記第1基材の側とは反対側に膨出し、前記第1膨出部とともに前記封止空間を画定する第2膨出部を含み、
    前記第1接続部は、前記第2膨出部内に収容されている、請求項2に記載の蓄電素子。
  4. 前記積層方向で見たときの前記第1方向に直交する第2方向において、前記第1接続端部の長さは、前記第1接続基部の長さよりも短い、請求項2または3に記載の蓄電素子。
  5. 前記第1タブは、前記第1タブ集電部と前記第1タブ端子部との間に形成された第1タブ屈曲部を有する、請求項1〜4のいずれか一項に記載の蓄電素子。
  6. 前記第1タブ集電部は、前記第1接続端部の前記第2タブの側の面に接続されている、請求項1〜5のいずれか一項に記載の蓄電素子。
  7. 前記第1タブ集電部の前記第1接続端部の側の面は、前記第1接続屈曲部の側の縁部に形成されたR部を有する、請求項1〜6のいずれか一項に記載の蓄電素子。
  8. 前記電極体は、前記第2タブが電気的に接続された第2接続部を含み、
    前記第2タブは、前記第2接続部と接続された第2タブ集電部と、前記第2タブ集電部から前記外装体の外部に延び出た第2タブ端子部と、を含み、
    前記第2接続部は、第2接続屈曲部と、当該第2接続屈曲部よりも前記第2タブの側に設けられた第2接続端部と、を含み、
    前記第2タブ集電部は、前記第2接続端部に接続され、
    前記第2タブ端子部は、前記第1方向に延びている、請求項1〜7のいずれか一項に記載の蓄電素子。
  9. 前記電極体は、前記第2タブが電気的に接続された第2接続部を含み、
    前記第2タブは、前記第2接続部と接続された第2タブ集電部と、前記第2タブ集電部から前記外装体の外部に延び出た第2タブ端子部と、を含み、
    前記第2接続部は、第2接続屈曲部と、当該第2接続屈曲部よりも前記第2タブの側に設けられた第2接続端部と、を含み、
    前記第2タブ集電部は、前記第2接続端部に接続され、
    前記第2タブ端子部は、前記第1方向に延び、
    前記第1基材は、前記第2基材の側とは反対側に膨出し、前記封止空間を画定する第1膨出部を含み、
    前記第2接続部は、前記第2接続屈曲部よりも前記第1タブの側に設けられた、前記第1方向に延びる第2接続基部を含み、
    前記第2接続屈曲部は、前記第2接続基部から前記第2接続端部に向かって前記第1膨出部の側に屈曲している、請求項1に記載の蓄電素子。
  10. 前記第2基材は、前記第1基材の側とは反対側に膨出し、前記第1膨出部とともに前記封止空間を画定する第2膨出部を含み、
    前記第2接続部は、前記第2膨出部内に収容されている、請求項9に記載の蓄電素子。
  11. 前記積層方向で見たときの前記第1方向に直交する第2方向において、前記第2接続端部の長さは、前記第2接続基部の長さよりも短い、請求項9または10に記載の蓄電素子。
  12. 前記第2タブは、前記第2タブ集電部と前記第2タブ端子部との間に形成された第2タブ屈曲部を有する、請求項8〜11のいずれか一項に記載の蓄電素子。
  13. 前記第2タブ集電部は、前記第2接続端部の前記第2タブの側の面に接続されている、請求項8〜12のいずれか一項に記載の蓄電素子。
  14. 前記第2タブ集電部の前記第2接続端部の側の面は、前記第2接続屈曲部の側の縁部に形成されたR部を有する、請求項8〜13のいずれか一項に記載の蓄電素子。
  15. 前記第1基材および前記第2基材は、金属層と、前記金属層の内側に設けられた樹脂接着層と、を含む、請求項1〜14のいずれか一項に記載の蓄電素子。
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