JP2023035555A - 蓄電素子 - Google Patents

Abstract

【課題】電極体と集電体との溶接品質の低下を抑制できる蓄電素子を提供する。
【解決手段】蓄電素子１０は、極板が積層された積層部６２０を有する電極体６００と、積層部６２０を挟む位置に配置され積層部６２０とともに溶接された集電体５００及び当て板７００と、を備え、集電体５００、積層部６２０及び当て板７００が溶融した溶融部８００の周囲における、積層部６２０と当て板７００との間に、第一空間９１０が形成されており、当て板７００には、積層部６２０に対向する面が凹んだ当て板凹部７１０が形成されており、第一空間９１０は、少なくとも一部が、当て板凹部７１０内に配置されている。
【選択図】図４

Description

本発明は、電極体と集電体とを備える蓄電素子に関する。

従来、極板が積層された電極体と集電体とを備え、電極体と集電体とが溶接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、正負極が積層された電極体と集電端子（集電体）とが溶接された二次電池（蓄電素子）が開示されている。

特開２０１９－２０７７４９号公報

上記従来の蓄電素子において、電極体と集電体とを溶接する際に、溶接による溶融部の周囲にブローホールが発生する場合がある。特に、電極体のうちの極板が積層された部分（以下、積層部ともいう）と集電体とを溶接する場合には、溶接時に積層部でガスが発生することで、積層部と溶融部との境界部分にブローホールが発生しやすい。特に、積層部と溶融部との境界部分に比較的大きなブローホールが発生すると、電極体と集電体との間の接合強度が低下したり抵抗が上昇したりする等、電極体と集電体との溶接品質が低下するおそれがある。

本発明は、本願発明者が上記課題に新たに着目することによってなされたものであり、電極体と集電体との溶接品質の低下を抑制できる蓄電素子を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る蓄電素子は、極板が積層された積層部を有する電極体と、前記積層部を挟む位置に配置され、前記積層部とともに溶接された集電体及び当て板と、を備え、前記集電体、前記積層部及び前記当て板が溶融した溶融部の周囲における、前記積層部と前記当て板との間に、第一空間が形成されており、前記当て板には、前記積層部に対向する面が凹んだ凹部が形成されており、前記第一空間は、少なくとも一部が、前記凹部内に配置されている。

本発明は、このような蓄電素子として実現できるだけでなく、電極体と集電体と当て板との組み合わせとしても実現できる。

本発明における蓄電素子によれば、電極体と集電体との溶接品質の低下を抑制できる。

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を分解して各構成要素を示す斜視図及び側面図である。 実施の形態に係る電極体の構成を示す斜視図である。 実施の形態に係る集電体、電極体の積層部及び当て板を溶接した状態での構成を示す断面図及び平面図である。 実施の形態に係る集電体、電極体の積層部及び当て板を溶接した状態での構成を示す断面画像である。 実施の形態に係る集電体、電極体の積層部及び当て板を溶接する工程を示す断面図である。

本発明の一態様に係る蓄電素子は、極板が積層された積層部を有する電極体と、前記積層部を挟む位置に配置され、前記積層部とともに溶接された集電体及び当て板と、を備え、前記集電体、前記積層部及び前記当て板が溶融した溶融部の周囲における、前記積層部と前記当て板との間に、第一空間が形成されており、前記当て板には、前記積層部に対向する面が凹んだ凹部が形成されており、前記第一空間は、少なくとも一部が、前記凹部内に配置されている。

これによれば、蓄電素子において、集電体、電極体における極板の積層部、及び、当て板が溶融した溶融部の周囲における、積層部と当て板との間に第一空間が形成され、第一空間の少なくとも一部が、当て板の凹部内に配置されている。このように、溶融部の周囲における積層部と当て板との間に第一空間を配置することで、溶接時に積層部で発生したガスが当て板側の第一空間に逃げるため、積層部と溶融部との境界部分に比較的大きなブローホールが発生するのを抑制できる。さらに、第一空間の少なくとも一部が当て板の凹部内に配置されることで、積層部に凹部が形成されにくくなる、または、積層部に形成される凹部が小さくなる。これにより、積層部と溶融部との境界部分に比較的大きなブローホールが発生するのを一層抑制できる。したがって、電極体と集電体との溶接品質の低下を抑制できる。

前記溶融部は、前記当て板を厚み方向に貫通した状態で形成されてもよい。

当て板側からレーザ溶接等で溶接する場合、当て板を貫通するように溶融部が形成される。この場合、集電体側からレーザ溶接等で溶接する場合と比較して、溶接による熱が集電体に影響するのを抑制できるため、集電体が熱で変形して積層部との間に隙間ができたりするのを抑制できる。これにより、電極体と集電体との溶接品質の低下を抑制できる。

前記溶融部と、前記積層部のうちの前記溶融部と隣り合う部位との間に、前記第一空間に繋がる第二空間が形成されてもよい。

これによれば、溶融部と積層部との間に、第一空間に繋がる第二空間が形成されていることで、溶接時に積層部で発生したガスが第二空間を通って第一空間に逃げることができる。これにより、積層部と溶融部との境界部分に比較的大きなブローホールが発生するのを抑制できるため、電極体と集電体との溶接品質の低下を抑制できる。

前記第二空間は、前記第一空間から、前記溶融部に沿って、前記集電体に接しない位置まで延設されて配置されてもよい。

これによれば、第二空間が、集電体までは延設されないことで、集電体側に空間が形成されるのを抑制しつつ、溶接時に積層部で発生したガスを第二空間を通って第一空間に逃がすことができる。これにより、積層部と溶融部との間に空間が形成されるのを抑制できるため、電極体と集電体との溶接品質の低下を抑制できる。

前記第一空間は、前記第二空間よりも大きな空間であってもよい。

これによれば、第一空間が第二空間よりも大きな空間であることで、溶接時に積層部で発生したガスを、より多く第一空間に逃がすことができる。これにより、積層部と溶融部との境界部分に比較的大きなブローホールが発生するのを抑制できるため、電極体と集電体との溶接品質の低下を抑制できる。

前記溶融部は、前記集電体、前記積層部及び前記当て板がレーザ溶接により溶融して形成された部位であってもよい。

本願発明者は、集電体、積層部及び当て板をレーザ溶接で溶接した場合に、第一空間が形成されやすいことを見出した。このため、集電体、積層部及び当て板をレーザ溶接で溶接することで、第一空間を形成して、電極体と集電体との溶接品質の低下を抑制できる。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態（その変形例も含む）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、製造工程、製造工程の順序等は、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。各図において、寸法等は厳密に図示したものではない。各図において、同一または同様な構成要素については同じ符号を付している。

以下の説明及び図面中において、蓄電素子が有する一対（正極側及び負極側、以下同様）の電極端子の並び方向、一対の集電体の並び方向、一対の当て板の並び方向、または、容器の短側面の対向方向を、Ｘ軸方向と定義する。容器の長側面の対向方向、または、容器若しくは電極体の厚み方向を、Ｙ軸方向と定義する。集電体と電極体との並び方向、集電体と当て板との並び方向、電極端子と電極体との並び方向、蓄電素子の容器本体と蓋体との並び方向、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。

以下の説明において、Ｘ軸プラス方向とは、Ｘ軸の矢印方向を示し、Ｘ軸マイナス方向とは、Ｘ軸プラス方向とは反対方向を示す。単にＸ軸方向という場合は、Ｘ軸プラス方向及びＸ軸マイナス方向の双方向またはいずれか一方の方向を示す。Ｙ軸方向及びＺ軸方向についても同様である。平行及び直交などの、相対的な方向または姿勢を示す表現は、厳密には、その方向または姿勢ではない場合も含む。例えば、２つの方向が平行であるとは、当該２つの方向が完全に平行であることを意味するだけでなく、実質的に平行であること、すなわち、例えば数％程度の差異を含むことも意味する。さらに、以下の説明において、「絶縁」と表現する場合、「電気的な絶縁」を意味する。

（実施の形態）
［１ 蓄電素子１０の全般的な説明］
まず、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。図２は、本実施の形態に係る蓄電素子１０を分解して各構成要素を示す斜視図及び側面図である。具体的には、図２の（ａ）は、蓄電素子１０の分解斜視図である。図２の（ｂ）は、電極体６００の積層部６２０を集電体５００と当て板７００とで挟んで溶接した状態をＸ軸プラス方向から見た場合の構成を示す側面図である。

蓄電素子１０は、電気を充電し、また、電気を放電できる二次電池（単電池）であり、具体的には、リチウムイオン二次電池等の非水電解質二次電池である。蓄電素子１０は、電力貯蔵用途または電源用途等に使用される。具体的には、蓄電素子１０は、自動車、自動二輪車、ウォータークラフト、船舶、スノーモービル、農業機械、建設機械、または、電気鉄道用の鉄道車両等の移動体の駆動用またはエンジン始動用等のバッテリ等として用いられる。上記の自動車としては、電気自動車（ＥＶ）、ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）、プラグインハイブリッド電気自動車（ＰＨＥＶ）、及び、化石燃料（ガソリン、軽油、液化天然ガス等）自動車が例示される。上記の電気鉄道用の鉄道車両としては、電車、モノレール、リニアモーターカー、並びに、ディーゼル機関及び電気モーターの両方を備えるハイブリッド電車が例示される。蓄電素子１０は、家庭用または事業用等に使用される定置用のバッテリ等としても用いることができる。

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。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。蓄電素子１０は、固体電解質を用いた電池であってもよい。蓄電素子１０は、パウチタイプの蓄電素子であってもよい。本実施の形態では、扁平な直方体形状（角形）の蓄電素子１０を図示しているが、蓄電素子１０の形状は、直方体形状には限定されず、円柱形状、長円柱形状または直方体以外の多角柱形状等であってもよい。

図１に示すように、蓄電素子１０は、容器１００と、一対（正極側及び負極側）の電極端子２００と、一対（正極側及び負極側）の上部ガスケット３００と、を備えている。図２に示すように、容器１００の内方には、一対（正極側及び負極側）の下部ガスケット４００と、一対（正極側及び負極側）の集電体５００と、電極体６００と、一対（正極側及び負極側）の当て板７００と、が収容されている。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、図示は省略している。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。上記の構成要素の他、電極体６００の側方または下方等に配置されるスペーサ、電極体６００等を包み込む絶縁フィルム等が配置されていてもよい。

容器１００は、開口が形成された容器本体１１０と、容器本体１１０の当該開口を閉塞する蓋体１２０と、を有する直方体形状（角形または箱形）のケースである。容器本体１１０は、容器１００の本体部を構成する矩形筒状で底を備える部材である。容器本体１１０は、Ｘ軸方向両側に一対の短側面を有し、Ｙ軸方向両側に一対の長側面を有し、Ｚ軸マイナス方向側に底面を有している。蓋体１２０は、容器１００の蓋部を構成する矩形状の板状部材であり、容器本体１１０のＺ軸プラス方向にＸ軸方向に延設されて配置されている。蓋体１２０には、容器１００内方の圧力が過度に上昇した場合に当該圧力を開放するガス排出弁１２１、及び、容器１００の内方に電解液を注液するための注液部１２２等が設けられている。

このような構成により、容器１００は、電極体６００等を容器本体１１０の内部に収容後、容器本体１１０と蓋体１２０とが溶接等によって接合されることにより、内部が密封される構造となっている。容器１００（容器本体１１０及び蓋体１２０）の材質は特に限定されず、例えばステンレス鋼、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄、メッキ鋼板等の溶接可能な金属とすることができるが、樹脂を用いることもできる。

電極体６００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蓄電要素（発電要素）である。電極体６００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、正極板の複数のタブが積層されて正極側の積層部６２０が形成され、負極板の複数のタブが積層されて負極側の積層部６３０が形成されている。つまり、電極体６００は、電極体本体部６１０と、電極体本体部６１０の一部からＺ軸プラス方向に突出してＹ軸プラス方向に延びる積層部６２０及び６３０とを有している。本実施の形態では、電極体６００は、Ｚ軸方向から見て長円形状の巻回型電極体であるが、Ｚ軸方向から見て、楕円形状、円形状、または、その他どのような形状でもよい。電極体６００の構成の詳細な説明については、後述する。

電極端子２００は、集電体５００を介して、電極体６００に電気的に接続される端子部材（正極端子及び負極端子）である。電極端子２００は、電極体６００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６００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部材である。電極端子２００は、アルミニウム、アルミニウム合金、銅または銅合金等の金属等の導電部材で形成されている。電極端子２００は、かしめ等によって、集電体５００に接続（接合）され、かつ、蓋体１２０に取り付けられる。

具体的には、電極端子２００は、下方（Ｚ軸マイナス方向）に延びる軸部２０１（リベット部）を有している。そして、軸部２０１が、上部ガスケット３００の貫通孔３０１と、蓋体１２０の貫通孔１２３と、下部ガスケット４００の貫通孔４０１と、集電体５００の貫通孔５０１とに挿入されて、かしめられる。これにより、電極端子２００は、上部ガスケット３００、下部ガスケット４００及び集電体５００とともに、蓋体１２０に固定される。電極端子２００と集電体５００とを接続（接合）する手法は、かしめ接合には限定されず、超音波接合、レーザ溶接若しくは抵抗溶接等の溶接、または、ねじ締結等のかしめ以外の機械的接合等が用いられてもよい。

集電体５００は、電極体６００と電極端子２００とを電気的に接続する集電部材（正極集電体及び負極集電体）である。正極側の集電体５００は、電極体６００の正極側の積層部６２０と溶接により接続（接合）されるとともに、上述の通り、正極側の電極端子２００とかしめ等により接合される。負極側の集電体５００は、電極体６００の負極側の積層部６３０と溶接により接続（接合）されるとともに、上述の通り、負極側の電極端子２００とかしめ等により接合される。本実施の形態では、集電体５００は平板状かつ矩形状の部材である。集電体５００の材質は特に限定されないが、正極側の集電体５００は、電極体６００の後述の正極基材と同様、アルミニウムまたはアルミニウム合金等の金属等の導電部材で形成されている。負極側の集電体５００は、電極体６００の後述の負極基材と同様、銅または銅合金等の金属等の導電部材で形成されている。

当て板７００は、集電体５００とで電極体６００の積層部６２０または６３０を挟む位置に配置され、集電体５００とで積層部６２０または６３０を挟んだ状態で、集電体５００とともに積層部６２０または６３０に接合（溶接）される部材である。本実施の形態では、当て板７００は、平板状かつ矩形状の部材であり、積層部６２０または６３０のＺ軸マイナス方向に配置されて、Ｚ軸方向において集電体５００とで積層部６２０または６３０を挟み込む（図２の（ｂ）参照）。当て板７００の材質は特に限定されないが、正極側の当て板７００は、電極体６００の正極基材と同様、アルミニウムまたはアルミニウム合金等の金属等で形成されている。負極側の当て板７００は、電極体６００の負極基材と同様、銅または銅合金等の金属等で形成されている。

このような構成により、電極体６００の積層部６２０または６３０を集電体５００と当て板７００とで挟んだ状態で、集電体５００と積層部６２０または６３０と当て板７００とが溶接されて、溶融部８００（図２の（ｂ）参照）が形成される。本実施の形態では、１つの集電体５００に対して、１つの溶融部８００が形成されるが、溶融部８００の数は特に限定されない。集電体５００と電極体６００の積層部６２０または６３０と当て板７００とを溶接する構成の詳細な説明については、後述する。

上部ガスケット３００は、容器１００の蓋体１２０と電極端子２００との間に配置され、蓋体１２０と電極端子２００との間を絶縁し、かつ封止する平板状の絶縁性の封止部材（ガスケット）である。下部ガスケット４００は、蓋体１２０と集電体５００との間に配置され、蓋体１２０と集電体５００との間を絶縁し、かつ封止する平板状の絶縁性の封止部材（ガスケット）である。上部ガスケット３００及び下部ガスケット４００は、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ（変性ＰＰＥを含む））、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル（ＰＦＡ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ＡＢＳ樹脂、若しくは、それらの複合材料等の絶縁性を有する樹脂等によって形成されている。

［２ 電極体６００の構成の説明］
次に、電極体６００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６００の構成を示す斜視図である。具体的には、図３の（ａ）は、図２に示した電極体６００の巻回状態を一部展開した状態での構成を示し、図３の（ｂ）は、巻回後の電極体６００の構成を示している。

図３の（ａ）に示すように、電極体６００は、正極板６４０及び負極板６５０と、セパレータ６６１及び６６２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６００は、正極板６４０と、セパレータ６６１と、負極板６５０と、セパレータ６６２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６４０は、アルミニウムまたはアルミニウム合金等からなる長尺帯状の金属箔である正極基材の表面に、正極活物質層が形成された極板（電極板）である。負極板６５０は、銅または銅合金等からなる長尺帯状の金属箔である負極基材の表面に、負極活物質層が形成された極板（電極板）である。正極基材及び負極基材として、ニッケル、鉄、ステンレス鋼、チタン、焼成炭素、導電性高分子、導電性ガラス、Ａｌ－Ｃｄ合金など、充放電時の酸化還元反応に対して安定な材料であれば適宜公知の材料を用いることもできる。正極活物質層に用いられる正極活物質、及び、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正極活物質及び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、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。負極活物質としては、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６６１及び６６２は、樹脂からなる微多孔性のシートである。セパレータ６６１及び６６２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。例えば、セパレータ６６１及び６６２として、有機溶剤に不溶な織布、不織布、ポリエチレン等のポリオレフィン樹脂からなる合成樹脂微多孔膜等を用いることができる。

正極板６４０は、Ｚ軸プラス方向の端部において、Ｚ軸プラス方向に突出する複数の矩形状のタブ６４１を有しており、複数のタブ６４１は、Ｙ軸方向に積層された状態で配置される。負極板６５０についても同様に、Ｚ軸プラス方向の端部において、Ｚ軸プラス方向に突出する複数の矩形状のタブ６５１を有しており、複数のタブ６５１は、Ｙ軸方向に積層された状態で配置される。タブ６４１及び６５１は、活物質層が形成されず基材が露出した部分である。タブ６４１及び６５１の形状は、特に限定されない。

そして、図３の（ｂ）に示すように、積層された複数のタブ６４１が束ねられて、Ｚ軸プラス方向に突出した状態で延びる積層部６２０が形成される。同様に、積層された複数のタブ６５１が束ねられて、Ｚ軸プラス方向に突出した状態で延びる積層部６３０が形成される。これら積層部６２０及び６３０は、例えば、Ｙ軸方向において集電体５００と当て板７００とに挟まれた状態で集電体５００及び当て板７００とともに溶接され、その後、集電体５００及び当て板７００とともにＹ軸プラス方向に折り曲げられる。これにより、図２の（ｂ）に示したように、積層部６２０及び６３０は、Ｚ軸方向において集電体５００と当て板７００とに挟まれた状態となる。積層部６２０及び６３０は、Ｙ軸プラス方向に折り曲げられず、Ｙ軸方向において集電体５００と当て板７００とに挟まれた状態で配置されてもよい。

電極体本体部６１０は、電極体６００の本体を構成する部位であり、具体的には、電極体６００のうちの積層部６２０及び６３０以外の部位である。電極体本体部６１０は、正極板６４０及び負極板６５０の活物質層が形成された部分とセパレータ６６１及び６６２とが巻回されて形成された長円柱形状または長円筒形状の部位である。電極体６００が、極板（正極板６４０または負極板６５０）の端部に活物質層が形成されない活物質層非形成部（活物質未塗工部）が設けられ、当該活物質層非形成部からタブ（タブ６４１または６５１）が延びる構成の場合には、電極体本体部６１０は、当該活物質層非形成部も含む。つまり、この構成の場合には、積層部６２０（または６３０）は、複数のタブ６４１（または複数のタブ６５１）が積層された部位であり、当該活物質層非形成部を含まない。これにより、電極体本体部６１０は、Ｘ軸方向両側に、一対の湾曲状の電極体湾曲部６１１を有し、Ｙ軸方向両側に、一対の電極体湾曲部６１１を繋ぐ一対の平坦状の電極体平坦部６１２を有することとなる。

［３ 集電体５００、積層部６２０及び当て板７００の溶接構成の説明］
次に、集電体５００と、電極体６００の積層部６２０または６３０と、当て板７００とを溶接した状態での構成について、詳細に説明する。集電体５００と積層部６２０と当て板７００とを溶接した構成は、集電体５００と積層部６３０と当て板７００とを溶接した構成と同様である。このため、以下では、集電体５００と積層部６２０と当て板７００とを溶接した構成について説明し、集電体５００と積層部６３０と当て板７００とを溶接した構成については省略する。

図４は、本実施の形態に係る集電体５００、電極体６００の積層部６２０及び当て板７００を溶接した状態での構成を示す断面図及び平面図である。具体的には、図４の（ａ）は、集電体５００、電極体６００の積層部６２０及び当て板７００を溶接した状態を、溶融部８００の中心軸を含み、かつ、ＹＺ平面に平行な面で切断した場合の構成を示す断面図である。図４の（ａ）では、説明の便宜のため、図２における上下を逆にして、Ｚ軸マイナス方向を上方に向けて図示している。図４の（ｂ）は、図４の（ａ）をＺ軸マイナス方向（上方、図２では下方）から見た場合の構成を示す平面図（上面図、図２では下面図）である。図５は、本実施の形態に係る集電体５００、電極体６００の積層部６２０及び当て板７００を溶接した状態での構成を示す断面画像である。図５は、図４の（ａ）で示した構成のＹ軸マイナス方向の部位に対応する断面写真である。

図６は、本実施の形態に係る集電体５００、電極体６００の積層部６２０及び当て板７００を溶接する工程を示す断面図である。具体的には、図６の（ａ）は、集電体５００、積層部６２０及び当て板７００を溶接する前の状態を示し、図６の（ｂ）は、集電体５００、積層部６２０及び当て板７００を溶接した後の状態を示している。図６の（ａ）及び（ｂ）は、図４の（ａ）に対応する図である。

図４及び図５に示すように、集電体５００及び当て板７００が、電極体６００のうちの正極板６４０のタブ６４１が積層された積層部６２０を挟む位置に配置され、かつ、積層部６２０とともに溶接されている。これにより、集電体５００、積層部６２０及び当て板７００には、集電体５００、積層部６２０及び当て板７００が溶融した溶融部８００が形成されている。

溶融部８００は、集電体５００、積層部６２０及び当て板７００がレーザ溶接により溶融して形成された部位である。具体的には、図６の（ａ）に示すように、集電体５００の平板状の部位（平板部）と当て板７００の平板状の部位（平板部）とが、積層部６２０の平坦状の部位（平坦部）を挟んだ状態で配置される。そして、これらの部位に対して、当て板７００側（Ｚ軸マイナス方向）からレーザ光Ｌが照射される。これにより、図６の（ｂ）に示すように、集電体５００の平板部、積層部６２０の平坦部、及び、当て板７００の平板部が溶融して、溶融部８００が形成される。

溶融部８００は、当て板７００及び積層部６２０を、それらの厚み方向（Ｚ軸方向）に貫通した状態で形成される。つまり、溶融部８００は、当て板７００のＺ軸マイナス方向の面から、当て板７００及び積層部６２０を貫通し、集電体５００のＺ軸マイナス方向の部位までに亘って形成される。本実施の形態では、溶融部８００は、ＸＹ平面での断面が円形状であり、Ｚ軸プラス方向に向かうほど径が徐々に小さくなる略半楕円球状を有している。

当て板７００には、積層部６２０に対向する面が凹んだ当て板凹部７１０が形成されている。当て板凹部７１０は、当て板７００の積層部６２０に対向する面（Ｚ軸プラス方向の面）のうちの溶融部８００の周囲の部位がＺ軸マイナス方向に凹んだ凹部である。本実施の形態では、当て板凹部７１０は、溶融部８００の中心軸を含む平面（ＹＺ平面等）での断面が略円弧形状を有し、この略円弧形状の凹部が溶融部８００の周囲の全周に亘ってＺ軸方向から見て円環状に連続的に連なる形状を有している。溶融部８００の中心軸とは、Ｚ軸方向から見て溶融部８００の中心を通り、Ｚ軸方向に平行に延びる仮想軸である。

積層部６２０には、当て板７００に対向する面が凹んだ積層部凹部６２１が形成されている。積層部凹部６２１は、積層部６２０の当て板７００に対向する面（Ｚ軸マイナス方向の面）のうちの溶融部８００の周囲の部位がＺ軸プラス方向に凹んだ凹部である。本実施の形態では、積層部凹部６２１は、溶融部８００の周囲の全周に亘って、Ｚ軸方向から見て円環状に連続的に連なる形状を有している。

この当て板凹部７１０と積層部凹部６２１とが対向し、かつ、繋がって配置されることで、当て板凹部７１０及び積層部凹部６２１の間に、第一空間９１０が形成される。つまり、当て板凹部７１０内及び積層部凹部６２１内に、第一空間９１０が配置される。第一空間９１０は、少なくとも一部が、当て板凹部７１０内に配置されているとも言え、第一空間９１０は、少なくとも一部が、積層部凹部６２１内に配置されているとも言える。このように、第一空間９１０は、溶融部８００の周囲における、積層部６２０と当て板７００との間に形成された空間である。

本実施の形態では、溶融部８００における、当て板凹部７１０及び積層部凹部６２１と隣接する位置にも凹部である溶融部凹部８１０が形成されており、この溶融部凹部８１０と当て板凹部７１０及び積層部凹部６２１とで囲まれた空間が、第一空間９１０となっている。つまり、第一空間９１０は、積層部６２０と当て板７００と溶融部８００とで囲まれた空間である。溶融部凹部８１０は形成されておらず、第一空間９１０は、積層部６２０（積層部凹部６２１）と当て板７００（当て板凹部７１０）とで囲まれた空間であってもよい。同様に、積層部凹部６２１が形成されていない構成でもよい。

これにより、第一空間９１０は、溶融部８００の周囲の全周を囲うように、円環状（ドーナツ状）に、連続的に形成される。このため、図４の（ａ）に示すように、溶融部８００の中心軸を含む平面（ＹＺ平面等）での断面において、溶融部８００の両側（Ｙ軸方向両側等）に、一対の第一空間９１０が配置される。言い換えれば、溶融部８００の中心軸を含む断面において、一対の第一空間９１０の間に、一方の第一空間９１０から他方の第一空間９１０までに亘って、溶融部８００が連続して配置される。

溶融部８００と、積層部６２０のうちの溶融部８００と隣り合う部位との間に、第一空間９１０に繋がる第二空間９２０が形成されている。第二空間９２０は、溶融部８００の周囲に、溶融部８００と隣接して配置される溝状の空間である。第二空間９２０は、第一空間９１０のＺ軸プラス方向端部からＺ軸プラス方向に、溶融部８００に沿って延び、かつ、溶融部８００の周囲の全周を囲うように、円環状に連続的に形成されている。本実施の形態では、第二空間９２０は、溶融部８００の中心軸を含む平面（ＹＺ平面等）での断面の幅が、Ｚ軸プラス方向に向かうほど小さくなる先細り形状となっている。

第二空間９２０は、第一空間９１０から、溶融部８００に沿って、集電体５００に接しない位置まで延設されて配置されている。言い換えれば、第二空間９２０は、第一空間９１０から溶融部８００に沿ってＺ軸プラス方向に延びているが、集電体５００にまでは到達していない。本実施の形態では、第二空間９２０は、第一空間９１０から、積層部６２０のＺ軸方向における中央位置にまで延びている。つまり、積層部６２０のＺ軸方向における中央位置よりもＺ軸プラス方向の部位と溶融部８００との間には、第二空間９２０は形成されていない。

第一空間９１０は、第二空間９２０よりも大きな空間である。溶融部８００の周囲には、第一空間９１０及び第二空間９２０以外にも、種々の大きさの空間が形成されていてもよいが、第一空間９１０は、それらの空間よりも大きいことが好ましい。つまり、溶融部８００の周囲には、１以上の空間が形成されており、第一空間９１０は、積層部６２０と当て板７００との間に配置された、当該１以上の空間のうちの最大の空間であることが好ましい。具体的には、第一空間９１０は、当該１以上の空間のうちの体積（容積）が最大の空間であることが好ましい。空間の体積（容積）が最大か否かは、空間をＸ線ＣＴで撮影し、その撮影データから空間の体積を算出することにより判断する。

第一空間９１０及び第二空間９２０は、以下のようにして形成できる。図６の（ａ）に示すように、集電体５００、積層部６２０及び当て板７００を溶接する際に、当て板７００を上方に配置して、上方からレーザ光Ｌを照射して溶接する。これにより、溶接時に積層部６２０で発生したガスは、上方に移動するため、当て板７００側に集まる。そして、図６の（ｂ）に示すように、積層部６２０で発生したガスが上方に移動する際に、溶融部８００の周囲における積層部６２０の上部に第二空間９２０が形成され、溶融部８００の周囲における積層部６２０と当て板７００との間に第一空間９１０が形成される。特に、熱伝導溶接により、対象部位を徐々に加熱して溶融することで、第一空間９１０ができやすい。

［４ 効果の説明］
以上のように、本発明の実施の形態に係る蓄電素子１０によれば、集電体５００、電極体６００の極板（正極板６４０のタブ６４１）の積層部６２０、及び、当て板７００が溶融した溶融部８００の周囲における、積層部６２０と当て板７００との間に第一空間９１０が形成される。第一空間９１０は、少なくとも一部が、当て板７００の当て板凹部７１０内に配置される。このように、溶融部８００の周囲における積層部６２０と当て板７００との間に第一空間９１０を配置することで、溶接時に積層部６２０で発生したガスが当て板７００側の第一空間９１０に逃げるため、積層部６２０と溶融部８００との境界部分に比較的大きなブローホールが発生するのを抑制できる。さらに、第一空間９１０の少なくとも一部が当て板７００の当て板凹部７１０内に配置されることで、積層部６２０に凹部が形成されにくくなる、または、積層部６２０に形成される凹部が小さくなる。これにより、積層部６２０と溶融部８００との境界部分に比較的大きなブローホールが発生するのを一層抑制できる。したがって、電極体６００と集電体５００との溶接品質の低下を抑制できる。

当て板７００側からレーザ溶接で溶接する場合、当て板７００を貫通するように溶融部８００が形成される。この場合、集電体５００側からレーザ溶接等で溶接する場合と比較して、溶接による熱が集電体５００に影響するのを抑制できるため、集電体５００が熱で変形して積層部６２０との間に隙間ができたりするのを抑制できる。これにより、電極体６００と集電体５００との溶接品質の低下を抑制できる。

溶融部８００と積層部６２０との間に、第一空間９１０に繋がる第二空間９２０が形成されていることで、溶接時に積層部６２０で発生したガスが第二空間９２０を通って第一空間９１０に逃げることができる。これにより、積層部６２０と溶融部８００との境界部分に比較的大きなブローホールが発生するのを抑制できるため、電極体６００と集電体５００との溶接品質の低下を抑制できる。

第二空間９２０が、集電体５００までは延設されないことで、集電体５００側に空間が形成されるのを抑制しつつ、溶接時に積層部６２０で発生したガスを第二空間９２０を通って第一空間９１０に逃がすことができる。これにより、積層部６２０と溶融部８００との間に空間が形成されるのを抑制できるため、電極体６００と集電体５００との溶接品質の低下を抑制できる。

第一空間９１０が第二空間９２０よりも大きな空間であることで、溶接時に積層部６２０で発生したガスを、より多く第一空間９１０に逃がすことができる。これにより、積層部６２０と溶融部８００との境界部分に比較的大きなブローホールが発生するのを抑制できるため、電極体６００と集電体５００との溶接品質の低下を抑制できる。

本願発明者は、集電体５００、積層部６２０及び当て板７００をレーザ溶接で溶接した場合に、第一空間９１０が形成されやすいことを見出した。このため、集電体５００、積層部６２０及び当て板７００をレーザ溶接で溶接することで、第一空間９１０を形成して、電極体６００と集電体５００との溶接品質の低下を抑制できる。

集電体５００の平板部、積層部６２０の平坦部、及び、当て板７００の平板部を重ねて溶融すればよいため、簡易な構造で溶融部８００を形成できる。これにより、簡易な構造で、電極体６００と集電体５００との溶接品質の低下を抑制できる。

上記では、集電体５００と積層部６２０と当て板７００とを溶接した構成での効果を説明したが、集電体５００と積層部６３０と当て板７００とを溶接した構成についても同様の効果を奏する。

［５ 変形例の説明］
以上、本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、上記実施の形態には限定されない。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く、本発明の範囲には、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。

上記実施の形態では、電極体６００は、巻回軸が蓋体１２０に垂直となる巻回型電極体であることとしたが、平板状極板を積層したスタック型、または、極板及び／又はセパレータを蛇腹状に折り畳んだ蛇腹型の電極体でもよい。電極体６００は、巻回軸が蓋体１２０に平行となる巻回型電極体でもよい。積層部６２０及び６３０は、タブではなく、電極体６００の電極体本体部６１０の全体から突出する電極体６００の端部でもよい。

上記実施の形態では、第一空間９１０は、溶融部８００の周囲の全周に亘って円環状に連続的に形成されていることとしたが、溶融部８００の周囲の一部にしか形成されていなくてもよいし、溶融部８００の周囲の全周に亘って断続的に形成されていてもよい。このため、積層部凹部６２１及び当て板凹部７１０についても、溶融部８００の周囲の一部にしか形成されていなくてもよいし、溶融部８００の周囲の全周に亘って断続的に形成されていてもよい。第二空間９２０についても同様である。

上記実施の形態では、溶融部８００は、Ｚ軸方向から見て、円形状であることとしたが、楕円形状、長円形状、多角形状等の円形状以外の形状でもよいし、円環状等の環状であってもよい。当て板凹部７１０は、溶融部８００の中心軸を含む平面での断面が略円弧形状であることとしたが、略円弧形状以外のどのような形状を有していてもよい。

上記実施の形態では、第二空間９２０は、溝状の空間であることとしたが、溝状には限定されず、幅広の空間等でもよい。第二空間９２０は、第一空間９１０から集電体５００に接しない位置まで延設されていることとしたが、集電体５００に接する位置まで延設されていてもよい。第二空間９２０は、第一空間９１０よりも小さな空間であることとしたが、第一空間９１０よりも大きな空間であってもよい。第二空間９２０は、設けられていなくてもよい。

上記実施の形態では、溶融部８００は、当て板７００を厚み方向（Ｚ軸方向）に貫通した状態で形成されることとしたが、集電体５００を厚み方向（Ｚ軸方向）に貫通した状態で形成されてもよい。この場合、溶融部８００は、当て板７００を厚み方向（Ｚ軸方向）に貫通していなくてもよい。つまり、集電体５００側（Ｚ軸プラス方向）からレーザ光を照射して、集電体５００、積層部６２０及び当て板７００の溶融部８００を形成してもよい。この場合、集電体５００を下方（つまり、当て板７００を上方）に配置して、下方からレーザ光を照射することで、溶接時に積層部６２０で発生したガスは、上方に移動するため、当て板７００側に集まる。これにより、上記実施の形態と同様に、溶融部８００の周囲における積層部６２０の上部に第二空間９２０が形成され、溶融部８００の周囲における積層部６２０と当て板７００との間に第一空間９１０が形成される。

上記実施の形態では、集電体５００の平板部、積層部６２０の平坦部、及び、当て板７００の平板部が溶接されて、第一空間９１０及び第二空間９２０が形成されることとしたが、溶接対象部位は、平板部または平坦部でなくてもよい。溶接前に当て板７００に当て板凹部７１０を形成しておくことで、第一空間９１０が形成されてもよい。

上記実施の形態では、正極側（積層部６２０側）及び負極側（積層部６３０側）の双方について、上記の構成を有していることとしたが、正極側及び負極側のいずれか一方が、上記の構成を有していなくてもよい。一般的に、極板の基材が金属で形成されている場合に、ブローホールが発生しやすい。金属の表面には酸化膜が形成されることがあり、形成された酸化膜が水を吸着することがあるため、吸着された水が溶融時にガス化することでブローホールが発生しやすくなるからである。積層部６２０及び６３０は複数の基材を積層した部分であるので、基材が金属で形成されている場合には、各基材の表面に形成された酸化膜が水を吸着することがあるために、ブローホールが発生しやすい。金属の中でもアルミニウムは表面に特に酸化膜が形成されやすいため、特にブローホールが発生しやすい。このため、正極側の積層部６２０が、アルミニウムまたはアルミニウム合金等からなる正極基材が積層されたものである場合に、ブローホールが発生しやすい。したがって、正極基材がアルミニウムまたはアルミニウム合金等からなる場合に上記構成とするのが、特に効果が高い。

上記実施の形態及びその変形例に含まれる構成要素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、このような蓄電素子１０として実現できるだけでなく、電極体６００と集電体５００と当て板７００との組み合わせとしても実現できる。

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
２００ 電極端子
３００ 上部ガスケット
４００ 下部ガスケット
５００ 集電体
６００ 電極体
６１０ 電極体本体部
６２０、６３０ 積層部
６２１ 積層部凹部
６４０ 正極板
６４１、６５１ タブ
６５０ 負極板
６６１、６６２ セパレータ
７００ 当て板
７１０ 当て板凹部
８００ 溶融部
８１０ 溶融部凹部
９１０ 第一空間
９２０ 第二空間

Claims (6)

1. 極板が積層された積層部を有する電極体と、
   前記積層部を挟む位置に配置され、前記積層部とともに溶接された集電体及び当て板と、を備え、
   前記集電体、前記積層部及び前記当て板が溶融した溶融部の周囲における、前記積層部と前記当て板との間に、第一空間が形成されており、
   前記当て板には、前記積層部に対向する面が凹んだ凹部が形成されており、
   前記第一空間は、少なくとも一部が、前記凹部内に配置されている
   蓄電素子。
2. 前記溶融部は、前記当て板を厚み方向に貫通した状態で形成される
   請求項１に記載の蓄電素子。
3. 前記溶融部と、前記積層部のうちの前記溶融部と隣り合う部位との間に、前記第一空間に繋がる第二空間が形成されている
   請求項１または２に記載の蓄電素子。
4. 前記第二空間は、前記第一空間から、前記溶融部に沿って、前記集電体に接しない位置まで延設されて配置されている
   請求項３に記載の蓄電素子。
5. 前記第一空間は、前記第二空間よりも大きな空間である
   請求項３または４に記載の蓄電素子。
6. 前記溶融部は、前記集電体、前記積層部及び前記当て板がレーザ溶接により溶融して形成された部位である
   請求項１～５のいずれか一項に記載の蓄電素子。

Images